STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH JUMLAH SUDU DAN DIAMETER ORIFICE TERHADAP KINERJA TURBIN AIR ALIRAN VORTEX

(1)

ABSTRAK

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH JUMLAH SUDU DAN

DIAMETER ORIFICE TERHADAP KINERJA

TURBIN AIR ALIRAN VORTEX

Oleh

ANTON FITRIYADI

Mikrohidro atau pembangkit listrik skala kecil saat ini masih memanfaatkan air terjun, aliran sungai ataupun bendungan yang mempunyai beda ketinggian dan kecepatan aliran air yang besar. Sedangkan untuk aliran sungai dan saluran irigasi dengan kecepatan dan head jatuh yang relatif kecil belum termanfaatkan dengan optimal. Hal ini menjadi referensi untuk menaikkan kecepatan aliran tersebut dengan mengubahnya menjadi aliran vortex. Aliran vortex yang juga dikenal sebagai aliran pulsating atau pusaran dapat terjadi pada suatu fluida yang mengalir dalam suatu saluran yang mengalami perubahan mendadak. Aliran vortex atau pusaran air yang didapat mempunyai kecepatan yang cukup tinggi, yang pada akhirnya dimanfaatkan untuk menggerakkan sudu turbin.

(2)

dimana diperoleh nilai torsi, daya poros, dan efisiensi terbesar secara aktual pada jumlah sudu 4 pada diameter orifice 120 mm dengan nilai torsi sebesar 0,77 Nm, daya poros sebesar 5,19 watt, efisiensi sebesar 12,39 %. Sedangkan secara perhitungan teoritik nilai torsi terbaik pada jumlah sudu 4 dengan diameter orifice 80 mm yaitu sebesar 2,88 Nm, daya poros dan efisiensi terbaik pada jumlah sudu 4 dengan diameter orifice 120 mm sebesar 18,61 watt dan 44,41%.

(3)

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Secara global energi yang tersedia dalam bentuk energi bahan bakar mineral atau sumber energi tak terbaharui semakin berkurang keberadaannya maka sudah selayaknya untuk dicari dan digalakan penemuan-penemuan atau pemanfatan-pemanfaatan energi-energi alternatif. Di alam semesta ini sebenarnya banyak terdapat energi alternatif hanya saja dikarenakan keterbatasan dari kemampuan manusia maka semua energi alternatif yang ada belum dapat dimanfaatkan secara maksimal dan integral. Beberapa contoh energi alternatif yang sudah banyak dimanfaatkan antara lain adalah; energi angin, energi air, energi matahari dan sebagainya. Suatu hal yang barang kali patut untuk dipertimbangkan di daerah Lampung adalah energi air. Hal ini dikarenakan Lampung merupakan daerah yang memiliki sungai-sungai, yang sangat berpotensi untuk dikembangkan menjadi pembangkit listrik baik skala besar maupun skala kecil.

(4)

sungai ,bendungan, ataupun air terjun. Seorang Peneliti dari Jerman Viktor Schauberger mengembangkan teknologi aliran vortex (pusaran) untuk diterapkan pada pemodelan turbin air. Aliran vortex yang juga dikenal sebagai aliran pulsating atau pusaran dapat terjadi pada suatu fluida yang mengalir dalam suatu saluran yang mengalami perubahan mendadak. Fenomena aliran vortex sering kali dijumpai pada pemodelan sayap pesawat, aliran vortex cendrung dianggap sebagai suatu kerugian dalam suatu aliran fluida. Dalam penelitiannya Viktor Schauberger, memanfaatkan aliran irigasi yang kemudian diubah menjadi aliran vortex (pusaran), yang kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan sudu turbin. Dari penelitian ini didapatkan efisiensi sebesar 75 % dengan tinggi air jatuh 0,6 m. Namun pada penelitiannya Viktor Schauberger tidak menjelaskan pengaruh lubang buang (orifice) dan bentuk sudu turbin yang dibuat, serta profil vortex yang terjadi. Bertolak dari kondisi tersebut di atas maka penyusun melakukan penelitian untuk melihat pengaruh jumlah sudu dan diameter orifice terhadap kinerja turbin air aliran vortex.

B. Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari pelaksanaan dan penulisan laporan tugas akhir ini adalah untuk 1. Mengetahui pengaruh jumlah sudu dan variasi diameter lubang buang

(5)

3

Sedangkan manfaat yang diharapkan dari laporan ini adalah agar dapat memberikan informasi kepada khalayak umum bahwa fenomena aliran vortex dapat diterapkan pada turbin air.

C. Batasan Masalah

Dalam penulisan laporan tugas akhir ini ada beberapa batasan masalah yang diberikan agar penelitian ini lebih terarah, yaitu:

1. Pengujian dilakukan untuk menentukan kinerja turbin berdasarkan tinjauan aliran vortex.

2. Variasi diameter lubang buang adalah 80 mm, 100 mm, 120 mm, 140 mm,160 mm.

3. Variasi jumlah blade adalah 3, 4 dan 6 buah

4. Variasi jarak blade dengan lubang buang adalah 5 cm

(6)

D. Sistematika Penulisan

Laporan penelitian Tugas Akhir ini menggunakan standar penulisan karya ilmiah yang diterapkan oleh Universitas Lampung antara lain :

BAB I : PENDAHULUAN

Terdiri dari latar belakang, tujuan, batasan masalah, hipotesa, dan sistematika penulisan dari penelitian ini.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Berisikan tentang energi, aliran pusaran (vortex), dinamika vortex, tipe vortex, hydropower, perhitungan turbin air.

BAB III : METODOLOGI

Berisi beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian, prosedur pengujian, dan diagram alir pengujian.

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

Yaitu berisikan pembahasan dari data-data yang diperoleh pada pengujian Torsi turbin dan Putaran sudu.

BAB V : SIMPULAN DAN SARAN

Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang ingin disampaikan dari penelitian ini.

(7)

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Energi

Secara global telah diketahui bersama bahwa sumber energi tak terbaharui semakin berkurang keberadaannya maka sudah selayaknya untuk dicari dan digalakan penemuan-penemuan atau pemanfatan-pemanfaatan energi-energi alternatif. Di alam semesta ini sebenarnya banyak terdapat energi alternatif hanya saja dikarenakan keterbatasan dari kemampuan manusia maka semua energi alternatif yang ada belum dapat dimanfaatkan secara maksimal dan integral. Beberapa contoh energi alternatif yang sudah banyak dimanfaatkan antara lain adalah; energi angin, energi air, energi matahari dan sebagainya. Energi adalah kemampuan untuk melakukan suatu usaha. Energi tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan tetapi dapat dirubah bentuknya dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lainya. Sebagai contoh, pada proses pembakaran akan terjadi perubahan bentuk energi yaitu dari energi kimia menjadi energi panas

(8)

B. Turbin Air

Dalam suatu system Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), turbin air merupakan salah satu peralatan utama selain generator. Turbin air adalah alat untuk mengubah energi air menjadi energi puntir. Energi puntir (momen) ini kemudian diubah menjadi energi listrik oleh generator.

