Archive for the Renewable Energy Category

Jenis-jenis Turbin Air

Posted in Bahasa Indonesia, Engineering, Renewable Energy, Technology, Teknik Mesin with tags , , , , on March 7, 2012 by Yul Prince Vartan Hyzhar

Turbin air merupakan mesin penggerak mula (primer mover engine) dimana air sebagai fluida kerjanya. Air mempunyai sifat alami mengalir dari tempat yang lebih tinggi menuju ke tempat yang lebih rendah, dalam hal ini air memiliki energi potensial. Proses aliran energi potensial ini berangsur-angsur berubah menjadi energi kinetis, di dalam turbin energi kinetis tersebut diubah menjadi energi mekanis yaitu dengan terputarnya runner turbin. Selanjutnya energi mekanis dari runner turbin ditransmisikan ke poros generator dan mengubahnya menjadi energi listrik (Bukhori, 1991).

Turbin air dapat diklasifikasikan berdasarkan prinsip kerjanya sebagai berikut:

  1. Turbin impuls (impulse turbine), yaitu turbin yang digerakkan oleh sebuah atau beberapa pancaran air (water jet) berkecepatan tinggi. Jenis-jenis turbin impuls adalah turbin Pelton, turbin Turgo, dan turbin Crossflow.
  2. Tubin reaksi (reaction turbine), yaitu turbin yang digerakkan oleh gaya tekanan air. Rotor dari turbin reaksi terbenam secara keseluruhan dalam air dan ditutupi oleh selubung tekan (pressure casing). Sudu-sudu runner mempunyai bentuk profil sedemikian rupa sehingga perbedaan tekanan air yang melewatinya menimbulkan gaya-gaya hidrodinamis yang selanjutnya gaya-gaya tersebut memutar turbin dengan cepat. Jenis-jenis turbin reaksi adalah turbin Propeler, turbin Kaplan, dan turbin Francis.
  3. Turbin gravitasi (gravity turbine), yaitu turbin yang secara sederhana digerakkan oleh gaya berat air yang memasuki bagian atas turbin dan mengalir atau jatuh ke bagian bawah keluaran (outlet) turbin. Jenis ini merupakan jenis turbin berkecepatan rendah. Jenis-jenis turbin gravitasi adalah turbin ulir (Arhimedes Screw turbine) dan overshoot waterwheel.

My Thesis Summary: Ballads of the Mechanics Power of the Screw Turbine Model

Posted in Academics, Engineering, Renewable Energy with tags , , , , , , on March 5, 2012 by Yul Prince Vartan Hyzhar
*****
OFFICIAL TITLE
DESIGN AND EXPERIMENTAL STUDY OF THE INFLUENCE OF THE DIFFERENCES OF PITCHES AND SHAFT SLOPES TO MECHANICS PERFORMANCE OF 2-BLADES SCREW TURBINE MODEL IN LOW HEAD FLOW
BY
YUL HIZHAR
SUPERVISORS
1. Dr. Ir. Bambang Yulistianto
2. Ir. Suryo Darmo, M.T.

*****

CONTENTS

OFFICIAL TITLE

CONTENTS

CHAPTER I: INTRODUCTION

CHAPTER II: LITERATURE REVIEW

CHAPTER III: RESEARCH METHODOLOGY

CHAPTER IV: RESULT AND DISCUSSION

CHAPTER V: CONCLUSION, SUGGEST AND REFERENCE

*****

 CHAPTER I

INTRODUCTION

Indeed, Indonesia is a rich country of potential renewable energies such as mini / micro hydro, biomass energy, solar energy, wind energy, geothermal energy, ocean energy, and nuclear energy. Especially for micro hydro, the development usually exploit the potential of water flow that have certain head and the specific discharge is converted into electrical energy through a turbine and generator. In reality, in Indonesia, the average of water resource potential has a large discharge and low head. Thus, the development of a low head turbine (low head) or the head is very low (ultra low head) is very suitable to be developed in Indonesia.

Then from the above problems, the researcher was interested to develop the type of turbine that can operate optimally at low head but high discharge. In this study, the researcher developed the research on turbine screw. This turbine operates with low rotation speed and is still relatively new to be developed in Indonesia, ye this turbine has several advantages among other types of low head turbines. The screw turbine do not require special control system, the equipment and generator units are standard, easy in construction, easy installation and maintenance, environmentally friendly and fish-friendly, high efficiency turbine at low head and high discharge operation.

The performance of a screw turbine is affected by parameters related to the design of turbine screw itself. One important parameter in the design of screw turbine is pitch or period of a blade (blade). Another aspect of the design consideration is mounting the screw turbine shaft or slope. Based on the description above, the researcher interested in developing research on screw turbine which aims determine the effect of differences in pitch and slope distance on the performance of the mechanical axis of the turbine blade and screw 2 as a reference in the development of turbine propulsion screw as the first (prime mover) in generating small-scale (micro hydro).

*****

CHAPTER II

LITERATURE REVIEW

Archimedes screw is a type of screw that has been known since ancient times and has been used as pumps for irrigation in the park in Babylon. Along with the energy crisis that occurred in the world and the limited potential of water energy source that requires high head, then started in the year 2007, an engineer suggested the idea to invert the rotating screw pumps and then let the water pump is mounted below a generator then the electricity will be generated along the generator is not exposed to water or wet. So in principle the screw turbine is a reversal of the screw pump function itself (Adly and Irfan, 2010).

Rorres (1998) stated that the geometry of an Archimedes screw (Archimedean screw) is determined by some external parameter, that is the outer radius of the screw, total screw length, and slope. Other parameters that affect the internal parameters such as the inner radius, the number of blades, and blade pitch. External parameters are usually determined by the placement of Archimedes screw locations and how much water to be removed. While the internal parameters are freely determined to optimize the performance or the performance of the screw.

According to the FAO Corporate Document Repository, the Archimedean screw pump is a pump oldest ever existed since people pay attention to fluid removal. However, this type of pump is still widely used because of several advantages. These pumps can work at its optimum at the installation angle of 30 ° to 40 °.

