gunakan

1. Design of Francis
turbines
1
Session delivered by:
Marfizal, ST MT
MESIN-MEIN FLUIDA

5. DayaTurbin
Dari debit (kapasitas air) Q dan tinggi air jatuh H dapat
diperoleh daya yang dihasilkan turbin dengan persamaan
sebagai berikut:
P = .g.Q.H. η T
Dimana :
P = Daya turbin (kW)
 = Massa jenis air = 1000 kg/m3
g = Gravitasi bumi = 9,81 m/s2
Q= Debit air = 1,03 m3/s
H= Head effisien = 22,8 m
ηt = Efisiensi turbin = 0,84 - 0,94
P = 1000 kg/m3. 9,81m/s2 .1,03m3/s. 22,8 m.0,90
= 207340 W
= 207,340 kW
= 278 hp

6. PemilihanTurbin
4/5
H
pn
nq 
rpmnq 216
8,22
207,340750
4/5

rpmnq 55
76
278750
4/5

Dimana :
nq = Kecepatan spesifik (rpm)
n = Putaran turbin = 750 rpm
H = Head Efektif 22,8 m
P = Daya turbin = 207,340 kW = 278 Hp
Maka kecepatan spesifik (nq) adalah:

7. PenentuanJenis
nq (rpm) Jenis turbin
4 – 5
17 – 50
24 – 70
80 – 120
120 – 220
220 – 350
350 – 430
300 - 1000
Turbin pelton dengan 1 nosel
Turbin pelton dengan 2 nosel
Turbin pelton dengan 4 nosel
Turbin prancis dengan putaran rendah
Turbin prancis dengan putaran normal
Turbin prancis dengan putaran tinggi
Turbin prancis dengan putaran ekspress
Turbin propeler dan turbin kaplan

8. Spesifikasi
Turbin
Jenis Turbin = Turbin Francis putaran normal
Daya Turbin = 207,340 kW = 278 Hp
Putaran Turbin = 750 rpm
Putaran spesifik turbin (nq) = 216 rpm (SI),55 rpm (BU)
Head Turbin = 22,8 m
Kapasitas aliran = 1,03 m3/s

9. RodaJalan
(Runner)
Diameter runner pada sisi masuk (inlet diameter)
Putaran (n) = 750 rpm
Diameter runner (D1) = 0,638 m
No Putaran turbin Diameter runner
1 125 3,830
2 150 3,192
3 175 2,736
4 185 2,588
5 200 2,394
6 250 1,915
7 300 1,596
8 350 1,368
9 400 1,197
10 450 1.064
11 500 0,958
12 550 0,871
13 600 0,798
14 650 0,737
15 700 0,684
16 725 0,660
17 750 0,638

10. Kecepatan
Keliling
(U1)
n
u
D




1
1
60
smxxnd
u /25
60
75014,3638,0
60
1
1 



Dimana :
D1 = Diameter runner = 0,638 m
ul = Kecepatan keliling (m/s)
π = 3,14
n = Putaran = 750 rpm

11. Menentukan
HargaKoefisien
U1*
Dengan diketahuinya harga nq maka kita dapat menentukan
dimensi runner. Harga nq dapat dilihat dari grafik gambar
dengan terlebih dahulu menentukan harga U1* dimana :
hg
u
u


2
1*
1
Dimana:
u1 * = Koefisien penentu yang terdiri dari 0,69 - 1,22 seperti
pada grafik
u1 = Kecepatan keliling = 25,04 m/s
g = Gravitasi bumi = 9,81 m/s
H = Head Turbin = 22,8 m

12. Menentukan
HargaKoefisien
U1 *

13. smmsmhguu /8,158,22/81,9275,02
*
11 

14. Kecepatan Keluar:
U21dan Diameter
SisiKeluar Turbin
(D21)
smu
u
Hgu
/8,8
8,2281,9242,0
242,0
21
21
21



Diameter Sisi Keluar Turbin (D21)
m
n
u
D 22,0
75014,3
8,86060 21
21 








15. Kecepatan Keluar
aktual (U2a) dan
Kecepatan Keluar
aktual (D2a)
smhgu a /59,148,2281,9269,0269,02 
m
n
u
D a
a 37,0
75014,3
59,146060 2
2 








16. Hargau2 rata-
rata smu
uu
u a
/69,11
2
59,148,8
2
2
221
2






17. LebarSuduSisi
Masuk
 

11 mCD
Q
Bo
Di mana:
Bo = Lebar sudu (m)
D1 = Diameter sisi masuk = 0,638 m
Q = Debit air = 1,03 m3/s
 = 0,9. Penyempitan luas penampang bagian masuk karena
adanya tebal dinding sudu jalan.