Teori turbin air bertujuan untuk mendapatkan unjuk kerja optimum dalam pemanfaatan energi air pada suatu kondisi operasi tertentu. Dasar kerja turbin air yang sangat sederhana sudah diketemukan sebelum dimulainya tahun masehi. Teknologi turbin air merupakan perkembangan dari kincir air (water wheel). Perbedaan utama dari kincir air dan turbin adalah bahwa kincir air hanya mengubah kecepatan aliran, sedangkan turbin air mengubah arah dan kecepatan aliran (Wibowo P, 2007)

Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industry, dan untuk jaringan listrik. Sekarang lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin kini dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energi yang dapat diperbaharukan. (Galih, 2008)

 Jenis-Jenis Turbin

(9)

7

perubahan momentum air, sehingga gaya dinamikalah yang mengenai bagian yang berputar atau runner dari turbin tersebut.

 Turbin Impuls

Yang dimaksud dengan turbin impuls adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air (yang terdiri dari energi potensial + tekanan + kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi puntir. (Luknanto, 2003). Jenis-jenis turbin impuls sendiri yaitu: pelton, turgo, Michell-Banki (Crossflow atau ossberger).

Gambar 1. Gambaran umum turbin impuls

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

 Turbin Reaksi

(10)

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 turbin.

Gambar 2. Gambaran umum turbin reaksi

(http://lingolex.com/bilc/engine.html)

 Mikrohidro Power

Micro-Hydro Power adalah pemanfaatan energi skala kecil dari air terjun, sebagai contoh pemanfaatan air sungai untuk energi industry kecil atau perkampungan. Micro-Hydro Power diklasifikasikan berdasarkan ukurannya sebagai berikut: (http://phetchabun2.net)

 Large hydro = lebih dari 100 MW dan biasanya untuk memberi energi jaringan lsitrik yang besar.

(11)

9

 Small hydro = 1-15 MW

 Mini Hydro = diatas 100 kW tapi dibawah 1MW,

 Micro hydro = dari 5 kW sampai 100 kW, biasanya energi yang diberikan untuk komunitas atau industri pedesaan di daerah yang jauh dari jaringan listrik.

 Pico Hydro = dari beberapa ratus watt sampai 5 kW.

C. Aliran pusaran (vortex)

Sebuah fluida berputar dikenal sebagai pusaran. Gerakan fluida dengan cepat berputar-putar di sekitar pusat pusaran disebut aliran Vortex. Terdapat dua jenis vortex Salah satunya adalah disebut vorteks bebas, dan yang lainnya adalah vortex paksa. Sebuah pergerakan vortex juga dapat dicirikan sebagai gerak pusaran silinder dan gerak pusaran spiral. Sebuah contoh yang baik dari sebuah pusaran adalah fenomena atmosfer, angin puyuh atau tornado. Pada skala yang lebih kecil, yang biasanya terbentuk pusaran air seperti dalam sebuah wastafel atau toilet.. (http://kpvrajmechtutorials.blogspot.com/2009/05/vortex-motion-free-and-forced-vortices.html)

(12)

Vortex memiliki beberapa sifat-sifat khusus:

 Tekanan fluida dalam sebuah vortex bernilai paling rendah dipusatnya dimana pada kondisi ini kecepatannya paling tinggi, dan naik secara bertahap sesuai dengan pengaruh jarak dari pusat. Hal ini sesuai dengan persamaan bernoulli.

 Inti dari setiap vortex dapat dibayangkan mengandung sebuah garis vortex dan setiap partikel dalam vortex dapat dianggap bersirkulasi disekitar garis vortex. Garis-garis vortex berawal dan berakhir pada lapis batas dari fluida tetapi garis-garis tersebut tidak bermula atau berakhir dalam fluida.

 Dua atau lebih vortex yang kira-kira parallel dan bersirkulasi dalam arah yang sama akan dengan cepat bergabung untuk membentuk sebuah vortex tunggal. Sirkulasi dari vortex yang tergabung akan sama dengan jumlah sirkulasi komponen-komponen pembentuk vortex

(13)

11

D. Tipe pusaran (vortex)

1. Pusaran dengan paksaan

Secara matematis, suatu pusaran dengan paksaan mempunyai karakteristik bahwa setiap tetes dari cairan di dalamnya mempunyai kecepatan sudut sama, , sehingga kecepatan tangensial pada jari-jari r dari pusat pusaran adalah ur. Pada pusat dimana r0,u0. Potongan melalui pusaran dengan paksaan terlihat pada gambar 4a.

Jejak dari setiap elemen cairan seperti E (gambar 4a) adalah suatu lingkaran sekitar garis tengah pusaran. Akibatnya resultanya, R, dari gaya-gaya (berat dan gaya sentrifugal yang bekerja pada E harus tegak lurus pada permukaan di E, terlihat pada skala yang diperbesar dalam (Gambar 4b).

Gambar 4. Pusaran dengan paksaan (a) potongan melalui pusaran dengan paksaan, (b) kemiringan permukaan pada E (c) gaya –gaya yang bekerja pada

elemen E (Dugdale, 1986)

Segitiga kecepatan (Gambar 4b) dan (Gambar 4c) harus sama, sehingga didapatkan (Dugdale, 1986)

Permukaan Pada E

dh

dr

ρgV

ρVω2_r

E

(b)

R

(14)

2 2

dh V r r

dr gV g

  



  ……… (9)

Dimana V = volume dari E

2 2 2

.

2

r r

h dr C

g g

 

 



  ………. (10)

dimana C = konstan.

Dari gambar 4 (a), h =0 kalau r = 0, dan C = 0

yaitu

2 2 2

2 2

r u

h

g g



  ……….. (11)

yang merupakan persamaan dari permukaan bebas.

Apabila head total pada r =0 adalah Ho, maka pada jari-jari r

Head total 2 2 , 2 2 o u u

H H h

g g

   adalah head kecepatan

Sehingga 2 2 2 2 2 2 o o u u H H g g u H g     

……….. (12)

(15)

13

suatu garis arus (streamline), tidak dapat dipakai dari satu garis arus ke garis arus yang lain tanpa pandang bulu. (Dugdale, 1986)

2. Pusaran Bebas (Free Vortex)

Suatu pusaran bebas adalah fenomena yang timbul ketika air bak dibiarkan keluar melalui lubang keluar. Seperti pada pusaran dengan paksaan, garis-garis arus adalah lingkaran-lingkaran konsentris tetapi tidak seperti pusaran dengan paksaan, kecepatan tangensial u, pada jari-jari r diberikan dengan : (Dugdale, 1986)

ur K, suatu konstan

karena Head total, H, adalah fungsi dari p, u dan z, maka :

dH H dp H du H dz

dr r dr u dr z dr

  

  

   ………. (13)

dan karena

2 2

p u

H z

g g



   pada garis arus,

1

; ; 1

H h u H

p g U g z

  

  

   ……….……….. (14)

(16)

Gambar 5 menunjukkan elemen E akan mengalir sepanjang jejak melengkung hanya bila tekanan pada sebelah luar lebih besar daripada sebelah dalam dengan sejumlah dp, maka:

Gaya radial kedalam = a dp = Massa x Percepatan

2

2 u a dr

r

dp _u

dr r 



 

 

……… (15)

karena u K , du K₂ u

r dr r r

     ……….. (16)

dengan mensubstitusi pers. (14), (15), (16) kedalam pers. (13) didapat,

dH dz

dr  dr

Pada bidang horizontal , dz 0

dr  , sehingga H konstan. Kenyataannya, H

konstan untuk semua garis arus, maka bila sufix 1 dan 2 menandakan

kondisi-kondisi dari dua garis arus.

