i
TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 74
oYANG
DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN RADIUS
SUDU 0,875 INCI DAN JUMLAH SUDU 16
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Oleh :
Bernadus Luluk Sutiyanto NIM : 055214018
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
0,875 INCH AND 16 NUMBER OF BLADE
FINAL PAPER
Presented as Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering Study Programme
By :
Bernadus Luluk Sutiyanto Student Number : 055214018
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
v
HALAMAN PERSEMBAHAN
Tugas akhir ini saya persembahkan untuk :
vi
MOTTO
“ Orang yang paling sempurna bukanlah orang dengan otak sempurna, melainkan orang yang dapat mempergunakan sebaik -baiknya dari bagian otak yang kurang
ix
INTISARI
Turbin aliran silang banyak digunakan untuk pembangkit listrik skala mikro. Pembuatan sudu turbin dari plat yang dilengkung sulit dilakukan oleh masyarakat. Geometri sudu turbin aliran silang sebenarnya sama dengan geometri pipa berdiameter 1,75 inch yang dibelah dengan busur sudu 74°. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari unjuk kerja turbin aliran silang dengan sudu dari bilah pipa yang digunakan untuk pembangkit listrik. Sehinga dapat diketahui daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh turbin aliran silang.
Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin aliran silang. Sudu turbin dibuat dari pipa dengan diameter 1,75 inch. Diameter runner adalah 98 mm dengan lebar runner 104 mm. Besar sudut busur sudu 74o dan jumlah sudu 16 buah. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit, beban dan tinggi bukaan nozzle. Debit air yang digunakan adalah 12 l/det, 10,7 l/det, 9,5 l/det, 8,2 l/det, dan 7,9 l/det. Tinggi bukaan nozzle pada 9 mm, 14 mm, dan 19 mm. Untuk menghasilkan listrik turbin dihubungkan dengan generator. Pengukuran daya ya ng dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan generator pada kondisi generator diberi variasi pembebanan 10 watt, 20 watt, 30 watt, 40 watt, 50 watt, 60 watt, 70 watt, 80 watt. Pada setiap pembebanan putaran turbin diukur dengan tachometer.
x
sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian untuk Tugas Akhir dengan judul “ Turbin Aliran Silang Dengan Busur Sudut 74o Yang Dibuat Dari Pipa Yang Dibelah Dengan Radius Sudu 0,875 Inci Dan Jumlah Sudu 16 ”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mera ih gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Melalui penyusunan tugas akhir ini mahasiswa diharapkan mampu mempunyai daya analisa yang tajam serta membantu memperdalam ilmu yang telah diperoleh selama masa kuliah.
Penulis menyadari bahwa dalam proses belajar di Program Studi Teknik Mesin, sejak awal studi sampai berakhirnya studi melibatkan banyak hal. Atas segala saran, bimbingan, dukungan dan bantuan, pada kesempatan ini dengan penuh kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :
1. Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T sebagai Dekan Fakultas Sains Dan Teknologi dan Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dala m penyelesaian Tugas Akhir ini.
2. Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Tekno logi Universitas Sanata Dharma, serta dosen pembimbing akademik.
xi
4. Ag. Rony Windaryawan, Laboran Labotatorium Konversi Energi yang telah memberikan pinjaman alat ukur dan fasilitas untuk penelitian
5. Intan Widanarko, Laboran Laboratorium Teknologi Mekanik atas bantuan dalam pembuatan runner.
6. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
7. Bapak Purwanto, Staf Pengajar STM Leonardo Klaten, yang telah membantu dalam pengelasan runner.
8. Teman-teman mahasiswa khususnya angkatan 2005 Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
xii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ... v
MOTTO ... vi
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... vii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH. ... viii
1.1.Latar Belakang Masalah... 1
1.2. Rumusan Masalah... 3
1.3. Tujuan Penelitian... 4
1.4 Manfaat Penelitian... 4
xiii
2.3.1. Definisi Turbin Aliran Silang... 9
2.3.2 Bagian-bagian Turbin Aliran Silang ... 9
2.3.3 Pergerakan Air Turbin Aliran Silang ... 13
2.4. Perancangan Turbin Aliran Silang ... 15
2.4.1. Segitiga Kecepatan... 15
2.4.2. Perhitungan Dimensi Turbin ... 16
BAB III. METODE PENELITIAN ... 24
3.1. Diagram Alir Penelitian ... 24
3.2. Pembuatan Alat ... 25
3.2.1. Desain Alat ... 25
3.2.2. Rancangan Turbin Aliran Silang... 26
3.2.3. Pembuatan Turbin ... 33
A. Pembuatan Kerangka Turbin ... 33
B. Pembuatan Roda Jalan (Runner) ... 34
C. Perakitan Turbin Aliran Silang... 36
3.3. Penelitian Alat... 38
xiv
3.3.2. Variabel yang Diukur ... 41
3.3.3. Variabel yang Divariasikan... 41
3.3.4. Pengambilan Data ... 41
3.3.5. Pengolahan dan Analisa Data... 43
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 44
4.1. Hasil Penelitian... 44
4.1.1. Data Hasil Penelitian... 44
4.2. Perhitungan Data... 46
4.3. Pembahasan Data ... 53
4.3.1. Pembahasan Daya Keluaran Hasil Penelitian... 53
4.3.2. Pembahasan Efisiensi Total Hasil Penelitian... 57
BAB V. PENUTUP ... 61
5.1. Kesimpulan... 61
5.1. Saran... 61
xv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Pengelompokan Turbin ... 8 Tabel 4.1. Data Penelitian pada Tinggi Nosel 9 mm dan Debit 8,2 l/s
Tekanan 10 Psi ... 44 Tabel 4.2. Data Penelitian pada Tinggi Nosel 9 mm dan Debit 7,9 l/s
Tekanan 8,5 Psi ... 45 Tabel 4.3. Data Penelitian pada Tinggi Nosel 14 mm dan Debit 10,7 l/s
Tekanan 5 Psi ... 45 Tabel 4.4. Data Penelitian pada Tinggi Nosel 14 mm dan Debit 9,5 l/s
Tekanan 5 Psi ... 45 Tabel 4.5. Data Penelitian pada Tinggi Nosel 19 mm dan Debit 12 l/s
Tekanan 3 Psi ... 46 Tabel 4.7. Perhitungan pada Tinggi Nosel 9 mm dan Debit 8,2 l/s
Tekanan 10 Psi ... 48 Tabel 4.8. Perhitungan pada Tinggi Nosel 9 mm dan Debit 7,9 l/s
Tekanan 8,5 Psi ... 48 Tabel 4.9. Perhitungan pada Tinggi Nosel 14 mm dan Debit 10,7 l/s
Tekanan 5 Psi ... 50 Tabel 4.10. Perhitungan pada Tinggi Nosel 14 mm dan Debit 9,5 l/s
xvi
Tabel 4.11. Perhitungan pada Tinggi Nosel 19 mm dan Debit 12 l/s
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.6. Defleksi Pada Pergerakan Air pada Turbin Crossflow... 15
Gambar 2.7. Segitiga Kecepatan pada Turbin Crossflow... 15
Gambar 2.8. Gabungan Segitiga Kecepatan pada Turbin Aliran Silang... 16
Gambar 2.9. Kelengkungan Sudu ... 18
Gambar 2.10. Jarak Antar Sudu ... 19
Gambar 2.11. Alur Pancaran Air... 20
Gambar 3.1. Alat Uji Turbin ... 39
Gambar 3.2. Urutan Kerja Alat Uji Turbin Aliran Silang... 40
Gambar 4.1. Grafik Daya vs Putaran Poros dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan Variasi Debit... 53
Gambar 4.2. Grafik Daya vs Putaran Poros dengan Tinggi Nozzle 14 mm dan Variasi Debit ... 54
xviii
Gambar 4.4. Grafik Efisensi Total vs Putaran Poros Dengan Tinggi
Nozzle 9 mm dan Variasi Debit... 57 Gambar 4.5. Grafik Efisensi Total vs Putaran Poros Dengan Tinggi
Nozzle 14 mm dan Variasi Debit... 57 Gambar 4.6. Grafik Efisensi Total vs Putaran Poros Dengan Tinggi
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi air adalah energi yang telah dimanfaatkan secara luas di Indonesia yang dalam skala besar telah digunakan sebagai pembangkit listrik. Beberapa perusahaan di bidang pertanian bahkan juga memiliki pembangkit listrik sendiri yang bersumber dari energi air. Di masa mendatang untuk pembangunan pedesaan termasuk industri kecil yang jauh dari jaringan listrik nasional, energi yang dibangkitkan melalui sistem mikrohidro diperkirakan akan tumbuh secara pesat.
