UJI EKSPERIMENTAL TURBIN KAPLAN ANALISA PERBANDINGAN VARIASI JUMLAH SUDU PADA SUDUT GUIDE VANE 45 0

Transkripsi

1 1 UJI EKSPERIMENTAL TURBIN KAPLAN ANALISA PERBANDINGAN VARIASI JUMLAH SUDU PADA SUDUT GUIDE VANE 45 0 SKRIPSI Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik DAVID PERMADI NAINGGOLAN NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

2 2 ABSTRAK Tingginya pertumbuhan permintaan akan tenaga listrik tidak dapat diimbangi oleh pertumbuhan penyediaan tenaga listrik dan telah menyebabkan timbulnya kondisi krisis penyediaan tenaga listrik di beberapa daerah, yang hal ini menyebabkan terhambatnya perkembangan ekonomi daerah tersebut dan nasional. Untuk mengimbangi pertumbuhan penyediaan tenaga listrik maka dibangun pembangkit listrik dengan skala mikro hidro Berdasarkan pemikiran tersebut, maka dilakukan pengujian pada turbin kaplan skala mikro hidro dengan memanfaatkan sumber energi yang terbarukan. Tujuan pengujian ini untuk mengetahui kapasitas daya listrik yang dihasilkan oleh turbin kaplan dengan memanfaatkan aliran air dari reservoir yang dialirkan oleh pompa dengan kapasitas air (Q) sebesar 0,0528 m 3 /menit dan head instalasi (H) sebesar 1 meter. Runner blade merupakan salah satu komponen utama dalam instalasi pegujian turbin kaplan, diameter luar runner blade yang akan digunakan dalam pengujian ini sebesar 16 cm. Pada pengujian ini variasi jumlah sudu yang akan diuji pada sudut guide vane 45 0 adalah berjumlah 4, 5 dan 6. Dari pengujian turbin kaplan ini diperoleh daya listrik yang dihasilkan oleh alternator tanpa beban pada sudu 4 sebesar 3,024 Watt, pada sudu 5 sebesar 4,532 Watt, dan pada sudu 6 sebesar 4,3068 Watt. Kata Kunci : Kapasitar Air, Head, Runner Blade, Guide Vane, Daya

3 3 ABSTRACT The high growth in demand for electricity can not be offset by growth in electricity supply has led to a crisis of electricity supply in some regions, this led to delays in the area of economic development and national levels. To compensate for the growth of the electric power supply then built power plants with microscale hydro Based on the idea, then be tested on kaplan water turbine micro hydro with utilize renewable energy sources. Purpose of this test for know capacity electric power generated by kaplan turbine with utilize water flow from reservoir which flowed by the pump with water capacity (Q) by m 3 /minute and installation head (H) by 1 meter. Runner blade is one main component in instalation testing the kaplan turbine, outer diameter runner blade which used in this testing by 16 cm. In this testing variation number of blade at angle guide vane 45 0 to be tested is 4, 5 and 6. from testing Kaplan turbine is obtained power generated by the altenator without a load at an blade of 4 by 3,024 Watts, at an blade of 5 by 4,532 Watts, and at an blade of 6 by 4,3068 Watts. Keywords: Water Capacity, Head, Runner Blade, Guide Vane, Power

4 4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Uji Eksperimental Turbin Kaplan Analisa Perbandingan Variasi Jumlah Sudu Pada Sudut Guide Vane 45 0 Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1) Fakultas Teknik Departemen Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara pada sub bidang Energi Air. Dalam menyelesaikan skripsi ini penulis banyak menerima bimbingan dan dorongan berupa pemikiran, tenaga, semangat, motivasi serta waktu dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua penulis, Ir. B. Nainggolan dan E. R. Sinaga Amd. yang selalu memberikan dukungan dan semangat, baik berupa materi, doa, serta motivasi demi terselesainya penulisan skripsi ini. 2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingannya kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak DR. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik. 4. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin yang telah membantu keperluan penulis selama kuliah hingga selesainya penulisan skripsi ini.

