ANALISA PERANCANGAN TURBIN VORTEX DENGAN CASING BERPENAMPANG SPIRAL DAN LINGKARAN DENGAN 3 VARIASI DIMENSI SUDU

Transkripsi

1 ANALISA PERANCANGAN TURBIN VORTEX DENGAN CASING BERPENAMPANG SPIRAL DAN LINGKARAN DENGAN 3 VARIASI DIMENSI SUDU SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik INDRA BAYU SEGARA KASBI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

2

3

4

5

6

7

8

9 KATA PENGANTAR Puji Syukur Penulis Panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul Rancang Bangun Turbin Vortex Berbentuk Spiral dan Lingkaran Dengan Casing Turbin dari Bahan Akrelik. Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub Bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik,. Dalam menyelesaikan Skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, Do a dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirital dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu terimakasih, degan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga : 1. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT Selaku dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 2. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST,. MT dan Bapak Drs. A. Zulkifli Lubis, M.Sc Selaku dosen pembanding I dan II yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyelesain skripsi ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin. 4. Kedua orang tua penulis, Ir. Syarul Kasbi dan Sri Jumaida yang tidak pernah putusputusnya memberikan dukungan, do a, moril serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis. 5. Seluruh Saudara penulis, Reza Fahlevi Kasbi, Sri Romaini Syahriza Kasbi, Widya Sari Kasbi dan Dani Kasbi yang selalu saling membantu demi mencapai cita-cita. 6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah. 7. Rekan-rekan satu tim kerja, Edi, Boy, Gibran dan Stevanus yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan kritik. 8. Rekan rekan satu perjuangan M. Iqbal Tawakal, Fandi, dan Ardi yang telah bersama-sama melewati masa-masa selama kuliah di teknik Mesin Universitas Sumatra Utara. Semangat!!!

10

11 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR...i ABSTRAK...iii DAFTAR ISI...iv DAFTAR GAMBAR...viii DAFTAR TABEL...xi DAFTAR SIMBOL...xii AKSARA YUNANI...xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Batas Masalah Manfaat Penelitian Asumsi Sistematika Penulisan...3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Potensi Energi Air Mesin-Mesin Fluida Pengertian Turbin Air Komponen Komponen Turbi Jenis-Jenis Turbin Air Turbin Impuls Turbin Reaksi Klasifikasi Turbin...16

12 2.6.1Klasifikasi Berdasarkan Ketinggian Jatuh Air Klasifikasi Berdasarkan Kecepatan Spesifik Turbin Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran Fluida Turbin Vortex Cara Kerja Turbin Vortex Komponen Utama Turbin Vortex Keunggulan Turbin Vortex Pengaruh Turbin Vortex Pada Lingkungan Pengembangan Turbin Vortex di Air Sungai Aliran Vortex Aliran Vortex Bebas Aliran Vortex Paksa Aliran Vortex Kombinasi Penampang Air Lubang Masuk Pipa Lepas Kavitasi...28 BABA III METODOLOGI PERANCANGAN 3.1 Umum Prosedur Penelitian Penentuan Kecepatan Aliran Air Pada Penampang Analisa Segitiga Kecepatan...32

13 3.4.1 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masu Analisa Sigitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar Perhitungan Komponen Komponen Utama Turbin Roda Jalan Ukuran Ukuran Utama Sudu Roda Jalan Diameter Sudu Roda Jalan Pada Sisi Masuk Jarak Antara Sudu Tebal Sudu Roda Jalan Tinggi Roda Jalan Pemilihan Bahan Sudu Efisiensi Turbin Vortex Putaran Spesifik Turbin Pemilihan Casing Turbin Casing Turbin Casing Spiral Casing Lingkaran Pipa Buang Perancangan Poros Turbin Perhitungan Momen Torsi Poros Pemilihan Bahan Poros Pemeriksaan Kekuatan Poros Bantalan Perhitungan Gaya Radial...51

14 Perhitungan Gaya Aksial Pemilihan Dimensin Bantalan...54 BAB IV KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

