PEMBUATAN DAN PENGUJIAN TURBIN AIR TIPE CROSSFLOW
DENGAN DIAMETER LUAR RUNNER 0.1 M PADA SISTEM
SIMULATOR SIRKULASI AIR
MANUFACTURING AND TESTING OF CROSSFLOW TURBINE WITH 0.1 M OF RUNNER DIAMETER AT SIMULATOR OF WATER CIRCULATION SYSTEM
Laporan ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program
Studi Teknik Konversi Energi
Oleh : Imam Rahman Hakim 091711018
JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
i
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
LEMBAR PERSEMBAHAN
Dari semua yang telah ditulis, aku hanya mencintai apa yang ditulis seseorang dengan darahnya. Menulsilah dengan darah dan aku akan dapati bahwa darah itu Roh. (Nietzche dalam Zarathustra)
Orang boleh pandai setinggi langit, tapi selama ia tak menulis, ia akan hilang di dalam
masyarakat dan sejarah. (Pramoedya Ananta Toer)
Menulis memang menyenangkan, tapi seperti membuat cawan yang tidak sekedar praktis untuk dipakai, menulis pada dasarnya sebuah pekerjaan resah. Proses pemikiran hanyalah satu tahap. Tahap selanjutnya… duduk, membesut, mengoreksi, menatah, menguji kata dalam kalimat. (Gunawan Mohammad) Tulisanku ini telah menjadi satu goresan di dalam hidupku Suka dan duka, semua telah menjadi bagiannya Kupersembahkan tulisanku ini untuk Keluargaku… Bapak, Ibu dan Kakak tercintaku Dan Teman-teman seperjuangan ku yang sangat membanggakan Kutinggalkan lembaran lamaku ini untuk mereka Dan Ku buka lembaran baru untuk menatap masa depanku Menulis adalah sebuah tanggung jawab seorang penulisnya Menulislah! Maka engkau akan abadi.
ii
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
BIODATA PENULIS
Nama
: Imam Rahman Hakim
NIM
: 091711018
Tempat, tanggal lahir : Serang, 20 Februari 1991 Alamat
: PCI Blok C 43 No. 24 RT 01 RW 07 Ds. Harjatani Kec. Kramatwatu Kab. Serang
Nomor Kontak E-Mail
: 08989600720
:
[email protected]
Riwayat Pendidikan Lembaga Pendidikan
Tahun
TK Pondok Indah PCI
1995-1997
SDN 4 Cilegon Kota Cilegon
1997-2003
SMPN 1 Cilegon Kota Cilegon
2003-2006
SMAN 1 Cilegon Kota Cilegon
2006-2009
Politeknik Negeri Bandung Jurusan Teknik Konversi Energi
2009-2012
Pengalaman Organisasi Periode
Organisasi
Jabatan
Himpunan Mahasiswa Teknik Energi (HMTE)
Anggota
2010-2011
Akustik SMAN Negeri 1 Cilegon
Pengajar
2007-2009
Paskibra SMPN 1 Cilegon
Anggota
2005-2006
Paskibra SDN 4 Cilegon
Anggota
2002-2003
iii
Kepengurusan
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
UCAPAN TERIMAKASIH
Atas sebuah nikmat dan hidayah-Nya disertai do’a dan dorongan yang tulus ikhlas dari
orang-orang di sekitar penulis, akhirnya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Untuk itu penulis inigin mengucapkan terimakasih kepada Ayahanda Machdar dan Ibunda Iis Aisyah, kedua orang tua penulis atas segala pengorbanan beliau, Kakakku, Risma Ratna Dewi atas semua motivasi dan do’a nya. Terimakasih, semoga Allah menyertai kita semua dalam tali
kasih-Nya.
Penulis juga mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada: S.P. Mursid, M.Sc. sebagai Pembimbing Tugas Akhir yang senantiasa memberikan waktu 1. Ir.
dan pikirannya untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini, terimakasih banyak pak. 2. Bapak Maridjo, ST., MT. selaku teman diskusi penulis yang telah membantu dalam terselesaikannya tugas akhir ini. 3. Bapak Rusmana, ST. selaku teman diskusi penulis juga yang telah memberikan masukanmasukan untuk memperbaiki tugas akhir penulis. 4. Bapak Aceng Daud, M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung. 5. Bapak Drs. Dj’afar Sodiq, M.Eng. dan Bapak Wahyu Budi Mursanto, M.Eng selaku penguji yang telah memberikan kata “lulus” untuk penulis. 6. Para Panitia Tugas Akhir Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung yang telah membantu penulis selama menyelesaikan seminar dan sidang tugas akhir. 7. Para Dosen Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung yang telah memberikan ilmunya kepada penulis selama berkuliah di Politeknik Negeri Bandung. 8. Para Teknisi Laboratorium Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung yang telah banyak memberikan bantuannya kepada penulis dalam menyelasaikan tugas akhir ini. 9. Partner penulis, Donny Dwi Prayogo dan Muhammad Galih Maulana I yang telah banyak membantu penulis selama penulis menyelesaikan tugas akhir ini. 10. Geng “CK” dan “Bober” yang telah memberikan keceriaan selama penulis berada dalam tingkat kepenatan yang tinggi dalam mengerjakan tugas akhir yang melelahkan ini.
