BAB IV

PROSES PERANCANGAN

4.1 Mengenal kebutuhan (Recognized Need)

Pada tahun 2012, 1.3 milyar orang tidak dapat mengakses

ke listrik sementara 2,7 miliar harus mengandalkan

semata-mata biomassa tradisional untuk memenuhi

kebutuhan energi. Perserikatan bangsa-bangsa

memperkirakan bahwa 1 miliar penduduk duni yang akses

ke listrik, memiliki kualitas listrik buruk[1]. Pada

tahun 2011, rasio elektrifikasi nasional hanya sebesar

72,95% [3]. Sisanya, sebanyak 27.05% wilayah di

Indonesia belum terjangkau listrik dengan kendala yang

beragam, salah satunya karena lokasi yang terpencil

sehingga aksesnya sulit. Maka dari itu untuk daerah

pedesaan perlu dikembangkan teknologi mikrohyro yang

dengan ramah lingkungan, dapat bekerja pada head

rendah, Portable dan mudah pengoperasian, perawatan

mudah, biaya produksi murah dan dapat di produksi oleh

industri kecil bidang perbengkelan serta tidak

memerlukan keahlian khusus dan proses pembuatan dapat

dilakukan oleh masyarakat pedesaan, waktu pembuatan

tidak terlalu lama serta ekonomis dan efisien

4.2 Mendefinisikan problem (Problem Definition)

35

Agar terpenuhinya kebutuhan listrik di pedesaan

diperlukan teknologi pembangkit listrik tenaga

mikrohidro :

Ramah lingkungan,

Bekerja pada head rendah,

Portable

Mudah pengoperasian

Perawatan mudah

Biaya produksi murah

Dapat di produksi oleh industri kecil bidang

perbengkelan serta tidak memerlukan keahlian

khusus

Proses pembuatan dapat dilakukan oleh masyarakat

pedesaan,

Waktu pembuatan tidak terlalu lama

Serta ekonomis dan efisien.

Material mudah didapat

Namun selama ini banyak dilakukan penelitian namun

hanya dengan tujuan meningkatkan effisiensi dari

turbinya sendiri namun jarang memperhatkan head dan

debit rendah dan mudah dibuat

Tabel 4.1 Syarat dari sebuah rancangan yang harus di

penuhi

Disain Turbin PropellerD /W No Uraian Dimensi/Nilai Penanggu

ng Jawab

36

1 JenisD 1.1 Turbin

propeller

2 Area kerjaD 2.1 Debit 0,11 m3/sD Head 5 m

3 GeometriD 3.1 Jumlah suduD 3.2 Diameter suduD 3.3 Diameter hub

4 SuduD 4.1 Jenis Sudu Tetap

5 GayaW 5.1 Mekanisme

TransmisiKopling Flens

6 Material6.1 Tahan korosi Tidak Karatan6.2 Tahan terhadap

temperatur rendah

Tahan terhadapperubahan cuaca

7 Proses manufaktur

R .7.1

Dapat dikerjakan tanpa keahlian khusus

Dapat dibuatmasyarakat

R 7.2 Komponen Ada di pasaranR 7.3 Prototype

8 PerakitanR 8.1 Mudah dirakit Tdak butuh

keahlian khususR 8.2 Bentuk Simpel Tidak rumit

37

R 9 PerawatanR 9.1 Perawatan Mudah

10 KeamananW 10.

1Peralatannya aman di gunakan

Tidak merusak

W 11 Daya 4,7kwW 11.

1Efisiensi Tinggi

80

4.3 Pengumpulan informasi (Gathering Information)

Berikut beberapa bentuk rancangan yang ditemukan

dipasaran dan didalam literatur :Simpson & Williams

[20]. mendisain turbin jenis propeller tipe vertikal,

horizontal head 2 - 10m dan debit aliran 460 l/s serta

daya yang dihasilkan 5 kW, dengan sumbu pertikal, berat

poros sudu dan dinamo terpusat pada bantalan, rumah

turbin yang di disainya adalah menggunakan rumah rumah

keong.

38

Gambar 4.1 Turbin Propeller yang dikembang Simpson

& Williams [20]

Felik Mtalo [20], mendisai turbin cross flow dengan

daya 2,5 kw dengan kecepatan aliran melalui jet

9,7 m/s.seperti terlihat pada tabel dibawah.

Tabel 4.2 Tabel data disain Mtalo [20]

S/N Parameter Spesifikasi

01 Runnerdiamater 230 mm

02 Runner widh 200 mm03 Jet Thicness 41,23 mm04 No.Of blade 1805 Jet Velocity 9,7 m/s06 Nozzel Arc 73

07 OverallDimension 523 x 343x 520

08 Entri angle 16 degree

09 Area Of theJet 0,00824 m2

10 Blade Radius 37 mm11 Shaft speed 354 rpm12 Nozel width 180 mm13 Power 2,5 kw14 Bearing SKF62206C

39

Gambar 4.2 Turbin Crosflow Disain Mtalo[27]

Ho-Yan [20] , mendisain tubin propeller jenis, untuk

head 2 meter dan debit 25 l/s dan daya 363 watt, dia

melakukan penelitian khusus pada sudu turbinya saja

yang terbuat dari besi bekas, dimana hub turbin terbuat

dari besi pipa sedang sudu dibuat dari besi plat yang

dilas ke hub.

Gambar 4.3 Desain Sudu Ho-Yan [20]

40

Permadi [8] di cimahi jawa barat mengembangkan turbin

jenis turbo proppeler dengan tipe dasumbu poros

horizontal dengan sistim transmisi daya menggunakan

transmisi sabuk, dengan head 14 meter dengan output

daya 73 kW[8].

Gambar 4.4 Disain Turbo propeller [8]

selain itu mikrohidro jug berkembang dicina yaitu

jenis Vertikal Tabular Turbine Type dan Horizontal Tabular Turbine

Type seperti terlihat gambar dibawah.

a) Vertikal Tabular Turbine Type

41

Gambar. 4.5. Vertikal Tabular Turbine Type[17]

Tabel 4.3 Spesificationsi Vertikal Tabular Turbine Type

Main Specifications Turbine Remarks Type GD-LZ-12-3KW Vertical Tubular

Turbine Rated Head 11m Rated Flow 45 l/s Power 3 KW Efficiency 60% Generator Remarks Type SF3-4 Conforms to the IEC international

electrician committee standard & CEstandard

Rated Power 3KW Rated Voltage 230V Rated Current 13.04 A FQCY 50Hz Rated Rotational 1500r/min Phase 1 P.F. 0.9

b) Horizontal Tabular Turbine Type

42

Tabel 4.4 Spesificationsi Vertikal Tabular Turbine

Type [17]

Water Head(m)

Flow(cb.m/s)

Output(w)

Speed(rpm)

Pipe(mm)

4 0.136 3000 1000 2506 0.151 5000 1500 3007 0.156 6000 1500 3009 0.161 8000 1500 30011 0.165 10000 1500 300

Gambar 4.6 Horizontal Tabular Turbine Type [18]

c) Tubular turbine mini hydropower enerator model ZDI

43

Gambar 4.7 Tubular turbine mini hydropower enerator model

ZDI[23]

Tabel 4.5 Tubular turbine mini hydropower enerator

model ZDI[23]

Place of

Origin: Hunan China Mainland)

Type: Tubular turbine mini hydropower

generator

Runner diameter: 0.8-6.3m

Generator Stator

Wire: copper coil

Price US $13,000

Brand Name: HC Tubular turbine mini

hydropower generator

Color: blue/green or customerized

Capacity: 250-15000kw

Shell material: iron casing

Model Number: ZD1,Tubular hydro turbine

Water head: 2 m -30m

Material of

runner: stainless steel

Life time: 30-50 years

44

d) Tubular turbine mini hydropower eneratorModel GJ

Gambar 4.8 Tubular turbine mini hydropower enerator model

GJ[23]

Tabel 4.6 Tubular turbine mini hydropower enerator

model ZDI[23]

Place of Origin: Guangxi China (Mainland)

Power Output: 600W-5KW

Frequency(HZ): 50 HZ or 60HZ

Generator shell

material: Iron casting

Price US $ 3600-89000Model Number: GJ, Tubular hydro turbine

Rated Head (m): 4

Voltage(V): 220 /380

45

Generator stator

coil: Copper wire

Type: Tubular turbine

generators,Excitation generator

Rated

Flow(cbm/s): 0.05-0.17

Rotary

Speed(RPM): 1000-1500

Namun jenis tipe turbin jenis turbo proppeler CV

Cihanjuang inti teknik sabuk dan pully sebagai transmisi

sehingga akan terjadi loses yang mengakibat turunnya

efifiensi hidrolik dari turbin yang di pelopori Permadi

yang mengunakan teknologi.

