TURBIN ALIRAN SILANG MENGGUNAKAN SUDU DARI BILAH PIPA DENGAN JUMLAH SUDU 16. No : 899/TA/FST-USD/TM/Agustus/2008 TUGAS AKHIR

i

No : 899/TA/FST-USD/TM/Agustus/2008

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh : PANDU PURWOKO

NIM : 045214059

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2009

ii

CROSSFLOW TURBINE USING BLADE FROM CUTTING PIPE LENGTWISE WITH 16 BLADES

No : 899/TA/FST-USD/TM/Agustus/2008

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain then Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

By :

PANDU PURWOKO Student Number : 045214059

MECHANICAL ENGINEERING PROGRAM STUDY MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2009

iv

v

Saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta,

Pandu Purwoko

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

Nama : Pandu Porwoko

Nomor Mahasiswa : 045214059

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kapada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Karya ilmiah saya yang berjudul :

TURBIN ALIRAN SILANG MENGGUNAKAN SUDU DARI BILAH PIPA DENGAN JUMLAH SUDU 16

Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan, dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : Yang menyatakan

(Pandu Purwoko)

vii

Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Isi Tugas Akhir ini adalah mengenai unjuk kerja sebuah turbin aliran silang yang menggunakan sudu dari bilah pipa, dengan jumlah sudu 16 buah.

Dalam kesempatan ini 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 penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Budi Sugiharto, S.T., M.T. Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

3. Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. Dosen Pembimbing Akademik.

4. Seluruh dosen dan staff Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah memberikan berbagai pengetahuan kepada penulis dan membantu selama proses belajar di Jurusan Teknik Mesin.

5. Ayah, Ibu, Kakak yang selalu memberikan dukungan moril maupun materiil .

viii

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Meskipun demikian penulis berharap bahwa penulisan Tugas Akhir ini dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu khususnya mengenai perancangan turbin aliran silang. Atas kritik dan saran yang bersifat membangun guna sempurnanya karya tulis ini penulis mengucapkan terima kasih.

Yogyakarta,

Penulis

ix

masyarakat. Geometri sudu turbin aliran silang sebenarnya sama dengan geometri pipa yang dibelah dengan busur tertentu. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari unjuk kerja turbin aliran silang dengan sudu dari bilah pipa yang digunakan untuk pembangkit listrik.

Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin aliran silang. Sudu turbin dibuat dari pipa dengan diameter 1¼ inci. Diameter runner adalah 97,39 mm dengan panjang runner 103 mm. Jumlah sudu pada runner 16 buah. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit, tinggi nozzle,dan beban. Debit air yang divariasikan adalah 10,6l/s, 9,3l/s, dan 8,3l/s. Tinggi nozzle yang divariasikan adalah 14mm, dan 9mm. Untuk menghasilkan listrik turbin dihubungkan dengan generator. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan generator pada kondisi generator diberi variasi pembebanan 10w, 15w, 25w, 40w, 60w, dan 100w. Pada setiap pembeban, putaran turbin diukur dengan tachometer.

Analisis dilakukan dengan membuat grafik hubungan daya dengan putaran turbin dan grafik hubungan efisiensi dengan putaran turbin untuk tiap variasi debit, dan tinggi nozzle, dan beban.

Daya maksimum yang diperoleh mencapai 48.6 watt, dengan efisiensi total mencapai 16,83%. Kondisi tersebut terjadi pada saat variasi debit = 9,3 l/s ; tinggi nozzle 14 mm ; dan beban 60 watt.

x

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN ... v

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi

KATA PENGANTAR... vii

INTISARI ... ix

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR LAMBANG ... xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan dan Manfaat ... 4

1.3.1 Tujuan ... 4

1.3.2 Manfaat ... 4

BAB II DASAR TEORI ... 5

2.1. Tinjauan Pustaka ... 5

2.2. Landasan Teori ... 6

2.2.1. Definisi Turbin Air ... 6

2.2.2. Perkembangan Turbin Air ... 7

2.2.3. Jenis-jenis Turbin Air ... 8

2.3. Turbin Crossflow ... 9

BAB III PERANCANGAN DAN PELAKSANAAN PENELITIAN ... 17

3.1. Diagram Alir ... 17

3.2. Bahan Penelitian ... 18

3.3. Peralatan Penelitian ... 18

3.4. Jalannya Penelitian ... 18

3.4.1. Persiapan ... 18

3.4.2. Pembuatan Alat ... 19

3.4.2.1. Desain Alat ... 19

3.4.2.2. Perancangan Runner ... 20

3.4.2.3. Pembuatan Runner ... 25

3.4.2.4. Pemasangan Runner ke Alat Uji Turbin ... 26

3.4.3. Uji Prestasi ... 26

3.4.4. Analisa Data ... 28

3.5. Kesulitan Penelitian ... 28

xi

4.1.2. Data Variasi Tinggi Nozzle 14 mm dari Runner A ... 31

4.2. Grafik Hasil Penelitian ... 32

4.2.1. Grafik dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm dari Runner A debit 10,6 L/s ... 32

4.2.2. Grafik dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm dari Runner A debit 9,3 L/s.. ... 33

4.2.3. Grafik dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm dari Runner A debit 8,3 L/s..………... 34

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 37

5.1. Kesimpulan ... 37

5.2. Saran ... 37 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin Terhadap Head... 8

Tabel 4.1 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 10,6 L/s ... 30

Tabel 4.2 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 9,3 L/s ... 30

Tabel 4.3 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 8,3 L/s ... 31

Tabel 4.4 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 10,6 L/s ... 31

Tabel 4.5 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 9,3 L/s ... 31

Tabel 4.6 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 8,3 L/s ... 32

xiii

Gambar 1.1 Runner Turbin Crossflow ... 3

Gambar 2.1 Turbin Crossflow ... 9

Gambar 2.2 Aliran Air Pada Turbin Crossflow... 10

Gambar 2.3 Kelengkungan Sudu ... 14

Gambar 2.4 Sketsa Pipa yang Dibelah ... 14

Gambar 2.5 Jarak Antar Sudu... 15

Gambar 2.6 Penampang Nozzle ... 16

Gambar 3.1a Diagram Alir Penelitian ... 17

Gambar 3.1b Diagram Alir Pengambilan data ... 17

Gambar 3.2 Alat Uji Turbin ... 20

Gambar 4.1 Grafik Daya yang Dihasilkan VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm debit 10,6 L/s ... 32