5 5 5. Kakak kakak tercinta, Santi Erwina Nainggolan SE, dr. Dina Sartika Nainggolan, Nova Yanti Nainggolan ST, yang telah memberikan dukungan dan motivasi serta doa kepada penulis. 6. Rekan-rekan penulis, David Harold Manurung, Jan Simalungun Purba dan Jannes Tampubolon yang selalu memberikan motivasi hingga skripsi ini dapat terselesaikan. 7. Anita Ribca Sihombing, seorang spesial bagi penulis yang telah banyak memberikan dukungan, doa dan motivasi selama penyusunan skripsi ini. 8. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin khususnya stambuk 2009 yang telah banyak memberikan bantuan, baik berupa jasa dan waktunya hingga penyelesaian skripsi ini. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi yang membacanya. Medan, Desember 2014 David Permadi Nainggolan NIM:

6 6 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR NOTASI... ix DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Penelitian Batasan Masalah Metodologi Penelitian Manfaat Penelitian Keluaran Skripsi Sistematika Penulisan... 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Potensi Tenaga Air Sejarah Turbin Air Klasifikasi Turbin Air Turbin Impuls Turbin Pelton Turbin Turgo Turbin Ossberger Atau Turbin Crossflow... 15

7 Turbin Reaksi Turbin Francis Turbin Kaplan Prinsip Kerja Turbin Kaplan Komponen Utama Turbin Kaplan Dimensi Dasar Turbin Kaplan Dimensi Dasar Runner Blade Karakteristik Turbin Seleksi Awal Jenis Turbin Altenator Sabuk Dan Puli Jenis Gerakan Pada Sabuk Perbandingan Kecepatan Puli Efisiensi Puli Daya Listrik BAB III METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN 3.1 Umum Spesifikasi Turbin Kaplan Rancang Bangun Instalasi Peralatan Pengujian Hand Tachometer Clamp Meter Mulitimeter Altenator... 43

8 Instalasi Rangkaian Lampu Pompa Pelaksanaan Pengujian BAB IV ANALISA DATA DAN HASIL PENGUJIAN 4.1 Perhitungan Dimensi Dasar Turbin Kaplan Kapasitas Aktual dan Head Efektif Instalasi Dimensi Dasar Turbin Kaplan Dimensi Runner Blade Perhitungan Efisiensi Turbin Kaplan Dengan 4 Runner Blade Dan Sudut Guide Vane Sebesar 45 o Arus, tegangan, dan putaran Analisa daya dan putaran altenator pemberian beban Pengujian Torsi Putaran Berbeban Efisiensi daya turbin dan efisiensi daya altenator Efisiensi puli Perhitungan Efisiensi Turbin Kaplan Dengan 5 Runner Blade Dan Sudut Guide Vane Sebesar 45 o Arus, tegangan, dan putaran Analisa daya dan putaran altenator pemberian beban Pengujian Torsi Putaran Berbeban Efisiensi daya turbin dan efisiensi daya altenator Efisiensi puli Perhitungan Efisiensi Turbin Kaplan Dengan 6 Runner Blade Dan Sudut Guide Vane Sebesar 45 o... 72

9 Arus, tegangan, dan putaran Analisa daya dan putaran altenator pemberian beban Pengujian Torsi Putaran Berbeban Efisiensi daya turbin dan efisiensi daya altenator Efisiensi puli BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xiv

10 10 DAFTAR NOTASI SIMBOL ARTI SATUAN A Luas Penampang m 2 B Tinggi Guide Vane m ββ ii Sudut sudu pada area fluida masuk ( 0 ) ββ ee Sudut sudu pada area fluida keluar ( 0 ) D Diameter Luar m D b Diameter Dalam m D turbin Diameter Puli Turbin m D alt Diameter Puli Altenator m E p Energi Potensial joule E k Energi Kinetik joule g Percepatan Gravitasi m/s 2 H Head m I Kuat Arus ampere m Massa kg N Putaran rpm η p Efisiensi Puli % η Efisiensi Turbin % N s Putaran Spesifik rpm P air Daya Air watt P turbin Daya Turbin watt ρ Densitas Air kg/m 3

