PERANCANGAN TURBIN FRANCIS PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO SISTEM PENDINGIN DENGAN VARIASI PUTARAN KOMPRESOR ”Studi Kasus Di Desa Manggisan Kecamatan Tanggul Kabupaten Jember” Ade Wira K Program Sarjana Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya E-mail:
[email protected] Abstrak
Energi potensial air merupakan salah satu energi yang dapat terbaharui. Energi tersebut dapat diolah menjadi energi listrik secara maksimal. Sehingga kita tidak perlu lagi bergantung pada energi dari bahan bakar fosil yang mengalami krisis ketersediaan akhir-akhir ini. Salah satu bentuk energi potensial air yang belum termanfaatkan adalah air terjun di Sungai Antrokan di Dusun Sungai Tengah, Desa Manggisan, Kecamatan Tanggul, Kabupaten Jember. Sungai tersebut memiliki tinggi jatuh air 25 meter dan debit air 0,5 m3/s. Sehingga dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan energi listrik dengan menggunakan turbin air untuk memenuhi kebutuhan energi penduduk di sekitarnya. Perancangan turbin diawali dengan pemilihan jenis turbin berdasarkan data head (H) dan kapasitas (Q) yang diperoleh. Setelah diketahui jenis turbin yang sesuai maka dapat dilakukan perancangan terhadap roda turbin (runner), sudu pengarah (guide vane), rumah turbin (spiral casing), serta draft tube. Pada perancangan ini dihasilkan desain dari penstock, roda turbin (runner), sudu diam (guide vane), rumah turbin (spiral casing), draft tube, pasak, dan bearing. Kata kunci : mikro hidro power, head, debit, roda turbin, sudu diam, rumah turbin, draft tube
I.1 Latar Belakang Saat ini energi listrik merupakan salah satu sumber energi vital bagi kehidupan manusia, baik sektor rumah tangga, komersial, publik maupun industri. Penyediaan energi listrik sudah merupakan salah satu infrastruktur yang wajib dipenuhi agar perekonomian suatu daerah dapat ditingkatkan. Di sisi lain, ketidaktersediaan akan energi listrik merupakan salah satu indikator daerah tertinggal atau kemiskinan. Sumber energi yang digunakan untuk pembangkit energi listrik saat ini sebagian besar berasal dari bahan bakar fosil seperti minyak, gas dan batu bara. Dengan ketergantungan terhadap bahan bakar fosil tersebut mengakibatkan menipisnya cadangan sumber energi tersebut, ketidakstabilan harga akibat laju permintaan yang lebih besar, polusi gas buang, serta efek rumah kaca yang disebabkan dari pembakaran bahan bakar fosil. Oleh karena itu pengembangan dan implementasi sumber tenaga terbarukan yang ramah lingkungan seperti tenaga air perlu mendapatkan perhatian serius dari berbagai pihak. Berbagai kebijakan atau peraturan telah dikeluarkan oleh pemerintah untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Kebijakan Umum Bidang Energi (KUBE) tahun 1980 dan Keputusan Menteri Pertambangan dan Energi No.
996.K/43/MPE/1999 tentang prioritas penggunaan bahan bakar terbarukan untuk produksi listrik yang hendak dibeli PLN. Peraturan Presiden RI No. 4 Tahun 2010 tentang penugasan kepada PT. PLN untuk melakukan percepatan pembangunan pembangkit tenaga listrik yang menggunakan energi terbarukan. Akan tetapi kebijakan tersebut belum dilaksanakan secara maksimal sehingga tidak dapat memenuhi kebutuhan yang diharapkan. Hal ini terbukti dari data proporsi penggunaan energi sebagai pembangkit tenaga listrik pada tahun 2010 yang menunjukkan proporsi penggunaan energi batu bara sebesar 71%, gas 12%, panas bumi 7%, tenaga air sebanyak 8%, dan BBM sebesar 2% sebagai sumber tenaga. Sehubungan dengan peningkatan kebutuhan energi listrik serta keterbatasan pemerintah (PLN) dalam penyediaan energi listrik, sesungguhnya di Indonesia khususnya di Jawa Timur memiliki potensi sumber energi terbarukan dalam jumlah yang banyak. Sumber energi ini berupa terjunan air dimana salah satunya adalah potensi dari Sungai Antrokan di Dusun Sungai Tengah, Desa Manggisan, Kecamatan Tanggul, Kabupaten Jember. Sumber energi tersebut dapat dimanfaatkan untuk pembangkit listrik tenaga mikro hidro dengan menggunakan turbin air untuk memenuhi kebutuhan energi penduduk di sekitarnya.
