BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Awal PerancanganDalam perancangan telah diktahui data teknis tentang Bendungan Bening, Saradan, Madiun adalah sebagai berikut :Informasi Sumber Aira. Nama Sumber Air: Bendungan Bening Saradan, Madiunb. Debet Andalan: 2 m3/s atau 2000 liter/sc. Tinggi Tekan Hidrolik max: 21.4 m4.2. Analisa Grafis Penentuan Tipe TurbinBerdasarkan nilai debit desain dan tinggi jatuh hidrolik, maka secara grafis dapat dipelajari dan dipilih tipe turbin yang sesuai, sebagai berikut :Menurut hasil analisa grafis Gambar 4.1, turbin yang sesuai untuk debit (Q = 2000 l/ dt) dan tinggi jatuh hidrolik (Htotal) = 21,4 m adalah turbin tipe Crossflow atau tipe Francis, tetapi perancangan di desain ini pada head 6 meter untuk memberi spare (Jarak aman) mengingat head pada waktu tertentu dapat menurun namun dapat menghasilkan debit yang konstan. sehingga disimpulkan menggunakan tipe propeller untuk menambah kasanah pengalaman dalam desain dan pembuatan turbin tipe ini. Pertibangan lain adalah pada desain sudu pada turbin ini akan dibuat tetap (fixed blade) sehingga akan berpengaruh pada effisiensi turbin.

Gambar 4.1 : Grafik pemilihan jenis turbinGrafik diatas juga menunjukan daya yang dapat dibangkitkan secara grafis sebesar 100 kW. Sehingga dapat disimpulkan bahwa turbin yang digunakan adalah turbin propeller dan Effisiensi turbin ditetapkan pada nilai 0.9 atau 90%.4.3. Kecepatan SpesifikDalam menentukan putaran spesifik pada sebuah turbin yang telah ada diketahui dengan menemukan variabel yang belum diketahui dari persamaan berikut, yaitu debit air yang masuk ke dalam turbin :a. Perhitungan daya terbangkit/ daya turbinDaya turbin (P)P = T . . G. Q. H, Watt (Satuan Internasional)Dimana :T = efisiensi total = t. g = 0,90 x 0,95 = 0,8145t. = efisiensi turbin = 0,90g = efisiensi generator = 0,95 = berat jenis air (= 1000 kg/m) g = gravitasi (9,81 m/det) Q = debit desain (2 m / det) H = tinggi jatuh hidolik netto (6 m) P = 0,8145 x 1000 x 9,81 x 2 x 6 = 95.882,94 W = 95,8 kW = 130 HPJadi daya actual yang terbangkit dari generator sebesar 130 HPb. Kecepatan AliranKecepatan aliran yang melewati turbin dapat digambarkan pada persamaan energy potensial air yaitu :V= (Dietzel, 1980)= = 10.489 m/sDimana Berat jenis air ()= 1000 kg/m3Percepatan Grafitasi (g)= 9.81 m/s2

c. Putaran Spesifik Turbin (ns)Yang dimaksud dengan kecepatan spesifik dari suatu turbin ialah kecepatan putaran runner yang dapat dihasilkan daya effektif 1 BHP untuk setiap tinggi jatuh 1 meter atau dengan rumus dapat ditulis ( Lal, Jagdish, 1975 ) :Kecepatan spesifik dinyatakan dengan persamaan : (Dietzel, 1980) hal diketahui : ns = kecepatan spesifik turbin n = Kecepatan putaran turbin (rpm) Hefs = tinggi jatuh effektif (m) = Kapasitas Aliran (m3/det)

Sehingga:nq = 500 2 (6)3/4= 184 l/menit4.4. Desain Roda jalan Turbin (Runner)Konstruksinya bisa dibedalkan; sampai dengan alat pengarah pada hakekatnya sama dengan turbin Francis. Dan pada leher poros terdapat kipas sudu (4 sampai dengan 8 buah).Kipas sudu pada gambar 4.2. sama seperti baling-baling pesawat terbang yaitu membawa aliran dengan belokan yang hanya sedikit. Bila untuk pesawat terbang maksudnya adalah supaya gaya ke atas, dengan tahanan yang sedikit mungkin. Jadi bentuknya memang harus demikian. Tetapi pada turbin Kaplan maksudnya adalah untuk mendapatkan gaya tangensial T (gaya putar yang bisa menghasilkan torsi pada poros turbin), gambar 4.2Sesuai dengan gambar 4.2 harga perkiraan untuk menentukan ukuran-ukuran utama turbin Kaplan.

Gambar 4.2 : Segitiga kecepatan masuk dan segitiga kecepatan keluar, bagan sudu roda jalan turbin Kaplan poros horizontal.Besarnya gaya tangensial T tergantung pada selisih w u2 w u1 atau yang berhubungan dengan c u1 c u2 yang harganya kecil. Pada perhitungan ini c u1 c u2 = 0.

Gambar 4.3 : Model runner turbin propeller poros horizontalDari diagram 4.4 didapat:

Gambar 4.4 : Harga perkiraan untuk menentukan ukuran-ukuran utama turbin Kaplan (Dietzel, 1980). = 1.75; = 0.75; = 0.36Kemudian harga-harga diatas dikalikan denganV= yaitu dengan V=10.489 m/sSehingga: = 1.75 x 10.489 = 18.3 m/detik;D1 = = 0.5573 m = 0.75 x 10.489 = 7.86 m/detikD leher poros = 0,25 ;Dalam hal ini diameter sudu pengarah di bagian masuk dari gambar Dari ketentuan dimensi maka kecepatan meridian pada bagian keluar roda jalan = kecepatan masuk ke pipa hisap.= V/A dengan penampangA = ( . /4 = 2 m2 Comment by idriansyahs: Dengan ID Penstock 800mm = 10.489 m2 /det : 0.91 m2 = 5.21 m/detSegitiga kecepatan didapat dari:t . g . H = u . (cu1 - cu2)t = = = 0.8Dengan cu2 = karena c2 adalah pengeluaran yang memiki sudut sebesar 122 maka:

Gambar 4.5 : Sudut masuk dan keluar aliranNilai cu1 dapat dihasilkan dari perhitungan cu1 = cu1 = cu1 = 2.88 m/detiknilai tersebut dapat dijelaskan pula dalam bentuk grafis segitiga kecepatan. Dimana komponen head mempengaruhi besarnya cu1.

