ELASTICITY
p-ISSN: 3063-9859 e-ISSN: 3063-9468 Vol.
No.
1, 2024
Journal of Applied Engineering Science PERANCANGAN TURBIN ARCHIMEDES KAPASITAS 700 WATT
UNTUK ALIRAN SUNGAI DANGKAL
Zhilal Ihsan Ilahi1.
Reza Afriansyah2.
Angga Zuga Prasetiyo 3.
Fathan Mukhlis4.
Choirul Anwar5
1, 2, 3, 4, 5
Sekolah Tinggi Teknologi Wastukancana.
Jl.
Cikopak No.
Purwakarta.
Jawa Barat, 41151.
Indonesia Email: zhilal_ihsan@yahoo.
Article History Received: 13-02-2025 Revision: 21-02-2025 Accepted: 26-02-2025 Published: 28-02-2025 Abstract.
Archimedes turbines are a renewable energy technology that utilizes the kinetic energy of water flows to generate electricity.
This technology is suitable for use in locations with low water drop heights, where traditional turbine technology is less efficient.
This research aims to design and calculate the main parameters of Archimedes turbines with high efficiency.
The methods used include the collection of initial data such as discharge and water flow velocity, calculation analysis using gear ratios, and design simulations to validate the strength of the structure.
Design parameters include turbine diameter of 0.
meters, length of 1 meter, and tilt of 30A.
The simulation results show that the turbine is able to operate at a speed of 113.
88 rpm and produce 741.
5 watts of electrical power with an efficiency of 85%.
The main conclusion of the study is that Archimedes turbines have great potential as a renewable energy solution for areas with high water fall.
Further implementation in the field is needed to validate these results and evaluate environmental impacts.
Keywords: Archimedes Turbine.
Renewable Energy.
Low Water Fall Height.
Turbine Design.
Turbine Efficiency Abstrak.
Turbin Archimedes merupakan teknologi energi terbarukan yang memanfaatkan energi kinetik aliran air untuk menghasilkan listrik.
Teknologi ini cocok digunakan di lokasi dengan tinggi jatuh air rendah, di mana teknologi turbin tradisional kurang efisien.
Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan menghitung parameter utama turbin Archimedes dengan efisiensi tinggi.
Metode yang digunakan meliputi pengumpulan data awal seperti debit dan kecepatan aliran air, analisis perhitungan menggunakan rasio roda gigi, dan simulasi desain untuk memvalidasi kekuatan struktur.
Parameter desain meliputi diameter turbin 0,276 meter, panjang 1 meter, dan kemiringan 30A.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa turbin mampu beroperasi pada kecepatan 113,88 rpm dan menghasilkan daya listrik 741,5 watt dengan efisiensi 85%.
Kesimpulan utama dari penelitian ini adalah bahwa turbin Archimedes memiliki potensi besar sebagai solusi energi terbarukan untuk daerah dengan tinggi jatuh air rendah.
Implementasi lebih lanjut di lapangan diperlukan untuk memvalidasi hasil ini dan mengevaluasi dampak Kata Kunci: Turbin Archimedes.
Energi Terbarukan.
Ketinggian Jatuh Air Rendah.
Desain Turbin.
Efisiensi Turbin How to Cite: Ilahi.
Afriansyah.
Prasetiyo.
Mukhlis.
, & Anwar.
Perancangan Turbin Archimedes Kapasitas 700 Watt untuk Aliran Sungai Dangkal.
ELASTICITY: Journal of Applied Engineering Science, 2 .
, 12-22.
Ilahi et al.
The Short Title of My Research Papers A PENDAHULUAN Turbin Archimedes atau Archimedes Screw adalah teknologi energi terbarukan yang memanfaatkan prinsip kerja ulir untuk mengubah energi kinetik air menjadi energi listrik.
Teknologi ini awalnya digunakan pada zaman kuno sebagai alat pemompa air (Saputra et al.
Namun, modifikasi pada tahun 2007 memungkinkan penggunaannya sebagai turbin yang menghasilkan listrik (Saputra et al.
, 2019.
Harja et al.
, 2.
Turbin ini sangat cocok untuk lokasi dengan tinggi jatuh air rendah dan aliran air yang stabil (Fikri & Suryadimal.
Turbin Archimedes memiliki efisiensi tinggi dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanik, yang kemudian dikonversi menjadi energi listrik menggunakan generator (Saputra et al.
, 2.
Prinsip kerja turbin ini yaitu aliran air memutar ulir turbin melalui gaya berat air dan perbedaan tekanan hidrostatik dalam bucket (Harja et al.
, 2.
Teknologi ini relevan dengan kebutuhan energi terbarukan di era modern, terutama untuk wilayah yang memiliki keterbatasan potensi energi air dengan tinggi jatuh air.
Penelitian ini bertujuan untuk merancang turbin Archimedes kapasitas 700 Watt pada aliran sungai dangkal.
Hal yang diperhatikan dalam perancangan antara lain dengan parameter perancangan, seperti efisiensi, dimensi, dan sudut kemiringan.
Penelitian ini juga menyertakan simulasi dan analisis hasil perhitungan untuk menentukan performa turbin.
