DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

RANCANGAN NOSEL DENGAN KATUP PENGATURAN DEBIT AIR PENGGERAK TURBIN OSSBEGER DAYA TURBIN = 2,6 KW HEAD = 12 METER SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana H E R D Y NIM : 050401060 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

RANCANGAN NOSEL DENGAN KATUP PENGATURAN DEBIT AIR PENGGERAK TURBIN OSSBEGER DAYA TURBIN = 2,6 KW HEAD = 12 METER H E R D Y NIM : 050401060 Diketahui / Disahkan: Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Ketua, Disetujui: Dosen Pembimbing, Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001 194510271974121001 NIP. Ir. Isril Amir

RANCANGAN NOSEL DENGAN KATUP PENGATURAN DEBIT AIR PENGGERAK TURBIN OSSBEGER DAYA TURBIN = 2,6 KW HEAD = 12 METER H E R D Y NIM. 050401060 Telah Disetujui Dari Hasil Seminar Tugas Akhir Periode ke-569, pada Tanggal 20 Maret 2010 Pembanding I : Pembanding II : Ir.Mulfi Hazwi, Msc NIP. 194910121981031002 Ir. A. Halim Nasution, Msc NIP. 195403201981022001

RANCANGAN NOSEL DENGAN KATUP PENGATURAN DEBIT AIR PENGGERAK TURBIN OSSBEGER DAYA TURBIN = 2,6 KW HEAD = 12 METER H E R D Y NIM. 050401060 Telah Diketahui Oleh: Pembimbing/Penguji Ir. Isril Amir NIP. 194510271974121001 Pembanding I Pembanding II Ir.Mulfi Hazwi, Msc NIP. 194910121981031002 Ir. A. Halim Nasution, Msc NIP. 195403201981022001 Diketahui Oleh: Ketua Departemen Teknik Mesin Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP.1964 1224 1992 111001

TUGAS SARJANA NAMA : HERDY NIM : 05 0401 060 MATA PELAJARAN SPESIFIKASI : MESIN FLUIDA : Rancangan nosel dengan katup pengaturan debit air penggerak turbin ossberger. Daya Turbin = 2,6 kw. Head = 12 meter. DIBERIKAN TANGGAL : 14 / November / 2009 SELESAI TANGGAL : 05/ Maret / 2010 KETUA DEPT. TEKNIK MESIN MEDAN, 14 November 2009 DOSEN PEMBIMBING, Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri Ir. Isril Amir NIP. 196412241992111001 NIP. 19451027 1974121001

Sub. Program Studi Bidang Tugas Judul Tugas KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA No : 915/ TS/ 2007 : Konversi Energi. : Mesin Fluida. : Rancangan nosel dengan katup pengaturan debit air penggerak turbin ossberger. Daya Turbin = 2 kw, head = 12 meter. Diberikan Tanggal : 14 November 2009 Selesai Tanggal : 5 Maret 2010 Dosen Pembimbing : Ir.Isril Amir Nama Mahasiswa : HERDY NIM : 05 0401 060 CATATAN : diketahui, 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada dosen Ketua Departemen Teknik Mesin pembimbing setiap asistensi. F.T U.S.U 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. 3. Kartu ini harus dikembalikan kejurusan, bila kegiatan asistensi telah selesai, Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001

KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan anugrah-nya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini tepat pada waktunya. Tugas sarjana ini merupakan salah satu persyaratan guna menyelesaikan pendidikan pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Sarjana ini adalah Rancangan nosel dengan katup pengaturan debit air penggerak turbin ossberger ; Daya Turbin = 2,6 kw, head = 12 meter. Dalam mengerjakan tugas sarjana ini, penulis mendapat bantuan dan dukungan berupa materil dan spiritual yang diberikan oleh berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih setulus tulusnya kepada : 1. Orang tuaku yang menjadi teladan dan panutanku, yang selalu memotivasi dan memberi semangat bagi penulis. 2. Bapak Ir. Isril Amir, selaku Dosen Pembimbing Tugas Sarjana yang telah banyak memberikan arahan, bimbingan, dan nasehat serta telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik.

4. Bapak Ir. Tulus B Sitorus, ST, MT, selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Mesin-Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Bapak / Ibu Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 6. Seluruh Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik yang telah memberikan pelayanan terbaik dalam akademis ataupun non-akademis (Bu Is, Kak Sonta, Bang Syawal, Bang Fauzi, dan semua yang turut membantu saya). 7. Seluruh Asisten Laboratorium Pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 8. Mbak Melani, Mbak Ari dan Bang Sidik atas kemurahan hatinya selalu siap membantu penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini di gedung S2 Teknik Mesin USU. 9. Rekan-rekan saya mahasiswa Mesin USU khususnys stambuk 2005. 10. Buat semua pihak yang ikut membantu penulis dalam menyelesaikan turbin air yang tidak dapat disebutkan oleh penulis satu persatu. Terimakasih saya ucapkan atas perhatian dan dukungan dari semua pihak sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Medan, 14 November 2009 Penulis, HERDY NIM.05 0401 060

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL.. i LEMBAR PENGESAHAN...ii LEMBAR PERSETUJUAN SEMINAR.iii SPESIFIKASI TUGAS...v LEMBAR EVALUASI...vi KATA PENGANTAR...x DAFTAR ISI...xii DAFTAR GAMBAR...xv DAFTAR GRAFIK...xvii DAFTAR SIMBOL...xviii AKSARA YUNANI...xx BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Tujuan Perencanaan...2 1.3 Batasan Masalah...3 1.4 Metodologi Penulisan...4 1.5 Sistematika Penulisan...4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Umum...5 2.2 Klasifikasi Turbin Air...8 2.2.1 Turbin Impuls...8 2.2.2 Turbin Reaksi...12

