Pengujian Sudu Lengkung Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai

(1)

PENGUJIAN SUDU LENGKUNG PROTOTIPE TURBIN

AIR TERAPUNG PADA ALIRAN SUNGAI

SKRIPSI

Skripsi Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

EDIS SUDIANTO SIHOMBING

040401025

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Listrik adalah suatu sumber daya yang paling banyak digunakan sekarang ini karena memiliki banyak fungsi, diantaranya dalam menunjang kehidupan manusia, listrik digunakan sebagai suplay alat-alat elektronik dan alat-alat lainnya yang menggunakan listrik. Hal ini membuat banyak negara termasuk Indonesia mencari cara dalam pemanfaatan energi untuk menambah pasokan listriknya guna memenuhi kebutuhan manusia. Selain mengandalkan pembangkit berbahan bakar fosil yang jumlahnya terbatas di alam, salah satu aplikasi yang diarahkan adalah pemanfaatan energi terbarukan yang ada di alam, misalnya energi air, energi angin, energi matahari, dan panas bumi. Salah satu sumber energi terbarukan yang sangat berpotensi di Indonesia adalah pemanfaatan energi air dan apabila pemanfaatan energi tersebut dilakukan secara meluas diseluruh wilayah Indonesia maka peluang keluar dari krisis listrik akan semakin besar mengingat bahwa terdapat banyak tempat-tempat seperti sungai yang berpotensi untuk dimanfaatkan dan semuanya menyebar diseluruh pulau-pulau besar yang ada di negara kita.

Prototipe Turbin Air Terapung adalah suatu alat yang dirancang untuk menggerakkan alternator guna menghasilkan listrik dengan memanfaatkan arus aliran sungai sebagai fluida kerja untuk memutar turbin atau kincir. Arus yang dihasikan oleh alternator adalah arus DC (arus searah) yang nantinya arusnya dapat diubah menjadi arus AC (arus bolak-balik) oleh suatu alat tertentu (misalnya alat inferter) sesuai dengan kebutuhan konsumen. Penggunaan Prototipe Turbin Air Terapung sangat cocok dibuat di daerah pedesaan, karena di daerah pedesaan terdapat banyak saluran irigasi yang berfungsi untuk mengairi sawah namun sangat berpotensi digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik, dan juga mengingat bahwa masih banyaknya daerah pedesaan yang belum mendapatkan pasokan listrik.

Pemilihan model sudu yang tepat untuk menggerakkan runner turbin atau kincir pada Prototipe Turbin Air Terapung sangat perlu dilakukan untuk mendapatkan putaran dan daya listrik yang lebih maksimal. Oleh karena itu penulis melakukan pengujian model sudu lengkung pada Prototipe Turbin Air Terapung untuk mengetahui seberapa besar putaran turbin dan daya yang dihasilkan oleh alternator prototipe turbin air terapung dibandingkan dengan pengujian model sudu lain (model sudu datar) pada alat yang sama yang dilakukan oleh penguji lain.

(3)

ABSTRACT

Electric is the most common power resource used nowadays for it’s multiple function, including in supporting the human life, survival, and it is also used as electronic supply, and another items using the electric. This situation leads to many countries, including Indonesia, to look for ways of utilizing the energy utilization to add the electrical supply in meeting the human needs. In addition to rely on the natural limited quantity of fossil fuel, one of directed applications is utilazation of natural renewable energy, for example : energy of water, wind, sun, and thermal. One of very potential renewable energy resources in Indonesia is water energy utilazition and if it is utilized widely in Indonesia, the chance of prolonged electric crisis solution will be great, because there are many potential rivers to be utilized and all of them scatter out in all big islands of Indonesia.

The Floating Water Turbine Prototype is a special tool designed to drive the alternator to generate the electric by utilizing the river steram as a work fluide to rotate the turbine and blades. The current generated by the alternator is Direct Current (DC) of which current will be then conversed to Alternating Current (AC) by a certain instruments (e.g, inverter) according to the customer’s need. The application of Floating Water Turbine Prototype is very suitable to prepare in rural areas, because in such area there are many irrigation streams functional to irrigate the fields or farming areas, but otherwise can be utilized to generate the electricity, and in addition there are still many rurals that do not enjoy the electrical supply get.

The selection of suitable blade model to drive the runner turbine or wind in Floating Water Turbine Prototype is a highest considerations in order to get maximum rotation and electrical power. Therefore, the writer has conducted a convex blade model testing in Floating Water Turbine Prototype to know the magnitude of turbine rotation and force generated by the floating water turbine prototype alternator in comparison with another blade model testing (flat blade model) in the sane tool conducted by another tester.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang telah

melimpahkan berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi

ini dengan baik dan tepat pada waktunya.

Skripsi yang berjudul “Pengujian Sudu Lengkung Prototipe Turbin Air Terapung

Pada Aliran Sungai “ ini dibuat sebagai syarat akhir bagi mahasiswa Departemen

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara untuk menyelesaikan

studi studi strata satu.

Dalam pembuatan hingga terselesaikannya skripsi ini penulis tak lepas dari bantuan

pihak-pihak yang sangat membantu bagi penulis, sehingga pada kesempatan ini

penulis ingin mengucapkan rasa terimakasih yang mendalam serta setulus-tulusnya

kepada :

1. Ibunda dan Ayahanda tercinta atas dukungan, doa, motivasi, kasih sayang,

dan atas segala pengorbanan yang diberikan baik berpa moril maupun materil.

2. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST.MT selaku dosen pembimbing dan juga

Sekretaris Departemen Teknik Mesin yang telah memberikan banyak ilmu

dan meluangkan waktunya dalam membimbing penulis selama masa

penyelesaian skripsi ini.

3. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, MSc selaku dosen penguji I yang telah memberikan

banyak ilmu dan meluangkan waktunya dalam membimbing penulis selama

(5)

4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom ST. MT selaku dosen penguji II yang telah

memberikan banyak ilmu dan meluangkan waktunya dalam membimbing

penulis selama masa penyelesaian skripsi ini.

5. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik

Mesin

6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas

Teknik USU.

7. Rekan-rekan Teknik Mesin, khususnya rekan-rekan stambuk 2004 yang selalu

memberikan semangat dan dukungan doanya kepada penulis.

8. Serta semua pihak yang banyak membantu penulis dalam menyelesaikan

skripsi ini.