Seperti diketahui bahwa turbin air adalah suatu mesin yang menghasilkan energi mekanik berupa putaran poros dengan memanfaatkan energi potensial air. Energi ini selanjutnya diubah menjadi bentuk energi lain seperti energi listrik. Pada perancangan turbin, jenis dan dimensi sangat tergantung dari kondisi head dan kapasitas yang tersedia. Agar diperoleh efisiensi optimum, maka turbin air yang beroperasi pada suatu lokasi tertentu akan mempunyai design yang spesifik (tipe maupun dimensi) yang bebeda di tiap lokasi. Melihat kondisi di atas maka akan sangat bermanfaat bila dalam tugas akhir ini dilakukan suatu perancangan turbin air sebagai pembangkit listrik tenaga mikro hidro sesuai dengan kondisi lokasi. II.
Tinjauan Pustaka
Secara sederhana Turbin Air adalah suatu alat penggerak mula dengan air sebagai fluida kerjanya yang berfungsi mengubah energi hidrolik dari aliran air menjadi energi mekanik dengan cara mengubah moment of momentum aliran menjadi moment puntir (torsi) poros, sehingga menghasilkan energi mekanik poros. Perangkat turbin terdiri dari beberapa bagian, diantaranya roda turbin yang merupakan unit yang bergerak (rotor) dan unit diam (stator) yang terdiri dari sudu diam, rumah turbin, dan draft tube. Dari energi mekanik yang dihasilkan di poros akan ditransmisikan ke generator untuk mendapatkan energi listrik. Untuk membedakan jenis turbin dilakukan penggolongan berdasarkan beberapa faktor pembeda. Dalam hal ini segi-segi hidrolik sangat berperan, diantaranya adalah: a. perubahan tekanan b. arah aliran c. tinggi jatuh air d. kapasitas aliran /Debit (Q) e. daya (N) f. putaran spesifik (N s ) Faktor-faktor di atas akan diuraikan sebagai berikut: A. Penggolongan Berdasarkan Perubahan Tekanan [ 3] Berdasarkan tekanan turbin dibagi menjadi dua tipe, yaitu : 1. Turbin Impuls / Turbin Aksi (tanpa tekanan) Turbin impuls / aksi memanfaatkan energi kecepatan (energi kinetik) berupa pancaran air melalui nozzle dengan kecepatan tinggi. Turbin jenis ini disebut turbin tanpa tekanan, karena perubahan tekanan hanya terjadi pada nozzle saja dan sudu geraknya beroperasi pada tekanan atmosfir. 2. Turbin Reaksi (dengan tekanan) Turbin reaksi memanfaatkan perubahan tekanan dimana perubahan tekanan terjadi pada guide vane dan runner . Pemanfaatan
perubahan energi kinetik juga ada, namun kurang mendominasi. Turbin reaksi beroperasi terendam di dalam air. Oleh karena itu pada sisi masuk dan keluar turbin mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan udara luar. Contoh turbin reaksi adalah Turbin Francis, Turbin Propeler dan Turbin Kaplan. B. Penggolongan Berdasarkan Arah Aliran [ 3] Penggolongan turbin berdasarkan arah aliran masuk dan keluar roda turbin dalam hubungannya dengan poros, tanpa menghiraukan arah aliran sirkular (circular flow) air di sekitar poros, yaitu: 1. Turbin aliran aksial : aliran air sejajar terhadap sumbu poros , misalnya Turbin Propeller. 2. Turbin aliran radial keluar : aliran air melalui roda jalan tegak lurus terhadap poros dari dalam keluar, misalnya Turbin Fourneynon. 3. Turbin aliran radial ke dalam : aliran air melalui roda jalan tegak lurus terhadap poros dari luar ke dalam, misalnya Turbin Francis putaran rendah. 