TUGAS AKHIR BIDANG STUDI KONVERSI ENERGI

PERANCANGAN ULANG TURBIN FRANCIS PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMH)

“STUDI KASUS DI SUNGAI SUKU BAJO, DESA LAMANABI, KECAMATAN TANJUNG BUNGA, KABUPATEN

FLORES TIMUR, NTT”. OLEH :

AGI NOTO BAWONO

2111030113

Dosen Pembimbing Dedy Zulhidayat Noor ST, MT, Ph.D

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOVEMBER

2014

1

CONTENTS

............................... Pendahuluan

.........................Diagram Alir Tugas Akhir

...........................Data Awal Perhitungan

..................Perancangan dan Pembuatan Turbin

...................................Kesimpulan

1

2

3

4

5

2

PEMILIHAN JENIS TURBIN

3

PENDAHULUAN

Latarbelakang

Perumusan

Masalah

Batasan Masalah

Tujuan Perancan

gan

Manfaat Penulisa

n

5

LATAR BELAKANG

.

4 2

1 3

LATAR BELAKANG

.

1. Desa Lamanabi merupakan sebuah

Desa di Pulau Flores NTT, di desa ini

masih belum terlayani kebutuhan

listriknya oleh PLN sehingga banyak

warganya yang masih menikmati energi

listrik.

LATAR BELAKANG

.

2. Desa Lamanabi memiliki sumber

energi potensial yang dapat

dikembangkan sebagai Pembangkit

Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) yakni

di Sungai Suku Bajo yang berada di

sekitar desa.

LATAR BELAKANG

.

3. Berdasarkan potensi yang ada PT

PLN melalui unit penunjangnya PT. PLN

PUSHARLIS UWP VI Surabaya

mengadakan proyek pembangunan

PLTMH Lamanabi.

LATAR BELAKANG

.

4. Saat proyek ini tengah dalam tahap

pengerjaan, bersamaan dengan

kegiatan Kerja Praktek (KP) yang kami

lakukan di PT. PLN PUSHARLIS UWP VI

SBY dan itu saya jadikan rujukan dalam

pembuatan Tugas Akhir ini.

6

PERUMUSAN MASALAH

Permasalahan yang akan dibahas adalah perancangan turbin francis mikrohidro power (MHP)

yang sesuai untuk sungai suku bajo di desa Lamanabi, Kecamatan Tanjung Bunga, Kabupaten

Flores Timur, NTT. Dengan head 50 meter dan debit 0,15 𝑚3

𝑠

7

BATASAN MASALAH

1. Steady Flow 2. Incompresible Flow 3. Data diperoleh dari pengamatan hasil survey oleh tim PLN

PUSHARLIS, dengan data: Head = 50 meter dan debit air = 0,15 𝑚3

𝑠 4. Efisiensi turbin (𝜂𝑡) sebesar 0,84 5. Agar memudahkan sistem transmisi, dibutuhkan putaran turbin (n)

sebesar 1500 rpm

8

TUJUAN PERANCANGAN

1. Merancang turbin francis yang dapat

dioperasikan dengan debit desain sebesar 0,15 𝒎𝟑

𝒔 dan head 50 m dimana komponen utama

turbin yang dirancang adalah:

a. Runner (roda turbin) b. Spiral casing (rumah turbin)

c. Guide Vane (Sudu diam) d. Draft tube

2. Membuat gambar susunan turbin hasil

rancangan

9

MANFAAT PENULISAN

1. Dihasilkan desain turbin francis dengan berbagai kelebihannya serta sesuai bagi kondisi daerah jauh dari perkotaan khususnya untuk potensi air di sungai suku bajo, Desa Lamanabi.

2. Menambah wacana dan literatur bagi mahasiswa mengenai turbin francis mikrohidro yang digunakan untuk membangkitkan listrik.

3. Mendorong mahasiswa lain mengembangkan teknologi turbin kaitannya dengan usaha pengurai krisis energi dan pemanfaatan potensi energi terbarukan di indonesia.