2 2

1 1 2 2

1 2

2 2

p u p u

H z z

g g g g

 

      ……… (17)

Karena pada tiap titik,

2 2 2

p C

z H

g gr 

(17)

15

Jika fluida pada kondisi permukaan bebas, p 0 g

  dan profil pada

permukaan bebas diberikan sebagai berikut:

2 2 2

C H z

gr

  ………...……… (19)

Untuk tiap-tiap bidang horizontal, z adalah konstan dan variasi tekanan diberikan sebagai:

2 2

( )

2

p C

H z

g gr

    ……… (20)

Sehingga pada vortex bebas, tekanan menurun dan circumferensial kecepatan naik ketika bergerak mendekati pusat vortex. (J.F Douglas, 1995)

(18)

E. Perhitungan Pada Turbin

1. Perhitungan Daya Potensial Air

Perhitungan ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar potensi yang tersedia dari sebuah sumber daya. Hal ini penting untuk kepentingan perancangan suatu pembangkit, sehingga diketahui seberapa besar suatu pembangkit akan dibuat.

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 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



... (21)

dengan

m adalah massa air h adalah head (m)

g adalah percepatan gravitasi













2

s

m

Daya merupakan energi tiap satuan waktu













t

E

, sehingga persamaan

(19) dapat dinyatakan sebagai :

(19)

17

Dengan mensubsitusikan P terhadap













t

E

dan mensubsitusikan



Q

terhadap













t

m

maka :

Qgh

P





... (22)

dengan

P adalah daya (watt) yaitu

Q adalah kapasitas aliran













s

m

3



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

E



... (23)

dengan

v adalah kecepatan aliran air













s

m

Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut :

2

1

Qv

P





... (24)

atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas

Q



Av

maka

3

2

1

Av

(20)

dengan

A adalah luas penampang aliran air

 

m

2

2. Perhitungan Daya Teoritik Turbin

Daya teoritis adalah daya yang seharusnya diterima oleh poros turbin secara utuh, dengan mengabaikan rugi-rugi statis dan dinamis saat sistem bekerja.

Gaya yang bekerja diberikan sebagai berikut:













2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 z r z r r z z r

F P A

dF pdA dF p drdz

C

dF g H z drdz

gr

C

F g H z drdz

gr

C

F g H z r dz

gr



       _   _      _   _     

 



... (26)

Dimana A adalah luas area sudu yang terkena momentum air.

Torsi yang dihasilkan:

T  F r ... (27)

Menghitung daya poros (Pb)

       60 2 nT

Pb  ... (28)

(21)

19

Ph QgH ... (29) Menghitung efisiensi turbin

% 100

 

Hidro Daya

Poros Daya

 ... (30)

3. Daya Aktual yang dihasilkan Turbin

Energi yang dihasilkan turbin adalah energi yang diperoleh dari kerja turbin, nilai energi diperoleh dari proses pengambilan data berupa torsi dan kecepatan putar poros turbin.

Kecepatan sudut diberikan dalam:

2 60

n  _ _

  ... (31) Daya poros turbin diberikan dalam pers (32):

2 60

turbin

nT P  _ _

  ... (32) 4. Efisiensi

Efisiensi merupakan perbandingan dari energi yang termanfaatkan dengan potensial energi yang tersedia, secara matematis diberikan:

100%

turbin air

P P

   ... (33)

5. Kecepatan spesifik

Kecepatan spesifik (ns), menunjukkan bentuk dari turbin itu dan tidak

(22)

menunjukkan pemilihan jenis turbin yang tepat berdasarkan karakteristik sumber air. Kecepatan spesifik dari sebuah turbin juga dapat diartikan sebagai kecepatan ideal, persamaan geometris turbin, yang menghasilkan satu satuan daya tiap satu satuan head.Kecepatan spesifik tubin diberikan oleh perusahaan (dengan penilaian yang lainnya) dan dan selalu dapat diartikan sebagai titik efisiensi maksimum. Perhitungan tepat ini menghasilkan performa turbin dalam jangkauan head dan debit tertentu.

5 4 s

P n n

H

(23)

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan pada bulan Mei - November 2009 bertempat di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Lampung. Waktu pembuatan dan pengujian alat ini sebagai berikut :

Tabel 1. Pelaksanaan Kegiatan Pembuatan dan Pengujian

Kegiatan B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7

Pembuatan dan perakitan

alat X X X X

Melakukan Pengujian

alat X X X

Proses Pengambilan

(24)

B. Alat dan Bahan

1. Alat yang digunakan dalam pembuatan saluran vortex

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :

a. Ragum

Ragum digunakan untuk mencekam sudu saat proses pembuatan sudu turbin.

Gambar 9. Ragum b. Kikir

Kikir digunakan untuk menghaluskan pelat besi saat proses pembuatan sudu turbin dan lubang buang.

(25)

23

c. Bor

Bor digunakan untuk melubangi saat proses pembuatan sudu turbin dan lubang buang, serta saat pemasangan besi penyangga.

Gambar 11. Bor listrik d. Gergaji tangan

Gergaji digunakan untuk memotong besi siku saat proses pembuatan rangka penyangga pompa dan sudu turbin.

(26)

e. Las listrik

Las listrik digunakan untuk menggabungkan atau meyambung material besi saat proses pembuatan sudu turbin serta saluran vortex basin.

Gambar 13. Las listrik f. Palu

Palu digunakan untuk memaku paku saat proses pembuatan saluran.

Gambar 14. Palu g. Gerinda

Gerinda digunakan untuk menghaluskan material sudu dan saluran vortex basin setelah proses pengelasan..

(27)

25

h. Mesin Potong Plat

Mesin potong plat digunakan untuk memtong material plat besi saat proses pembuatan sudu turbin dan saluran vortex basin.

Gambar 16. Mesin potong Plat

2. Alat yang digunakan dalam Pengujian

a. Pompa air dengan kapasitas 60 liter per jam

Pompa air digunakan untuk memompakan air dari reservoir ke saluran.

(28)

Pompa air dalam pengujian ini memiliki spesifikasi sebagai berikut Nama alat : Pompa air

Merek : Power One WP30

Engine Max. Power : 5,5 Hp Intake and Outlet. Dia : 80 mm Pump Output : 60 m3/h

Pump Lift : 28 m

Rated self-suction : 8 m

Weight : 27 kg

b. Selang hisap diameter 2,5 inci

c. Pipa PVC diameter 2,5 dan diameter 4 inci

d. Bak air penampungan dengan dimensi (198 x 168,5 x 150) cm

e. Tachometer

Tachometer digunakan untuk mengetahui nilai putaran poros, saat air menumbuk sudu turbin.

(29)

27

Tachometer dalam pengujian ini memiliki spesifikasi sebagai berikut Nama alat : Tachometer

Model : PH-200

Measuring Range : 6.0～99,999rpm

Measuring Accuracy : Revolutions 6.0～599.9rpm:±1rpm

600.0～99,999rpm:±0.006% and 0.5 digit

f. Torsi meter

Torsi meter digunakan untuk mengetahui nilai torsi, saat air menumbuk sudu turbin.