Gambar 4.2 Grafik Efisiensi VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm debit 10,6 L/s ... 33

Gambar 4.3 Grafik Daya yang Dihasilkan VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm deit 9,3 L/s ... 33

Gambar 4.4 Grafik Efisiensi VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 44 mm debit 9,3 L/s ... 34

Gambar 4.5 Grafik Daya yang Dihasilkan VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 debit 8,3L/s. ... 34

xiv

Gambar 4.6 Grafik Efisiensi VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm debit 8,3 L/s... 35

xv

H = Head (m)

Q = Debit (m³/detik)

η = Efisiensi turbin (%)

D1 = Diameter turbin (m)

L = Panjang Turbin (m)

ρ = Jari-jari kelengkungan sudu turbin (m)

a = Lebar velk radial (m)

s₁ = Jarak antar sudu pancaran air masuk (m)

t = Jarak antar sudu (m)

β1 = Sudut masuk (^o)

s2 = Jarak antar sudu pancaran air keluar (m)

n = Jumlah sudu (buah)

y1 = Jarak pancaran dari poros (m)

y2 = Jarak pancaran dari keliling dalam (m)

A = Penampang nosel (m)

so = Tinggi pancaran air nosel (m)

N = Kecepatan Putar (rpm)

∆ = Sudut pusat sudu jalan (^o)

Pin = Daya yang tersedia (W)

Pout = Daya yang dihasilkan generator (W)

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Listrik merupakan sumber energi yang digunakan oleh manusia. Listrik dihasilkan dari suatu sistem pembangkit listrik. Pembangkit yang banyak digunakan adalah pembangkit listrik tenaga air (PLTA), pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTG), Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), pembangkit listrik tenaga diesel (PLTD), dan pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). PLTU dan PLTD menggunakan sumber energi berupa batubara ataupun minyak bumi.

Permasalahan yang dihadapi saat ini adalah tentang ketersediaan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui dewasa ini. Hal itu menimbulkan adanya krisis energi sehingga berdampak pada melonjaknya harga minyak bumi.

Air merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak terbatas jumlahnya.

Air juga memiliki potensi yang sangat besar dan dapat digunakan sebagai sumber energi yang dapat menggantikan penggunaan energi fosil. Air merupakan sumber energi yang bersih karena tidak menghasilkan polutan. Berbeda dengan sumber energi fosil, air tidak mempunyai potensi merusak ozon maupun potensi pemanasan global.

Dari data yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, pemanfaatan energi air di Indonesia masih sangat kecil, baru sekitar 2,5% dari potensi yang bisa mencapai 75000 MW. Di Indonesia terdapat 1315 kawasan yang berpotensi menjadi sumber energi tenaga air, dan

daerah-daerah tersebut tersebar dari Sabang sampai Marauke. Daerah-daerah yang diprediksi memiliki potensi tersebut, antara lain : Pulau Papua 22371 MW, pulau Kalimantan 21611 MW, pulau Sumatra 15804 MW, pulau Sulawesi 10203 MW, pulau Jawa 4531 MW, kepulauan Nusa Tenggara (Bali, NTB dan NTT) 674 MW dan kepulauan 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.

Pembangkit listrik tenaga air menggunakan turbin sebagai alat untuk mengkonversi potensi energi air menjadi energi mekanik untuk memutar generator listrik. Untuk daya yang kecil (mikrohidro/pikohidro), turbin aliran silang (crossflow) banyak digunakan. Sudu turbin crossflow biasanya dibuat dari pelat yang dilengkung. Pembuatan sudu tersebut tentu saja tidak mudah, apalagi bagi masyarakat kebanyakan. 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 belum banyak dilakukan sehingga informasi mengenai unjuk kerjanya kurang diketahui. Parameter yang

3

berpengaruh terhadap unjuk kerja turbin antara lain seperti : jumlah sudu, besar busur sudu, arah nozel, sudut pancaran air dan lain-lain.

Gambar 1.1 Runner Turbin Crossflow

1.2 Rumusan Masalah

. Pada penelitian ini akan dibuat turbin crossflow dengan sudu dari pipa yang dibelah. Turbin tersebut akan diteliti unjuk kerjanya. Pada penelitian ini, turbin yang akan dibuat dirancang untuk memanfaatkan tenaga air yang memiliki head 4,5 m, debit 8 L/s. Sudu dibuat dari pipa hitam berdiameter 1,25 inch, yang dibelah dengan sudut 73,28˚.

Sudu Piringan Runner

Poros

1.3 Tujuan dan Manfaat 1.3.1 Tujuan

Tujuan penelitian ini adalah :

a. Membuat runner turbin crossflow dengan menggunakan sudu dari pipa yang dibelah untuk pembangkit listrik agar mudah dibuat oleh masyarakat.

b. Mengetahui dan membandingkan daya serta efisiensi menyeluruh terbaik dari variasi debit,beban generator, dan tinggi nozzle.

1.3.2 Manfaat

Hasil penelitian ini diharapkan dapat:

a. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga air mikrohidro.

b. Diterapkan di masyarakat yang berada dekat sumber air. Mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi.

c. Membangunkan kepedulian masyarakat terhadap upaya konservasi air.

5 BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Unjuk kerja turbin crossflow dipengaruhi oleh banyak parameter antara lain adalah jumlah sudu, sudut pancaran air masuk, sudut keluar, posisi pancaran air masuk, lintasan aliran air di dalam turbin, rasio lebar dan diameter runner, rasio diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur runner maupun nozzle.

Geometri runner turbin crossflow dapat dilihat pada Gambar 2.3 dan 2.5.

Penelitian tentang turbin crossflow banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat dari plat yang dilengkung. Turbin crossflow yang dilengkapi dengan saluran pengarah di dalam runnernya pernah dibuat dan diuji (Olgun, 2000).

Saluran pengarah dibuat dengan tujuan untuk mengumpulkan dan mengarahkan air yang keluar dari sudu atas agar dapat menuju sudu bawah dengan lebih baik.

Tiga bentuk saluran telah dibuat dan diuji dengan berbagai variasi posisi saluran pengarah serta variasi bukaan nozzle. Penambahan saluran di dalam runner ternyata tidak menaikkan efisiensi tetapi justru menurunkan efisiensi turbin crossflow sebesar 5 %.