15 ABSTRAK Energi pada saat sekarang ini semakin berkurang akibat penggunaan energi fosil secara berlebihan di semua bidang, ilmuwan diselurah dunia menyadari hal ini dan mencoba berbagai energi alternatif. Salah satu sumber energi saat ini yang banyak dilakukan penelitian adalah arus air. Indonesia adalah negara agraris yang menghasilkan air secara terus menerus, sehingga turbin air lebih diutamakan dari turbin angin karena angin di indonesia relatif stabil. Microhydro ataupun Picohydro yang dibuat biasanya memanfaatkan air terjun dengan head jatuh yang besar, sedangkan untuk aliran sungai dengan head jatuh yang kecil belum termanfaatkan dengan optimal. Hal ini menjadi referensi untuk memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran vortex. Tujuan dari analisa perancangan ini adalah untuk mendapatkan rancangan casing turbi n vortex, rancangan poros, rancangan sudu dan bantalan serta bahan-bahan yang sesuai. Turbin Vortex ini di rancang dengan debit air 0,0052 dan kecepatan air 1,44 m/s. Menggunakan casing berpenampang spiral dan lingkaran berbahan Akrilik, dengan 3 variasi dimenai sudu berbahan seng. Hasil dari perancangan ini diharapkan akan bermanfaat untuk pengguna turbin vortex, sehingga didapat turbin vortex yang aman pada saat digunakan. Kata kunci : Perancangan Turbin Vortex, Sudu Turbin Vortex, Variasi Casing dan sudu

16 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Sudu Turbin Pelton 10 Gambar 2.2 Turbin Pelton 11 Gambar 2.3 Turbin Crossflow 12 Gambar 2.4 Turbin Kaplan 14 Gambar 2.5 Turbin Francis 14 Gambar 2.6 Turbin Vortex 15 Gambar 2.7 Rumah Turbin Vortex 19 Gambar 2.8 Gravitasi Air Pembangkit Listrik Pusaran Sebagai Bio-reaktor 21 Gambar 2.9 Gravitasi Water Vortex Power Plants (GWVPPs) 22 Gambar 3.0 Tipe Tipe Vortex 25 Gambar 3.1 Beberapa Tipe Lubang Masuk 26 Gambar 3.2 Instalansi Penampang 30 Gambar 3.3 Roda Jalan 34 Gambar 3.4 Segitiga Kecepatan Pada Kontruksi Roda Jalan 37 Gambar 3.5 Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk dan Sisi keluar 41 Gambar 3.6 Metode Segitiga 42 Gambar 3.7 Casing Spiral 43 Gambar 3.8 Ukuran Lingkaran 43 Gambar 3.9 Casing Lingkaran 44 Gambar 3.10 Pembebanan Pada Poros 51 Gambar 3.11 Bantalan 52

17 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin Air Berdasarkan Tinggi Jatuh Air 16 Tabel 2.2 Klasifikasi Berdasarkan Putaran Spesifik 17 Tabel 2.3 Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran Fluida 18 Tabel 3.2 Panjang jari jari turbin spiral 45

18 DAFTAR SIMBOL Lambang Arti SATUAN A Luas (m) b Lebar Penampang (m) D 1 Diameter Roda Jalan Sisi Masuk (m) D 2 Diameter Roda Jalan Sisi Keluar (m) D t Diameter Turbin (m) D p Diameter Poros (m) f Koefisien F m Gaya momentum (N) F t Gaya Tekanan (N) F r Gaya Radial (N) F a Gaya Aksial (N) g konstanta Gravitasi (9,81 m/s) H Head (m) k Koefisien Losses Faktor Ketebalan Sudu L Panjang (m) Jarak Antara Sudu n Putaran Operasi (rpm) n s Putaran Spesifik (rpm) N Jumlah Sudu P Daya (Watt) Jumlah Kutup Q Debit Aliran (m 3 /s) R AX Reaksi Pada Titik A (Sumbu X) (N)

19 R AY Reaksi Pada Titik A (Sumbu Y) (N) R BX Reaksi Pada Titik B (Sumbu X) (N) R BY Reaksi Pada Titik B (Sumbu Y) (N) S f1 S f2 Faktor Keamanan Bahan Faktor Keamanan Bentuk Poros t Tebal Sudu Roda Jalan (m) U Kecepatan Tangensial (m/s) V Kecepatan (m/s) W p Berat Poros (N) W t Berat Roda Jalan (N) z Jumlah Sudu

20 AKSARA YUNANI Arti Satuan γ Berat Jenis (N/m 3 ) ɳ t Efisiensi Turbin (m 2 /det) ɳ g Efesiensi Generator - ɳ h Efesiensi Hidrolik - ρ Massa Jenis (kg/m) α Sudu antara Kec.Absolut dan Kec. Tangensial - β Sudut Sudu - τ g Tegangan Geser (kg/mm 2 ) τ t Tegangan Geser Torsi (kg/mm 2 ) σ b Tegangan Tarik (kg/mm 2 )