Gambar 19. Torsi meter

Torsi meter dalam pengujian ini memiliki spesifikasi sebagai berikut Nama alat : Torsi meter

Merek : Lutron TQ-8800

Unit : Kgf-cm, LBf-inch, Newton-cm Maximum measurement

Range : 15 Kgf-cm

(30)

g. Mistar ukur (meteran)

Mistar ukur (meteran) digunakan untuk mengukur ketinggian level air serta tinggi air jatuh (head) turbin.

Gambar 20. Meteran h. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk menghitung waktu saat penganbilan data debit aliran.

(31)

29

C.Perlengkapan dan Bahan Penelitian

Perlengkapan dan bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:

1. Saluran air dengan dimensi panjang 5,5 m, lebar 25 cm, tinggi 50 cm, dan diameter vortex basin 1 m.

2. Frame (rangka) penyangga poros turbin dibuat dari plat siku dengan ukuran pelat 3,5 cm x 3,5 cm. Ukuran rangka 1,2 m x 1,2 m dengan tinggi 1 m, plat siku dihubungkan dengan menggunakan baut.

3. Poros vertikal terbuat dari baja pejal dengan diameter 1,6 cm panjang 100 cm. Bagian atas dan bagian bawah poros dipasangkan bearing.

[image:31.595.152.436.417.549.2]

4. Sudu turbin

Gambar 22. Tipe – tipe sudu

5. Bearing untuk bantalan poros vertikal dengan diameter lubang 15 cm. 6. Lubang Buang 80, 100, 120, 140, 160 mm (diambil gap 20 mm, karena

dianggap sesuai dengan perbandingan diameter vortex basin) 7.

(32)

[image:32.595.112.513.87.201.2]

Gambar 23. Lubang Buang

D.Prosedur Penelitian

1. Proses Pembuatan dan Perakitan Alat Uji

Pembuatan alat uji dilaklukan dalam empat tahap selama empat bulan, diantaranya:

a. Tahap pertama merancang saluran air dan vortex basin, poros turbin serta sudu-sudu turbin. Membuat saluran air dengan kayu sebagai bahan dasarnya.

b. Tahap kedua Membuat vortex basin dan sudu turbin dengan bahan plat besi 0.2 mm.

c. Tahap ketiga membuat bak penampungan air, serta penyangga saluran vortex basin.

d. Tahap keempat meralit semua komponen dan menempatkannya diatas dudukan.

2. Melakukan pengujian alat. Ini dilakukan dalam tiga tahap untuk memastikan semua komponen bekerja dengan benar.

(33)

31

a. Tahap pertama melakukan perakitan semua alat dan memastikan semua alat bisa bekerja dengan benar

b. Tahap kedua melakukan pengujian saluran untuk mengetahui ada atau tidaknya kebocoran pada saluran.

c. Tahap ketiga mengatur debit aliran masuk dan debit keluar sehingga adanya kesesuaian antara debit masuk bak penampungan sementara dan pipa penampang saluran keluar.

3. Proses pengambilan data mengikuti tahapan seperti dibawah ini :

a. Penelitian diawali dengan perakitan semua komponen kemudian memposisikan saluran tepat berada pada bak penampungan.

b. Memposisikan pompa air ke roservoir, memastikan bahwa jarak sudu terhadap lubang buang yang dipakai berdiameter 50 mm.

c. Memasang sudu dengan variasi jumlah sudu 3 buah.

d. Hidupkan pompa kemudian pastikan aliran air menuju ke saluran.

e. Mempertahankan tinggi level air sebesar 20 cm

f. Mengukur putaran poros dengan tachometer, kemudian mengukur torsi yang terjadi pada poros turbin dengan torquemeter.

g. Menghitung debit dengan menampung air dari keluaran vortex basin.

(34)

i. Ulangi langkah 3 dengan memvariasikan jumlah sudu sebesar 3 buah, 4 buah, dan 6 buah.

E.Metode Pengambilan data

Pengujian dilakukan dengan beberapa variabel tetap seperti jarak sudu terhadap lubang buang sebesar 5 cm, tinggi level air dipertahankan pada level 20 cm.

Tabel 2. Torsi dan putaran poros dengan diameter lubang buang sebesar 80, 100, 120, 140, 160 mm.

No

Jumlah sudu

3 4 5

Torsi Rpm Torsi Rpm Torsi Rpm 1

[image:34.595.153.491.318.522.2]

(35)

33

F. Skema Pengujian

[image:35.595.167.431.239.459.2]

Skema pengujian analisa aliran vortex diuraikan pada gambar 24 dan gambar 25 berikut ini,

Gambar 24. Bagian instalasi aliran vortex

Tabel 3. Komponen Instalasi Aliran Vortex

No. Nama Komponen No. Nama Komponen

1 Reservoir 6 Pipa PVC 3 in

2 Pipa PVC 3 in 7 Saluran

3 Pompa Air 8 Saluran vortex

4 Sudu 9 Rangka

5 Poros sudu 1 3

4 5

6

7

8

[image:35.595.106.513.542.628.2]

(36)

[image:36.595.173.429.147.383.2]

Gambar 25. Skema Penempatan alat ukur Tachometer

(37)

35

G. Diagram alir penelitian

Mulai

Study Literatur

Pembuatan Model

Uji coba model

Tidak _Modifikasi

Ya Model Bekerja

 Pengambilan data debit air

 Hidupkan pompa

 Mengatur putaran gas pompa agar pada saluran tinggi level air tidak lebih atau kurang dari 200 mm

 Pada saat tinggi level air mencapai 200 mm, tutup pipa saluran buang.

 Mencatat waktu kenaikan tinggi level air pada reservoir bawah, dengan parameter tetap kenaikan tinggi level air reservoir bawah 18 cm

 Pengambilan data kecepatan putaran dan torsi poros turbin

 Variasi jumlah blade : 3 buah, 4 buah, dan 6 buah

 Variasi lubang buang : 80 mm, 100 mm, 120 mm, 160 mm

 Variasi jarak (ketinggian) sudu ke lubang buang: 50 mm Perancangan Model

(38)

[image:38.595.163.481.87.433.2]

Gambar 26. Diagam alir Penelitian Analisa dan Pengolahan data

1. Menghitung daya poros dan efisiensi turbin secara aktual

2. Menghitung daya poros dan efisiensi turbin secara teoritik

3. Membandingkan hasil perhitungan aktual dan teoritik

Kesimpulan dan Saran

Selesai

(39)

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

[image:39.595.123.502.278.454.2]

A. Data Hasil Penelitian

Tabel 4. Data hasil pengukuran aktual Pada Diameter Lubang Buang 8 cm

No

Jumlah sudu

3 4 6

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM 1 58.30 55,70 64,90 59,40 59,20 57,30 2 58,60 54,20 63,50 58,70 61,00 56,30 3 57,30 53,50 64,70 57,20 64,20 57,60 4 58,30 55,50 65,00 59,10 63,10 57,30 5 58,60 56,20 64,40 58,20 63,80 56,50

