BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.3. Pembahasan
Pembahasan nanti akan banyak berbicara mengenai daya dan effisiensi turbin terbesar yang dapat dicapai oleh turbin aliran silang dengan sudu yang dibuat dari pipa dibelah dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 22 buah.
Unjuk kerja turbin tersebut akan dibandingkan dengan turbin aliran silang dengan sudu yang dibuat dari plat dilengkung dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 buah.
Dari data-data hasil penelitian dan perhitungan, dapat dilihat bahwa semakin bertambah daya, maka tegangan akan semakin turun. Hal ini sesuai dengan teori awal yang sudah dibahas pada bab II, bahwa semakin besar beban yang diterima motor induksi,maka tegangan akan semakin turun.
Dari tabel data hasil penelitian juga dapat dilihat bahwa arus akan semakin besar seiring dengan bertambahnya beban. Hal ini sesuai dengan teori, semakin besar beban semakin besar arus yang dibutuhkan.
Semakin besarnya arus yang dibutuhkan beban pada akhirnya tidak dapat disediakan oleh generator meskipun tegangan masih terbaca (masih ada nilainya). Hal inilah yang membuat beban tidak menyala ketika tegangan turun hingga mencapai 130 volt.
Kemungkinan lain adalah panel hubung bagi tidak dapat bekerja ketika tegangan hanya sekitar 130 volt ( alat hanya bekerja ketika tegangan mencapai 130 V atau lebih ).
4.3.1 Pembahasan Daya
Dari data hasil perhitungan-perhitungan diatas dapat dibuat grafik antara daya dan putaran generator untuk turbin aliran silang dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 22 buah:
Gambar 4.1 Grafik Daya vs Putaran pada Tinggi Bukaan Nozzle 9 mm
Gambar 4.3 Grafik Daya vs Putaran pada Tinggi Bukaan Nozzle 19 mm
Dari perhitungan data, didapatkan bahwa daya keluaran terbesar yang didapatkan oleh turbin aliran silang dengan sudu dari pipa dibelah dengan busur sudu 74°, radius sudu 0,875 dan jumlah sudu 22 buah adalah 54,6 watt. Daya tersebut didapatkan pada variasi debit 10,7 l/s.
Putaran yang dipakai pada grafik adalah putaran turbin, yaitu setengah dari putaran generator. Hal ini disebabkan karena angka perbandingan transmisi turbin dan generator adalah 1:2.
Tabel 4.15 Daya Keluaran Terbesar pada Turbin Aliran Silang dengan Busur Sudu 74° dan Jumlah Sudu 22 Buah
Head = 3,52 m H2O
Beban P in P out η total nq
( Watt ) ( Watt ) ( Watt ) ( % ) ( rpm )
10 369 23,4 6,34 16,98 20 369 23,1 6,26 16,94 30 369 24 6,50 16,91 40 369 24 6,50 16,89 50 369 25,5 6,91 16,85 60 369 36,25 9,82 16,49 70 369 40,5 10,98 16,46 80 369 54,6 14,80 16,24
Sebagai perbandingan, pada variasi debit yang sama untuk turbin aliran silang dengan sudu dari plat yang dilengkung dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 buah ( turbin buatan cihanjuang ) daya keluaran terbesar yang didapatkan adalah sebesar 66,3 watt.
Tabel 4.16 Daya Keluaran Turbin Aliran Silang dengan Busur Sudu 74° dan Jumlah Sudu 28 Buah pada Variasi Debit 10,7 l/s
Head = 3,87 m H2O
Beban P in P out η total nq
( Watt ) ( Watt ) ( Watt ) ( % ) ( rpm )
10 405,90 22,8 4,31 32,08 20 405,90 25,2 6,21 31,83 30 405,90 30,6 7,54 31,74 40 405,90 44,2 10,89 31,69 50 405,90 48 11,83 31,68 60 405,90 52,14 12,85 31,60 70 405,90 52,5 12,93 31,58 80 406 51,8 12,76 31,56 90 405,90 55,35 13,64 31,43
Tabel 4.16 “ lanjutan” Head = 3,87 m H2O
Beban P in P out η total nq
( Watt ) ( Watt ) ( Watt ) ( % ) ( rpm )
100 405,90 60,75 14,97 31,43
110 405,90 66,30 16,33 31,03
Apabila dibuat persentase untuk variasi debit yang sama, maka daya keluaran turbin dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 buah 21,43% lebih baik dibanding daya keluaran dari turbin dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 22 buah.