4.4 Generasi konsep (Consept Generation)

Pada penelitian ini adalah di titik berat pada desain

bentuk dan dimensi draft tube, sudu dan rumah turbin

propeller untuk head 5 meter dengan debit 0,11 m3/s,

turbin untuk head dan debit rendah, mudah dibuat,

Portable dan mudah pengoperasian, perawatan mudah,

biaya produksi murah dan dapat di produksi oleh

industri kecil bidang perbengkelan serta tidak

memerlukan keahlian khusus dan proses pembuatan dapat

dilakukan oleh masyarakat pedesaan, waktu pembuatan

tidak terlalu lama serta ekonomis dan efisien.

46

4.4.1 Konsep referensi (existing product)

Dari delapan desain yang ada pada langkah ketiga

dari proses disain, pengumpulan informasi (Gathering

Information) dipilih tiga yang dijadikan sebagai

referensi . Adapun tipe tersebut horizontal tabular

turbine type dinamakan dengan tipe A, turbin Vertikal

Tabular Turbine Type dinamakan dengan tipe B, turbin

turbo propeller dinamakan dengan tipe C. Adapun

modifikasi yang akan dikembang dari ketiga tipe

tersebut.

Tabel 4.7 Modifikasi yang akan dikembangkan dari Turbin

tipe A

Horizontal tabular turbine

No

Modifikasiyang

dikembangan

Modifikasi Kekurangan

1. Arah Aliran fluida masuk

Aliran fluidamasuk dari arahsamping di robahmenjadi dari arahdepan (kiri)

Aliran masuk dari arah samping akan menyebabkan loses oleh belokan dan poros turbin

2 Posisielbow

Elbow dari arahhorizontal

Fluida yang mengalir

47

dirobah menjadivertikal

melalui elbow horizontal lebih lama dibandingkan vertikal

3 Draft tube Draft tube darisebelah kiri dirobah menjadidibawah elbowyang di posisikanvertikal.Diameter saluranmasuk dibuat samadengan aliranmasuk draft tube.

Saluran masuk jauh lebih besar dari saluran masuk draft tube akanmenyebabkan tertahannya aliran pada impeller.

Tabel 4.8. Modifikasi yang akan dikembangkan dari

Turbin tipe B

Vertikal tabular turbine

48

No

Modifikasi

yang

dikembangan

Modifikasi Kekurangan

1. Posisi sumbu

turbin

Posisi sumbu

turbin vertikal

akan di robah

menjadi

horizontal

Berat dinamo

akan enambah

beban poros

2 Elbow Elbow yang

diameter aliran

masuknya lebih

kecil diganti

dengan elbow

yang yang sama

besar diameter

masuk dan keluar

Menyebabkan

kehilangan

tekanan

3 Impeller Dari arah

vertikal robah

menjadi

horizantal dan

sebelumnya

impeller

mendekati draft

tube di robah ke

posis sebelum

aliran memasuki

elbow

Terjadi

turbulensi yang

cukup besar.

49

Tabel 4.9 Modifikasi yang akan dikembangkan dari Turbin

tipe C

Vertikal tabular turbine

No

Modifikasi

yang

dikembangan

Modifikasi Kekurangan

1. Sistim transmisi

Sistim transmisi sabukdi ganti dengantransmisi langsung menggunakan kopling flens

Menyebabkan kehilangan dayaakibat gesekan

2 Elbow Elbow yang diameter masuk dengan keluar tidak sama di buat sama dan elbow yang diabuat dengan cara menyambung

Gesekan saat aliran melewatielbow akan menjadi besar

50

plat diganti dengan elbow dari hasil pengecoran

3 Sudu Jenis sudu yangdapat dirobah diganti dengan sudu tetap

Pengerjaan suduyang dapat di atur kemiringannya rumit proses pengerjaan nya

4.4.2 Konsep alternatif

Agar terpenuhinya kebutuhan listrik di pedesaan,

diperlukan teknologi pembangkit listrik tenaga

mikrohidro sabagai mana di jelaskan dalam definisi

problem (Problem Definition), maka dapat dipilih 3 buah

konsep alternative

3.1.1 Alternatif “ A ”

Alternatif A

51

Gambar 4.9 Lay Out Turbin Alternatif A

No Komponen Keterangan1 Saluran masuk

(Inlet)

Diameter saluran masuk sama

dengan diameter elbow2 Sistim

transmisi

Transmisi langsung (Kopling

Flens)3 Draft tube Conical draft tube dengan posisi

vertikal4 Poros Jenis poros horizontal5 Bearing Memiliki 2 bearing6 Flange Menghubungkan elbow dengan

saluran masuk, draft tube7 Elbow Elbow 450

8 Generator 1 fasa9 Kerangka Dudukan denamo dan turbin

menggunakan besi profil “U”10 Propeller Terletak sebelum diameter masuk

elbow dengan jumlah 4

52

3.1.2 Alternatif “ B”

Alternatif B

Gambar 4.10 Lay Out Turbin Alternatif B

No Komponen Keterangan1 Saluran

masuk (Inlet)

Diameter saluran masuk tidak sama dandiameter elbow, saluran masuk beradadi luar rangka dan lebih panjang dibandingkan alternatif “A”

2 Sistimtransmisi

Transmisi langsung (Kopling Flens)

3 Draft tube Conical draft tube dengan posisivertikal

4 Poros Jenis poros horizontal5 Bearing Memiliki 2 bearing6 Flange Menghubungkan elbow dengan saluran

masuk, draft tube tapi diameternyatidak sama

7 Elbow Elbow 450

8 Generator 1 fasa9 Kerangka Dudukan denamo dan turbin menggunakan

besi profil “U” deminsinya lebih

53

pendek dibandingkan alternatif “A”10 Propeller Terletak sebelum diameter masuk elbow

dan dibelakang propeller terjadipengecilan penampang dengan jumlahsudu 4 buah

54

Alternatif “ C”

Alternatif C

Gambar. 4.11 Lay Out Turbin Alternatif C

No Komponen Keterangan1 Saluran

masuk (Inlet)

Diameter saluran masuk sama dan diameter elbow,

2 Sistimtransmisi

Transmisi langsung (Kopling Flens)

3 Draft tube Conical draft tube dengan posisivertikal

4 Poros Jenis poros horizontal5 Bearing Memiliki 2 bearing6 Flange Menghubungkan elbow dengan saluran

masuk, draft tube tapi diameternyasama

7 Elbow Elbow 450

8 Generator 1 fasa9 Kerangka Dudukan denamo dan turbin

menggunakan besi profil “U” deminsinya sama dibandingkan alternatif “A”

10 Propeller Terletak setelah diameter masukinlet dan poros sangat panjang

55

dengan jumlah sudu 4 buah

4.5 Menyeleksi konsep (Consept Selection)

Sebagai pertimbangan untuk seleksi konsep ada 5

aspek yang menjadi pertimbangan untuk memilih turbin

yang akan di disain yaitu,

1. Effiiensi,

2. Daya yang di hasilkan,

3. Biaya produksi,

4. Waktu dan Kemudahan Produksi,

5. Perawatan.

Jenis turbin yang dipilih untuk dikeembangkan adalah :

1. Horizontal tabular turbine dinamakan dengan

tipe A

2. Vertikal Tabular Turbine Type dinamakan dengan tipe B

3. turbin turbo propeller dengan tipe C

Pada penelitian ini untuk menggunakan Metode AHP

(Analytic Hierarch Process). Strurktur hirarki pada proses

AHP ini terlihat pada gambar 4.5 dibawah.