Di Indonesia pemanfaatan energi air hampir seluruhnya hanya energi air dengan skala besar saja. Potensi sumber-sumber pembangkit listrik tenaga air yang kecil masih jarang dimanfaatkan. Di lain pihak banyak masyarakat dari daerah terpencil belum bisa menikmati energi listrik dari PLN, padahal daerah tersebut memiliki potensi energi listrik walaupun hanya kecil. Untuk memanfaatkan potensi tersebut dibutuhkan suatu teknologi terapan agar masyarakat terpencil dapat menghasilkan dan menyediakan listrik sendiri.
Dari data yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, pemanfaatan energi air di Indonesia masih sangat kecil, baru sekitar 25 % dari potensi yang bisa mencapai 75000 MW. Di Indonesia terdapat 1315 kawasan yang berpotensi menjadi sumber energi tenaga air, dan daerah-daerah tersebut tersebar di seluruh kepulauan Indonesia. Daerah-daerah yang diprediksi memiliki potensi tersebut, antara lain : Papua 22371 MW, Kalimantan 21611 MW, Sumatera 15804 MW, Sulawesi 10203 MW, Jawa 4531 MW, Nusa Tenggara (Bali, NTB dan NTT) 674 MW dan Maluku 430 MW. Data-data di atas merupakan sumber pembangkit tenaga air dengan kapasitas besar, belum termasuk sumber-sumber pembangkit tenaga air dengan kapasitas kecil. Untuk memanfaatkan potensi tersebut diperlukan suatu teknologi terapan agar masyarakat kecil dapat menyediakan energi listrik secara swadaya.
3
listrik. Untuk daya yang kecil (microhydro/picohydro), turbin aliran silang (crossflow) banyak digunakan. Sudu turbin crossflow biasanya dibuat dari plat yang dilengkungkan. Pembuatan sudu tersebut tentu saja tidak mudah, apalagi bagi kebanyakan masyarakat. Geometri sudu turbin crossflow sebenarnya sama dengan geometri pipa yang dibelah dengan besar sudut busur tertentu. Oleh karena itu, sudu turbin dapat dibuat dari pipa yang dibelah, sehingga pembuatannya lebih mudah. Pembuatan runner yang mudah akan membuat biaya yang dikeluarkan menjadi murah. Masyarakat akan dapat membuat sendiri sehingga masyarakat dapat berswadaya energi listrik. Sampai sekarang ini pemanfaatan pipa dibelah sebagai sudu turbin crossflow tidak banyak dilakukan sehingga informasi mengenai unjuk kerjanya kurang diketahui
1.2. Perumusan Masalah
Pembuatan sudu turbin crossflow menggunakan pelat yang dilengkung sangat sulit, maka untuk mempermudah pembuatannya digunakan pipa besi yang dibelah dengan busur sudut tertentu. Informasi tentang unjuk kerja turbin crossflow dengan sudu dibuat dari pipa dibelah masih sedikit. Pada penelitian ini akan dibuat turbin
1.3. Tujuan Penelitian
a) Membuat sudu turbin crossflow dengan sudu dari pipa yang dibelah.
b) Mengetahui daya serta efisiensi turbin dengan busur sudu 74o dan jumlah sudu 16 buah.
1.4. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian yang dilakukan penulis diharapkan dapat :
a. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga air.
b. Diterapkan di masyarakat yang berada dekat sumber air dan belum mendapat pasokan listrik sehingga dapat menyediakan energi listrik secara swadaya.
c. Mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi.
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Unjuk kerja turbin crossflow dipengaruhi oleh banyak parameter antara lain adalah jumlah sudu, sudut pancaran air masuk, sudut keluar, posisi pancaran air masuk, lintasan aliran air di dalam turbin, rasio lebar dan diameter runner, rasio diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur runner maupun nozzle. Penelitian tentang turbin crossflow banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat dari plat yang dilengkung. Turbin crossflow yang dilengkapi dengan saluran pengara h di dalam
runnernya pernah dibuat dan diuji (Olgun, 2000). Saluran pengarah dibuat dengan tujuan untuk mengumpulkan dan mengarahkan air yang keluar dari sudu atas agar dapat menuju sudu bawah dengan lebih baik. Tiga bentuk saluran telah dibuat dan diuji dengan berbagai variasi posisi saluran pengarah serta variasi bukaan nozzle. Penambahan saluran didalam runner ternyata tidak menaikkan efisiensi tetapi justru menurunkan efisiensi turbin crossflow sebesar 5 %.
Penelitian terhadap pengaruh perbandingan diameter dalam dan diameter luar
runner juga telah dilakukan (Olgun, 1998). Dalam penelitian ini digunakan 4 buah
runner. Runner yang diuji mempunyai jumlah sudu 28 buah, diameter luar 170 mm, dan lebar 114 mm. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar untuk tiap runner
adalah 0,75; 0,67; 0,58; dan 0,54. Sudut masuk pancaran air dipilih sebesar 16o. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi tertinggi dicapai pada perbandingan 0,75 dan terendah pada perbandingan 0,54 dengan perbedaan sebesar 3%. Efisiensi tertinggi yang bisa dicapai adalah sebesar 72%.
Penelitian terhadap pengaruh sudut nozzle menunjukkan bahwa efisiensi akan semakin besar jika sudut nozzle semakin besar (Khosrowpanah, 1988). Penelitian ini menggunakan 3 buah runner dengan jumlah sudu 20, 15 dan 10 serta 1 buah runner
dengan diameter setengah dari diameter runner yang lain, sedangkan jumlah sudunya 20. Dari penelitian ini juga didapatkan bahwa efisiensi tertinggi dari tiap runner
dicapai pada kecepatan spesifik yang sama. Semakin banyak jumlah sudu akan memberikan efisiensi yang semakin tinggi, namun jumlah sudu tersebut ada batasnya. Untuk sudut nozzle tertentu efisiensi maksimum dicapai pada jumlah sudu tertentu. Ada jumlah sudu optimum untuk sudut nozzle tertentu (Joshi,1995).