Penelitian terhadap pengaruh perbandingan diameter dalam dan diameter luar runner juga telah dilakukan (Olgun, 1998). Dalam penelitian ini digunakan 4 buah runner. Runner yang diuji mempunyai jumlah sudu 28 buah, diameter luar 170 mm, dan lebar 114 mm. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar untuk tiap runner dibuat berbeda. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar

yang digunakan adalah 0,75; 0,67; 0,58; dan 0,54. Sudut masuk pancaran air dipilih sebesar 16^o. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi tertinggi dicapai pada perbandingan 0,75 dan terendah pada perbandingan 0,54 dengan perbedaan sebesar 3%. Efisiensi tertinggi yang bisa dicapai adalah sebesar 72%.

Penelitian terhadap pengaruh sudut nozzle menunjukkan bahwa efisiensi akan semakin besar jika sudut nozzle semakin besar (Khosrowpanah, 1988).

Penelitian ini menggunakan 3 buah runner dengan jumlah sudu 20, 15 dan 10 serta 1 buah runner dengan diameter setengah dari diameter runner yang lain, sedangkan jumlah sudunya 20. Dari penelitian ini juga didapatkan bahwa efisiensi tertinggi dari tiap runner dicapai pada kecepatan spesifik yang sama. Semakin banyak jumlah sudu akan memberikan efisiensi yang semakin tinggi, namun jumlah sudu tersebut ada batasnya. Untuk sudut nozzle tertentu efisiensi maksimum dicapai pada jumlah sudu tertentu. Ada jumlah sudu optimum untuk sudut nozzle tertentu (Joshi,1995).

2.2 Landasan Teori 2.2.1 Definisi Turbin Air

Turbin air adalah salah suatu mesin berputar yang mengkonversi energi dari suatu gerakan aliran air menjadi energi mekanis. Energi mekanis ini kemudian ditransfer melalui suatu poros untuk mengoperasikan mesin atau generator. Turbin air digunakan pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA) untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan memanfaatkan aliran dan tinggi air jatuh. Air dibawah tekanan tinggi di dalam dam dilepaskan ke

7

dalam suatu saluran dimana akan menggerakan impeler turbin sehingga menyebabkan putaran yang cepat. Daya mekanis ini kemudian ditransfer ke generator oleh suatu poros dan kemudian akan menghasilkan energi listrik.

Pemilihan suatu turbin tergantung pada karakteristik lokasi, karena menentukan tinggi air jatuh dan kapasitas air. Selain itu pemilihan turbin juga tergantung dari kecepatan putar yang diminta oleh generator.

2.2.2 Perkembangan Turbin Air

Bentuk yang paling tua dan sederhana dari turbin air adalah kincir air, yang pertama kali digunakan oleh bangsa yunani pada abad pertengahan.

Perpindahan dari bentuk kincir air ke bentuk turbin air modern memakan waktu sekitar 100 tahun. Pada awal abad ke 19 seorang insinyur Prancis yang bernama Claude Bourdin menemukan kata turbin yang diambil dari bahasa latin yang berarti memutar atau pusaran air. Perkembangan turbin air mulai terlihat pada pertengahan abad 18 :

1. Pada pertengahan abad 17 Jan Andrej Segner mengembangkan suatu turbin air reaktif, yang merupakan mesin yang sangat sederhana yang hingga saat ini masih dapat dijumpai di lokasi hidro yang kecil.

2. Pada tahun 1826 Benoit Fourneyron mengembangkan sebuah turbin air berefisiensi 80%. Air diarahkan menyimpang melalui turbin runner sehingga turbin runner berputar (turbin aliran keluar).

3. Pada tahun sebelumnya sekitar tahun 1820, Jean- Victor Poncelete mendisain turbin air aliran dalam, dengan menggunakan prinsip yang sama dia mendapat U.S.paten di tahun 1838.

4. Pada tahun 1848 James B. Francis mengembangkan disain turbin air aliran dalam untuk mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi (90%).

2.2.3 Jenis-jenis Turbin Air

Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk penyediaan kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya dikelompokan berdasarkan kegunaan tertentu, kapasitas aliran dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu turbin air diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara. Secara umum turbin air dikelompokkan menurut tinggi air jatuh (Head) dan juga prinsip kerja turbin tersebut merubah energi air menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi ini turbin air dibagi menjadi :

Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin Terhadap Head

Head tinggi Head sedang Head rendah Turbin impuls Turbin pelton

Turbin turgo

Turbin crossflow Turbin pelton multi jet Turbin turgo

Turbin crossflow

Turbin reaksi Turbin francis Turbin kaplan

9

2.3 Turbin Crossflow

Turbin Crossflow atau yang juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki merupakan salah satu jenis turbin impuls. Turbin crossflow terdiri dari dua bagian yaitu nozzle dan runner. Turbin crossflow menggunakan nozzle berpenampang persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Sedangkan tinggi nozzle dapat diubah-ubah karena menggunakan sebuah katup yang dapat diset ketinggiannya. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. Pancaran air dari nosel masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Pancaran air masuk turbin melalui bagian atas, memberikan energi ke sudu kemudian masuk ke bagian dalam turbin dan keluar melalui bagian bawah turbin. Turbin mengambil energi air dua kali yaitu melalui sudu atas dan sudu bawah. Pada bagian atas turbin mengambil energi sebesar 72 % dan pada bagian bawah turbin mengambil energi sebesar 28 %.

Gambar 2.1 Turbin Crossflow aliran air Katup

nozzle

poroS

sudu

Dari kapasitas air dan tinggi air jatuh dapat diperoleh potensi daya air yang tersedia yaitu (Dietzel, 1996, hal. 2) :

H Q g

P_in =ρ (1)

Dengan

P : daya yang tersedia (W), ρ : massa jenis air (kg/m³),

g : percepatan gravitasi (m/detik²), Q : debit air (m³/detik),

H : tinggi air jatuh (m),

Gambar 2.2 Aliran Air Pada Turbin Crossflow (Mockmore, 1949, hal. 6)

Pada gambar 2.2 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk ke dalam runner pada titik A dengan membentuk sudut α terhadap kecepatan

11

kelilingnya. Kecepatan air memasuki runner (V1 ) dihitung dengan (Mockmore,1949,hal 6) :

V₁=C (2gH)^½ (2)

Dengan C merupakan koefisien kerugian pada nosel Daya teoritis yang dihasilkan turbin adalah

(

V1cos 1 V2cos 2

)

u1

Q

P_th =ρ α + α

Atau

( )

_



 



 +

−

=

1 2 1

1 1

1 cos

1 cos

cos β

ψ β α

ρQu V u

P_th (3)

Dengan

u1 : kecepatan keliling runner,

β1 : sudut antara kecepatan relatif air masuk pada sudu atas dengan kecepatan keliling,

β2 : sudut antara kecepatan relatif air masuk pada sudu bawah dengan kecepatan keliling.