56

Efisiensi

Daya yang

dihasilka

n

Biaya

Produksi

Waktu Dan

Kemudahan

Produksi Perawatan        `Turbin Tipe

A

Turbin

Tipe A

Turbin

Tipe A

Turbin

Tipe A

Turbin

Tipe A         Turbin Tipe

B

Turbin

Tipe B

Turbin

Tipe B

Turbin

Tipe B

Turbin

Tipe B         Turbin Tipe

C

Turbin

Tipe C

Turbin

Tipe C

Turbin

Tipe C

Turbin

Tipe C

Gambar 4.12 Diagram AHP Pemilihan Turbin.

Perbandingan antara komponen-komponen kriteria dapat

dilihat tabel dibawah

Tabel 4.10 Matrik Perbandingan Berpasangan

Kriteria Effisiensi

Daya

yang di

hasilkan

Biaya

Produk

si

Waktu dan

kemudahan

Produksi

Perawata

n

Eigen

Value

Bobot

Priorita

s

Valida

si

Bobot

Efisiensi 1,000 3,000 5,000 4,000 3,000 2,825 0,434 2,117

Daya yang

di hasilkan0,333 1,000 2,000 5,000 3,000 1,585 0,244 5,033

Biaya

Produksi0,200 0,500 1,000 5,000 5,000 1,201 0,185 8,400

57

PEMILHAN JENIS TURBIN

Waktu dan

kemudahan

Produksi

0,250 0,200 0,200 1,000 6,000 0,570 0,088 15,167

Perawatan 0,333 0,333 0,200 0,167 1,000 0,326 0,050 18,000

TOTAL 2,117 5,033 8,400 15,167 18 6,507

Tabel 4.11 Matrik Penentuan Validasi Bobot

Kriteria Efisiensi

Daya

yang di

hasilkan

Biaya

Produksi

Waktu dan

kemudahan

Produksi

Perawata

n

Bobot

Sintesa

Eigen

Maksimum

Efisiensi 0,472 0,596 0,595 0,264 0,167 2,094 4,823

Daya yang

di

hasilkan

0,157 0,199 0,238 0,330 0,167 1,091 4,478

Biaya

Produksi0,094 0,099 0,119 0,330 0,278 0,920 4,986

Waktu dan

kemudahan

Produksi

0,118 0,040 0,024 0,066 0,333 0,581 6,636

Perawatan 0,157 0,066 0,024 0,011 0,056 0,314 6,262

TOTAL 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 5,000 27,184

CI = (λmaks-n)/(n-1) dan CR = CI/RI untuk n= 5 ,RI =1.12 (λmaks 5,437

Karena CR < 0,100 berari preferensi pembobotan adalah

konsistenCI 0,109

CR 0,091

Tabel 4.12 Matrik Penentuan Bobot Efiiensi

EfisiensiTurbin Tipe

A

Turbin Tipe

B

Turbin Tipe

C

Eige

n

Velu

e

Bobot

Global

Turbin Tipe 1,000 1,333 0,667 1,43 0,322

58

A 7Turbin Tipe

B0,750 1,000 0,333

1,27

40,285

Turbin Tipe

C1,500 3,003 1,000

1,75

50,393

TOTAL 3,250 5,336 2,0004,46

61,000

Tabel 4.13 Matrik Penentuan Bobot Daya Yang Di Hasilkan

Harga

Material

Turbin Tipe

A

Turbin Tipe

B

Turbin Tipe

C

Eige

n

Velu

e

Bobot

Global

Turbin Tipe

A1,000 3,000 4,000

1,98

60,416

Turbin Tipe

B0,333 1,000 3,000

1,62

20,340

Turbin Tipe

C0,250 0,333 1,000

1,16

40,244

TOTAL 1,583 4,333 8,0004,77

21,000

Tabel 4.14 Matrik Penentuan Bobot Proses Waktu dan Kemudahan

Produksi

Waktu dan

Kemudahan

Prosuksi

Turbin Tipe

A

Turbin Tipe

B

Turbin Tipe

C

Eige

n

Velu

e

Bobot

Global

Turbin Tipe 1,000 5,000 3,000 2,06 0,375

59

A 5Turbin Tipe

B0,200 5,000 3,000

2,00

20,364

Turbin Tipe

C0,333 1,667 1,000

1,43

70,261

TOTAL 1,533 11,667 7,0005,50

41,000

Tabel 4.15 Matrik Penentuan Bobot Biaya Produksi

Biaya

Produksi

Turbin Tipe

A

Turbin Tipe

B

Turbin Tipe

C

Eige

n

Velu

e

Bobot

Global

Turbin Tipe

A1,000 6,000 3,000

2,13

80,418

Turbin Tipe

B0,167 1,000 5,000

1,82

30,357

Turbin Tipe

C0,333 0,200 1,000

1,15

10,225

TOTAL 1,500 7,200 9,0005,11

21,000

Tabel 4.16 Matrik Penentuan Bobot Biaya Perawatan

PerawatanTurbin Tipe

A

Turbin Tipe

B

Turbin Tipe

C

Eige

n

Velu

e

Bobot

Global

60

Turbin Tipe

A1 1,333 3,000

1,73

70,364

Turbin Tipe

B0,750 1,000 5,000

1,87

80,394

Turbin Tipe

C0,333 0,200 1,000

1,15

10,242

TOTAL 2,083 2,533 9,0004,76

71,000

Tabel 4.17 Rekap hasil Perhitungan Bobot

Alternatif

Efisie

nsi

Daya yang

di

hasilkan

Waktu

dan

Kemudaha

n

Produksi

Biaya

Produks

i

Perawat

an Total

Bobot

Bobot Prioritas

0,434 0,244 0,185 0,088 0,050

Turbin Tipe

A0,322 0,416 0,375 0,418 0,364 0,365

Turbin Tipe

B0,285 0,340 0,364 0,357 0,394 0,325

Turbin Tipe

C0,393 0,244 0,261 0,225 0,242 0,310

Dari tabel rekap hasil perhitungan diatas terdapat

bobot total Turbin Tipe A (Horizontal tabular turbine)

yang bernilai 0,365. Oleh sebab itu diprioritaskan dan

layak untuk dikembangkan sebagai sebagai pembangkit

61

head rendah dan mudah dibuat di bandingkan dengan tipe

B dan tipe C.

4.6 Mengkomunikasikan disain (Comunication Of Design)

Untuk kesempurnaan disain turbin propeller telah

dilakukan seleksi konsep, namun perlu juga

dikomunikasi.

Pembimbing utama bapak Adek Tasri, Ph.D yang

menyarankan bahwa turbin yang akan di disain tidak

hanya memperhatikan effisiensi semata namun harus

memikirkan bagaimana sebuah disain tersebut harus

praktis, ramah lingkungan, bekerja pada head rendah,

portable, mudah pengoperasian, perawatan mudah biaya

produksi murah dapat di produksi oleh industri kecil

bidang perbengkelan serta tidak memerlukan keahlian

khusus proses pembuatan dapat dilakukan oleh masyarakat

pedesaan.

Generousdi, MT seoarang dosen di Sekolah Tinggi

Teknologi Nasional memberikan saran bahwa pemilihan

material yang digunakan sangat berpengaruh terhadap

biaya produksi dan pemeliharaan.