According to the Ritz-Atro Pumpwerksbau Gmb (2009), the working principle of the Archimedean screw turbine is a reversal of the pump hydrodynamic Archimedean where these turbines harness water flow energy into mechanical energy. Power output range is the range of 1-250 kW, flow rates ranged from 100-5000 l / s, and the slope ranges from 22 ° – 36 °.

*****

CHAPTER III

RESEARCH METHODOLOGY

3.1. Flowchart of Research

3.2. Research tools

The main equipment used in this study are:

1.       Screw turbine model to be tested

2.       Tachometer to measure the rotation speed of the turbine

3.       Measuring capacity of 60 liter bucket and a stopwatch to measure the discharge.

4.       Arc to measure the slope of the turbine shaft.

5.       Steel ruler to measure the water level.

6.       Balance spring and a digital balance to measure the load in the measurement of braking torque.

7.       Tools box containing wrenches, pliers and a screwdriver as an aid in assembling a model turbine replacement screw pitch variation.

3.3. Research Variables

This research is experimental and existing variables are divided into:
a. Independent variables (independent variables), is a variable that is not dependent or affected by other variables. The independent variable in this study is the pitch (Λ) and the slope of the turbine shaft (θ).
b. Dependent variable (dependent variable), is a variable that is dependent or influenced by other variables. Dependent variable in this study is the turbine rotational speed (n), torque (T), the theoretical power turbine (Pf), the power turbine (PT), and turbine efficiency (η).

3.4. Place and Time of Research

The research was conducted at the Hydraulics Laboratory of the University of Gadjah Mada Civil D3. The research was conducted from June 2011 to August 2011.

*****

CHAPTER IV

RESULT AND DISCUSSION

4.1. No Load Testing

No-load test aims to see the effect of variations in pitch and slope of the three models of the turbine shaft to the screw rotation speed of the turbine when the turbine has not been loaded. Variations of the slope of turbine shaft are 25º, 30º, 35º, 40º and 45º. Flow rate used is a constant that is 0.00728 m3 / s. The relationship between the tilt axis and the rotation speed of the turbine without a load can be seen in Figure 4.1.

Changes in turbine rotation speed was caused by the influence of power flows which strike the blade. On the variation of the slope of 25 º to 35 º, the flow pattern remains stable and does not occur when mashing the circle stepping blade screw so that the force Fa efficient work flow to produce a tangential force and spin turbines. However, the variation of tilt axis 40 º and 45 º, seen a change in the form of streams where water flow tends to jump from the end of the flume and no longer just mashing the circle first screw blade. The flow of water tends to pound the middle of the rotor or shaft in (In) before mashing the circle of the first screw turbine blade. Style Fa reduced water flow on the blade caused the decrease in tangential force, so that the turbine rotation speed is also reduced.

At no-load test, although the difference in rotational speed is generated between each screw turbine model is not so great, yet in general 2Ro pitch screw turbine model produces a higher rotational speed than the turbine model screw pitch 1.6 Ro and 1.2 Ro. The highest rotation speed generated by each turbine model on the slope of the screw shaft 35 º, in which the screw pitch 2Ro turbine model produces 255 rpm, the turbine model screw pitch 1.6 Ro produces 254 rpm, and the screw pitch turbine model produces 252 rpm 1.2 Ro.

4.2. Comparison of Mechanics Performance Between the Screw Turbine Testing Result to the Theoretical Result

Torque generated by each turbine model in this study can screw is determined theoretically. The parameters that must be known to find the theoretical torque generated by a screw turbine is a tangential force Ft generated by a circular screw, the torque radius r, and the total loop threaded nb.

Calculation to find the tangential force produced by a screw turbine can be determined theoretically by using the approach screw-threaded calculation in power (power screw). The forces acting on a circular blade screw axial force due to fluid flow of water Fa shown in Figure 4.2.

Figure 4.2 shows the fluid flow rate of water with some mashing the circle turbine blade axially threaded axial force Fa and generate a direction parallel to the axis of the shaft. The existence of axial force Fa elicit a reaction from the turbine in the form of tangential force Ft which direction perpendicular to the axis of the shaft. Meanwhile, the friction force F resulting from contact between the fluid and the blade screw water will reduce water Fluid force Fa. Price of the friction force F is the multiplication of the coefficient of friction that occurs with the normal force (F = μ. Rn).

a.      Comparison between  torque test result and theoretical torque

Graph comparison between the torque and torque test results are theoretically the variation of the slope of the shaft can be seen in Figure 4.3 – 4.5.

Figure 4.3 – 4.5 shows the comparison of theoretical torque to torque the test results of each turbine model pitch screw. Data theoretical torque of each screw pitch is determined by using the equations of power screw (power screw), while the data turbine test results obtained using direct measurement using the method of braking (pronny brake). In the graph theoretical seen each torque screw pitch tends to rise in every corner of the shaft increases, while the torsion test results showed a downward trend at every increase of shaft angle.

The difference in value between the theoretical torque with a torque test results are caused by differences in the way of data retrieval. Theoretical torque data of each pitch is determined by using the approach formulas or equations screw power, where the torque (torque) turbine model is generated by multiplication screw turbine tangential force Ft with radius r. Tangential style turbine fluid flow generated by the force Fa which are axially pound each circle screw blade on a turbine screw. Increased fluid flow force Fa at each variation increases shaft angle causes an increase in tangential force and torque turbine theoretically.

So the data is theoretically torque, the force of fluid flow which strike every screw circle is uniform. However, laboratory tests showed different flow patterns so that the fluid flow velocity which strike every circle of the screw is not uniform. This is what causes the tangential force and torque testing is lower than the theoretical torque. Other Possible causes of torque testing is lower than the theoretical torque is a measurement of the difference in weight is less accurate in the laboratory.

b.      Comparison between  power test result and theoretical power

Graph comparison between the test results and the theoretical power at shaft slope variations can be seen in Figure 4.6 – 4.8.

