tugas akhireprints.umm.ac.id/59664/1/pendahuluan.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. jajaran...

15
RANCANG BANGUN TURBIN VORTEX DENGAN DAYA 50 WATT TUGAS AKHIR Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S-1) Teknik Mesin Disusun Oleh : Dicky NurArifian NIM : 201410120311087 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2020

Upload: others

Post on 25-Dec-2020

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

RANCANG BANGUN TURBIN VORTEX

DENGAN DAYA 50 WATT

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada

Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar

Sarjana (S-1) Teknik Mesin

Disusun Oleh :

Dicky Nur’ Arifian

NIM : 201410120311087

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2020

Page 2: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

iii

Page 3: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

iv

Page 4: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

v

Page 5: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

vi

Page 6: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

vii

ABSTRAK

Pada laboratorium teknik mesin Universitas Muhammadiyah Malang membutuhkan

turbin vortex untuk praktikum. Maka dibuat turbin sekala laboratorium. Sehingga

mahasiswa dapat mengetahui cara kerja turbin air dan mengamati fenomena -

fenomena yang terjadi. Dari kebutuhan tersebut dan mengacu pada beberapa

perancangan dan penelitian sebelumnya. Maka akan dilakukan perancangan turbin

vortex dengan daya yang lebih besar untuk sekala laboratorium. Dengan daya rencana

60 watt, turbin ini memiliki 5 buah sudu dengan sudut antar sudu 72o. Sudu turbin ini

memiliki ukuran tinggi sudu 340 mm, lebar sudu 132 mm dan ketebalan sudu 1 mm.

Diameter poros turbin ini adalah 10 mm.

Kata kunci : Laboratorium, Turbin Vortex

Page 7: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

viii

ABSTRACT

In the mechanical engineering laboratory, University of Muhammadiyah Malang

requires a vortex turbine for practicum. Then made a laboratory scale turbine. So

students can know how water turbines work and observe phenomena that occur. Of

these needs and refers to some previous design and research. Then the vortex turbine

design will be carried out with greater power for the laboratory scale. With a 60 watt

planned power, this turbine has 5 blades with an angle of 72o blades. This turbine

blade has 340 mm blade height, 132 mm blade width and 1 mm blade thickness. The

diameter of this turbine shaft is 10 mm.

Keywords : Laboratory, Vortex Turbine

Page 8: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

ix

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’alah yaitu

pemilik alam semesta dan dengan segala isinya. Atas rahmat-Nya dan hidayah-Nya

yang telah dicurahkan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan yang berjudul

“Rancang Bangun Turbin Vortex Dengan Daya 50 Watt”, guna memenuhi

persyaratan untuk menyelesaikan program starta 1 (S1) pada Jurusan Teknik Mesin,

Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Malang.

Tugas akhir ini tidak akan tersusun tanpa adanya bantuan dan dukungan dari

berbagai pihak dalam segi moril maupun materil. Oleh karena itu segala ungkapan

terima kasih dipersembahkan kepada:

1. Kedua orang tua saya, Bapak Jainul Arifin dan Ibu Ida Nuryati yang selalu

memberikan doa, restu, semangat serta bantuan material bagi penulis dalam

menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Mulyono, MT selaku dosen pembimbing I yang selalu memberikan

saran, nasehat, semangat, dan perbaikan selama penyusunan tugas akhir ini.

3. Bapak Dr. Ir. Achmad Fauzan HS, MT selaku dosen pembimbing II yang sangat

membantu didalam memberikan bimbingan serta arahan dalam menyelesaikan

tugas akhir.

4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan

satu persatu yang telah mengajar dan member bantuan kepada penulis selama

pendidikan di Universitas Muhammadiyah Malang.

5. Teman – teman bimbingan yang selalu memberikan saran dan dukungan didalam

penyusunan tugas akhir ini.

6. Teman – teman Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2014 Kelas B yang selalu

memberikan saran dan dukungan didalam penyusunan tugas akhir ini.

7. Teman – teman seperjuangan dalam menempuh kuliah di Universitas

Muhammadiyah Malang.

Page 9: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

x

8. Laptop saya yang selalu membantu pagi siang sore malam bekerja keras bagai

kuda tanpa henti dan tiada mengeluh sedikit pun.

9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu – persatu yang telah memberikan

bantuan, dukungan, dan do’a kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini,

semoga kebaikannya menjadi amal ibadah dan mendapatkan balasan dari Allah

SWT.