Syarial, S.Pd seoarang guru teknik perkapalan SMK

Taruna Jambi menyarankan bahwa dalam mendisain

mickrohidro perlujuga diperhatikan yaitu disain bearing

house (rumah bantalan) sebagai dudukan poros turbin

62

harus diusahakan kedap air, dan perlu melakukan

balancing pada propeller.

Agusroni pemilik bengkel Run Jaya tempat pembuatan

turbin yang di disain ini mengatakan perlu ketelitian

dan kesabaran saat pengeboran untuk membuat lobang pada

elbow, sebab kalau tidak center posisinya, maka propeller

juga tidak center.

Sufiyanto,ST mashasiswa pasca sarjana teknik mesin

ITS memberikan solusi bahwa untuk gambar teknik disain

turbin propller ini selain dengan autodesk inventor

juga bisa dengan catia solidwork.

4.7 Detail Disain Dan Analisis (Detailed Design And

Analisys)

4.7.1 Data Perancangan Turbin.

Dari data perancangan maka dapat dihitung dimensi utama

dari turbin propeller yang dirancang, data perancangan

seperti yang ada dibawah:

Head (H) :

5 m

Debit air (Q) : 0, 11

m3/s

Viskositas (ρ) : 998

kg/m3

Gravitasi (g) : 9,81

m/s2

63

Asumsi efisiensi hidrolik (ηh) :

0,80

Perhitungan selanjutnya

4.7.1.1 Perhitungan daya keluaran Turbin (P).

Setelah debit dan head diketahui, maka untuk menghitung

besarnya daya yang dapat dihasilkan turbin digunakan

persamaan berikut[11]:

P=ρxgxQxhxηh

1000

P=

998kgm3 x9,81

ms2 x0,11

m3s x5mx0,8

1000P=4,37kW

4.7.1.2 Perhitungan Kecepatan Spesifik (nQE).

Kecepatan spesifik digunakan untuk menentukan parameter

ukuran dan karateristik dari sifat hidrolik turbin

tersebut dimana Head efektif Hn dan Efesiensi termal ηh

(0.9), kecepatan spesifik dapat dicari dengan persamaan

berikut [11]:

Hn = Hηh

= 5 m x 0,80

= 4 m

nQE=2,29440,486

64

= 1,169

4.7.1.3 Perhitungan Kecepatan Putaran (n).

Kecepatan putaran turbin dihitung untuk menyesuaikan

jenis dari generator yang akan digunakan, sebelumnya

dihitung energi spesifik hidrolik E (J/Kg) pada head

efektif yang dirancang, dapat dihitung dengan persamaan

berikut [11] :

E = Hn x g

= 4m x 9.81m/s2

= 39,24 J/kg

n=nQExE

3 /4

√Q

n=1,169x(39,24)3 /4j/kg

√0,11 m3

s= 55,283 S-1

4.7.1.4 Perhitungan Putaran Maksimal.

Putaran maksimal perlu dihitung untuk menyesuaikan

dengan putaran maksimal dari generator sehingga

generator tidak rusak akibat putaran dari turbin

melebihi batas putaran maksimal dari generator, putaran

maksimal dapat dihitung dengan persamaan berikut [11]:

65

nmax= 3,2 x n

= 3,2 x 55,283 S-1

=176,90 S-1

4.7.2 Saluran masuk

Saluaran masuk atau inlet dari turbin propeller dengan

dimeter inlet (Di) 6 inch dan di tambah dengan

clearence 2 mm dan panjang saluran inlet (L) 128mm(5,04

Inch) dengan ketebal 3,7 mm seperti terlihat gambar

dibawah ini.

Gambar.4.13. Saluran masuk

4.7.2.1 Kekuatan Material Saluran masuk

Untuk memilih material yang digunakan pada saluran

masuk perlu dilakukan Analisa Hoop stress (arahnya

melingkar pipa), Longitudinal stress (memanjang pipa), dan

Radial stress (tegak lurus dinding pipa) yang terjadi

66

dalam pipa, tegangan tangensial tersebut bekerja merata

sepanjang bidang penampang untuk menahan gaya pecah

seperti terlihat gambar dibawah :

Gambar.4.14. Tegangan pada pipa [30]

4.7.2.2 Hoop tress (Tegangan Tangensial) (SH)

Tegangan tangensial adalah tegangan yang

ditimbulkan oleh tekanan internal (internal pressure)

yang bekerja secara tengensial dan nilainya

tergantung dari tebal dinding pipa [30].

67

Gambar.4.15. Hoop tress (Tegangan Tangensial)

[30]

SH=PD2tw

Dimana

SH = Tegangan Tangensial (Psi)

P = Tekanan Internal (Psi)

D = diameter dalam pipa (in)

tw = tebal dinding (in)

Tekanan Internal akibat water hammer [30]

P=0,07xvxL

t+Pi

Dimana

Pi = Tekanan Masuk (Psi)

L = Panjang Pipa (in)

t = Waktu penutupan aliran(s)

v = Kecepatan aliran (ft/s)

tekanan Masuk( P1):

P=ρxgxh=1000kg

m3 x 9,81ms2x

5m=49050 Nm2=7,11Psi

Dimana

Q = Debit aliran (0,11 m3/s)

A = Luas Penampang Aliran (0,07m2)

v = Kecepatan aliran (m/s)

68

v=0,11m3/s0,017m2

=6,4 ms=21ft/s

Kecepatan aliaran (v)

v=QA

Dimana

Q = Debit aliran (0,11 m3/s)

A = Luas Penampang Aliran (0,07m2)

v = Kecepatan aliran (m/s)

v=0,11m3/s0,017m2

=6,4 ms=21ft/s

Sehingga Tekanan Internal akibat water hammer

P=

0,07x21 ftsx5,04inch

0,7s +Pi=10,5Psi+7,11Psi=17,61psi

P=17,61psi=0,12Mpa

4.7.2.3 Longitudinal stress (SL)

Besarnya longitudinal stress yang terjadi karena internal

pressure dapat dihitung menggunakan persamaan

dari ASME

B31.3 sebagai berikut [31]

SL=PD4tw

SL = Tegangan Longitudinal (Psi)

P = Tekanan Internal (Psi)

69

D = diameter dalam pipa (in)

tw = tebal dinding (in)

4.7.2.4 Tegangan Radial

Tegangan yang arahnya sama dengan sumbu radial

yang lebih dikenal dengan tegangan radial yang

berupa tegangan kompresi (negatif) jika ditekan

dari dalam pipa akibat tekanan dalam (presure

gauge), dan berupa tegangan tarik (positif) jika

didalam pipa terjadi tekanan vakum, seperti

dirumuskan [30]

SR=P(ri2+ri2r0

2

r2 )/(ro2−ri

2)

Karena jika r = ro maka maka SR = 0 dan jika r =

ri maka SR = - P yang artinya tegangan ini nol

pada titik dimana tegangan lendutan maksimum,

karena itu tegangan ini di abaikan.