In the graph (Figure 4.6 – 4.8) above shows the theoretical power turbines tend to be larger than the power turbine test results. The highest power of the test results of each pitch threaded shaft is generated on the slope of 35 °, while the highest theoretical power produced at 40 ° tilt axis. Pitch turbine 2Ro gives better power than the turbine pitch 1.6 Ro and 1.2 Ro, where the supreme power is 18.51 W. pitch 2Ro The difference between the theoretical values with the results of this test due to differences in the value of torque on each screw pitch. The test results also indicate a general conformity with the approach to the theory of Archimedean screw pump in which the tilt angle of the screw pump installation optimal in the range 30° – 40°.

c.       Comparison between  efficiency test result and theoretical efficiency

Graph comparison between the efficiency of the test results and the theoretical efficiency of the variation of tilt axis can be seen in Figure 4.9 – 4.11.

The highest efficiency of the test results generated on the tilt axis 25°, while the highest theoretical efficiency is generated on the axis tilt of 40°. Pitch turbine 2Ro provide better efficiency than turbine pitch 1.6 Ro and 1.2 Ro, where the highest efficiency is 72.82% generated by pitch of 2Ro.

*****

CHAPTER V

CONCLUSION, SUGGESTION, AND REFERENCES

5.1. Conclusions

  1. The result test of 2-blades screw turbine model worked well in laboratory using a constant flow rate of 0.00728 m3/s and the variations of the axis tilt angle of 25º, 30º, 35º, 40º, and 45º.
  2. At no-load test result, screw turbine model pitch of 2Ro produced higher rotation speed than 1.6 Ro and 1.2 Ro, that was 255 rpm at slope of 35º.
  3. Al load test result, each screw turbines produces the highest power at shaft slope of 35º, while the highest efficiency was generated at shaft slope of 25º.
  4. At the shaft slope of 25º, screw pitch of 2Ro produced power 15.89 W and efficiency 73.08% (the highest), while at the shaft slope of 35º, screw pitch of 2Ro produced power 18.51 W (the highest) and efficiency of 66.16%.

5.2. Suggestion

It is needed further research and development regarding Development and the need for further research regarding the design of turbine blades such as adding of external fin on the edge of the screw, the influence of variations in inner diameter to the outer diameter, and the use of materials in the manufacture of other types of screw turbine and its application in the field.

*****

REFERENCES

Jagdish, L., 1975, Hydraulic Machines, Chand & Company LTD, New Delhi.

Khurmi R.S., Gupta J.K., 2005, A Textbook of Machine Design, Chand (s) & Co. Ltd, India.

Munson, B. R., Young, D. F., Okiishi, T. H., 2005, Mekanika Fluida Jilid 2, Erlangga, Jakarta.

Nick Bard Hydro Services, 2007, Rivert Dart Country Park Archimedes Screw System Performance Assessment, UK.

Rorres, C., 1998, The Turn of the Screw: Optimal Design of An Archimedes Screw, Journal of Hydraulic Engineering, Philadelphia.

********

*****

***

*

Ringkasan Tesisku: Balada Daya Mekanik Model Turbin Ulir

Posted in Academics, Bahasa Indonesia, Engineering, Renewable Energy with tags , , , , , , on March 5, 2012 by Yul Prince Vartan Hyzhar

*****

JUDUL RESMI

RANCANG BANGUN DAN STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PERBEDAAN JARAK PITCH DAN KEMIRINGAN POROS TERHADAP KINERJA MEKANIK MODEL TURBIN ULIR 2 BLADE PADA ALIRAN HEAD RENDAH

Oleh
Yul Hizhar
PEMBIMBING:
1. Dr. Ir. Bambang Yulistianto
2. Ir. Suryo Darmo, M.T.

 *****

DAFTAR ISI

JUDUL RESMI

ISI

BAB I PENDAHULUAN

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

BAB V KESIMPULAN, SARAN DAN DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

 *****

BAB I

PENDAHULUAN

Sesungguhnya Indonesia adalah negara yang cukup kaya dengan potensi energi terbarukan seperti energi mini/mikrohidro, energi biomassa, energi surya, energi angin, energi panas bumi, energi laut, dan energi nuklir. Khusus untuk mikrohidro, pengembangannya biasanya memanfaatkan potensi aliran air dengan head (ketinggian) dan debit tertentu yang dikonversi menjadi energi listrik melalui turbin dan generator. Pada kenyataannnya, di Indonesia, rata-rata menunjukkan bahwa potensi sumber daya airnya memiliki debit besar dan head yang rendah. Jadi, pengembangan turbin head rendah (low head) atau head sangat rendah (ultra low head) sangat cocok dikembangkan di Indonesia.

Maka dari permasalahan di atas, penulis tertarik untuk mengembangkan jenis turbin yang dapat beroperasi optimal pada head rendah debit tinggi. Di dalam penelitian ini, penulis mengembangkan penelitian tentang turbin ulir. Turbin ini beroperasi dengan putaran rendah dan masih tergolong baru dikembangkan di Indonesia, namun turbin ini memiliki beberapa keunggulan di antara jenis turbin head rendah yang lain tidak memerlukan sistem kontrol khusus karena penggunaan unit peralatan dan generator yang standar, mudah dalam konstruksi, mudah dalam instalasi dan perawatan, ramah lingkungan dan fish-friendly, efisiensi turbin yang tinggi untuk kondisi operasi head rendah dan debit tinggi.

Kinerja sebuah turbin ulir dipengaruhi oleh parameter-parameter yang terkait dalam perancangan turbin ulir itu sendiri. Salah satu parameter penting dalam perancangan turbin ulir adalah pitch atau jarak periode dari sebuah sudu (blade). Aspek lain dalam pertimbangan rancangan turbin ulir adalah pemasangan turbin atau kemiringan poros. Berdasarkan uraian tersebut diatas, penulis tertarik mengembangkan penelitian tentang turbin ulir yang bertujuan mengetahui pengaruh perbedaan jarak pitch dan kemiringan poros terhadap kinerja mekanik turbin ulir 2 blade serta sebagai referensi dalam pengembangan turbin ulir sebagai penggerak mula (prime mover) dalam pembangkit skala kecil (mikrohidro).