Sedangkan untuk perbandingan daya keluaran terbesar yang dapat dicapai oleh turbin dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 buah terjadi peningkatan daya sebesar 28,57 % dibandingkan dengan turbin dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 22 buah. Daya keluaran terbesar yang dapat dicapai oleh turbin dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 buah adalah 70,2 Watt.
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Daya pada Variasi Debit 10,7 l/s dan variasi beban
Menurut Mockmore, daya akan bertambah seiring dengan bertambahnya putaran hingga mencapai titik maksimum. Setelah itu daya akan turun meskipun putaran bertambah.
Dari Gambar 4.1, belum terlihat titik maksimum yang dimaksud karena grafik belum berbentuk parabola. Hal ini berarti sebenarnya daya terbesar yang didapat, yaitu sebesar 54,6 W bukanlah daya maksimum yang dapat dicapai turbin.
Jika mengacu pada grafik daya vs putaran menurut mockmore, kisaran putaran pada percobaan ini adalah sekitar 300-400 rpm saja. Dapat dikatakan bahwa batasan untuk percobaan yang dilakukan masih sangat kecil.
Gambar 4.5 Grafik Daya vs Putaran Menurut Mockmore
Tidak didapatkannya daya maksimum yang mestinya dicapai turbin ini karena beban tidak menyala pada saat tengangan turun hingga mencapai 130 volt yang sudah dibahas sebelumnya.
Jika ingin mendapatkan daya terbesar dan grafik seperti Gambar 4.5 maka seharusnya daya keluaran yang dihitung adalah daya keluaran langsung dari turbin, bukan dari generator.
4.3.2 Pembahasan Effisiensi
Dari data hasil perhitungan-perhitungan diatas dapat dibuat grafik antara effisiensi dan putaran generator untuk turbin aliran silang dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 22 buah:
Gambar 4.7 Grafik Effisiensi vs Putaran pada Tinggi Bukaan Nozzle 14 mm
Dari perhitungan data didapatkan effisiensi terbesar yang didapatkan oleh turbin aliran silang dengan sudu dari pipa dibelah dengan busur sudu 74°, radius sudu 0,875 dan jumlah sudu 22 buah adalah 16,368 %. Effisiensi terbesar tersebut didapatkan pada variasi debit 9,5 l/s.
Tabel 4.17 Tabel Effisiensi Terbesar Turbin Aliran Silang dengan Busur Sudu 74° dan Jumlah Sudu 22 Buah
P in (Watt) P out (Watt) Eff (%) Nq (rpm) 262,09 16,5 6,3 18,25 262,09 18 6,87 18,21 262,09 18,85 7,2 18,17 262,09 20,25 7,73 18,11 262,09 40,5 15,45 18,06 262,09 42,9 16,37 17,93
Effisiensi terbesar tersebut tidak dicapai pada variasi debit dimana daya keluaran terbesar terjadi.
Sebagai perbandingan, pada variasi debit yang sama untuk turbin aliran silang dengan sudu dari plat yang dilengkung dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 buah ( turbin buatan cihanjuang ) effisiensi terbesar yang didapatkan adalah 18,54 % atau 13,3 % lebih besar dibanding effisiensi terbesar yang dicapai oleh turbin aliran silang dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 22 buah. Sedangkan effiensi terbesar yang dapat dicapai turbin aliran silang dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 adalah 23,1 % atau lebih besar 41,25 %.