7
2.2. Landasan Teori
2.2.1 Pengertian Turbin Air
Turbin air adalah salah suatu mesin berputar yang mengkonversi energi dari suatu gerakan aliran air menjadi energi mekanis. Energi mekanis ini kemudian ditransfer melalui suatu poros untuk mengop erasikan mesin atau generator. Turbin air digunakan pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA) untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan memanfaatkan aliran dan tinggi air jatuh. Air akan menggerakan impeler turbin sehingga menyebabkan putaran yang cepat. Daya mekanis ini kemudian ditransfer ke generator oleh suatu poros dan kemudian akan menghasilkan energi listrik. Pemilihan suatu turbin tergantung pada karakteristik lokasi, karena lokasi ini menentukan tinggi air jatuh dan kapasitas air. Selain itu pemilihan turbin juga tergantung dari kecepatan putar yang dibutuhkan oleh generator.
2.2.2 Jenis-jenis Turbin Air
a. Turbin Impuls
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. Tidak terjadi penurunan tekanan pada sudu gerak.
b. 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 turbin.
Tabel 2.1. Klasifikasi turbin air (Pemanfaatan tenaga air)
Head tinggi Head sedang Head rendah
Turbin impuls Turbin Pelton Turbin Turgo
Turbin Cross-flow
Turbin Pelton Turbin Turgo
Turbin Cross-flow
Turbin reaksi Turbin Francis Turbin
9
2.3 Turbin Aliran Silang
2..3.1 Definisi Turbin Aliran Silang
Turbin aliran silang (cross flow) dikembangkan oleh Michelle (Australia) dan Bangki (Honggaria), sehingga turbin ini disebut juga turbin Michell- Bangki. Turbin aliran silang disebut juga turbin ossberger, yaitu arah aliran masuk air ke sudu turbin secara radial. Air dialirkan melewati sudu-sudu jalan yang berbentuk silinder, pertama-tama air dari luar masuk melalui sudu-sudu silinder dan kemudian kemudian dari dalam keluar melalui sudu-sudu. Aliran air yang melewati sudu ada dua tingkatan. Tingkatan pertama, air masuk melalui sudu atas. Daya yang dihasilkan lebih besar dari tingkat kedua yaitu 80 %. Tingkat kedua, air keluar melalui sudu bagian bawah. Daya yang dihasilkan kurang lebih 20% dari daya yang dihasilkan pada tingkat pertama.
2.3.2 Bagian-bagian Turbin Aliran Silang
Pada dasarnya turbin aliran silang terdiri dari tiga bagian utama, yaitu: a. Roda Jalan
Gambar 2.1. Runner
b. Alat Pengarah
Alat pengarah pada turbin sering disebut dengan nosel. Nozzle pada turbin aliran silang berbentuk persegi panjang. Ukuran nosel disesuaikan dengan ukuran
runner turbin.
11
c. Rumah Turbin
Rumah turbin digunakan untuk memasang turbin agar dapat berputar. Rumah turbin dilengkapi dengan bantalan agar poros turbin dapat berputar tanpa adanya gesekan dan berputa pada posisi yang sama.
Gambar 2.3. Rumah turbin
d. Generator
magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Generator memiliki 3 bagian yang penting, yaitu :
a. Rotor
Rotor adalah bagian yang berputar yang menjadi satu dengan poros alternator yang terdapat magnet permanen atau lilitan induksi magnet. Pada rotor terdapat bagian yang berfungsi sebagai kutub magnet yang terletak pada sisi luar dari lilitan. Rotor ditumpu oleh dua buah bearing, pada bagian depannya terdapat puli. Rotor berfungsi menghasilkan medan magnet yang menginduksikan ke stator.
b. Stator
Stator adalah bagian yang statis pada altenator yang berupa inti besi yang dibungkus dengan kawat tembaga. Bagian ini berupa lilitan yang berfungsi untuk menghasilkan arus bolak-balik (AC).
c. Dioda
13
Gambar 2.4 Generator
Besarnya arus yang dihasilkan oleh motor induksi tergantung pada besarnya putaran alternator dan kekuatan medan magnet. Altenator menghasilkan listrik dengan prinsip yang sama pada DC generator, yakni adanya arus pengumpan yang disebut arus eksitasi saat terjadi medan magnet disekitar kumparan. Dari alternator dapat di ukur arus (I) dan te gangan keluaran (V) yang kemudian digunakan untuk menentukan besarnya daya yang dihasilkan.
2.3.3 Pergerakan Air Turbin Aliran Silang
Gambar 2.5 memperlihatkan bahwa pancaran air dari nosel masuk kedalam
runner pada titik A dengan sudut a yang bersinggungan dengan keliling runner.
Kecepatan air sebelum memasuki runner dapat dihitung dengan Persamaan 2.1 ( Mockmore, 2004, hal 6)
V
1= C(2gH)
dengan : V
1 = Kecepatan absolut.
H = Head ketinggian
C = Koefisien berdasarkan nosel
Dalam turbin berhubungan dengan komponen – komponen kecepatan yaitu: V = Kecepatan mutlak
v = Kecepatan relatif
u = Kecepatan tangensial roda turbin.
a adalah sudut antara kecepatan absolut dengan kecepatan keliling lingkaran
runner dan ß adalah sudut antara kecepatan relatif dengan kecepatan keliling lingkaran runner. Dengan indek 1 menandakan kecepatan masuk dan indek 2 menandakan kecepatan keluar sudu jalan turbin.
15
Alur pergerakan air pada kenyataannya tidak seperti yang terdapat dalam gambar 2.5 karena terdapat defleksi sebesar ? seperti dalam gambar 2.6.
Gambar 2.6. Defleksi pada pergerakan air Turbin Aliran Silang (Mockmore, 2004, hal. 8)
2.4 Perancangan Turbin Aliran Silang
2.4.1 Segitiga Kecepatan
Saat pancaran air masuk mengenai turbin maka air membentuk sudut α1 kecepatan V1. Sehingga dapat digambarkan dalam bentuk segitga untuk memudahkan dalam mencari komponen kecepatan yang lain.
Gambar 2.7. Segitiga kecepatan pada Turbin
Sudut ß
2' adalah sudut sudu keluar sisi atas pada keliling dalam runner. Dengan asumsi v1 =
v2 dan a 1 = a 2 untuk membuat aliran pancaran air radial maka besar nya ß 2' = 90
o
.
Gambar 2.8. Gabungan segitiga kecepatan pada Turbin Aliran Silang (Mockmore, 2004, hal 11)
2.4.2 Perhitungan Dimensi Turbin
a. Diameter Luar runner (D
1)
17
Panjang turbin merup akan panjang dari sebuah runner yang terpasang sudu dan terkena pancaran air.