*****

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Archimedes screw adalah jenis ulir yang telah dikenal sejak zaman kuno dan telah digunakan sebagai pompa untuk pengairan pada Taman Bergantung di Babylonia. Seiring dengan krisis energi yang terjadi di dunia serta terbatasnya potensi sumber energi air yang memiliki head tinggi, maka dimulai pada tahun 2007 yang lalu, seorang insinyur mengemukakan idenya bahwa jika pompa ulir berputar terbalik dan membiarkan air mengendalikan pompa kemudian di atas pompa tersebut dipasang sebuah generator maka listrik akan dapat dihasilkan sepanjang generator tersebut tidak terkena air atau basah. Jadi pada prinsipnya turbin ulir merupakan pembalikan dari fungsi pompa ulir itu sendiri (Adly dan Irfan, 2010).

Rorres (1998) menyatakan bahwa geometri dari sebuah ulir Archimedes (Archimedes screw) ditentukan oleh beberapa parameter eksternal yaitu jari-jari terluar, panjang ulir, dan kemiringan. Parameter-parameter lain yang mempengaruhi adalah parameter internal seperti jari-jari dalam, jumlah blade, dan pitch blade. Parameter-parameter eksternal tersebut biasanya ditentukan oleh lokasi penempatan ulir Archimedes dan seberapa banyak air yang akan diangkat. Sementara parameter-parameter internal adalah bebas ditentukan sendiri untuk mengoptimalkan performansi atau kinerja dari ulir.

Menurut FAO Corporate Document Repository, Archimedean screw pump adalah pompa tertua yang pernah ada semenjak orang menaruh perhatian terhadap pemindahan cairan. Namun demikian jenis pompa ini sampai sekarang masih banyak digunakan karena beberapa kelebihannya. Pompa ini dapat bekerja secara optimum pada sudut instalasi 30° sampai 40°.

Menurut Ritz-Atro Pumpwerksbau Gmb (2009), prinsip kerja turbin ulir Archimedean hydrodynamic adalah pembalikan dari pompa Archimedean dimana turbin ini memanfaatkan energi aliran air menjadi energi mekanik. Rentang output daya adalah berkisar dari 1 – 250 kW, debit aliran berkisar dari 100 – 5000 l/s, dan kemiringan berkisar dari 22° – 36°.

*****

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Diagram Alir (Flowchart) Penelitian

3.2. Alat-alat Penelitian

Peralatan utama yang digunakan pada penelitian ini yaitu:

  1. Model turbin ulir yang akan diuji
  2. Tachometer untuk mengukur kecepatan putaran turbin
  3. Ember ukur kapasitas 60 liter dan stopwatch untuk mengukur debit.
  4. Busur untuk mengukur kemiringan poros turbin.
  5. Mistar baja untuk mengukur ketinggian muka air.
  6. Neraca pegas dan neraca digital untuk mengukur beban pengereman dalam pengukuran torsi.
  7. Tools box yang berisi kunci-kunci, tang, dan obeng sebagai alat bantu assembling dalam penggantian variasi pitch model turbin ulir.

3.3. Variabel Penelitian

Penelitian ini bersifat ekperimen dan variabel yang ada terbagi atas:

  1. Variabel bebas (independent variable), merupakan variable yang tidak tergantung atau terpengaruh oleh variable lain. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah pitch (Λ) dan kemiringan poros turbin (θ).
  2. Variabel terikat (dependent variable), merupakan variable yang tergantung atau terpengaruhi oleh variable lain. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah kecepatan putar turbin (n), torsi (T), daya air (Pf), daya turbin (Pt), dan efisiensi turbin (η).

3.4. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Hidrolika D3 Sipil Universitas Gadjah Mada. Waktu penelitian adalah dari bulan Juni 2011 sampai bulan Agustus 2011.

*****

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Pengujian Tanpa Beban

Pengujian tanpa beban bertujuan untuk melihat pengaruh variasi tiga pitch dan kemiringan poros model turbin ulir terhadap kecepatan putaran turbin pada saat turbin belum dibebani. Variasi kemiringan poros turbin adalah 25º, 30º, 35º, 40º, dan 45º. Debit aliran yang digunakan adalah konstan yaitu 0,00728 m3/s. Hubungan antara kemiringan poros dan kecepatan putaran turbin tanpa beban dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Perubahan kecepatan putaran turbin ini terjadi karena pengaruh daya aliran yang menumbuk blade. Pada variasi kemiringan 25º hingga 35º, pola aliran masih stabil dan tidak terjadi loncatan ketika menumbuk lingkaran ulir blade sehingga gaya aliran Fa bekerja efisien untuk menghasilkan gaya tangensial dan putaran turbin.  Namun, pada variasi kemiringan poros 40º dan 45º, terlihat adanya perubahan bentuk aliran di mana aliran air cenderung meloncat dari ujung flume dan tidak tepat lagi menumbuk lingkaran ulir pertama blade. Aliran air cenderung menumbuk bagian tengah rotor atau poros dalam (Di) sebelum menumbuk lingkaran ulir pertama dari blade turbin. Gaya aliran air Fa yang berkurang pada blade ini menyebakan penurunan gaya tangensial, sehingga kecepatan putaran turbin juga berkurang.

Pada pengujian tanpa beban ini, meskipun selisih kecepatan putaran yang dihasilkan antara tiap model turbin ulir tidak begitu besar, namum secara umum model turbin ulir pitch 2Ro menghasilkan kecepatan putaran yang lebih tinggi dibandingkan model turbin ulir pitch 1,6Ro dan 1,2Ro. Kecepatan putaran tertinggi dihasilkan oleh masing-masing model turbin ulir pada kemiringan poros 35º, di mana model turbin ulir pitch 2Ro menghasilkan 255 rpm, model turbin ulir pitch 1,6Ro menghasilkan 254 rpm, dan model turbin ulir pitch 1,2Ro menghasilkan 252 rpm.