Semoga skripsi ini dapat memberikan banyak manfaat dan wawasan khususnya bagi

penulis dan bagi masyarakat pada umumnya dan dengan senang hati penulis

menerima kritik dan saran yang membangun dari para pembaca.

` Medan, Februari 2009

Penulis,

EDIS S. SIHOMBING 04 0401 025

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK

ABSTRACT

KATA PENGANTAR

LEMBAR SPESIFIKASI TUGAS

KARTU BIMBINGAN SKRIPSI

EVALUASI SEMINAR SKRIPSI

DAFTAR ISI

DAFTAR SIMBOL

DAFTAR GAMBAR

DAFTAR TABEL

DAFTAR GRAFIK

BAB PENDAHULUAN ... 1

1.1Latar Belakang ... 1

1.2Tujuan Penulisan ... 3

1.3Manfaat Pengujian ... 3

1.4Metodologi Penulisan ... 3

1.5Batasan Masalah ... 4

1.6Sistematika Penulisan ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Potensi Energi Air ... 6

(7)

2.3 Klasifikasi Kincir Air... 9

2.3.1 Kincir Air Overshot... 9

2.3.2 Kincir Air Undershot ... 10

2.3.3 Kincir Air Breastshot ... 11

2.3.4 Kincir Air Tub ... 12

2.4 Klasifikasi Turbin Air ... 13

2.4.1 Turbin Impuls ... 14

2.4.1.1 Turbin Pelton ... 14

2.4.1.2 Turbin Turgo ... 15

2.4.1.3 Turbin Crossflow ... 16

2.4.2 Turbin Reaksi ... 17

2.4.2.1 Turbin Francis ... 17

2.4.2.2 Turbin Kaplan & Propeller... 19

2.4.3 Pemilihan Tipe Turbin untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro ... 19

2.4.4 Sudu Turbin dan Jenis-Jenis Sudu Turbin ... 22

2.4.4.1 Jenis-Jenis Sudu Turbin ... 22

2.4.4.1.1 Sudu Turbin Pelton ... 22

2.4.4.1.2 Sudu Turbin Turgo ... 22

2.4.4.1.3 Sudu Turbin Crosflow ... 23

(8)

2.4.4.1.5 Sudu Turbin Kaplan ... 25

BAB III PENGUJIAN SUDU ... 26

3.1 Sudu Yang Digunakan ... 26

3.1.1 Bahan dan Model Sudu………. 26

3.1.2 Jumlah Sudu……….. 26

3.1.3 Kelengkungan Sudu……….. 28

3.2 Metodologi Pengujian ... 29

3.2.1 Waktu dan Tempat ... 29

3.2.2 Alat ... 29

3.2.3 Metode Pengumpulan Data ... 33

3.2.3 Metode Pengolahan Data ... 33

3.2.4 Pengamatan dan Tahap Pengujian ... 28

3.2.5 Prosedur Pengujian ... 29

BAB IV HASIL DAN ANALISA PEMBAHASAN ... 38

4.1 Data Hasil Pengujian ... 38

4.2 Analisa Daya dan Putaran Alternator di setiap Pemberian Beban ... 40

4.3 Analisa Perhitungan Momen Puntir pada Alternator di setiap Penambahan Beban Lampu ... 44

4.4 Analisa Kecepatan Sudu Prototipe Turbin Air Terapung Setelah Pengujian ... 49

4.4.1 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk ... 49

4.4.2 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar ... 51

(9)

4.5.1 Efesiensi Turbin………. 53

4.5.2 Efesiensi Alternator……….56

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 57

5.1 Kesimpulan ... 57

5.2 Saran ... 58

DAFTAR PUSTAKA

(10)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

C

Satuan

A luas penampang m2

Alt alternator

Bat baterai

kecepatan absolut fluida masuk m/s

F gaya kg/s

D diameter turbin m

g percepatan gravitasi m/s2

h head (ketiggian air) m

I arus A

m massa kg

n putaran rpm

P daya Watt

Pd daya rencana kW

Q kapasitas aliran

s m3

T momen puntir kg mm

U kecepatan tangensial m/s

V tegangan volt

v kecepatan air m/s

W kecepatan relatif fluida m/s

Y kelengkungan sudu cm

w kecepatan sudut m/s

γ berat jenis fluida kN/m3

T

η efesiensi daya turbin %

A

η efesiensi daya alternator %

θ sudut letak sudu terhadap

(11)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Kincir air overshot 9

Gambar 2.2 Kincir air undershot 10

Gambar 2.3 Kincir air breastshot 11

Gambar 2.4 Kincir air tub 12

Gambar 2.5 Turbin Pelton 14

Gambar 2.5a Sudu turbin Pelton 15

Gambar 2.5b Nosel 15

Gambar 2.6 Sudu turbin Turgo dan nosel 16

Gambar 2.7 Turbin Crossflow 17

Gambar 2.8 Turbin Francis 18

Gambar 2.9 Sketsa Turbin Francis 18

Gambar 2.10 Turbin Kaplan 19

Gambar 2.11 Sudu Turbin Pelton 23

Gambar 2.12 Sudu Turbin Turgo 23

(12)

Gambar 2.14 Sudu Turbin Francis 24

Gambar 2.15 Sudu Turbin Kaplan 25

Gambar 3.1 Bentuk sudu yang diuji 26

Gambar 3.2 Prototipe Turbin Air Terapung 29

Gambar 3.3 Multitester 32

Gambar 3.4 Flowmeter 32

Gambar 3.5 Tachometer 33

Gambar 3.6 Rangkaian pengukuran arus listrik tanpa beban lampu 34

Gambar 3.7 Rangkaian pengukuran tegangan listrik tanpa beban lampu 35

Gambar 3.8 Rangkaian pengukuran arus listrik dengan beban lampu 35

Gambar 3.9 Rangkaian pengukuran tegangan listrik dengan beban lampu 36

Gambar 3.10 Diagram alir pengujian prototipe Turbin Air Terapung 37

Gambar 4.1 Pengambilan data kecepatan air masuk dengan flowmeter 38

Gambar 4.2 Analisa kecepatan pada sisi masuk 49

Gambar 4.3 Analisa kecepatan pada sisi keluar 51

(13)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Pengelompokan turbin 13

Tabel 4.1 Data Hasil pengujian kecepatan air masuk 38

Tabel 4.2 Data daya dan putaran hasil pengujian Turbin Air Terapung 42

Tabel 4.3 Hasil analisa perhitungan momen puntir pada alternator

(14)

DAFTAR GRAFIK

halaman

Grafik 2.1a.b Pemilihan tipe turbin untuk PLTMH 21

Grafik 4.1 Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai

terhadap jumlah pembebanan lampu 43

Grafik 4.2 Perubahan putaran alternator terhadap jumlah

pembebanan lampu 44

Grafik 4.3 Perbandingan daya pengisian (cas) alernator ke baterai

terhadap putaran alternator 45

Grafik 4.5 Perubahan momen puntir alternator terhadap putaran

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dengan perkembangan zaman yang terus meningkat, kebutuhan akan energi

semakin meningkat pula, sehingga energi merupakan suatu unsur yang sangat penting

dalam pengembangan suatu negara atau suatu daerah. Oleh karenanya pemanfaatan

energi secara tepat guna akan menjadi suatu cara yang ampuh dalam perkembangan

zaman tersebut.

