BAB I PENDAHULUAN
1.3 Tujuan dan Manfaat
1.3.2 Manfaat
Hasil penelitian ini diharapkan dapat:
a. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga air mikrohidro.
b. Diterapkan di masyarakat yang berada dekat sumber air. Mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi.
c. Membangunkan kepedulian masyarakat terhadap upaya konservasi air.
5 BAB II DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Unjuk kerja turbin crossflow dipengaruhi oleh banyak parameter antara lain adalah jumlah sudu, sudut pancaran air masuk, sudut keluar, posisi pancaran air masuk, lintasan aliran air di dalam turbin, rasio lebar dan diameter runner, rasio diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur runner maupun nozzle.
Geometri runner turbin crossflow dapat dilihat pada Gambar 2.3 dan 2.5.
Penelitian tentang turbin crossflow banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat dari plat yang dilengkung. Turbin crossflow yang dilengkapi dengan saluran pengarah di dalam runnernya pernah dibuat dan diuji (Olgun, 2000).
Saluran pengarah dibuat dengan tujuan untuk mengumpulkan dan mengarahkan air yang keluar dari sudu atas agar dapat menuju sudu bawah dengan lebih baik.
Tiga bentuk saluran telah dibuat dan diuji dengan berbagai variasi posisi saluran pengarah serta variasi bukaan nozzle. Penambahan saluran di dalam runner ternyata tidak menaikkan efisiensi tetapi justru menurunkan efisiensi turbin crossflow sebesar 5 %.
Penelitian terhadap pengaruh perbandingan diameter dalam dan diameter luar runner juga telah dilakukan (Olgun, 1998). Dalam penelitian ini digunakan 4 buah runner. Runner yang diuji mempunyai jumlah sudu 28 buah, diameter luar 170 mm, dan lebar 114 mm. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar untuk tiap runner dibuat berbeda. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar
yang digunakan adalah 0,75; 0,67; 0,58; dan 0,54. Sudut masuk pancaran air dipilih sebesar 16o. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi tertinggi dicapai pada perbandingan 0,75 dan terendah pada perbandingan 0,54 dengan perbedaan sebesar 3%. Efisiensi tertinggi yang bisa dicapai adalah sebesar 72%.
Penelitian terhadap pengaruh sudut nozzle menunjukkan bahwa efisiensi akan semakin besar jika sudut nozzle semakin besar (Khosrowpanah, 1988).
Penelitian ini menggunakan 3 buah runner dengan jumlah sudu 20, 15 dan 10 serta 1 buah runner dengan diameter setengah dari diameter runner yang lain, sedangkan jumlah sudunya 20. Dari penelitian ini juga didapatkan bahwa efisiensi tertinggi dari tiap runner dicapai pada kecepatan spesifik yang sama. Semakin banyak jumlah sudu akan memberikan efisiensi yang semakin tinggi, namun jumlah sudu tersebut ada batasnya. Untuk sudut nozzle tertentu efisiensi maksimum dicapai pada jumlah sudu tertentu. Ada jumlah sudu optimum untuk sudut nozzle tertentu (Joshi,1995).
2.2 Landasan Teori 2.2.1 Definisi Turbin Air
Turbin air adalah salah suatu mesin berputar yang mengkonversi energi dari suatu gerakan aliran air menjadi energi mekanis. Energi mekanis ini kemudian ditransfer melalui suatu poros untuk mengoperasikan mesin atau generator. Turbin air digunakan pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA) untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan memanfaatkan aliran dan tinggi air jatuh. Air dibawah tekanan tinggi di dalam dam dilepaskan ke
7
dalam suatu saluran dimana akan menggerakan impeler turbin sehingga menyebabkan putaran yang cepat. Daya mekanis ini kemudian ditransfer ke generator oleh suatu poros dan kemudian akan menghasilkan energi listrik.
Pemilihan suatu turbin tergantung pada karakteristik lokasi, karena menentukan tinggi air jatuh dan kapasitas air. Selain itu pemilihan turbin juga tergantung dari kecepatan putar yang diminta oleh generator.
2.2.2 Perkembangan Turbin Air
Bentuk yang paling tua dan sederhana dari turbin air adalah kincir air, yang pertama kali digunakan oleh bangsa yunani pada abad pertengahan.