METODE
Penelitian ini dilaksanakan di bulan Desember 2024.
Perhitungan dan perancangan Archimedes Screw dilakukan di Kampus.
Untuk data awal perancangan berdasarkan studi literatur dan survey area aliran disekitar aliran sungai dekat sawah.
Peralatan yang digunakan untuk menunjang penelitian yaitu bola ping-pong, benang nilon, meter roll dan stopwatch sebagai alat bantu pengumpulan data penelitian.
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah literatur-literatur mengenai konsep Archimedes Screw dan gearbox.
Serta contoh perhitungan yang digunakan untuk merancang dimensi dari Archimedes Screw yang akan Ilahi et al.
The Short Title of My Research Papers A Gambar 1.
Diagram Alir Prosedur penelitian dilakukan seperti pada Gambar 1 terlihat bahwa penelitian ini dilakukan dalam lima tahapan yaitu .
melakukan studi literatur untuk mencari ide dan referansi terkait penelitian yang akan dibuat, .
pengumpulan data awal penelitian yang meliputi tinggi jatuh air, debit dan kecepatan aliran, .
melakukan perancangan Archimedes Screw, .
mensimulasikan desain 3D Archimedes Screw yang telah dibuat menggunakan parameter-parameter yang tersedia, dan .
memberikan kesimpulan dari penelitian yang sudah HASIL DAN DISKUSI Data Kecepatan Saluran Air Tabel 1.
Pengukuran kecepatan air
0,88
0,96
0,88
Percobaan Waktu Jarak .
yc1 yc2 yc3 yc4 yc5
yc = yaAycaycuycycayco ycyyceycycaycuycaycaycaycu = ycI
4,48
ycO = yc = 0,896 = 2,23 yco/yc = 0,896 yc
0,80
0,80
Ilahi et al.
The Short Title of My Research Papers A Untuk perancangan dimensi turbin screw, terdapat parameter yang dianjurkan yaitu seperti pada tabel 2, yaitu Tabel 2.
Anjuran perancangan dimensi turbin screw
Jenis Turbin
Screw
Daya output
1-250 kW
Debit
100-5000 l/s Slope
1-7,5 m
Sudut air
22-36A
Sumber: Havendri dan Irfan Arnif, 2010 Perhitungan Debit Debit (Qmasu.
Q=vxA Dimana:
A = Ea0 x l Sehingga:
Q = v x Ea0 x l Q = 2,23 m/s x 0,2 m x 0,4 m Q = 0,1784 yco3 AEyc Perhitungan Potensi Daya Pair = p x g x h x Q ycoyci Pair = 998 AEyco3 ycu 9,8 ycoAEyc 2 ycu 0,5 yco ycu 0,1784 yco3 AEyc Pair = 872,4 Watt Data Perancangan Input awal dalam perhitungan dimensi Archimedes Screw adalah data debit (Q), kecepatan aliran .
, dan tinggi jatuh air .
Data tersebut diperoleh dari observasi yang dilakukan penulis di daerah Purwakarta.
Kecamatan Pondoksalam.
No.
Tabel 3.
Data awal rancangan Data Rancangan Tinggi jatuh air Kecepatan aliran air .
Kedalaman input air (Ea0 ) Lebar input air .
Keterangan 0,5 m 2,23 m/s 0,2 m 0,4 m Perancangan Archimedes Screw Dimensi screw dihitung berdasarkan daya turbin dan debit air yang telah direncanakan.
Daya yang dihasilkan turbin bergantung dengan energi yang masuk ke turbin Pair = p x g x h x Q Ilahi et al.
The Short Title of My Research Papers A ycoyciAE yco yco3 ycu 9,8 AEyc 2 ycu 0,5 yco ycu 0,1784 yco yc Pair = 872,4 Watt Pair = 998 Tabel 4.
Nilai konstanta ulir (Fikri & Suryadimal, 2.
Tabel 5.
Nilai konstanta ulir (Fikri & Suryadimal, 2.
Tabel 6.
Nilai konstanta ulir (Fikri & Suryadimal, 2.
Tabel 7.
Konstanta kecepatan putaran turbin (Fikri & Suryadimal, 2.
Turbine Revolution Kecepatan per-Minute (Rp.
Lambat Sedang Cepat Pada Tabel 7 dapat diketahui nilai konstanta dari diameter screw konstanta ulir dan putaran turbin yang dipilih adalah pada kategori cepat yaitu n = 31 rpm.
0,1784
ya = Oo 0,271 ycu 31 ycycyyco = 0,276 m Diameter poros turbin dihitung dengan melakukan perbandingan antara diameter poros terhadap poros sudu yang telah ditentukan.
ya = 0,276 yco ycu 0,271 = 0,074 yco Panjang turbin dihitung berdasarkan tinggi jatuh air 0,5 m dan kemiringan poros turbin terhadap bidang datar yang dipilih adalah 30A.
Ilahi et al.
The Short Title of My Research Papers A Sin a = ya = sin 30 = ya 0,5 yco ya = sin 30 = 1 yco Pitch pada turbin dirancang dengan mengambil sebuah ketetap dari Rores yaitu sudut turbin O 30 A jarak pitch = 1 D.
