tugas akhireprints.umm.ac.id/59664/1/pendahuluan.pdf · 2020. 2. 17. · tugas akhir. 4. jajaran...
TRANSCRIPT
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
iii
iv
v
vi
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
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
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.
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)
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
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
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
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
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).
62