Jtech 2015, (1) 28-32

Transkripsi

1 Jtech 015, (1) 8-3 REKAYASA TURBIN IMPUSE CROSS OW DENGAN MENGGUNAKAN ATERNATOR 1 VOT 0,5 AMPERE (IMPUSE TURBINE ENGINEERING CROSS OW BY USING ATENATOR O 1 VOT 0.5 AMPERE) Yunita Djamalu Politeknik Gorontalo naura@oligon.ac.id ABSTRAK Toografi di Indonesia sangat berotensi maka energi air yang berlimah erlu dimanfaatkan. Turbin adalah salah satu solusi dalam emanfaatkan air menjadi energi listrik. Turbin imulse crossflow bukan hal yang baru lagi, tetai bagaimana merencanakan turbin yang sesuai untuk mencaai utaran yang dibutuhkan oleh alternator 1 volt 0,5 amere sehingga mamu menghasilkan tegangan dan arus yang dibutuhkan oleh alternator. Hal utama dalam merencanakan turbin imulse crossflow adalah kontruksi dari turbin tersebut yang terbagi dari, rangka sudu, luas enamang sudu, oros, rangka turbin dan sistem enggeraknya transmisi, bantalan. Maka dengan mengasumsikan debit air, keceatan aliran air dan luasan ada sudu turbin yang dibutuhkan untuk mencaai utaran yang kita daatkan. Dari hasil analisa turbin imulse crossflow. Massa jenis air, 60 o ketinggian aliran air energi otensial adalah 48,94 watt, sedangkan massa jenis aliran air, 1,7 meter/detik keceatan aliran air energi kenetik adalah 6,08 watt. Maka dengan utran 111 rm dan luas enamang sudu 90 mm maka daya mekanis turbin adalah 6,08 watt dengan daya elektrik 1,1 watt Kata kunci : Toografi, energi, turbin, imulse crossflow, energi otensial, energi kenetik, luas enamang sudu, daya mekanis Toograhy in Indonesia is very haves otency to hence galore water energy require to be exloited. Turbine is one of the solutions in exloiting of water become electrics energy. turbine of Imulse cross flow is not new matter again, but how to lan aroriate turbine to reach rotation required by alternator 1 volt 0,5 amere so that can yield current and tension required by alternator. Esecial matter in lanning turbine of imulse cross flow is contruction of the turbine which divided from, frame of blade, wide cross of blade, axis, turbine frame and its activator system of transmission, ad. Hence by assuming water debit, seed of and current of area at turbine blade required to reach rotation which we get. rom result of turbine analysis of imulse cross flows. Water secific mass, 60 o height of otential energy current is was 48,94 watt, while current secific mass, 1,7 meter / second seed of current of energy kinetic was 6,08 watt. Hence with rotary 111 rm and wide of cross of blade 90 mm hence mechanical energy of turbine is was 6,08 watt with electric ower 1,1 watt Keyword : Toograhy, energy, turbine, cross flow imulse, otential energy, kinetic energy, wide cross of blade, mechanical energy. I. Pendahuluan Pelaksanaan enyediaan energi listrik yang dilakukan oleh PT.PN (Persero), selaku lembaga resmi yang ditunjuk oleh emerintah untuk mengelola masalah kelistrikan di Indonesia, samai saat ini masih belum daat memenuhi kebutuhan masyarakat akan energi listrik secara keseluruhan. Kondisi geografis negara Indonesia yang terdiri atas ribuan ulau dan keulauan, tersebar dan tidak meratanya usat-usat beban listrik, rendahnya tingkat ermintaan listrik di beberaa wilayah, tingginya biaya marginal embangunan sistem sulai energi listrik (Ramani,K.V,199), serta terbatasnya kemamuan finansial, meruakan faktor-faktor enghambat enyediaan energi listrik dalam skala nasional. Makin meningkatnya kesadaran akan usaha untuk melestarikan lingkungan, menyebabkan kita harus berikir untuk mencari alternatif enyediaan energi listrik yaitu dengan sistem konversi energi yang memanfaatkan sumber daya energi MENGGUNAKAN ATERNATOR 1 VOT 0,5 AMPERE 8