4. Turbin aliran berubah (mixed flow) : aliran air berubah dalam ruang roda jalan dari radial ke aksial, misalnya Turbin Francis. 5. Turbin aliran tangensial : aliran tegak lurus terhadap jari-jari, misalnya Turbin Pelton. C. Penggolongan Berdasarkan Daya, Tinggi Jatuh, dan Debit yang mengalir Berdasarkan daya yang dihasilkan, tinggi jatuh air, dan debit yang mengalir per detiknya, jenis-jenis turbin dapat digolongkan sebagai berikut : [ 4 ] a. Turbin Mini Mikrohidro, contohnya kincir air. b. Turbin Mikrohidro, untuk Head rendah contohnya Turbin Kaplan dan Turbin Francis putaran rendah. Untuk Head tinggi, contohnya Turbin Pelton. c. Turbin Hydropower, adalah turbin air dengan daya tinggi yang mampu menghasilkan daya diatas 20 MW tiap unit. Contohnya Turbin Kaplan dan Pelton. D. Penggolongan Berdasarkan Putaran Spesifik Putaran spesifik merupakan putaran turbin model (turbin yang bentuknya sama tetapi dengan skala yang berbeda) yang menghasilkan daya satu Horse Power (Hp) untuk head satu meter kolom air yang bekerja pada efisiensi maksimum. Putaran spesifik ( N s ) dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :
Ns =
n. N (H )
5
4
, [6]
Tabel 2.1. Jenis Turbin Berdasar Putaran Spesifik.
yang dibutuhkan untuk menggerakkan generator (n). Serta properties lain yang didapat dari tabel standardisasi dan beberapa ukuran yang telah ada pada literatur. Maka dapat diuraikan langkah-langkah perhitungan untuk mendapatkan putaran spesifik (N s ) guna menentukan jenis turbin yang akan dirancang. Gambar 3.1 berikut ini adalah diagram alir untuk menghitung putaran spesifik (Ns) turbin :
Turbin Francis merupakan turbin jenis reaksi yang bekerja karena tekanan pada roda turbin yang menyebabkan roda turbin berputar dimana aliran air melalui rumah keong yang diarahkan dengan sudu pengarah menuju sudu jalan dari roda turbin Daya yang dihasilkan oleh turbin dapat diatur dengan cara mengatur posisi sudu diam, sehingga aliran air yang menumbuk roda turbin dapat diatur. Prinsip kerja dari turbin francis ialah memanfaatkan energi tinggi jatuh air untuk memutar roda turbin . Roda turbin berputar akibat dari cairan yang ada diantara sudu roda turbin yang memiliki energi mekanis, partikel cairan ini memiliki kecepatan keliling U yang arahnya menyinggung lingkaran. Akibat dari kecepatan keliling ini menimbulkan gaya sentrifugal, dengan meningkatnya gaya sentrifugal membuat partikel cairan bergerak menuju pusat dari roda turbin dengan kecepatan relative W yang arahnya menyinggung permukaan sudu. Sedangkan kecepatan absolute C merupakan penjumlahan geometris dari U dan W. Tahapan dalam suatu perancangan dari Turbin Francis digunakan beberapa metode yaitu dengan menggunakan metode empirik pada rumah turbin dan draft tube yang dirumuskan oleh deSiervo dan deLeva (1976) serta menggunakan metode point by point pada roda turbin. III. Metodologi 3.1. Perancangan Penstock Pada perancangan penstock yang digunakan untuk perancangan Turbin Francis Mikro Hidro Power ini menggunakan pipa PVC. Dalam pemilihan dimensi penstock ini dikarenakan dua factor berikut ini, yaitu : 1) Batas kecepatan aliran di dalam pipa berbahan PVC adalah 3 m/s. 2) Berdasarkan dimensi pipa PVC yang umum tersedia di pasaran. 3.2. Pemilihan Jenis Turbin Dari data inputan yang diperlukan untuk merancang turbin, telah didapatkan debit aliran (Q), ketinggian jatuh (∆Z), efisiensi perancangan ( η t), dan putaran turbin