Sebagian besar negara di dunia termasuk Indonesia, suplay energi listrik

masih mengandalkan pembangkit berbahan bakar fosil yakni minyak bumi, gas alam

dan batu bara yang terbatas jumlahnya di alam dan suatu saat akan habis, sementara

permintaan akan energi listrik terus bertambah. Oleh karenanya pemanfaatan energi

pada masa sekarang ini sudah diarahkan pada penggunaan energi terbarukan yang ada

di alam. Misalnya energi air, energi angin, energi matahari, panas bumi, dan nuklir.

Hal ini karena energi terbarukan ini cukup mudah didapat dan dapat didaur ulang bila

dibandingkan dengan energi fosil seperti minyak bumi dan batu bara. Untuk

mendapatkan sumber energi fosil harus melalui berbagai proses dan susah

mendapatkannya, karena umumnya terdapat di permukaan bumi. Selain itu cadangan

sumber daya energi fosil mulai berkurang, karena sumber energi ini tidak dapat

diperbaharui.

Sumber-sumber energi yang dikenal dengan sumber energi terbarukan seperti

(16)

energi panas bumi, dan lain sebagainya. Semua energi tersebut telah memenuhi

kriteria sehingga dalam pemanfaatannya dapat menghemat penggunaan energi fosil

yang terbatas.

Salah satu sumber energi terbarukan yang sangat berpotensi di negara kita

adalah pemanfaatan energi air dan apabila pemanfaatan energi tersebut dilakukan

secara meluas di seluruh wilayah Indonesia maka peluang untuk keluar dari krisis

listrik akan semakin besar mengingat bahwa terdapat banyak tempat-tempat yang

berpotensi untuk dimanfaatkan dan semuanya menyebar di seluruh pulau-pulau besar

yang ada di negara kita.

Indonesia dengan wilayahnya yang beriklim tropis dengan curah hujan yang

tinggi dan kondisi topografi yang bergunung-gunung dengan aliran sungai yang

berpotensi untuk dikembangkan sebagai pembangkit tenaga listrik. Potensi ini

sebagian besar tersebar di daerah pedesaan, sementara diperkirakan masih banyak

penduduk desa yang belum menikmati energi listrik sehingga sangat tepat untuk

mengembangkan pembangkit tenaga listrik.

Tenaga air adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang

dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun

energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir

air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai.

Sejak awal abad 18 kincir air telah banyak dimanfaatkan sebagai penggerak

penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Sampai sekarang

(17)

1.2. Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari pengujian ini adalah :

a. Untuk lebih mengetahui dan memahami aplikasi ilmu yang diperoleh

dibangku kuliah terutama mata kuliah Sistem Pembangkit Tenaga dan

Mesin Fluida.

b. Untuk mengetahui kapasitas daya listrik yang dihasilkan oleh prototipe

turbin air terapung, menggunakan model sudu lengkung dengan

memanfaatkan arus aliran sungai Namu Sira-Sira yang terletak di

Kecamatan Sei Bingai, Kabupaten Langkat.

1.3 Manfaat Pengujian.

Adapun manfaat pengujian ini adalah untuk memberikan informasi sebagai

referensi tambahan bagi kalangan dunia pendidikan yang ingin melakukan riset di

bidang konversi energi dalam modifikasi dan pengembangan turbin air.

1.4 Metodologi Penulisan

Metodologi yang digunakan dalam penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut

:

1. Survey lapangan, berupa peninjauan ke lokasi dan diskusi dengan

(18)

2. Perencanaan serta pembuatan prototipe turbin air terapung dimana prototipe

ini yang nantinya akan di uji di lapangan untuk di analisa data hasil dari

pengujian tersebut.

3. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, studi internet, serta kajian-kajian

dari buku-buku dan tulisan yang berhubungan dengan pengujian ini.

4. Pengambilan data, berupa seluruh data dari hasil pengujian di lapangan yang

akan di analisa serta di lampirkan pada penulisan skripsi ini.

5. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing, mengenai isi

pengujian serta masalah-masalah yang timbul selama penyusunan skripsi ini.

1.5. Batasan Masalah

Dalam skripsi ini dibatasi perencanaan data yang diambil. Untuk pengambilan

data tersebut berasal dari data hasil pengujian dan pengamatan di lapangan.

Masalah-masalah yang dibahas dalam penelitian adalah :

1. Penentuan spesifikasi peralatan dan perlengkapan prototipe turbin air terapung

yang akan di uji di lapangan.

2. Penentuan bahan dan jenis sudu yang digunakan pada prototipe turbin air

terapung yang akan di uji dilapangan.

3. Analisa kapasitas daya yang dihasilkan oleh prototipe turbin air terapung

setelah pengujian di aliran sungai Namu Sira-Sira terhadap kapasitas daya

yang direncanakan semula.