Dengan mengambil besar sudut β2 = β1 maka :

(

α

)(

ψ

)

ρ − +

= Qu₁ V₁cos ₁ u₁ 1

P_th (4)

Efisiensi turbin yang merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan turbin dengan daya air yang tersedia adalah (Mockmore, 1949, hal 8):

( )

_







 −

+

=

1 1 1 1

2 1

T 2 1 cos

V u V

C u ψ α

η (5)

Secara teoritis efisiensi turbin dipengaruhi oleh kecepatan pancaran air masuk turbin dan sudut pancaran air.

Untuk menghasilkan listrik poros turbin dihubungkan dengan poros generator. Hubungan ini melalui sistem transmisi yang ditentukan berdasarkan putaran poros turbin dan putaran kerja generator. Daya listrik (P) yang dihasilkan generator dapat diketahui setelah arus dan tegangan yang dihasilkan diukur.

Besarnya daya listrik adalah

P_out = V I (6)

dengan :

Pout : Daya yang dihasilkan generator (watt) V : tegangan listrik yang dihasilkan (volt) I : kuat arus listrik yang dihasilkan (ampere)

Efisiensi menyeluruh (efisiensi nozzle, turbin, transmisi dan generator) dihitung dengan persamaan

100%

x

out in total

P

= P

η (7)

Perhitungan ukuran-ukuran turbin menggunakan asumsi sudut pancaran air masuk (α1) sebesar 16^o dan nilai ψ = 0.98 , C = 0.98 dan k = 0,087 (Mockmore,1949, hal 17). Dengan asumsi tersebut secara teoritis dapat dicapai efisiensi maksimum turbin sebesar 87,8% (Mockmore,1949, hal 9).

Ukuran turbin crossflow ditentukan berdasarkan lebar dan diameter runner.

Lebar dan diameter runner dapat ditentukan dengan persamaan (Mockmore,1949, hal 17):

LD1 = 210,6 Q/H^½ (8)

dengan

L : lebar runner (inch)

13

D1 : diameter runner (inch) Q : debit air (ft³/s) H : tinggi jatuh air (ft)

Lebar runner ditentukan dengan terlebih dahulu menentukan diameter turbin yang direncanakan. Pemilihan diameter turbin akan menentukan putaran kerja turbin, sehingga dalam pemilihannya mempertimbangkan putaran kerja generator.

Putaran kerja turbin (N) adalah (Mockmore,1949, hal 15):

N =862H^½/ D1 (9)

Setelah diameter runner ditentukan maka dapat dihitung besarnya jari-jari kelengkungan sudu (ρ) yaitu (Mockmore,1949, hal 15):

ρ = 0.326 D1/2 (10)

Karena sudu akan dibuat dari pipa yang dibelah maka kemudian dipilih pipa dengan jari-jari mendekati jari-jari kelengkungan sudu hasil perhitungan. Setelah pipa untuk sudu ditentukan maka diameter runner dihitung kembali dengan :

D1 = 2 ρ / 0.326 (11)

Lebar runner ditentukan dengan

L = 210,6 Q/(H^½ D1) (12)

Lebar velk radial (a ) ditentukan dari persamaan (Mockmore, 1949, hal 12) :

a = 0,17 D1 (13)

Gambar 2.3 Kelengkungan Sudu (Mockmore, 1949, hal. 16)

Untuk sudut pancaran air (α1) sebesar16^o maka sudut sudu (δ) adalah 73^o 28’

(Mockmore, 1949, hal. 15). Dengan demikian untuk sudu dari pipa maka sudu dibuat dengan membelah pipa dengan sudut busur 73^o 28’.

Gambar 2.4 Sketsa Pipa Dibelah Dengan Sudut 73^o 28’

15

Jarak antar sudu (t) dihitung dengan persamaan (Mockmore, 1949, hal 10) :

t = s₁/sin β₁ (14)

dengan :

s₁ = kD₁ (Mockmore, 1949, hal 14),

β1 = 30^o (Mockmore, 1949, hal 10), untuk α =16

Gambar 2.5 Jarak Antar Sudu (Mockmore, 1949, hal. 9) Jumlah sudu (n) ditentukan dengan (Mockmore, 1949, hal 17)

n = л D₁/t (15)

Nozzle turbin Crossflow berbentuk persegi panjang. Penrhitungan ukuran nozzle :

so = Q / (V1 L) (16)

Gambar 2.6 Penampang Nozzle Torsi yang terjadi adalah sebagai berikut

N

T =9,74 x 10⁵ P^d (17)

Untuk menentukan diameter poros dѕ, digunakan persamaan berikut ini

13

1 ,

5 



 



= K C T

d _{t b}

a

s τ ⁽¹⁸⁾

dengan :

ds = diameter poros (mm) Kt = faktor koreksi 1 Cb = faktor koreksi 2

τa = tegangan bahan yang diizinkan (kg/mm²)

17 BAB III

PERANCANGAN DAN PELAKSANAAN PENELITIAN 3.1 Disain Penelitian

gambar 3.1a Diagram alir penelitian

Gambar 3.1b Diagram alir pengambilan data

START

PERSIAPAN :

- Studi pustaka

- ^Jadwal

PEMBUATAN ALAT - Desain alat - Pembuatan runner

PENGAMBILAN DATA

ANALISA DATA

- P ; Pout ; ηtot (tiap variasi) - Grafik dengan variasitinggi

nozzle 9 mm dan 14 mm dari runner A, debit 10,6 L/s; 9,3 L/s; 8,3 L/s.

STO P

END

START

Nyalakan pompa

Atur debit 10,6

Atur tinggi nozzle = 14mm

Ukur tekanan air

Pasang beban 10 watt

Nyalakan PHB

Ukur V,I, N generator

Matikan PHB

Matikan pompa

END Variasi beban 15;

25; 40; 60; 100 w

Variasi tinggi nozzle 9; 4 mm

Variasi debit 10,6;

9,3; 8,3 L/s

3.2 Bahan Penelitian

Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah:

a. Pipa hitam diameter 1 ¼ inch , panjang 1m b. Plat tebal 15 mm x 100 mm x 100 mm , 2 buah c. Besi poros diameter 30 mm x 300 mm.