Perpindahan dari bentuk kincir air ke bentuk turbin air modern memakan waktu sekitar 100 tahun. Pada awal abad ke 19 seorang insinyur Prancis yang bernama Claude Bourdin menemukan kata turbin yang diambil dari bahasa latin yang berarti memutar atau pusaran air. Perkembangan turbin air mulai terlihat pada pertengahan abad 18 :
1. Pada pertengahan abad 17 Jan Andrej Segner mengembangkan suatu turbin air reaktif, yang merupakan mesin yang sangat sederhana yang hingga saat ini masih dapat dijumpai di lokasi hidro yang kecil.
2. Pada tahun 1826 Benoit Fourneyron mengembangkan sebuah turbin air berefisiensi 80%. Air diarahkan menyimpang melalui turbin runner sehingga turbin runner berputar (turbin aliran keluar).
3. Pada tahun sebelumnya sekitar tahun 1820, Jean- Victor Poncelete mendisain turbin air aliran dalam, dengan menggunakan prinsip yang sama dia mendapat U.S.paten di tahun 1838.
4. Pada tahun 1848 James B. Francis mengembangkan disain turbin air aliran dalam untuk mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi (90%).
2.2.3 Jenis-jenis Turbin Air
Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk penyediaan kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya dikelompokan berdasarkan kegunaan tertentu, kapasitas aliran dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu turbin air diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara. Secara umum turbin air dikelompokkan menurut tinggi air jatuh (Head) dan juga prinsip kerja turbin tersebut merubah energi air menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi ini turbin air dibagi menjadi :
Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin Terhadap Head
Head tinggi Head sedang Head rendah Turbin impuls Turbin pelton
Turbin turgo
Turbin reaksi Turbin francis Turbin kaplan
9
2.3 Turbin Crossflow
Turbin Crossflow atau yang juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki merupakan salah satu jenis turbin impuls. Turbin crossflow terdiri dari dua bagian yaitu nozzle dan runner. Turbin crossflow menggunakan nozzle berpenampang persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Sedangkan tinggi nozzle dapat diubah-ubah karena menggunakan sebuah katup yang dapat diset ketinggiannya. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. Pancaran air dari nosel masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Pancaran air masuk turbin melalui bagian atas, memberikan energi ke sudu kemudian masuk ke bagian dalam turbin dan keluar melalui bagian bawah turbin. Turbin mengambil energi air dua kali yaitu melalui sudu atas dan sudu bawah. Pada bagian atas turbin mengambil energi sebesar 72 % dan pada bagian bawah turbin mengambil energi sebesar 28 %.
Gambar 2.1 Turbin Crossflow aliran air Katup
nozzle
poroS
sudu
Dari kapasitas air dan tinggi air jatuh dapat diperoleh potensi daya air yang tersedia yaitu (Dietzel, 1996, hal. 2) :
H Q g
Pin =ρ (1)
Dengan
P : daya yang tersedia (W), ρ : massa jenis air (kg/m3),
g : percepatan gravitasi (m/detik2), Q : debit air (m3/detik),
H : tinggi air jatuh (m),
Gambar 2.2 Aliran Air Pada Turbin Crossflow (Mockmore, 1949, hal. 6)
Pada gambar 2.2 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk ke dalam runner pada titik A dengan membentuk sudut α terhadap kecepatan
11
kelilingnya. Kecepatan air memasuki runner (V1 ) dihitung dengan (Mockmore,1949,hal 6) :
V1=C (2gH)½ (2)
Dengan C merupakan koefisien kerugian pada nosel Daya teoritis yang dihasilkan turbin adalah
(
V1cos 1 V2cos 2)
u1Efisiensi turbin yang merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan turbin dengan daya air yang tersedia adalah (Mockmore, 1949, hal 8):
( )
Secara teoritis efisiensi turbin dipengaruhi oleh kecepatan pancaran air masuk turbin dan sudut pancaran air.
Untuk menghasilkan listrik poros turbin dihubungkan dengan poros generator. Hubungan ini melalui sistem transmisi yang ditentukan berdasarkan putaran poros turbin dan putaran kerja generator. Daya listrik (P) yang dihasilkan generator dapat diketahui setelah arus dan tegangan yang dihasilkan diukur.
