Oleh:TRISNA MANGGALA Y
2107030056Dosen Pembimbing:
Dr. Ir. HERU MIRMANTO, MT
D III TEKNIK MESIN FTI-ITS
RANCANG BANGUN DRAFT TUBE,TRANSMISI DAN PENGUJIAN TURBIN AIR FRANCIS DENGAN
KAPASITAS 500 L/MIN DAN HEAD 3,5 M
contents
Pendahuluan1Diagram Alir Tugas Akhir2Data Awal Perhitungan3
Perancangan dan Pembuatan Turbin4Kesimpulan6
Latar Belakang
Pada kehidupan modern sekarang inilistrik menjadi kebutuhan wajib yang harusdi penuhi
Namun sebagian besar energi yang dihasilkan berasal dari bahan bakar fosil
Indonesia memiliki potensi energiterbarukan yang sangat besar termasuksumber air yang dapat di manfaatkansebagai PLTMH
Perumusan Masalah
Mengingat banyak terjunan yang mempunyai
head rendah dengan kapasitas sedang, maka
permasalahan yang timbul adalah bagaimana
merancang sebuah model turbin yang sesuai
dengan kondisi tersebut.
Tujuan Perancangan
melakukan perancangan dan pembuatan turbin
Francis yang di operasikan dengan kapasitas sebesar 500
L/min dan tinggi jatuh air 3,5 meter dengan komponen-
komponen utama turbin francis yang akan dirancang
adalah :
Perancangan Draft Tube
Perencanaan Pasak
Perencanaan Pulley dan Belt
Pengujian Performasi
Pembuatan Turbin Francis
Batasan Masalah
Aliran fluida Steady flow
Incompresiblle flow
Turbin francis yang di rencanakan
menggunakan head 3,5 meter dan debit 500
L/min.
Perancangan tidak termasuk saluran intake,
sitem pelumasan, interkoneksi jaringan listrik,
tinjauan manufaktur dan analisa biaya.
Putaran turbin yang direncanakan 2250 rpm.
contents
Pendahuluan1Diagram Alir Tugas Akhir2Data Awal Perhitungan3
Perancangan dan Pembuatan Turbin4Kesimpulan5
Diagram Alir Tugas Akhir
Mulai
Studi literatur
Mengecek data turbin yang di gunakan
Penentuan jenis turbin
Perhitungan putaran spesifik
Tidak
Ya
A
Perencanaan dan perancangan turbin:Perancangan draft tubePerencanaan pasak Perencanaan Pulley dan belt
Pengujian performasi turbin francis
Kesimpulan
Selesai
A
contents
Pendahuluan1Diagram Alir Tugas Akhir2Data Awal Perhitungan3
Perancangan dan Pembuatan Turbin4Kesimpulan5
Data Awal Perhitungann
T )
Kapasitas (Q) = 500 L/min
Head (H) = 3,5 meter
Putaran Turbin (n) = 2250 rpm
Effisiensi Turbin (ƞT) = 80%
Massa jenis air(ρ) = 996,4 Kg/m3
PerancanganDan
PerencanaanTurbin
contents
Pendahuluan1Diagram Alir Tugas Akhir2Data Awal Perhitungan3
Perancangan dan Pembuatan Turbin4Kesimpulan5
Perancangan dan PembuatanTurbin
Perancangan draft tube2Perencanaan pasak3Perencanaan puley dan belt4
Pengujian performasi6
Pemilihan jenis turbin1
Pembuatan turbin5
Pemilihan jenis turbin
Perhitungan Daya Air
284,98 Watt
Perhitungan Daya Turbin
227,9844 Watt
Perhitungan Putaran Spesifik
80,25
Ns = 80,25
Turbin Air Francis
kecepatan rencah
Putaran
Spesifik Jenis Turbin
4 s/d 35 Pelton dengan 1 nozzle
17 s/d 50 Pelton dengan 2 nozzle
24 s/d 70 Pelton dengan 4 nozzle
80 s/d 120 Francis, kecepatan rendah
120 s/d 220 Francis, kecepatan normal
220 s/d 350 Francis, kecepatan tinggi
350 s/d 430 Francis ekspres
300 s/d 1000 Propeler dan Kaplan
Nechleba, Miroslav. 1957. Hydraulic Turbine Their Design and
Equipment. Czeckoslovakia: Artia Pragu.