2 Jtech 015, (1) 8-3 terbarukan, seerti: matahari, angin, air, biomas dan lain sebagainya (Djojonegoro,199). Dengan memanfaatkan sumber daya energi terbarukan yang melimah menggantikan energi yang tak terbarukan terutama di Indonesia, salah satunya adalah air. Solusi tersebut adalah dengan membuat turbin yang daat dijadikan sebagai sumber energi listrik yang mungkin daat dimanfaatkan didaerah edesaan, elosok atau egunungan yang jauh dari jangkauan jaringan listrik PN, yang mana emanfaatan turbin air di Indonesia masih sangat minim. II. Bahan dan Metode Pemanfaatan energi air sebenarnya bukan barang baru bagi umat manusia. Dalam disebutkan bahwa semenjak 000 tahun lalu teknologi emanfaatan sumber daya air, angin dan matahari sudah dikenal manusia dalam bentuk aaun (wind mills) misal air dibuat turbin air atau turbin air dll. Dengan mensubstitusikan P terhada { E t } dan men substitusikan Q terhada { m } maka: t P Qgh. ) Selain emaanfaatkan air jatuh hydroower daat di eroleh dari air aliran datar. Dalam hal ini energi yang tersedia meruakan energi kinetik II.3. Poros Dilihat dari fungsinya oros meruakan elemen utama dalam meneruskan daya dan utaran. Sebagaian besar mekanisme yang mentranmisikan daya dilakukan melalui utaran Gaya-gaya yang bekerja ada oros, ( kg ) r t tan.4) 0 ( R ).. 5) Tegangan geser, Torsi oros, Diameter oros 0.58 Sy N.. 6) N T n..7) 3 16 D M T (. ) ) II.4. uasan Sudu Pada Turbin Imulse Gambar 1 Turbin Tamak Dean II.1. Air Tenaga dari aliran air sungai boleh digunakan untuk menggerakan kincir air dan turbin. Kuasa hidroelektrik meruakan sumbear tenaga yang besar karena terdaat banyak sungai yang membolehkan embinaan emangan serta enjanaan hidroelektrik dilakukan. Keunggulan menggunkan air ini adalah menghasilkan tenaga yang berterus-terusan, harganya murah, gamang erawatannya dibanding menggunkan mesin yang berbahan bakar. II.. Energi Pada Aliran Air. Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air tergantung ada besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka heat adalah beda ketinggian antara muka air ada reservoir dengan muka air keluar dari kincir air atau turbin air. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalah meruakan energi otensial air yaitu : E m g h. 1) Gambar. Dimensi Sudu Turbin Imlus Dari gambar diatas, daat ditenentukan luasan ersudu dan luasan untuk turbin imluse crossflow dengan jumlah sudu 8 buah, dengan mengunakan ersamana ersamaan berikut:.. r. A.. 9) sudu 3 II.5. Daya Turbin Adaun ersamaan yang dgunakan untuk menentukan daya ada turbin adalah N t = T x ω 10).. n.. 11) 60 II.6. Bantalan Gelinding Bantalan adalah elemen yang berfungsi menmu oros yang berbeban, sehingga sehingga oros daat berutar langsung secara halus dan aman. Beban ekuivalen yang bekerja ada bantalan P=(X.V. y +Y. a ) 1) MENGGUNAKAN ATERNATOR 1 VOT 0,5 AMPERE 9

3 Jtech 015, (1) 8-3 Beban ekuivalen embanding ang bekerja ada bantalan P = V. y 13) ama emakaian bantalan 10h c P b 10 6 (60. n)... 14) II.7. Sistim Transmisi Trasmisi berfungsi meneruskan utaran dan torsi ke alternator. System transmisi yang dikehendaki memiliki rugi-rugi yang rendah. Putaran yang rendah erlu ditingkatkan melalui system transmisi sehingga mencaai utaran oerasi alternator. sistem transmisi dirancang berua increaser ( rasio <1 ) yang berarti enaikan utaran namun terjadi enurunan torsi. Roda gigi lurus salah satu bagian terenting dari suatu mesin dimana berguna untuk mentransmisi dari oros turbin imlus oros kealternator. Roda gigi ini cocok digunakan untuk mentransmisi utaran rendah (n < 3600) Perbandingan keceatan ng d Nt w rv n d g Nt g wg.. 15) Torsi yang terjadi H T. 16) N Jarak oros ( C ) C d 1 d 17) II.8. Daya Elektrik Daya elektrik yang dibeerikan alternator adalah: P = V x I x cos 18) III. Hasil dan Pembahasan III.1. Perhitungan Energi. Dalam aliran air terkandung energi, yang meliuti energi otensial dan energi kinetik. m = 4,116 kg/detik g = 9,8 m/detik h = sin 60 0 x 1,5 meter v = 1,7 m/detik Perhitungan Energi Potensial Dengan mengetahui massa jenis air dan ketinggian aliran air maka energi otensial adalah E 48, 94watt Perhitungan Energi Kenetik. Dengan mengetahui massa jenis air dan keceatan aliran air maka energi kenetik adalah E k 6, 08watt III.. Daya Mekanis Turbin Dengan mengetahui energy kenetik terhada turbin, maka daya mekanis turbin daat diketahui dengan ersamaam sebagai berikut: N m 6, 08watt Keceatan sudut 11,618rad / det Torsi turbin T 0, 5Nm Gaya ada turbin, 88N transmisi 1, 65N III.3. Perencanaan Poros Dalam erhitungan oros dierlukan datadata sebagai berikut: o Diameter oros (D)= 1 mm = 0,01 o Putaran (n) = 111 rm o Sudut kontak transmisi = 159 o Gaya transmisi ( tra ) = 1,65 N o Gaya turbin yang timbul ( ) =,88 N o Panjang oros total = 700 mm = 0,7 m Tegangan bahan maksimum, (si) Dalam embuatan oros ini direncanakan menggunakan bahan AISI 1040 CD didaat sy = si, N =.5 = si = kg/m Perhitungan gaya gaya yang terjadi ada oros Gambar 3 Gaya-gaya yang terjadi ada oros Dimana: Q = Berat turbin dan rangka imluse crossflow t MENGGUNAKAN ATERNATOR 1 VOT 0,5 AMPERE 30