Gambar 4.9 Grafik Perbandingan Effisiensi pada Variasi Debit 10,7 l/s dan variasi Beban
Sama dengan permasalahan pada pembahasan tentang daya terbesar, effisiensi maksimum juga tidak bias didapatkan karena keterbatasan alat.
Effisiensi total yang didapat sebesar 16,4 % dari penelitian sangatlah kecil jika dibandingkan effisiensi yang dapat dicapai oleh turbin aliran silang yaitu sekitar 80 %. Hal ini disebabkan oleh beberapa hal :
Effisiensi total yang didapatkan adalah gabungan effisiensi-effisiensi mulai dari penstock hingga generator yaitu : η Penstok, η nozzle, η turbin, η
transmisi dan η generator. Dari beberapa effisiensi tersebut, yang menyebabkan kejatuhan adalah η generator.
Generator yang digunakan adalah motor induksi 3 phasa 0,5 HP. Karakteristik motor indusi adalah apabila beban tidak sampai setengah dari beban motor indusi, maka effisiensi motor induksi akan turun drastis. Kita lihat bahwa beban terbesar yang mampu dicapai pada penelitian adalah 110 watt atau hanya sekitar 0,15 HP, tidak sampai setengah dari daya motor induksi. Hal inilah yang menyebabkan effisiensi yang dicapai turbin sangat kecil.
Hal lain yang berpengaruh adalah generator tidak berputar pada putaran efektifnya. Putaran efektif generator adalah sekitar 1390 rpm. Sementara pada penelitian, putaran generator hanya berkisar 700 rpm – 850 rpm saja. Hal ini menyebabkan generator tidak dapat berfungsi maksimal.
67
5.1. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah :
1. Daya terbesar yang mampu dicapai oleh turbin aliran silang dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 22 buah pada kisaran putaran turbin 386 rpm - 421 rpm adalah 54,6 Watt. Hal ini lebih rendah 28,57 % dibandingkan daya terbesar yang dicapai oleh turbin aliran silang dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 buah yang menghasilkan daya 70,2 watt. Daya tersebut dicapai pada debit 10,7 l/s.
2. Effisiensi terbesar yang mampu dicapai oleh turbin aliran silang dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 22 buah pada kisaran putaran turbin 386 rpm - 421 rpm adalah 16,368 %. Hal ini lebih rendah 41,25 % dibandingkan effisiensi terbesar yang dicapai oleh turbin aliran silang dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 buah yang menghasilkan effisiensi 23,12 %. Effisiensi tersebut dicapai pada debit 9,5 l/s.
5.2 SARAN
Beberapa saran yang penting untuk penelitian selanjutnya adalah :
1. Mengganti transmisi generator dan turbin dengan perbandingan angka transmisi 3:1 agar generator berputar pada putaran spesifiknya. Kemungkinan
dengan mengganti transmisi, daya maksimum dan effisiensi maksimum dari turbin dapat mencapai hasil yang lebih besar.
2. Mengganti panel hubung bagi yang digunakan, agar pada saat tegangan berapapun beban tetap menyala sehingga daya dan effisiensi maksimum dapat terbaca.
3. Mengganti generator dengan daya yang lebih rendah. Hal ini bertujuan untuk mengurangi turunnya effisiensi akibat dari daya yang dibebankan ke generator tidak sampai setengah dari daya generator itu sendiri.
69
http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf
Joshi, C. B., Seshadri, V., Singh, S. N., Parametric Study on Performance of Cross-Flow , Journal of Energy Engineering, Vol. 121, No. 1, April 1995, pp. 28-45 Khosrowpanah, S, Fiuzat, A. A., Albertson, M., L., Experimental Study of
Cross-Flow Turbine, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 114, No. 3, March 1988,
pp. 299-314
Mockmore, CA., 1949, The Banki Water Turbine, Oregon State College.