3.3 Peralatan Penelitian

Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah:

a. Alat uji turbin

b. Tachometer, multimeter

c. Peralatan kerja bangku, mesin : bubut,milling,las d. Alat ukur (roll meter, jangka sorong, siku).

3.4 Jalannya Penelitian 3.4.1 Persiapan

Tahap awal dari penelitian ini adalah studi pustaka. Pada tahap ini, bahan- bahan yang akan digunakan sebagai referensi dikumpulkan. Referensi yang dikumpulkan berasal dari berbagai sumber, namun kebanyakan berasal dari internet. Referensi ini berupa hasil penelitian lembaga lain dan buku-buku acuan.

Tahapan selanjutnya adalah pembuatan jadwal kerja yang akan digunakan sebagai pedoman untuk mencapai efisiensi waktu yang maksimal.

19

3.4.2 Pembuatan Alat 3.4.2.1 Desain Alat

Pada tahapan ini, gambar kerja dibuat. Sebelum membuat gambar kerja, terlebih dahulu dibuat sketsa alat. lalu pembelian bahan-bahan yang dibutuhkan.

Alat uji turbin juga akan digunakan pada pelaksanaan uji prestasi.

Penelitian akan dilaksanakan dengan membuat sebuah runner (runner A) dengan diameter dan panjang yang sama dengan runner dari alat uji turbin (runner B).

Sedangkan perbedaannya terletak pada jumlah sudu, bahan sudu, dan proses manufakturing runner.

Runner B akan dilepas, dan digantikan dengan runner A. Sedangkan komponen lain seperti rumah runner, generator, transmisi sabuk dan puli, panel- panel listrik, dan nozzle akan tetap dipakai pada penelitian ini.

Penelitian ini tidak dilakukan di lapangan, melainkan disimulasikan dengan menggunakan peralatan-peralatan yang telah direncanakan dan dipersiapkan oleh kelompok studi Rekayasa Tenaga Air. Untuk menggantikan laju aliran sungai, digunakan sebuah pompa berkapasitas maksimum 10 L/dtk, Head 22 m dan kecepatan putar 1500 rpm.

Pompa mengalirkan air yang ditampung pada sebuah bak air kapasitas 240 liter. Air tersebut dipompakan menuju ke nozzle melalui pipa penstock berdiameter 2 inch. Untuk mengatur debit dan head masuk Nozzle, dipasang dua buah kran pada pipa penstock. Air yang masuk ke nozzle akan digunakan untuk memutar Runner di dalam rumah runner, kemudian masuk kembali ke dalam bak penampung. Poros runner dihubungkan ke poros generator menggunakan

transmisi sabuk dan puli. Selain itu juga digunakan kopling flens luwes. Generator akan menghasilkan listrik. Listrik yang dihasilkan kemudian diukur saat pengambilan data.

Gambar 3.2 Alat Uji Turbin.

3.4.2.2 Perancangan Runner

Untuk pembuatan runner, dipakai sudu dari pipa yang dibelah.

Perancangan dan perhitungannya adalah sebagai berikut:

a. Data perancangan

Debit (Q) = 8 L/s

= 0,283 ft³/s

Head (H) = 4,5 m

= 14,764 ft Koefisien kecepatan nozzle(C) = 0,98 Faktor koreksi nozzle (k) = 0,087

21

Sudut masuk (α) = 16°

Gravitasi (g) = 32,18 ft/s²

Diameter pipa untuk sudu(d1) = 1,25 inch b. Kecepatan pancaran (V)

gH C

V = 2

764 , 14 18 , 32 2 98 ,

0 × ×

= V

211 ,

=30

V ft/s

c. Radius sudu (ρ) ρ = 0,5 d1

= 0,5 . 1,25

= 0,625 inch d. Diameter runner (D¹)

ρ = 0,326 r1

r1 = 0,625 / 0,326 D1 = 3,834 inch

e. Panjang dan diameter runner (LD¹) LD1 = 210 . Q/H^½

= 210 . 0,283 / (14,764) ^½

= 15,485 inch² f. Panjang runner (L)

L = 15,485/D1

= 15,485/3,834

= 4,038 inch

g. Kecepatan putar runner (N) N = 862 . H^½ / D1

= 862 . (14,764) ^½ / 3,834

= 863,796 rpm h. Lebar nozzle (s⁰)

A = Q / V

= 0,283 / 30,211

= 0,009 ft² S0 = A / L

= 0,009 . 144 / 4,038

=0,321 inch

i. Jarak sudu pada runner (s^1,t) s1 = k . D1

= 0,087 . 3,834

= 0,334 inch t = s1 / sinβ1

= 0,334 / sin ( tan^-1 ( 2.tan16°))

= 0,671 inch j. Jumlah sudu (n) n = π . D1 / t

= 3,14 . 3,834 / 0,671

= 18 buah (pada penelitian ini, jumlah sudu dibuat menjadi 16 buah untuk variasi)

23

k. Radial rim width (a) a = 0,17 . D1

= 0,17 . 3,834

= 0,652 inch

l. Diameter dalam runner

= D1-2(a)

= 3,834 – 2 (0,652 )

= 2,531 inch m. Daya air (P^air)

Pair = ρ g Q H

= 1000 . 9,81 . 1000

8 . 4,5

= 353,16 watt

= 0,474 HP

n. Daya turbin maksimum (P^turbin, Pd) Pturbin = Pair .η

= 0,474 . 0,878

= 0,416 HP o. Torsi (T)

N T =9,74 x 10⁵ P^d

863,796 354 , 10 0 x 74 ,

9 ⁵

=

230 , 85

=3 kg/mm

p. Bahan poros

σB = 10 kg/mm²

2 1 Sf Sf

B

a = σ⋅

τ

4 3

10

= ⋅ 833 ,

=0 kg/mm² q. Diameter poros

13

1 ,

5 



 



= K C T

d _{t b}

a

s τ

13

230 , 385 1 5 , 833 1 , 0

1 ,

5 



 



 ⋅ ⋅ ⋅

=

= 15,24 mm (dipilih 25 mm)

r. Geometri turbin ( lihat gambar 2.3 , 2.5 , dan 2.6) :

diameter pipa untuk sudu (d1) = 1,250 inch = 31,750 mm radius sudu (r1) = 0,625 inch = 15,875 mm diameter runner (D1) = 3,834 inch = 97,393 mm panjang runner (L) = 4,038 inch = 102,575 mm radial rim width (a) = 0,652 inch = 16,557 mm

diameter dalam = 2,531 inch = 64,279 mm

lebar nozzle (s0) = 0,333 inch = 8,470 mm jarak sudu pada piringan (t) = 0,671 inch = 17,033 mm

diameter poros = 0,984 inch = 25,000 mm

sudut busur sudu = 73,28°

25

sudut masuk (α) = 16°

jumlah sudu (n) = 16 buah

3.4.2.3 Pembuatan Runner

Setelah perancangan selesai, dilanjutkan dengan pembuatan runner.