4 Jtech 015, (1) 8-3 Q = 4,54 Reaksi Gaya Arah. t Pengecekan Tegangan Pada Poros 18509,5 N / m Syarat oros aman Sy Sy 18509N/m kg/m Maka, erencanaan oros AMAN R A R B Gambar 4 Reaksi gaya arah.,881,65,0015 3, 335N 0,6 1, 17N + = 4,505 N Momen lentur. X 1 X X 3 t Pengecekan Pada Torsi Maksimum ( T ) N =.5 Maka => , kg m / T, 6191Nm Pengecekan debit air maksimum untuk turbin imulse crossflow Dari ersamaan energi otensial maka debit air maksimum didaat dicari yaitu: N m 30, 4watt Dengan daya mekanis maksimum turbin, maka debet air maksimum bisa didaat dengan menggunakan energi kenetik yaitu: E k 30, 4watt Untuk X = 0 M A = 0 M B = 0,165 M C = 51 N.m Untuk X 3 = 0 M B = 1,65. 0 M B = 0 N.m 0,1 Gambar 5. Reaksi momen lentur. Maka : kg m 0,565 det III.4 Perencanaan Bantalan Bantalan yang direncanakan adalah single row dee grove ball bearing seri Daya yang hilang (akibat gesekkan) = 9,9371 x 10-5 HP Gambar 6. Diagram momen reaksi gaya arah. Momen Terbesar M 0, 351N Umur bantalan jam = ,5 jam 50 x 10 6 jam III.5. uasan blade turbin ( A sudu ) MENGGUNAKAN ATERNATOR 1 VOT 0,5 AMPERE 31

5 Jtech 015, (1) 8-3 Dengan mengetahui jari ada sudu, maka luasan dari sudu daat dihitung dari ersamaan : Dimana : r : 86 mm = 0,086 m : 500 mm = 0,5 m A sudu 0,09m III.6. Perhitungan Roda Gigi Dalam erhitungan erencanaan roda gigi ini, data-data yang diketahui sebagai berikut: o Putaran (n) = 111 rm Daya (N) = 11,64 watt Diameter roda gigi 1 ( d 1 ) = 645 mm = 5,39 in Diameter roda gigi ( d )= 50 mm = 1,96 in Asumsi : sudut kontak = 159 Rasio dari diameter roda gigi 645 n n 1430rm IV. Kesimulan hasil Perencanaan Turbin Imulse crossflow Dengan Alternator 1 Volt 0,5 Amere adalah bahwa alat ini daat membantu masyarakat yang jauh dari jangkauan energi listrik dan sebagai altrenatif, PT.PN (Persero) selaku lembaga resmi yang ditunjuk oleh emerintah untuk mengelola masalah kelistrikan di Indonesia, samai saat ini masih belum daat memenuhi kebutuhan masyarakat akan energi listrik secara keseluruhan. Maka dari hasil erhitungan diatas didaatkan: o Daya yang hilang o = 9,9 x 10-5 o Umur bantalan o = 50 x 10 6 jam uasan er blade. A 0,09m 90mm o blade Penghargaan Ucaan terima kasih untuk Direktur Politeknik Gorontalo dan untuk Dewan Redaksi Jurnal Technoreneur atas kerjasama dan erhatian. Daftar Pustaka A. D. Deutcsman, Machine Design Theory and Practice, Macmilan Publishing, New York, G. Takeshi Sato, N. Sugiarto H, Menggambar Mesin Menurut Standar ISO, PT. PRADNYA PARAMITA, Jakarta, 199 Skrisi, Edi Santoso. Perancanaan dan Rancang Bangun Alat Perajang Tembakau Dengan Mata Pisau Silinder Alur, Surabaya, 007. Sularso, Ir., Kiyokatsu Suga, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Mesin, PT. PRADNYA PARAMITA, Jakarta, Wayan Berata, Elemen Mesin I dan II, Jurusan Teknik Mesin, T I ITS, Surabaya, Skrisi, Umngelo Rusdiansyah. Perancanaan Kincir Angin Sumbu Horizontal Tie Multi Blade, Surabaya, 007. Energi aliran air. o Energi otensial = 48,94 watt o Energi kenetik = 6,08 watt Daya mekanis turbin o Poros. N m 6, 08watt o Pengecekan ada oros aman karena lebih kecil dari ada Sy = kg/m kg/m o Torsi maksimum = 68,703Nm Bantalan. o Jenis bantalan = single row dee grove ball Bearing seri o Diameter dalam bantalan o = 0.47 in = 1 mm o ebar bantalan o = 937 in = 10 mm MENGGUNAKAN ATERNATOR 1 VOT 0,5 AMPERE 3