Rata-rata 58,22 55,02 64,50 58,52 62,26 57,00

Tabel 5. Data hasil pengukuran aktual Pada Diameter Lubang Buang 10 cm

No

Jumlah sudu

3 4 6

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM 1 64,30 57,60 73,30 59,20 68,50 59,60 2 63,70 57,30 73,60 61,40 71,20 58,40 3 64,50 56,30 74,20 60,40 72,30 56,30 4 63,60 56,60 73,60 61,30 73,10 58,60 5 64,50 56,30 75,40 61,70 70,90 59,80

[image:39.595.116.508.517.698.2]

(40)

No

Jumlah sudu

3 4 6

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM 1 68.30 59,20 77,10 64,40 74,20 63,60 2 68,40 61,70 77,20 63,70 75,40 62,50 3 67,60 62,30 77,30 63,80 75,30 63,80 4 68,60 62,90 77,10 64,20 76,10 63,40 5 66,80 63,60 76,30 65,90 75,90 65,30

[image:40.595.121.503.93.275.2]

Rata-rata 67,94 61,94 77,00 64,40 75,38 63,72

Tabel 7. Data hasil pengukuran aktual Pada Diameter Lubang 140 cm

No

Jumlah sudu

3 4 6

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM 1 65,60 60,60 74,60 62,60 73,60 61,30 2 64,80 60,60 73,20 62,50 72,60 62,30 3 65,30 60,50 73,60 62,50 73,50 61,20 4 65,10 61,30 74,90 63,30 72,60 61,40 5 64,30 61,50 73,60 63,10 74,50 61,50

Rata-rata 65,02 60,90 73,98 62,80 73,36 61.54

Tabel 8. Data hasil pengukuran aktual Pada Diameter lubang 160 cm

No

Jumlah sudu

3 4 6

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM 1 60,30 58,60 68,30 60,60 66,30 59,60 2 60,40 57,60 68,40 60,30 66,50 58,60 3 59,60 57,20 69,60 61,80 65,80 58,40 4 58,60 59,60 68,30 62,60 66,30 58,60 5 58,30 57,20 68,30 62,40 66,40 58,70

[image:40.595.120.505.312.494.2] [image:40.595.120.504.544.725.2]

(41)

[image:41.595.45.585.111.235.2]

39 Tabel 9. Hasil perhitungan (aktual)

Lubang

Sudu

3 4 6

daya

Poros Efisiensi Torsi RPM

daya

Poros Efisiensi Torsi RPM

daya

Poros Efisiensi Torsi RPM 80 3,35 7,48 58,22 55,02 3,95 9,22 64,50 58,52 3,71 8,21 62,26 57,00 100 3,81 8,67 64,12 56,82 4,71 11,00 74,02 60,80 4,36 9,62 71,20 58,54 120 4,40 10,41 67,94 61,94 5,19 12,39 77,00 64,40 5,03 11,43 75,38 63,72 140 4,14 9,60 65,02 60,90 4,86 11,34 73,98 62,80 4,73 10,45 73,36 61,54 160 3,61 8,21 59,44 58,04 4,42 10,31 68,58 61,54 4,08 8,81 66,26 58,78

B. Analisa Data dan Pembahasan 1. Analisa data aktual

Proses pengambilan data aktual dengan memvariasikan Diameter lubang buang dan jumlah sudu turbin, dimana proses pengambilan dilakukan dengan lima kali pengulangan didapatkan nilai torsi terbesar yaitu pada diameter lubang buang 120 mm seperti yang terlihat pada grafik gambar 27.

Gambar 27. Grafik hubungan diameter lubang buang dan jumlah sudu turbin terhadap torsi (aktual)

[image:41.595.171.473.426.631.2]

(42)

[image:42.595.169.473.193.406.2]

6 dengan demikian torsi yang diperoleh dan hambatan yang diderita pada sudu 4 lebih besar dari sudu yang lain.

Gambar 28. Grafik hubungan diameter lubang buang dan jumlah sudu terhadap Daya Poros (aktual)

(43)

[image:43.595.159.482.80.292.2]

41

Gambar 29. Grafik hubungan diameter lubang buang dan jumlah sudu terhadap efisiensi (aktual)

(44)

[image:44.595.207.416.240.376.2]

Perhitungan nilai efisiensi dengan menggunakan data teoritik, pada awalnya terlebih dahulu mencari nilai torsi. Nilai torsi didapatkan mula-mula dengan menghitung gaya yang didapat oleh sudu, diamana gaya merupakan perkalian distribusi tekanan terhadap luas area air yang menumbuk sudu.

Gambar 30. Analisa teoritik

Distribusi Tekanan yang terjadi :

2 2 ( ) 2 p C H z g gr    

Maka gaya yang menumbuk sudu adalah :













2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 z r z r r z z r

F P A

dF pdA dF p drdz

C

dF g H z drdz

gr

C

F g H z drdz

gr

C

F g H z r dz

gr



       _   _      _   _     

 



(45)

43 terkena air. Barulah setelah itu nilai torsi (T) dapat di hitung dengan menggunakan persamaan

Fr

T 

Dimana F adalah gaya total dan r adalah titik berat bidang gaya pada sudu turbin. Didapat dari persamaan :

 

__ x f x

x

f x





(46)

[image:46.595.151.474.82.278.2]

Gambar 31. Grafik hubungan diameter lubang buang dan jumlah sudu terhadap torsi (teoritik)

Dari data-data teoritik yang telah didapatkan, di ketahui nilai torsi terbesar pada sudu 4 dengan diameter lubang buang 80 mm sebesar 2,88 Nm. Sedangkan nilai torsi terkecil terjadi pada sudu 3 dengan diameter lubang buang 160 mm dengan nilai torsi 1,307 Nm. Seperti yang di perlihatkan dalam grafik gambar 31 dimana garfik hubungan jumlah sudu dan diameter lubang buang terhadap torsi

[image:46.595.147.477.485.674.2]

(47)

[image:47.595.129.495.303.525.2]

45 Dari data-data torsi dan kecepatan sudut yang telah di dapatkan, dapat di hitung nilai daya porosnya dimana daya poros adalah nilai putaran dikalikan torsi sehingga didapatkan nilai daya poros terbesar yaitu pada posisi diameter lubang buang 120 mm pada jumlah sudu 4 dengan nilai daya poros sebesar 18,61 watt sedangkan nilai daya poros terkecil berada pada diameter lubang buang 160 mm pada sudu 3 dengan nilai daya poros 7,93 watt. Daya poros ini menunjukkan besar kerja yang dihasilkan poros apabila menerima beban. Beban yang diakibatkan kepada poros bisa disebabkan adanya transmisi dan beban generator.