Mulai panjang penstock (l), diameter internal penstock (D), debit (Q), perbedaan ketinggian (? Z) , losses coefficent fitting perpipaaan (K), Le/D fitting perpipaan, massa jenis air tawar (?), efisiensi turbin (?t), viskositas kinematik air tawar (µ) Kecepatan Aliran Rata-rata dalam Penstock 4×Q V = π × D2 Head Loss Minor Entrance 2
Friction Head
hlm = K ×
V 2g
Head Loss Minor Pipe 2Bends Le V × hlmPb = f × D 2g Dengan f berdasarkan perhitungan hl
Head Loss Mayor
hl = f × l
Head Loss Minor Gate Valve 2 hlmg = K ×
V 2g
Head Loss Minor Diffuser 2
hlmd = K ×
V 2g
Head Turbin
H = ∆ Z − ( hl + hlme + hlmPb + hlmg + hlmel )
Daya Turbin N = Q × H × ρ × g ×ηt Putaran Spesifik n × N N s = turbin 5 / 4 H Selesai
Gambar 3.1. Flowchart Perhitungan Putaran Spesifik (Ns)
3.3. Perancangan Runner (Roda Turbin) Setelah didapat nilai putaran spesifik dari perhitungan di atas, maka dapat ditentukan jenis dari turbin dengan melihat tabel 2.1 [ 6 ] Jenis turbin berdasarkan putaran spesifik. Apabila telah diketahui jenis dari turbin yang akan dirancang maka kita dapat mencari dimensi dari runner atau roda turbin. Gambar 3.2 berikut ini adalah diagram alir untuk menghitung dimensi runner atau roda gerak turbin yang dirancang :
Mulai
Mulai N (daya turbin), Ns (putaran spesifik), Q (debit), H (head turbin), n (putaran turbin)
Putaran spesifik (Ns), Diameter Keluaran (Ds)
Perkiraan diameter poros
A 19,5 = 1,2 − Ds Ns
5,1 Dsh = × K t × Cb × T τ a
1/ 3
Diameter hub Dh = (1,3 − 1,4) Dsh Q1’ dari gambar 2.15 Diameter outlet Q Ds = Q1 '× H Diameter inlet streamline sentral D1A, ß1, dari gambar 2.14 untuk Ns tertentu B/D dari gambar 2.17
B 54,8 = 1,1 + Ds Ns C 49,25 = 1,32 + Ds Ns
D 48,8 = 1,5 + Ds Ns
A G 96,5 = 0,89 + Ds Ns I = 0,1 + 0,00065N s Ds
L = 0,88 + 0,00049 N s Ds M = 0,6 + 0,000015 N s Ds
Menggambar Spiral Casing (Rumah Turbin)
E 63.6 = 0,98 + Ds Ns
Selesai
Lebar Roda Turbin B B= × D1 D
F 131,4 = 1+ Ds Ns
Menentukan D2A dengan menggunakan metode grafis pada software autocad
A
Gambar 3.3. Flowchart Perhitungan Dimensi Rumah Turbin KCm1 dan KCm2 dari gambar 2.18 Kecepatan Meredional C m1 / 2 = Kc m1 / 2 × 2 × g × H Dengan mengasumsikan ß2=25° dan menggunakan metode tabel didapatkan (r, Cm, ß, Mst, ?) untuk setiap streamline. Junlah sudu roda turbin rm β + β2 ) × sin( 1 2 e
Z = 13 ×
Menggambar Runner (Roda Turbin) Selesai
Gambar 3.2. Flowchart Perhitungan Dimensi Roda Turbin
3.4. Perancangan Spiral Casing (Rumah Turbin)
Pada perancangan rumah turbin, digunakan metode empirik yang dirumuskan oleh deSiervo dan deLeva (1976) dengan berdasar pada putaran spesifik (Ns) dan diameter keluaran turbin (Ds). Dimensi dari rumah turbin dapat ditentukan dengan persamaan pada gambar 3.3 berikut:
3.5. Perancangan Guide Vane (Sudu Diam) Perancangan sudu diam dilakukan berdasarkan dimensi rumah turbin yang telah dilakukan sebelumnya. Hal ini dilakukan karena sudu diam merupakan bagian dari rumah turbin atau spiral casing.