S = 1 x 0,276 = 0,276 m Jumlah ulir dihitung dengan membagi panjang turbin dengan pitch turbin S = 0.
1yco Z = 0,276yco = 3,62 = 4 ycycoycnyc Sudut ulir .
, menghitung kemiringan sudu-sudu turbin.
X = 4 ycu 0,276 m = 0,069 m OIh = X sin 30 = 0,069 x sin 30 = 0,0345 0,276 a = 0,0345 = 8A Asumsi efisiensi 85 % :
Pair = p x g x h x Q ycoyci Pair = 998 AEyco3 ycu 9,8 ycoAEyc 2 ycu 0,5 yco ycu 0,1784 yco3 AEyc Pair = 872,4 Watt Dengan asumsi 85 % maka:
ycE ycuycycycyycyc = ycE ycnycuycyycyc ycE ycuycycycyycyc 85 % = 872,4 ycycaycyc OeIe ycE ycuycycycyycyc 85 % = 872,4 ycOycaycyc ycu 85 85 % = 741,5 ycOycaycyc Dari data perhitungan diatas maka di dapat parameter perancangan sebagai berikut :
Tabel 8.
Data hasil rancangan turbin Data Rancangan Keterangan Diameter turbin 276 mm Diameter poros 74 mm Panjang turbin 100 mm Jumlah ulir 4 ulir Sudut ulir Pitch 0,25 m Ilahi et al.
The Short Title of My Research Papers A Kapasitas generator 900 Watt Gear besar 28 Teeth Gear kecil 12 Teeth Material ulir Baja Efisiensi plan Daya hidrolis 872,4 Watt Daya turbin 741,5 Watt Perhitungan Pressure Dari Data Simulasi Gambar 2.
Simulasi Dari data simulasi didapat penurunan kecepatan pada turbin Archimedes dari 2,23 m/s ke 1,9 m/s.
Kemudian dari data sebelumnya dapat dihitung pressure yang terjadi ditambah dengan peningkatan dari grafik.
ycE = ycy .
Ea ycoyci ycE = 998 AEyco3 ycu 9,8 ycoAEyc 2 ycu 0,5 yco ycE = 4890,2 Pa 500 Pa ycE = 5390,2 Pa Ilahi et al.
The Short Title of My Research Papers A Ilustrasi Perancangan Turbin Archimedes Gambar 3.
Ilustrasi turbin sesuai dengan perhitungan Gambar 4.
Ulir Archimedes Gambar 5.
Skematik turbin archimedes Gambar 6.
Ilustrasi turbin archimedes Ilahi et al.
The Short Title of My Research Papers A Adapun deformasi yang terjadi adalah maksimal 4,1 x 10Oe5 yco atau 4,1 x 10Oe2 ycoyco = 0,041 mm, sehingga konstruksi aman dengan safety factor adalah:
No.
Eb ycnycycnycu
Eb ycoycaycu
2,5 x 108
4,04 x 106
= 56
Tabel 9.
Dari data diketahui parameter yang di dapat Data Rancangan Keterangan Tekanan 5390,2 Pa Diameter turbin 0,276 m Efisiensi turbin Debit air 0,1784 yco3 AEyc Sudut Kecepatan terendah 1,9 m/s Maka RPM dapat diketahui, yaitu:
Vr cos 30= O R 1,9 m/s cos 30 = O 0,138 m ycycaycc O = 11,92 yc Sehingga:
RPM = O x 2ycu RPM = 11,92 x 2 ycu 3,14 = 113,88 ycycyyco Berdasarkan data perhitungan di dapat putaran turbin berada pada kecepatan 113,88 rpm, dengan rasio kecepatan yang sudah ditentukan melalui rasio gear 1:2,3 maka di dapat rpm pada generator adalah 261,9 rpm.
Simulasi Struktural Statis Gambar 7.
Simulasi struktural statis Gambar 8.
Simulasi struktural statis Ilahi et al.
The Short Title of My Research Papers A Dari data analisis struktural statis dengan menggunakan material baja, dimana kekuatan tarik yang ada pada 2,5 x 108 Pa dan tegangan yang terjadi akibat tekanan dari air Eb max = 4,04 x 106 , maka konstruksi masih aman dengan menggunakan material baja.
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian tentang perancangan Archimedes Screw menggunakan chain sprocket dengan rasio 28:12 untuk pembangkitan listrik, diperoleh desain turbin dengan diameter 0,276 meter, panjang 1 meter, sudut kemiringan 30A, dan jumlah ulir sebanyak empat.
Turbin ini mampu menghasilkan kecepatan putaran sebesar 113,88 rpm dengan laju aliran ratarata 1,9 m/s, menghasilkan daya keluaran sebesar 741,5 Watt dan mencapai efisiensi 85%.
Turbin ini menawarkan solusi energi terbarukan yang efisien dan dapat diimplementasikan di daerah dengan keterbatasan potensi energi air, khususnya aliran sungai dangkal
REKOMENDASI