(19)

5. Analisa grafik hasil pengujian prototipe turbin air terapung.

6. Efesiensi turbin dan alternator dari turbin air terapung itu sendiri.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan skripsi ini dibagi dalam beberapa bab, yaitu pada bab I

pendahuluan, dimana dijelaskan mengenai latar belakang penulisan, tujuan

penulisan,manfaat penulisan, metodologi penulisan, batasan masalah dan sistematika

penulisan.Pada bab II tinjauan pustaka yang menjelaskan pembahasan materi mesin

fluida, klasifikasi turbin air, sudu turbin dan jenis-jenis sudu turbin. Selanjutnya pada

bab III pengujian sudu, menjelaskan bentuk sudu yang digunakan atau diuji,

metodologi pengujian, data spesifikasi alat-alat yang digunakan pada turbin air

terapung dan alat-alat yang digunakan untuk pengujian. Pada bab IV hasil dan analisa

pembahasan berisikan tentang data-data yang diperoleh dari lapangan yang akan

dihitung berdasarkan rumus-rumus pada bab II dan dibuat dalam bentuk grafik dan

analisa grafik,perhitungan efesiensi turbin dan alternator. Kesimpulan dan saran

dijelaskan pada bab V, dimana kesimpulan yang diambil diperoleh dari seluruh

perhitungan dan analisa yang telah dilakukan. Sementara semua literatur yang

digunakan selama pengujian dan penulisan skripsi ini akan didaftarkan pada daftar

pustaka, serta seluruh gambar, tabel juga akan dilampirkan pada daftar tabel dan

gambar.

Sebagai lampiran dari skripsi ini, akan dilampirkan gambar penampang sudu

lengkung yang digunakan selama pengujian dan transaksi biaya pembuatan prototipe

(20)

BAB I I

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Potensi Energi Air

Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena

pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air

mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang

mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud

energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan

dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air

terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan

sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil.

Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada

besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah

beda ketinggian antara muka air pada reservoir (bendungan) dengan muka air keluar

dari kincir air/turbin air. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalah

merupakan energi potensial air yaitu :

mgh

E

=

………(Lit.8 hal 10)

dengan :

m adalah massa air (kg)

(21)

g adalah percepatan gravitasi













2

s

m

Daya merupakan energi tiap satuan waktu













t

E

, sehingga persamaan (1.1) dapat

dinyatakan sebagai :

gh

t

m

t

E

=

Dengan mensubsitusikan P terhadap













t

E

dan mensubsitusikan

ρ

Q

terhadap













t

m

maka :

Qgh

P

=

ρ

………..(Lit.8 hal 12)

dengan

P adalah daya potensial air (Watt)

Q adalah kapasitas aliran









s

m

3

ρ

adalah densitas air













3

m

kg

Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat diperoleh dari aliran air datar.

Dalam hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik

2

1

mv

(22)

Dimana :

v adalah kecepatan aliran air













s

m

Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut :

2

1

Qv

P

=

ρ

………(Lit.8 hal 13)

atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas

Q

=

Av

maka

3

2

1

Av

P

=

ρ

……….(Lit.8 hal 14)

Dimana :

A adalah luas penampang aliran air

( )

m

2

2.2. Mesin – Mesin Fluida

Mesin–mesin fluida adalah mesin-mesin yang berfungsi untuk mengubah

energi mekanis menjadi energi fluida kerja (energi potensial dan energi kinetik) atau

sebaliknya. Secara umum mesin fluida dapat dibagi atas dua golongan utama, yaitu:

1 . Mesin Kerja

Merupakan mesin fluida yang berfungsi mengubah energi mekanis menjadi

energi fluida, misalnya: Pompa, Kompresor, Blower, Fan, dan lain-lain.

(23)

Merupakan mesin fluida yang berfungsi mengubah energi fluida menjadi

energi mekanis pada poros, misalnya: Turbin Air, Turbin Uap, Turbin Gas, dan

lain-lain.

2.3 Klasifikasi Kincir Air

Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi

mekanik berupa putaran pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu :

1. Kincir Air Overshot

2. Kincir Air Undershot

3. Kincir Air Breastshot

4. Kincir Air Tub

2.3.1 Kincir Air Overshot

Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian

sudu-sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar. Kincir air

overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis

kincir air yang lain.

(24)

Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air overshot adalah :

Keuntungan

a. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.

b. Tidak membutuhkan aliran yang deras.

c. Konstruksi yang sederhana.

d. Mudah dalam perawatan.

e. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.

Kerugian

a. Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan

air, memerlukan investasi yang lebih banyak.

b. Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.

c. Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.

d. Daya yang dihasilkan relatif kecil.

2.3.2 Kincir Air Undershot

Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu

yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak

mempunyai tambahan keuntungan dari head. Tipe ini cocok dipasang pada perairan

dangkal pada daerah yang rata. Tipe ini disebut juga dengan ”Vitruvian”. Disini

(25)

Gambar 2.2 Kincir Air Undershot

Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air undershot adalah :

Keuntungan

a. Konstruksi lebih sederhana.

b. Lebih ekonomis.

c. Mudah untuk dipindahkan.

Kerugian

a. Efisiensi kecil.

(26)

2.3.3 Kincir Air Breastshot

Kincir air breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot

dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter

kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir

air. Kincir air jenis ini memperbaiki kinerja dari kincir air tipe undershot.

Gambar 2.3 Kincir Air Breastshot

Sumber.

a. Tipe ini lebih efisien dari tipe undershot.

http://osv.org/education/WaterPower

Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air breastshot adalah :

Keuntungan

b. Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek.

c. Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar.

(27)

a. Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit).

b. Diperlukan dam pada arus aliran datar.

c. Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot.

2.3.4 Kincir Air Tub

Kincir air Tub merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara

horisontal dan sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini dapat dibuat

lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot. Karena arah gaya dari

pancuran air menyamping maka, energi yang diterima oleh kincir yaitu energi

potensial dan kinetik.

Gambar 2.4 Kincir Air Tub

Sumber.

a. Memiliki konstruksi yang lebih ringkas.

Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air tub adalah :

(28)

b. Kecepatan putarnya lebih cepat.

Kerugian

a. Tidak menghasilkan daya yang besar.

b. Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang lebih

teliti.

2.4 Klasifikasi Turbin Air

Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk

pembangkit tenaga listrik. Turbin air adalah mengubah energi potensial air menjadi

energi mekanis dengan menggunakan air sebagai fluida kerja. Energi mekanis diubah

dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin

dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan

menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.

Tabel 2.1 Pengelompokan Turbin (DP 7)

JENIS TURBIN

high head

medium head low head

impulse turbines

(29)

turbines

2.4.1 Turbin Impuls

Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nosel. Air keluar

nosel yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur

sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impuls).

Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama

karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan

atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu

jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.

2.4.1.1 Turbin Pelton

Turbin Pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan

yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang

disebut nosel. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien.

Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.

Gambar 2.5 Turbin Pelton

(30)

Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk

sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran

air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehingga bisa membalikkan pancaran air

dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan

daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan

demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil. Turbin

Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter

[image:30.612.158.456.285.487.2]

tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi.