Besarnya daya listrik adalah
Pout = V I (6)
dengan :
Pout : Daya yang dihasilkan generator (watt) V : tegangan listrik yang dihasilkan (volt) I : kuat arus listrik yang dihasilkan (ampere)
Efisiensi menyeluruh (efisiensi nozzle, turbin, transmisi dan generator) dihitung dengan persamaan
Perhitungan ukuran-ukuran turbin menggunakan asumsi sudut pancaran air masuk (α1) sebesar 16o dan nilai ψ = 0.98 , C = 0.98 dan k = 0,087 (Mockmore,1949, hal 17). Dengan asumsi tersebut secara teoritis dapat dicapai efisiensi maksimum turbin sebesar 87,8% (Mockmore,1949, hal 9).
Ukuran turbin crossflow ditentukan berdasarkan lebar dan diameter runner.
Lebar dan diameter runner dapat ditentukan dengan persamaan (Mockmore,1949, hal 17):
LD1 = 210,6 Q/H½ (8)
dengan
L : lebar runner (inch)
13
D1 : diameter runner (inch) Q : debit air (ft3/s) H : tinggi jatuh air (ft)
Lebar runner ditentukan dengan terlebih dahulu menentukan diameter turbin yang direncanakan. Pemilihan diameter turbin akan menentukan putaran kerja turbin, sehingga dalam pemilihannya mempertimbangkan putaran kerja generator.
Putaran kerja turbin (N) adalah (Mockmore,1949, hal 15):
N =862H½/ D1 (9)
Setelah diameter runner ditentukan maka dapat dihitung besarnya jari-jari kelengkungan sudu (ρ) yaitu (Mockmore,1949, hal 15):
ρ = 0.326 D1/2 (10)
Karena sudu akan dibuat dari pipa yang dibelah maka kemudian dipilih pipa dengan jari-jari mendekati jari-jari kelengkungan sudu hasil perhitungan. Setelah pipa untuk sudu ditentukan maka diameter runner dihitung kembali dengan :
D1 = 2 ρ / 0.326 (11)
Lebar runner ditentukan dengan
L = 210,6 Q/(H½ D1) (12)
Lebar velk radial (a ) ditentukan dari persamaan (Mockmore, 1949, hal 12) :
a = 0,17 D1 (13)
Gambar 2.3 Kelengkungan Sudu (Mockmore, 1949, hal. 16)
Untuk sudut pancaran air (α1) sebesar16o maka sudut sudu (δ) adalah 73o 28’
(Mockmore, 1949, hal. 15). Dengan demikian untuk sudu dari pipa maka sudu dibuat dengan membelah pipa dengan sudut busur 73o 28’.
Gambar 2.4 Sketsa Pipa Dibelah Dengan Sudut 73o 28’
15
Jarak antar sudu (t) dihitung dengan persamaan (Mockmore, 1949, hal 10) :
t = s1/sin β1 (14)
dengan :
s1 = kD1 (Mockmore, 1949, hal 14),
β1 = 30o (Mockmore, 1949, hal 10), untuk α =16
Gambar 2.5 Jarak Antar Sudu (Mockmore, 1949, hal. 9) Jumlah sudu (n) ditentukan dengan (Mockmore, 1949, hal 17)
n = л D1/t (15)
Nozzle turbin Crossflow berbentuk persegi panjang. Penrhitungan ukuran nozzle :
so = Q / (V1 L) (16)
Gambar 2.6 Penampang Nozzle Torsi yang terjadi adalah sebagai berikut
N
T =9,74 x 105 Pd (17)
Untuk menentukan diameter poros dѕ, digunakan persamaan berikut ini
13
17 BAB III
PERANCANGAN DAN PELAKSANAAN PENELITIAN 3.1 Disain Penelitian
gambar 3.1a Diagram alir penelitian
Gambar 3.1b Diagram alir pengambilan data
START - Pembuatan runner
PENGAMBILAN DATA
ANALISA DATA
- P ; Pout ; ηtot (tiap variasi) - Grafik dengan variasitinggi
nozzle 9 mm dan 14 mm dari
Atur tinggi nozzle = 14mm
Ukur tekanan air
Pasang beban 10 watt
Nyalakan PHB
Ukur V,I, N generator
Matikan PHB
3.2 Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
a. Pipa hitam diameter 1 ¼ inch , panjang 1m b. Plat tebal 15 mm x 100 mm x 100 mm , 2 buah c. Besi poros diameter 30 mm x 300 mm.