iv
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
11. Teman-teman Energi 2009 yang telah menjadi bagian terindah dalam hidup penulis.
v
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirrabil’alamin, puji dan syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah
Subhanahu Wata’ala yang telah melimpahkan rahmat serta hidayah-Nya kepada penulis.
Sehingga penulis akhirnya dapat menyelesaikan Tugas Akhir dan laporan Tugas Akhir dengan judul “Pembuatan dan Pengujian Turbin Air Tipe Crossflow dengan Diameter Luar Runner 0.1 m pada Sistem Simulator Sirkulasi Air” tepat pada waktunya tanpa menghadapi hambatan yang
berarti. Laporan ini disusun berdasarkan hasil Tugas Akhir yang dilaksanakan penulis pada
rentang waktu dari bulan Maret 2012 sampai Juli 2012.
Laporan Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat kelulusan mata kuliah Tugas Akhir pada semester VI Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung. Selain itu, penyusunan
laporan Tugas Akhir ini sebagai bentuk pertanggungjawaban atas apa yang telah penulis lakukan dan temukan selama Tugas Akhir. Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir yang penulis susun ini jauh dari kata sempurna. Untuk itu, penulis sangat menerima sekali kritik dan masukan agar di kemudian hari penulis dapat menyusun sebuah laporan yang lebih mendekati sempurna. Walaupun laporan Tugas Akhir yang penulis susun ini banyak kekurangannya, mudah-mudahan dapat memberikan sedikit manfaat bagi kita semua. Amin.
Bandung, 13 Juli 2012
Penulis
vi
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
ABSTRAK
Seiring dengan meningkatnya kebutuhan akan listrik bagi masyarakat maupun industri,
kita sebagai mahasiswa dan kaum intelektual diharuskan mencari solusi untuk menyediakan
listrik yang murah dan dapat dijangkau oleh semua kalangan. Karena semakin berkurangnya jumlah sumber energi fosil, kita dituntut untuk mencari energi lain selain energi fosil.
Salah satu energi lain yang bisa kita manfaatkan adalah energi air. Biasanya untuk skala
rumahan, energi air yang dipakai menggunakan skala mikrohidro atau pikohidro. Dalam sistem
PLTMH turbin merupakan komponen utamanya, dan saya memiliki turbin air tipe crossflow
dengan diameter luar sebesar 0.1 m. Turbin berputar berdasarkan variasi debit dari bukaan katup pada sistem simulator sirkulasi air. Debit maksimum yang dihasilkan sistem adalah 0.000288 m3/s dan mampu memutarkan turbin sebesar 310 rpm tanpa beban. Debit air yang dihasilkan adalah semburan dari pompa sentrifugal. Efisiensi yang dihasilkan turbin pada debit maksimum sebesar 5.39408 %.
vii
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
ABSTRACT
Along with the increasing demand of electricity for the community and industry, we as
students and intellectuals are required to find a solution to provide cheap electricity and can be
reached by all circles. Due to the decreasing amount of fossil energy sources, we are required to seek other than fossil fuel energy.
One of the other energies that we can use is the energy of water. Usually for home-scale,
energy-using water used pico hydro scale or micro hydro. At the MHP system, the turbine is the
main component, and I have a crossflow type of the water turbine with an outer diameter of 0.1 meters. The turbine rotates based on the variation on of the discharge valve opening on the
water circulating system simulator. The result of maximum discharge from system is 0.000288 m3/s and capable to rotated a turbine in 310 rpm with no load. Water discharge is produced by a centrifugal pump in that system. The resulting efficiency of the turbine at maximum discharge is 5.39408 percent.
viii
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR…………………………………..
i
LEMBAR PERSEMBAHAN………………………………………………………………...
ii
BIODATA PENULIS………………………………………………………………………...
iii
UCAPAN TERIMAKASIH………………………………………………………………….
iv
KATA PENGANTAR………………………………………………………………………..
vi
ABSTRAK……………………………………………………………………………………
vii
ABSTRACT.................................................................................................................
viii
DAFTAR ISI…………………………………………………………………………………
ix
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………………………
xii
DAFTAR TABEL……………………………………………………………………………
xiv
BAB I…………………………………………………………………………………………
1
PENDAHULUAN……………………………………………………………………………
1
1.1 Latar Belakang……………………………………………………………………………
1
1.2 Tujuan…………………………………………………………………………………….
1
1.2.1
Tujuan Umum……………………………………………………………………
1
1.2.2
Tujuan Khusus……………………………………………………………………
2
1.3 Rumusan Masalah………………………………………………………………………..
2
1.4 Batasan Masalah………………………………………………………………………….
2
1.5 Metodologi………………………………………………………………………………..
3
1.6 Sistematika Penulisan Laporan…………………………………………………………...
3
BAB II………………………………………………………………………………………...