Gambar 2.5a. Sudu Turbin Pelton

Sumber: http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf

Gambar 2.5b Nosel

[image:30.612.206.435.519.641.2]

(31)

2.4.1.2 Turbin Turgo

Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton

turbin turgo merupakan turbin impuls, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nosel

membentur sudu pada sudut 20 . Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari 0

Turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator

sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.

Gambar 2.6. Sudu Turbin Turgo dan Nosel

2.4.1.3 Turbin Crossflow

Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin

Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang

merupakan perusahaan yang memproduksi Turbin Crossflow. Turbin Crossflow dapat

dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec dan head antara 1 s/d 200 m. Turbin Crossflow menggunakan nosel persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan

lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi

energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan

(32)

turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang

[image:32.612.165.452.168.401.2]

piringan paralel.

Gambar 2.7. Turbin Crossflow

Sumber: http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf

2.4.2 Turbin Reaksi

Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan

terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini

memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat

berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin

reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah

(33)

2.4.2.1 Turbin Francis

Turbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara

sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian

keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan

air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada Turbin Francis dapat merupakan

suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya.

Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang

[image:33.612.157.452.283.534.2]

dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.

Gambar 2.8 Turbin Francis

(34)

[image:34.612.168.454.93.414.2]

Gambar 2.9. Sketsa Turbin Francis

Sumber :

2.4.2.2 Turbin Kaplan & Propeller

Turbin Kaplan dan Propeller merupakan turbin reaksi aliran aksial. Turbin ini

tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya mempunyai

tiga hingga enam sudu.

Gambar 2.10. Turbin Kaplan

[image:34.612.187.385.473.653.2]

(35)

2.4.3 Pemilihan Tipe Turbin untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

Pada dasarnya pemilihan tipe turbin untuk PLTMH sama seperti pemilihan

tipe turbin pada PLTA konvensional yang pernah ada. Dasar pemilihan tipe turbin

sebagai penggerak generator pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)

terlebih dahulu harus diketahui besaran Head (meter), debit air (m3/detik) , dan

besarannya kecepatan putar turbin (n). Kecepatan putaran turbin diperoleh dengan

mengetahui kecepatan air yang akan masuk sudu-sudu turbin, dengan merubah

kecepatan linear menjadi kecepatan keliling (sentrifugal) pada poros turbin tersebut

yang disebut dengan kecepatan keliling dengan persamaan : (Lit 7 hal 67)

U1 = D x π x n

Dimana: U1 = Kecepatan Keliling (m/s)

D = Diameter Roda Turbin (m)

n = Putaran Turbin (rpm)

Dalam pemilihan kecepatan putaran sedapatnya ditentukan setinggi mungkin,

karena dengan kecepatan putar yang tinggi akan didapat momen punter (kopel) yang

kecil, poros yang kecil, dan diameter roda turbin yang kecil, sehingga akan membuat

ukuran generator lebih kecil. Kecepatan keliling (U1) meningkat dengan

membesarnya putaran. Selanjutnya yang sangat penting untuk diketahui dalam

(36)

menentukan dalam perencanaan tipe turbin yang akan digunakan dalam PLTMH.

Besar kecepatan spesifik ( nq) dapat diperoleh dengan rumus: (Lit.7 hal 65)

Dimana:

n = Jumlah putaran (rpm)

V = Kapasitas air ( m3/detik)

H = Head/ tinggi air jatuh (m)

Selain dengan menggunakan rumus diatas, nilai dapat juga diperoleh dengan

menggunakan grafik kecepatan spesifik dibawah ini setelah diketahui besar nilai

head, putaran turbin, dan kapasitas air. Setelah mengetahui kecepatan spesifik

tersebut dapat ditentukan jenis turbin yang akan digunakan. Apakah akan digunakan

turbin propeller, pelton, cross flow atau yang lainnya. Penentuan jenis turbin untuk

PLTMH juga dapat secara langsung melalui grafik dibawah berikut setelah diketahui

(37)

[image:37.612.131.486.90.633.2]

Sumber :

Grafik 2.1a Pemilihan tipe turbin untuk PLTMH

(38)

[image:38.612.152.501.107.455.2]

Sumber :

Grafik 2.1b Pemilihan tipe turbin untuk PLTMH

2.4.4. Sudu Turbin dan Jenis- Jenis Sudu Turbin

Sudu (blade) merupakan bagian turbin yang berfungsi untuk menggerakkan

roda turbin akibat adanya fluida kerja ( air, angin, uap, dll ) yang menggerakkannya,

atau mengubah energi potensial menjadi energi kinetik, dimana bentuk sesuai dengan

fluida kerja yang menggerakkannya dengan dimensi sesuai dengan kebutuhan untuk

menggerakkan roda turbin.

2.4.4.1. Jenis-Jenis Sudu Turbin.

(39)

Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk

sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran

air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air

[image:39.612.164.456.229.434.2]

dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping.

Gambar 2.11 Sudu Turbin Pelton

2.4.4.1.2. Sudu Turbin Turgo

Bentuk sudu sama dengan turbin pelton namun pancaran air nosel membentur

sudu pada sudut 20 . 0

[image:39.612.202.392.469.621.2]

(40)

2.4.4.1.3 Sudu Turbin Crosflow

Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi

energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan

memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan

turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang

[image:40.612.159.453.253.488.2]

piringan parallel.

Gambar 2.13 Sudu Turbin Crosflow

2.4.4.1.4 Sudu Turbin Francis

Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk

secara tangensial. Sudu pengarah pada Turbin Francis dapat merupakan suatu sudu

pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk

penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat

(41)

[image:41.612.195.450.104.360.2]

Gambar 2.14 Sudu Turbin Francis

2.4.4.1.5 Sudu Turbin Kaplan

Sudu Turbin Kaplan bentuknya mirip dengan propeller perahu dan biasanya

terdiri dari 6 buah.

`

[image:41.612.113.457.390.568.2]

(42)

BAB III

PENGUJIAN SUDU

3.1 Sudu Yang Digunakan

3.1.1 Bahan Sudu dan Model Sudu

Bentuk sudu yang digunakan dan diuji adalah model sudu lengkung dengan

ukuran penampang dimana lebar sudu 19 cm dan panjang sudu 49 cm dengan bahan

[image:42.612.157.452.299.529.2]

sudu dibuat dari plat ST-37 dengan tebal 2 mm.