4.2. Perbandingan Kinerja Mekanik Model Turbin Ulir Antara Hasil Pengujian dan Hasil Teoritis

Torsi yang dihasilkan oleh setiap model turbin ulir dalam penelitian ini dapat di tentukan secara teoritis. Parameter-parameter yang harus diketahui untuk mencari torsi teoritis yang dihasilkan oleh sebuah turbin ulir adalah gaya tangensial Ft yang dihasilkan oleh sebuah lingkaran ulir, jari-jari momen puntir r, dan jumlah total lingkaran ulir nb.

Perhitungan untuk mencari gaya tangensial yang dihasilkan oleh sebuah turbin ulir dapat ditentukan secara teoritis dengan menggunakan pendekatan perhitungan pada ulir-ulir daya (power screw). Gaya-gaya yang bekerja pada sebuah lingkaran blade ulir akibat gaya aksial aliran fluida air Fa ditunjukkan dalam Gambar 4.2.

Gambar 4.2 menunjukkan fluida air dengan laju aliran tertentu menumbuk sebuah lingkaran blade turbin ulir secara aksial dan menghasilkan gaya aksial Fa yang arahnya sejajar sumbu poros. Adanya gaya aksial Fa menimbulkan reaksi dari turbin berupa gaya tangensial Ft yang arahnya tegak lurus sumbu poros. Sementara, gaya gesekan F yang timbul akibat kontak antara fluida air dan blade ulir akan mengurangi gaya aksial Fa. Harga gaya gesekan F merupakan perkalian dari koefisien gesekan yang terjadi dengan gaya normal (F=μ. Rn).

a.      Perbandingan torsi hasil pengujian terhadap torsi secara teoritis

Grafik perbandingan antara torsi hasil pengujian dan torsi secara teoritis pada variasi kemiringan poros dapat dilihat pada Gambar 4.3 – 4.5.

Gambar 4.3 – 4.5 menunjukkan perbandingan torsi teoritis terhadap torsi hasil pengujian masing-masing pitch model turbin ulir. Data torsi teoritis masing-masing pitch ulir ditentukan dengan menggunakan persamaan-persamaan ulir daya (power screw), sementara data turbin hasil pengujian diperoleh dengan menggunakan pengukuran langsung dengan menggunakan metode pengereman (pronny brake). Pada grafik terlihat torsi teoritis masing-masing pitch ulir cenderung naik pada setiap kenaikan sudut poros, sedangkan torsi hasil pengujian menunjukkan kecenderungan menurun pada setiap kenaikan sudut poros.

Perbedaan nilai antara torsi teoritis dengan torsi hasil pengujian ini disebabkan oleh perbedaan cara pengambilan data. Data torsi teoritis masing-masing pitch ditentukan dengan menggunakan pendekatan rumus-rumus atau persamaan-persamaan ulir daya, di mana torsi (momen puntir) model turbin ulir dihasilkan oleh perkalian gaya tangensial turbin Ft dengan jari-jari r. Gaya tangensial turbin dihasilkan oleh gaya aliran fluida Fa yang secara aksial menumbuk setiap lingkaran ulir blade yang ada pada sebuah turbin ulir. Peningkatan gaya aliran fluida Fa pada setiap variasi kenaikan sudut poros menyebabkan peningkatan gaya tangensial dan torsi turbin secara teoritis.

Jadi pada data torsi secara teoritis, gaya aliran fluida Fa yang menumbuk setiap lingkaran ulir adalah seragam. Namun, pengujian di laboratorium menunjukkan pola aliran yang berbeda sehingga kecepatan aliran fluida yang menumbuk setiap lingkaran ulir tidak seragam. Hal inilah yang menyebabkan gaya tangensial dan torsi pengujian lebih rendah dari dari torsi teoritis. Kemungkinan lain penyebab torsi pengujian lebih rendah dari torsi teoritis adalah pengukuran selisih beban yang kurang akurat di laboratorium.

b.   Perbandingan daya hasil pengujian terhadap daya secara teoritis

Grafik perbandingan antara daya hasil pengujian dan daya secara teoritis pada variasi kemiringan poros dapat dilihat pada Gambar 4.6 – 4.8.

Pada grafik (Gambar 4.6 – 4.8) di atas terlihat nilai daya turbin teoritis cenderung lebih besar daripada daya turbin hasil pengujian. Daya hasil pengujian tertinggi masing-masing pitch ulir dihasilkan pada kemiringan poros 35°, sedangkan daya teoritis tertinggi dihasilkan pada kemiringan poros 40°. Turbin pitch 2Ro memberikan daya yang lebih baik daripada turbin pitch 1,6Ro dan 1,2Ro, di mana daya tertinggi pitch 2Ro adalah 18,51 W. Perbedaan nilai antara daya teoritis dengan daya hasil pengujian ini disebabkan perbedaan nilai torsi pada masing-masing pitch ulir.

c. Perbandingan efisiensi hasil pengujian terhadap efisiensi secara teoritis

Grafik perbandingan antara efisiensi hasil pengujian dan efisiensi secara teoritis pada variasi kemiringan poros dapat dilihat pada Gambar 4.9 – 4.11.

Pada kemiringan sudut poros 25º, ulir pitch 2Ro menghasilkan daya sebesar 15,89 W dengan efisiensi 73,08% (tertinggi), sementara pada kemiringan sudut poros 35º, ulir pitch 2Ro menghasilkan daya sebesar 18,51 W (tertinggi) dengan efisiensi 66,16%. Perbedaan efisiensi ini diakibatkan oleh pengaruh perbedaan daya air (daya input) pada berbagai kemiringan sudut poros turbin.