3.3 Peralatan Penelitian
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
a. Alat uji turbin
b. Tachometer, multimeter
c. Peralatan kerja bangku, mesin : bubut,milling,las d. Alat ukur (roll meter, jangka sorong, siku).
3.4 Jalannya Penelitian 3.4.1 Persiapan
Tahap awal dari penelitian ini adalah studi pustaka. Pada tahap ini, bahan-bahan yang akan digunakan sebagai referensi dikumpulkan. Referensi yang dikumpulkan berasal dari berbagai sumber, namun kebanyakan berasal dari internet. Referensi ini berupa hasil penelitian lembaga lain dan buku-buku acuan.
Tahapan selanjutnya adalah pembuatan jadwal kerja yang akan digunakan sebagai pedoman untuk mencapai efisiensi waktu yang maksimal.
19
3.4.2 Pembuatan Alat 3.4.2.1 Desain Alat
Pada tahapan ini, gambar kerja dibuat. Sebelum membuat gambar kerja, terlebih dahulu dibuat sketsa alat. lalu pembelian bahan-bahan yang dibutuhkan.
Alat uji turbin juga akan digunakan pada pelaksanaan uji prestasi.
Penelitian akan dilaksanakan dengan membuat sebuah runner (runner A) dengan diameter dan panjang yang sama dengan runner dari alat uji turbin (runner B).
Sedangkan perbedaannya terletak pada jumlah sudu, bahan sudu, dan proses manufakturing runner.
Runner B akan dilepas, dan digantikan dengan runner A. Sedangkan komponen lain seperti rumah runner, generator, transmisi sabuk dan puli, panel-panel listrik, dan nozzle akan tetap dipakai pada penelitian ini.
Penelitian ini tidak dilakukan di lapangan, melainkan disimulasikan dengan menggunakan peralatan-peralatan yang telah direncanakan dan dipersiapkan oleh kelompok studi Rekayasa Tenaga Air. Untuk menggantikan laju aliran sungai, digunakan sebuah pompa berkapasitas maksimum 10 L/dtk, Head 22 m dan kecepatan putar 1500 rpm.
Pompa mengalirkan air yang ditampung pada sebuah bak air kapasitas 240 liter. Air tersebut dipompakan menuju ke nozzle melalui pipa penstock berdiameter 2 inch. Untuk mengatur debit dan head masuk Nozzle, dipasang dua buah kran pada pipa penstock. Air yang masuk ke nozzle akan digunakan untuk memutar Runner di dalam rumah runner, kemudian masuk kembali ke dalam bak penampung. Poros runner dihubungkan ke poros generator menggunakan
transmisi sabuk dan puli. Selain itu juga digunakan kopling flens luwes. Generator akan menghasilkan listrik. Listrik yang dihasilkan kemudian diukur saat pengambilan data.
Gambar 3.2 Alat Uji Turbin.
3.4.2.2 Perancangan Runner
Untuk pembuatan runner, dipakai sudu dari pipa yang dibelah.
Perancangan dan perhitungannya adalah sebagai berikut:
a. Data perancangan
Debit (Q) = 8 L/s
= 0,283 ft3/s
Head (H) = 4,5 m
= 14,764 ft Koefisien kecepatan nozzle(C) = 0,98 Faktor koreksi nozzle (k) = 0,087
21
Sudut masuk (α) = 16°
Gravitasi (g) = 32,18 ft/s2
Diameter pipa untuk sudu(d1) = 1,25 inch b. Kecepatan pancaran (V)
gH
g. Kecepatan putar runner (N)
= 18 buah (pada penelitian ini, jumlah sudu dibuat menjadi 16 buah untuk variasi)
23
p. Bahan poros
25
sudut masuk (α) = 16°
jumlah sudu (n) = 16 buah
3.4.2.3 Pembuatan Runner
Setelah perancangan selesai, dilanjutkan dengan pembuatan runner.