Malang, 22 Januari 2020

Penulis,

Dicky Nur’ Arifian

(201410120311087)

Page 10: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……………………………………………………………...i

POSTER…………………………………………………………………………..ii

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR………………………………….iii

LEMBAR ASISTENSI………………………………………………………….iv

LEMBAR SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIASI…………………….vi

ABSTRAK………………………………………………………………………vii

ABSTRACT…………………………………………………………………….viii

KATA PENGANTAR…………………………………………………………...ix

DAFTAR ISI……………………………………………………………………..xi

DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………...xiv

BAB I PENDAHULUAN………………………………………………...............1

1.1 Latar Belakang Masalah..…………………………………..…… .1

1.2 Rumusan Masalah...……………………….………………..……. 3

1.3 Tujuan Perancangan..……………………….…………..…………3

1.4 Manfaat Perancangan.……………………….…..………………...3

1.5 Batasan Masalah…….….…………………...……………………..3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA…………………………………………………4

2.1 Mesin-Mesin Fluida ...……………………………………………..4

2.2 Pengertian Turbin Air ……………….…………………………….4

2.3 Komponen-Komponen Turbin …...………………………………..6

2.4 Turbin Vortex ……………………………………………….….....11

2.5 Cara Kerja Turbin Vortex .………………………………….……..12

2.6 Komponen Utama Turbin Vortex ………………………………....13

2.7 Keunggulan Turbin Vortex …………………………………….….13

2.8 Aliran vortex ..……………………………………………….…….13

2.8.1 Aliran vortex Bebas ..……………………………………...14

2.8.2 Aliran Vortex Paksa..………...…………………………….15

Page 11: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

xii

2.8.3 Aliran Vortex Kombinasi………………..…….…………...15

2.9 Penampang Air ………………………………...…….…………...17

2.10 Lubang masuk (Inlet area) …………….……………...…………..17

2.11 Sirkulasi……………………………….……………….….………18

2.12 Sirkulasi aliran ………………………….………………………...20

2.13 Menghitung kekuatan vortex ………………………………….….20

2.14 Menghitung Distribusi Kecepatan …………………………..……21

2.15 Menghitung Tekanan dan Distribusi Tekanan pada Kondisi Tertentu

……………………….……………………………………….….…..…21

2.16 Tinjauan Paten - Paten ..…………………………………….……23

BAB III METODE PERANCANGAN …………………..……………….……28

3.1 Metode Pahl and Beitz..…………………………….…………….….28

3.1.1 Perencanaan Proyek dan Penjelasan Tugas ..………...……....29

3.1.2 Perancangan Konsep Produk ..……………………………….30

3.1.3 Perancangan Bentuk (Embodiment Desaign).……………….30

3.2 Marfologi …………………………………………………………….31

3.3 Flowchat atau Diagram Alir………………………………………….35

3.4 Perhitungan Perancangan…..…………………………..…………….37

3.4.1 Perhitungan Debit Air ……………………………………….37

3.4.2 Perhitungan sudu turbin …………………………………......37

3.4.3 Perhitungan poros …………………………………………...37

3.4.4 Perhitungan puli ……………………………………………..38

3.4.5 Perhitungan Bantalan……………………………………..….38

3.5 Diagram Alir………...……..….………………………..……………39

BAB IV PERHITUNGAN PERANCANGAN………………………………...40

4.1 Perhitungan Daya Turbin .…………………………………………...40

4.2 Menentukan diameter poros …………...……………………….…41

Page 12: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

xiii

4.3 Perancangan diameter Sudu ..……………………………………….44

4.4 Jarak antar sudu..…………………………………………………….46

4.5 Perhitungan gaya pada runner……………………………………….46

4.6 Tinggi vortex..……………………………………………………….47

4.7 Perhitungan Tekanan Pada Sudu..…………………………………...48

4.8 Kekuatan bahan pada runner..……………………………………….49

4.9 Bantalan poros..……………………………………………………...51

4.10 Bak penenang..…………………………………………………..….55

4.11 Tekanan yang terjadi pada bak penenang..………………...……….56

4.12 Perhitungan puli..……………..…………………………………….57

BAB V PENUTUP………………………………………………………………60

5.1 Kesimpulan ……………………………………………………60

5.2 Saran………………………………………………………………….60

DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………...........61

LAMPIRAN……………………………………………………………..............62

Page 13: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Casing turbin vortex ……………………………………..…………..7