Gambar 33. Grafik hubungan diameter lubang buang dan jumlah sudu terhadap efisiensi (teoritik)

(48)

penelitian selanjutnya, dapat mempergunakan diameter 120 mm. C. Analisa perbandingan data aktual dengan data teoritik

a. Torsi

(a) (b)

Gambar 34. (a) grafik diameter lubang buang dan jumlah sudu terhadap torsi ( aktual)

(b) grafik diameter lubang buang dan jumlah sudu terhadap torsi (teoritik)

[image:48.595.115.508.162.380.2]

(49)

47 distribusi tekanan semakin kecil dan torsi yang dihasilkan juga akan semakin kecil.

b. Daya poros

Gambar 35. (a) grafik diameter lubang buang dan jumlah sudu terhadap daya poros ( aktual)

(b) grafik diameter lubang buang dan jumlah sudu terhadap daya poros (teoritik)

[image:49.595.115.506.184.349.2]

(50)

Gambar 36. (a) grafik diameter lubang buang dan jumlah sudu terhadap efisiensi ( aktual)

(a) grafik diameter lubang buang dan jumlah sudu terhadap efisiensi (teoritik)

Dari grafik di ketahui efisiensi secara teoritik dan aktual berdasarkan pengujian secara teoritik ini juga dapat diketahui nilai efisiensi turbin, dimana dari data-data yang telah diperoleh nilai efisiensi terbesar kondisi aktual pada diameter lubang buang 120 mm pada jumlah sudu 4 sebesar 12,39 % sedangkan nilai effisiensi terkecil pada diameter lubang buang 8 cm pada jumlah sudu 3 dengan nilai efisiensi 7,48 %. Pada kondisi teoritik didapatkan efisiensi terbaik pada diameter lubang buang 120 mm sebesar 44,41 % dan efisiensi terkecil pada diameter lubang buang 160 mm pada jumlah sudu 3 sebesar 18,05 %.

[image:50.595.113.512.106.277.2]

(51)

(52)

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Dari penelitian ini didapatkan bahwa sudu dan variasi diameter lubang berpengaruh terhadap nilai efisensi yang didapat. Dimana jumlah sudu 4 dengan diameter lubang buang 120 mm adalah kondisi terbaik pada penelitian ini.

(53)

51

B. Saran

Dari hasil penelitian ini untuk penelitian selanjutnya penulis memberikan saran : 1. Perlu adanya kajian teoritik lebih lanjut terhadap perhitungan turbin air

menggunakan aliran vortex ini.

2. Perlu adanya variasi bentuk sudu dan ketinggian level air, serta variasi laju aliran dengan cara mengatur bukaan gas pompa atau dengan cara menambahkan bevel pada saluran, guna mendapatkan efisiensi turbin yang lebih baik lagi.

(54)

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH JUMLAH SUDU DAN DIAMETER ORIFICE TERHADAP KINERJA TURBIN AIR ALIRAN

VORTEX (Skripsi)

Oleh:

ANTON FITRIYADI

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

(55)

DAFTAR PUSTAKA

Fox, R. W. and Mc Donald, A. T., 1995. Introduction to Fluid Mechanics. John Wiley & Sons, New York. 781 pp.

Douglas, J.F, Gasiorek, J.M and Swaffield J.A. 1995. Fluid Mechanicss.Third edition. Longman Scientific & Technical

Dugdale, R.H, Alih Bahasa Bambang Priambodo. 1986. Mekanika Fluida. Edisi Ketiga. Erlangga. Jakarta

Olson, Reuben M, alih bahasa Alex tri kantjono Widodo. 1993. Dasar-dasar Mekanika Flida Teknik. Edisi kelima. Jakarta.

Energi Air

http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/dasar_fisika_energi/bab4_energi _air.pdf

VORTEX MOTION- FREE AND FORCED VORTICES 15 Desember 2009 http://kpvrajmechtutorials.blogspot.com/2009/05/vortex-motion-free-and-forced-vortices.html

Fluids -Curved Motion- Circulation & Vorticity

15 Desember 2009 http://www.roymech.co.uk/Related/Fluids/Fluids_curved_motion.html

Vortex Motion 15 Desember 2009

http://www.phyast.pitt.edu/groups/cond_mat/research/pattern_formation/pattform. html

(56)

No

Jumlah sudu

3 4 6

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM 1 58.30 55.70 64.90 59.40 59.20 57.30 2 58.60 54.20 63.50 58.70 61.00 56.30 3 57.30 53.50 64.70 57.20 64.20 57.60 4 58.30 55.50 65.00 59.10 63.10 57.30 5 58.60 56.20 64.40 58.20 63.80 56.50

Rata-rata 58.22 55.02 64.50 58.52 62.26 57.00

Debit Air pada diameter lubang buang 8 cm

No

Jumlah sudu

3 4 6

waktu Tinggi

air Debit waktu

Tinggi

air Debit waktu

Tinggi

air Debit 1 39.2 18 0.01532 41.3 18 0.014540775 38.9 18 0.01543789 2 39.1 18 0.01536 41.3 18 0.014540775 39.09 18 0.01536285 3 39.4 18 0.01524 41.2 18 0.014576068 38.95 18 0.01541807 4 39.2 18 0.01532 41.3 18 0.014540775 38.96 18 0.01541412 5 40.2 18 0.01494 41.2 18 0.014576068 39.31 18 0.01527688

rata-rata 39.4 18 0.01523 41.3 18 0.014554872 39.042 18 0.01538174

b. Pada Diameter Lubang Buang 10 cm

No

Jumlah sudu

3 4 6

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM 1 64.30 57.60 73.30 59.20 68.50 59.60 2 63.70 57.30 73.60 61.40 71.20 58.40 3 64.50 56.30 74.20 60.40 72.30 56.30 4 63.60 56.60 73.60 61.30 73.10 58.60 5 64.50 56.30 75.40 61.70 70.90 59.80

(57)

No

Jumlah sudu

3 4 6

waktu Tinggi

air Debit waktu

Tinggi

air Debit waktu

Tinggi

air Debit 1 40.2 18 0.01494 41.3 18 0.01454 39.1 18 0.01536 2 40.1 18 0.01498 41.2 18 0.01458 38.9 18 0.01544 3 40.3 18 0.01490 41.2 18 0.01458 38.8 18 0.01548 4 40.3 18 0.01490 41.3 18 0.01454 38.9 18 0.01544 5 40.1 18 0.01498 41.3 18 0.01454 39.2 18 0.01532

rata-rata 40.2 18 0.01494 41.3 18 0.01455 39.0 18 0.01541

c. Pada Diameter Lubang 12 cm

No

Jumlah sudu

3 4 6

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM 1 68.30 59.20 77.10 64.40 74.20 63.60 2 68.40 61.70 77.20 63.70 75.40 62.50 3 67.60 62.30 77.30 63.80 75.30 63.80 4 68.60 62.90 77.10 64.20 76.10 63.40 5 66.80 63.60 76.30 65.90 75.90 65.30

Rata-rata 67.94 61.94 77.00 64.40 75.38 63.72

No

Jumlah sudu

3 4 6

waktu Tinggi

air Debit waktu

Tinggi

air Debit waktu

Tinggi

air Debit 1 42.1 18 0.01426 42.3 18 0.01420 40.1 18 0.01498 2 42.1 18 0.01426 42.1 18 0.01426 40.3 18 0.01490 3 42.1 18 0.01426 42.1 18 0.01426 40.1 18 0.01498 4 41.3 18 0.01454 42.3 18 0.01420 40.1 18 0.01498 5 41.3 18 0.01454 42.1 18 0.01426 40.3 18 0.01490

(58)

No

Jumlah sudu

3 4 6

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM 1 65.60 60.60 74.60 62.60 73.60 61.30 2 64.80 60.60 73.20 62.50 72.60 62.30 3 65.30 60.50 73.60 62.50 73.50 61.20 4 65.10 61.30 74.90 63.30 72.60 61.40 5 64.30 61.50 73.60 63.10 74.50 61.50