10

DIAGRAM ALIR TUGAS AKHIR

11

DATA AWAL PERHITUNGAN

Kapasitas (Q) = 0,15 𝑚3𝑠

PERANCANGAN DAN

PERENCANAAN TURBIN

Head (H) = 48,37 m

Massa jenis air (𝜌) = 998 𝑘𝑔 𝑚3

Putaran turbin = 1500 rpm

Efisiensi turbin = 84%

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN TURBIN

............................... Pemilihan Jenis Turbin

.........................Perancangan Runner (Roda Turbin)

.........................Perancangan Spiral Casing

.........................Perancangan Draft Tube

.........................Perancangan Pasak

1

2

3

4

5

12

13

PEMILIHAN JENIS TURBIN

Perhitungan Daya Air

Perhitungan Daya Turbin

Perhitungan Kecepatan Spesifik

Perhitungah Putaran Spesifik Turbin

P = 𝜌 × 𝑔 × 𝐻 × 𝑄 71030 Watt

N = 𝜌 × g × Q × 𝐻 × 𝜂t 59670 Watt

nq = 𝑛 × 𝑄

4834

31,68 rpm

Ns = 𝑛 × 𝑁

(𝐻)54

91 rpm

14

PEMILIHAN JENIS TURBIN

(Sumber : Nechleba, Miroslav.1957.Hydraulic Turbine Their Design and Equipment. Czeckoslovakia:

Artia Pragu)

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 Franciss kecepatan rendah

120 s/d 220 Franciss kecepatan normal

220 s/d 350 Franciss kecepatan tinggi

350 s/d 430 Franciss Ekspress

300 s/d 1000 Propeler dan Kaplan

Ns = 91 rpm

Turbin francis kecepatan rendah

15

PERANCANGAN RUNNER

Ns = 91 rpm

𝑄𝑚𝑎𝑥′ = 0,25

Ds = 𝑄

𝑄1 ′ × 𝐻

330mm

16

PERANCANGAN RUNNER

Kecepatan aksial air keluar runner (C2m) C2m = 𝜀 2𝑔𝐻 5,853 m/s

Diameter Rim Pada Sisi Keluar (D2a)

D2a = 4𝑄

𝜋𝐶2𝑚 0,1807 m

Kecepatan meridian air

masuk runner C1m = 𝐶1𝑚

𝐶2𝑚C2m 5,853 m/s

21,297 m/s

2/12

1

1

1

11 22

h

mmi gH

Tan

C

Tan

CU

17

PERANCANGAN RUNNER

Diameter Hub Runner D1i

60𝑈1𝑖

𝜋 × 𝑛 0,2712 m

Diameter Rim Pad

Sisi Masuk (D1a) 1

𝐷2𝑎𝐷1𝑎

× 𝐷2𝑎 0,1754 m

𝑄

𝜋𝐷1𝑎 𝐶1𝑚 Tinggi masukan 0,4651 m

Diameter Hub Runner Pada Sisi Keluar (D2i)

60 𝑈2𝑖𝜋 × 𝑛

0,4651 m

Menentukan jumlah

sudu (Z) Zmin = 2 𝜋 tan 𝛼2 12 buah

18

PERANCANGAN SPIRAL CASING

Ds = 𝑄

𝑄1 ′ × 𝐻

330mm

Ns = 𝑛 × 𝑁

(𝐻)54

Dimensi Spiral Casing

91 rpm

19

PERANCANGAN SPIRAL CASING

A = 1,2 − 19,5

𝑁𝑠 Ds 326 mm

B = 1,1 + 54,8

𝑁𝑠 Ds

C = 1,32 + 49,25

𝑁𝑠 330

mm

F = 1 + 131,4

𝑁𝑠330 mm

E = 0,98 + 63,6

𝑁𝑠330

mm

D = 1,5 + 48,8

𝑁𝑠 330

mm

562 mm

615 mm

672 mm

554 mm

807 mm

G = 0,98 + 96,5

𝑁𝑠330

mm 674 mm

I = (0,1 + 0,00065. Ns) Ds

L = (0,88 + 0,00049.Ns) Ds

M = (0,6 + 0,000015.Ns) Ds

53 mm

306 mm

199 mm

20

PERANCANGAN DRAFT TUBE

Ds = 𝑄

𝑄1 ′ × 𝐻

330mm

Ns = 91 rpm

Grafik Q1’ Fungsi Putaran Spesifik (Sumber: Patty, O.F. 1995)

