ANALISA PERANCANGAN TURBIN VORTEX DENGAN CASING BERPENAMPANG SPIRAL DAN LINGKARAN DENGAN 3 VARIASI DIMENSI SUDU

ANALISA PERANCANGAN TURBIN VORTEX DENGAN CASING BERPENAMPANG SPIRAL DAN LINGKARAN DENGAN 3 VARIASI DIMENSI SUDU

SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

INDRA BAYU SEGARA KASBI 080401022

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

Universitas Sumatera Utara








KATA PENGANTAR Puji Syukur Penulis Panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Rancang Bangun Turbin Vortex Berbentuk Spiral dan Lingkaran Dengan Casing Turbin dari Bahan Akrelik”. Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub Bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan Skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, Do’a dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirital dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu terimakasih, degan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga : 1. Bapak Ir. M . Syahril Gultom, MT Selaku dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 2. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST,. MT dan Bapak Drs. A. Zulkifli Lubis, M.Sc Selaku dosen pembanding I dan II yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesain skripsi ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 4. Kedua orang tua penulis, Ir. Syarul Kasbi dan Sri Jumaida yang tidak pernah putusputusnya memberikan dukungan, do’a, moril serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis. 5.

Seluruh Saudara penulis, Reza Fahlevi Kasbi, Sri Romaini Syahriza Kasbi, Widya Sari Kasbi dan Dani Kasbi yang selalu saling membantu demi mencapai cita-cita.

6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah. 7. Rekan-rekan satu tim kerja , Edi, Boy, Gibran dan Stevanus yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan kritik. 8. Rekan – rekan satu perjuangan M. Iqbal Tawakal, Fandi, dan Ardi yang telah bersama-sama melewati masa-masa selama kuliah di teknik Mesin Universitas Sumatra Utara. Semangat!!!



DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR..........................................................................................................i ABSTRAK...........................................................................................................................iii DAFTAR ISI........................................................................................................................iv DAFTAR GAMBAR.........................................................................................................viii DAFTAR TABEL................................................................................................................xi DAFTAR SIMBOL............................................................................................................xii AKSARA YUNANI...........................................................................................................xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang.................................................................................................... 1 1.2 Tujuan.................................................................................................................. 2 1.3 Batas Masalah ..................................................................................................... 2 1.4 Manfaat Penelitian................................................................................................2 1.5 Asumsi .................................................................................................................3 1.6 Sistematika Penulisan...........................................................................................3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Potensi Energi Air................................................................................................5 2.2 Mesin-Mesin Fluida.............................................................................................6 2.3 Pengertian Turbin Air...........................................................................................6 2.4 Komponen – Komponen Turbi.............................................................................8 2.5 Jenis-Jenis Turbin Air..........................................................................................9 2.5.1 Turbin Impuls............................................................................................10 2.5.2 Turbin Reaksi............................................................................................13 2.6 Klasifikasi Turbin...............................................................................................16


2.6.1Klasifikasi Berdasarkan Ketinggian Jatuh Air...........................................16 2.6.2 Klasifikasi Berdasarkan Kecepatan Spesifik Turbin.................................16 2.6.3 Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran Fluida.............................................18 2.7 Turbin Vortex....................................................................................................18 2.7.1 Cara Kerja Turbin Vortex.........................................................................19 2.7.2 Komponen Utama Turbin Vortex.............................................................20 2.7.3 Keunggulan Turbin Vortex.......................................................................20 2.7.4 Pengaruh Turbin Vortex Pada Lingkungan...............................................20 2.7.5 Pengembangan Turbin Vortex di Air Sungai............................................22 2.8 Aliran Vortex....................................................................................................23 2.8.1 Aliran Vortex Bebas.................................................................................24 2.8.2 Aliran Vortex Paksa.................................................................................25 2.8.3 Aliran Vortex Kombinasi.........................................................................25 2.9 Penampang Air..................................................................................................26 2.10 Lubang Masuk................................................................................................26 2.11 Pipa Lepas......................................................................................................27 2.12 Kavitasi...........................................................................................................28 BABA III METODOLOGI PERANCANGAN 3.1 Umum..............................................................................................................29 3.2 Prosedur Penelitian..........................................................................................30 3.3 Penentuan Kecepatan Aliran Air Pada Penampang........................................31

4.4 Analisa Segitiga Kecepatan.............................................................................32


3.4.1 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masu............................................28 3.4.2 Analisa Sigitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar...........................................29 3.5 Perhitungan Komponen – Komponen Utama Turbin.....................................36 3.5.1 Roda Jalan................................................................................................36 3.5.2 Ukuran – Ukuran Utama Sudu Roda Jalan..............................................37 3.5.2.1 Diameter Sudu Roda Jalan Pada Sisi Masuk.............................38 3.5.2.2 Jarak Antara Sudu......................................................................38 3.5.2.3 Tebal Sudu Roda Jalan...............................................................38 3.5.2.4 Tinggi Roda Jalan......................................................................38 3.5.2.5 Pemilihan Bahan Sudu..............................................................38 3.6 Efisiensi Turbin Vortex..................................................................................37 3.7 Putaran Spesifik Turbin..................................................................................42 3.8 Pemilihan Casing Turbin................................................................................43 3.9 Casing Turbin...................................................................................................44 3.9.1 Casing Spiral.............................................................................................44 3.9.2 Casing Lingkaran......................................................................................46 3.10 Pipa Buang ....................................................................................................47 3.11 Perancangan Poros Turbin..............................................................................47 3.11.1 Perhitungan Momen Torsi Poros...........................................................47 3.11.2 Pemilihan Bahan Poros..........................................................................48 3.11.3 Pemeriksaan Kekuatan Poros.................................................................49 3.12 Bantalan.........................................................................................................50 3.12.1 Perhitungan Gaya Radial.......................................................................51


