PERANCANGAN DAN PEMBUATAN TURBIN AIR KAPLAN SEBAGAI PEMBANGKIT LITRIK TENAGA MIKROHIDRO ( BERTITIK BERAT PADA DIMENSI RUNNER )
Oleh: ASHARI DIDIK H 2107030023
Dosen Pembimbing: Dr. Ir. HERU MIRMANTO, MT
D III TEKNIK MESIN FTI-ITS
Latar Belakang • Listrik merupakan kebutuhan manusia dalam berbagai aktivitas namun di Indonesia masih banyak terdapat desa-desa terpencil yang masih belum dialiri listrik • PLTMH merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan • Indonesia mempunyai sumber energi air yang sangat besar untuk dimanfaatkan sebagai PLTMH
DIII TENIK MESIN FTI-ITS
Rumusan Masalah
• Mengingat banyak terjunan yang mempunyai head rendah dengan kapasitas yang cukup besar, maka permasalahan yang timbul adalah bagaimana merancang sebuah model turbin yang sesuai dengan kondisi tersebut
DIII TEKNIK MESIN FTI-ITS
Tujuan • Perhitungan daya air • Perhitungan daya Turbin • Pemilihan jenis turbin • Merancang dimensi turbin, antara lain: Dimensi Ruang Turbin, Dimensi runner, dll • Menggambarkan hasil perancangan • Pembuatan turbin
DIII TEKNIK MESIN FTI-ITS
Batasan Masalah • Jenis turbin air yang dirancang disini adalah jenis propeller atau kaplan dengan head 1,5 meter dan kapasitas 0,0083 m3/s • Perancangan di titik beratkan pada perancangan dimensi runner • Aliran fluida dalam keadaan steady flow • Perancangan tidak termasuk pemilihan material • Perancangan tidak termasuk saluran intake, sitem pelumasan, interkoneksi jaringan listrik, tinjauan manufaktur dan analisa biaya • Putaran turbin yang direncanakan 750 rpm DIII TEKNIK MESIN FTI-ITS
Prinsip Kerja Turbin Kaplan
2 3
5
1
1
Spiral casing (rumah spiral)
2
Guide Vane (sudu arah)
3
Blade (daun atau pisau)
4
Runner (sudu gerak)
5
Draft tube (saluran pelepasan)
4
Diagram Alir Tugas Akhir MULAI Perancangan Dimensi Turbin antara lain: Dimensi ruang turbin Perancangan runner Perancangan guide vane
Studi Literatur
Survei Data (Head dan Kapasitas)
Pembuatan Turbin
Penentuan Jenis Turbin TIDAK Perhitungan Kecepatan Spesifik YA
Kesimpulan SELESAI
Data Awal Perhitungan
Kapasitas (Q) = 30 m3/jam
Head (H) = 1,5 meter
Putaran turbin = 750 rpm
Perancangan Turbin
Pemilihan Turbin Perhitungan Daya Air (WHP)
WHP = ρ.g.Q.H
122,355 Watt
• Perhitungan Daya Teoritis Turbin (Nhp) NT =
ηT × WHP
0,11 kw
1000
Perhitungan Putaran Spesifik (Ns) Ns =
N P 4
H
5
149,845 rpm
Kecepatan spesifik turbin kaplan terletak antara 100 - 300 rpm (Turbin Pompa dan Kompresor, Fritz Dietzel: 24)
Pemilihan Turbin • Pemilihan Turbin
Dimensi Ruang Turbin
D
www.themegallery.com
diameter luar runner
B
tinggi guide vane
λ
jarak vertikal runner terhadap sisi dalam guide vane
d
diameter hub
Perancangan Dimensi Ruang Turbin Perancangan Dimensi Ruang Turbin Menghitung diameter luar runner (D)
D = (66,76 + 0,136N S )
H n
0,142 m
Menghitung tinggi guide vane (B) 31,80 × D B = 0,45 − Ns