*****

BAB V

KESIMPULAN, SARAN DAN DAFTAR PUSTAKA

5.1. Kesimpulan

  1. Hasil rancangan model turbin ulir 2 blade berfungsi cukup baik pada pengujian di laboratorium dengan menggunakan debit aliran yang konstan sebesar sebesar 0,00728 m3/s dan variasi kemiringan sudut poros 25º, 30º, 35º, 40º, dan 45º.
  2. Pada hasil pengujian tanpa beban, model turbin ulir dengan pitch 2Ro menghasilkan putaran lebih tinggi dibandingkan pitch 1,6Ro dan 1,2Ro.
  3. Pada hasil pengujian berbeban, masing-masing model turbin ulir menghasilkan putaran dan daya tertinggi pada sudut kemiringan poros 35º, sementara efisiensi tertinggi dihasilkan pada kemiringan sudut poros 25º.
  4. Pada kemiringan sudut poros 25º, ulir pitch 2Ro menghasilkan daya sebesar 15,89 W dengan efisiensi 73,08% (tertinggi), sementara pada kemiringan sudut poros 35º, ulir pitch 2Ro menghasilkan daya sebesar 18,51 W (tertinggi) dengan efisiensi 66,16%.

5.2. Saran

Perlunya pengembangan dan penelitian lebih jauh mengenai desain turbin ulir seperti penambahan sudu luar pada ulir, pengaruh variasi diameter poros dalam terhadap diameter lingkaran blade, dan penggunaan material dari jenis lain dalam pembuatan turbin ulir serta pengaplikasiannya di lapangan.

*****

DAFTAR PUSTAKA

Jagdish, L., 1975, Hydraulic Machines, Chand & Company LTD, New Delhi.

Khurmi R.S., Gupta J.K., 2005, A Textbook of Machine Design, Chand (s) & Co. Ltd, India.

Munson, B. R., Young, D. F., Okiishi, T. H., 2005, Mekanika Fluida Jilid 2, Erlangga, Jakarta.

Nick Bard Hydro Services, 2007, Rivert Dart Country Park Archimedes Screw System Performance Assessment, UK.

Rorres, C., 1998, The Turn of the Screw: Optimal Design of An Archimedes Screw, Journal of Hydraulic Engineering, Philadelphia.

*****

LAMPIRAN

1. Rangkaian Alat

Keterangan Gambar:

  1. Bearing
  2. Rangka alat
  3. Pengatur kemiringan (menggunakan clamp C)
  4. Blade (sudu ulir)
  5. Poros dalam (Di)
  6. Casing turbin (bentuk U)
  7. Corong air untuk mengurangi turbulensi air ketika menumbuk poros dalam
  8. Karet penahan kebocoran fluida pada sambungan flume dengan casing
  9. Puli untuk pengujian torsi
  10. Poros utama
  11. Sekat penenang laju aliran fluida untuk mengurangi turbulensi air
  12. 12.  Open channel flume
  13. Dudukan open channel flume

Gambar 2. Rangkaian alat model turbin ulir 2 blade

2. Skema Instalasi Pengujian          

Keterangan gambar:

  1. Reservoir bawah
  2. Motor pompa
  3. Pipa sirkulasi air
  4. Saluran buang (tailrace)
  5. Blok penahan kemiringan poros turbin
  6. Rangka alat
  7. Model turbin ulir
  8. Puli
  9. Sekat penenang laju aliran air
  10. Bak penenang
  11. Katup
  12. Rangka reservoir atas
  13. Reservoir atas
  14. Saluran pelimpah (spillway)
  15. Dudukan bak penenang

3. Variasi Pitch Turbin Ulir Yang Diuji

4. Pengujian Putaran (tanpa beban)

5. Pengujian Torsi (berbeban)

6. Pengukuran Debit dengan Metode Tampungan Air

7. Kemiringan poros turbin diatur dengan menggunakan clamp C

8. Kondisi aliran air yang masuk ke dalam casing

9. Turbin ulir sedang berputar

*******

*****

***

*

My Thesis Abstract: Ballads of Mechanics Power of the Screw Turbine

Posted in Academics, Engineering, Renewable Energy with tags , , , , , , , , , , , on March 3, 2012 by Yul Prince Vartan Hyzhar

DESIGN AND EXPERIMENTAL STUDY OF THE INFLUENCE OF THE DIFFERENCE OF PITCHES AND SHAFT SLOPES TO MECHANICS PERFORMANCE OF 2-BLADES SCREW TURBINE MODEL IN LOW HEAD FLOW

BY
YUL HIZHAR
SUPERVISORS
1. Dr. Ir. Bambang Yulistianto
2. Ir. Suryo Darmo, M.T.

ABSTRACT

Screw turbine uses low head and high flow rate of water to generate rotation speed. Screw turbine has many advantages such as simple in construction and installation, low cost in operating and maintenance, and fish-friendly. The influencing parameters to mechanics performance of screw turbine are pitch distance and the shaft slope. The purposes of this research are to design 2-blades screw turbine model and to test the influence of pitch distance variation and shaft slope to mechanics performance in laboratory.

This research used experimental method which each of screw turbine model with pitch of 2Ro, 1.6Ro, and 1.2Ro were tested in variation of shaft slope of 25˚, 30˚, 35˚, 40˚, and 45˚. The water flow rate was 0.00728 m3/s. The data was acquisitioned at Hydraulics Laboratory Civil Diploma Universitas Gadjah Mada.

The result of testing without load showed that screw turbine model pitch of 2Ro had the higher rotation speed than pitch of 1.6Ro and 1.2Ro which the highest rotation speed was 255 rpm at shaft slope of 35˚. The result of testing with load showed that each turbine produced the highest rotation speed and output power at the shaft slope of 35º, meanwhile the highest efficiency was produced at the shaft slope of 25º. The result of research showed that generally screw turbine model pitch of 2Ro produced the higher mechanics performance (output power dan efficiency) than pitch of 1.6Ro and 1.2Ro. At the shaft slope of 25º, pitch 2Ro produced power 15.89 W and efficiency 73.08% (the highest), meanwhile at the shaft slope of 35º, pitch 2Ro produced power 18.51 W (the highest) and efficiency 66.16%. These efficiencies result difference were caused by the influence of the difference of hydropower (input power) at the variations of the shaft slopes.