Gambar 2.2 Sudu tetap ………………………………………………..…………..8

Gambar 2.3 Poros turbin ………………………………………………..…….…..9

Gambar 2.4 Bantalan poros ………………………………………………….…..10

Gambar 2.5 Turbin vortex……….…….…………………………...…………….12

Gambar 2.6 Jenis aliran …………………………………………………...……..16

Gambar 2.7 Tipe lubang masuk …………………………………………….…...17

Gambar 2.8 Notasi untuk menentukan sirkulasi pada kurva tertutup S …………18

Gambar 2.9 Gambar paten 1.………………………...…………………………..23

Gambar 2.10 Gambar paten 2……………….…………………………………...24

Gambar 2.11 Gambar paten 3…………….……………………..……………….25

Gambar 2.12 Gambar paten 4……….………..………………………………….26

Gambar 2.13 Gambar konsep desain .………..………………………………….27

Gambar 3.1 Matriks morfologis perancangan turbin vortex …………….………33

Gambar 3.2 Flowchart metode Pahl and Beitz ……………….………………….35

Gambar 3.3 Diagram alir perancangan ……….…………………………………39

Gambar 4.1 Letak runner ………………………………………………………..45

Gambar 4.2 Pembagian sudut ………………………………...…………………46

Gambar 4.3 Dimensi tinggi vortex …………………...………….………………48

Gambar 4.4 Tinggi runner ……………………………………….………………48

Gambar 4.5 Penampang runner ………………………………….………………50

Gambar 4.6 Bantalan.............…………….………………………………………52

Gambar 4.7 Penampang v notch …..…………………………….………………55

Gambar 4.8 Bak penenang ………...…………………………….………………56

Page 14: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

61

DAFTAR PUSTAKA

Ardiansyah. “Uji eksperimental kinerja turbin reaksi aliran vortex tipe sudu

berpenampang lengkung l dengan variasi sudut pada ujung sudu”, 2016.

Dietzel, Fritz. "Turbin, Pompa dan Kompresor / Fritz Dietzel ; alih bahasa Dakso

Sriyono" (1990).

M. Kudeng Sallata dan Y.S.H Nugroho. “PLTMH (Pembangkit Listrik tenaga Mikro

Hidro)”, 2015.

Pritchard, P.J. 2011. Fox and McDonald’s Introduction to Fluid Mechanics. Eight

Edition. United States of America : John Wiley & Sonc, inc.

Priyo Heru Adiwibowo. “Pengaruh Sudut Inlet Notch Pada Turbin Reaksi Aliran

Vortex Terhadap Daya dan Efisiensi”, JTM Volume 05 No.2, 2017.

Priyo Heru Adiwibowo. “Uji Eksperimental Kinerja Turbin Reaksi Aliran Vortex

Tipe Sudu Berpenampang Lurus dengan Variasi Tinggi Sudu”, JTM Volume 06

No.01, 2018.

Sihombing, Edis. 2009. Pengujian Sudu Lengkung Prototipe Turbin Air Terapung

Pada Aliran Sungai. Medan : USU.

Sudarto. “pembuatan turbin vortex dengan sudu pipa belah tiga dengan sudut

kemiringan sudu 45o ”, Jurnal Teknik Energi Vol.14, 2018.

Sujate Wanchat, Ratchaphon Suntivarakorn, Sujin Wanchat, Kitipong Tonmit,

and Pongpun Kayanyiem, “A Parametric Study of a Gravitation Vortex

Power Plant”, Khonkaen University,Khonkaen, Thailand, 2013.

Sularso, dan Kiyokatsu Suga. 1991. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen

Mesin. Jakarta: PT Pradnya Paramita, 2004.

S. Mulligan & P. Hull. “Design and Optimisation of a Water Vortex Hydropower

Plant”, Department of Civil Engineering and Construction, IT Sligo, 2011.

Wahyu Didik Prasetyo. “Rancang bangun turbin vortex skala kecil dan pengujian

pengaruh bentuk penampang sudu terhadap daya”, Jurnal Vol . 08, 2018.

Zoeloterer, Franz. “Zoeloterer Gravitational Vortex Power Plant”, (online),

(http:\\www.zoeleterer.com).

Page 15: TUGAS AKHIReprints.umm.ac.id/59664/1/PENDAHULUAN.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. Jajaran dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu

62