Rata-rata 65.02 60.90 73.98 62.80 73.36 61.54

No

Jumlah sudu

3 4 6

waktu Tinggi

air Debit waktu

Tinggi

air Debit waktu

Tinggi

air Debit 1 41.2 18 0.01458 41.3 18 0.01454 39.21 18 0.01532 2 40.9 18 0.01468 41.2 18 0.01458 39.09 18 0.01536 3 40.8 18 0.01472 41.2 18 0.01458 38.95 18 0.01542 4 40.7 18 0.01476 41.3 18 0.01454 38.96 18 0.01541 5 41.1 18 0.01461 41.1 18 0.01461 39.31 18 0.01528

rata-rata 40.94 18 0.01467 41.22 18 0.01457 39.104 18 0.01536

e. Pada Diameter lubang 16 cm

No

Jumlah sudu

3 4 6

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM

Torsi

(Ncm) RPM 1 60.30 58.60 68.30 60.60 66.30 59.60 2 60.40 57.60 68.40 60.30 66.50 58.60 3 59.60 57.20 69.60 61.80 65.80 58.40 4 58.60 59.60 68.30 62.60 66.30 58.60 5 58.30 57.20 68.30 62.40 66.40 58.70

(59)

No

Jumlah sudu

3 4 6

waktu Tinggi

air Debit waktu

Tinggi

air Debit waktu

Tinggi

air Debit 1 40.1 18 0.01498 41.3 18 0.01454 38.3 18 0.01568 2 40.3 18 0.01490 41.2 18 0.01458 38.3 18 0.01568 3 40.1 18 0.01498 41.3 18 0.01454 38.6 18 0.01556 4 40.2 18 0.01494 41.2 18 0.01458 38.6 18 0.01556 5 40.3 18 0.01490 41.30 18 0.01454 37.2 18 0.01614

rata-rata 40.2 18 0.01494 41.26 18 0.01455 38.2 18 0.01572

1. Pengolahan data

 Diameter Lubang Buang 8 cm (sudu 3) 1. Debit air (m3/s)

Volume Q

waktu

 (m3/s) Dimana

3

3 3

198 168.5 18 600534 cm 600534 cm 39.4sec cm 15241.97 sec m 0.01524 sec Volume p l t

volume Q waktu            

(60)

3 2 3

1000 0.01524 9.81 0.3

sec 44.83

Ph Qgh

kg _m _m

m s m watt       

4. Efisiensi turbin

100% 3.35 100% 44.83 7.48% Daya Poros Daya Hidro      

 Diameter Lubang buang 10 cm (sudu3) 1. Debit air (m3/s)

Volume Q

waktu

 (m3/s) Dimana

3

3 3

volume Q waktu            

2. Daya poros (Pb) 2 60 56.82 0.6412 2 60 3.81 watt nT Pb      _ _       _ _   

(61)

0.3

h m

 

3 2

3

1000 0.01494 9.81 0.3

sec 43.96

Ph Qgh

kg _m _m _m

s m watt       

4. Efisiensi turbin

 Diameter lubang buang 12 cm (sudu 3) 1. Debit air (m3/s)

Volume Q

waktu

 (m3/s) Dimana

3

volume Q waktu            

2. Daya poros (Pb) 2 60 61.94 0.6794 2 60 4.40watt nT Pb      _ _       _ _   

3. Daya Hidraulis (Ph) 0.3

h m

(62)

3

1000 0.01437 9.81 0.3

sec 42.30

kg _m _m _m

s m

watt

   



4. Efisiensi turbin

Volume Q

waktu

 (m3/s) Dimana

3

volume Q waktu            

(63)

3. Daya Hidraulis (Ph) 0.3 h m   3 2 3

1000 0.01467 9.81 0.3

sec 43.17

Ph Qgh

kg _m _m

m s m watt       

4. Efisiensi turbin

Volume Q

waktu

 (m3/s) Dimana

3

volume Q waktu            

(64)

3 2 3

1000 0.01494 9.81 0.3

sec 43.96

Ph Qgh

kg _m _m

m s

m watt 



   



4. Efisiensi turbin

100% 3.61

100% 43.96

8.21% Daya Poros Daya Hidro

  

 

(65)

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH JUMLAH SUDU DAN

DIAMETER ORIFICE TERHADAP KINERJA TURBIN AIR

ALIRAN

Oleh

Anton Fitriyadi

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

(66)



 



2 2

3

2

0.19

2

60

2

55.02

60

5.758

1

2

1

1000

5.758

0.19

2

598.439

sec

r

m

n

P

r

kg

m

kgm











 







 





Luas Area sudu yang terkena air :

Area sudu yang

(67)

Profil luas area sudu yang terkena air :

 



 



 

2

1

2

,

0.14, 0.1

0.19

1

4

,

4

2

4

1

0.19

0.0361 0.056

,

0.56

0.28

0.56

1.785,

0.678, c=-0.0355

1.785

0.678 - 0.0355

r

A

f r dr

p q

r

f r

y

ax

bx c

r

pq

a

b

c

p

a

b

c

a

b

f r

y

x



 





  





  



  





  





 

f r dr

1

(68)

 

1 2 1 0 2 0.14 3 2 0 0.14 3 2 2

1.785

0.678 - 0.0355 dr

1.785

0.678

0.0355

3

2

-0.595

0.339

0.0355

0.00163268+0.0066444 - 0.00497

= 0.00004172 m

r

A

f r dr

r



 

















 



Gaya pada sudu :

598.439 0.00004172 0.0249 N

F  P A

 



Torsi :

0.0249 N 0.19 m = 0.004731 Nm T  F r

 

Daya Poros :

(69)

Perhitungan Teoritik :

Distribusi tekanan diameter lubang buang 8 cm (Sudu 3)



 





 



0.19 2 2

0.0541

2 2 2 2

3 3

2 60

2 55.02 60 5.758

1 2

1 1

1000 5.758 0.19 1000 5.758 0.0541

2 2

550.303

n

P r

kg kg

m m

Pa

 



 

  

 



   

_    _{ }    _

   



Luas Area sudu yang terkena air :

Area sudu yang

(70)

 

1

2

-0.047

1.915 - 8.817

r

A

f r dr

A

f r

y

x



 





Maka :





 

2 1 2 1 1 2 2 2 2 19 3 2 5.31 2

total 1 2

2

19 16.3

10

27

0.0027

-0.047

1.915 - 8.817

0.047

1.915

8.817

3

2

64.98913

A

= A

0.00919

r

A

p l

cm

m

A

f r dr

r

dr

r

cm

A

m

 











 













Gaya pada sudu :

550.303 0.009502 5.0622

F P A

N

 

(71)

Torsi :

 

__ 2 2

(-0.047 +1.915 - 8.817) (-0.047 1.915 - 8.817) 812.629239

64.989136 13.85

x f x r x

f x

x x x

x x cm      













3

3 2.698 0.1385 = 2.10396

T F r

N m

Nm

  

Daya Poros :

2 60 55.02 2.10396 2 60 12.11881 nT Pb watt      _ _       _ _   

Daya Hidraulis (Ph)