21

PERANCANGAN DRAFT TUBE

Ns = 𝑛 × 𝑁

(𝐻)54

Putaran Spesifik

91 rpm

Dimensi Draft Tube

22

PERANCANGAN DRAFT TUBE

N = 1,54 + 203,3

𝑁𝑠 Ds

1245 mm

O = 0,83 + 140,7

𝑁𝑠 Ds

P = (1,37 – 0,00056.Ns) Ds

S = 𝑁𝑠

;9,28:0,25.𝑁𝑠Ds

R = 1,6 − 0,0013

𝑁𝑠 Ds

Q = 0,58 + 22,6

𝑁𝑠 Ds

785 mm

436 mm

274 mm

528 mm

T = (1,5 + 0,00019.NS) DS

501 mm

U = (0,51 – 0,0007.Ns) Ds

V = 1,1 + 53,7

𝑁𝑠Ds

Z = 2,63 + 33,8

𝑁𝑠 Ds

2230

mm

148 mm

558 mm

991 mm

23

PERANCANGAN PASAK

Torque = 𝑁 ×60

2 𝜋 × 𝑛

Torsi

Dsh = 360000 × 𝑁 ×𝑠𝑓

𝜏 × 𝑛

3

380 Nm 100 mm.

Gaya yang DiakibatkanTorsi

F = 𝑇𝑜𝑟𝑞𝑢𝑒𝐷𝑠ℎ

2 7600 N

24

PERANCANGAN PASAK

Torque = 𝑁 ×60

2 𝜋 × 𝑛

Torsi

Dsh = 360000 × 𝑁 ×𝑠𝑓

𝜏 × 𝑛

3

380 Nm 100 mm.

Gaya yang DiakibatkanTorsi

F = 𝑇𝑜𝑟𝑞𝑢𝑒𝐷𝑠ℎ

2 7600 N

25

PERANCANGAN PASAK

Suharianto, Hadi Syamsul 2011.Diktat Elemen Mesin I.Surabaya:Progam

Studi DIII Teknik Mesin ITS.

W=H= 1 inch = 2,54 cm

(berdasarkan tabel)

26

KESIMPULAN

Dari serangkaian perhitungan yang telah dilakukan sebelumnya, diambil kesimpulan: A. Kontruksi a) Roda Turbin (Runner) 1. Diameter poros (Dsh) = 100 mm

2. Diameter hub (Dh) =271,2 mm

3. Diameter Keluaran runner (Ds) = 330 mm

4. Diameter rim pada sisi keluar (D2a) = 180,7 mm

5. Diameter rim pada sisi masuk (D1a) = 175,4 mm

6. Diameter hub runner pada sisi keluar (D2i) = 145 mm

7. Tinggi pemasukan b1 = 46,51mm

8. Lebar roda turbin = 41,85 mm

9. Jumlah sudu turbin (Z) = 12 buah

b) Rumah Turbin (Spiral Casing) A = 326 mm F = 807 mm

B = 562 mm G = 674 mm

C = 615 mm I = 53 mm

D = 672 mm L = 306 mm

E = 554 mm M = 199 mm

c) Sudu Diam (Guide Vane) 1. Jumlah guide blades (Z1) = 11 buah

2. Outlate blade angle (𝛼0) = 18,2o

3. Diameter range peletakan guide vane (D0) = 423,3 mm

d) Poros

1. Panjang = 100 cm

2. Diameter (Dsh) = 10 cm

e) Pasak

1. Panjang (L) = 6 cm

2. Lebar (W) = 1 inch = 2,54 c

3. Tinggi (H) = 1 inch = 2,54 cm 4. Tipe Square key