Langkah pertama adalah pembuatan sudu. Pipa hitam dipotong-potong dengan panjang 103 mm, kemudian dibelah dengan sudut 74° sebanyak 16 buah.

Pembelahan dapat dilakukan dengan gergaji tangan atau dengan mesin skrap.

Pembuatan alat dilanjutkan dengan membuat piringan dan poros runner.

Piringan dan poros dibentuk menggunakan mesin bubut. Piringan dibuat 2 buah, satu untuk sebelah kanan, satu untuk sebelah kiri. Setelah selesai dibentuk, piringan di sket dengan templet yang dibuat dengan software Solid Work yang sudah diprint ( dicetak ) dengan menggunakan plastic, dan setelah templet ditempelkan ke piringan, piringan diberi tanda titik dengan spidol sejumlah 32 titik. Titik-titik ini akan digunakan untuk mengelas sudu dengan piringan.

Piringan dan poros disambung dengan las. Pengelasan dilakukan dengan teliti supaya hasilnya simetris dan tidak oleng. Setelah kedua piringan terpasang, sudu-sudu dipasang satu per satu. Pemasangan dilakukan dengan cara silang menyilang. Setelah satu sudu selesai dilas, dilanjutkan dengan sudu yang ada di seberangnya. Hal ini dilakukan untuk menghindari adanya defleksi akibat panas saat pengelasan.

Pengelasan sudu dilakukan secara bertahap. Empat buah sudu dilas terlebih dahulu, masing-masing 1 buah sudu untuk bagian atas, bawah, kanan dan

kiri. Pengelasan 4 buah sudu ditujukan untuk menjaga agar posisi poros tetap center, sudu yang lain kemudian dilas.

Setelah semua sudu dilas, dilakukan finishing dengan gerinda tangan.

Sisa-sisa pengelasan diratakan. Sesudah itu, dilakukan balancing geometri dengan mesin bubut.

3.4.2.4 Pemasangan Runner ke Alat Uji Turbin

Runner kemudian dipasang ke alat uji turbin. Setelah selesai dipasang, rumah bantalan yang terdapat di sisi kanan dan kiri rumah runner dipasang.

Diikuti dengan pemasangan kopling transmisi sabuk dan puli. Setelah dipastikan semua bagian terpasang, penelitian dilanjutkan dengan uji prestasi.

3.4.3 Uji Prestasi

Pada tahap ini dilakukan pengambilan data untuk mengetahui unjuk kerja dari turbin crossflow.

Variabel yang divariasikan :

a. Debit air, yaitu : 10,6 L/s ; 9,3 L/s ; 8,3 L/s b. Tinggi nozzle : 14 mm ; 9 mm ; 4 mm

c. Beban generator : 10 W ; 15 W ; 25 W ; 40 W ; 60 W ; 100W Variabel yang diukur :

a. Head air

b. Tegangan yang dihasilkan generator c. Arus yang dihasilkan generator

27

d. Putaran turbin Langkah penelitian :

a. Isi bak penampung dengan air b. Pasang runner pada alat uji turbin c. Nyalakan pompa air

d. Atur Debit air = 10,6 L/s, dengan mengatur dua kran pada pipa penstock

e. Atur tinggi nozzle = 14 mm , dengan cara memutar lengan pengatur di samping atas rumah runner

f. Ukur dan catat tekanan air dengan manometer pada saluran nozzle g. Pasang beban (lampu) 10 Watt

h. Nyalakan Panel Hubung Bagi

i. Ukur dan catat tegangan serta arus listrik yang dihasilkan generator menggunakan multimeter

j. Ukur dan catat putaran turbin menggunakan tachometer k. Matikan Panel Hubung Bagi

l. Ulangi langkah g-k untuk beban = 15 W; 25 W; 40 W; 60 W; 100W m. Ulangi langkah e-l untuk tinggi nozzle = 9 mm ; 4 mm

n. Ulangi langkah d-m untuk debit = 9,3 L/s ; 8,3 L/s o. Matikan pompa air

3.4.4 Analisa Data

Pengolahan data dilakukan sebagai berikut :

a. Hitung potensi daya air dengan persamaan 1 untuk tiap variasi debit.

b. Hitung daya yang dihasilkan generator dengan persamaan 6 untuk tiap variasi.

c. Hitung efisiensi total dengan persamaan 7 untuk tiap variasi.

d. Analisis dilakukan dengan membuat grafik hubungan putaran turbin dengan daya dan grafik hubungan putaran turbin dengan efisiensi untuk tiap variasi.

3.5 Kesulitan Penelitian

Kesulitan yang dihadapi pada saat pelaksanaan penelitian adalah sebagai berikut:

a. Pengukuran debit air yang menggunakan metode bucket kurang akurat dan tidak bisa dilakukan pengaturan debit tetap konstan pada head yang berbeda. Pengukuran debit air sebaiknya menggunakan flowmeter.

b. Pemasangan sudu pada piringan runner kurang presisi. Untuk mengatasinya dibuat templet dan diberi tanda titik kecil pada piringan. Pada proses pengelasan sebaiknya menggunakan Jig, agar mempermudah dalam proses penempatan sudu pada piringan runnernya.

29

c. Penyesuaian kondisi peralatan yang digunakan supaya mendekati data perancangan. Saran untuk peralatan yang digunakan disesuaikan dengan perancangan.

30 BAB IV PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Dalam bab ini diterakan hasil penelitian dari runner 16 sudu atau runner A.