Mulai
Mulai
Putaran spesifik (Ns) Diameter keluaran (Ds)
D’=Dimensi Rumah Turbin (G)
N 203.3 = 1,54 + Ds Ns O 140,7 = 0,83 + Ds Ns
Diameter inlet ring guide vane (G) Diameter outlet ring guide vane (D’)
P = 1,37 − 0,00056 N s Ds
Q 22,6 = 0,58 + Ds Ns
Jumlah Guide Blades 1 Z= D' + (4 ÷ 6) 4
R 0,0013 = 1,6 − Ds Ns Ns S = − 9.28 + 0,25 N s D3
Grafik The Guide Vane Maximum Angle a0 at Full Load Fungsi Putaran Spesifik (Ns)
T = 1,5 + 0,00019 N s Ds
U = 0,51 − 0,0007 N s Ds
Diameter peletakkan Guide Vane Shaft D0 = D1 (0,29Ω + 1,07)
V 53,7 = 1,10 + Ds Ns Z 33.8 = 2,63 + Ds Ns
Menentukan penampang dari guide blade
Menggambar Draft Tube Selesai
Menggambar Guide Vane Selesai
Gambar 3.4. Flowchart Perancangan Sudu Diam
3.6. Perancangan Draft Tube Pada perancangan draft tube juga digunakan metode empirik seperti halnya pada perancangan rumah turbin.
Gambar 3.5. Flowchart Perhitungan Dimensi Draft Tube
3.7. Perancangan Pasak Pada perancangan pasak jenis pasak yang digunakan adalah square key. Bila poros berputar dengan torsi (T) tertentu akan menghasilkan gaya F yang bekerja pada diameter terluar dari poros. Sehingga gaya F inilah yang akan bekerja pada pasak. Gaya F inilah yang menimbulkan tegangan geser dan tegangan kompresi pada pasak. Syarat pasak dikatakan aman terhadap tegangan geser adalah S s ≤ syarat
pasak
dikatakan
aman
Ssyp . Sedangkan sf
terhadap
tegangan
Scyp . Berdasarkan tabel dimensi kompresi adalah S c ≤ sf untuk square dan flat taper stock keys dari buku Deutschman, Aaron D., Michels, Walter J., and Wilson, Charles E. Machine Design theory and practice, untuk diameter poros sebesar Dsh maka pasak memiliki dimensi lebar (W) = tinggi (H) tertentu.
IV.
PERANCANGAN TURBIN
4.1. Data Input Perancangan Data awal yang dipakai sebagai parameter dalam perancangan Turbin Francis ini diantaranya sebagai berikut : 1. Tata letak lokasi rencana PLTMH Dusun Sungai Tengah, Desa Manggisan, Kecamatan Tanggul, Kabupaten Jember. 2. Pipa pesat dengan spesifikasi : a) Material : Thermoplastic PVC (Polyvinyl Chloride) pipes Schedule 80 [16 ] b) Panjang : 50 m c) Diameter : 1) External diameter : 24 inch 2) Internal diameter : 21,418 inch (berdasarkan standard dimensions and weight of PVC - Polyvinyl Chloride - and CPVC - Chlorinated Polyvinyl Chloride - pipes according ASTM D1785) [16 ] 3 3. Debit Q = 0,5 m /s 4. Ketinggian jatuh air (Gross Head) ∆Z = 25 m 5. Efisiensi turbin η t = 0,85 [1] 6. Putaran turbin n = 375 rpm 7. Fluida kerja air tawar, dengan properties : T = 25°C [ 9 ] ρ = 997,1 kg/ m
µ = 8,94.10 −4 Ns / m 2
Asumsi yang digunakan : a) Incompressible flow b) Steady flow
Dari tabel tersebut untuk debit sebesar 0,5 m3/s dan diameter luar pipa 24 inch dapat diperoleh : 1. Kecepatan aliran (V) = 7,054 ft/s = 2,15 m/s 2. Friction Head = 0,5495 Panjang pipa =
50m ×
ft = 164,04 ft 0,3048m
Head loss mayor =
hl = 164,04 ft × 0,5495 ×
0,3048m ft
hl = 0,27476m b. Perhitungan Head loss minor pada pipa pesat Hlm = hlme + hlmPb + hlmg + hlmel Dimana : hlme : head loss minor pada entrance, dengan K1 =0,5 hlmPb : head loss minor pada pipe bends, dengan
Le = 15 D
hlmg : head loss minor pada gate valve, dengan K2 = 0,15 hlmd : head loss minor pada diffuser, dengan K3 = 0,15 Sehingga : Head loss minor = 2 Le V + K2 + K3 K1 + 2 × f D 2g
dimana untuk mendapatkan nilai friction factor (f) didapatkan dari perhitungan Head loss mayor sebelumnya : − 2
4.2. Pemilihan Jenis Turbin Pemilihan jenis turbin didasarkan pada putaran spesifik (Ns). Untuk mendapatkan nilai putaran spesifik maka dilakukan perhitungan berdasarkan daya turbin (N), Head netto turbin (H), dan putaran turbin (n). Adapun tahapan perhitungan untuk mendapatkan putaran spesifik adalah sebagai berikut : 1. Perhitungan netto Head Turbin (H) : a. Perhitungan Head loss mayor pada pipa pesat Dalam perancangan Turbin Francis ini, dimensi, bahan, dan debit yang mengalir pada pipa pesat telah ditentukan sebelumnya. Maka perhitungan untuk Head loss mayor didasarkan pada tabel friction loss and flow velocity in PVC and CPVC pipes Schedule 80 yang terdapat pada lampiran.