Gambar.4.16. Tegangan Radial Saluran masuk[30]

Sehingga

70

SH=PD2tw

=0,12Mpax0,15m2x0,005m

=1,8Mpa

SL=PD4tw

=0,12Mpax0,15m4x0,005m

=0,9Mpa

SR=−0,12Mpa

4.7.2.5 Tegangan geser Maksimum

Tegangan geser Maksimum yang terjadi [30]

τmax=SL−SH

2=1,8MPa−0.9MPa

2

τmax=0,9MPa

4.7.2.6 Pemilihan Material Saluran Masuk

Tegangan 0,9 Mpa merupakan tegangan maxsimum yang

terjadi pada saluran masuk yang menjadi acuan untuk

pemilihan material. Menggunakan diagram Asbhy [28]

dari nilai σf = 0,9 Mpa (warna hijau) ditarik garis

sejajar dengan M1, sehingga garis tersebut melewati

natural material dan keramik, polimer, steel dan

aloy ), masing – masing material tersebut mempunyai

kekuatan yang berbeda. Selain melihat dari segi

pembebanan dan masa jenis, pertimbangan proses

manufaktur, ketersedian dilapangan juga di

71

perhitungkan, oleh sebab itu material di atas

dieliminasi untuk material saluran masuk.Baja merubakan

material yang cukup banyak ditemukan di pasaran, harga

relatif murah dan mudah didapat dapat, maka dari itu

jenis yang digunakan adalah st 37 yang memiliki yield

strength 235 Mpa[28]

Gambar 4.17.Diagram Ashby untuk material

saluran masuk [28]

4.7.3 Elbow 45 Derajat

Diameter elbow untuk turbin propeller adalah sama

dengan dimeter inlet (Di) 150 mm dan juga sama dengan

diameter aliran masuk draft tube di tambah dengan

clearence 2 mm dengan ketebal 3,7 mm, Material yang

digunakan untuk elbow sama dengan saluran masuk st 37

yang memiliki yield strength 235 Mpa[28],

72

Gambar.4.18. Elbow 45

4.7.4 Pemilihan Material Elbow

Material yang digunakan untuk elbow sama dengan saluran

masuk st 37 yang memiliki yield strength 235 Mpa[28].

Tabel 4.18 Berat minimum untuk kekuatan dan pembebanan

yang berbeda [28]

4.7.5 Draft Tube

73

Dalam perancangan ini tipe draft tube yang digunakan

adalah tipe conical draft tube. draft tube memiliki fungsi

sebagai mengembalikan beberapa energi kinetik

(berdasakan kelajuan) yang meninggalkan runner menjadi

energi tekanan. Gambar dibawah memberikan gambaran

tentang hal hal yang harus di pertimbangkan dalam

mendisain draft tube.

Gambar 4.19 Dimensi conical draft tube[19]

4.7.4.1 Perhitungan Dimensi Draft Tube

Untuk menghitung dimensi draft tube kita pergunakan

persamaan[13] :

74

Gambar 4.20 conical draft tube

tan∅=R0

(X+L)

Dimana:

L = Panjang draft tube (mm)

RO = Jari Jari saluran keluar draft tube (300 mm)

RI = Jari Jari saluran masuk draft tube (150

mm)

∅= sudut kemiringan draft tube (60)

 x=Ri

tanθ

x=75/ (tan6¿¿0)¿

x=75/0,105

x=714,28mm

(x+L )=R0

tan∅

L=R0

tan60−x

L=150mm0,105

−714,28mm

L=1428,57mm

75

4.7.4.2 Draft Tube Head loses

HLD=TP¿−TPout

ρg

HLD=Headlosesdrafttube

H¿=Tekanansaluranmasukdrafttube(Pa)

Hout=Tekanansalurankeluardrafttube(Pa)

H¿=ρxgxh

H¿=998kgm3 x9,81

ms2 x 1,428 m

H¿=11710,53Pa

Hout=ρxv42

2

Hout=998kgm3 x

(2 ms2

)2

2

Hout=1996Pa

4.7.4.3 Sehingga loses yang terjadi dalam draft tube

HLD=11710,53Pa−1996Pa

998 kgm3

x9,81 ms2

HLD=1,19m

4.7.4.4 Pemulihan Head (Head Recovery)

76

∆Hd=( v322g−v42

29 )−HLD

∆Hd=( (6,47 ms

)2

2x9,81 ms2

−

(2 ms

)2

2x9,81 ms2 )−1,19m

∆Hd=0,74m (Head Recovery)

4.7.4.5 Effisiensi

ηd=∆Hd

v32

2g

x100%

ηd=0,74m

(6,47ms)2

2x9,81 ms2

x100%

ηd=32,86%

4.7.4.6 Kekuatan material Draft Tube

Beban maksimum yang diterima oleh draft tube sangat

menentukan untuk memperoleh material yang digunakan.

Dalam disain ini plat yang di pakai adalah yang

mempunyai ketebalan 1,5 mm. Pembebanan yang terjadi

berdasarkan perbedaan tekanan antara bagian luar dan

77

bagian dalam draft tube denagan safety factor 3 adalah

[28] :

−σr

Fs=

Pidi2−P0d0

2

d0−¿2d12−di2d0 (Pi−P0)

2

4ri2¿¿

¿

−σr

3=11710,53(0,150)2−101325(0,300)2

(0,300)2−(0,150)2−

(0,150)2 (0,300)2(11710,53−101325)

4(0,075)2((0,300)2−(0,150)2)

σr=−30651,9Pa

Tanda minus yang diperoleh menunjukan bahwa tekanan

lebih besar pada bagian luar dari dalam darft tube.

Selain perbedaan tekanan draft tube juga harus dapat

menahan masanya sendiri karena material belum dapat

diketahui maka hasil yang diperoleh adalah perbandingan

antara kekuatan dan masa jenis[28].

σv

Fs=MCI

σv

Fs=MCI

σv

3=

(ρxgxv) (0,5xl)x(0,5xd)

14x 116

x3,14(do4−di4)

Volume draft tube

v=13πxt(R2+Rr+r2)

78

v=133,14x1,428m{¿

v=0,134m3

Sehingga :

σv

3=

(ρx9,81x0,134) (0,5x0,714 )x(0,5x0,150)

14x 116

x3,14(0,3004−0,1504)

σv

ρ=

(3x9,81x0,134 ) (0,5x0,714 )x(0,5x0,075)

14x 116

x3,14(0,3004−0,1504)

σv

ρ=2115,3 Pa

kgm3

apabila rapat massa maksimum dari material 10.000

kg/m3 maka tegangan yang akan terjadi adalah 2,115

Mpa (garis Merah) dibawah garis M1 merupakan nilai

tegangan maksimum dari diagram .asbhy

merekomendasikan adalah natural material, polimer

dan composit serta metal aloy dan steel, melihat

dari segi pembebanan dan masa jenis, pertimbangan

proses manufaktur, ketersedian dilapangan juga di

perhitungkan, oleh sebab itu material di atas

dieliminasi untuk material saluran masuk.Baja

merubakan material yang cukup banyak ditemukan di

pasaran, harga relatif murah dan mudah didapat

dapat, maka dari itu jenis yang digunakan adalah st

37 yang memiliki yield strength 235 Mpa[28]

79

Gambar 4.21 Diagram Ashby untuk material Draft tube

[28]

4.7.6 Propeller dan Hub

4.7.5.1 Perhitungan Diameter terluar sudu (De).

Menentukan diameter luar sudu turbin dengan menggunakan

persamaan berikut:

4.7.5.2 Perhitungan Diameter Hub (Di)

80

De=84.5×(0.79+1.602×nQE )×√Hn

60×n

De=84.5×(0.79+1.602×1,169 )× √4 m60×55,283

De=0,150 m=150 mm bulatkan 6 inch

Menentukan diameter dalam sudu turbin dengan

menggunakan persamaan berikut [11]:

Gambar 4.22 Ukuran Diameter Hub dan Propeller 4.7.5.3Material hub dan propeller

Material yang digunakan untuk propeller dan hub harus

lah material yang mempunyai sifat mekanik yakni tahan

terhadap beban impact dan tahan terhadap korosi. Dan

mampu menahan beban aksial dan momen puntir dan gaya

gaya yang bekrja pada impeller adalah seperti gambar

berikut:

81

Di=(0,25 +0,095nQE ) x De

Di=(0,25 +0,0951,169 )x 0,150 m

Di= 0,0496 m=49,6 mm bulatkan 2 Inch

Gambar. 4.23. Gaya gaya yang bekerja pada propeller

turbin

Gaya tangensial yang terjadi adalah [11]

Dimana:

Daya (P) = 4,37 kW

Kecepatan putaran sudu (n) = 55 s-1

Jumlah sudu (z) = 4

Jari-Jari terluar sudu (Re) = 0,075 m

Jari-Jari terdalam sudu (Ri) = 0,0248 m ≈0,025 m

Ft=P

2xπxnxzxr

r=√Re2+Ri

2

2=√ (0,075m)2+(0,025m)2

2=0,055m

Ft=5000w

2x3,14x55s−1x4x0,055m

82

Ft=65,80N

Perhitungan Gaya Dalam Arah Aksial

Perhitungan gaya dalam arah aksial dapat

ditentukan melelui persamaan berikut [11]:

Hn = m

α = 80°

β∞ = 164°

δ = 2°

Ab=πxαx(Re

2−Ri2)

3600 `

Ab=3,14x800x(0,075)2−(0,025)2¿ ¿

3600

= 0,0035m2

Fa=9,81ms2 x998

kgm3

x4mx0,0035m2

Fa=137,06N

Perhitungan Resultan Gaya

Resultan gaya adalah penjumlahan dari gaya

aksial dan gaya tangensial, Perhitungan

resultan gaya dapat ditentukan melelui

persamaan berikut:

83

Fr=√Ft2+Fa2Fr=√¿¿

Fr=152,52N

Perhitungan Momen Hydrolik

Momen hidrolik (Mh) pada keseluruhan sudu

turbin dapat diabaikan karena dalam perancangan

kali ini sudu turbin yang dibuat memeliki 5

buah sudu sehingga momen hidrolik antara ke

lima sudu tersebut saling menghilangkan, namun

disini kita perlu mengetahui momen hidrolik

dari salah satu sudu turbin tersebut yang dapat

dicari dengan persamaan berikut:

Fa = 137,06 N

Ab = 0.0034m2

Re = 0,075m = 75mm

Ri = 0.025m = 25mm

a = 80° =>α ) = 1.396

ε = 20°

Mh=Frxey

Maka untuk menghitung momen hidrolik dari

momen inersia (Is) dan titik berat dari sudu

turbin (ys) tersebut, maka dapat dicari dengan

persamaan berikut [11]:

ey=Is

ysxAb

84

Is=Re4−Ri

4

4x( α̂2−sinα

2xcosα

2 )Is=

75mm4−25mm4

4x(1,3962

−sin802xcos80

2 )Is=867187,5mm

4

Untuk mencari titik berat pada sebuah sudu

turbin dapat menggunakan persamaan sebagai

berikut [11]:

ys=Fa

gxρxAbxcosε

ys=137,06N

9,81 ms2x998 kg

m3 x0,0035m2xcos160

ys=4,2m

ey=Is

ysxAb

ey=867187,5mm4

4,2x103mmx0,0034x106mm2

ey=0,063mm

Mh=152,52Nx0,063mmMh=9,70N.mm

Perhitungan Kecepatan Kritis

85

Kecepatan kritis sudu adalah dimana sudu

perputar pada frekuensi alaminya. Ketika sudu

beroperasi pada atau dekat dengan kecepatan

kritis, getaran tinggi yang mungkin terjadi

dapat merusak sudu. Untuk memastikan bahwa

kecepatan rasional tidak sama atau mendekati

kecepatan kritis, kecepatan kritis dapat

ditentukan sebagai berikut [11]:

G = 1,5kg

E = 69,000N/mm2

D = 40mm

d = 30mm

l = 150 mm

nc=1

2xπx√cqG

cq=3xEIl3

I=π64

x (D4−d4 )

I=3,1464

x ((40mm)4−(30mm)4 )

I=85859,37mm4

cq=¿¿

86

cq=2221,61Nmm

nc=1

2xπx√2221,61 N

mm1,5kg

=6,12s−1

Tegangan Yang Terjadi Pada Propeller

Tegangan geser yang terjadi pada propeller dapat di

hitung dengan persamaan [11] :

τt=KAxMt

Wt

Mt=4xrxFt=4x75mmx65,80N=19740N.mm

Wt=π16

xD4−d4

D =π16

x (155mm)4−(150mm)4

155=89832mm3

τt=1,25x19740N.mm

89832mm3 =0,274 Nmm2

=0,27Mpa

Dari diagram ashby dibawah untuk tegangan 0,27 Mpa

(garis biru) yang berada dibawah garis M1

direkomendasikan material untuk hub dan propeller

adalah natural material, polimer, keramik, namun kalau

87

berpatokan dari garis σf

ρ di rekomendasikan adalah

metal, maka untuk bahan propeller di pilih copper alloy

Gambar 4.24 .Diagram Ashby untuk material propeller

[28]

4.7.7 Bearing dan House bearing

4.7.6.1 Pemilihan Bantalan

88

Bantalan adalah elemen mesin yang mendukung mesin atau

menumpu poros yang berputar. Karena beban dari sudu

turbin adalah beban arah aksial maka dipilih

penggunaan bantalan glinding yang mampu menahan gaya

aksial. Bentuk dari bantalan bola dan bantalan luncur

ini dapat dilihat pada Gambar.

Gambar 4.25 Bantalan Glinding

4.7.6.2 Beban Ekivalen dinamis (Pr)

Pr=XVFr+YFa

Dimana :

Pr = Beban Ekivalen (N)

Fr = Gaya yang dialami Poros Arah Radial (152,50

N=34,17 lb)

Fa = Gaya aksial dialami Poros arah aksial (137, 06

N=30,81 lb)

X = Faktor beban arah X

Y = Faktor beban arah Y

89

Bantalan yang digunakan dalam perancangan kali ini

adalah jenis Axial load thrust ball bearing, beban

bantalan dipengaruhi oleh gaya pada bantalan, Faktor

gaya (X dan Y), faktor putaran (V1) dan faktor beban

kejut (impact, C1) [14]

P = C1 (XV1 Fr + Y Fa)

Dimana:

Bila inner ring yang berputar ,maka V1 = 1

Bila outer ring yang berputar, maka V1 = 1,2

Umur bantalan (L atau L10) dipengaruhi oleh beban (P),

putaran (n) dan beban dinamik (C) [10]

Jenis bantalan SKF 6210 diperoleh:[2]

C0 (static rating load) = 5590 lbf

C1 (basic rating load) = 7170 lbf

Faktor beban C1 = 1,5 – 3,0 dipilih = 2,0 (untuk

moderate impact)

Bantalan dengan beban radial dan aksial

ifα

Co=30.81lbf5590lbf

=0.005daritabelreferensididapat

e = 0,26

X= 0,56

Y= 1,71

90

V=1

P = 2 (0,56 x 1x 34,50 lbf + 1.71 x 30,81 lbf) = 144 lb

L=10360xn

x(C1P33)2

=103

60x3000x (7170lbf)

¿¿ ¿

4.7.6.3 House beraing

House bearing terletak pada belokan elbow 45 yang

merupakan casing dari pada bantalan poros turbin,

komponennya terdiri dari dua buah bearing dan sebuah

tabung silinder yang berfungsi untuk menumpu poros.

Material yang digunakan untuk elbow sama dengan saluran

masuk st 37 yang memiliki yield strength 235 Mpa[28]

4.7.8 Perancangan Poros

4.7.7.1 Penentuan Momen Puntir Atau Momen Rencana

Gambar 4.26 Poros

91

Momen Rencana (T) Momen rencana dihitung dengan

persamaan:

Dimana:

T = momen rencana (kg mm)

Pd = daya rencana = 5k W

N = 3000 rpm

T=9,74x105Pdn

T=9,74x105 5kW3000rpm

T=1623,33kgmm

4.7.7.2 Menentukan Material Untuk Poros

Sebagai mana dihitung di atas bahwa torsi yang

akan diterima poros sebesar 1623,33 kg.mm atau berkisar

12,098,697 N.m. apabila diameter poros diasumsikan 3cm

(0,03m) maka tegangan yang akan terjadi

τ=TxrJ

J=π32

D4

Maka

J= π32

(0,03m)4=0,0084m4

92

τ=12.098.697N.mx0,015

0,0084m4 =21.604.816,07 Nm2=21,6MPa

Apabila tengan tarik 3 kali tegangan geser maka :

σaksial=3xτ=3x21,6MPa=64,8MPa

Gambar 4.27.Diagram Ashby untuk material Poros [28]

Dari diagram ashby diatas material poros yang di

rekomendasikan adalah natural material berupa kayu,

polimer komposit, keramik, metal. Dari 5 material yang

di rekomndasikan sehingga yang dipilih adalah metal,

karena mudah diperoleh dan dan harus mampu proses

93

manufactur maka material yang di pakai untuk poros

adalah copper alloy.