Langkah pertama adalah pembuatan sudu. Pipa hitam dipotong-potong dengan panjang 103 mm, kemudian dibelah dengan sudut 74° sebanyak 16 buah.
Pembelahan dapat dilakukan dengan gergaji tangan atau dengan mesin skrap.
Pembuatan alat dilanjutkan dengan membuat piringan dan poros runner.
Piringan dan poros dibentuk menggunakan mesin bubut. Piringan dibuat 2 buah, satu untuk sebelah kanan, satu untuk sebelah kiri. Setelah selesai dibentuk, piringan di sket dengan templet yang dibuat dengan software Solid Work yang sudah diprint ( dicetak ) dengan menggunakan plastic, dan setelah templet ditempelkan ke piringan, piringan diberi tanda titik dengan spidol sejumlah 32 titik. Titik-titik ini akan digunakan untuk mengelas sudu dengan piringan.
Piringan dan poros disambung dengan las. Pengelasan dilakukan dengan teliti supaya hasilnya simetris dan tidak oleng. Setelah kedua piringan terpasang, sudu-sudu dipasang satu per satu. Pemasangan dilakukan dengan cara silang menyilang. Setelah satu sudu selesai dilas, dilanjutkan dengan sudu yang ada di seberangnya. Hal ini dilakukan untuk menghindari adanya defleksi akibat panas saat pengelasan.
Pengelasan sudu dilakukan secara bertahap. Empat buah sudu dilas terlebih dahulu, masing-masing 1 buah sudu untuk bagian atas, bawah, kanan dan
kiri. Pengelasan 4 buah sudu ditujukan untuk menjaga agar posisi poros tetap center, sudu yang lain kemudian dilas.
Setelah semua sudu dilas, dilakukan finishing dengan gerinda tangan.
Sisa-sisa pengelasan diratakan. Sesudah itu, dilakukan balancing geometri dengan mesin bubut.
3.4.2.4 Pemasangan Runner ke Alat Uji Turbin
Runner kemudian dipasang ke alat uji turbin. Setelah selesai dipasang, rumah bantalan yang terdapat di sisi kanan dan kiri rumah runner dipasang.
Diikuti dengan pemasangan kopling transmisi sabuk dan puli. Setelah dipastikan semua bagian terpasang, penelitian dilanjutkan dengan uji prestasi.
3.4.3 Uji Prestasi
Pada tahap ini dilakukan pengambilan data untuk mengetahui unjuk kerja dari turbin crossflow.
Variabel yang divariasikan :
a. Debit air, yaitu : 10,6 L/s ; 9,3 L/s ; 8,3 L/s b. Tinggi nozzle : 14 mm ; 9 mm ; 4 mm
c. Beban generator : 10 W ; 15 W ; 25 W ; 40 W ; 60 W ; 100W Variabel yang diukur :
a. Head air
b. Tegangan yang dihasilkan generator c. Arus yang dihasilkan generator
27
d. Putaran turbin Langkah penelitian :
a. Isi bak penampung dengan air b. Pasang runner pada alat uji turbin c. Nyalakan pompa air
d. Atur Debit air = 10,6 L/s, dengan mengatur dua kran pada pipa penstock
e. Atur tinggi nozzle = 14 mm , dengan cara memutar lengan pengatur di samping atas rumah runner
f. Ukur dan catat tekanan air dengan manometer pada saluran nozzle g. Pasang beban (lampu) 10 Watt
h. Nyalakan Panel Hubung Bagi
i. Ukur dan catat tegangan serta arus listrik yang dihasilkan generator menggunakan multimeter
j. Ukur dan catat putaran turbin menggunakan tachometer k. Matikan Panel Hubung Bagi
l. Ulangi langkah g-k untuk beban = 15 W; 25 W; 40 W; 60 W; 100W m. Ulangi langkah e-l untuk tinggi nozzle = 9 mm ; 4 mm
n. Ulangi langkah d-m untuk debit = 9,3 L/s ; 8,3 L/s o. Matikan pompa air
3.4.4 Analisa Data
Pengolahan data dilakukan sebagai berikut :
a. Hitung potensi daya air dengan persamaan 1 untuk tiap variasi debit.
b. Hitung daya yang dihasilkan generator dengan persamaan 6 untuk tiap variasi.
c. Hitung efisiensi total dengan persamaan 7 untuk tiap variasi.
d. Analisis dilakukan dengan membuat grafik hubungan putaran turbin dengan daya dan grafik hubungan putaran turbin dengan efisiensi untuk tiap variasi.