L = 144QN/862 H
c. Perbandingan panjang dan diameter turbin
Perbandingan panjang dan diameter turbin digunakan untuk meentukan nilai Panjang dan Diameter luar turbin. Panjang dan diameter Luar turbin sangat penting untuk menentukan ukuran dari rumah turbin sebagai tempat untuk berputarnya turbin. Perbandingan panjang dan diameter turbin dapat dicari dengan Persamaan 2.6 (Mockmore, 2004, hal 17).
d. Jari-jari kelengkungan sudu (?)
Pada penelitian ini sudu terbuat dari pipa sehingga jari-jari kelengkungan sudu merupakan jari- jari dari pipa yang dipakai untuk sudu. Jari-jari kelengkungan sudu dapat dicari dari Persamaan 2.7 (Mockmore, 2004, hal 15)
? = 0,5×D1... 2.7
dengan :
r1 = jari-jari luar runner (in)
e. Lebar velk radial (a )
Lebar velk radial bila terlalu kecil maka sudu tidak akan terkena oleh pancaran air sehingga air akan mengalami benturan dan terjadi tekanan. Oleh karena itu ( a ) sesuai, harga a dapat dicari dengan Persamaan 2.8 (Mockmore, 2004, hal 12) a = 0,17D1………... 2.8
19
f. Jarak antar sudu (t)
Jarak antar sudu meliputi jarak antar sudu pancaran air masuk (s
1), jarak sudu
pancaran air keluar (s
2) dan jarak antar sudu (t).
s1= kD1 (Mockmore, 2004, hal 14) ... 2.9
s2 = t(r2/r1) (Mockmore, 2004, hal 11) ... 2.10
t = s1/sin ß1 (Mockmore, 2004, hal 10) ... 2.11
Gambar 2.10. Jarak antar sudu (Mockmore, 2004, hal. 9)
g. Jumlah sudu (n)
ditentukan dengan Persamaan 2.12 (Mockmore, 2004, hal 17)
n = ? D1/t ... 2.12
h. Jarak pancaran dari poros (y
1)
y
1 adalah jarak pancaran air dari poros turbin. y1dapat dicari dengan Persamaan
2.13(Mockmore, 2004, hal 14)
y1= (0.1986-0.945k) D1... 2.13
i. Jarak pancaran dari keliling dalam (y2)
y2 adalah jarak pancaran air dengan keliling sudu bagian dalam. y
1dapat dicari
dengan Persamaan 2.14(Mockmore, 2004, hal 14)
y2 = (0.1314-0.945k) D1………... 2.14
21
j. Nosel
Nozzle pada turbin crossflow berbentuk persegi panjang. Ukuran nozzle
ditentukan dengan dengan Persamaan 2.16 dan 2.17 (Mockmore, 2004, hal 17) A = Q/V1 ……...…... 2.15
Poros merupakan salah satu bagian terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi dipegang oleh poros. Oleh karena itu diameter poros harus sangat diperhatikan keamanannya. Diameter poros dapat dicari dengan Persamaan- Persamaan berikut ( Sularso)
6. sB = kekuatan tarik bahan (kg/mm
2
) 7. Sf1 dan Sf2 = faktor keamanan
Sf1 harga diambil 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh massa, dan baja
paduann dan Sf2 dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0
8. Cb = faktor Cb nilainya 1,2 sampai 2,3. Jika diperkirakan tidak terjadi pembebanan lentur maka Cb = 1.
9. Kt = faktor Kt dipilih 1,0 jika beban dikenakan secara halus; 1,0-1,5 jika dikenakan sedikit beban kejutan atau tumbukan; dan 1,5-3,0 jika beban kejutan atau tumbukan besar.
10.
12. Poros dengan beban puntir dan lentur
4
θ = Sudut Defleksi puntiran ( 0,25 atau 0,3 derajat ) G = Mudulus geser ( baja = 8,3x10³ (kg/mm²) Dari persamaan 2.22 diperoleh
4
1 ,
4 T
ds≥ ... 2.23 m. Perhitungan Daya yang tersedia (P
23
P
in merupakan daya yang dihasilkan oleh turbin pada kondisi awal sebelum
pembebanan.
n. Perhitungan Daya Keluaran (Pout)
Pout merupakan daya keluaran dari generator setelah mengalami pembebanan
dengan lampu.
Pout = V x I ... 2.25
V = Tegangan (volt) I = Arus (ampere)
o. Perhitungan Efisiensi Total (?)
? merupakan efisiensi total dari turbin crossflow yang terdiri dari efisiensi turbin, efisiensi generator, efisiensi pompa
24
3.1 DIAGRAM ALIR PENELITIAN
MULAI
STUDI PUSTAKA
PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG
PEMBUATAN TURBIN ALIRAN SILANG
PENGAMBILAN DATA
PENGOLAHAN DATA
PEMBAHASAN DAN PENARIKAN KESIMPULAN
25
3.2 PEMBUATAN ALAT
3.2.1 Desain Alat
Pada tahapan ini, gambar kerja dibuat. Sebelum membuat gambar kerja, terlebih dahulu dibuat sketsa alat dan menentukan ukuran alat yang akan dibua t.Alat uji turbin juga akan digunakan pada pelaksanaan uji prestasi. Penelitian akan dilaksanakan dengan membuat sebuah runner dengan diameter dan panjang yang sama dengan runner bawaan dari alat uji turbin. Sedangkan perbedaannya terletak pada jumlah sudu, sudut sudu, bahan sudu dan proses manufacturingrunner.
Runner bawaan dari alat uji turbin akan dilepas, dan digantikan dengan runner
yang akan dibuat sendiri. Sedangkan komponen lain seperti rumah runner, generator, transmisi belt, dan puli, panel-panel listrik dan nosel akan tetap dipakai pada penelitian ini. Penelitian ini tidak dilakukan di lapangan, melainkan disimulasikan dengan menggunakan peralatan-peralatan yang telah direncanakan dan dipersiapkan oleh kelompok studi Rekayasa Tenaga Air. Untuk me nggantikan laju aliran sungai digunakan pompa berkapasitas 10 liter/detik dan head 21 m.
Pompa mengalirkan air yang ditampung pada sebuah bak air kapasitas 240 liter. Air tersebut dipompakan menuju ke nozzle melalui pipa penstock berdiameter 2 inch. Untuk mengatur debit dan head masuk nosel , dipasang dua buah kran pada pipa
penstock. Air yang masuk ke nosel akan digunakan untuk memutar runner di dalam rumah runner, kemudian masuk kembali ke dalam bak penampung. Poros runner
Generator berfungsi mengubah energi mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. Besarnya arus yang dihasilkan oleh generator tergantung pada besarnya putaran generator dan kekuatan medan magnet. Listrik yang dihasilkan oleh generator kemudian diukur saat pengambilan data.
3.2.2 Rancangan Turbin Aliran Silang
Dalam merancang sebuah Turbin Aliran Silang diperlukan parameter yang diketahui sebagai dasar perancangan untuk perhitungan parameter-parameter lain. Dalam perancangan ini terdapat parameter yang diasumsikan yaitu :
Debit (Q) = 8 L/s = 0,283 cfs
Pemilihan debit sebesar 8 L/s didasarkan pada alat uji yang menggunakan pompa untuk mengalirkan air menuju nozle . Karena menggunakan pompa kita menyesuaikan ukuran pasar yang mendekati kondisi sebenarnya. Setelah debit ditentukan maka kita menentukan head yang mendekati kondisi sebenarnya.