3.12.2 Perhitungan Gaya Aksial.......................................................................52 3.12.3 Pemilihan Dimensin Bantalan...............................................................54 BAB IV KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


ABSTRAK

Energi pada saat sekarang ini semakin berkurang akibat penggunaan energi fosil secara berlebihan di semua bidang, ilmuwan diselurah dunia menyadari hal ini dan mencoba berbagai energi alternatif. Salah satu sumber energi saat ini yang banyak dilakukan penelitian adalah arus air. Indonesia adalah negara agraris yang menghasilkan air secara terus menerus, sehingga turbin air lebih diutamakan dari turbin angin karena angin di indonesia relatif stabil. Microhydro ataupun Picohydro yang dibuat biasanya memanfaatkan air terjun dengan head jatuh yang besar, sedangkan untuk aliran sungai dengan head jatuh yang kecil belum termanfaatkan dengan optimal. Hal ini menjadi referensi untuk memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran vortex. Tujuan dari analisa perancangan ini adalah untuk mendapatkan rancangan casing turbi n vortex, rancangan poros, rancangan sudu dan bantalan serta bahan-bahan yang sesuai. Turbin Vortex ini di rancang dengan debit air 0,0052 dan kecepatan air 1,44 m/s. Menggunakan casing berpenampang spiral dan lingkaran berbahan Akrilik, dengan 3 variasi dimenai sudu berbahan seng. Hasil dari perancangan ini diharapkan akan bermanfaat untuk pengguna turbin vortex, sehingga didapat turbin vortex yang aman pada saat digunakan.

Kata kunci : Perancangan Turbin Vortex, Sudu Turbin Vortex, Variasi Casing dan sudu


DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Sudu Turbin Pelton

10

Gambar 2.2 Turbin Pelton

11

Gambar 2.3 Turbin Crossflow

12

Gambar 2.4 Turbin Kaplan

14

Gambar 2.5 Turbin Francis

14

Gambar 2.6 Turbin Vortex

15

Gambar 2.7 Rumah Turbin Vortex

19

Gambar 2.8 Gravitasi Air Pembangkit Listrik Pusaran Sebagai Bio-reaktor

21

Gambar 2.9 Gravitasi Water Vortex Power Plants (GWVPPs)

22

Gambar 3.0 Tipe – Tipe Vortex

25

Gambar 3.1 Beberapa Tipe Lubang Masuk

26

Gambar 3.2 Instalansi Penampang

30

Gambar 3.3 Roda Jalan

34

Gambar 3.4 Segitiga Kecepatan Pada Kontruksi Roda Jalan

37

Gambar 3.5 Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk dan Sisi keluar

41

Gambar 3.6 Metode Segitiga

42

Gambar 3.7 Casing Spiral

43

Gambar 3.8 Ukuran Lingkaran

43

Gambar 3.9 Casing Lingkaran

44

Gambar 3.10 Pembebanan Pada Poros

51

Gambar 3.11 Bantalan

52


DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin Air Berdasarkan Tinggi Jatuh Air

16

Tabel 2.2 Klasifikasi Berdasarkan Putaran Spesifik

17

Tabel 2.3 Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran Fluida

18

Tabel 3.2 Panjang jari – jari turbin spiral

45


DAFTAR SIMBOL

Lambang

Arti

SATUAN

A

Luas

(m)

b

Lebar Penampang

(m)

D1

Diameter Roda Jalan Sisi Masuk

(m)

D2

Diameter Roda Jalan Sisi Keluar

(m)

Dt

Diameter Turbin

(m)

Dp

Diameter Poros

(m)

f

Koefisien

Fm

Gaya momentum

(N)

Ft

Gaya Tekanan

(N)

Fr

Gaya Radial

(N)

Fa

Gaya Aksial

(N)

g

konstanta Gravitasi

(9,81 m/s)

H

Head

(m)

k

Koefisien Losses Faktor Ketebalan Sudu

L

Panjang

(m)

Jarak Antara Sudu n

Putaran Operasi

(rpm)

ns

Putaran Spesifik

(rpm)

N

Jumlah Sudu

P

Daya

(Watt)

Jumlah Kutup Q

Debit Aliran

(m3/s)

RAX

Reaksi Pada Titik A (Sumbu X)

(N)


RAY

Reaksi Pada Titik A (Sumbu Y)

(N)

RBX

Reaksi Pada Titik B (Sumbu X)

(N)

RBY

Reaksi Pada Titik B (Sumbu Y)

(N)

Sf1

Faktor Keamanan Bahan

Sf2

Faktor Keamanan Bentuk Poros

t

Tebal Sudu Roda Jalan

(m)

U

Kecepatan Tangensial

(m/s)

V

Kecepatan

(m/s)

Wp

Berat Poros

(N)

Wt

Berat Roda Jalan

(N)

z

Jumlah Sudu


AKSARA YUNANI

Arti

Satuan

γ

Berat Jenis

(N/m3)

ɳt

Efisiensi Turbin

(m2/det)

ɳg

Efesiensi Generator

-

ɳh

Efesiensi Hidrolik

-

ρ

Massa Jenis

(kg/m)

α

Sudu antara Kec.Absolut dan Kec. Tangensial

-

β

Sudut Sudu

-

τg

Tegangan Geser

(kg/mm2)

τt

Tegangan Geser Torsi

(kg/mm2)

σb

Tegangan Tarik

(kg/mm2)


ANALISA PERANCANGAN TURBIN VORTEX DENGAN CASING BERPENAMPANG SPIRAL DAN LINGKARAN DENGAN 3 VARIASI DIMENSI SUDU

Recommend Documents