3.5 Kesulitan Penelitian
Kesulitan yang dihadapi pada saat pelaksanaan penelitian adalah sebagai berikut:
a. Pengukuran debit air yang menggunakan metode bucket kurang akurat dan tidak bisa dilakukan pengaturan debit tetap konstan pada head yang berbeda. Pengukuran debit air sebaiknya menggunakan flowmeter.
b. Pemasangan sudu pada piringan runner kurang presisi. Untuk mengatasinya dibuat templet dan diberi tanda titik kecil pada piringan. Pada proses pengelasan sebaiknya menggunakan Jig, agar mempermudah dalam proses penempatan sudu pada piringan runnernya.
29
c. Penyesuaian kondisi peralatan yang digunakan supaya mendekati data perancangan. Saran untuk peralatan yang digunakan disesuaikan dengan perancangan.
30 BAB IV PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
Dalam bab ini diterakan hasil penelitian dari runner 16 sudu atau runner A.
4.1.1 Data Variasi Tinggi Nozzle 9 mm dari Runner A
Tabel 4.1 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 10,6 l/s DEBIT 10.6 l/s Head 6.26 m
Tabel 4.2 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 9,3 l/s
DEBIT 9.3 l/s Head 5.63 m
31
Tabel 4.3 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 8,3 l/s
DEBIT 8.3 l/s Head 4.22 m
4.1.2 Data Variasi Tinggi Nozzle 14 mm dari Runner A Tabel 4.4 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 10,6 l/s
DEBIT 10.6 l/s Head 3.52 m
Tabel 4.5 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 9,3 l/s DEBIT 9.3 l/s Head 3.17 m
Tabel 4.6 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 8,3 l/s
DEBIT 8.3 l/s Head 2.46 m
No. Beban Tegangan Arus Daya (Pout)
Putaran (N)
(Watt) (Volt) (x 200 mA)
(Watt) (rpm)
1 10 143 0.4 11.44 775.6
2 15 138 0.7 19.32 753.3
3 25 133 0.9 23.94 750.2
4 40 128 1.2 30.72 748.8
4.2 Grafik Hasil Penelitian
4.2.1 Grafik dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm dari Runner A Debit 10,6 l/s
Gambar 4.1 Grafik Daya yang Dihasilkan VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm .
Daya terbesar untuk debit 10,6 l/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 795,3 rpm yaitu 47,26 watt. Sedangkan untuk debit 10,6 L/s tinggi nozzle 9 mm, daya terbesar yang dihasilkan turbin yaitu 33,8 watt pada putaran 729,3 rpm.
33
Gambar 4.2 Grafik Efisiensi VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm
dan 14 m
Efisiensi terbesar untuk debit 10,6 l/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 795,3 rpm yaitu 12,97%. Pada tinggi nozzle 9 mm, efisiensi terbesar yang dapat dihasilkan turbin yaitu 5,19 % pada putaran 729,3 rpm.
4.2.2 Grafik dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm dari Runner A Debit 9,3 L/s
Gambar 4.3 Grafik Daya yang Dihasilkan VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm
Daya terbesar untuk debit 9,3 l/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 778 rpm yaitu 48,62 watt. Sedangkan untuk tinggi nozzle 9 mm, daya terbesar yang dihasilkan turbin 32,4 watt pada putaran 813,9 rpm.
Gambar 4.4 Grafik Efisiensi VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm
Efisiensi terbesar untuk debit 9,3 l/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 778 rpm yaitu 16,83 %. Pada tinggi nozzle 9 mm, efisiensi terbesar yang dapat dihasilkan turbin yaitu 6,31% pada putaran 813,9 rpm.
4.2.3 Grafik dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm dari Runner A Debit 8,3 L/s
Gambar 4.5 Grafik Daya yang Dihasilkan VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm.