Olgun , H, 2000, Effect of interior guide tubes in cross-flow turbine runner on
turbine performance, International Journal of Energy Research, Volume 24
Issue 11 , September 2000, Pages 935 – 964
Olgun, H , 1998, Investigation of the performance of a cross-flow turbine, International Journal of Energy Research, Volume 22 Issue 11 , Pages 935 – 964
Sularso, 2004, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Penerbit : PT. Pradnya Paramita, Jakarta
Sutarja,Y.E, 2009, Turbin Aliran Silang Dengan Busur Sudu 74° Yang Dibuat Dari Pipa Dibelah Dengan Radius Sudu 0,875 Inchi”, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta
Kurva Daya Turbin Banki Untuk Head Dibawah 16 ft
Kurva Efisiensi Turbin Banki Untuk Head Dibawah 16 ft
Debit = 8.2 l/s T.Nozzle = 9 mm Tekanan = 10 Psi
Beban Tegangan Arus Putaran P in P out Eff nq
Watt Volt Ampere rpm Watt Watt % rpm
10 175 0.11 834.5 565.56 19.25 3.40 8.75 20 160 0.13 833.2 565.56 20.80 3.68 8.74 30 158 0.18 832.1 565.56 28.44 5.03 8.73 40 150.5 0.2 830.6 565.56 30.10 5.32 8.71 50 140 0.3 819 565.56 42.00 7.43 8.59 60 139 0.33 818.8 565.56 45.87 8.11 8.59 70 135 0.34 817.6 565.56 45.90 8.12 8.57 80 125 0.42 816.7 565.56 52.50 9.28 8.56
Debit = 10.7 l/s T.Nozzle = 14 mm Tekanan = 5 Psi
Beban Tegangan Arus Putaran P in P out Eff nq
Watt Volt Ampere rpm Watt Watt % rpm
10 180 0.13 842.7 369.00 23.40 6.34 16.98 20 165 0.14 840.7 369.00 23.10 6.26 16.94 30 160 0.15 839.5 369.00 24.00 6.50 16.91 40 150 0.16 838.3 369.00 24.00 6.50 16.89 50 150 0.17 836.6 369.00 25.50 6.91 16.85 60 145 0.25 830 369.00 36.25 9.82 16.49 70 135 0.3 825 369.00 40.50 10.98 16.46 80 130 0.42 805.9 369.00 54.60 14.80 16.24
Debit = 12 l/s T.Nozzle = 19 mm Tekanan = 3 Psi
Beban Tegangan Arus Putaran P in P out Eff nq
Watt Volt Ampere rpm Watt Watt % rpm
10 150 0.11 792.9 248.30 16.50 6.65 24.81
20 140 0.12 790.7 248.30 16.80 6.77 24.74
30 130 0.14 790.1 248.30 18.20 7.33 24.73
Debit = 7.9 l/s T.Nozzle = 9 mm Tekanan = 8 Psi
Beban Tegangan Arus Putaran P in P out Eff nq
Watt Volt Ampere rpm Watt Watt % rpm
10 170 0.1 824.5 435.90 17.00 3.90 10.03 20 155 0.27 816.7 435.90 41.85 9.60 9.94 30 150 0.3 815.7 435.90 45.00 10.32 9.93 40 140 0.31 805.4 435.90 43.40 9.96 9.80 50 139 0.35 803.3 435.90 48.65 11.16 9.77 60 135 0.38 803.2 435.90 51.30 11.77 9.77 70 130 0.4 802 435.90 52.00 11.93 9.76
Debit = 9.5 l/s T.Nozzle = 14 mm Tekanan = 4 Psi
Beban Tegangan Arus Putaran P in P out Eff nq
Watt Volt Ampere rpm Watt Watt % rpm
10 165 0.1 813.1 262.09 16.50 6.30 18.25 20 150 0.12 811.4 262.09 18.00 6.87 18.21 30 145 0.13 809.9 262.09 18.85 7.19 18.17 40 135 0.15 807.1 262.09 20.25 7.73 18.11 50 135 0.3 804.7 262.09 40.50 15.45 18.06 60 130 0.33 798.9 262.09 42.90 16.37 17.93