PERANCANGAN TURBIN FRANCIS PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO Studi Kasus Di Desa Manggisan Kecamatan Tanggul Kabupaten Jember

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR KOVERSI EERGI PERACAGA TURBI FRACIS PEMBAGKIT LISTRIK TEAGA MIKRO HIDRO Studi Kau Di Dea Manggian Kecamatan Tanggul Kabupaten Jember Oleh : Ade Wira Kuuma DOSE PEMBIMBIG : Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT

2 Latar Belakang Energi litrik Bahan bakar foil Menipinya umber energi terebut Mahal Polui Sumber tenaga terbarukan Belum terlakananya Kebijakan Pemerintah ecara makimal Propori penggunaan umber energi Peningkatan kebutuhan energi litrik Banyaknya umber energi terbarukan Poteni Sungai Antrokan PLTMH

3 Perumuan Maalah Telah dioperaikannya beberapa PLTMH dengan intalai dan deain angat ederhana, berdaya kecil dan effiieni rendah. 1. Bagaimana merancang turbin air berdaya edang, handal, efiieni tinggi,mudah pengoperaian dan perawatannya. Bagaimana mendeain/merancang turbin air tipe franci yang euai kondii lokai dengan ΔZ 5m dan Q 0.5 m 3 /

4 Bataan Maalah Data dengan tinggi jatuh air 5 meter dan debit air 0,5 m 3 /detik. Agar memudahkan item tranmii dibutuhkan putaran turbin ebear 375 rpm. Turbin air yang direncanakan adalah turbin franci. Efiieni dari turbin ebear 0,85 berdaarkan grafik effiieni ebagai fungi beban. Letak power houe kurang lebih 41 meter.

5 Tujuan Merancang komponen utama turbin franci yang dapat dioperaikan euai kondii lapangan Sungai Antrokan, komponen-komponen utama yang dirancang meliputi : 1. Runner (roda turbin). Spiral Caing (rumah turbin) 3. Guide Vane (udu diam) 4. Draft Tube Merancang pentock. Merancang poro, paak dan melakukan pemilihan bearing. Membuat gambar uunan turbin hail rancangan

6 Manfaat Dihailkan uatu deain turbin franci yang memiliki daya edang, handal, efiieni tinggi, mudah pengoperaian dan perawatannya erta euai kondii lokai. Bermanfaat bagi mayarakat ekitar lokai di ungai antrokan untuk memberi pengetahuan tentang turbin yang digunakan untuk menggerakkan generator guna membangkitkan litrik.

7 Tahapan Perancangan Studi literatur Studi lapangan Perancangan pipa peat Jeni dan dimeni pipa Perancangan turbin - Pemilihan jeni turbin menurut putaran peifik - Perancangan komponen utama turbin - Runner - Spiral caing - Guide vane - Draft tube Perancangan poro Bahan poro dan ukuran poro Perancangan paak Bahan dan dimeni paak Pemilihan bearing Tipe, dimeni dan umur bearing

8 Tahapan Perancangan Turbin Franci Parameter perancangan Metode Perancangan Pemilihan Jeni Turbin menurut A Mulai Debit (Q) Perbedaan ketinggian ( Z) Panjang pentock (l) Diameter internal pentock (D) Loe coefficent fitting perpipaaan (K) Le/D fitting perpipaan Maa jeni air tawar (ρ) Efiieni turbin (ηt) Vikoita kinematik air tawar (μ) Data Perencanaan Daya Turbin Q H ρ g η t Kecepatan Aliran dalam Pentock Head Turbin Perencanaan Putaran Turbin Putaran Speifik n turbin 5 / 4 H A Menentukan Pilihan Turbin Seleai