4.7.7.3 Penentuan Tegangan Geser Izin Poros (Τa)

Dimensi poros yang diizinkan apabila memiliki tegangan

geser izin (τa) material poros yang dipilih adalah baja

difinis dingin dengan lambang S55C-D dan mempunya

kekuatan tarik ( ) 72kgf/mm2 faktor keamanan pengaruh

massa dan baja paduan (Sf1) = 6,0 dan faktor keamananakibat konsentrasi tegangan (Sf2) =2,0 maka besarnyategangan geser izin dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan berikut[14]:

4.7.7.4 Penentuan diameter poros rencana (ds)

Diameter poros dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan berikut:

Dimana:

94

Cb = faktor beban lentur (1.2 s/d 3.0 dan 1.0

tidak mengalami beban lentur)

Kt = faktor impact atau tumbukan (1,0 bila

dikenakan secara halus, 1,0 - 1,5 jika

sedikit kejutan dan 1,5 -3,0 bila impact

besar)[8]

ds = Diameter poros (mm)

τa = Tegangan geser yang diizinkan = 6 kgf/mm2

Kt = faktor koreksi momen puntir (1 – 1,5)

Cb = faktor koreksi beban lentur (1,2 – 2,3)

T = Torsi rencana = 1623,33 kg.mm

ds=[ 5,1τaxKtxCbxT]

1 /3

ds=[ 5,16kgf /mm2

x2x1,5x1623,33kgf.mm]1/3

=16,05mm

Maka pada perancangan kali ini digunakan poros dengan

diameter 16 mm. Tegangan geser yang dialami oleh momen

puntir (Mp) dan diameter poros (ds) dapat dicari

denagan persamaan[14] beikut:

τ=5,1xTds3

τ=5,1x1623,33kgf.mm

(16,05mm )3=2,00kg/mm2

95

Sehinnga pengecekan poros 6 kg/mm2 ≥ 2,0 kg/mm2 Karena

τa ≥ τ maka untuk pemakaian diameter 16,05 mm untuk

perencanaan poros dianggap layak.

4.7.9 House Bearing

Adalah rumah dudukan bearing yang menumpu poros

seperti terlihat dibawah, House bearing terletak

pada belokan elbow 45 yang merupakan casing dari

pada bantalan poros turbin, komponennya terdiri

dari dua buah bearing dan sebuah tabung silinder

yang berfungsi untuk menumpu poros. Material yang

digunakan untuk elbow sama dengan saluran masuk st

37 yang memiliki yield strength 235 Mpa[28]

Gambar 4.28. House Bearing

96

4.7.10 Kerangka

Kerangka berfungsi tempat dudukan lomponen turbin

yaitu: dinamo, saluran masuk yang terbuat dari besi

Gambar 4.29. kerangka dasar

4.8 Pengembangan prototipe (Prototype)

Pada tahap ini adalah rancangan produk tersebut

dapat dituangkan dalam bentuk gambar tradisional

diatas kertas (2 dimensi) atau gambar dalam bentuk

modern yaitu informasi digital berupa Gambar semua

elemen produk lengkap dengan geometrinya

(Terlampir) , Terlihat seperti gambar dibawah

97

Gambar 4.28.Gambar desain turbin propeller

4.9 Proses manufaktur (Manufacturing Process)

Proses pembuatan produk (turbin propeller) sesuai

dengan perancangan produk yang sebelumnya sudah di

tuangkan dalam kertas gambar baik dalam 2 dimensi

maupun 3 dimensi.

4.9.1 Proses Pemotongan

a) Waktu potong Body Draft tube (tp1)

Dlakukan untuk memotong plat baja yang

mempunyai ketebalan 1,5 mm denagan diameter

bawah 300 mm dan diameter atas 150 mm dengan

kettinggian 208 mm serta sudut kemiringan 6o.

Keliling sisi atas draft tube (S1)= 942 mm

Keliling sisi atas draft tube ( S2 )= 1884 mm

Panjang draft tube (L) = 1428 mm

98

Untuk Memtong Plat di butuh kan waktu jika

dengan asumsi kecepatan potong(v) 30 mm/menit

tp1=s1+s2+l

v

tp1=942mm+1884mm+1428mm

30mm /menit

tp1=942mm+1884mm+1428mm

30mm /menit=141,8menit

b) Waktu potong Saluran Masuk (Inlet)

Saluran masuk dengan ukuran diameter sama

dengan diameter impeller 150 mm dengan panjang

(l) 128 mm, kecepatan potong(v) 20 mm/menit.

S1 (keliling sisi masuk) = S2 (keliling sisi

keluar) = kelilng=πD kelilng=πx150mm=471mm

tp2=s1+s2

v

tp2=471mm+471mm30mm /menit

=31,4menit

c) Waktu potong House Bearing

House bering yang berbentuk silinder dengan

ukuran panajang 131

mm diameter 7,5 mm untuk memotongnya

dibutuhkan waktu 15 menit, kecepatan potong(v)

30 mm/menit

99

S1 (keliling sisi masuk) = S2 (keliling sisi

keluar) = kelilng=πD kelilng=πx70,5mm=235,5mm

tp3=s1+s2

v

tp3=235,5mm+235,5mm

30mm /menit=15,7menit

d) Waktu potong Kerangka

Kerangka berbentuk segi empat yang berukuran

1000 mm x 75 mm x 120 mm kecepatan potong(v) 30

mm/menit.

Panjang potongan = {(2 x 75mm) x 4} +{(2 x

120)x 4}= 1560 mm

tp4=sv

= 1560mm

30 mmmenit

=52menit

e) Waktu potong total

Waktu potong total (tpt¿=tp1+tp2+tp3+tp4

(tpt¿=141,8menit+31,4menit+15,7menit+52menit

tpt¿=240,9menit

4.9.2 Proses gurdi

Pada bagian kerangka dudukan turbin diperlukan

lubang baut untuk mengikat draft tube, dinamo ke

rangka. Jumlah lubang yang dibutuhkan sebanyak 8

buah, untuk membuat lobang baut pada kerangka

100

diperlukan mesin gurdi dengan diameter lobang 14

mm, pada tabel 4.16 dibawah 14 mm mendekati 9/16

inch (14 mm) dengan putran spendel 747, kecepatan

makan 0,008 in /rev (0,203 mm/rev) .