2.3 Perbandingan Karakteristik Turbin...15 2.4 Kecepatan Spesifik Turbin...17 2.5 Pemeliharaan (Maintenance)...19 2.6 Pengaruh Pada Lingkungan...19 2.7 Turbin Aliran Silang...20 2.8 Pengertian Nosel dan Diffuser...22 2.9 Posisi Penyemburan Terhadap Sumbu Roda Jalan...23 2.10 Katup...25 2.11 Lengkung Masuk...26 2.12 Diameter Dan Lebar Raner...29 BAB III METODOLOGI PERANCANGAN 3.1 Tempat Dan Waktu...33 3.2 Bahan Dan Alat...34 3.3 Pengamatan Dan Pengujian...35 BAB IV PERHITUNGAN KOMPONEN KOMPONEN UTAMA TURBIN AIR 4.1 Pipa penstock...40 4.2 Daya Turbin...40 4.3 Putaran Spesifik Turbin...41 4.4 Generator...42 4.5 Diameter Luar Raner...43 4.6 Kecepatan Relatif Pada Sisi Masuk...44 4.7 Kecepatan Relatif Pada Sisi Keluar...44 4.8 Kecepatan Tangensial Pada Sisi Keluar...45

4.9 Sudut Kecepatan Mutlak Sisi Keluar...45 4.10 Kecepatan Absolut Fluida Pada Sisi Keluar...45 BAB V PERHITUNGAN NOSEL 5.1 Panjang Busur pemasukan dan lebar pipa pancar...47 5.2 Segitiga Kecepatan...49 5.3 Energi pada sudu sudu raner turbin...51 BAB VI KESIMPULAN 6.1 Turbin Air...53 6.2 Generator...54 6.3 Pipa Penstock...54 6.4 Sudu Jalan (Raner)...54 6.5 Perhitungan Nosel...54 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Instalasi secara keseluruhan....3 Gambar 2.1 Sketsa tinggi head...6 Gambar 2.2 Turbin Pelton..9 Gambar 2.3 Turbin Pelton dengan banyak nozle 9 Gambar 2.4 Sudu turbin turgo dan nozzle.10 Gambar 2.5 Konstruksi turbin ossberger atau turbin crossflow.11 Gambar 2.6 Aliran masuk turbin ossberger atau turbin crossflow.12 Gambar 2.7 Turbin Francis...13 Gambar 2.8 Turbin Kaplan dengan sudu jalan yang dapat diatur..14 Gambar 2.9 Diagram klasifikasi turbin air.15 Gambar 2.10 Perbandingan bentuk sudu turbin berdasarkan kec. Spesifik...18 Gambar 2.11 Turbin Aliran Silang Jenis Vertical...21 Gambar 2.12 Turbin Aliran Silang Jenis Horizontal...22 Gambar 2.13 Posisi Penyemburan Vertical...24 Gambar 2.14 Posisi Penyemburan Horizontal...24 Gambar 2.15 Posisi Penyemburan Miring...25 Gambar 2.16 Posisi katup pada nosel turbin air aliran silang.25 Gambar 2.17 Aneka Penampang Aliran Di Sisi Masuk Turbin...26 Gambar 2.18 Pola Aliran Masuk Turbin...27 Gambar 2.19 Lengkung Pemasukan Ideal Bersudut Konstan...28 Gambar 2.20 Rancangan Spiral Logaritmik Pemasukan Geometri Sudu...29 Gambar 2.21 Luasan Pemasukan Aliran Turbin Aliran Silang...32

Gambar 3.1 Pressure Gauge...35 Gambar 3.2 Tachometer...36 Gambar 3.3 Tangmeter...36 Gambar 3.4 Sketsa instalasi turbin aliran silang....37 Gambar 3.5 Resevoar bawah...38 Gambar 3.6 Resevoar atas...38 Gambar 3.7 Rumah Turbin...39 Gambar 5.1 Penampang samping dari nosel...47 Gambar 5.2 Luasan pemancaran air pada nosel turbin air aliran silang.47 Gambar 5.3 Segitiga kecepatan dan rumus turbin aliran silang..49 Gambar 5.4 Segitiga kecepatan... 51

DAFTAR GRAFIK Grafik 2.1 Perbandingan karakteristik turbin...14

DAFTAR SIMBOL Simbol Arti Satuan A : Luas penampang m 2 D : Diameter mm D (1,2) : Diameter pada roda jalan mm D pen : Diameter penstock mm a : Lebar sudu mm f : Frekuensi Hz g : Percepatan gravitasi m/s 2 H : Tinggi air jatuh m L : - Panjang busur pemasukan m t : Jarak antar sudu mm n : Putaran operasi rpm n generator : Putaran generator rpm n s : Putaran spesifik rpm n t : Putaran turbin rpm P : Daya Watt P t : Daya turbin Watt P g : Daya generator Watt p : Jumlah kutub generator Q : Debit aliran m 3 /s

t s : Tebal sudu mm u : Kecepatan keliling / tangensial m/s c : Kecepatan absolut m/s w : Kec. relatif fluida terhadap roda jalan m/s N : Jumlah sudu

AKSARA YUNANI LAMBANG Arti Satuan α (alpha) β (betta) η Sudut kecepatan mutlak Sudut sudu Efisiensi 0 (derajat) 0 (derajat) γ (gamma) Berat jenis N/m 3 φ (phi) ϕ (phi) Sudut busur pemasukan Koefisien generator 0 (derajat) ρ (rho) Massa jenis kg / m 3