l V hl = f × × D 2g 0,27476m = f ×
50m (2,15m / s ) 2 × 0,544m 2 × 9,81m / s 2
f = 0,0127 maka : Head loss minor = =
2 (0,5 + (2 × 0,0127 ×15) + 0,15 + 0,15) (2,15m / s ) 2 2 × 9,81m / s 2 ( 2,15m / s ) (1,1806)
2 × 9,81m / s 2
= 0,2782 m
2
P1
2. Diameter hub (Dh)
2
V P V + 1 + Z 1 − H = 2 + 2 + Z 2 + ∑ hl γ 2g γ 2g
H=
P1 − P2
γ
Dh = (1,3 − 1,4) × Dsh
= 108 mm
V − V2 + 1 + Z 1 − Z 2 − ∑ hl 2g 2
2
3. Diameter keluaran roda turbin (Ds)
dimana :
Ds =
• P1 = P2 = Patm • V1 = V2 ≈ 0 m/s2 sehingga akan didapatkan :
Q Q1 '× H
Ds = 0,783 m
H = Z 1 − Z 2 − ∑ hl
H = ∆Z − (hl + Σhlm ) H = 25m − (0,27476m + 0,2782m) H = 24,447 m 1. Perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh turbin:
N = Q × H × ρ × g ×η t
N = 0,5m 3 / s × 24,447 m × 997,1kg / m 3 × 9,81m / s 2 × 0,85 N = 101630,316 Watt 4. Diameter masukan central streamline (D 1 A ) N = 101,630316 kWatt β1 = 90° .
D1 >1 Ds D1 = D1 A > Ds
2. Nilai putaran spesifik dari turbin : n× N Ns = 5 (H ) 4 Ns =
D 1 A = 790 mm
375rpm × 101,6303 (24,447 m)
5
5. Lebar roda turbin (B)
4
B 1 < D1 5 B = B / D1 × D1
N s = 69,5439 ≈ 70
= 75,05 mm
4.3. Perancangan Runner (Roda Turbin) 6. Diameter keluaran central streamline (D 2 A )
1. Diameter Poros (Dsh)
5,1 Dsh = × K t × C b × T τ a
1/ 3
Dimana : Kt : faktor koreksi ; 1,5-3 Cb : 1,2 – 2,3
τ a : 6,44 kg/mm2
1/ 3
5,1 Dsh = × 1,5 × 1,5 × 263967,81 6,44 = 77,751 mm ≈ 80 mm
D 2 A = 445,866 mm.