Tabel. 4.19 kecepatan potong [29]

Waktu yang dibutuhkan untuk proses gurdi adalah

0,203 mmrev

x747 revmenit

=151,7 mmmenit

1151,7

menitmm

x5 mmlubang

=0,032 menitlubang

0,032 menitlubang

101

Jadi waktu total yang dibutuhkan untuk 8 buah

lobang baut adalah

0,032 menitlubang

x8 lubangproduk

=0,26 menitproduk

4.9.3 Proses pembentukan

Plat draft tube yang telah dipotong, dibentuk

dengan cara pengerolan yang diatur sedemikian rupa

sesuai dengan bentuk yang di inginkan dan

membutuhkan waktu asumsi 100 menit

4.9.4 Proses pengelasan

Proses pengelasa terjadi pada saluran masuk untuk

menyatukan flange dengan, saluran masuk, elbow

kearah saluran masuk dan kearah draft tube,

menyatukan house bearing dengan elbow 45 dan

proses juga terjadi pada kerangka dudukan turbin

4.9.4.1 Pengelasan Draft Tube

Proses pengelasan draft tube menggunakan

pengelasan TIG, Variabel yang harus diperhatikan

adalah ketebalan plat yaitu, 1,5 mm dengan

pengalasan datar kuat arus 125 ampere dan

102

kecepatan pengalasan 25 cm /menit seperti terlihat

tabel di bawah :

Tabel 4.20.Rancangan sambungan Las TIG dan MIG

Las TIG Las MIGDiameter

Batang

Logam

pengisi

(mm)

ArusPengelasan(Ampere)

DiameterBatangLogampengisi(mm)

ArusPengelasan(Ampere)

1,6

2,0

2,4

3,2

4,0

5,0

6,0

40-100

60-130

70-150

130-200

180-250

240-360

>340

0,8

1,0

1,2

1,6

2,4

3,2

4,0

4,8

5,6

6,4

10-100

70-180

110-230

150-330

250-500

350-650

400-850

450-900

500-950

600-1000

Volume logam las yang harus di isi adalah :

103

Volume 1 / 2

Vdaerah = Vpersegi + V setengah lingkaran

Vpersegi = ( Clearence) x (tebal plate) x (panjang

draf tube)

= 1 mm x 1,5 mm x 1428,57 mm = 2142,85 mm3

V1/2 ling =( П x r2 x L )/2 = (3,14 x (1/2)2 x

1428,57 mm) / 2

=560,713 mm3

Sementara waktu yang dibutuh kan untuk pengelasan

5,7 menit abila kecepatan las 25 cm /menit

4.9.4.2 Pengelasan Flange

Flange yang akan dilas sebanyak 4 buah yang

terdiri flange penghubung antara draft tube dengan

elbow dan penghubung elbow dengan saluran masuk,

metode yang sama dilakukan untuk melakukan

pengelasan terhadap flange.

104

Volume persegi

Daerah Lasan

V1/2 ling = П x D x L x clearence

= 3,14 x 150 mm x 3 mm x 1 mm

= 1413 mm3

Jadi panjang pengelasan adalah 3,14 x 150 mm = 471

mm untuk satu flange, karena flange berjumlah 4

buah maka panjang pengelasan adalah 1884 mm

apabila kecepatan las 25 cm / menit maka waktu

pengelasan 7,53 menit.

4.9.4.3 Pengelasan rangka

Untuk menghitung waktu pengelasan untuk rangka

adalah:

Untuk pengerjaan rangka di asumsikan waktu

pengelasan memakan waktu 10 menit dan volume las

1500mm3

4.9.5 Proses Bubut

Adapun bagian yang di bubut adalah poros yang

panjangnya 439 mm dengan diameter awal 35 mm

meterdijadikan 30 mm. Serta house bering sesuai

105

Daerah Lasan

dengan ukuran bearinng akan digunakan. Waktunya

yang dibutuhkan di prediksi 125 menit (Asumsi)

4.9.6 Prosesp Phinising

Proses pinising dilakukan pada ddisain ini dengan

melakukan pengecatan dengan menggunakan cat

minyak, dan bagian yang di cat adalah saluran

masuk, elbow draft tube menghabiskan waktu 180

menit.(Asumsi)

4.9.7 Proses Pengecoran Hub Dan Impeller

Proses pengecoran untuk pembuatan hub dan impeller

memakan waktu cukup lama maka waktu yang di

asumsikan untuk pengecoran 300 menit.(Asumsi)

4.10 Maintenence berkelanjutan (life cycle maintenence)

Berisikan lankah langkah perawatan turbin propeller

mempertahankan tingkat produktivitas. Pemeliharan

rutin Biasanya dilakukan metik beratkan pada

prosedur pemeliharaan yang telah ada namun

pemeliharaan preventif seacara rutin akan mencegah

gejala gejala yang nantinya akan mempengaruhi kerja

turbin atau kerugian daya yang dihasilkan.

Preventive maintenance adalah suatu pengamatan

secara sistematik disertai analisis teknis-ekonomis

106

untuk menjamin berfungsinya suatu peralatan

produksi dan memperpanjang umur peralatan yang

bersangkutan. Tujuan preventive maintenance adalah

untuk dapat mencapai suatu tingkat pemeliharaan

terhadap semua peralatan produksi agar diperoleh

suatu kualitas produk yang optimum. Adapun kegiatan

Preventive Maintenance meliputi:

a. Inspeksi (inspection), adalah kegiatan

pemeliharaan periodik untuk memeriksa kondisi

komponen peralatan peralatan produksi dan area

sekitar peralatan produksi. Lihat, rasa,

dengar, adalah kegiatan pemeliharaan untuk

memeriksa kondisi peralatan melalui

penglihatan, perasaan dan pendengaran.

b. Pemeliharaan berjalan (running maintenance),

adalah kegiatan pemeliharaan yang dilaksanakan

tanpa mengehentikan kerja peralatan.

c. Penggantian komponen kecil (small repair),

adalah kegiatan pemeliharaan yang berupa

penggantian komponen kecil.

d. Pemeliharaan berhenti (shutdown maintenance),

adalah pemeliharaan yang dapat dilakukan hanya

pada saat peralatan produksi berhenti.

107

4.11 Pekerjaan pemeliharaan dan Jadwal Pemeliharaan

Rutin

NO Bagian Turbin Pekerjaan pemeliharaan1 Draft tube Memeriksa kebisingan dan

getaran

Harian

Memeriksa kebocoran air Bulana

n2 Main shaft

seal

Memeriksa kebocoran air Minggu

an3 Kerangka

Dudukan

Memeriksa baut pengikat Bulana

n4 Impeller Korosi dan keausan Bulana

nPenyimpangan Gap Bulana

nMemeriksa pasak dan

getaran5 Bearing Memeriksa kebocoran oli

dan grease

Mingua

nPenggantian bearing Tahuna

n 6 Flange Memeriksa kelonggaran

baut pengikat

Minggu

anMemeriksa seal perapat

flange

Minggu

an7 Saluran Inlet Membersihkan dari sampah Harian

108

terbawa arusMengontrol debit air

masuk melalui valve

Harian

Memeriksa kebocoran Harian9 Dinamo Mengukur Arus keluar Harian

Mengukur tegangan keluar HarianMengukur Putraran poros

turbin

Harian

10Kopling Flens Memeriksa baut pengikat Minggu

anMemeriksa Karet Peredam

getaran

Minggu

an

Rancang Bangun Biaya Total Produksi

Ongkos Material Habis Pakai dan Biaya Pengerjaan

NO Rincian Jml Harga

Satuan

Harga

Total

1 Dinamo 5 Kw 1Rp

2.700.000

Rp

2.700.000 2 Plat Untuk draft

tube 1,5 mm

1 Rp

450.000

Rp

450.000 3 Elbow 45 diameter

6 inch

1 Rp

450.000

Rp

450.000 4 Buterfly Valve 6

inch

1 Rp

750.000

Rp

750.000 5 Besi Pipa 1 Rp Rp

109

diameter 6 Inch 100.000 100.000 6 Flange 6 inchi 6 Rp

250.000

Rp

1.500.000 7 Baut ukuran 24 mm 24 Rp

5.000

Rp

120.000

8Bahan poros

(Panjang 50 mm) 1

Rp

150.000

Rp

150.000 9 Impeller 6 Inch

1

Rp

750.000

Rp

750.000

10

Kerangka Dudukan

Turbin 1

Rp

1.500.000

Rp

1.500.000

11

Cat Minyak

1

Rp

45.000

Rp

45.000

12

Biaya Pengerjaan

1

Rp

1.500.000

Rp

1.500.000

Total

Rp

10.015.000

110