Head (H) = 4,5 meter = 14,765 ft
Diameter pipa untuk sudu (d1) = 1,75 inch
27
Sudut busur sudu (ß2) = 740
Percepatan gravitasi = 32,18 ft/s2
Perhitungan :
Perancangan Turbin Aliran Silang dengan sudu jalan yang terbuat dari pipa berdiameter 1,75 in (0,146 ft).
a. Kecepatan pancaran nosel (V)
466
harga L/D1 dimana harga L/D1 dicari yang mendekati 1. Berikut ini adalah beberapa
pilihan ukuran panjang dan diameter runner yang perbandingannya mendekati 1. Tabel 3.1. Beberapa Pilihan Ukuran Panjang dan Lebar Runner
L ( inchi ) D1 ( inchi )
3,93 3,92
4,01 3,86
4,2 3,7
4,3 3,6
29
=
N 858,1 rpm
Kecepatan runner di atas adalah kecepatan runner tanpa beban.
e. Lebar nozzle (so)
g. Jumlah sudu (n)
D inch (pada penelitian ini diameter dalam runner 1,96 inch)
j. Jarak pancaran air dari pusat poros (y1)
y1 = (0,1986 – 0,945 x k) x D1
31
l. Daya turbin maksimum (Pturbin, Pd)
3 Untuk Beban Puntir
4
(Diameter poros perancangan menggunakan 25 mm karena menyesuaikan dengan ukuran runner turbin Cihanjuang.
n. Geometri Turbin Aliran Silang dalam pembuatan
Diameter pipa untuk sudu (D1) = 1,75 inch = 44,45 mm
33
Panjang turbin (L) = 4,095 inch = 104 mm
Radial rim width (a) = 0,95 inch = 24,13 mm
Diameter dalam (D2) = 1,764 inch = 45,47 mm
Jarak sudu pada piringan (t) = 0,4703 inch = 10,21 mm Diameter poros perancangan = 0,984 inch = 25 mm Jumlah sudu (n) = 16 buah
Sudut busur sudu (d) = 740 Sudut masuk pancaran air (a) = 160
3.2.3 Pembuatan Turbin
A. Pembuatan Kerangka Turbin
Sebelum membuat turbin aliran silang terlebih dahulu membuat kerangka turbin. Kerangka turbin digunakan untuk menempatkan generator, pulley, pompa, bak penampungan air, dan unit turbin. Pembuatan kerangka didasarkan pada perancangan yang telah ada. Proses pembuatan kerangka turbin :
1. Mengukur rangka dudukan generator, pulley, rumahan runner dan bak penampungan air.
6. Semua potongan dilas dan dibentuk sesuai dengan sketsa. 7. Mengelas dudukan roda dan memasang roda.
8. Bak penampungan air dibuat dan dipasang. 9. Pengecatan kerangka turbin.
B. Pembuatan Roda Jalan (runner)
Bagian penting dari turbin aliran silang yaitu roda jalan atau runner. Proses pembuatan roda jalan memerlukan tahapan-tahapan tertentu dan berbeda-beda. Tahapan yang dilakukan penulis dalam membuat runner yaitu :
1. Pembuatan Sudu
Sudu turbin dibuat dari pipa yang dibelah. Pipa yang digunakan berdiameter 44,45 mm, panjang pipa untuk sudu 108 mm, dan tebal 1,5 mm. Pipa yang akan dibelah diberi mal dan digaris. Tujuannya untuk me mudahkan dalam pembelahan. Pipa dibelah dengan menggunakan mesin sekrap. Pipa dibelah menjadi tiga bagian dengan besar busur sudu 740. Jumlah sudu yang digunakan dalam pembuatan turbin 16 buah.
2. Pembuatan Piringan
35
buatan C ihanjuang. Piringan digunakan sebagai tempat menempelnya sudu-sudu turbin.
3. Pembuatan Poros
Poros dibuat dari besi pejal dengan panjang 290 mm dan diameter 28 mm. Pembuatan poros menggunakan mesin bubut. Poros dibentuk sesuai rancangan yang telah ditetapkan. Bagian tengah poros yang digunakan dalam penelitian kali ini dibuat kecil dengan diameter 9 mm. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya pancaran air terhambat oleh poros sehingga aliran tidak silang.
4. Penggambaran Alur Sudu
Proses penggambaran menggunakan program SolidWork. Gambar digunakan untuk membuat alur sudu pada piringan runner sehingga memudahkan pembuatan dengan mesin CNC. Selain itu, pembuatan alur sudu dengan menggunakan pengerjaan mesin CNC bertujuan agar sudu yang dipasang pada kedua piringan dapat presisi. Selain itu pembuatan alur sudu juga memudahkan dalam pengelasan.
5. Perakitan Roda Jalan (runner)
sudu dari pipa yang dibelah dipasang satu persatu dan dilas. Proses pengelasan menggunakan las kuningan karena panas yang dihasilkan oleh las kuningan tidak menyebabkan poros tidak simetris, sehingga putaran runner tetap balance. Runner
yang sudah jadi, dilakukan finishing dengan mesin bubut. Tujuannya agar permukaan turbin rata dengan pengelasan dan runner seimbang (balance).
C. Perakitan Turbin Aliran Silang
Tahap terakhir sebelum pengujian alat dilakukan yaitu perakitan turbin. Perakitan dilakukan sesuai dengan rancangan yang sudah ditetapkan. Pemasangan turbin yang tepat dapat menghindari :
1. Ketidaklurusan bahkan pergeseran antara poros turbin dan poros pulley turbin dan juga antara poros generator dengan poros pulley generator.
2. Kebocoran antara turbin dan base frame, antara turbin dengan nozzle, dan antara nozzle dengan penstock.
3. Flat belt selalu lepas pada saat beroperasi.
Langkah-langkah pemasangan turbin aliran silang :
1. Pemasangan unit turbin dan unit pulley turbin
37
pada sambungan. Selanjutnya baut dipasang. Setelah rumah turbin dipasang, pulley
turbin dipasang. Pemasangan pulley harus simetris dengan poros turbin. Tujua nnya agar putaran turbin dapat maksimal.
2. Pemasangan unit generator dan unit pulley generator
Pulley generator harus dipasang simetris dengan pulley turbin. Pulley
generator diatur agar sabuk tidak kendur. Tujuannya agar pada saat pulley berputar sabuk tidak lepas. Setelah pulley dipasang kemudian generator dipasang. Saat pemasangan generator, poros pada generator harus lurus seperti rumah turbin dan
pulley turbin. Jika sudah lurus, generator dikencangkan dengan pengatur yang ada dan baut dipasang.
3. Pemasangan pompa dan pipa saluran air
4. Pemasangan rangkaian listrik
Rangkaian listrik yang digunakan sederhana, hanya menghubungkan rangkaian dari generator ke Panel Hubung Bagi (PHB) selanjutnya ke beban. Pemasangan dilakukan menurut skema yang ada.