Keywords: screw turbine model, pitch distance, shaft slope, rotation speed,

turbine power, turbine efficiency

 *****

In Bahasa Indonesia, Abstract is called Intisari.

RANCANG BANGUN DAN STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PERBEDAAN JARAK PITCH DAN KEMIRINGAN POROS TERHADAP KINERJA MEKANIK MODEL TURBIN ULIR 2 BLADE PADA ALIRAN HEAD RENDAH

OLEH
YUL HIZHAR
PEMBIMBING
1. Dr. Ir. Bambang Yulistianto
2. Ir. Suryo Darmo, M.T.

INTISARI

Turbin ulir merupakan salah satu jenis turbin yang memanfaatkan aliran air head H rendah dan debit Q tinggi untuk menghasilkan putaran. Turbin ulir memiliki beberapa kelebihan seperti kesederhanaan dalam konstruksi dan instalasi, biaya pengoperasian dan perawatan rendah, dan fish-friendly. Parameter-parameter yang mempengaruhi kinerja mekanik turbin ulir itu sendiri diantaranya perancangan jarak pitch dan kemiringan poros turbin. Penelitian ini bertujuan untuk merancang model turbin ulir 2-blade dan menguji pengaruh variasi pitch dan kemiringan poros terhadap kinerja mekanik yang dihasilkan dalam skala laboratorium.

Penelitian ini menggunakan metode eksperimental di mana masing-masing model turbin ulir dengan pitch 2Ro, 1,6Ro, dan 1,2Ro diuji pada variasi kemiringan sudut poros 25˚, 30˚, 35˚, 40˚, dan 45˚. Debit aliran yang digunakan yaitu 0,00728 m3/s. Pengumpulan data penelitian dilakukan di Laboratorium Hidrolika D3 Sipil Universitas Gadjah Mada.

Hasil pengujian tanpa beban menunjukkan bahwa model turbin ulir pitch 2Ro menghasilkan putaran yang lebih tinggi daripada ulir pitch 1,6Ro dan 1,2Ro yaitu 255 rpm pada kemiringan poros 35˚. Pada hasil pengujian berbeban, masing-masing model turbin ulir menghasilkan putaran dan daya tertinggi pada sudut kemiringan poros 35º, sementara efisiensi tertinggi dihasilkan pada kemiringan sudut poros 25º. Hasil pengujian menunjukkan bahwa secara umum model turbin ulir dengan pitch 2Ro menghasilkan kinerja mekanik berupa daya dan efisiensi lebih tinggi dibandingkan ulir pitch 1,6Ro dan 1,2Ro. Pada kemiringan sudut poros 25º, ulir pitch 2Ro menghasilkan daya sebesar 15,89 W dengan efisiensi 73,08% (tertinggi), sementara pada kemiringan sudut poros 35º, ulir pitch 2Ro menghasilkan daya sebesar 18,51 W (tertinggi) dengan efisiensi 66,16%. Perbedaan efisiensi ini diakibatkan oleh pengaruh perbedaan daya air (daya input) pada berbagai kemiringan sudut poros turbin.

Kata kunci: model turbin ulir, jarak pitch, kemiringan poros, putaran, daya turbin, efisiensi turbin

*****

*******
*****
***
*

Vid: Screw Turbine

Posted in Academics, Engineering, Renewable Energy, Technology, Video with tags , , , , , on October 12, 2011 by Yul Prince Vartan Hyzhar

This is my first attempt to upload a vid on my page. And, this one is about Screw turbine, a prime mover of Micro hydro Power Systems…

Thanks for watching…

Tinjauan Potensi Energi Terbarukan terhadap Masa Depan Energi Global dan Nasional

Posted in Engineering, Renewable Energy with tags , , , on February 8, 2010 by Yul Prince Vartan Hyzhar