7. Meredional Velocity (C m )
4.5. Perancangan Draft Tube
203,3 Ds N = 1,54 + N s N = 3479,88 ≈ 3480 mm
C m1 = K Cm1 × 2 gH = 2,96 C m 2 = K Cm 2 × 2 gH = 2,91
140,7 Ds O = 0,83 + N s O = 2222,6 ≈ 2223 mm b) P = (1,37 − 0,00056.N s )Ds P = 1042,01 ≈ 1042 mm
8. Menentukan kelengkungan sudu ( θ ) Untuk mendapatkan sudut kelengkungan ( θ ) guna untuk membentuk profil lengkungan dengan menggunakan metode tabel yang diambil dari Double Curvature Method
a)
9. Menentukan jumlah sudu (Z)
c)
rm β + β2 × sin 1 e 2 Mst , dari Double Curvature Method rm = e Z = 7,9745 = 8 buah Z = 13 ×
d)
22,6 Ds Q = 0,58 + N s Q = 706,9 ≈ 707 mm 0,0013 Ds R = 1,6 − N s R = 1252,7 mm ≈ 1253 mm
Zl =
Ns Ds S = − 9 , 28 + 0 , 25 . N s S = 6667,9 ≈ 6668 mm f) T = (1,5 + 0,00019.N s )Ds T = 1184,9 ≈ 1185 mm g) U = (0,51 − 0,0007.N s )Ds U = 360,9 = 361 mm
D' = 830mm
Ds h) V = 1,1 + N s V = 1461,1 = 1462 mm
e)
4.4. Perancangan Guide Vane (Sudu Diam) a) Jumlah Guide Blade Untuk menghitung jumlah guide blade digunakan persamaan :
1 D' + (4 ÷ 6) 4 dimana D ' = D1 + (40 ÷ 100)mm D' = 790mm + (40 ÷ 100)mm
maka,
1 Zl = 830mm + (4 ÷ 6) 4 Z l = 12,2 ≈ 12 buah guide blade
i)
33,8 Ds Z = 2,63 + N s Z = 2437,4 = 2438 mm
b) Outlet Blade Angle outlet blade angle sebesar 14,5º. c) Diameter range peletakkan guide vane
D0 = D1 (0,29Ω + 1,07) Ω=ω Q −−
ω= Q= −−
−−
2.π .n 60 0,5m 3 / s 2 × 9,81m / s 2 × 24,447 m
= 0,02283
D0 = 790mm × (0,29 × (0,2708) + 1,07)
D0 = 907,338 mm
V.
53,7
Kesimpulan
a.
Kondisi Operasi 1. Pipa pesat dengan spesifikasi : i. Panjang : 50 m ii. Diameter : a) External diameter : 24 inch b) I nternal diameter : 21,418 inch (berdasarkan standard dimensions and weight of PVC - Polyvinyl Chloride - and CPVC Chlorinated Polyvinyl Chloride - pipes according ASTM D1785) 2. Debit Q = 0,5 m3/s 3. Ketinggian air jatuh (Gross Head) ∆Z = 25 m 4. Efisiensi turbin ηt = 0,85 5. Putaran turbin n = 375 rpm 6. Fluida kerja air tawar, dengan properties : ρ = 997,1 kg/ m3
N = 3480 mm O = 2223 mm P = 1042 mm Q = 707 mm R = 1253 mm e)
f)
S = 6668 mm T = 1185 mm U = 361 mm V = 1462 mm Z = 2438 mm
Poros 1. Panjang 2. Diameter (Dsh) Pasak
1. 2. 3. 4.
Panjang (L) Lebar (W) Tinggi (H) Tipe
µ = 8,94.10 −4 Ns / m 2
b.
a)
Konstruksi Roda Turbin (Runner)
1. Diameter poros (Dsh) 2. Diameter hub (Dh) 3. Diameter keluaran runner (Ds) 4. Diameter masukan central streamline (D1A) 5. Lebar roda turbin (B)
6. Diameter keluaran central streamline (D2A)
7. Jumlah sudu turbin (Z) b)
c)
= 80 mm = 108 mm = 783 mm = 790 mm = 75,05 mm = 445,866 mm = 8 buah
Rumah Turbin (Spiral Casing) A = 722 mm F = 2253 mm B = 1474 mm
G = 1847 mm
C = 1585 mm
I
D = 1721 mm
L = 716 mm
E = 1479 mm
M = 471 mm
= 114 mm
Sudu Diam (Guide Vane) 1. Jumlah Guide Blades (Zl) 2. Outlet Blade Angle (α0) 3. Diameter range peletakkan guide vane (D0) d) Draft Tube
= 60 cm = 8 cm
= 12 buah = 14.5º = 907,3 mm
= 4 cm = 3/4 inch = 3/4) = Square Key