3

3 2

1000 9.81 0.015230 0.3

sec sec

44.82189 Ph gQh

gQh

kg _m _m

(72)



 





 



2

0.19 2 2

0.0641

2 2 2 2

3 3 60 2 56.82 60 5.95 sec 1 2 1 1

1000 5.95 0.19 1000 5.95 0.0641

2 2 566.284 rad P r kg kg m m Pa               _    _{ }    _     

luas area sudu yang terkena air :

 

2

1

2

-0.047

2.009 - 10.78

r

A

f r dr

A

f r

y

x



 





Maka :





 

2 1 2 1 1 2 2 2 2 19 3 2 5.31 2

total 1 2

2

19 17.3

10

17

0.0017

-0.047

2.009 - 10.78

0.047

2.009

10.78

3

2

64.978246

A

= A

0.008197825

r

A

p l

cm

m

A

f r dr

r

dr

r

(73)

Gaya pada sudu :

 

__ 2 2

(-0.047 +2.009 - 10.78) (-0.047 2.009 - 10.78) 882.7021142

64.9782462 14.43

x f x r x

f x

x x x

x x cm      





566.284 0.008197825 4.6423

F P A

N      Torsi :









3

3 4.6423 0.1443 = 2.01029

T F r

N m

Nm

  

Daya Poros :

2 60 56.82 2.01029 2 60 11.96121 nT Pb watt      _ _       _ _   

Daya Hidraulis (Ph)

3

3 2

1000 9.81 0.01494 0.3

sec sec

43.96842 Ph Qgh

gQh

kg _m _m

(74)

11.96121 100% 43.9683 27.2041%   

Distribusi tekanan diameter lubang buang 12 cm (Sudu 3)



 





 



2

0.19 2 2

0.0741

2 2 2 2

3 3 2 60 2 61.94 60 6.49 sec 1 2 1 1

1000 6.49 0.19 1000 6.49 0.0741

2 2 644.631 n rad P r kg kg m m Pa                _    _{ }    _     

 

2

1

2

-0.047

2.103 - 12.83

r

A

f r dr

A

f r

y

x



 





(75)





 

2 1 2 1 1 2 2 2 2 19 3 2 5.31 2

total 1 2

2

19 18.3

10

7

0.0007

-0.047

2.103 - 12.83

0.047

2.103

12.83

3

2

65.04358

A

= A

0.0072043

r

A

p l

cm

m

A

f r dr

r

dr

r

cm

A

m

 











 













Gaya pada sudu :

 

__

2 2

(-0.047 +2.103 - 12.83) (-0.047 2.103 - 12.83) 943.3074

65.0435 14.85

x f x r x

f x

x x x

x x cm      





644.631 0.007204 4.6442

F P A

N      Torsi :









3

3 4.6423 0.1485 = 2.0693

T F r

N m

Nm

  

(76)

2 60 61.94 2.0693 2 60 13.43 Pb watt    _ _       _ _   

Daya Hidraulis (Ph)

3

3 2

1000 9.81 0.01437 0.3

sec sec

42.29

Ph Qh

gQh

kg _m _m _m

m watt          Efisiensi turbin 100% 13.43 100% 42.29 31.75% Daya Poros Daya Hidro      

Distribusi tekanan diameter lubang buang 14 cm (Sudu 3)



 





 



2

0.19 2 2

0.0831

2 2 2 2

3 3 2 60 2 60.90 60 6.38 sec 1 2 1 1

1000 6.38 0.19 1000 6.38 0.0831

2 2 594.17 n rad P r kg kg m m Pa                _    _{ }    _     

(77)

 

2

1

2

-0.060

2.556 - 16.76

r

A

f r dr

A

f r

y

x



 





Maka :





 

2 1 2 1 1 2 2 2 2 19 3 2 8.31 2

total 1 2

2

19 18.76

10

7

0.00024

-0.060

2.556 - 16.76

0.060

2.556

16.76

3

2

65.04358

A

= A

0.006312

r

A

p l

cm

m

A

f r dr

r

dr

r

cm

A

m

 











 













Gaya pada sudu :

 

__

2 2

(-0.060 +2.556 - 16.76) (-0.060 2.556 - 16.76) 989.809

660.720 16.42

x f x r x

f x

x x x

x x cm      





594.17 0.006312 3.7504

F P A

N

 

(78)





3 3.7504 0.1642 = 1.8475

N m

Nm

  

Daya Poros :

2 60 60.90 1.8475 2 60 11.787 nT Pb watt      _ _       _ _   

Daya Hidraulis (Ph)

3

3 2

1000 9.81 0.01467 0.3

sec sec

43.173

Ph Qh

gQh

kg _m _m

(79)

Distribusi tekanan diameter lubang buang 16 cm (Sudu 3)



 





 



2 0.19 2 2 0.0861

2 2 2 2

3 3 2 60 2 58.04 60 6.07 sec 1 2 1 1

1000 6.07 0.19 1000 6.07 0.0861

2 2 528.481 n rad P r kg kg m m Pa                _    _{ }    _     

 

2

1

2

-0.079

3.149 - 21.09

r

A

f r dr

A

f r

y

x



 





Maka :





 

2 1 2 1 1 2 2 2 2 19 3 2 8.61 2

total 1 2

2

19 18.83

10

1.7

0.00017

-0.079

3.149 - 21.09

0.079

3.149

21.09

3

2

60.9551

A

= A

0.006265

r

A

p l

cm

m

A

f r dr

r

dr

(80)

 

2 2

(-0.079 +3.149 - 21.09) (-0.079 3.149 - 21.09) 926.854

56.213 16.57 r x

f x

x x x

x x cm      





528.481 0.006265 3.3112

F P A

N      Torsi :









3

3 3.3112 0.1657 = 1.6463

T F r

N m

Nm

  

Daya Poros :

(81)

Daya Hidraulis (Ph)

3

3 2

1000 9.81 0.01494 0.3

sec sec

43.9684

Ph Qh

gQh

kg _m _m _m

m watt 



 

   



Efisiensi turbin

100% 9.993

100% 43.9684

22.727% Daya Poros Daya Hidro

  

 

(82)

MENGESAHKAN

1. Tim Penguji

Ketua

:

M.Irsyad

,

S.T., M.T.

...

Sekretaris

:

Jorfri B Sinaga, S.T., M.T.

...

Penguji

Bukan Pembimbing :

Ir. Herry Wardono, M.Sc

...

2. Dekan Fakultas Teknik

Dr. Lusmeilia Afriani, D.E.A.

NIP. 196505101993032008

(83)

Judul Skripsi

: STUDI EKSPERIMENTAL

PENGARUH JUMLAH SUDU DAN

DIAMETER ORIFICE TERHADAP

KINERJA TURBIN AIR ALIRAN

VORTEX

Nama Mahasiswa

:

Anton fitriyadi

No. Pokok Mahasiswa

: 0315021045

Jurusan

: Teknik Mesin

Fakultas

: Teknik

MENYETUJUI,

1. Komisi Pembimbing

M.Irsyad, S.T., M.T.

Jorfri B Sinaga, S.T., M.T.

NIP

19711214 200012 1001

NIP

19710127 199803 1004

2.

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Dr. Asnawi Lubis