11 11 Q Kapasitas Aliran/Debit Air m 3 /s T Torsi Nm t Waktu s U b Kecepatan tepi diameter boss m/s U Kecepatan tepi diameter luar m/s U wb Kecepatan pusaran air diameter boss m/s U w Kecepatan pusaran air diameter luar m/s V Tegangan Listrik volt V f Kecepatan Aliran Air m/s ω Kecepatan Sudut rpm

12 12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Turbin Pelton Gambar 2.2 Turbin Turgo Gambar 2.3 Turbin Ossberger Atau Turbin Crossflow (Turbin Michell-Banki).. 16 Gambar 2.4 Turbin Francis Gambar 2.5 Turbin Kaplan Gambar 2.6 Rumah Turbin Gambar 2.7 Guide vane Gambar 2.8 Runner blade Gambar 2.9 Draft tube Gambar 2.10 Elemen dasar turbin Kaplan Gambar 2.11 Segitiga Kecepatan Masuk dan Keluar Runner Blade Gambar 2.12 Grafik Perbandingan Karakteristik Turbin Gambar 2.13.Alternator Gambar 2.14 Sabuk terbuka Gambar 2.15 Gerakan Membelit atau Melingkar Pada Sabuk Gambar 2.16 Gerakan Dengan Puli Pengarah Gambar 3.1 Instalasi turbin Kaplan Gambar 3.2 Hand Tachometer Gambar 3.3 Clamp Meter Gambar 3.4 Multimeter Gambar 3.5 Altenator Gambar 3.6 Rangkaian lampu... 45

13 13 Gambar 3.7 Pompa Gambar 4.1 Instalasi Pipa Gambar 4.2 Segitiga Kecepatan Masuk dan Keluar Runner Blade Gambar 4.3 Grafik Perubahan daya pada Alternator terhadap penambahan beban pada 4 runner blade Gambar 4.4 Grafik Perubahan putaran altenator terhadap penambahan beban lampu pada 4 runner blade Gambar 4.5 Grafik torsi vs putaran pada 4 runner blade. 61 Gambar 4.6 Grafik Perubahan daya pada Alternator terhadap penambahan beban pada 5 runner blade Gambar 4.7 Grafik Perubahan putaran altenator terhadap penambahan beban lampu pada 5 runner blade 68 Gambar 4.8 Grafik torsi vs putaran pada 5 runner blade Gambar 4.9 Grafik Perubahan daya pada alternator terhadap penambahan beban pada 6 runner blade.. 75 Gambar 4.10 Grafik Perubahan putaran altenator terhadap penambahan beban lampu pada 6 runner blade. 76 Gambar 4.11 Grafik torsi vs putaran pada 6 runner blade 77

14 14 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Jenis-jenis turbin air dan kisaran kecepatan spesifiknya (Ns) Tabel 2.2 Perbedaan altenator dengan generator Tabel 3.1 Jangkauan dan akurasi Clamp meter Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Kapasitas Aktualisasi Tabel 4.2 Hasil percobaan dan daya yang dihasilkan alternator pada 4 runner blade Tabel 4.3 Hasil pengujian torsi dan putaran berbeban pada 4 runner blade.. 61 Tabel 4.4 Hasil percobaan dan daya yang dihasilkan alternator pada 5 runner blade Tabel 4.5 Hasil pengujian torsi dan putaran berbeban pada 5 runner blade Tabel 4.6 Hasil percobaan dan daya yang dihasilkan alternator pada 6 runner blade Tabel 4.7 Hasil pengujian torsi dan putaran berbeban pada 6 runner blade... 77