Perancangan dan PerencanaanTurbin
Perancangan draft tube2Perencanaan pasak3Perencanaan puley dan belt4
Pengujian performasi6
Pemilihan jenis turbin1
Pembuatan turbin5
Perancangan draft tube
Diameter keluaran turbin
130mm
Ns = 80,25
Nechleba, Miroslav. 1957. Hydraulic Turbine Their
Design and Equipment. Czeckoslovakia: Artia Pragu.
Q’max = 0,257
Putaran Spesifik
224,42 rpm
Dimensi Draft Tube
Warnick,C.C. 1984. Hydropower Engineering. New Jersey: Prentice Hall Inc, Englewood Cliffs
N = 318 mm
O = 190 mm
P = 162 mm
T = 190 mm
U = 46 mm
Q = 89 mm
R = 208 mm
V = 175 mm
S = 624 mm
Z = 362 mm
Perancangan dan PerencanaanTurbin
Perancangan draft tube2Perencanaan pasak3Perencanaan puley dan belt4
Pengujian performasi5
Pemilihan jenis turbin1
Tahap-tahap pengujian5
Karena diameter poros 15 mm atau (9/15 inch) maka pasak memiliki dimensiW = H = 1/8 inch = 0,003175 m.
Deutschman, Aaron D., Michels, Walter J. and Wilson, Charles E. Machine Design theory and practice.
L = 0,034 cm
Tinjauan pasak terhadap tegangan geser
Tinjauan pasak terhadap tegangan kompresi
L = 1,7 cm
Dari perhitungan di atas maka di dapatkan pasak dengan panjang(L) 1,7 cm, Lebar (W) 0,3175cm, Tinggi (H) 0,3175 cm
Perancangan dan PerencanaanTurbin
Perancangan draft tube2Perencanaan pasak3Perencanaan puley dan belt4
Pengujian performasi6
Pemilihan jenis turbin1
Pembuatan turbin5
Perencanaan puley dan belt
Data-data yang ada:
Daya turbin (NT) = 0,30 HP
= 0,228 kW
Putaran turbin (n1) = 2250 rpm
Data-data yang di rencanakan:
Jarak sumbu antar poros (C) = 500 mm
Diameter pulley yang di gerakkan (D1)= 60 mm
Diameter pulley penggerak(D2) = 200 mm
Dengan daya turbin sebesar 0,228 kW dan putaran turbin 2250 rpm maka di dapatkan V-belt tipe A dengan dimensiLebar (b) = 13 mmTebal (h) = 8 mmLuas (A) = 0,81 cm2
Suhariyanto, Hadi, Syamsul. 2002. Diktat Elemen Mesin II. Surabaya : Program Studi D3 Teknik Mesin ITS
Belt
L = 1250 mm
Panjang belt
V = 80,11 m/s
Kecepatan keliling belt
1 putaran/s
Jumlah putaran belt per detik
16,8 N/cm2
Tegangan akibat beban
Fkeliling = 0,341 N
Gaya keliling belt
1 buah
Jumlah belt
42,53kg/cm2
Tegangan maksimum pada belt
H = 8574,262 jam
operasi
Umur belt
Pulley
Dari tabel A.9(lampiran) , Dengan sabuk V-belt tipe A maka didapat data – data
sebagai berikut :
e = 12,5 mm l = 16 mm φo = 36o– 40o
c = 3,35 mm s = 10 mm
Suhariyanto, Hadi, Syamsul. 2002. Diktat Elemen Mesin II. Surabaya : Program Studi D3 Teknik Mesin ITS
Dout = D+ 2.c
Dout= 207mm
Dimensi pulley penggerak
Din = Dout+ 2.e
Din= 182 mm
Dout= 67 mm
Dimensi pulley yang di gerakkan
Dout= 42 mm
Perancangan dan PerencanaanTurbin
Perancangan draft tube2Perencanaan pasak3Perencanaan puley dan belt4Pembuatan turbin5
Pemilihan jenis turbin1
Pengujian performasi6
Perancangan dan PerencanaanTurbin
Perancangan draft tube2Perencanaan pasak3Perencanaan puley dan belt4Pembuatan turbin5
Pemilihan jenis turbin1