Gambar 3.1 Bentuk sudu yang diuji

3.1.2 Jumlah Sudu (N)

Untuk menentukan jumlah sudu pada Turbin air terapung didapatkan dari

persamaan : (Lit. 7 hal 76)

t D N =π t

(43)

N = jumlah sudu

t

D = diameter turbin = 0,75 m

t = jarak antar sudu (m)

Jarak antar sudu (t) dapat dihitung dari persamaan : (Lit. 4)

t = _θ

sin i

s

i

s = k D _t

Dimana :

k = konstanta tetapan = 0,13

ϑ= sudut yang dibentuk oleh letak sudu lengkung terhadap sumbu

vertikal poros = 300

maka : s = k _i D _t

i

s = 0,13 x 0,75

i

s = 0,0975 m

Jadi t = _θ

sin i

s

t = 0 30 sin 0975 , 0

t = 0,195 m

(44)

t D N =π t

195 , 0

75 , 0

x N =π

buah N

N

12 07 , 12

= =

Jadi jumlah sudu lengkung yang digunakan adalah 12 buah dengan posisi

letaknya 300 terhadap sumbu poros turbin.

3.1.3 Kelengkungan Sudu ( Y )

Untuk menghitung kelengkungan sudu yang digunakan pada prototipe turbin

air terapung didapat dari persamaan : (Lit. 4)

Y = 0,326 x r₁( inch )

Dimana

r1= jari-jari turbin = 0,375 m = 95,25 inch

maka Y = 0,326 x r₁( inch )

Y = 0,326 x 95,25

= 31,05 inch

= 12,225 cm

(45)

3.2 Metodologi Pengujian

3.2.1 Waktu dan tempat

Pengujian dilakukan di sungai Namo Sira-Sira yang terletak di desa Namo

Tating Kecamatan Sei Bingai Kabupaten Langkat selama 1 bulan

3.2.2 Alat

Alat yang dipakai dalam pengujian ini terdiri dari :

[image:45.612.161.451.306.504.2]

1. Prototipe turbin air terapung merupakan alat yang akan diuji.

Gambar 3.2 Prototipe Turbin Air Terapung

Adapun spesifikasi peralatan dan perlengkapan yang digunakan pada Turbin

Air terapung adalah sebagai berikut :

1. Peralatan turbin air terapung

b) Poros

Bahan : SC-45

(46)

: 4 1

1 inch ( 32 mm )

c) Bantalan (Bearing)

Bahan : Baja Karbon

Type : Ball bearing

Nomor bantalan : P 205 ( untuk diameter poros 1 inch )

P 207 ( untuk diameter poros 4 1

1 inch )

d) Puli ( pulley)

Bahan : S-45C

Jumlah puli : 4 buah

Diameter puli I : 362 mm

Diameter puli II : 145 mm

Diameter puli III : 362 mm

Diameter puli IV : 72 mm

e) Sabuk ( V-Belt)

Bahan : Karet

Jumlah sabuk : 2 buah

Tipe sabuk I : A-62

Tipe sabuk II : B-117

Merk sabuk : Mitshubishi

f) Sproket

(47)

Jumlah sproket : 2 buah

Diameter Sproket I : 84,50 mm

Diameter Sproket II : 236,54 mm

Jumlah gigi Sproket I : 45 buah

Jumlah gigi Sproket II : 15 buah

g) Rantai (chain)

Bahan : S-45C

Type : rantai rol

Nomor : 50

Jumlah mata rantai : 106 mata rantai

2. Perlengkapan turbin air terapung

a. Alternator

Pabrikan / merk : Toyota

Putaran maksimum : 1500 rpm

Putaran minimum : 1000 rpm

Voltase : 12 Volt

Arus Maksimum : 30 Ampere

Aplikasi / Fungsi : Penghasil arus listrik

b. Baterai mobil

Pabrikan / Merk : NS-40

Voltase : 12 Volt

Arus : 32 Ampere

(48)

Voltase : 12 V

Ampere : 1,842 A

Daya : 25 W

2. Multitester untuk mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan.

Gambar 3.3 Multitester

3. Flowmeter untuk mengukur kecepatan arus aliran sungai.

[image:48.612.161.454.221.491.2]

(49)

[image:49.612.111.505.93.476.2]

4. Tachometer untuk mengukur besar putaran turbin.

Gambar 3.5 Tachometer

5. Beberapa lampu listrik dengan daya 25 Watt untuk pembebanan, dan kabel

listrik.

1. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci Inggris, kunci ring, kunci L,

obeng, tang, palu, dan lain sebagainya..

3.2.2 Metode Pengumpulan Data

Data yang dipergunakan dalam pengujian ini merupakan data yang diperoleh

langsung dari pengukuran dan pembacaan pada alat ukur pengujian.

3.2.3 Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari

(50)

3.2.4 Pengamatan dan tahap pengujian

Pada pengujian ini yang akan diamati adalah :

1. Parameter arus (I) dan parameter tegangan (V)

2. Parameter putaran turbin dan putaran alternator (rpm)

3. Parameter kecepatan arus sungai ( v )

4. Effisiensi turbin

( )

η_T dan efesiensi alternator (η_A)

3.2.5 Prosedur Pengujian

Prosedur pengujian dapat dilakukan dengan beberapa tahap antara lain :

1. Pengukuran kecepatan air dengan menggunakan alat ukur flowmeter kemudian

mencatat hasilnya.

2. Pengukuran putaran turbin dengan menggunakan alat ukur tachometer kemudian

mencatat hasilnya.