4.1.1 Data Variasi Tinggi Nozzle 9 mm dari Runner A

Tabel 4.1 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 10,6 l/s DEBIT 10.6 l/s Head 6.26 m No. Beban Tegangan Arus Daya

(Pout)

Putaran (N)

(Watt) (Volt) (x 200 mA)

(Watt) (rpm)

1 10 165 0.4 13.2 798.7

2 15 160 0.6 19.2 788.6

3 25 155 0.8 24.8 777.0

4 40 145 1.0 29.0 757.3

5 60 130 1.3 33.8 729.3

Tabel 4.2 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 9,3 l/s

DEBIT 9.3 l/s Head 5.63 m

No. Beban Tegangan Arus Daya (Pout)

Putaran (N)

(Watt) (Volt) (x 200 mA)

(Watt) (rpm)

1 10 155 0.4 12.4 826.8

2 15 153 0.7 21.4 815.4

3 25 150 0.9 27.0 814.4

4 40 135 1.2 32.4 813.9

31

Tabel 4.3 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 8,3 l/s

DEBIT 8.3 l/s Head 4.22 m

No. Beban Tegangan Arus Daya (Pout)

Putaran (N)

(Watt) (Volt) (x 200 mA)

(Watt) (rpm)

1 10 145 1.3 37.7 760.6

2 15 135 1.4 37.8 761.0

4.1.2 Data Variasi Tinggi Nozzle 14 mm dari Runner A Tabel 4.4 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 10,6 l/s

DEBIT 10.6 l/s Head 3.52 m

No. Beban Tegangan Arus Daya (Pout)

Putaran (N)

(Watt) (Volt) (x 200 mA)

(Watt) (rpm)

1 10 180 1.1 39.60 824.5

2 15 170 1.2 40.80 816.4

3 25 162 1.4 45.36 813.2

4 40 155 1.5 46.50 808.2

5 60 139 1.7 47.26 795.3

Tabel 4.5 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 9,3 l/s DEBIT 9.3 l/s Head 3.17 m No. Beban Tegangan Arus Daya

(Pout)

Putaran (N)

(Watt) (Volt) (x 200 mA)

(Watt) (rpm)

1 10 164 0.3 9.84 795.1

2 15 160 0.5 16.00 785.4

3 25 165 0.7 23.1 784.2

4 40 154 1.2 36.96 781.4

5 60 143 1.7 48.62 778.0

Tabel 4.6 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 8,3 l/s

DEBIT 8.3 l/s Head 2.46 m

No. Beban Tegangan Arus Daya (Pout)

Putaran (N)

(Watt) (Volt) (x 200 mA)

(Watt) (rpm)

1 10 143 0.4 11.44 775.6

2 15 138 0.7 19.32 753.3

3 25 133 0.9 23.94 750.2

4 40 128 1.2 30.72 748.8

4.2 Grafik Hasil Penelitian

4.2.1 Grafik dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm dari Runner A Debit 10,6 l/s

Gambar 4.1 Grafik Daya yang Dihasilkan VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm .

Daya terbesar untuk debit 10,6 l/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 795,3 rpm yaitu 47,26 watt. Sedangkan untuk debit 10,6 L/s tinggi nozzle 9 mm, daya terbesar yang dihasilkan turbin yaitu 33,8 watt pada putaran 729,3 rpm.

33

Gambar 4.2 Grafik Efisiensi VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm

dan 14 m

Efisiensi terbesar untuk debit 10,6 l/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 795,3 rpm yaitu 12,97%. Pada tinggi nozzle 9 mm, efisiensi terbesar yang dapat dihasilkan turbin yaitu 5,19 % pada putaran 729,3 rpm.

4.2.2 Grafik dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm dari Runner A Debit 9,3 L/s

Gambar 4.3 Grafik Daya yang Dihasilkan VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm

Daya terbesar untuk debit 9,3 l/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 778 rpm yaitu 48,62 watt. Sedangkan untuk tinggi nozzle 9 mm, daya terbesar yang dihasilkan turbin 32,4 watt pada putaran 813,9 rpm.

Gambar 4.4 Grafik Efisiensi VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm

Efisiensi terbesar untuk debit 9,3 l/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 778 rpm yaitu 16,83 %. Pada tinggi nozzle 9 mm, efisiensi terbesar yang dapat dihasilkan turbin yaitu 6,31% pada putaran 813,9 rpm.

4.2.3 Grafik dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm dari Runner A Debit 8,3 L/s

Gambar 4.5 Grafik Daya yang Dihasilkan VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm.

35

Daya terbesar untuk debit 8,3 l/s terjadi pada tinggi nozzle 9 mm dan putaran 761 rpm yaitu 37,8 watt. Sedangkan untuk tinggi nozzle 14 mm, daya terbesar yang dihasilkan turbin 30,72 watt pada putaran 748,8 rpm.

Gambar 4.6 Grafik Efisiensi VS Putaran Generator untuk Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm.

Efisiensi terbesar untuk debit 8,3 l/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 748,8 rpm yaitu 15,32%. Pada tinggi nozzle 9 mm, efisiensi tertinggi yang dapat dihasilkan turbin yaitu 10, 99 % pada putaran 761rpm.

Efisiensi total yang dihasilkan rendah, hal ini dikarenakan putaran generator jauh di bawah daerah kerja generator (1400 rpm) sehingga mengakibatkan efisiensi generator rendah. Selain itu, adanya poros di antara piringan runner juga menghambat aliran air yang keluar dari sudu atas ke sudu bawah. Sehingga pemanfaatan aliran air oleh sudu bagian bawah menjadi berkurang. Hal ini dapat mengurangi efisiensi runner.

Jika tidak diperoleh data untuk beberapa variasi, hal ini disebabkan karena tegangan yang dihasilkan tidak cukup kuat untuk beban yang dipasang (lampu pijar 220 V), sehingga relay pada panel tidak dapat bekerja.

Grafik yang diperoleh tidak seperti yang diinginkan, hal ini disebabkan oleh putaran turbin yang kurang stabil. Balancing runner yang dilakukan kurang baik, karena hanya dilakukan balancing terhadap geometri.

Semakin kecil putaran, semakin besar daya yang dihasilkan. Putaran runner yang kurang stabil menyebabkan daya yang dihasilkan juga kurang stabil.

Perbandingan beban dengan putaran seharusnya berbentuk parabolik dengan sebuah titik puncak atas. Beban maksimal terjadi di titik puncak atas, dan pada saat putaran optimal. Ketika menuju ke titik puncak atas, daya dan putaran akan bertambah besar. Akan tetapi, setelah melewati putaran optimal, daya yang terjadi akan menurun meskipun putaran tetap naik.

Pada hasil penelitian ini, tidak diperoleh hasil seperti pada keterangan di atas.

