MODIFIKASI INSTALASI PENGUJIAN TURBIN AIR CROSS FLOW

Transkripsi

1 MODIFIKASI INSTALASI PENGUJIAN TURBIN AIR CROSS FLOW LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI Oleh SANDRO FEBRI SIREGAR NIM: JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013

2 INTISARI MODIFIKASI INSTALASI PENGUJIAN TURBIN AIR CROSS FLOW Pada tugas akhir ini memodifikasi dengan mengubah system pemasangan pompa serta menambah variasi ukuran nozzle. Pompa yang digunakan yaitu 2 pompa jet untuk dapat menghasilkan debit air yang berfungsi untuk menggerakkan turbin cross flow yang akan memutar generator untuk menghasilkan tenaga listrik. Ukuran variasi nozzle yaitu 5mm, 6mm, dan 7mm. Pada nozzle ukuran 5mm dihasilkan daya hidrolis 178,78 Watt, tekanan 4 bar, head 40,77 meter, debit air 0,447 liter/detik, kecepatan 22,8 m/det, dan putaran turbin 1200 rpm. Pada nozzle ukuran 6mm dihasilkan daya hidrolis 160,9 Watt, tekanan 3 bar, head 30,58 meter, debit air 0,536 liter/detik, kecepatan 18,9 m/det, dan putaran turbin 900 rpm. Pada nozzle ukuran 7mm dihasilkan daya hidrolis 119,9 Watt, tekanan 1,8 bar, head 18,35 meter, debit air 0,621 liter/detik, kecepatan 16,14m/det, dan putaran turbin 670 rpm. Untuk mendapatkan tegangan yang keluar dari generator didapatkan dengan pemberian arus eksitasi yang diberikan kepada generator yang berbeban. kata kunci : turbin cross flow, pompa jet, debit, nozzle

3 ABSTRACT INSTALLATION MODIFIED CROSS FLOW WATER TURBINE TESTING In this final modified by changing the pump mounting system and increase the nozzle size variations. Pump used is 2 jet pump to produce water discharge that function for cross flow turbine that will turn a generator to produce electricity. Size variation of the nozzle 5mm, 6mm, and 7mm. On nozzle size 5mm hydraulic power generated Watt, a pressure of 4 bar, head meters, water discharge liters / second, the speed of 22.8 m / s, and 1200 rpm turbine wheel. On nozzle size 6mm hydraulic power generated Watt, 3 bar pressure, head meters, water discharge liters / second, the speed of 18.9 m / s, and a turbine wheel 900 rpm. On nozzle size 7mm hydraulic power generated Watt, 1.8 bar pressure, head meters, water discharge 0,621 liters / second, speed of m / sec, 670 rpm and a turbine wheel. To get the voltage out of the generator is obtained by administering a given excitation current to the load generator. Key words : cross flow turbines, jet pumps, discharge, nozzle

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan bimbingan-nya yang selalu menyertai penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini dengan baik. Laporan tugas akhir ini berjudul Modifikasi Instalasi Pengujian Turbin Air Cross Flow yang mana ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat bagi penulis untuk menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III, Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan. Banyak kendala dan masalah yang dihadapi oleh penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Namun atas bantuan dan pertolongan dari berbagai pihak, maka laporan ini dapat diselesaikan. Sudah selayaknya penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. M.Syahruddin, S.T, M.T, Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Ir. Gidion Sembiring, M.T, Ketua Jurusan Teknik Mesin; 3. Ir. Isman Harianda, M.T, Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi; 4. Ir. Husin Ibrahim, M.T, selaku pembimbing penulis; 5. Ir. Etty Rayuana, M.Kes, sebagai Dosen Wali EN 6B; 6. Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 7. Kedua orangtua penulis, yang selama ini telah memberikan dorongan dan doa serta mendidik dan membesarkan penulis sampai sekarang; 8. Abang dan kakak penulis, yang selalu memberikan semangat pantang menyerah hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini; 9. Teman-teman yang ada di Teknik Konversi Energi 6B; 10. Seluruh mahasiswa/i Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi,Politeknik Negeri Medan stb 10;

5 11. Kepada saudara-saudara di PKS Sei Silau kisaran, saat melakukan Praktik Kerja Lapangan dengan teman-teman PKL yaitu Ade Irmawati, Imam Azhari, M.Rifai Hasibuan dan Ricky Ratmana. 12. Dan masih banyak lagi lainnya yang mana belum disebutkan satu per satu oleh penulis yang telah banyak membantu penulis baik dalam doa ataupun dukungannya. Dalam penulisan laporan ini, penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki dari segi penyajian, bentuk maupun isi. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk kesempurnaan laporan ini. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi para pembaca atau siapa saja yang ingin membaca isi laporan ini atau sebagai pembanding. Medan, 19 Agustus 2013 Hormat Penulis, Sandro Febri Siregar NIM:

6 DAFTAR ISI Halaman SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv INTISARI... v ABSTRACT... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xiii BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang... 1 B. Permasalahan... 2 C. Tujuan... 3 D. Manfaat... 3 E. Teknik Pengumpulan Data... 3 F. Sistematika Pengumpulan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Sejarah Turbin Air... 5 B. Klasifikasi Turbin Air Berdasarkan Perubahan Momentum Fluida Kerjanya Berdasarkan Kecepatan Spesifik (n s) ) Berdasarkan Tinggi Tekan Berdasarkan Debit Berdasarkan Tenaga C. Performansi Turbin Air dan Pemilihan Performansi Turbin Air... 10

7 2. Pemilihan Turbin D. Turbin Cross Flow Gambaran Umum Turbin Cross Flow Keunggulan Turbin Cross Flow E. Kavitasi F. Efisiensi Turbin BAB III MODIFIKASI PERANCANGAN ALAT INSTALASI PENGUJIAN A. Komponen Utama Pompa a. Deskripsi Pompa b. Susunan Pompa Gambar Alat Poros Bantalan Turbin Drum Instalasi Pipa Rumah Turbin Nozzle Manometer B. Komponen Pendukung Stroboschope Voltmeter Amperemeter Lampu C. Prosedur Percobaan D. Perawatan Turbin Cross Flow E. Biaya Modifikasi... 38

8 BAB IV ANALISA DATA A. Perhitungan Turbin Cross Flow B. Perhitungan Pada Generator C. Mencari Daya Generator Serta Efisiensi Sistem BAB V PENUTUP A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA

9 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Tinggi tekan pada turbin... 9 Gambar 2. Dua tipe turbin Cross Flow Gambar 3. Model rakitan turbin cross flow secara umum Gambar 4. Pompa Susunan Tunggal Gambar 5. Pompa Susunan Paralel Gambar 6. Pompa Susunan Seri Gambar 7. Pompa Jet Gambar 8. Alat Pengujian Gambar 9. Poros Gambar 10. Bantalan Gambar 11. Turbin Cross Flow Gambar 12. Drum penampung air Gambar 13. Tampak Depan Gambar 14. Tampak Samping Gambar 15. Rumah Turbin Gambar 16. Nozzle Gambar 17. Manometer Gambar 18. Stroboschope Gambar 19. Voltmeter Gambar 20. Amperemeter Gambar 21. Lampu... 36

10 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Kecepatan Spesifik turbin konvensional... 8 Tabel 2. Penggolongan tinggi tekan... 9 Tabel 3. Run-away speed turbin atau n max / n Tabel 4. Biaya Modifikasi Tabel 5. Pengujian Tanpa Beban Nozzle 5 mm Tabel 6. Pengujian Tanpa Beban Dengan Nozzle 6 mm Tabel 7. Pengujian Tanpa Beban Dengan Nozzle 7mm Tabel 8. Pengujian Berbeban Menggunakan 1 Lampu Dengan Nosel 5 mm Tabel 9. Pengujian Berbeban Menggunakan 1 Lampu Dengan Nosel 6 mm Tabel 10. Pengujian Berbeban Menggunakan 1 Lampu Dengan Nosel 6 mm.. 44 Tabel 11. Hasil Perhitungan Dari Semua Data... 46

11 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Energi merupakan suatu kebutuhan utama yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan manusia. Semakin maju suatu negara, semakin besar energi yang dibutuhkan. Bila ditinjau dari sumber pengadaan energi dunia saat ini, sumber Migas merupakan sumber utama. Sumber Migas yang terdapat di bumi sangat terbatas dan pada suatu saat akan habis, oleh karena itu berbagai penelitian dilakukan oleh para peneliti untuk menemukan sumber energi diluar Migas sebagai sumber energi alternatif yang dapat dimanfaatkan sesuai kebutuhan. Negara Indonesia yang terletak di garis katulistiwa, mempunyai daratan yang ditumbuhi hutan belantara yang luas beserta gunung/pegunungan yang didalamnya banyak sungai-sungai mengalirkan air dari hulu ke hilir sampai kelautan lepas. Selain itu, Indonesia juga memperoleh penyinaran sinar surya sepanjang tahun dengan hembusan angin yang terdapat di seluruh wilayah Indonesia. Keberadaan wilayah Indonesia dengan beragam sumber daya alam merupakan tantangan bagi para peneliti Indonesia, untuk melakukan penelitian/kajian untuk mendapatkan sumber energi alternatif yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi sesuai kebutuhan. Salah satu sumber energi alternatif yang dapat dikembangkan adalah pembangkit listrik tenaga air. Pembangkit listrik tenaga air dapat beroperasi sesuai dengan rancangan sebelumnya, apabila mempunyai daerah aliran sungai (DAS) yang potensial sebagai sumber air untuk pengoperasian pembangkit listrik tenaga air tersebut. Sejak ditemukannya listrik pada abad ke-17, penggunaan listrik telah mengakar di setiap aktivitas manusia. Meski manusia modern sangat membutuhkan listrik, keberadaan listrik seringkali tidak disadari dan selalu dianggap remeh bagi orang tertentu. Hal ini Mungkin di karenakan sudah terbiasa menikmati listrik selama 24 jam nonstop dan baru menyadarinya ketika tidak ada