35
Daya terbesar untuk debit 8,3 l/s terjadi pada tinggi nozzle 9 mm dan putaran 761 rpm yaitu 37,8 watt. Sedangkan untuk tinggi nozzle 14 mm, daya terbesar yang dihasilkan turbin 30,72 watt pada putaran 748,8 rpm.
Gambar 4.6 Grafik Efisiensi VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm.
Efisiensi terbesar untuk debit 8,3 l/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 748,8 rpm yaitu 15,32%. Pada tinggi nozzle 9 mm, efisiensi tertinggi yang dapat dihasilkan turbin yaitu 10, 99 % pada putaran 761rpm.
Efisiensi total yang dihasilkan rendah, hal ini dikarenakan putaran generator jauh di bawah daerah kerja generator (1400 rpm) sehingga mengakibatkan efisiensi generator rendah. Selain itu, adanya poros di antara piringan runner juga menghambat aliran air yang keluar dari sudu atas ke sudu bawah. Sehingga pemanfaatan aliran air oleh sudu bagian bawah menjadi berkurang. Hal ini dapat mengurangi efisiensi runner.
Jika tidak diperoleh data untuk beberapa variasi, hal ini disebabkan karena tegangan yang dihasilkan tidak cukup kuat untuk beban yang dipasang (lampu pijar 220 V), sehingga relay pada panel tidak dapat bekerja.
Grafik yang diperoleh tidak seperti yang diinginkan, hal ini disebabkan oleh putaran turbin yang kurang stabil. Balancing runner yang dilakukan kurang baik, karena hanya dilakukan balancing terhadap geometri.
Semakin kecil putaran, semakin besar daya yang dihasilkan. Putaran runner yang kurang stabil menyebabkan daya yang dihasilkan juga kurang stabil.
Perbandingan beban dengan putaran seharusnya berbentuk parabolik dengan sebuah titik puncak atas. Beban maksimal terjadi di titik puncak atas, dan pada saat putaran optimal. Ketika menuju ke titik puncak atas, daya dan putaran akan bertambah besar. Akan tetapi, setelah melewati putaran optimal, daya yang terjadi akan menurun meskipun putaran tetap naik.
Pada hasil penelitian ini, tidak diperoleh hasil seperti pada keterangan di atas.
Bahkan dari hasil penelitian diperoleh semakin besar beban yang diberikan, putaran yang terjadi selalu menurun. Tidak diperoleh berapa kecepatan optimal turbin. Hal ini disebabkan karena pada penelitian tidak menggunakan horse power brake, melainkan menggunakan beban lampu pijar. Hal ini menyebabkan putaran generator tidak dapat diatur. Putaran generator tergantung pada besarnya beban yang digunakan. Sedangkan titik puncak dan putaran optimum yang sebenarnya tidak diketahui karena penggunaan beban sebagai variasi hanya sampai dengan 100 w.
37 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
a. Daya terbesar terdapat pada debit 9,3 L/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 778 rpm yaitu 48,62 watt. Sedangkan untuk tinggi nozzle 9 mm, daya terbesar yang dihasilkan turbin 32,4 watt pada putaran 813,9 rpm.
b. Efisiensi terbesar terdapat pada debit 9,3 L/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 778 rpm yaitu 16,83 %. Pada tinggi nozzle 9 mm, efisiensi terbesar yang dapat dihasilkan turbin yaitu 6,31% pada putaran 813,9 rpm.
5.2. Saran
a. Pembuatan runner sebaiknya tanpa poros tengah (antar piringan) sehingga tidak menghalangi aliran air dari sudu atas
b. Generator yang digunakan pada alat uji turbin diganti dengan generator yang mempunyai daerah kerja antara 750 rpm sampai dengan 1000 rpm
c. Kalibrasi alat ukur milik laboratorium
d. Untuk menghindari oleng, proses pemasangan sudu sebaiknya menggunakan Jig.
e. Untuk perancangan runner, diusahakan agar piringan tidak terlalu tebal supaya runner tidak terlalu berat
e. Untuk perancangan runner, diusahakan agar piringan tidak terlalu tebal supaya runner tidak terlalu berat