3. Pengukuran arus dan tegangan yang dihasilkan alternator dengan alat ukur

multitester dapat dilakukan dengan cara atau rangkaian sebagai berikut :

a. Rangkaian pengukuran arus listrik

( )

I tanpa beban lampu atau pengisian ₁

(charger) alternator terhadap baterai digambarkan sebagai berikut :

I (+) (-)

(+}

(+) (-)

[image:50.612.144.488.553.675.2]

(-)

Gambar 3.6 Rangkaian pengukuran arus listrik

( )

I tanpa beban lampu 1 I

Alt

(51)

b. Rangkaian pengukuran tegangan listrik

( )

V tanpa beban lampu atau besar ₁

tegangan yang dicharger alternator terhadap baterai digambarkan sebagai

berikut :

I (+) (-)

(+}

(+) (-)

[image:51.612.130.510.138.582.2]

(-)

Gambar 3.7 Rangkaian pengukuran tegangan listrik

( )

V tanpa beban lampu ₁

c. Rangkaian pengukuran arus listrik

( )

I₂ dengan beban lampu digambarkan

sebagai berikut :

I (+) (-)

(+} L

(+) (-)

(-) L

Gambar 3.8 Rangkaian pengukuran arus listrik

( )

I₂ dengan beban lampu

d. Rangkaian pengukuran tegangan listrik

( )

V dengan beban lampu dapat ₂

digambarkan sebagai berikut : V

Alt

Bat

I

Alt

[image:51.612.148.488.176.310.2]

(52)

I (+) (-)

(+} L

(+) (-)

[image:52.612.149.489.91.212.2]

(-) L

Gambar 3.9 Rangkaian pengukuran tegangan listrik

( )

V dengan beban lampu ₂

Untuk pengukuran arus listrik dan tegangan listrik dengan beban lampu

dilakukan dengan mencatat besar arus dan tegangan dengan 1 beban lampu, 2 beban

lampu,dan seterusnya sampai mencapai limit kemampuan alternator turbin

menghasilkan arus listrik (tidak melebihi daya pengisian (cas) alternator ke baterai

sebelum adanya pembebanan lampu).

4. Mengulang pengujian beberapa kali dengan metode yang sama, dalam hal ini

dilakukan 5 kali pengujian untuk mendapatkan data pengujian yang lebih

maksimal.

V

Alt

(53)

Prosedur tahap pengujian diatas dapat digambarkan dengan diagram alir

[image:53.612.160.454.108.677.2]

sebagai berikut :

Gambar 3.10 Diagram alir Pengujian Prototipe Turbin Air Terapung

• Mengukur kecepatan arus aliran sungai.

 Mengukur putaran turbin.

 Mengukur arus (A) dan tegangan (V) yang dihasilkan alternator turbin dengan beban 1,2,3…lampu sampai mencapai limit daya yang dihasilkan alternator turbin.

Selesai

Berhenti

Menganalisa data hasil pembacaan alat ukur dengan rumus empiris

Mengulang pengujian beberapa kali (5 kali pengujian)dengan metode yang sama

(54)

BAB IV

HASIL DAN ANALISA PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian

a. Kecepatan air masuk

Adapun data hasil pengujian kecepatan air masuk dengan menggunakan alat

ukur flowmeter dilakukan sebanyak 10 kali pengujian dengan cara pengambilan data

ditunjukkan seperti gambar sebagai berikut :

[image:54.612.152.478.284.414.2]

Gambar 4.1 pengambilan data kecepatan air masuk dengan alat ukur flowmeter

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kecepatan air masuk

Percobaan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kecepatan air masuk (m/s) _{1,75 1,73 1,74 1,74 1,75 1,75 1,77 1,77 1,75 1,76}

Dari data hasil pengujian kecepatan air masuk menggunakan alat ukur

flowmeter diatas dapat dihitung rata-rata kecepatan air masuk ( v ) adalah :

v =

pengujian banyak v v v v v v v v v

v₁+ ₂+ ₃+ ₄+ ₅ + ₆+ ₇+ ₈+ ₉+ ₁₀

v =

10 76 , 1 75 , 1 77 , 1 77 , 1 75 , 1 75 , 1 74 , 1 74 , 1 73 , 1 75 ,

(55)

v = 1,75 m/s

Maka kecepatan air masuk ( v ) adalah 1,75 m/s

b. Data daya dan putaran hasil pengujian Turbin Air Terapung

Dari hasil pengukuran dengan alat ukur berupa multitester dan tachometer pada

pengujian prototipe turbin air terapung yang menggunakan sudu lengkung, diperoleh

data sebagai berikut :

1. Untuk tanpa pembebanan lampu, diperoleh :

a) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I1) : 9,03 Ampere

b) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V1) : 13,95 Volt

c) Putaran alternator (n1) : 1088 rpm

d) Putaran poros sudu (n2) : 29 rpm

2. Untuk pembebanan dengan menggunakan 1 lampu (25 Watt) :

c) Putaran (n1) : 1083 rpm

c) Putaran alternator (n1) : 1075 rpm

(56)

a) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I1) : 0,008Ampere

b) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V1) : 12,01Volt

e) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I1) : 0

f) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V1) : 0

g) Putaran (n1) : 975 rpm

h) Putaran poros sudu (n2) : 26 rpm

4.2. Analisa daya dan putaran alternator di setiap pemberian beban

Dari data yang telah diperoleh dari hasil pengujian di lapangan, dapat

(57)

tergantung pada besar beban ( lampu) yang digunakan, sehingga dapat dihitung besar

daya pengisian alternator ke baterai dengan menggunakan rumus :

P=V×I (Watt) ... (Lit 9. Hal 228)

maka daya yang dihasilkan alternator :

1. Untuk tanpa pembebanan lampu, diperoleh :

P1 = V1 x I1

= 13,95 x 9,03

= 125,97 Watt

P1 = V1 x I1

= 13,27 x 7,68

= 101,92 Watt

P1 = V1 x I1

= 13,0 x 5,84

= 75,92 Watt

P1 = V1 x I1

= 12,85 x 3,96

= 50,9 Watt

P1 = V1 x I1

(58)

= 26,85 Watt

P1 = V1 x I1

= 12,01 x 0,008

= 0,1 Watt

Dari perhitungan data diatas, dapat ditampilkan dalam bentuk tabel yakni

[image:58.612.138.485.302.555.2]

sebagai berikut :

Tabel 4.2 Data daya dan putaran hasil pengujian Turbin Air Terapung

Jumlah

lampu

I₁

( Ampere )

V₁

( Volt )

P

( Watt )

n1

( rpm )

n2

( rpm )

0 9.03 13.95 125,97 ₂₉ ₁₀₈₈

1 7.68 13.27 101.91

28 1083

2 5.84 13.0 75.92

28 1075

3 3.96 12.85 50,9

27 1064

4 2.19 12.26 26,85

27 1046

5 0.008 12.01 0,1

27 1012

6 0 0 0 26 975

Dimana: I1 = Pengisian arus dari alternator ke baterai (Ampere)

V1 = Pengisian Tegangan dari alternator ke baterai ( Volt )

P = Daya pengisian alternator ke baterai

= I1 x V1 (Watt)

(59)

n2 = Putaran alternator (rpm)

Untuk pembebanan 6 lampu, alternator tidak menghasilkan daya atau

alternator tidak mengisi (cas) lagi ke baterai, karena daya beban lampu total telah

melebihi daya alternator sebelum adanya pemberian penambahan beban lampu yaitu

125,97 Watt, dan juga putaran dari alternator kurang dari 1000 rpm, sementara

alternator sendiri membutuhkan ≥1000 rpm agar dapat menghasilkan daya ( sesuai

dengan spesifikasi alternator 30A 12V pada putaran minimum 1000 rpm dan putaran

maksimum 1500 rpm).