Bahkan dari hasil penelitian diperoleh semakin besar beban yang diberikan, putaran yang terjadi selalu menurun. Tidak diperoleh berapa kecepatan optimal turbin. Hal ini disebabkan karena pada penelitian tidak menggunakan horse power brake, melainkan menggunakan beban lampu pijar. Hal ini menyebabkan putaran generator tidak dapat diatur. Putaran generator tergantung pada besarnya beban yang digunakan. Sedangkan titik puncak dan putaran optimum yang sebenarnya tidak diketahui karena penggunaan beban sebagai variasi hanya sampai dengan 100 w.

37 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

a. Daya terbesar terdapat pada debit 9,3 L/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 778 rpm yaitu 48,62 watt. Sedangkan untuk tinggi nozzle 9 mm, daya terbesar yang dihasilkan turbin 32,4 watt pada putaran 813,9 rpm.

b. Efisiensi terbesar terdapat pada debit 9,3 L/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran 778 rpm yaitu 16,83 %. Pada tinggi nozzle 9 mm, efisiensi terbesar yang dapat dihasilkan turbin yaitu 6,31% pada putaran 813,9 rpm.

5.2. Saran

a. Pembuatan runner sebaiknya tanpa poros tengah (antar piringan) sehingga tidak menghalangi aliran air dari sudu atas

b. Generator yang digunakan pada alat uji turbin diganti dengan generator yang mempunyai daerah kerja antara 750 rpm sampai dengan 1000 rpm

c. Kalibrasi alat ukur milik laboratorium

d. Untuk menghindari oleng, proses pemasangan sudu sebaiknya menggunakan Jig.

e. Untuk perancangan runner, diusahakan agar piringan tidak terlalu tebal supaya runner tidak terlalu berat

f. Untuk memperoleh hasil yang lebih detail, beban yang digunakan perlu ditambah besar dayanya dan variasinya (selisih daya antar variasi diperkecil)

g. Proses manufakturing runner harus dilakukan dengan benar-benar baik dan agar hasil yang diperoleh presisi, balance, dan sesuai dengan perancangan.

Hal ini perlu dilakukan karena kepresisian geometri dan keseimbangan runner sangat mempengaruhi hasil yang diperoleh

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.

Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, 2003, Kebijakan Pengembangan Energi Terbarukan dan Konservasi Energi (Energi Hijau), Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, Jakarta

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

Pence, Celso, 1998, Layman’s Handbook on How to Develop a Small Hydro Site, 2^nd Edition, http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf

LAMPIRAN

LAMPIRAN 1

Tabel L 1.1 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 10,6 l/s Q = 10,6 l/s

Head (H) beban Tegangan Arus putaran P in P out ηtotal

no psi (Watt) (Volt) (x200mA) (rpm) (Watt) (Watt) (%)

1 8.9 10 165 0.4 798.7 651.35 13.2 2.03

2 8.9 15 160 0.6 788.6 651.35 19.2 2.95

3 8.9 25 155 0.8 777.0 651.35 24.8 3.81

4 8.9 40 145 1.0 757.3 651.35 29.0 4.45

5 8.9 60 130 1.3 729.3 651.35 33.8 5.19

Tabel L 1.2 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 9,3 l/s Q = 9,3 l/s

Head (H) beban Tegangan Arus putaran P in P out ηtotal

no

psi (Watt) (Volt) (x200mA) (rpm) (Watt) (Watt) (%)

1 8 10 155 0.4 826.8 513.68 12.4 2.41

2 8 15 153 0.7 815.4 513.68 21.4 4.17

3 8 25 150 0.9 814.4 513.68 27.0 5.26

4 8 40 135 1.2 813.9 513.68 32.4 6.31

Tabel L 1.3 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 8,3 l/s Q = 8,3 l/s

Head (H) beban Tegangan Arus putaran

P in P out ηtotal

no

psi (Watt) (Volt) (x200mA) (rpm) (Watt) (Watt) (%)

1 6 10 145 1.3 760.6 343.83 37.7 10.96

2 6 15 135 1.4 761.0

343.83 37.8

10.99

Tabel L1.4 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 10,6 l/s

Q = 10,6 l/s

Head (H) beban Tegangan Arus putaran

P in P out ηtotal

no

psi (Watt) (Volt) (x200mA) (rpm)

(Watt) (Watt) (%)

1 5

10 180 1.1 824.5

365.93

39.6

10.82

2 5

15 170 1.2 816.4

365.93

40.8

11.15

3 5

25 162 1.4 813.2

365.93

45.36

12.40

4 5

40 155 1.5 808.2

365.93

46.5

12.71

5 5

60 139 1.7 795.3

365.93

47.26

12.92

Tabel L 1.5 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 9,3 l/s Q = 9,3 l/s

Head (H) beban Tegangan Arus putaran

P in P out ηtotal

no

psi (Watt) (Volt) (x200mA) (rpm) (Watt) (Watt) (%)

1 4.5 10 164 0.3 795.1

288.94 9.84

3.41

2 4.5 15 160 0.5 785.4

288.94 16.0

5.54

3 4.5 25 165 0.7 784.2

288.94 23.1

7.99

4 4.5 40 154 1.2 781.4

288.94 36.96

12.79

5 4.5 60 143 1.7 778

288.94 48.62

16.83

Tabel L 1.6 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 8,3 l/s

Q = 8,3 l/s

Head (H) beban Tegangan arus putaran

P in P out ηtotal

no

psi (Watt) (Volt) (x200mA) (rpm)

(Watt) (Watt) (%)

1 3.5 10 143 0.4 775.6

200.57 11.44

5.70

2 3.5 15 138 0.7 753.3

200.57 19.32

9.63

3 3.5 25 133 0.9 750.2

200.57 23.94

11.94

4 3.5 40 128 1.2 748.8 200.57 30.72 15.32

LAMPIRAN 2

LAMPIRAN 3

LAMPIRAN 4

File Name: piringan.SLDDRW Description:

Material:

LAMPIRAN 5

Peralatan untuk membelah pipa Proses pembelahan pipa

Pengelasan sudu

LAMPIRAN 6

Curva daya utuk Banki turbine dengan head di bawah 16 ft (Mockmore, CA., 1949, The Banki Water Turbine, hlm. 20, Oregon State College)

Curva karakteristik Banki turbine dengan head di bawah 16 ft (Mockmore, CA., 1949, The Banki Water Turbine, hlm. 21, Oregon State College)

LAMPIRAN 7

Curva daya utuk Banki turbine dengan head di bawah 16 ft (Mockmore, CA., 1949, The Banki Water Turbine, hlm. 22, Oregon State College)

Alat uji turbin