0,034 m
Menghitung jarak vertikal runner terhadap sisi dalam guide vane (λ)
λ = 0,25× D
0,0355 m
Perancangan Dimensi Ruang Turbin Menghitung diameter hub (d) d
D
= 0 , 70
Tabel Hubungan Ns, d/D
Sumber: Miroslav Nechleba (1957)
0,099 m
Segitiga Kecepatan Pada Runner dan Guide vane
Perancangan Runner • Menghitung jari-jari potongan ke-1 (R1) R − r R1 = r + (1 − 1) X
R1 = 0 , 0495 m
Menghitung kecepatan sudut (ω) n ⋅ 2π ω= 60
rad ω = 78,5 s
Menghitung kecepatan keliling (U1 ):
U 1 = ω R1
U 1 = 3 , 886
m s
Perancangan Runner Menghitung kecepatan keliling spesifik (u ) U
u1 =
1
u 1 = 0 , 716
2 gH
m s
Menghitung kecepatan meridian (Cm) Cm =
Q π R2 − r2
(
)
C m = 1, 02
m s
Menghitung kecepatan meridian spesifik (cm ) cm =
C
m
2 .g .H
c m = 0,188
m s
Menghitung kecepatan indikatif spesifik (ci ) ci2 = η h + c22
ci = 0,967
m s
Segitiga Kecepatan Penggambaran Segitiga Kecepatan Menggunakan Metode Braun
Perancangan Runner Tabel Komponen untuk penggambaran segitiga kecepatan R(m)
u1=u2
cm
ci
0,0495
0,716
0,188
0,967
Gambar segitiga kecepatan pada potongan ke-1
w2 = w1
Perancangan Runner Penentuan Profil Potongan Blade Dari gambar segitiga kecepatan potongan ke-1 didapat data sebagai berikut:
β∞0
β1ο
β20
0,0495 0,716 0,188 0,967 0,4436 0,2074 0,7403 25
65
15
R(m)
u1=u2
Menentukan
cm
ci
ω∞
ω1
ω2
α ∞ o = 39,55
Menentukan lattice angle
900 − β∞ = 900 − 200 = 700
Menentukan sudut bilah ( )
β
β = (900 − β ∞ ) + α ∞o
β = 104 ,95 0
Perancangan Runner Menghitung panjang chord (l)
l=
2π R 1 ( z r + 1) sin β
l = 0 , 046 m
Menghitung jarak antar blade atau pitch (t’)
t'=
2π R 1 zr
t '= 0,052m
Perancangan Runner Penggambaran Profil Potongan Blade Tabel Komponen untuk penggambaran profil potongan blade
β∞0
β1ο
β20
l(m)
25
65
15
0,046
Gambar profil potongan blade pada potongan ke-1
Perancangan Runner Tabel Ringkasan Hasil Potongan Blade ke-1 sampai ke-4
Potongan R(m)
u1=u2
cm
ci
ω∞
ω1
ω2
β∞0 β1ο
β20
l(m)
t'(m)
1
0,0495 0,716 0,188 0,967 0,4436 0,2074 0,7403 25
65
15
0,046 0,052
2
0,0549 0,794 0,188 0,967 0,5442 0,2951 0,816
20
40
13 0,0493 0,0575
3
0,0603 0,873 0,188 0,967 0,6434 0,4041 0,893
17
28
12 0,0544 0,0631
4
0,656
0,949 0,188 0,967 0,7375 0,5106 0,9674 15
22
11 0,0595 0,0687
Gambar Blade dan Runner Hasil Rancangan
Pembuatan Turbin
Pembuatan Turbin
Pembuatan Turbin
Kesimpulan •
Daya Air ( WHP) yang dihasilkan sebesar 122,355 Watt
•
Daya Turbin ( NT ) yang dihasilkan sebesar 0,11 Kw
•
Turbin yang dilakukan perancangan adalah turbin jenis propeler atau kaplan dengan putaran spesifik 149,845 rpm.
•
Diameter luar runner (D) 14,2 cm dan diameter Hub (d) 9,9 cm
•
Tinggi Guide Vane (B) 3,4 cm
•
Jarak vertikal runner terhadap sisi dalam guide vane (λ) 3,55 cm
•
Jumlah blade (Zr) 6 buah
Terima Kasih ! Mohon Saran dan Masukan Untuk Kesempurnaan Tugas Akhir ini
DIII TEKNIK MESIN FTI-ITS