3.3 PENELITIAN ALAT
3.3.1 Persiapan Alat
1. Peralatan yang digunaka n
a. Runner turbin aliran silang yang sud unya dibuat dari pipa besi yang dibelah. Diameter pipa untuk sudu 1,75 inch. Diameter runner adalah 98 mm dengan panjang runner 104 mm. Jumlah sudu yang digunakan adalah 16. Besar busur sudu 740.
b. Rumah turbin yang terdapat nozzle yang penampangnya berbentuk persegi panjang.
c. 2 buah pompa air berkapasitas 600 liter/menit, daya 327 watt, dan head
maksimum 22 meter.
d. Generator untuk membangkitkan listrik yang dapat menghasilkan tegangan dan arus.
e. Lampu sebagai beban dengan daya masing- masing lampu 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 watt
39
g. Pipa PVC berdiameter 2 inch dan water mur sebagai penstock..
h. Tang ampere yang digunakan untuk mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan oleh turbin.
i. Alat ukur rpm (tachometer). j. Panel Hubung Bagi (PHB).
2. Cara Kerja Alat
Gambar 3.1 Alat Uji Turbin
Turbin aliran silang akan bekerja jika ada aliran air yang memiliki ketinggian
menggunakan dua buah pompa. Penambahan jumlah pompa di karenakan pada saat uji coba turbin dengan satu buah pompa, debit dan head yang dihasilkan tidak terlalu besar untuk memutar runner dan tegangan yang dihasilkan generator terlalu kecil.
Gambar 3.2 Urutan kerja alat uji turbin
Turbin aliran silang yang digunakan dalam penelitian menggunakan sistem aliran tertutup . Air yang melewati turbin akan digunakan kembali dalam proses selanjutnya. Pompa akan me ngalirkan air yang ditampung pada sebuah bak dengan kapasitas 240 liter. Air akan dipompa menuju ke nozzle melalui pipa penstock
berdiameter 2 inch. Untuk mengatur debit dipasang dua buah kran pada sisi buang dan sisi masuk nozzle. Sedangkan untuk mengatur nozzle menggunakan kontrol yang terdapat pada rumah turbin.
Air yang masuk ke nozzle akan menyembur mengenai sudu-sudu turbin. Air akan memutar turbin dan akan kembali dalam bak penampungan. Turbin yang berputar akan menggerakan pulley turbin dan selanjutnya akan menggerakkan pulley
Pompa Air
Nozzle Turbin Generator
PHB
Konsumen (Lampu) Bak Penampungan
41
generator dan memutar generator. Generator yang berputar akan menyebabkan terjadinya perbedaan medan magnet sehingga menghasilkan listrik. Arus listrik akan disalurkan menuju PHB (Panel Hubung Bagi). Dari PHB arus akan dialirkan menuju beban. Beban akan bekerja jika tegangan yang dihasilkan mencukupi.
3.3.2 Variabel yang Diukur
1. Putaran turbin.
2. Tegangan yang dihasilkan generator. 3. Arus yang dihasilkan generator. 4. Tekanan pompa.
3.3.3 Variabel yang Divariasi
1. Debit air : bukaan penuh, bukaan setengah, bukaan kecil 2. Tinggi bukaan nozzle : 9 mm, 14 mm, 19 mm.
3. Beban generator : 10 watt, 20 watt, 30 watt, 40 watt, 50 watt, 60 watt, dst
3.3.4 Pengambilan Data
bukaan penuh, 7,9 l/s pada bukaan tengah, 7 l/s pada bukaan kecil. Tinggi nozzle 14 mm dengan debit 10,7 l/s pada bukaan penuh, 9,5 l/s pada bukaan tengah, 8,6 l/s pada bukaan kecil, dan tinggi nozzle 19 mm dengan debit 12 l/s pada bukaan penuh, 11,3 l/s pada bukaan tengah, 9,6 l/s pada bukaan kecil. Untuk variasi beban generatornya adalah 10 W, 20 W, 30 W, 40 W, 50 W, 60 W, dst.
Langkah- langkah pengambilan data yang harus d ilakukan :
1. Mengatur pemasangan kabel-kabel yang menghubungkan generator, beban, dan multimeter dan siapkan rangkaian lampu 10, 20, 30, 40, 50, 60 watt, dst. untuk beban generator.
2. Runner busur sudu 74o dipasang pada rumah turbin. 3. Bak penampungan diisi dengan air.
4. Pompa air dihidupkan, sebelumnya kran yang menuju ke runner ditutup dan kran yang menuju pembuangan dibuka penuh.
5. Membuka kran menuju runner dan menutup penuh kran menuju pembuangan.
6. Tekanan yang dihasilkan pompa dicatat sesuai dengan debit pada tinggi
nozzle yang pertama yaitu 9 mm. 7. Beban 10 watt dipasang.
8. Putaran turbin diukur dan dicatat.
43
10. Langkah 9 sampai dengan 10 diulangi untuk beban 20, 30, 40, 50, 60 watt, dst sampai tegangan tidak mampu menghidupkan beban.
11. Kran buangan diatur atau diganti menjadi bukaan tengah dan bukaan kecil.
12. Langkah 7 s/d 12 diulangi untuk variasi ketinggian nozzle 14 mm dan 19 mm.
13. Pompa dimatikan.
3.3.5 Pengolahan dan Analisis Data
Setelah pengambilan data dilakukan, maka dilakukan pengolahan data antara lain:
1. Potensi daya air dihitung untuk tiap variasi debit dan ketinggian nozzle. 2. Daya yang dihasilkan generator dihitung untuk tiap variasi beban
generator, tinggi bukaan nozzle dan debit.
3. Efisiensi total dihitung untuk tiap variasi beban generator, tinggi bukaan
nozzle dan debit.
44
4.1 HASIL PENELITIAN
Pengujian menggunakan turbin aliran silang dengan busur sudu 74o dan
jumlah sudu 16 yang dibuat dari pipa diameter 1,75 inchi yang dibelah, runner yang digunakan ini adalah runner yang dibuat oleh peneliti.
Data yang diperoleh dari sarana penelitian adalah dengan variasi tinggi bukaan
nozzle, debit, dan variasi beban.
4.1.1 Data Penelitian
Data yang diperoleh dari penelitian dengan variasi debit dan bukaan nozzle sebagai berikut :
Tabel 4.1. Data penelitian pada tinggi nozzle 9 mm dan debit 8,2 l/s Tekanan : 7,5 Psi
Beban Tegangan Arus Putaran Poros
45
Tabel 4.2. Data penelitian pada tinggi nozzle 9 mm dan debit 7,9 l/s Tekanan : 6 Psi
Beban Tegangan Arus Putaran Poros
No.
Pada tinggi nozzle 9 mm dengan debit 7 l/s tidak diperoleh data.
Tabel 4.3. Data penelitian pada tinggi nozzle 14 mm dan debit 10,7 l/s Tekanan : 3,5 Psi
Beban Tegangan Arus Putaran poros
No.
Beban Tegangan Arus Putaran Poros
No.
Tabel 4.5. Data penelitian pada tinggi nozzle 19 mm dan debit 12 l/s Tekanan : 1,5 Psi
Beban Tegangan Arus Putaran
No.
Pada tinggi nozzle 19 mm dengan debit 9,6 l/s dan 11,3 l/s tidak diperoleh data.