9 Perancangan runner Mulai A (daya turbin), (putaran peifik), Q (debit), H (head turbin), n (putaran turbin) Dengan mengaumikan β 5 dan menggunakan metode tabel didapatkan (r, C m, β, Mt, θ) untuk etiap treamline. Diameter poro 5,1 Dh Kt Cb T τ a Dimeni Runner Dh(Øhub),D(Øoutlet),D 1A (Øinlet treamline),b(lebar runner),d A (Øoutlet treamline) 1/3 Jumlah udu roda turbin r m β 1 + β Z 13 in( ) e Menggambar Runner (Roda Turbin) Dimeni runner Diameter hub Dh ( 1,3 1,4)Dh C Kecepatan Meredional Kc g H m 1/ m1/ A Seleai Q1 dari gambar.15 Diameter outlet Q D Q H 1 ' Diameter inlet treamline entral D 1A, β 1, dari gambar.14 untuk tertentu B/D dari gambar.17 Lebar Roda Turbin B B D 1 D Menentukan D A dengan menggunakan metode grafi pada oftware autocad

10 Perancangan piral caing Mulai Putaran peifik ( ), Diameter Keluaran (D) Dimeni Spiral Caing (Rumah Turbin) Menggambar Spiral Caing (Rumah Turbin) Seleai A 19, 1, 5 D B 54, 1,1 + 8 D C 49, 1,3 + 5 D D 48, 1,5 + 8 D E 63. 0, D F 131, 1+ 4 D A I D L D A G 96, 0, D M D 0,1 + 0, ,88+ 0, ,6 + 0,000015

11 Perancangan guide vane Mulai A D Dimeni Rumah Turbin (G) Gambar.1. Grafik The Guide Vane Maximum Angle a 0 at Full Load Fungi Putaran Speifik ( ) Diameter inlet ring guide vane (G) Diameter outlet ring guide vane (D ) pada gambar.5 Jumlah Guide Blade 1 Z D' + (4 6) 4 A Diameter peletakkan Guide Vane Shaft D0 D1(0,9Ω + 1,07) Menentukan penampang dari guide blade berdaarkan gambar.3 Menggambar Guide Vane Seleai

12 Perancangan draft tube Mulai Putaran peifik ( ) Diameter keluaran (D) 03. 1, D O 140, 0, D S D R 0, 1, D A ,5 Dimeni Draft Tube P D 1,37 0,00056 T D 1,5 + 0,00019 Menggambar Draft Tube Q, 0, D U D 0,51 0,0007 Seleai A V 53, 1, D Z 33., D

13 Perancangan Turbin Data Input Perancangan 1. Lokai : Sungai Antrokan. Speifikai pipa peat : Material : Thermoplatic PVC (Polyvinyl Chloride) pipe Schedule 80 Panjang : 50 m External diameter : 4 inch Internal diameter : 1,418 inch (0,544 m) 3. Q 0,5 m 3 / 4. Z 5 m 5. Efiieni turbin 0,85 6. Putaran turbin n 375 rpm 7. Fluida kerja air tawar, dengan propertie : T 5 C, ρ 997,1 kg/ m

14 Perhitungan netto Head Turbin (H) Head lo mayor pada pipa peat (h l ) Dari tabel friction lo and flow velocity in PVC and CPVC pipe Schedule 80 didapatkan : 1. Kecepatan aliran (V),135 m/. Friction Head 0,5356 Panjang pipa 164,04 ft Head lo mayor 0, 3048m h l 164,04 ft 0,5495 ft h l 0, 7476m Head lo minor pada pipa peat (h lm ) h lm h lme + h lmpb + h lmg + h lmel Dimana : h lme : h lm pada entrance, dengan K 1 0,5 Le D h lmpb : h lm pada pipe bend, dengan 15 h lmg : h lm pada gate valve, dengan K 0,15 h lmel : h lm pada enlargement, dengan K 3 0,15

