DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

RANCANGAN NOSEL DENGAN KATUP PENGATURAN DEBIT AIR PENGGERAK TURBIN OSSBEGER DAYA TURBIN = 2,6 KW HEAD = 12 METER

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

HERDY NIM : 050401060

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

Universitas Sumatera Utara


HERDY NIM : 050401060

Diketahui / Disahkan:

Disetujui:

Departemen Teknik Mesin

Dosen Pembimbing,

Fakultas Teknik USU Ketua,

Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001 194510271974121001

Ir. Isril Amir NIP.



HERDY NIM. 050401060

Telah Disetujui Dari Hasil Seminar Tugas Akhir Periode ke-569, pada Tanggal 20 Maret 2010

Pembanding I :

Ir.Mulfi Hazwi, Msc NIP. 194910121981031002

Pembanding II :

Ir. A. Halim Nasution, Msc NIP. 195403201981022001



HERDY NIM. 050401060

Telah Diketahui Oleh: Pembimbing/Penguji

Ir. Isril Amir NIP. 194510271974121001

Pembanding I

Pembanding II

Ir.Mulfi Hazwi, Msc NIP. 194910121981031002

Ir. A. Halim Nasution, Msc NIP. 195403201981022001

Diketahui Oleh: Ketua Departemen Teknik Mesin

Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP.1964 1224 1992 111001


TUGAS SARJANA NAMA

: HERDY

NIM

: 05 0401 060

MATA PELAJARAN

: MESIN FLUIDA

SPESIFIKASI

: Rancangan nosel dengan katup pengaturan debit air penggerak turbin ossberger. Daya Turbin = 2,6 kW. Head = 12 meter.

DIBERIKAN TANGGAL SELESAI TANGGAL

: 14 / November / 2009 : 05/ Maret / 2010

KETUA DEPT. TEKNIK MESIN

Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001

MEDAN, 14 November 2009 DOSEN PEMBIMBING,

Ir. Isril Amir NIP. 19451027 1974121001


KARTU BIMBINGAN

TUGAS SARJANA MAHASISWA No : 915/ TS/ 2007 Sub. Program Studi Bidang Tugas Judul Tugas

Diberikan Tanggal Dosen Pembimbing

: Konversi Energi. : Mesin Fluida. : Rancangan nosel dengan katup pengaturan debit air penggerak turbin ossberger. Daya Turbin = 2 kW, head = 12 meter. : 14 November 2009 Selesai Tanggal : 5 Maret 2010 : Ir.Isril Amir Nama Mahasiswa : HERDY NIM : 05 0401 060

CATATAN : 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada dosen pembimbing setiap asistensi. 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. 3. Kartu ini harus dikembalikan kejurusan, bila kegiatan asistensi telah selesai,

diketahui, Ketua Departemen Teknik Mesin F.T U.S.U

Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan anugrah-Nya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini tepat pada waktunya. Tugas sarjana ini merupakan salah satu persyaratan guna menyelesaikan pendidikan pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Sarjana ini adalah “Rancangan nosel dengan katup pengaturan debit air penggerak turbin ossberger ; Daya Turbin = 2,6 kW, head = 12 meter.” Dalam mengerjakan tugas sarjana ini, penulis mendapat bantuan dan dukungan berupa materil dan spiritual yang diberikan oleh berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih setulus – tulusnya kepada : 1. Orang tuaku yang menjadi teladan dan panutanku, yang selalu memotivasi dan memberi semangat bagi penulis. 2. Bapak Ir. Isril Amir, selaku Dosen Pembimbing Tugas Sarjana yang telah banyak memberikan arahan, bimbingan, dan nasehat serta telah banyak

meluangkan

waktunya

membimbing

penulis

dalam

menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.