Gambar 4.6: nilai cu1 yang digambarkan secara grafisDengan demikian bagan segitiga kecepatan dibagian tengah sudu jalan bisa digambar, bagian tengah.Comment by idriansyahs: Rivew gambar 1.9.11

Gambar 4.7: Bagan kecepatan dan sketsa gambaran dari profil sudu.Pada gambar 4.7 terlihat bahwa arah aliran alir u2=u1 menabrak sudu turbin yang memiliki sudut 28 derajad dari garis tegak lurus poros, sehingga putaran turbin yang dihasilkan searah dengan putaran jarum jam (Clock wise). Tinggi air jatuh yang diketahui dari permukaan air atas dan permukaan air bawah adalah H = 5 m. Jadi pada daerah setelah runner dan permukaan air bawah (pipa isap) terdapat tekanan kerendahan sebesar 1 m. Gaya tangensial T dan gaya geser S, harga perhitungan kasarnya adalah :T = . . B.cm . Q . (wu2 wu1).Harga D dalam hal ini diambil dari harganya DM. DM =(D1 DN)/2 = (0.5573 - 0,25) = 0.3 mB = 0.15 m adalah jumlah keseluruhan lebar sudu didapat dari (D1/2 DN/2)cm = c2 = 5.21 m/det adalah kecepatan air melalui seluruh penampang.W2 u - W2 u = 2.81 m/det diambil dari gambar 4.7.T = 0.3 . . 0.15 . 2.81. 1000 kg/m3 . 5.21 m/det T = 2068,64 kg m/det2 = N atau 2,08 kNComment by idriansyahs: Gaya Tangensial

4.5. Perencanaan PorosSebagaimana yang telah dijelaskan di atas bahwa poros turbin berfungsi untuk memindahkan daya dari putaran turbin. Beban yang diterima oleh poros turbin antara lain beban puntir dan beban lentur, sehingga dengan adanya beban ini maka akan terjadi tegangan puntir dan tegangan lentur sebagai akibat dari adanya momen puntir dan momen lentur (Sularso, 1983) Perhitungan kecepatan sudut = 2 x x n = 2 x x 500 = 3140 rpm

Gambar 4.8 : Poros Momen torsi pada turbin dapat dinyatakan dengan persamaan :

= 186779,9 N.mm Momen puntir pada turbin dapat dinyatakan dengan persamaan :

= = 13734,27 N.mm Tegangan geserijin dapat dinyatakan dengan persamaan :

Dimana:Bahan poros Baja Krom Nikel Moliben (JIS G 4103) SNCM 1a = Tegangan izin poros (kg/mm2)b = Tegangan tarik bahan poros 85 (kg/mm2)sf1 = Faktor kelelahan puntersf2 = Faktor keamanan karena poros dibuat bertingkat dan diberi pasak

= 47,2 N/mm2Harga Sf1 untuk bahan poros SF = 5,6 dan untuk bahan poros S-C = 6, sedangkan harga dari Sf2berkisar sekitar 1,3 sampai 3 (Sularso, 1983). Untuk diameter poros turbin dapat dinyatakan dalam persamaan :(Sularso, 1983)

= 42.2 mmUntuk beban yang dikenakan secara halus harga Kt = 0,1 untuk beban yang digunakan sedikit kejutan dan tumbukan harga Kt = 1,0 1,5 dan jika beban yang dikenakan dengan kejutan atau tumbukan harga Kt = 1,3 3, karena poros juga menerima beban lentur dari berat turbin maka diperlukan faktor koreksi untuk beban lentur (Cb) yang harganya antara 1,2 2,3 (Sularso, 1983). Tegangan yang terjadi pada poros

Dimana : = = 14748,47 mmMaka :

= = 0.93 N/mm2 Pemeriksaan pasak terhadap tegangan geser yang terjadi :Karena tegangan puntir pada poros = 0.93 N/mm2< 5,556N/mm2 daritegangan yang diijinkan maka aman.4.6 Perencanaan PasakBahan pasak dipilih baja jenis SNC 2 yang memiliki kekuatan tarik85 kg/mm2.

Gambar 4.9 Pasak Tegangan Geser Yang Diijinkan Pada Pasak(Sularso, 1983)

= kekuatan tarik bahan 85 kg/mm2 = Faktor kelelahan puntir 5,6 6 = Faktor keamanan karena poros dibuat bertingkat dan diberi pasak 1,3 3 Pada perencanaan poros ini terdapat dua perhitungan yang menghasilkan diameter poros. Yaitu pada perhitungan segitiga kecepatan dimana gaya tangensial T dan perhitungan kekuatan material terhadap bahan poros yang digunakan. Sehingga didapatkan perbandingan nilai keduanya sebesar 1,68 dan dianggab sebagai safety factor poros.

Menentukan Gaya Tangensial Terhadap Pasak: = 98.03 kg Lebar Pasak

Tinggi Pasak

Panjang pasak :