12 lagi aliran listrik yang bisa dimanfaatkan untuk mengoperasikan peralatan elektroniknya. Sudah menjadi kenyataan bahwa energi listrik merupakan kebutuhan mutlak bagi aktivitas keseharian masyarakat Indonesia, terutama untuk kebutuhan rumah tangga, sektor usaha dan industri. Banyak permasalahan dalam memenuhi kebutuhan energi listrik terutama diakibatkan oleh besarnnya ketergantungan terhadap bahan bakar minyak (BBM). Naiknya harga BBM akan semakin memberatkan pihak PLN untuk menyediakan energi listrik, sehingga konsekuensinya Pemerintah berencana menaikkan Tarif Dasar Listrik (TDL). Jika hal ini diberlakukan maka akan menimbulkan masalah dan akan semakin memberatkan beban yang akan ditanggung oleh masyarakat, khususnya masyarakat pedesaan. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) tidak banyak mempengaruhi lingkungan atau mengurangi air untuk keperluan pertanian. Yang terpenting adalah pembangunan PLTMH tersebut tidak memerlukan relokasi tempat tinggal masyarakat setempat, diakibatkan oleh pembuatan bendungan atau waduk. Disamping itu PLTMH tidak memerlukan bahan bakar apapun. Masukan energi primer berupa aliran massa air tidak dikurangi, namun hanya dimanfaatkan energinya atau diambil energi potensialnya saja. PLTMH tidak mengeluarkan emisi gas rumah kaca. Oleh karena itu direncanakan suatu Pembangkit Tenaga Listrik Mikrohidro dengan menggunakan turbin cross flow. B. Permasalahan Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan, maka beberapa masalah dapat dirumuskan dan akan dibahas dalam laporan tugas akhir ini adalah: 1. Bagaimana pemanfaatan energi air untuk menggerakkan turbin cross flow 2. Melihat pengaruh penggunaan diameter nozzle yang berbeda-beda. 3. Melihat berapa besar performansi turbin cross flow dengan pemasangan pompa secara seri.

13 C. Tujuan Tujuan penulisan dan pembuatan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui dan memahami cara kerja turbin cross flow sebagai pembangkit tenaga listrik. 2. Untuk mengetahui perbedaan performansi dan daya hidrolisis turbin cross flow daya keluaran energi listrik secara aktual dengan menggunakan generator setelah memodifikasikan pemasangan pompa dan variasi ukuran diameter nozzle. 3. Untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Program Diploma 3 Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. D. Manfaat Manfaat dari Laporan Tugas Akhir ini antara lain adalah : 1. Bermanfaat terhadap penulis untuk menambah pengetahuan, pengalaman, dan wawasan baik teori maupun praktek sehingga menjadi bekal untuk memasuki dunia kerja. 2. Dapat membandingkan efisiensi diantara penggunaan 3 ukuran diameter nozzle yang berbeda-beda. 3. Menambah pengetahuan para pembaca dengan mengetahui perbedaan antara pemasangan pompa secara paralel dengan pemasangan secara seri. 4. Dapat digunakan sebagai sarana praktikum mahasiswa Teknik Konversi Energi. E. Teknik Pengumpulan Data 1. Studi literatur dengan mencari buku-buku yang ada di perpustakaan Politeknik Negeri Medan maupun sumber lain yang berkaitan dengan penulisan tugas akhir ini.

14 2. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing maupun pihak-pihak lain yang dapat membantu menyelesaikan tugas akhir ini yang memahami dan mengerti tentang perancangan alat tersebut. 3. Melakukan percobaan. F. Sistematika Penulisan Adapun sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut ; BAB I : PENDAHULUAN Latar Belakang, Permasalahan, Tujuan, Manfaat, Teknik Pengumpulan Data, dan Sistematika Penulisan. BAB II : DASAR TEORI Sejarah Turbin Air, Klasifikasi Turbin Air, Performansi Turbin Air dan Pemilihan, Turbin Cross Flow, Kavitasi,,Efisiensi Turbin, BAB III : TURBIN CROSS FLOW Komponen Utama, Komponen Pendukung, Prosedur Percobaan, Perawatan Turbin Cross Flow, Biaya Modifikasi BAB IV BAB V : ANALISA TURBIN CROSS FLOW Perhitungan Turbin Cross Flow, Pengujian Pada Generator, Mencari Daya Generator dan Efisiensi Sistem : KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan,Saran