4. Bapak Ir. Tulus B Sitorus, ST, MT, selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Mesin-Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Bapak / Ibu Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Seluruh Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pelayanan terbaik dalam akademis ataupun non-akademis (Bu Is, Kak Sonta, Bang Syawal, Bang Fauzi, dan semua yang turut membantu saya). 7. Seluruh Asisten Laboratorium Pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 8. Mbak Melani, Mbak Ari dan Bang Sidik atas kemurahan hatinya selalu siap membantu penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini di gedung S2 Teknik Mesin USU. 9. Rekan-rekan saya mahasiswa Mesin USU khususnys stambuk 2005. 10. Buat semua pihak yang ikut membantu penulis dalam menyelesaikan turbin air yang tidak dapat disebutkan oleh penulis satu persatu. Terimakasih saya ucapkan atas perhatian dan dukungan dari semua pihak sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini.

Medan, 14 November 2009 Penulis,

HERDY NIM.05 0401 060


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL………………………………..……………………i LEMBAR PENGESAHAN…………………..………………………….ii LEMBAR PERSETUJUAN SEMINAR……………………………….iii SPESIFIKASI TUGAS..............................................................................v LEMBAR EVALUASI…………..............................................................vi KATA PENGANTAR................................................................................x DAFTAR ISI ..............................................................................................xii DAFTAR GAMBAR..................................................................................xv DAFTAR GRAFIK……………………………………………………....xvii DAFTAR SIMBOL....................................................................................xviii AKSARA YUNANI....................................................................................xx BAB I

BAB II

PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang...........................................................1

1.2

Tujuan Perencanaan...................................................2

1.3

Batasan Masalah.........................................................3

1.4

Metodologi Penulisan.................................................4

1.5

Sistematika Penulisan.................................................4

TINJAUAN PUSTAKA 2.1

Tinjauan Umum..........................................................5

2.2

Klasifikasi Turbin Air ................................................8 2.2.1 Turbin Impuls ................................................8 2.2.2 Turbin Reaksi ...............................................12


BAB III

BAB IV

2.3

Perbandingan Karakteristik Turbin............................15

2.4

Kecepatan Spesifik Turbin.........................................17

2.5

Pemeliharaan (Maintenance)......................................19

2.6

Pengaruh Pada Lingkungan........................................19

2.7

Turbin Aliran Silang...................................................20

2.8

Pengertian Nosel dan Diffuser...................................22

2.9

Posisi Penyemburan Terhadap Sumbu Roda Jalan....23

2.10

Katup..........................................................................25