Pengujian performasi6
Pengujian performasi
Mengukur putaran turbin dengan tachometer
Mengukur volt dan ampere dengan Digital multimeter
Pengambilan data
Hasil Pengujian Performansi
No H-Vnotch
(m)
Voltage
(volt)
Arus
(ampere)
1 0,098 170 0,1
2 0,094 100 0,1
3 0,090 70 0,1
Hasil pengujian dengan beban lampu sebesar 10 watt:
Pengujian dengan variabel kapasitas
Dalam perhitungan data hasil pengujian ini di gunakan data no 1 sebagai contoh
Qact = 0,006m3 /s
Perhitungan kapasitas theoritis
28,27 watt
Perhitungan daya input turbin
19,12 watt
Daya output generator
67,65%
Effisiensi
data hasil perhitungan dan grafik:
No Qth
(m3/s)
Pin
(watt)
Pout
(watt)
Effisiensi
(%)
1 0,006023629 28,27 19,12 67,65
2 0,00542766 20,68 11,25 54,39
3 0,004868546 14,93 7,87 52,76
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0
5
10
15
20
25
0.09 0.092 0.094 0.096 0.098
Eff
isie
nsi
(%
)
Po
ut (W
att)
kapasitas (m 3/s)
Grafik Daya-Effisiensi Dengan beban
konstan
Pout effisiensi
Hasil pengujian dengan variabel beban:
Pengujian dengan variabel beban
Dalam perhitungan data hasil pengujian ini di gunakan data no 1 sebagai contoh
No Beban
(watt)
Voltage
(volt)
Arus
(Ampere)
H-Vnotch
(m)
1 25 73 0,1 0,0225
2 20 92 0,1 0,0224
3 15 120 0,1 0,0223
4 10 150 0,2 0,0222
5 5 170 0,2 0,0221
Dengan cara penghitungan yang sama di dapatkan data hasilperhitungan dan grafik:
No Beban
(watt)
Qth
(m3/s)
Pin
(watt)
Pout
(watt)
Effisiensi
(%)
1 25
0.00542766 20.683419 19.125 92.46537052 20
0.005573167 22.3918753 19.6875 87.92251523 15
0.005720989 24.2213127 20.25 83.60405684 10
0.005871139 26.1789025 20.8125 79.50104115 5
0.006023629 28.2721604 21.375 75.6044099
0
5
10
15
20
25
0
20
40
60
80
100
5 10 15 20 25
Po
ut (w
att)
Eff
isie
nsi
(%
)
beban lampu (watt)
Grafik Daya-Effisiensi Dengan kapasitas Konstan
effisiensi Pout
contents
Pendahuluan1Diagram Alir Tugas Akhir2Data Awal Perhitungan3
Perancangan dan PembuatanTurbin4Pembuatan dan PengujianTurbin5
Kesimpulan6
Kesimpulan
Hasil perancangan draft tube :N = 318 mm
S = 624 mm
O = 190 mm
T = 190 mm
P = 162 mm
U = 46 mm
Q = 89 mm
V = 175 mm
R = 208 mm
Z = 362 mm
Hasil perencanaan pasak:Panjang = 1,7 cmLebar = 0,3175cmTinggi = 0,3175cm
Warnick,C.C. 1984. Hydropower Engineering. New Jersey: Prentice Hall Inc, Englewood Cliffs
Hasil perencanaan pullay dan belt:V-Belt:
tipe = ADimensi:
Lebar = 13mmTebal = 8mmLuas = 0,81 cm2
pulley:Dimensi pulley penggerak:
Dout =207mmDin = 182mm
Dimensi pullay yang di gerakkan:Dout =67mmDin = 42mm
Pengujian performasi:Pengujian Dengan Variable Kapasitas:
Pin tertinggi sebesar 28,27 watt pada Q = 0,0060 m3/sPout tertinggi sebesar 19,12 watt Q = 0,0060 m3/sEffisiensi tertinggi sebesar 67,65% pada Q = 0,0060 m3/sPengujian Dengan Variable beban:
Pin tertinggi =130,89 watt pada beban 5wattPout tertinggi sebesar 21,37 watt pada beban 5wattEffisiensi tertinggi sebesar 19,97% pada beban 25 watt