15 friction factor (f) l V h l f D g f 0,017 Head lo minor Le V K1 + f + K + K 3 D g h lm 0,78 m etto Head Turbin (H) : P1 P V1 V + + Z1 Z hl γ g H H Z ( h ) l + Σhlm H 4, 447m P 1 P P atm V 1 V 0 m/ Daya Turbin Q H ρ g η 101,6303kW 136, 863Hp t

16 Putaran Speifik Dari Turbin n (H 5 4 ) 375rpm 101, (4,447m) Perancangan runner 1. Diameter Poro (D h ) D h D h 1/3 B τ a τ Sf 1 Sf 5,1 Kt Cb T a 77,75 80 mm τ a σ ,5 τ a 6,44kg / mm K t faktor koreki ; 1,5-3 C b 1,-,3. Diameter hub (D h ) D (1,3 1,4) h D h 108 mm

17 Dimeni runner 3. Diameter keluaran roda turbin (D D 3 ) Q D Q 1 ' H D 0,783m 783mm Q 1 ' 0, Diameter maukan central treamline (D 1A D 1 ) β 1 90 D 1 >1 D 1 D 1A > D D 5. Lebar roda turbin (B) B B / D D 1 D1 790 mm B 0, mm 75,05 mm 1

18 6. Diameter keluaran central treamline (D A ) D A 445,866 mm 7. Meredional Velocity (C m ) K cm1 0,135 K cm 0,1 Cm 1 K Cm1 gh Cm K Cm gh C m1,9566 m/ (inlet) C m,19 m/ (outlet)

19 Pengecekan Dimeni Poro Turbin 1. Perhitungan Volume dan Berat Roda Turbin (Runner) Perhitungan volume udu roda turbin volume udu udu egmen lua egmen ketebalan udu volume udu,9308 x 10-3 m 3 Σudu 8 buah Σegmen buah ketebalan udu 5 mm lua egmen 7,369 mm Perhitungan volume bagian roda turbin yang lain (tanpa udu) Volume tanpa udu Vol. bagian + Vol. hijau bagian biru (.8.669, ,945) 10 m , m Volume total roda turbin Volume udu + Volume tanpa udu 3 3 7, m Berat runner (w r ) : wr Volumetotal roda turbin ρr g w r 540, 89 High Chromium Iron ρ 7,5 gram/cc

20 . Perhitungan Volume dan Berat Poro Berat poro (w h ) : Material S35C-D, denita (ρ) ebear 7,85 gram/cc wh Volumeh ρ h g w h 3, Tori yang Diakibatkan oleh Daya yang Dihailkan Turbin (Torque) 60 Torque π n 589,307m 4. Hydraulic Thrut (T) K D H T K 0,6, ,79

21 5. Perhitungan Gaya Radial (F r ) F K p D r r 1 B n gpm n 3 4 (H ) Q 786, 1gpm n H 80, 067 ft 145,6 K r 0,19 Fr K r H ρ H O g) D1 B ( F r 693, 7959

22 Tegangan geer maximum σ x σ y τ mak + τ σ x 0 aumi : berat pully (W b ) 75 berat flywheel (W f ) 150 ( σ y ) τ mak + τ 4. Fa 4.( wr + wh + T + Wb + W f ) σ y 6, 166MPa π. D π. D h 16Torque τ 6, 1356MPa 3 π. D τ mak 6, 1356MPa h h Pengecekan keamanan poro τ mak 6,1356Mpa Syp 58Mpa Material poro : S35C-D Aman

23 Perancangan Spiral Caing 70 D 783 mm 19,5 A 1, D 7mm 54,8 B 1,1 + D 1474mm 49,5 C 1,3 + D 1585mm 48,8 D 1,5 + D ,6 E 0,98 + D 1479mm 131,4 F 1 + D 53mm 96,5 G 0,98 + D 1847mm I ( 0,1 + 0, ) D mm 114 L M ( 0,88 + 0, ) D mm 716 ( 0,6 + 0, ) D mm 471 Material Spiral caing : Cat Iron ASTM A356

