DESAIN TURBIN FRANCIS

oleh

Marfizal, ST

Diagram Alir Perencanaan

Tidak

Ya

Mulai

Studi Literaratur

Survey Data

Penentuan Jenis Turbin

Perhitungan Putaran Spesifik

A

A

Perencanaan •Roda JalanDiameter Inlet RunnerDiameter Sisi Keluar TurbinSegitiga Kecepatan Lebar Roda Jari-Jari Kelengkungan PuncakJumlah Sudu GerakDll

Kesimpulan

Selesai

A. DESAINDATA LAPANGAN

Tempat Pengambilan Data : Pengambilan data dilakukan di desa Perantak yang berjarak 60 Km dari ibu kota kabupaten merangin dan 300 km dari ibu kota provinsi jambi : Sumber Air Terjun : Batang PerentakDesa : PerentakKecamatan : Pangkalan JambuKabupaten : MeranginProvinsi : Jambi

(Gambar Lokasi pengambilan data)

Lebar Dan Kedalam SungaiDari hasil pengukuran didapat data :• Lebar Sungai (b) : 1,5 m• Ketingian air sungai (h) : 0,4 m• Area penampang Aliran ( b x h) : 0,6 m2

Menghitung Kecepatan aliran

Untuk mendapatkan kecepatan aliran dilakukan dengan secara manual yaitu dengan Menghayutkan busa sejauh 20 meter dan di catat waktu yang di butuhkan busa untuk melewati jarak 20 meter tersebut sperti tabel di bawah :

Data waktu

No Waktu (S) yang dibutuhkan untuk menempuhjarak 20 m aliran

1 5,77

2 4,75

3 5,77

4 5,05

5 4,3

6 5,71

7 4,94

8 5,15

Rata-rata 5,18

Kecepatan aliran

• Dengan mendapatkan data area aliran sungai dan waktu tempuh dalam jarak 20 meter, maka kecepatan aliran :

t

SV

s

m

s

mV 8,3

18,5

20

Debit aliranDengan di peroleh penampang aliran dan kecepatan aliran maka :

AxVQ s

mmxsm

32 3,26,0/8,3

Tinggi Air Jatuh (H)Dari hasil pengukuran dari lapangan dimana kemiringan arah jatuh 350 dengan jarak kemiringan 40 m maka :

035SinSH mxmH 8,2257,040

Dasar-Dasar Penentuan Spesifikasi Turbin

Penentuan spesifikasi turbin berdasarkan data input berikut: •Head (H) :22,8 m•Jenis Turbin : Turbin Francis•Putaran Turbin: 750 rpm•Debit Aliran : 2,3 m3/s

Daya Turbin

Dari debit (kapasitas air) Q dan tinggi air jatuh H dapat diperoleh daya yang dihasilkan turbin dengan persamaan sebagai berikut:

P = .g.Q.H.T

Daya TurbinDimana:• P = Daya turbin (kW) = Massa jenis air = 1000 kg/m'• g = gravitasi bumi = 9,81 m/s2

• Q = Debit air = 2,3 m3/s• H = Head effisien = 22,8 m

• ηt = Efisiensi turbin = 0,84 - 0,94

maka:P = 1000 kg/m3. 9,81m/s2 .2,3m3/s. 22,8 m.0,90 = 462.992 W = 462,99 KW = 620 hp

Diameter RunnerNo Putaran turbin Diameter runner

1 125 3,830

2 150 3,192

3 175 2,736

4 185 2,588

5 200 2,394

6 250 1,915

7 300 1,596

8 350 1,368

9 400 1,197

10 450 1.064

11 500 0,958

12 550 0,871

13 600 0,798

14 650 0,737

15 700 0,684

16 725 0,660

17 750 0,638

Diameter Runner

• Dari tabel terlihat bahwa putaran turbin yang kecil didapat diameter runner yang besar begitu juga sebaliknya untuk putaran yang besar didapat diameter runner yang kecil. Berdasarkan perhitungan diperoleh:

• D1.n = 478,8 m rpm

• Maka direncanakan:• Putaran Turbin : 750 rpm• Diameter turbin : 0,638 meter

Pemilihan TurbinPemilihan turbin dapat ditentukan dengan berdasarkan kecepatan spesifik. Dimana kecepatan spesifik nq dipakai sebagai suatu besaran yang penting dalam merencanakan (desain) turbin air. Kecepatan spesifik diperoleh dengan persamaan:

4/5H

pnnq

nq= kecepatan spesifik (rpm)

n= putaran turbin = 750 rpmH= Head Efektif = 22,8 m P= Daya turbin = 462,992 KW = 620 hp Maka kecepatan spesifik (nq) adalah:

rpmnq 3248,22

462,992 7504/5

Pemilihan Turbin

• Berdasarkan perhitungan kecepatan spesifik maka disesuaikan dengan tabel kecepatan spesifik turbin, maka jenis turbin yang direncanakan adalah turbin francis dengan putaran tinggi, yang mana kecepatan spesifiknya dalam satuan SI berkisar antara 80 - 430 rpm.

Pemilihan Turbin

Spesifikasi Turbin

Dari perhitungan diatas maka didapatkan spesifikasi Turbin yaitu:•Jenis Turbin = Turbin Francis putaran tinggi •Daya Turbin = 462,992 kW = 620 hp•Putaran Turbin = 750 rpm

•Putaran spesifik turbin (nq) = 324 rpm

•Head Turbin = 22,8 m•Kapasitas aliran = 2,3 m3/s

Roda Jalan (Runner)

Diameter runner pada sisi masuk (inlet diameter) telah dihitung sebelumnya yaitu dengan:•Putaran (n) = 750 rpm

•Diameter runner (D1) = 0,638 m

Kecepatan KelilingDengan didapatnya diameter runner (D1) maka dapat

ditentukan kecepatan keliling (U1) yaitu dengan persamaan:

n

uD

11

60

Dimana:

• D1 = Diameter runner = 0,638 m

• ul = Kecepatan keliling (m/s) n = 3,14

• n = putaran = 750 rpm

smnd

u /04,2560

75014,3638,0

601

1

Menghitung Komponen – komponen Segi Tiga Kecepatan Terlebih dahulu menentukan harga U1* dimana:

hg

uu

21*

1u1 * = Koefisien penentu yang terdiri dari 0,69 - 1,22 seperti pada

grafiku1 = Kecepatan keliling = 2,3 m/s

g = gravitasi bumi = 9,81 m/sH = Head Turbin = 22,8 mmaka:

smu /20,18,2281,92

04,25*1

Menghitung Komponen – komponen Segi Tiga Kecepatan • Dengan u1* = 1,20 m/s dengan menarik garis lurus grafik secara horizontal ke kurva

ul * dan dari pertemuan titik tersebut ditarik secara vertikal ke bawah, maka didapat harga nq = 118 menit -1 seperti terlihat

Diameter Sisi Keluar Turbin Diameter Sisi Keluar Turbin

Dari gambar diatas dengan nq = 118 menit-1 maka didapat harga u*21= 0,48

Harga u21 adalah:

smu

u

Hgu

/15,10

8,2281,9248,0

248,0

21

21

21

Dengan demikian harga D21 yaitu

mn

uD 25,0

75014,3

15,106060 2121

Dengan cara yang sama harga u*2a = 1,25

smhgu a /43,268,2281,9225,1225,12

smn

uD a

a /67,075014,3

43,266060 22

smu

uuu a

/29,182

43,2615,102

2

2212