5
LANDASAN TEORI…………………………………………………………………………
5
2.1 Turbin Air………………………………………………………………………………
5
2.1.1
Jenis-Jenis Turbin Air……………………………………………………………
5
2.1.2
Desain dan Aplikasi……………………………………………………………...
7
ix
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
2.1.3
Kecepatan Spesifik……………………………………………………………….
8
2.2 Turbin Crossflow………………………………………………………………………….
9
2.2.1
Prinsip Kerja Turbin Crossflow…………………………………………………
9
2.2.2
Kelebihan Turbin Crossflow…………………………………………………….
10
Turbin Air……………………………………………………………….. 2.3 Daya Hidraulis
12
2.4 Daya Mekanik Trubin Air………………………………………………………………...
12
2.5 Efisiensi Turbin Air……………………………………………………………………….
13
2.6 Hal-Hal Penting Dalam Perencanaan Poros………………………………………………
13
2.6.1
Kekuatan Poros………………………………………………………………….
13
2.6.2
Kekakuan Poros…………………………………………………………………
13
2.6.3
Putaran Kritis……………………………………………………………………
13
2.6.4
Korosi……………………………………………………………………………
14
2.6.5
Poros Dengan Beban Puntir……………………………………………………..
14
BAB III………………………………………………………………………………………..
17
DESKRIPSI ALAT…………………………………………………………………………...
17
3.1 Perencanaan Pembuatan Turbin Crossflow……………………………………………….
17
3.1.1
Runner Turbin…………………………………………………………………...
18
3.1.2
Poros Turbin……………………………………………………………………..
19
3.1.3
Nosel…………………………………………………………………………….
21
3.1.4
Rumah Turbin (Casing)…………………………………………………………
22
3.2 Bahan-Bahan……………………………………………………………………………...
23
3.3 Proses Pembuatan Turbin Crossflow……………………………………………………..
23
3.3.1
Pembuatan Turbin Runner………………………………………………………
24
3.3.2
Pembuatan Poros………………………………………………………………...
25
3.3.3
Pembuatan Nosel………………………………………………………………...
26
3.3.4
Pembuatan Rumah Turbin (Casing)……………………………………………..
27
3.3.5
Alat-Alat Yang Digunakan……………………………………………………...
27
3.4 Spesifikasi Turbin Crossflow……………………………………………………………..
28
3.5 Spesifikasi Nosel…………………………………………………………………………..
29
3.6 Spesifikasi Rumah Turbin (Casing)……………………………………………………….
29
3.7 Performa Teknis Alat……………………………………………………………………...
30
x
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
3.7.1
Spesifikasi Pompa Maksimum…………………………………………………...
30
3.7.2
Hidraulis…………………………………………………………………... Daya
30
3.7.3
Kecepatan Air……………………………………………………………………
30
3.7.4
Kecepatan Putaran Turbin……………………………………………………….
31
3.7.5
Daya Output Turbin……………………………………………………………..
31
3.8 Daerah Operasi Alat……………………………………………………………………….
32
3.9 Pengujian…………………………………………………………………………………..
32
3.10 Alat Ukur Yang Digunakan……………………………………………………………...
33
BAB IV………………………………………………………………………………………..
35
PENGUJIAN DAN ANALISA DATA……………………………………………………….
35
4.1 Prosedur Pengujian………………………………………………………………………..
35
4.2 Metoda Perhitungan……………………………………………………………………….
36
4.3 Efisiensi Turbin……………………………………………………………………………
36
4.4 Data Pengukuran…………………………………………………………………………..
37
4.4.1
Data Pengujian…………………………………………………………………...
4.4.2
Perhitungan Pengujian Rabu 5 Juli 2012 (Debit Maksimum = 0.000293 m 3/s dan
4.4.3
37
beban = 0.2 kg…………………………………………………………………...
38
Analisa Pengujian………………………………………………………………...
39
BAB V………………………………………………………………………………………… 43 KESIMPULAN DAN SARAN………………………………………………………………..
43
5.1 Kesimpulan………………………………………………………………………………..
43
5.2 Saran………………………………………………………………………………………. 43 DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………………………
44
LAMPIRAN…………………………………………………………………………………..