Analisa perhitungan data hasil pengujian di atas dapat ditampilkan kedalam

bentuk grafik untuk mengetahui fenomena yang terjadi pada perbandingan daya dan

putaran terhadap jumlah beban lampu yang digunakan yaitu sebagai berikut :

R2 = 0.9998

0 20 40 60 80 100 120 140

0 2 4 6

Jumlah Lampu D aya P en g isi an A lt er n at o r ke B a te ra i (W a tt) Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap penambahn pembebanan lampu yang diuji

[image:59.612.139.501.388.613.2]

Linear (Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap penambahn pembebanan lampu yang diuji)

Grafik 4.1 Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap jumlah

(60)

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa daya pengisian (cas) yang dihasilkan

oleh alternator ke baterai hanya cukup digunakan dengan 5 pembebanan lampu yang

mana daya 1 lampu sebesar 25 Watt, makin besar jumlah pembebanan lampu, maka

daya pengisian (cas) alternator ke baterai akan semakin berkurang. Dari grafik diatas

juga dapat diketahui bahwa masih terdapat kesalahan-kesalahan pengukuran pada saat

pengambilan data di lapangan, hal ini dapat dilihat dari nilai R2 pada regresi linearnya tidak mencapai angka 1.

Hubungan perubahan putaran di poros alternator terhadap adanya

penambahan pembebanan lampu, dapat dilihat pada graik di bawah ini yaitu :

R2 = 0.995

1000 1010 1020 1030 1040 1050 1060 1070 1080 1090 1100

0 2 4 6

Jumlah Lampu P u ta ra n A lt e rn a to r ( rp m

) Perubahan putaran

[image:60.612.139.502.337.532.2]

alternator terhadap penambahan pembebanan lampu yang diuji Poly. (Perubahan putaran alternator terhadap penambahan pembebanan lampu yang diuji)

Grafik 4.2 Perubahan putaran alternator terhadap jumlah pembebanan lampu

Dari grafik di atas dapat dianalisa bahwa putaran di poros alternator

polynomial terhadap jumlah beban lampu, dimana semakin besar pembebanan lampu

yang diberikan, maka putaran di poros alternator juga akan semakin berkurang. Dari

(61)

pengukuran pada saat pengambilan data di lapangan, hal ini dapat dilihat dari nilai R2 pada regresi linearnya tidak mencapai angka 1.

R2 = 0.9723

0 20 40 60 80 100 120 140

1000 1050 1100

Putaran Alternator (rpm)

D aya P en g isi an A lt er n at o r ke B a te ra i (W a tt) Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap putaran alternator yang diuji

[image:61.612.136.504.168.404.2]

Poly. (Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap putaran alternator yang diuji)

Grafik 4.3 Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap putaran

alternator

Dari grafik dapat dianalisa bahwa besar daya pengisian ke baterai polynomial

terhadap perubahan putaran di poros alternator, dimana semakin besar putaran poros

alternator maka semakin besar pula daya pengisian (cas) yang dihasilkan oleh

alternator ke baterai. Dari grafik diatas juga dapat diketahui bahwa masih terdapat

kesalahan-kesalahan pengukuran pada saat pengambilan data di lapangan, hal ini

(62)

4.3. Analisa perhitungan momen puntir pada alternator di setiap penambahan

beban lampu

Dari data tabel dan grafik di atas, dapat dihitung momen puntir ( T1 ) yang

terjadi pada alternator disetiap adanya penambahan beban lampu dengan daya lampu

( 25 Watt ) yaitu dari persamaan :

T = 9,74 ×105

n P

………(Lit.3 hal 36)

Dimana :

T = Momen puntir Alternator (kg mm)

P = Daya alternator (kW)

n = Putaran alternator ( rpm )

maka :

1. Momen puntir tanpa pembebanan lampu ( T1 )

T1 = 9,74 ×105

n P

T1 = 9,74 ×105

1088 12597 , 0

T1 = 112,77 kg mm

2. Momen puntir dengan pembebanan 1 lampu ( T2 )

T2 = 9,74 ×105

n P

T2 = 9,74 ×105

1083 12597 , 0

(63)

T3 = 9,74 ×105

n P

T3 = 9,74 ×105

1075 12597 , 0

T3 = 114,13 kg mm

T4 = 9,74 ×105

n P

T4 = 9,74 ×105

1064 12597 , 0

T4 = 115,31 kg mm

T5 = 9,74 ×105

n P

T5 = 9,74 ×105

1046 12597 , 0

T5 = 117,29 kg mm

T6 = 9,74 ×105

n P

T6 = 9,74 ×105

1012 12597 , 0

(64)

Dari perhitungan di atas bahwa momem puntir maksimum terjadi pada

putaran 1012 rpm di alternator yaitu sebesar 121,23 rpm.

Hasil analisa perhitungan momen puntir pada alternator diatas dapat dibuat dalam

[image:64.612.164.475.248.495.2]

tabel sebagai berikut :

Tabel 4.3 Hasil analisa perhitungan momen puntir pada alternator disetiap

penambahan beban lampu.

Jumlah

Beban lampu

1

n

(rpm)

P1

(Watt)

Momen Puntir

(kgmm)

0 1088 125.97 112,77

1 1083 125.97 113,29

2 1075 125.97 114,13

3 1064 125.97 115,31

4 1046 125.97 117,29

5 1012 125,97 121,23

Analisa perhitungan momen puntir diatas juga dapat ditampilkan kedalam

bentuk grafik untuk mengetahui fenomena yang terjadi pada perbandingan momen

(65)

R2 = 0.9815

112.00 113.00 114.00 115.00 116.00 117.00 118.00 119.00 120.00 121.00 122.00

1000 1020 1040 1060 1080 1100

Putaran Alternator (rpm)

[image:65.612.138.503.87.327.2]

M o m e n P u n ti r A lt e rn a to r ( k g m m ) Perubahan momen puntir alternator terhadap putaran alternator Linear (Perubahan momen puntir alternator terhadap putaran alternator)