4.2 PERHITUNGAN DATA
Berdasarkan data hasil penelitian, maka pengolahan data yang dapat dilakukan sebagai berikut :
1. Perhitungan data tinggi bukaan nozzle 9 mm
47
= 1000 x 9,81 x 0,106 x 5,273 = 424,17 Watt
b. Daya keluaran total (Pout)
Arus pengukuran (I) = 0,08 Tegangan terukur (V) = 180 Volt Daya total (Pout) = V x I
= 180 x 0,08 = 14,40 Watt c. Perhitungan effisiensi total
Hasil perhitungan untuk beban yang lain dituliskan dalam tabel berikut : Tabel 4.6.Perhitungan pada tinggi nozzle 9 mm dan debit 8,2 l/s tekanan 7,5 psi
No Beban Pout Pin Effisiensi Total
Tabel 4.7.Perhitungan pada tinggi nozzle 9 mm dan debit 7,9 l/s tekanan 6 psi
No Beban Pout Pin Effisiensi Total
Pada tinggi nozzle 9 mm bukaan kecil yaitu dengan debit 7 l/s tidak didapatkan data.
2. Perhitungan data tinggi bukaan nozzle 14 mm
Contoh perhitungan untuk debit 10,7 l/s, tinggi bukaan nozzle 14 mm dengan beban 10 watt.
a. Daya yang tersedia (Pin)
49 Tegangan terukur (V) = 175 Volt Daya total (Pout) = V x I
= 175 x 0,1 = 17,5 Watt c. Perhitungan effisiensi total
Effisiensi total (?) = ×100%
Tabel 4.8.Perhitungan pada tinggi nozzle 14 mm dan debit 10,7 l/s tekanan 3,5 Psi
Beban Pout Pin Effisiensi Total
No
Tabel 4.9.Perhitungan pada tinggi nozzle 14 mm dan debit 9,5 l/s tekanan 3 Psi
Beban Pout Pin Effisiensi Total
No
Pada tinggi nozzle 14 mm bukaan kecil yaitu dengan debit 8,6 l/s tidak didapatkan data.
3. Perhitungan data tinggi bukaan nozzle 19 mm
Contoh perhitungan untuk debit 12 l/s, tinggi bukaan nozzle 19 mm dengan beban 10 watt.
a. Daya yang tersedia (Pin)
Tekanan pompa = 1,5 Psi
51 c. Perhitungan effisiensi total
Effisiensi total (?) = ×100%
Tabel 4.10.Perhitungan pada tinggi nozzle 19 mm dan debit 12 l/s tekanan 3 Psi
Beban Pout Pin Effisiensi Total
No
watt watt watt %
1 10 12,00 124,15 9,67
2 20 16,20 124,15 13,05
3 30 27,30 124,15 21,99
4 40 40,30 124,15 32,46
53
4.3. PEMBAHASAN DATA
4.3.1Pembahasan Daya Keluaran Hasil Penelitian Turbin Aliran Silang dengan
Busur Sudu 74o dan Jumlah Sudu 16.
Pembahasan Daya Hasil Penelitian
0
795 800 805 810 815 820 825 830 835 840 845 850
Putaran Poros (rpm)
Daya (Watt)
Debit 8,2 l/s Debit 7,9 l/s
Gambar 4.1 Grafik Daya vs Putaran Poros Generator dengan tinggi
0
790 795 800 805 810 815 820 825 830 835
Putaran poros (rpm)
Daya (Watt)
Debit 10,7 l/s Debit 9,5 l/s
Gambar 4.2 Grafik Daya vs Putaran Poros Generator dengan tinggi
nozzle 14 mm dan variasi debit.
Chart Title
788 790 792 794 796 798 800 802 804
Putaran Poros (rpm)
Daya (Watt)
Debit 12 l/s
Gambar 4.3 Grafik Daya vs Putaran Poros Generator dengan tinggi
nozzle 19 mm dan variasi debit.
55
menghasilkan daya maksimal terbesar sebesar 51,25 watt pada variasi tinggi bukaan nosel 9 mm dengan debit 8,2 l/s. Dari data hasil penelitian dengan menggunakan variasi tinggi bukaan 14 mm dengan variasi debit 10,7 l/s, 9,5 l/s didapat grafik yang menghasilkan daya maksimal terbesar sebesar 46,80 watt pada variasi tinggi bukaan nosel 14 mm dengan debit 10,7 l/s. Dan untuk variasi tinggi bukaan nosel 19 mm dengan variasi debit 12 l/s didapat grafik yang menghasilkan daya maksimal terbesar sebesar 40,30 watt pada variasi tinggi bukaan nosel 19 mm dengan debit 12 l/s. Pada tinggi nozle 19 mm hanya diperoleh satu grafik saja karena pada variasi bukaan setengah atau debit 12 l/s tidak menghasilkan data. Hal itu terjadi karena variasi bukaan nozzle diperkecil hal itu menyebabkan luas penampang nozle semakin kecil sehingga pancaran yang mengenai sudu runner semakin kecil juga sehingga putaran
runner tidak dapat menghasilkan listrik.
Pada tinggi bukaan nosel 9 mm dengan variasi debit 7 l/s, tinggi bukaan nosel 14 mm dengan variasi debit 8,6 l/s dan tinggi bukaan nosel 19 mm dengan variasi debit 9,6 l/s dan 11,3 l/s tidak didapatkan data teganga n dan arus karena tegangan yang dihasilkan kurang dari 130 Volt sehingga tombol on pada PHB tidak bisa mengunci, sehingga data arus dan tegangan juga tidak bisa diperoleh. Hal ini dikarenakan daya yang masuk generator tidak sesuai, sehingga PHB tidak dapat bekerja dengan baik.
akan makin baik. Akan tetapi, sudut terkecil dari nosel agar turbin dapat bekerja dengan baik mempunyai batas. Semakin besar putaran poros, maka daya yang terjadi akan makin kecil. Hal ini karena penurunan tegangan akibat beban diikuti dengan kenaikan arus. Daya yang dihasilkan oleh turbin memiliki batas maksimum. Setelah mencapai batas maksimum, maka daya akan turun. Kenaikan dan penurunan daya seperti grafik pada Mock More. (Mock More, 1996, hal 20). Turbin yang digunakan dalam penelitian tidak menghasilkan daya yang baik karena debit yang digunakan tidak masuk dalam daerah penggunaan turbin aliran silang yang baik. Turbin akan bekerja dengan baik jika tekanan pada debit minimal 0,02 m3/detik sampai 7 m3/detik ( Dietzel, 1996, hal 38 ), sedangkan pada penelitian, debit yang digunakan hanya 0,012 m3/s.
57
4.3.2Pembahasan Efisiensi Hasil Penelitian Turbin Aliran Silang Dengan Busur
Sudu 74o dan Jumlah Sudu 16.
795 800 805 810 815 820 825 830 835 840 845 850
Putaran Poros (rpm)
Efisiensi Total (%)
Debit 8,2 l/s Debit 7,9 l/s
Gambar 4.4 Grafik Efisiensi Total vs Putaran Poros Generator dengan tinggi nozzle 9 mm dan variasi debit.