45
xi
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 (a) Turbin Francis, (b) Trubin Kaplan, (c) Turbin Tyson, dan (d) Kincir Air
(Sumber: google.com)…………………………………………………………………………
6
Gambar 2.2 (a) Turbin Pelton, (b) Trubin Turgo, (c) Turbin crossflow (Sumber: google.com)……………………………………………………………………………………
7
Gambar 2.3 Skema Pemilihan Turbin (HvsF) (Sumber: google.com)………………………..
7
Gambar 2.4 Turbin Crossflow (Sumber: google.com)………………………………………..
9
Gambar 2.5 Effisiensi Beberapa Turbin dengan Pengurangan Debit Sebagai Variabel
(Sumber: Haimerl, L.A., 1960)………………………………………………………………..
10
Gambar 2.6 Dua Tipe Turbin Crossflow (Sumber: Haimerl, L.A., 1960)…………………….
11
Gambar 3.1 Diagram Aliran Pembuatan Turbin Air Tipe Crossflow…………………………
17
Gambar 3.2 Dimensi Runner Turbin Crossflow………………………………………………
18
Gambar 3.3 Poros Turbin……………………………………………………………………..
21
Gambar 3.4 Nosel……………………………………………………………………………..
22
Gambar 3.5 Dimensi Rumah Turbin (Casing)………………………………………………..
22
Gambar 3.6 Prototype Turbin crossflow………………………………………………………
24
Gambar 3.7 Flow Chart Pembuatan Runner…………………………………………………..
25
Gambar 3.8 Flow Chart Pembuatan Poros…………………………………………………….
26
Gambar 3.9 Flow Chart Pembuatan Nosel…………………………………………………….
26
Gambar 3.10 Flow Chart Pembuatan Casing…………………………………………………. 27 Gambar 3.11 Turbin Crossflow Hasil Pembuatan…………………………………………….
28
Gambar 3.12 Nosel Hasil Pembuatan…………………………………………………………
29
Gambar 3.13 Rumah Turbin hasil Pembuatan………………………………………………...
29
Gambar 3.14 Pressure Gauge………………………………………………………………….
33
Gambar 3.15 Water Meter…………………………………………………………………….
33
Gambar 3.16 Tachometer……………………………………………………………………..
34
Gambar 3.17 Timbangan Pegas……………………………………………………………….
34
Gambar 4.1 Instalasi Turbin pada Sistem……………………………………………………..
35
Gambar 4.2 Kurva Karakteristik Antara Bukaan Katup dan Debit…………………………...
39
xii
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
Gambar 4.3 Kurva Karakteristik Antara Bukaan Katup dan Putaran Poros………………….
40
Karakteristik Antara Bukaan Katup dan Daya Output………………….. Gambar 4.4 Kurva
40
Gambar 4.5 Kurva Karakteristik Antara Bukaan Katup dan Efisiensi………………………..
41
xiii
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kisaran Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin Air………………………………….
8
Tabel 2.2 Faktor-Faktor Koreksi Daya Yang Akan Ditransmisikan (fc)……………………… 15
Tabel 4.1 Tabel Data Pengujian……………………………………………………………….
37
Tabel 4.2 Tabel Data Perhitungan…………………………………………………………….
39
Tabel 4.3 Perbandingan Data Teknis dengan Data Hasil Pengujian………………………….
42
xiv
Tugas Akhir Teknik Konversi Energi
DAFTAR PUSTAKA
Haimerl, L.A., 1960. The Crossflow Turbine Water power Version 12 No. 1
Sinaga, B. Jofri. 2009. Perancangan Turbin Air Untuk Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air
Tenaga Mikro Hidro. Universitas Lampung. Lampung Barat.
Sunarto, Edy M dkk. 1991. Pedoman Rekayasa Tenaga Air. Niedermann. St. Gallen
Mockmore, C. A., and Field, M. 1949. The Banki Water Turbine. Buletin Series No. 25
Hadi, Candra Purnama. 2009. Kinerja Turbin Crossflow Kapasitas 6000 watt Sebagai Penggerak Pompa Air (Studi Kasus di PLTMH Nanggeleng).Bandung. Sularso. 1997. Dasar Prencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Kiyokatsu Suga http://google.com Wikipedia ( diakses tanggal, 12 Maret 2012). “Turbin Air”. http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_air. Karakteristik Turbin Crossflow (diakses tanggal, 19 Maret 2012). http://www.agussuwasono.com/artikel/mechanical/300-karakteristik-turbin-crossflow.html Penjelasan lengkap tentang turbin crossflow ( diakses tanggal, 22 April 2012). http://lembagaenergihijau.blogspot.com/2011/12/penjelasan-lengkap-tentang.html Pelaksanaan Turbin Air (diakses tanggal, 13 juli 2012). http://www.alpensteel.com/article/50-104-energi-sungai-pltmh-micro-hydro-power/169-pelaksanaan-turbin-air.html
