Dokumen ini memberikan penjelasan tentang desain turbin Francis untuk menghitung daya, kecepatan, dan dimensi komponen turbin berdasarkan data aliran sungai. Dihitung debit 1,03 m3/s dan tinggi jatuh air 22,8 m sehingga daya turbin diperkirakan 207 kW. Jenis turbin yang sesuai adalah turbin Francis putaran normal dengan kecepatan spesifik 216 rpm. Dihitung pula diameter dan kecepatan komponen turbin seperti runner dan sudu masuk.

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

3. DataAwal
Lebar Sungai (b) : 1,5 m
Kedalaman sungai (y) : 0,4 m
Area penampang aliran ( b x y) : 0,6 m2

4. Menghitung
DebitAliran,
Kecepatanaliran
danTinggiAir
Jatuh
Dimana :
Y = Kedalaman sungai (0,4 m)
g = Percepatan gravitasi (9,81m/s2)
b = Lebar sungai (1,5m
0,4 =
3
1
2
2
)5,1(81,9 











m
s
m
Q

5. Kecepatanaliran
Rata-rata(V)dan
TinggiairJatuh
0
35SinSH 
mxmH 8,2257,040 
Dari hasil pengukuran dari lapangan
dimana kemiringan arah jatuh 350
dengan jarak 40 m maka :

6. 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

7. 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:

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. Menentukan
HargaKoefisien
U1 *

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

15. 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 








16. 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 








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

18. 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.

19. 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