790 800 810 820 830 840
Putaran Poros (rpm)
Efisiensi Total(%)
Debit 10,7 l/s Debit 9,5 l/s
Gambar 4.6 Grafik Efisiensi Total vs Putaran Poros Generator dengan tinggi nozzle 19 mm dan variasi debit.
Dari data hasil penelitian dengan menggunakan variasi tinggi bukaan nosel 9 mm dengan variasi debit yang bekerja adalah 8,2 l/s, 7,9 l/s didapat grafik yang menghasilkan efisiensi total maksimal terbesar sebesar 13,12 % pada variasi tinggi bukaan nosel 9 mm dengan debit 7,9 l/s. Dari data hasil penelitian dengan menggunakan variasi tinggi bukaan 14 mm dengan variasi debit 10,7 l/s, 9,5 l/s didapat grafik yang menghasilkan efisiensi total maksimal terbesar sebesar 18,12 % pada variasi tinggi bukaan nosel 14 mm dengan debit 10,7 l/s. Dan untuk variasi tinggi bukaan nosel 19 mm dengan variasi debit 12 l/s didapat grafik yang menghasilkan efisiensi total maksimal terbesar sebesar 32,46 % pada variasi tinggi bukaan nosel 19 mm dengan debit 12 l/s.
59
debit 9,6 l/s dan 11,3 l/s tidak didapatkan data tegangan dan arus karena tegangan yang dihasilkan kurang dari 130 Volt sehingga tombol on pada PHB tidak bisa mengunci, sehingga data arus dan tegangan juga tidak bisa diperoleh. Hal ini dikarenakan daya yang masuk generator tidak sesuai, maka PHB tidak dapat bekerja dengan baik. Sehingga tidak didapatkan grafik perbandingan putaran poros dengan efisiensi.
.
Pada turbin crossflow Efisiensi yang terjadi pada turbin memiliki batas maksimum. Setelah tercapai effisiensi maksimum maka effisiensi akan turun. Kenaikan dan penurunan efisiensi seperti pada dasar teori (Mock More, hal 21). Namun pada penelitian ini daya keluaran total tertinggi dihasilkan pada bukaan
nozzle 9 mm sedangkan effisiensi total tertinggi dihasilkan pada bukaan nozzle 19 mm. Seharusnya effisiensi total tertinggi terjadi pada saat daya keluaran total tertinggi juga. Ketidak sesuaian dengan teori disebabkan antara lain :
a. Dalam perhitungan besar daya pompa, debit yang digunakan kurang akurat.Untuk mengatasi masalah ini seharusnya dalam pengukuran debit digunakan alat yaitu flowmeter.
c. Alat uji yang telah dipasangkan untuk bermacam- macam runner
sehingga mumungkinkan bagian-bagiannya aus atau mengalami kelonggaran
d. Pengesetan antara kopling dengan puli untuk menggerakkan generator kurang pas sehingga daya yang diteruskan ke generator tidak maksimal.
61
BAB V
PENUTUP
5.1. KESIMPULAN
Dari hasil pengambilan data penelitian turbin aliran silang dengan variasi debit, tinggi bukaan nozzle dan beban, maka dapat disimpulkan :
1. Turbin aliran silang dengan busur sudu 74o dan jumlah sudu 16 buah, menghasilkan daya paling tinggi sebesar 51,25 watt. Daya paling besar terjadi pada saat debit sebesar 8,2 l/s dan bukaan tinggi nozzle 9 mm.
2. Turbin aliran silang dengan busur sudu 74o dan jumlah sudu 16 buah, menghasilkan efisiensi paling tinggi 32,46 %. Efisiensi paling tinggi terjadi pada saat debit sebesar 12 l/s dan bukaan tinggi nozzle 19 mm.
5.2. SARAN
Beberapa saran yang penting untuk penelitian pada bidang sejenis dengan penelitian ini atau yang ingin mengembangkan penelitian ini:
1. Runner hendaknya dibuat sangat rapi dan presisi agar dalam berputar runner
2. Pada saat pengelasan disarankan untuk menggunakan las kuningan atau las yang tidak menghasilkan panas yang terlalu tinggi karena dapat mempengaruhi kelurusan poros sehingga poros berutar oleng.
3. Ukuran rumah turbin dan runner sebaiknya dibuat presisi untuk menghindari gesekan antara rumah turbin dan runner.
4. Menggunakan flow meter agar besar debit yang digunakan dalam penelitian dapat diatur dengan tepat dan benar.
5. Mengurangi belokan saluran air dalam alat penelitian agar rugi-rugi dapat diperkecil.
63
DAFTAR PUSTAKA
Dietzel, Fritz , 1996, Turbin Pompa dan Kompresor, cetakan ke-5, Penerbit Erlangga, Jakarta
Joshi, C. B., Seshadri, V., Singh, S. N., Parametric Study on Performance of Cross-Flow , Journal of Energy Engineering, Vol. 121, No. 1, April 1995, pp. 28-45 Khosrowpanah, S, Fiuzat, A. A., Albertson, M., L., Experimental Study of
Cross-Flow Turbine, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 114, No. 3, March 1988, pp. 299-314
Mockmore, CA., 1949, The Banki Water Turbine, Oregon State College.
Olgun , H, 2000, Effect of interior guide tubes in cross-flow turbine runner on turbine performance, International Journal of Energy Research, Volume 24 Issue 11 , September 2000, Pages 935 – 964
Olgun, H , 1998, Investigation of the performance of a cross-flow turbine,
International Journal of Energy Research, Volume 22 Issue 11 , Pages 935 – 964
Lampiran 1
Data Penelitian Turbin dengan Busur Sudu 74
odan Sudu 16 buah
1. Tinggi bukaan nozzle 9 mm dengan variasi debit 8,2 l/s, 7,9 l/s a. Debit 8,2 l/s tekanan 7,5 psi
No Beban Arus Tegangan Putaran
Watt A Volt Rpm
1 10 0,08 180 839,9
2 20 0,11 165 830,4
3 30 0,12 160 826,4
4 40 0,23 155 824,4
5 50 0,25 145 822,2
6 60 0,33 140 821,2
7 70 0,35 135 818,3
8 80 0,41 125 816,7
b. Debit 7,9 l/s tekanan 6 psi
No Beban Arus Tegangan Putaran
Watt A Volt Rpm
1 10 0,08 160 809,6
2 20 0,14 145 802,9
3 30 0,16 140 801,7
4 40 0,26 140 801,4
No Beban Arus Tegangan Putaran
Watt A Volt Rpm
1 10 0,1 175 831,5
2 20 0,13 160 823,3
3 30 0,17 155 820,4
4 40 0,23 150 819,3
5 50 0,27 140 818,7
6 60 0,32 140 817,4
7 70 0,36 130 817,1
b. Debit 9,5 l/s tekanan 3 psi
No Beban Arus Tegangan Putaran
Watt A Volt Rpm
1 10 0,05 155 802,5
2 20 0,10 140 797,1
3 30 0,18 135 795,4
Lampiran 3
3. Tinggi bukaan nozzle 19 mm dengan variasi debit 12 l/s a. Debit 12 l/s tekanan 1,5 psi
No Beban Arus Tegangan Putaran
Watt A Watt Rpm
1 10 0,08 150 802,5
2 20 0,12 135 791,5
3 30 0,21 130 790
Lampiran 5