18. Menghitung Kecepatan
meredian(Cm1) danLebar
SuduSisiMasuk
hgCC mm  2
*
11
mBo
smCm
12,0
9,065,414,3638,0
03,1
/65,48,2281,9222,01





19. Jari-Jari
Kelengkungan
Puncak
mR
R
DR
319,0
638,05,0
5,0 1



Besarnya jari-jari kelengkungan puncak dihitung dengan:

20. JumlahSudu
Gerak
Jumlah sudu gerak ditentukan berdasarkan
putaran spesifiknya. Hubungan antara putaran
spesifik (dalam british) dengan jumlah sudu
gerak untuk turbin francis dapat dilihat pada
tabel berikut ini
nq 12-18 18-30 30-45 45-70 70-100
Z 19 18 17 16 15
Nechleba, 1957, hal. 153
Berdasarkan tabel di atas dengan kecepatan
spesifik yang dihitung pada bagian sebelumnya
adalah = 55 rpm, maka jumlah sudu (Z) adalah = 16
buah sudu.

21. TebalSudu
Gerak
Tebal sudu gerak pada runner dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut
 
Z
kD
t
DktZD



11
11


t = Tebal sudu gerak (m)
D1 = Diameter pada sisi masuk = 0,638 meter
Z = Jumlah sudu = 16 buah
k = Faktor sudu =0,9 - 0,95
 
 
mt
t
k
t
0125,0
16
9,01638,014,3
16
1638,014,3






22. Segitiga Kecepatan

23. SegitigaKecepatan
PadaSisiMasuk
Runner
u1 = 25,04 m/s cm1 = 4,65 m/s
maka cu1 dapat dihitung sebagai berikut:
1
1
u
Hg
c t
u



T = Efesiensi turbin = 0,9
U1 = Kecepatan keliling = 25,04 m/s
H = Head efektif = 22,8 m
G = Grafitasi bumi = 9,81 m/s2
smcu /03,8
04,25
8,2281,99,0
1 



24. Menghitung
Sudutβ1 danC1
o
u
m
c
c
tg
30
57,0
03,8
65,4
1
1
1




smcuc m /4,2565,404,25 2222
1 

25. Menghitung
Sudutα 1danW1
 
0
1
11
1
15
27,0
03,804,25
65,4








u
m
cu
c
tg
smw
w
cucw um
/63,17
)03,804,25(65,4
)(
1
22
1
2
11
2
1




26. SegitigaKecepatan
PadaSisiKeluar
Runner
u2 = 11,69 m/s
C*2 = 0,25
smc
c
hgcc
/28,5
8,2281,9225,0
2
2
2
2
*
2




27. Me2nghitung
Sudutβ1 dan
W2 , α2
O
u
c
24
45,0
69,11
28,5
tan
2
2
2
2




smucw /82,12)69,11()28,5( 222
2
2
22 
2 = 90°

28. Dayayang
dibangkitkan
olehair
)( 2211 uu cucuQP  
P = 1,03.1000.(25,04.8,03 - 0) = 207,103 KW =277,61 hp
 = Massa jenis air = 1000kg/m3
Q = Debit aliran = 1,03 m3/s
cul = Kecepatan tangensial aliran = 8,03 m/s
u1 = Kecepatan keliling = 25,04 m/s

29. JumlahSudu-Sudu
Pengarahdan
lebarnya
Jumlah sudu pengarah dihitung Z0 = Z1±1
Dimana: Z0 = Jumlah sudu pengarah
Zi = Jumlah sudu gerak ±16 buah Maka
direncanakan:
Z0 =16+1 = 17 buah
Untuk tidak terjadinya kebocoran pada sudu
pengarah maka lebar sudu pengarah direncanakan sama
dengan sudu gerak pada sisi masuk (Bo),
Bi = Bo = 0,12m

30. Diameterdalam
sudupengarah
Diameter dalam sudu pengarah dihitung pada sudu
pengarah terbuka penuh yaitu: 1 = 15°, sehingga diameter
sudu pengarah sama dengan diameter pada sisi keluar,
yaitu D0 = D21 = 0,22m

31. Jarakantara
sudupengarah
Jarak antar sudu pengarah dihitung pada saat
terbuka penuh dengan persamaan.
m
Z
D
t 040,0
17
22,014,3
0
0
0 





to = Jarak antara sudu pengarah = m
Do = Diameter pada sisi keluar = 0,22 m
Zo = Jumlah sudu pengarah = 17

32. PanjangSudu
Pengarah(Lo)
kecepatanabsolut
(Ca)
 
sm
ZltB
Q
ca /2,9
15sin1704,0(12,0
03,1
sin 01001






Ca = Kecepatan absolute = 9,2 m/s
Q = Debit air = 1,03 m3/s
to = Jarak antara sudu pengarah = 0,040 m
Zo = Jumlah sudu pengarah = 17 buah sudu
1 = Sudut pada sisi masuk = 15°
    m
ZBc
QZtBc
L
a
a
077,0
15sin1712,04,25
03,117040,012,04,25
sin 101
001
0 








33. DiameterNominal
SuduPengarah
(Dn)
0
1sin
L
t

Dimana:
t = Tinggi tegak lurus sudu pengarah
L0 = Panjang sudu pengarah = 0,077 meter
t = L0 sin 1
= 0,077 sin 15°
= 0,0198 m
Dn = Do + 0,5 t
= 0,22 + 0,5 (0,0198)
= 0,2299 m

34. ProfilSuduJalan

35. ProfilSuduJalan

36. ProfilSuduJalan

37. ProfilSuduJalan

38. RumahKeong

39. RumahKeong

40. RumahKeong

41. RumahKeong

42. TabelRumah
Keong