2.11

Lengkung Masuk........................................................26

2.12

Diameter Dan Lebar Raner.........................................29

METODOLOGI PERANCANGAN 3.1

Tempat Dan Waktu....................................................33

3.2

Bahan Dan Alat..........................................................34

3.3

Pengamatan Dan Pengujian........................................35

PERHITUNGAN KOMPONEN – KOMPONEN UTAMA TURBIN AIR 4.1

Pipa penstock..............................................................40

4.2

Daya Turbin................................................................40

4.3

Putaran Spesifik Turbin..............................................41

4.4

Generator....................................................................42

4.5

Diameter Luar Raner..................................................43

4.6

Kecepatan Relatif Pada Sisi Masuk............................44

4.7

Kecepatan Relatif Pada Sisi Keluar............................44

4.8

Kecepatan Tangensial Pada Sisi Keluar.....................45


BAB V

BAB VI

4.9

Sudut Kecepatan Mutlak Sisi Keluar ........................45

4.10

Kecepatan Absolut Fluida Pada Sisi Keluar...............45

PERHITUNGAN NOSEL 5.1

Panjang Busur pemasukan dan lebar pipa pancar.......47

5.2

Segitiga Kecepatan......................................................49

5.3

Energi pada sudu – sudu raner turbin.........................51

KESIMPULAN 6.1

Turbin Air...................................................................53

6.2

Generator....................................................................54

6.3

Pipa Penstock ............................................................54

6.4

Sudu Jalan (Raner)......................................................54

6.5

Perhitungan Nosel.......................................................54

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Instalasi secara keseluruhan……………………………..….….3 Gambar 2.1 Sketsa tinggi head.......................................................................6 Gambar 2.2 Turbin Pelton…………………………………………………..9 Gambar 2.3 Turbin Pelton dengan banyak nozle……………………………9 Gambar 2.4 Sudu turbin turgo dan nozzle………………………………….10 Gambar 2.5 Konstruksi turbin ossberger atau turbin crossflow…………….11 Gambar 2.6 Aliran masuk turbin ossberger atau turbin crossflow………….12 Gambar 2.7 Turbin Francis.............................................................................13 Gambar 2.8 Turbin Kaplan dengan sudu jalan yang dapat diatur…………..14 Gambar 2.9 Diagram klasifikasi turbin air………………………………….15 Gambar 2.10 Perbandingan bentuk sudu turbin berdasarkan kec. Spesifik...18 Gambar 2.11 Turbin Aliran Silang Jenis Vertical..........................................21 Gambar 2.12 Turbin Aliran Silang Jenis Horizontal......................................22 Gambar 2.13 Posisi Penyemburan Vertical....................................................24 Gambar 2.14 Posisi Penyemburan Horizontal................................................24 Gambar 2.15 Posisi Penyemburan Miring......................................................25 Gambar 2.16 Posisi katup pada nosel turbin air aliran silang……………….25 Gambar 2.17 Aneka Penampang Aliran Di Sisi Masuk Turbin......................26 Gambar 2.18 Pola Aliran Masuk Turbin.........................................................27 Gambar 2.19 Lengkung Pemasukan Ideal Bersudut Konstan........................28 Gambar 2.20 Rancangan Spiral Logaritmik Pemasukan Geometri Sudu…...29 Gambar 2.21 Luasan Pemasukan Aliran Turbin Aliran Silang.......................32


Gambar 3.1 Pressure Gauge...........................................................................35 Gambar 3.2 Tachometer.................................................................................36 Gambar 3.3 Tangmeter...................................................................................36 Gambar 3.4 Sketsa instalasi turbin aliran silang……..……………………..37 Gambar 3.5 Resevoar bawah..........................................................................38 Gambar 3.6 Resevoar atas..............................................................................38 Gambar 3.7 Rumah Turbin.............................................................................39 Gambar 5.1 Penampang samping dari nosel………………………………...47 Gambar 5.2 Luasan pemancaran air pada nosel turbin air aliran silang…….47 Gambar 5.3 Segitiga kecepatan dan rumus turbin aliran silang……………..49 Gambar 5.4 Segitiga kecepatan…………………………………………...…51


DAFTAR GRAFIK

Grafik 2.1 Perbandingan karakteristik turbin.........................................................14


DAFTAR SIMBOL Simbol

Arti

Satuan

A

: Luas penampang

m2

D

: Diameter

mm

D(1,2)

: Diameter pada roda jalan

mm

Dpen

: Diameter penstock

mm

a

: Lebar sudu

mm

f

: Frekuensi

Hz

g

: Percepatan gravitasi

m/s2

H

: Tinggi air jatuh

m

L

: - Panjang busur pemasukan

m

t

: Jarak antar sudu

mm

n

: Putaran operasi

rpm

ngenerator

: Putaran generator

rpm

ns

: Putaran spesifik

rpm

nt

: Putaran turbin

rpm

P

: Daya

Watt

Pt

: Daya turbin

Watt

Pg

: Daya generator

Watt

p

: Jumlah kutub generator

Q

: Debit aliran

m3/s


ts

: Tebal sudu

mm

u

: Kecepatan keliling / tangensial

m/s

c

: Kecepatan absolut

m/s

w

: Kec. relatif fluida terhadap roda jalan

m/s

N

: Jumlah sudu


AKSARA YUNANI

LAMBANG

Arti

Satuan

α (alpha)

Sudut kecepatan mutlak

0

(derajat)

β (betta)

Sudut sudu

0

(derajat)

η

Efisiensi

γ (gamma)

Berat jenis

N/m3

φ (phi)

Sudut busur pemasukan

0

ϕ (phi)

Koefisien generator

ρ (rho)

Massa jenis

(derajat)

kg / m3


DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

Recommend Documents