24 Perancangan Guide Vane G 1847mm Z l Z l Jumlah Guide Blade 1 D' + (4 6) D ' D1 + (40 100) mm 4 1 D' 790mm + 50mm 830mm D' 830mm 1 buah Outlet Blade Angle 70 Outlet Blade Angle 14,5

25 Diameter range peletakkan guide vane (D o ) D D (0,9 1 Ω 0 + ω 1,8 Q 0,083 Ω 0,708 D 1,07) 790mm (0,9 (0,708) 0 + D0 907, 338mm Didapatkan : Maka : Ω ω 1,07) Q Q Q. g. H ω.. n ω ω.g.h 60 39,5rad / π Material Guide vane : High Chromium Iron

26 Perancangan Draft Tube 70 D 783 mm 03,3 1,54 + D 3480mm 140,7 O 0,83+ D 3mm 53,7 V 1,1 + D 146mm 33,8 Z,63+ D 438mm P ( 1,37 0, ) D mm 104,6 Q 0,58 + D 707mm 0,0013 R 1,6 D 153mm S T D 6668mm 9,8 0,5. + ( 1,5 + 0, ) D mm 1185 U ( 0,51 0,0007. ) D mm 361 Material Draft tube : Cat Iron ASTM A356

27 Perencanaan Paak Gaya yang Bekerja pada Paak dan Dimeni paak Torque F D h F 6473, Tegangan geer pada paak F F S A W L Dari buku Deutchman, Aaron D., Michel, Walter J., and Wilon, Charle E. Machine theory and practice, poro Ø80 mm ( 7 / 8 inch) : W H 3 / 4 inch 1,905 cm. Syarat aman paak : S Panjang paak minimal : F f L 0, 58 Syp W m Syp f Syp 0,58Syp Syp 60, ki 415 Mpa Deign L 0, 08

28 . Tegangan komprei pada paak Syarat aman paak : S c Scyp f F F S c A H L Scyp f Syp f Panjang paak minimal : L F f H Syp L 581,54,5 6 0,01905m ( ) Pa L 0, 0333m Ditinjau dari tegangan geer dan tegangan komprei Jadi panjang paak minimum : 3,33 cm Maka panjang paak yang digunakan : 4 cm Material paak : AISI 1018

29 Pemilihan Bantalan tandard ISO untuk bearing Umur bantalan : L nm a. a 1 kf 6 10 C 60n P p Spherical Roller Thrut Bearing d (diameter dalam) 80 mm D (diameter luar) 170 mm H (tebal) 54 mm C (kontanta dynamic load) 670 k Co (kontanta tatic load) 1630 k A (minimum load factor) 0,5 minimum load bearing : n Fam 1,8 Fr + A F am 4, 88k a 1 1 a kf 0,35 C 670 k L nm P equivalent dynamic bearing P F a +1, F r 34,06 k 6 10/ k 1 0,35 3, 10 L nm rpm 34,06k jam Syarat bearing beroperai baik : F T + w + w + W am r h b Material bearing : 5100 High C-Cr

30 Spiral caing : A 7 mm F 53 mm B 1474 mm G 1847 mm C 1585 mm I 114 mm D 171 mm L 716 mm E 1479 mm M 471 mm Guide vane : Jumlah Guide Blade (Z l ) 1 buah Outlet Blade Angle (α 0 ) 14.5º Diameter range peletakkan guide vane (D 0 ) 907,3 mm Draft tube : Poro: 3480 mm O 3 mm P 104 mm S 6668 mm T 1185 mm U 361 mm Panjang Diameter (Dh) 60 cm 8 cm Q 707 mm V 146 mm R 153 mm Paak : Z 438 mm Panjang (L) Lebar (W) Tinggi (H) Tipe 4 cm 3 / 4 inch 1,905 cm (berdaarkan tabel) 3 / 4 inch 1,905 cm (berdaarkan tabel) Square Key