Penulis sadar bahwa sudah banyak artikel-artikel yang membahas tentang energi terbarukan dan potensinya untuk sumber energi masa depan. Namun pertanyaannya: Sejauh mana potensi energi terbarukan itu sendiri terhadap kelangsungan hidup manusia? Pada kesempatan ini penulis mencoba meninjaunya dari skala global dan skala nasional.
Diluar negeri, teknologi energi terbarukan memang telah berkembang pesat dan semakin matang, hanya kepentingan politik dan perencanaan pembangunan yang berwawasan hijau masih merupakan sandungan untuk mewujudkannya. Namun jika permasalahan birokrasi seperti itu dapat dipecahkan, maka permintaan energi listrik global atau dunia akan hanya mencapai 30%. Pernyataan ini disampaikan oleh dua orang peneliti berkebangsaan Amerika Serikat yaitu Mark Z. Jacobson, professor dari Teknik Sipil dan Lingkungan Stanford University dengan rekannya Mark Delucchi dari University of California. Hasil penelitian mereka ini pun telah dipublikasikan dalam sebuah artikel di majalah Scientific American, sebuah majalah yang khusus membahas ilmu pengetahuan dari berbagai macam disiplin ilmu.
Apa yang disajikan oleh dua orang peneliti tersebut adalah sebuah metode pemetaan dan pengevaluasian kuantitatif suatu kasus jika seluruh dunia menggunakan energi angin, air dan surya untuk menghasilkan listrik, termasuk juga memperhitungkan faktor-faktor dalam hal pengkonstruksian pembangkitan listrik oleh sumber-sumber energi alternatif tersebut. Mereka berpendapat bahwa energi terbarukan tersebut merupakan energi yang bisa diandalkan.
Akan tetapi, dibutuhkan sebuah komitmen yang sangat kuat untuk meninggalkan sumber energi konvensional yang telah ada dan beralih ke sumber-sumber energi terbarukan tersebut, seperti misalnya melakukan pengurangan secara berkelanjutan penggunaan mesin yang menggunakan pembakaran bahan bakar dan menggantikannya dengan listrik atau hidrogen yang dihasilkan dari listrik. Hal itu didukung oleh alasan bahwa teori mesin yang menggunakan ruang bakar masih membuang 80% energinya menjadi panas, dan menyisakan hanya 20% yang digunakan untuk menggerakkan mesin tersebut. Sementara jika menggunakan mesin listrik, maka 80% energinya digunakan untuk menggerakkan mesin dan sisanya berubah jadi panas. Ini berarti efisiensi mesin yang menggunakan bahan bakar hanyalah sekitar 20% sementara energi mesin listrik memiliki efisiensi empat kali lipat lebih besar dari efisiensi mesin berbahan bakar, yaitu sekitar 80%.
Berdasarkan penelitian mereka, jika yang digunakan adalah hanya energi angin, maka energi listrik yang dihasilkan akan mencapai 5 hingga 15 kali kebutuhan dunia. Lain halnya jika digunakan energi surya, maka listrik yang dihasilkannya akan 30 kali lipat dibandingkan kebutuhannya. Artinya, listrik yang dihasilkan dari sumber energi terbarukan bisa terjaga kontinuitasnya sepanjang waktu selama sumber-sumber energi terbarukan tersebut dikombinasikan pengunaannya.
Sekarang mari kita persempit ruang pembahasan kita mengenai energi terbarukan itu sendiri. Kita tinjau keberadaan energi terbarukan itu pada negara kita: Republik Indonesia.
Sesungguhnya Indonesia ‘sedang’ memiliki sumber energi terbarukan yang cukup melimpah. Penulis memakai kata ‘sedang’ disini dalam artian setiap saat bisa saja kepemilikan energi terbarukan itu pindah ketangan asing. Setiap penduduk Indonesia mempunyai hak dan kewajiban untuk mengelola energi terbarukan yang ada itu. Namun persoalannya dalam era globalisasi dan perdagangan bebas ini, setiap individu berhak mengembangkan potensi dirinya dan ‘menjual’nya kepada berbagai instansi baik didalam maupun di luar negeri. Tentu saja itu dapat terlaksana jika individu-individu tersebut benar-benar memilki kualifikasi untuk itu. Dan setelah melalui aturan-aturan tertentu bukan tidak mungkin siapa saja bisa bekerja dinegara manapun. Bayangkan jika di Indonesia, lapangan pekerjaan dalam bidang energi terbarukan itu lagi-lagi dikuasai oleh orang asing. Tentu sangat disayangkan jika itu sampai terjadi.
Kita harus sadar bahwa kebutuhan energi di Indonesia adalah berbanding lurus dengan kenaikan jumlah penduduk serta tingkat pembangunan yang beragam. Kebutuhan energi listrik menjadi terus meningkat, diperkirakan mencapai 7,1 % persen pertahun. Di sisi lain, masyarakat yang belum memiliki akses terhadap energi listrik masih cukup besar. Diperkirakan rasio elektrifikasi Indonesia pada tahun 2008 baru mencapai angka 65,15%.
Saat ini peran sumber energi bahan bakar fosil masih mendominasi, sedangkan cadangan sumbernya semakin berkurang dari waktu ke waktu. Kondisi ini tentu akan menjadi mengkhawatirkan jika tidak dicari solusi pemecahannya. Dalam hal ini adalah mencari sumber energi alternatif yang ada atau sumber energi terbarukan. Sebagai gambaran potensi energi terbarukan yang dimiliki oleh Indonesia sendiri diantaranya, mini/mikro hidro sebesar 450 MW, biomassa 50 GW, energi surya 4,80 kWh/m2/hari, energi angin 3-6 m/det dan energi nuklir 3 GW.
Disini, kebijakan pemerintah merupakan hal yang sangat mendukung terlaksananya program pengembangan energi terbarukan di Indonesia. Saat ini pengembangan energi terbarukan atau yang disebut juga Energi Baru Terbarukan (EBT) mengacu kepada Perpres No. 5 tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional. Dalam Perpres disebutkan bahwa kontribusi EBT dalam bauran energi primer nasional pada tahun 2025 adalah sebesar 17% dengan komposisi Bahan Bakar Nabati sebesar 5%, Panas Bumi 5%, Biomassa, Nuklir, Air, Surya, dan Angin 5%, serta batubara yang dicairkan sebesar 2%. Untuk itu langkah-langkah yang akan diambil Pemerintah adalah menambah kapasitas terpasang Pembangkit Listrik Mikro Hidro menjadi 2,486 MW pada tahun 2025, kapasitas terpasang Biomasa 180 MW pada tahun 2020, kapasistas terpasang Pembangkit Listrik Tenaga Angin sebesar 0,97 GW pada tahun 2025, Pembangkit Listrik Tenaga Surya 0,87 GW pada tahun 2024, dan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir 4,2 GW pada tahun 2024.
Jadi, penelitian, pengembangan dan penerapan ilmu pengetahuan bidang energi terbarukan sangat dibutuhkan demi kelangsungan hidup manusia yang bertumpu sepenuhnya pada kebutuhan energi, khususnya energi listrik. Keuntungan lain yang diperoleh dari pengembangan energi terbarukan ini tidak hanya mencakup akan pemenuhan kebutuhan sejumlah energi, namun juga bisa memberikan dampak positif pada aspek sosial, ekonomi, dan IPTEK. Maka dari tulisan ini, penulis mengajak pembaca untuk berkarya dalam usaha pemanfaatan sumber energi terbarukan yang melimpah di daerah masing-masing. Regulasi dan kebijakan energi nasional juga telah memberi ruang untuk berkarya yang harus dijawab oleh baik kalangan akademisi, praktisi, investor maupun masyarakat umum.

Semoga bermanfaaat.



Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: