SKRIPSI ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN TURBIN CROSSFLOW DALAM AIR TERHADAP KINERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PIKO HIDRO TERAPUNG

SKRIPSI ANALISIS PENGARUH KEDALAMAN TURBIN CROSSFLOW DALAM AIR TERHADAP KINERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PIKO HIDRO TERAPUNG Diajukan untuk memenuhi persyaratan Menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik. Oleh: ARIES FEDLI BAKARA NIM : 150402013. DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2020. Universitas Sumatera Utara.

▸ Baca selengkapnya: kedalaman pemotongan yang dilakukan pada rack gear sebesar

Universitas Sumatera Utara.

Universitas Sumatera Utara.

ABSTRAK. Pembangkit listrik tenaga piko hidro merupakan pembangkit listrik tenaga air yang memiliki daya maksimal lima kilo watt (<5 kw). Pada pembangkit listrik tenaga piko hidro terapung (PLTPHT) dengan menggunakan turbin bertipe crossflow dan jumlah sudu sebanyak 18 buah dengan sudut 34o dilakukan pengujian secara eksperimen pada aliran sungai untuk mengetahui pengaruh dari parameter kedalaman turbin tenggelam terhadap nilai efisiensi turbin dalam mengkonversi daya air dan efisiensi generator dalam mengkonversi daya air. Dengan beban lampu pijar 25 watt yang digunakan dihasilkan bahwa semakin dalam turbin tenggelam didalam air maka semakin besar rpm, tegangan, arus maupun daya yang dapat dihasilkan hingga pada akhirnya mencapai titik maksimum akan mengalami penurunan. Efisiensi kinerja turbin dalam mengkonversi daya air terbesar berada pada kedalaman turbin 24 cm yaitu sebesar 60,14%, sedangkan efisiensi kinerja turbin dalam mengkonversi daya air terendah berada pada kedalaman turbin 28 cm yaitu 49,53%. Efisiensi kinerja generator dalam mengkonversi daya air terbesar berada pada kedalaman turbin 24 cm yaitu sebesar 57,80%, efisiensi kinerja generator dalam mengkonversi daya air terendah berada pada kedalaman turbin 28 cm yaitu sebesar 40,01%, dan efisiensi generator dalam mengkonversi daya turbin terbesar berada pada kedalaman 24 cm yaitu sebesar 96,12% sedangkan terendah berada pada kedalaman 28 cm yaitu sebesar 80,78 %. Kata Kunci : Pembangkit Listrik Tenaga Piko Hidro Terapung, Kedalaman Turbin, Daya Air, Daya Turbin, Daya Generator Efisiensi Turbin, Efisiensi Generator. i Universitas Sumatera Utara.

KATA PENGANTAR. Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, oleh karena berkat dan kasih karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul: “ANALISIS KEDALAMAN TURBIN CROSSFLOW PADA PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK PIKO HIDRO TERAPUNG “ Selama menjalani perkuliahan sampai menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, nasehat serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan kerendahan hati, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada keluarga, ayahanda Effendi Bakara, ibunda Marlina Ginting yang telah membesarkan, mendidik penulis sampai sekarang ini, memberikan dukungan serta kepercayaan kepada penulis selama masa sekolah hingga kuliah dan tidak lupa juga memberikan semangat, dukungan, doa, motivasi, kepada penulis. Selama penulisan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat masukan, dukungan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan kali ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1.. Bapak Dr.Ir. Fahmi,S.T.,M.Sc.,IPM. Ketua Jurusan Teknik Elektro FT USU.. 2.. Bapak Ir. Raja Harahap, M.T. selaku dosen pembimbing penulis yang telah memberi banyak masukan, bimbingan, dan meluangkan banyak waktu sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.. 3. Bapak Drs. Hasdari Helmi, M.T. dan Bapak Ir.Muhammad Safril, S.T, M.T. selaku dosen penguji penulis yang telah banyak mengoreksi dan memberikan masukan sehingga skrispi ini dapat diselesaikan dengan baik. 4. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan ilmu kepada penulis. 5. Seluruh Staf Pegawai Departemen Teknik Elektro dan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Kakak saya Fransisca Bakara dan Stella Canser Bakara serta abang saya Bill Franklin Bakara yang selalu mendukung dalam masa perkuliahan.. ii Universitas Sumatera Utara.

7. Sahabat terbaik Yohana Maria Sianturi, Amd.T yang selalu menemani serta memberi semangat kepada penulis sejak masa sekolah menengah atas. 8. Sahabat saya Remon Pasaribu yang berjuang bersama-sama mulai dari masa kerja praktek hingga tugas akhir dan memberikan masukan serta diskusi untuk membantu penulis selama perkuliahan. 9. Sahabat saya Yudha Fenuel, Jeremi Lumbantobing, Yamby Purba, Teresa Girsang, Sarah Pangaribuan, Etty Manalu, Lasma Aritonang, Fanny Sitio serta seluruh teman-teman yang tergabung dalam keluarga besar Ikan Sepat. 10. Sahabat Piano House, Bungna Sinambela, Jeremi Sihombing dan lainnya yang senantiasa memberikan tempat dan tenaga kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir. 11. Sahabat saya TSA Medan yang selama perkuliahan banyak memberi motivasi kepada penulis 12. Semua sahabat seperjuangan stambuk 2015 yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang selalu memberikan masukan dan semangat kepada penulis Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena. itu penulis. mengharapkan. adanya. kritik. dan. saran. yang. bertujuan menyempurnakan kajian skripsi ini. Akhir kata, penulis mengucapkan terimakasih dan semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.. Medan, April 2020 Penulis,. Aries Fedli Bakara (150402013). iii Universitas Sumatera Utara.

DAFTAR ISI. ABSTRAK .............................................................................................................. i KATA PENGANTAR ........................................................................................... ii DAFTAR ISI ......................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... vii DAFTAR TABEL ................................................................................................ ix BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ............................................................................................1 1.2 Rumusan Masalah.......................................................................................3 1.3 Batasan Penelitian.......................................................................................3 1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................................3 1.5 Manfaat Penelitian ......................................................................................4 1.6 Sistematika Penulisan .................................................................................4 BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 6 2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Air ...................................................................6 2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Piko hidro .......................................................6 2.3 Komponen Pembangkit Piko Hidro ............................................................7 2.4 Menghitung Debit Air Menggunakan Metode Apung ...............................9 2.5 Potensi Energi Air .....................................................................................10 2.6 Efisiensi.....................................................................................................11 2.7 Pulley ........................................................................................................12 2.8 Sabuk(Belt) ...............................................................................................13 2.8.1 Perbandingan Kecepatan Gerakan Suatu Sabuk ...................................14. iv. Universitas Sumatera Utara.

2.9 Gear ...........................................................................................................14 2.9.1 Rasio Kecepatan Gear ............................................................................15 2.10 Bearing ( Bantalan) .................................................................................16 2.11 Benda Tegar ............................................................................................17 2.12 Momen Inersia (Kelembaman) ...............................................................17 2.13 Energi Kinetik Rotasi ..............................................................................18 BAB III METODELOGI PENELITIAN ...........................................................19 3.1 Tempat dan Waktu ....................................................................................19 3.2 Data ...........................................................................................................19 3.3 Peralatan Pengujian ...................................................................................19 3.4 Tahapan Penelitian ....................................................................................22 3.4.1 Penentuan Pemodelan ............................................................................22 3.4.2 Perancangan Prototipe............................................................................22 3.4.3 Pengambilan Data ..................................................................................24 3.4.5 Analisa dan Pembahasan........................................................................29 3.4.6 Kesimpulan dan Saran ...........................................................................29 3.5 Flowchart Penelitian .................................................................................29 3.6 Prosedur Pengujian ...................................................................................31 3.6.1 Menghitung Kecepatan Air dan Debit dengan Metode Apung..............31 3.6.2 Pengujian Turbin Tenggelam dalam Air ................................................31 3.6.3 Pengujian Karakteristik Generator Magnet Permanen...........................32 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................34 4.1 Analisis Pengaruh Kedalaman Turbin ......................................................34 4.2 Pengujian Karakteristik Generator ............................................................41 4.3 Analisis Konversi Energi Air ....................................................................47. v Universitas Sumatera Utara.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...............................................................60 5.1 Kesimpulan ...............................................................................................60 5.2 Saran .........................................................................................................61 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN. vi Universitas Sumatera Utara.

DAFTAR GAMBAR. Gambar 2.1 Turbin Crossflow .................................................................................7 Gambar 2.2 Pelampung Tongkat ............................................................................9 Gambar 2.3 Pulley .................................................................................................11 Gambar 2.4 Sabuk .................................................................................................12 Gambar 2.5 Rantai dan Sprocket ..........................................................................13 Gambar 2.6 Bearing Duduk ..................................................................................15 Gambar 3.1 Alternator ...........................................................................................18 Gambar 3.2 Turbin Bertipe Crossflow ...................................................................18 Gambar 3.3 Multimeter Digital Masda DT830D ..................................................19 Gambar 3.4 LCD Digital Laser Photo Tachometer ...............................................19 Gambar 3.5 Kabel Penghubung ............................................................................19 Gambar 3.6 Media Metode Apung ........................................................................20 Gambar 3.7 Rancangan Prototipe ..........................................................................21 Gambar 3.8 Hasil Akhir Prototipe .........................................................................22 Gambar 3.9 Flowchart Penelitian ..........................................................................27 Gambar 3.10 Rangkaian pengujian tanpa beban ...................................................32 Gambar 3.11 Rangkaian pengujian dengan keadaan berbeban ..............................33 Gambar 4.1 Grafik Hubungan Kedalaman Turbin terhadap Kecepatan Putar.......34 Gambar 4.2 Grafik Hubungan Kedalaman Turbin Dengan Tegangan .................34. vii. Universitas Sumatera Utara.

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Kedalaman Turbin Dengan Arus .........................35 Gambar 4.4 Grafik Hubungan Kedalaman Turbin Dengan Daya Generator .......35 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Terhadap Tegangan Generator ..36 Gambar 4.6 Grafik hubungan Kecepatan Putar dengan Tegangan .......................39 Gambar 4.7 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Dengan Arus .............................40 Gambar 4.8 Grafik Hubungan Kecepatan Putar dengan Daya .............................40 Gambar 4.9 Grafik Hubungan Kedalaman Turbin Terhadap Debit Air ...............42 Gambar 4.10 Grafik Hubungan Kedalaman Turbin dengan Efisiensi Turbin dan Generator .........................................................................................52. viii Universitas Sumatera Utara.

DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi dari prototype.......................................................................17 Tabel 3.2 Data Pengukuran Penampang Aliran Sungai ........................................22 Tabel 3.3 Data Kecepatan putar generator, turbin, kecepatan air, tegangan, dan arus ........................................................................................................22 Tabel 3.4 Pengujian Generator Tanpa Beban .......................................................24 Tabel 3.5 Daya Masukan Motor Saat Berbeban ...................................................24 Tabel 3.6 Daya Masukan Pada Shaft ....................................................................25 Tabel 3.7 Torsi Generator .....................................................................................25 Tabel 3.8 Karakteristik Generator .........................................................................26 Tabel 4.1 Data percobaan dengan kedalaman turbin 12 cm .................................30 Tabel 4.2 Data percobaan dengan kedalaman turbin 16 cm .................................31 Tabel 4.3 Data percobaan dengan kedalam turbin 20 cm .....................................31 Tabel 4.4 Data percobaan dengan kedalam turbin 24 cm .....................................32 Tabel 4.5 Data percobaan dengan kedalam turbin 28 cm .....................................32 Tabel 4.6 Data hasil percobaan rata-rata tiap kedalaman .....................................33 Tabel 4.7 Hasil pengujian Generator Tanpa Beban ..............................................36 Tabel 4.8 Daya Masukan Motor Saat Berbeban ...................................................37 Tabel 4.9 Daya Masukan Pada Shaft ....................................................................37 Tabel 4.10 Torsi Generator ...................................................................................38 Tabel 4.11 Karakteristik Generator .......................................................................39. ix. Universitas Sumatera Utara.

Tabel 4.12 Data Pengukuran Penampang Aliran Sungai ......................................41 Tabel 4.13 Data debit air tiap kedalaman ..............................................................42 Tabel 4.14 Data Daya Air Tiap Kedalaman ..........................................................43 Tabel 4.15 Data Daya Turbin Tiap Kedalaman ....................................................45 Tabel 4.16 Hasil perhitungan efisiensi turbin dalam mengkonversi daya air .......48 Tabel 4.17 Hasil perhitungan efisiensi generator dalam mengkonversi daya air .49 Tabel 4.18 Efisiensi Generator dalam mengkonversi daya Turbin .......................51. x Universitas Sumatera Utara.

BAB I PENDAHULUAN. 1.1. Latar Belakang Energi tenaga air adalah sumber energi ramah lingkungan yang telah. digunakan sejak berabad-abad lalu. Aliran air diarahkan untuk menggerakkan turbin, yang akan menghasilkan energi listrik, disebut sebagai energi tenaga air. Parameter desain yang mempengaruhi pembangkit listrik tenaga air adalah jumlah sudu, bentuk sudu, diameter turbin, rpm, lebar turbin, sudut nozzle , dan posisi nozzle. Pembangkit listrik tenaga piko hidro merupakan pembangkit listrik tenaga air yang memiliki daya maksimal lima kilo watt (<5 kw). Sistem tenaga air dengan ukuran ini menguntungkan dalam hal biaya dan kesederhanaan dari berbagai pendekatan dalam desain, perencanaan dan pemasangan dibandingkan dengan yang diterapkan pada tenaga air yang lebih besar. Inovasi terbaru dalam teknologi piko hidro telah menjadikannya sumber daya ekonomi bahkan di beberapa tempat. Parameter desain yang berpengaruh pada pembangkit listrik tenaga piko hidro terapung adalah jumlah sudu, bentuk sudu, diameter turbin serta kedalaman turbin tenggelam dalam air. Tekanan hidrostatik merupakan tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas bidang tekan pada kedalaman tertentu. Kedalaman akan berpengaruh terhadap tekanan yang dihasilkan. Pada penelitian yang dilakukan oleh Chandra Buana Jamal dan Muh. Wahyu Ahmad Irwan dalam penelitian yang berjudul “Analisis Pengaruh Jumlah Sudu, Diameter, Dan Kedalaman Rendaman Terhadap Kinerja Turbin Roda Air” didapatkan kesimpulan semakin bayak jumlah sudu, besaran dimater dan kedalman rendaman turbin roda air maka daya output yang dihasilkan juga akan semakin besar [1].. 1. Universitas Sumatera Utara.

Pada penelitian yang dilakukan oleh Lie Jasa dan Yanu Prapto dalam penelitian yang berjudul Studi Analisis Pengaruh Model Sudu Turbin Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro didapatkan kesimpulan posisi sudut nozzle 00, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 maka didapatkan rpm tertinggi pada turbin model sudu setengah lingkaran, turbin segitiga, turbin sirip didapat pada sudut 300 masing-masing sebesar 122,4, 151,6, 122,8. Dari pengukuran tersebut sudu turbin segitiga adalah sudu turbin yang paling baik dan Hasil dari penelitian ini turbin yang paling baik adalah turbin segitiga karena turbin model sudu segitiga menghasilkan rpm yang optimal dan torsi yang baik pada sudut 300, sedangkan turbin model sudu setengah lingkaran yang paling banyak menampung volume air [2]. Pada penelitian yang dilakukan oleh Ahmad Yani dkk. pada penelitian yang berjudul “Pengaruh Variasi Bentuk Sudu Terhadap Kinerja Turbin Air Kinetik (Sebagai Alternatif Pembangkit Listrik Daerah Pedesaan) didapatkan Hasil penelitian menunjukan adanya pengaruh bentuk sudu terhadap daya dan efisiensi yaitu bentuk sudu lengkung memiliki efisiensi lebih tinggi dibandingkan dengan bentuk sudu datar dan mangkuk. Daya dan efisiensi turbin maksimum terjadi pada sudu lengkung dengan nilai sebesar 4,699 Watt dan 29,659 %, kemudian menurun pada sudu mangkuk dengan nilai daya dan efisiensi sebesar 4,508 Watt dan 28,457 %. Sedangkan daya dan efisiensi turbin terendah terjadi sudu datar dengan nilai daya dan efisiensi sebesar 3,080 Watt dan 19,439 % [3]. Berdasarkan hasil penelitian pada jurnal diatas maka penulis tertarik untuk melihat bagaimana pengaruh kedalaman turbin tipe crossflow dalam air terhadap kinerja prototipe pembagkit listrik tenaga pikohidro terapung, dimana model sudu yang digunakan pada turbin adalah model sudu mangkuk dengan jumlah 18 sudu, sudut 340 dan diameter turbin 100 cm dengan mengatur tinggi turbin terhadap titik alilran air. Posisi kedalaman turbin terhadap aliran air yang diteliti ada di lima variasi titik kedalaman yaitu 12, 16, 20, 24 dan 28 (cm), setelah itu dicari nilai dari efisiensi turbin dalam mengkonversi daya air, efisiensi generator dalam mengkonversi daya turbin dan efisiensi generator dalam mengkonversi daya turbin.. 2 Universitas Sumatera Utara.

1.2. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah : 1. Bagaimana pengaruh kedalaman turbin dalam air terhadap rpm turbin dan rpm generator pada pembangkit listrik tenaga piko hidro terapung. 2. Bagaimana pengaruh kedalaman turbin dalam air terhadap tegangan, arus dan daya yang dihasilkan pembangkit listrik tenaga piko hidro terapung 3. Bagaimana pengaruh kedalaman turbin dalam air terhadap efisiensi pembangkit listrik tenaga piko hidro terapung.. 1.3. Batasan Penelitian Agar lebih terarah penelitian tugas akhir ini dibatasi sebagai berikut : 1. Turbin air yang digunakan bertipe crossflow dengan jumlah sudu sebanyak 18 sudu dengan luas 20 cm x 40 cm dan kelengkungan 340 2. Lampu 25 watt digunakan sebagai beban untuk mengetahui besar arus 3. Tidak membahas mengenai pegisian baterai 4. Variasi kedalaman posisi kincir pada permukaan air yaitu sebanyak lima variasi. 1.4. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah untuk menganalisis pengaruh. dari posisi kedalaman turbin dalam air terhadap rpm baik turbin mapun generator, tegangan, arus, daya dan efisiensi pembangkit listrik tenaga piko hidro terapung dalam mengkonversi daya air.. 3 Universitas Sumatera Utara.

1.5. Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini yaitu sebagai pengetahuan tentang. parameter-parameter desain yang mempengaruhi yaitu posisi kedalaman turbin terhadap permukaan air pada pebangkit listrik tenaga piko hidro terapung.. 1.6. Sistematika Penulisan Sistematika dalam penelitian ini yaitu :. BAB I : PENDAHULUAN Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang,rumusan masalah, batasan masalah, tujuan,manfaat dan sistematika penulisan BAB II : DASAR TEORI Bab ini berisi penjelasan tentang pengertian pembangkit listrik terbaru khususnya tenaga air ,parameter-parameter yang berpengaruh terhadap pembangkit listrik tenaga air serta teori-teori yang mendukung dalam penulisan tugas akhir ini BAB III : METODE PENELITIAN Bab ini membahas tentang tahapan penelitian, mulai dari studi literatur , tempat penelitian, dan perancangan alat. Adapun metode yang digunakan dalam penelitian ini yaitu metode eksperimental. BAB IV : HASIL PENELITIAN Bab ini berisi tentang pengujian prototipe pembangkit listrik tenaga piko hidro terapung yang telah dibuat dengan menganalisa perubahan posisi kedalaman kincir pada permukaan air.. 4 Universitas Sumatera Utara.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dari tugas akhir ini serta ssaran-saran untuk penelitian selanjutnya.. 5 Universitas Sumatera Utara.

BAB II DASAR TEORI. 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Air Air merupakan sumber energi yang murah dan relative mudah didapat,. karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai [4].. 2.2. Pembangkit Listrik Tenaga Piko Hidro Menurut Arismunandar dan Susumumu Kuwahara (1974), berdasarkan. output yang dihasilkan, Pembangkit Listrik Tenaga Air dibedakan menjadi : [5] a) Large-hydro : lebih dari 100 MW b) Medium-hydro : antara 15 – 100 MW c) Small-hydro : antara 1- 15 MW d) Mini-hydro : daya diatas 100 kW, tetapi dibawah 1 MW e) Micro-hydro : antara 5 kW – 100 kW f) Pico-hydro : daya yang dikeluarkan kurang dari 5 kW Mohd Farriz Basar (2013) menyatakan bahwa “Pico hydro is a hydroelectric that capable of producing a maximum output power up to five kilowatts”, yang artinya pikohidro adalah pembangkit listrik tenaga air yang maksimal ouputnya 5KW. Jadi yang membedakan antara pembangkit skala pikohidro dengan mikrohidro yaitu berdasarkan daya maksimal yang telah diklasifikasikan [6].. 6. Universitas Sumatera Utara.

Pada umumnya pembangkit listrik skala micro atau pico pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan menghasilkan listrik.. 2.3. Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Pikro Hidro Parameter yang mempengaruhi pembangkit listrik tenaga air skala piko. sama dengan skala mikro,yaitu dianataraya : 1.Generator Generator adalah sumber tegangan listrik yang diperoleh melalui perubahan energi mekanik menjadi energi listrik. Generator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetk, yaitu dengan memutar suatu kumparan dalam medan magnet sehingga timbul GGL ( Gaya Gerak Listrik) induksi. Secara sederhana generator dalam menghasilkan listrik yaitu saat medan magnet disekitar gulungan konduktor berubah, maka akan timbul beda potensial atau tegangan pada gulungan konduktor tersebut. Medan magnet terpotong secara tepat oleh konduktor, keadaan inilah yang menimbulkan arus listrik dan medan magnet yang berputar menginduksi tegangan AC pada lilitan konduktor. Bagian yang berputar pada generator disebut rotor dan dapat berupa magnet permanen maupun gulungan konduktor. Sedangkan bagian yang diam disebut stator baik magnet maupun gulungan konduktor. 2. Turbin Air Turbin air adalah suatu alat yang dapat menghasilkan energi mekanik berupa putaran poros dengan mengandalkan kecepatan aliran air dari sungai dan memanfaatkan energi kinetik air, energi kinetik air selanjutnya diubah menjadi energi mekanis pada turbin yang digunakan untuk menggerakkan generator sehingga menjadi energi listrik [7].. 7 Universitas Sumatera Utara.

Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi. potensial. air. menjadi energi mekanis,turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Pada turbin impuls energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls sama dengan turbin tekanan karena aliran yang keluar dari zona tekannya adalah sama dengan tekanan atmosfir disekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi mekanik. Turbin impuls memiliki beberapa jenis yaitu : Turbin Cross Flow disebut juga Turbin Banki-Mitchel atau Turbin Ossbeger, dikarenakan jenis turbin ini disebut-sebut ditemukan oleh ilmuwan Australia Anthony Michell, ilmuwan Australia Donat Banki, ilmuwan jerman Fritz Ossberger. Mereka masing-masing memiliki patent atas jenis turbin ini.. Gambar 2.1 Turbin Crossflow. 3. Daya Turbin Proses perubahan energi kinetik menjadi energi mekanik akan membuat turbin berputar. Sehingga kincir air akan bergerak secara berotasi, hal ini dinamakan dengan momen putar yang diterima poros turbin. Maka daya yang dapat dihasilkan turbin dapat dituliskan dengan [8] :. 8 Universitas Sumatera Utara.

Pturbin = T ω. 2.4. (2.1). T=F r. (2.2). F=mv. (2.3). ω=. (2.4). Menghitung Debit Air dengan menggunakan metode apung Prinsip pengukuran metode ini adalah kecepatan aliran diukur dengan. pelampung, luas penampang basah (A) ditetapkan berdasar pengukuran lebar permukaan air dan kedalaman air. Persamaan untuk perhitungan debit adalah: (2.5). = Dimana: Q = debit aliran (m3/dtk) A = luas penampang basah (m2) k = koefisien pelampung v = kecepatan pelampung (m/dtk). Nilai k tergantung dari jenis pelampung yang dipakai k = 1 – 0,116 { √ (1 ) – 0,1 } k = koefisien  = kedalaman tangkai (h) per kedalaman air (d), yaitu kedalaman bagian pelampung yang tenggelam dibagi kedalaman air [9]. Berikut ini adalah gambar salah satu jenis pelampung yang dapat digunakan untuk mengukur debit sungai.. 9 Universitas Sumatera Utara.

Gambar 2.2 Pelampung Tongkat. 2.5. Potensi Energi Air Air merupakan sumber energi yang murah dan relative mudah didapat,. karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air megalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanismaupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin airyang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada kecepatan aliran air dan debit air. Kecepatan aliran air akan menghasilkan putaran pada turbin yang akan menghasilkan energi listrik. Berikut inimerupakan rumus yang digunakan untuk menghitung debit air sungai [10]. =. × ×. (2.6). Dimana : Q = Debit aliran sungai ( m3/s) V = Kecepatan aliran sungai ( m/s) l = Lebar sungai ( m ) d = Kedalam sungai ( m ). 10 Universitas Sumatera Utara.

Dengan memanfaatkan debit air dan kecepatan aliran air sungai datar, maka energi yang tersedia merupakan energi kinetis. Besarnya energi yang tersedia dapat kita hitung dengan rumus berikut ini [10] : (2.7). = Dimana : E = Energi kinetis (Joule) v = kecepatan aliran sungai (m/s) m = massa air (kg) Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut: =. (2.8). =. (2.9). Dimana : P = Daya air (watt) = Massa jenis air (kg/m3) Q = Debit air (m3/s) V = Kecepatan aliran sungai (m/s). 2.6. Efisiensi (ɳ) Untuk menyatakan performa suatu mesin biasanya dinyatakan dalam. efisiensi yang merupakan perbandingan antara efek manfaat yang digunakan dengan pengorbanan yang dilakukan mesin. Persamaan efisiensi adalah sebagai berikut : ɳ=. x 100%. (2.10). Dimana : ɳ = Merupakan efisiensi yang dinyatakan dengan %. 11 Universitas Sumatera Utara.

2.7. Pulley Pulley merupakan salah satu dari berbagai macam transmisi. Pulley. berbentuk seperti roda. Pada penggunaanya pulley selalu berpasangan dan dihubungkan dengan sabuk (belt) [11]. Pulley sendiri mempunyai fungsi sebagai berikut : a. Mentransmisikan daya dari penggerak menuju komponen yang digerakkan, b. Mereduksi putaran c. Mempercepat putaran, d. Memperbesar dan memperkecil torsi. Perhitungan geometri untuk dua puli standar dapat di rumuskan sebagai berikut: I=. =. (2.11). Dimana : i = rasio kecepatan sudut n1 = putaran puli 1 (rpm) n2 = putaran puli 2 (rpm) d2 = diameter pitch puli penggerak (mm) d2 = diameter pitch puli penggerak (mm) Berikut adalah gambar pulley yang digunakan pada perancangan alat ini,ditunjukkan pada Gambar 2.3 dibawah ini.. 12 Universitas Sumatera Utara.

Gambar 2.3 Pulley 2.8. Sabuk (belt) Sabuk (belt) adalah salah satu transmisi penghubung yang terbuat dari. karet dan mempunyai penampang berbentuk trapesium. Dalam penggunaannya sabuk-V dibelitkan mengelilingi alur pulley yang berbentuk V pula. Bagian sabuk yang membelit pada puli akan mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar [12].. Berikut ini adalah kelebihan yang dimiliki oleh Sabuk (belt): 1. Sabuk-V dapat digunakan untuk mentransmisikan daya yang jaraknya relatif jauh. 2. Memiliki faktor slip yang kecil. 3. Mampu digunakan untuk putaran tinggi. 4.. Dari segi harga Sabuk-V relatif lebih murah dibanding dengan elemen transmisi yang lain.. 5.. Pengoperasian mesin menggunakan Sabuk-V tidak membuat berisik.. Berikut adalah gambar belt yang digunakan pada perancangan alat ini,ditunjukkan pada Gambar 2.4.. Gambar 2.4 Sabuk 13 Universitas Sumatera Utara.

2.8.1. Perbandingan Kecepatan Gerakan Suatu Sabuk Rasio antara kecepatan penggerak dan yang digerakkan dinamakan rasio. kecepatan. Ini dapat dinyatakan secara matematika sebagai berikut : Misalkan : d1 = Diameter pulley penggerak, d2 = Diameter pulley yang digerakkan, N1 = Putaran pulley penggerak, rpm N = Putaran pulley yang digerakkan, rpm 2 Panjang belt yang melalui pulley penggerak dalam satu menit = π d1N1 Panjang belt yang melalui pulley yang digerakkan dalam satu menit = π d2N2 Karena Panjang belt yang melalui pulley penggerak dalam satu menit sama dengan panjang belt yang melalui pulley yang digerakkan dalam satu menit, oleh karena itu [13]: ! =. !. (2.12). maka rasio kecepatan: "# "$. 2.9. %. = %#. (2.13). $. Gear Rantai sebagian besar digunakan untuk meneruskan putaran dan daya dari. satu poros ke poros yang lain. Jarak antar poros transmisi rantai lebih besar dari transmisi roda gigi tetapi lebih pendek dari transmisi sabuk. Rantai mengait pada roda gigi (sprocket) dan meneruskan daya tanpa slip, jadi menjamin putaran tetap sama [14].. 14 Universitas Sumatera Utara.

Gambar 2.5 Rantai dan Sprocket Keuntungan transmisi rantai dibandingkan dengan transmisi sabuk atau transmisi tali : 1. Mampu meneruskan daya yang besar tanpa slip. 2. Tidak memerlukan tegangan awal. 3. Tingkat keausan pada baltataln kecil. 4. Dapat digunakan pada jarak jauh maupun pendek. 5. Memungkinkan rasio kecepatan tinggi dari 8 sampai 10 dalam satu langkah. 6. Memberi beban yang lebih kecil pada poros. Kerugian transmisi rantai dibandingkan dengan transmisi sabuk atau transmisi tali : 1. Biaya produksi yang relatif tinggi. 2. Sprocket dan rantai perlu perawatan dan pemasangan yang akurat dan hatihati, terutama pelumasan dan penyetelan ketika kendor. 3. Suara dan getaran karena gesekan antara rantai dan sprocket. 4. Memiliki fluktuasi kecepatan terutama bila terlalu melar.. 2.9.1. Rasio Kecepatan Gear Rasio kecepatan dari sebuah penggerak rantai dinyatakan dengan [14]: %# %$. &. = &#. (2. 14). $. Dimana: N1 = kecepatan rotasi dari sprocket kecil (rpm). 15 Universitas Sumatera Utara.

N2 = kecepatan rotasi dari sprocket besar (rpm) T1 = jumlah gigi pada sprocket kecil T2 = jumlah gigi dari sprocket besar. 2.10. Bearing (Bantalan) Bearing adalah elemen mesin yang berfungsi mencapai poros berbeban agar. putaran berlangsung aman dan halus. Perencanaan bantalan pada mesin yang akan dibuat menggunakan bantalan gelinding. Suatu bantalan harus kuat terhadap segala beban dan umurnya harus lama [15]. Kelebihan dari pemakaian bearing : 1.Memiliki faktor slip yang kecil. 2.Mampu digunakan untuk putaran tinggi. 3.Pengoperasian tidak membuat berisik. Berikut adalah Gambar Bearing yang kita pakai dalam perancangan ini,lihat pada Gambar di bawah ini.. Gambar 2.6 Bearing duduk. 16 Universitas Sumatera Utara.

2.11. Benda Tegar Benda tegar atau rigid atau kaku adalah sistem benda yang terdiri dari. sistem-sistem benda titik yang tak hingga banyaknya dan jika ada gaya yang bekerja padanya,jarak antara titik- titik anggota sistem selalu tetap. Dalam kehidupan sehari-hari,gerakan suatu benda tegar pada umumnya merupakan kombinasi dari gerak translasi dan gerak rotasi. Misalnya gerakan roda pada sebuah kendaraan. Poros roda mengalami gerak rotasi sekaligus gerak translasi. Terhadap poros roda, partikel-partikel tersebut berotasi [16]. Macam-macam gerak benda antara lain : a. Gerak rotasi murni yaitu pusat massa diam dan benda-benda bergerak mengelilingi pusat massa. b. Gerak translasi murni yaitu pusat massa bergerak ,sedangkan benda-benda tidak berubah terhadap pusat massa atau diam c. Gerak rotasi dan translasi bersama-sama yaitu pusat massa bergerak,bendabenda juga berotasi terhadap pusat massa.. 2.12. Momen Inersia (Kelembaman) Benda yang dalam keadaan diam cenderung mempertahankan keadaan. diamnya.. Benda. dalam. keadan. bergerak. lurus. (beraturan). cenderung. mempertahankan keadaan gerak tersebut disebabkan karena benda memiliki massa dan sifat itu dikenal dengan istilah kelembaman (Inersia). Suatu benda yang berotasi juga memiliki kecenderungan untuk mempertahankan keadaan rotasinya. Seberapa besar benda itu dapat mempertahankan rotasinya tergantung dari massa dan letak sumbu rotasi. Selanjutnya sifat yang cenderung mempertahankan keadaan gerak rotasi itu dikenal sebagai momen inersa [17]. Pada gerak rotasi besaran yang analog dengan massa adalah momen inersia. Dengan demikian, momen inersia merupakan ukuran kelembaman benda yang berotasi/berputar terhadap sumbu putarnya. Momen inersia (I) dari sebuah pertikel bermassa m didefenisikan sebagai hasil kali massa partikel (m) dengan kuadrat jarak benda dari titik poros atauy sumbu putar (r2).. 17 Universitas Sumatera Utara.

Secara matematis, momen inersia partikel dirumuskan sebagai berikut : I = mr2. (2.15). Dimana : I = momen inersia ( Nm2 ) m = massa partikel ( kg ) r = jarak partikel dari sumbu rotasi ( m ) 2.13. Energi Kinetik Rotasi Suatu benda dikatakan mengalami energi kinetik rotasi apabila benda. tersebut berotasi pada satu sumbu. Dengan analogi terhadap energi kinetik translasi, kita mengharapkan besaran ini dinyatakan dengan ½ Iω2 dimana I adalah momen inersia benda dan ω adalah kecapatan sudutnya.[18]. 18 Universitas Sumatera Utara.

BAB III METODELOGI PENELITIAN. 3.1. Tempat dan Waktu. Penelitian akan dilakukan di aliran sungai tanjung selamat untuk mendapatkan data yang dibutuhkan, adapun keseluruhan proses dalam penelitian ini dilakukan dalam jangka waktu 2 (dua) bulan.. 3.2. Data. Data yang digunakan dalam penelitian ini merupakan data yang diperoleh melalui hasil uji eksperimental degan menggunakan prototype pembangkiit listrik tenaga piko hidro terapung berupa : a) b) c) d). 3.3. Rpm dari putaran generator dengan variasi kedalaman turbin dalam air Arus listrik dengan variasi kedalaman turbin dalam air Tegangan listrik dengan variasi kedalaman turbin dalam air Daya listrik dengan variasi kedalaman turbin dalam air. Peralatan Pengujian Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas perangkat keras. dan perangkart lunak ,sebagai berikut : 1. Alternator (Generator) yang telah dipasang di alat pembangkit listrik merupakan alternator dari sepeda motor Yamaha Mio.. Alternator yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 3.1. Gambar 3.1 Alternator (Generator). 19. Universitas Sumatera Utara.

2. Turbin bertipe crossflow yang telah terpasang dengan prototype pembangkit listrik tenaga pikohidro terapung. Sudu turbin terbentuk dari plat besi 3 mm, ukuran plat untuk membentuk sudu sebanyak 18 buah yaitu 20 cm x 40 cm dengan sudut 34 derajat. Penampilan turbin ditunjukkan pada Gambar 3.2. Gambar 3.2 Turbin bertipe crossflow 2. Clampmeter digital Taffware, sebagai alat ukur tegangan listrik dan arus listrik yang diperlihatkan pada Gambar 3.2.. Gambar 3.3 Clamp Meter Taffware 3. LCD Digital Laser Photo Tachometer 2.5-100000 RPM , sebagai alat ukur kecepatan putar pada alternator yang ditunjukkan pada Gambar 3.3. 20 Universitas Sumatera Utara.

Gambar 3.4 LCD Digital Laser Photo Tachometer 4. Kabel Penghubung, sebagai penghubung perangkat elektronik yang merupakan kabel serabut yang berukuran 2,5 mm dan memiliki isolator berbahan PVC ditunjukkan pada Gambar 3.4. Gambar 3.5 Kabel Penghubung 5. Lampu depan sepeda motor (25 watt) sebagai beban untuk pengujian arus alternator. 6. Stopwatch. 7. Kamera Digital. 8. Meteran. 9. Media yang digunakan untuk metode apung terbuat dari gabus dengan panjang jarak antara media pelampung dengan pemberat sebesar 35 cm. Ditunjukkan pada Gambar 3.6. 21 Universitas Sumatera Utara.

Gambar 3.6 Media Metode Apung 10.Laptop sebagai media pengolahan data, penulisan skripsi dan untuk menampilkan data yang telah diperoleh selama penelitian.. 3.4. Tahapan Penelitian. 3.4.1 Penentuan Pemodelan Dalam penelitian yang bertujuan untuk mengetahui berapa tegangan dan arus yang dihasilkan pada protipe ini dengan memvariasikan kedalaman turbin terhadap permukaan air, digunakan beberapa metode sebagai berikut: 1. Studi Literatur Dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir yang terdiri dari buku referensi, jurnal penelitian, layanan internet dan diskusi dengan dosen pembimbing dalam rangka mencapai tujuan penelitian. 2. Pengujian Prototype Prototype akan di uji dengan pemberian variasi kedalaman turbin terhadap permukaan air untuk mendapatkan data berupa tegangan dan arus dengan menggunakan multimeter digital agar diperoleh kedalam optimum dari turbin pembagkit listrik tenaga piko hidro terapung yang di rancang. 3.4.2 Perancangan Prototype Perancangan dibuat sesuai dengan permodelan yang sudah ditentukan.. 22 Universitas Sumatera Utara.

Adapun rancangan mekanisme yang telah direncanakan dapat dilihat pada Gambar 3.7.. Gambar 3.7 Rancangan Prototype Hasil akhir dari prototype yang telah dirancang ditunjukkan pada Gambar 3.8.. Gambar 3.8 Hasil Akhir prototype Untuk spesifikasi keseluruhan dari prototype yang dirancang di tunjukkan pada Tabel 3.1.. 23 Universitas Sumatera Utara.

Tabel 3.1 Spesifikasi Prototype Komponen Diameter Luar Turbin Panjang Kapal Apung Jarak Antar Kapal Ukuran Sudu Jumlah Sudu Sabuk/belt Ukuran gear Pulley Ukuran ass Bearing Berat pulley 16 inci Berat pulley 4 inci Berat gear Berat 1 kapal pelampung Berat turbin Berat besi lainnya (as, bearing, penopang besi lain) Estimasi berat alat. Keterangan 100 cm 120 cm 70 cm 40 cm x 20 cm 18 buah 0,5 m 55/11 16 dan 4 inci ¾ inci ¾ inci 4 kg 2 kg 2 kg 15 kg 83,65 15 kg 142,65 kg. 3.4.3 Pengambilan Data Pengambilan data berupa data kondisi sungai (lebar sungai dan kedalaman sungai tiap titik), perhitungan kecepatan sungai dengan metode apung, debit air, daya air, daya turbin, dan daya alternator. Adapun tabel pengambilan data-data tersebut ditampilkan pada tabel berikut. Tabel 3.2 Data Pengukuran Penampang Aliran Sungai Titik. Lebar (Meter). H1. Kedalaman (Meter) H2 H3. H4. 1 2 3 4 5 Jumlah Rata- Rata. 24 Universitas Sumatera Utara.

Tabel 3.3 Data Kecepatan putar generator, turbin, kecepatan air, tegangan,dan arus Kedalaman (cm). 12 cm. Kecepatan Putar Generator (rpm) TB B. Waktu Air Masuk (s). Tegangan (V). Arus (A). Turbin (rpm). TB. B. TB. B. TB. B. TB. B. TB. B. TB. B. TB. B. TB. B. TB. B. TB. B. TB. B. TB. B. TB. B. TB. B. TB. B. Kiri Kiri Kiri Tengah Tengah Tengah Kanan Kanan Kanan 16 cm Kiri Kiri Kiri Tengah Tengah Tengah Kanan Kanan Kanan 20 cm 1 Kiri 2 Kiri 3 Kiri 4 Tengah 5 Tengah 6 Tengah 7 Kanan 8 Kanan 9 Kanan 24 cm 1 Kiri. 25 Universitas Sumatera Utara.

Tabel 3.3 Lanjutan Data Kecepatan putar generator, turbin, kecepatan air, tegangan,dan arus. Kedalaman (cm). Kecepatan Putar Generator (rpm). Waktu Air Masuk (s). Tegangan (V). TB. TB. TB. Arus (A). Turbin (rpm). 2 Kiri 3 Kiri 4 Tengah 5 Tengah 6 Tengah 7 Kanan 8 Kanan 9 Kanan 28 cm. B. B. B. TB. B. 1 Kiri 202 Kiri 3 Kiri 4 Tengah 5 Tengah 6 Tengah 7 Kanan 8 Kanan 9 Kanan. Tabel 3.4 Pengujian Generator Tanpa Beban Kecepatan Putar (RPM). Tegangan Masukan (Volt). Arus Masukan (Ampere). Daya Masukan (Watt). Tegangan Generator (Volt). 26 Universitas Sumatera Utara.

Tabel 3.5 Daya Masukan Motor Saat Berbeban Kecepatan Putar (RPM). Teg. Masukan (Volt). Arus Masukan (Ampere). Daya Masukan (Watt). Tabel 3.6 Daya Masukan Pada Shaft Kecepatan Putar (RPM). Daya masukan Berbeban (Watt). Daya Masukan Tanpa Beban (Watt). Daya asukan Pada Shaft (Watt). 27 Universitas Sumatera Utara.

Tabel 3.7 Torsi Generator Kecepatan Putar (RPM). Daya asukan Pada Shaft (Watt). Torsi Generator (Nm). Tabel 3.8 Karakteristik Generator Kecepatan Putar (RPM). Tegangan (Volt). Arus (Ampere). Daya (Watt). Effisiensi (%). 28 Universitas Sumatera Utara.

3.4.4 Analisa dan Pembahasan Analisa dan pembahasan dilakukan ketika seluruh data yang dibutuhkan telah terpenuhi. Dalam analisa dan pembahasan ini akan diketahui besarnya daya yang dihasilkan dari prototype piko hidro terapung, selanjutnya dapat dihitung besarnya efisiensi dari turbin dan generator dalam mengkonversi daya air begitu juga efisiensi generator dalam mengkonversi daya turbin. 3.4.5 Kesimpulan dan Saran Kesimpulan akan membahas hasil analisa dari penelitian ini berdasarkan data yang diperoleh melalui uji coba prototype piko hidro terapung.. 3.5. Flowchart Penelian Adapun flowchart penelitian tugas akhir ini adalah sebagai berikut :. 29 Universitas Sumatera Utara.

Ya. Gambar 3.9 Flowchart penelitian. 30 Universitas Sumatera Utara.

3.6. Prosedur Pengujian. 3.6.1. Menghitung Kecepatan Air dan Debit Air dengan Metode Apung Adapun prosedur dalam menghitung debit air dengan metode apung adalah. sebagai berikut. 1. Memilih lokasi pengukuran dengan syarat-syarat: a. Bagian sungai/saluran yang relatif lurus dan cukup panjang b. Penampang sungai kurang lebih seragam. 2. Menentukan 2 titik pengamatan jalannya pelampung. 3. Pelampung dilepas di sebelah hulu titik 1 dengan maksud agar jalannya pelampung setelah sampai di titik 1 dalam keadaan stabil. Jika pelampung sampai di titik 1 diberi tanda untuk menghidupkan stopwatch dan jika pelampung sampai di titik 2 diberi tanda untuk mematikan stopwatch, kemudian dicatat waktu perjalanannya (t). Pelampung dilepaskan di bagian tepi kiri, tengah dan kanan (3x pengukuran). 4. Mengukur kedalaman air dan lebar permukaan air/lebar sungai, untuk menghitung luas penampang basahnya. Pengukuran sebaiknya dilakukan di beberapa bagian untuk mendapatkan luas penampang basah rata-rata. 5. Menentukan koefisien pelampung dengan mengukur kedalaman pelampung yang basah per kedalaman sungai.. 3.6.2. Pengujian Turbin Tenggelam dalam Air. Adapun prosedur dalam menganalisis pengaruh kedalaman turbin dalam air terhadap kinerja pembangkit listrik tenaga pikohidro terapung adalah sebagai berikut. 1. Memposisikan prototype pada bagian sungai 2. Menyiapkan dua buah tachometer untuk mengukur kecepatan putar turbin dan juga kecepatan putar generator serta dua buah multimeter untuk mengukur besarnya tegangan dan arus.. 31 Universitas Sumatera Utara.

3. Posisikan turbin pada kedalaman 12 cm dengan melihat ukuran skala pada pelampung prototype. 4. Hitung besarnya kecepatan air dengan menggunakan metode apung. 5. Catat besarnya tegangan pada saat kondisi tanpa beban, berbeban lampu pijar 25 watt serta besarnya arus, ulangi pengukuran sebanyak 9 kali 6. Posisikan Kembali turbin pada posisi 16 cm lalu ulangi prosedur nomor 4 hingga 5 begitu juga selanjutnya untuk posisi kedalaman turbin 20, 24, dan 28 cm.. 3.6.3. Pengujian Karakteristik Generator Magnet Permanen Pada pengujian ini generator dikopel dan diputar dengan menggunakan. prime mover berupa motor DC shunt. Data yang diambil adalah daya masukan ke prime mover yang nantinya akan merujuk pada daya masukan ke generator, serta kecepatan putar generator terhadap tegaangan keluaran dan arus keluaran. Dari kerdua data ini akan diketahui berapa besar daya dan efisiensi dari generator tersebut.[19]. 1. Mempersiapkan DC Shunt sebagai prime mover serta peralatan lain 2. Membuat rangkaian seperti pada Gambar 3.10 berikut, lakukan pengujian tanpa beban, kemudian masukkan kedalam Tabel 3.4. Gambar 3.10 Rangkaian pengujian tanpa beban 3. Membuat rangkain seperti pada gambar berikut, lakukan pengujian dengan keadaan berbeban, kemudian masukkan kedalam Tabel 3.5. 32 Universitas Sumatera Utara.

Gambar 3.11 Rangkaian pengujian dengan keadaan berbeban 4. Hitung daya masukan pada shaft, masukkan pada Tabel 3.6. 5. Hitung besarnya nilai torsi generator kemudian masukkan pada Tabel.3.7 6. Hitung besarnya nilai dari karakteruistik generator dan efisiensinya kemudian masukkan pada Tabel 3.8. 33 Universitas Sumatera Utara.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. 4.1 Analisis Pengaruh Kedalaman Turbin Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode eksperimen di sungai keramat desa tegal rejo dengan mengatur kedalaman dari turbin dalam air. Pada setiap kedalaman turbin dalam air diambil data berupa kecepatan air masuk kedalam turbin,kecepatan air dalam turbin dan kecepatan air keluar dari turbin beserta daya dimana beban yang digunakan dalam penelitian ini berupa lampu halogen 25 watt. Setiap kedalaman turbin dalam air yang diuji dilakukan lima kali pengambilan data dengan rentan waktu 5 menit sekali untuk mengetahui nilai rata-rata dari kecepatan air yang tidak stabil. 1. Kedalaman turbin dalam air 12 cm Tabel 4.1 Data percobaan dengan kedalaman turbin 12 cm No. Kecepatan. Kecepatan. Kecepatan. Tegangan. Arus. Daya. Air (m/s). Putar. Putar. (V). (A). P = V.I.Cos φ. Turbin. Generator. (RPM). (RPM). Cos φ = 1. TB. B. TB. B. 1. 0,56. 0,54. 19. 17. 2. 0,52. 0,60. 19. 3. 0,55. 0,55. 4. 0,85. 5. TB. TB. B. 1480 1310. 24,60. 14,59. 2,40. 35,02. 16. 1428 1232. 23,87. 14,92. 2,30. 34,32. 19. 15. 1390 1165. 23,61. 14,73. 2,10. 30,93. 0,81. 19. 17. 1446 1290. 24,40. 15,20. 2,30. 34,96. 0,64. 0,69. 19. 17. 1491 1316. 24,73. 14,59. 2,40. 35,02. 6. 0,69. 0,63. 17. 15. 1260 1139. 21,,50. 13,23. 2,00. 26,46. 7. 0,47. 0,38. 19. 16. 1442 1264. 24,33. 15,06. 2,30. 34,64. 8. 0,36. 0,37. 17. 15. 1271 1143. 21,73. 14,35. 2,20. 31,57. 9. 0,33. 0,34. 17. 15. 1300 1155. 22,08. 14,50. 2,20. 31,90. x. 0,56. 0,55. 18. 16. 1390 1224. 23,69. 14,57. 2,30. 32,76. 34. B. (Watt). Universitas Sumatera Utara.

Dari data yang ditunjukkan pada Tabel 4.1 dengan kedalaman turbin tenggelam 12 cm diperoleh rpm generator rata-rata tanpa beban sebesar 1390 rpm dan berbeban dengan rpm rata - rata 1224 rpm dengan daya yang dihasilkan sebesar 32,76 Watt. 2. Kedalam turbin dalam air 16 cm Tabel 4.2 Data percobaan dengan kedalaman turbin 16 cm No. Kecepatan. Kecepatan. Kecepatan. Air (m/s). Putar. Putar. Turbin. Generator. (RPM). (RPM). Tegangan (V). Arus. Daya. (A). P = V.I.Cos φ. Cos φ = 1. TB. B. TB. B. 1. 0,56. 0,54. 19. 16. 2. 0,65. 0,67. 20. 3. 0,52. 0,53. 4. 0,89. 5. TB. B. (Watt) TB. B. 1485 1264. 24,67. 15,04. 2,3. 34,59. 17. 1530 1316. 25,32. 15,60. 2,4. 37,44. 19. 16. 1443 1269. 24,33. 15,10. 2,3. 34,73. 0,80. 19. 16. 1485 1263. 24,67. 15,04. 2,3. 34,59. 0,84. 0,81. 19. 17. 1451 1270. 24,53. 15,09. 2,3. 34,71. 6. 0,63. 0,86. 20. 17. 1529 1291. 25,32. 16,02. 2,3. 36,85. 7. 0,36. 0,34. 19. 16. 1438 1265. 24,20. 15,04. 2,3. 34,59. 8. 0,35. 0,34. 19. 17. 1495 1268. 24,70. 15,07. 2,3. 34,66. 9. 0,36. 0,37. 19. 17. 1454 1264. 24,49. 15,24. 2,3. 35,05. x. 0,59. 0,58. 19. 17. 1479 1274. 24,69. 15,25. 2,31. 35,25. Dari data yang ditunjukkan pada Tabel 4.2 dengan kedalaman turbin tenggelam 16 cm diperoleh rpm generator rata-rata tanpa beban sebesar 1479 rpm dan berbeban dengan rpm ratta - rata 1274 rpm dengan daya yang dihasilkan sebesar 32,25 Watt.. 35 Universitas Sumatera Utara.

3. Kedalaman turbin dalam air 20 cm Tabel 4.3 Data percobaan dengan kedalam turbin 20 cm No. Kecepatan. Kecepatan. Kecepatan. Air (m/s). Putar. Putar. Tegangan (V). Arus (A). Daya P = V.I.Cos φ. Cos φ = 1. Turbin. Generator. (RPM). (RPM). TB. B. TB. B. 1. 0,53. 0,56. 19. 16. 2. 0,60. 0,58. 20. 3. 0,56. 0,60. 4. 0,63. 5. TB. B. (Watt) TB. B. 1498 1291. 24,98. 15,55. 2,3. 35,77. 16. 1500 1284. 25,13. 15,65. 2,3. 35,99. 20. 17. 1507 1288. 25,22. 15,70. 2,3. 36,11. 0,75. 20. 17. 1500 1284. 25,11. 15,68. 2,3. 36,06. 0,88. 0,77. 20. 16. 1500 1283. 25,10. 15,40. 2,3. 35,42. 6. 0,74. 0,81. 19. 17. 1496 1280. 24,85. 16,25. 2,3. 37,38. 7. 0,39. 0,38. 20. 17. 1507 1301. 25,23. 15,70. 2,4. 37,68. 8. 0,37. 0,39. 19. 17. 1498 1289. 25,04. 16,10. 2,3. 37,03. 9. 0,36. 0,39. 20. 17. 1530 1316. 25,40. 16,17. 2,4. 38,81. x. 0,58. 0,56. 20. 17. 1504 1291. 25,12. 15,80. 2,32. 36,69. Dari data yang ditunjukkan pada Tabel 4.3 dengan kedalaman turbin tenggelam 20 cm diperoleh rpm generator rata-rata tanpa beban sebesar 1504 rpm dan berbeban dengan rpm ratta - rata 1291 rpm dengan daya yang dihasilkan sebesar 36,69 Watt. 4. Kedalaman turbin dalam air 24 cm Tabel 4.4 Data percobaan dengan kedalam turbin 24 cm No. Kecepan. Kecepatan. Kecepatan. Air (m/s). Putar. Putar. Tegangan (V). Arus (A). Daya P = V.I.Cos φ. Cos φ = 1. Turbin. Generator. (RPM). (RPM). TB. B. TB. B. 1. 0,51. 0,53. 20. 17. 2. 0,57. 0,57. 20. 3. 0,55. 0,53. 20. TB. B. (Watt) TB. B. 1562 1316. 25,55. 16,61. 2,4. 39,86. 17. 1556 1308. 25,45. 16,53. 2,4. 39,67. 17. 1579 1319. 25,80. 16,67. 2,4. 40,01. 36 Universitas Sumatera Utara.

Tabel 4.4 Lanjutan Data percobaan dengan kedalam turbin 24 cm No. Kecepan. Kecepatan. Kecepatan. Air (m/s). Putar. Putar. Tegangan (V). Arus (A). Daya P = V.I.Cos φ. Cos φ = 1. Turbin. Generator. (RPM). (RPM). (Watt). 4. 0,72. 0,71. 20. 17. 1529 1292. 25,34. 16,32. 2,3. 37,54. 5. 0,78. 0,76. 20. 17. 1537 1303. 25,44. 16,50. 2,4. 39,60. 6. 0,77. 0,76. 21. 17. 1558 1310. 25,50. 16,59. 2,4. 39,82. 7. 0,36. 0,34. 20. 17. 1520 1292. 25,30. 16,32. 2,3. 37,54. 8. 0,34. 0,37. 21. 17. 1583 1319. 25,88. 16,68. 2,4. 40,03. 9. 0,35. 0,35. 21. 17. 1578 1318. 25,73. 16,65. 2,4. 39,96. x. 0,55. 0,55. 20. 17. 1556 1309. 25,55. 16,54. 2,38. 39,34. Dari data yang ditunjukkan pada Tabel 4.4 dengan kedalaman turbin tenggelam 24 cm diperoleh rpm generator rata-rata tanpa beban sebesar 1556 rpm dan berbeban dengan rpm ratta - rata 1309 rpm dengan daya yang dihasilkan sebesar 39,34 Watt. 5. Kedalaman turbin dalam air 28 cm Tabel 4.5 Data percobaan dengan kedalam turbin 28 cm No. Kecepatan. Kecepatan. Kecepatan. Air (m/s). Putar. Putar. Tegangan (V). Arus (A). Daya P = V.I.Cos φ. Cos φ = 1. Turbin. Generator. (RPM). (RPM). TB. B. TB. B. 1. 0,54. 0,51. 17. 15. 2. 0,54. 0,56. 17. 3. 0,52. 0,54. 4. 0,72. 5. TB. B. (Watt) TB. B. 1326 1110. 22,68. 13,98. 1,9. 26,56. 15. 1262 1131. 23,37. 13,57. 1,9. 25,78. 17. 14. 1346 1093. 21,90. 13,03. 2,0. 26,06. 0,70. 18. 14. 1373 1060. 22,55. 14,13. 2,0. 28,26. 0,74. 0,79. 17. 13. 1280. 998. 22,55. 14,10. 1,9. 26,79. 6. 0,84. 0,75. 17. 14. 1338 1117. 23,30. 14,09. 2,1. 29,59. 7. 0,35. 0,36. 17. 14. 1338 1116. 22,56. 12,80. 2,1. 26,88. 8. 0,34. 0,35. 18. 14. 1366 1114. 22,68. 13,98. 2,1. 29,36. 37 Universitas Sumatera Utara.

Tabel 4.5 Lanjutan data percobaan dengan kedalam turbin 28 cm No. Kecepatan. Kecepatan. Kecepatan. Air (m/s). Putar. Putar. Tegangan (V). Arus (A). Daya P = V.I.Cos φ. Cos φ = 1. Turbin. Generator. (RPM). (RPM). (Watt). 9. 0,36. 0,35. 17. 13. 1340. 984. 23,37. 13,57. 1,9. 25,78. x. 0,54. 0,55. 17. 14. 1330 1080. 22,77. 13,69. 2,0. 27,23. Dari data yang ditunjukkan pada Tabel 4.5 dengan kedalaman turbin tenggelam 24 cm diperoleh rpm generator rata-rata tanpa beban sebesar 1330 rpm dan berbeban dengan rpm ratta - rata 1080 rpm dengan daya yang dihasilkan sebesar 27,23 Watt. Berdasarkan data yang didapatkan pada setiap percobaan diatas maka dapat diambil rata-rata setiap kedalaman pada Tabel 4.6 Tabel 4.6 Data hasil percobaan rata-rata tiap kedalaman No. Kecepatan. Kecepatan. Kecepatan. Air (m/s). Putar. Putar. Turbin. Generator. (RPM). (RPM). Tegangan (V). Arus. Daya. (A). P = V.I.Cos φ. Cos φ = 1. TB. B. TB. B. 1. 0,56. 0,55. 18. 16. 2. 0,59. 0,58. 19. 3. 0,58. 0,56. 4. 0,55. 5. 0,54. TB. B. (Watt) TB. B. 1390 1224. 23,69. 14,57. 2,30. 32,76. 17. 1479 1274. 24,69. 15,25. 2,31. 35,25. 20. 17. 1504 1291. 25,12. 15,80. 2,32. 36,69. 0,55. 20. 17. 1556 1309. 25,55. 16,54. 2,38. 39,34. 0,55. 17. 14. 1330 1080. 22,77. 13,69. 2,0. 27,23. Pada data hasil percobaan rata-rata tiap kedalaman Tabel 4.6 menunjukkan bahwa rpm yang tertinggi pada generator berada pada kedalaman 24 cm yaitu sebesar 1556 rpm dengan tegangan yang dihasilkan sebesar 25,55 volt dalam keadaan tidak berbeban dan dalam keadaan berbeban sebesar 1309 rpm dengan tegangan sebesar 16,54 volt dengan arus sebesar 2,38 amper diikuti dengan daya tertinggi yang dihaslkan berada pada kedalaman turbin tenggelam 24 cm yaitu sebesar 39,34 Watt sedangkan rpm 38 Universitas Sumatera Utara.

terendah berada pada kedalaman 28 cm yaitu sebesar 1330 rpm dengan tegangan yang dihasilkan 27,77 volt dalam keadaan tidak berbeban dan dalam keadaan berbeban sebesar 1080 dengan tegangan 13,69 volt dan arus 2,0 amper diikuti dengan daya terendah yang dihasilkan berada pada kedalaman turbin tenggelam 28 cm yaitu sebesar 27,23 watt. Berdasarkan data tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa semakin dalam turbin tenggelam didalam air maka semakin besar rpm,tegangan,arus maupun daya yang dapat dihasilkan hingga pada akhirnya mencapai titik maksimum dimana baik rpm maupun tegangan,arus dan daya mengalami penurunan. Pada data percobaan diperoleh titik maksimum yang berada pada kedalaman 24 cm dengan menghasilkan baik rpm,tegangan,arus,maupun daya yang terbesar sedangkan pada kedalaman 28 cm parameter tersebut mengalami penerunan bahkan yang terendah dari setiap kedalaman turbin pada setiap percobaan. Hubungan antara kecepatan generator dengan kedalaman turbin dapat di lihat pada Gambar 4.1. Kecepatan Generator (rpm). Kedalaman (cm) vs Kecepatan putar (rpm) 2000 1500. 1390. 1000. 1224. 1479. 1504. 1556. 1274. 1291. 1309. 1330 1080. 500. Tanpa Beban Berbeban. 0 12. 16. 20. 24. 28. Kedalaman Turbin (cm). Gambar 4.1 Grafik Hubungan Kedalaman Turbin terhadap Kecepatan Generator Hubungan antara tegangan keluaran generator dengan kedalaman turbin dapat dilihat pada Gambar 4.2. Tegangan (Volt). Kedalaman (cm) Vs Tegangan Generator (v) 30. 23,69. 24,69. 25,12. 25,55. 14,57. 15,25. 15,8. 16,54. 13,69. 12. 16. 20. 24. 28. 22,77. 20 10 0. Tanpa Beban (TB) Berbeban (B). Kedalaman Turbin (cm). 39 Universitas Sumatera Utara.

Gambar 4.2 Grafik Hubungan tegangan generator dengan kedalaman turbin Hubungan antara arus dengan kedalaman turbin dapat dilihat pada Gambar 4.3. Kedalaman (cm) Vs Arus (Ampere) Arus (Amper). 2,6 2,4 2,2. 2,3. 2,31. 2,38. 2,32. Arus. 2 2. 1,8 12. 16. 20. 24. 28. Kedalaman Turbin (cm). Gambar 4.3 Grafik Hubungan Kedalaman Turbin Dengan Arus Hubungan antara daya keluaran generator dengan kedalaman turbin dapat dilihat pada Gambar 4.4. Daya Keluaran Generator (Watt). Kedalaman (cm) Vs Daya Generator (Watt) 50 40 30. 32,76. 35,25. 36,69. 39,34. 20. 27,23. Daya. 10 0 12. 16. 20. 24. 28. Kedalaman Turbin (cm). Gambar 4.4 Grafik Hubungan Kedalaman Turbin Dengan Daya Generator. 40 Universitas Sumatera Utara.

4.2 Pengujian Karakteristik Generator 1. Pengujian Tanpa Beban. Tabel 4.7 Hasil pengujian Generator Tanpa Beban Kecepatan. Tegangan. Arus. Daya. Tegangan. Putar. Masukan. Masukan. Masukan. Generator. (RPM). (Volt). (Ampere). (Watt). (Volt). 100. 220. 0,49. 107,8. 2,5. 200. 220. 0,57. 125,4. 4,6. 300. 220. 0,65. 143. 6,4. 400. 220. 0,70. 154. 7,9. 500. 220. 0,75. 165. 9,5. 600. 220. 0,78. 171,6. 11,3. 700. 220. 0,82. 180,4. 12,7. 800. 220. 0,85. 187. 14,2. 900. 220. 0,88. 193,6. 15,6. 1000. 220. 0,93. 204,6. 17,2. 1100. 220. 0,98. 215,6. 19,6. 1200. 220. 1,07. 235,4. 20,59. 1300. 220. 1,11. 244,2. 22,02. 1400. 220. 1,18. 259,6. 23,70. 1500. 220. 1,20. 264. 25,18. 1600. 220. 1,23. 270,6. 26,32. 41 Universitas Sumatera Utara.

Tegangan Generator (Volt). Kecepatan Putar vs Tegangan 30 22,02 19,6 20,59. 25 20 15 10 4,6 5. 6,4. 7,9. 9,5. 11,3. 12,7. 14,2. 15,6. 23,7. 25,1826,32. 17,2. 2,5 0. 0 0. 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600. Kecepatan Putar (rpm) Tegangan Generator. Gambar 4.5 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Terhadap Tegangan Generator. Dari Gambar 4.5 diatas, dapat terlihat bahwa tegangan bertambah besar seiring dengan bertambahnya kecepatan putar. 2. Pengujian Berbeban Pada pengujian ini data yang didapat berupa daya masukan motor penggerak dan daya keluaran generator. Tabel 4.8 Daya Masukan Motor Saat Berbeban Kecepatan Putar. Teg. Masukan. Arus Masukan. Daya Masukan. (RPM). (Volt). (Ampere). (Watt). 100. 220. 0,67. 147,4. 200. 220. 0,81. 178,2. 300. 220. 0,93. 204,6. 400. 220. 1,12. 246,4. 500. 220. 1,39. 305,8. 600. 220. 1,48. 325,6. 700. 220. 1,55. 341. 800. 220. 1,72. 378,4. 900. 220. 1,75. 385. 1000. 220. 1,80. 396. 42 Universitas Sumatera Utara.

Tabel 4.8 Lanjutan daya Masukan Motor Saat Berbeban Kecepatan Putar. Teg. Masukan. Arus Masukan. Daya Masukan. (RPM). (Volt). (Ampere). (Watt). 1100. 220. 1,80. 396. 1200. 220. 1,91. 420,2. 1300. 220. 1,96. 431,2. 1400. 220. 2,12. 466,4. 1500. 220. 2,24. 492,8. 1600. 220. 2,35. 517. Pada Tabel 4.8 terlihat bahwa daya masukan yang diserap oleh mtor semakin bertambah seiring dengan kenaikan kecepatan putar. Hal ini disebabkan oleh semakin besarnya arus yang ditarik oleh motor seiring dengan putaran motor tersebut. Untuk menaikkan putaran motor dibutuhkan tambahan torsi, sehingga arus listrik yang diserap motor menjadi lebih besar. Selisih daya masukan motor saat berbeban dengan saat tanpa beban merupakan daya pada shaft generator. Tabel 4.9 Daya Masukan Pada Shaft Kecepatan. Daya. Daya. Daya. Putar (RPM). masukan. Masukan. masukan. Berbeban. Tanpa Beban. Pada Shaft. (Watt). (Watt). (Watt). 100. 147,4. 107,8. 39,6. 200. 178,2. 125,4. 52,8. 300. 204,6. 143. 61,6. 400. 246,4. 154. 92,4. 500. 305,8. 165. 140,8. 600. 325,6. 171,6. 154. 700. 341. 180,4. 160,6. 800. 378,4. 187. 191,4. 900. 385. 193,6. 191,4. 1000. 396. 204,6. 191,4. 1100. 396. 215,6. 180,4 43 Universitas Sumatera Utara.

Tabel 4.9 Lanjutan daya Masukan Pada Shaft Kecepatan. Daya. Daya. Daya. Putar (RPM). masukan. Masukan. masukan. Berbeban. Tanpa Beban. Pada Shaft. (Watt). (Watt). (Watt). 1200. 420,2. 235,4. 184,8. 1300. 431,2. 244,2. 187. 1400. 466,4. 259,6. 206,8. 1500. 492,8. 264. 228,8. 1600. 517. 270,6. 246,4. Berdasarkan data daya masukan pada shaft generator dan kecepatan putarnya, maka torsi generator tersebut dapat diketahui. Tabel 4.10 Torsi Generator Kecepatan. Daya masukan. Torsi Generator. Putar (RPM). Pada Shaft. (Nm). (Watt) 100. 39,6. 3,783439. 200. 52,8. 2,522293. 300. 61,6. 1,961783. 400. 92,4. 2,207006. 500. 140,8. 2,690446. 600. 154. 2,452229. 700. 160,6. 2,191993. 800. 191,4. 2,285828. 900. 191,4. 2,031847. 1000. 191,4. 1,828662. 1100. 180,4. 1,566879. 1200. 184,8. 1,471338. 1300. 187. 1,374326. 1400. 206,8. 1,411283. 1500. 228,8. 1,457325. 1600. 246,4. 1,471338 44 Universitas Sumatera Utara.

Dari Tabel 4.10 terlihat bahwa torsi awal generator lebih besar dibandingkan dengan yang lainnya untuk dapat menarik daya masukan yang besar. Selanjutnya torsi generator relatif konstan, mengalami penurunan dan kenaikan. Untuk pengujian karakteristik generator itu sendiri dapat dilihat pada Tabel 4.11 berikut Tabel 4.11 Karakteristik Generator Kecepatan. Tegangan. Arus. Daya. Effisiensi. Putar. (Volt). (Ampere). (Watt). (%). 100. 1,91. 0,43. 0,8213. 2,07399. 200. 3,14. 0,67. 2,1038. 3,98447. 300. 4,42. 0,92. 4,0664. 6,601299. 400. 5,59. 1,12. 6,2608. 6,775758. 500. 6,64. 1,26. 8,3664. 5,942045. 600. 7,72. 1,43. 11,0396. 7,168571. 700. 8,84. 1,57. 13,8788. 8,641843. 800. 10,97. 1,81. 19,8557. 10,37393. 900. 12,65. 1,94. 24,541. 12,82184. 1000. 13,06. 2,03. 26,5118. 13,85152. 1100. 14,02. 2,12. 29,7224. 16,47583. 1200. 15,75. 2,35. 37,0125. 20,02841. 1300. 16,42. 2,41. 39,5722. 21,1616. 1400. 17,20. 2,51. 43,172. 20,87621. 1500. 19,61. 2,62. 51,3782. 22,45551. 1600. 20,78. 2,76. 57,3528. 23,2763. (RPM). Terdapat tiga hubungan pada Tabel 4.11, yaitu kecepatan putar terhadap tegangan, kecepatan putar terhadap arus, dan kecepatan putar terhadap daya. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap tegangan generator dapat dilihat pada Gambar 4.6.. 45 Universitas Sumatera Utara.

kecepatan putar vs tegangan 25 20 15. 10,97. 10 5. 1,91. 3,14. 4,42. 5,59. 6,64. 7,72. 12,65 13,06. 14,02. 15,75 16,42. 20,78. 17,2. 8,84. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600. Kecepatan Putar (rpm) Tegangan. Gambar 4.6 Grafik hubungan Kecepatan Putar dengan Tegangan. Grafik hubungan kecepatan putar dengan arus keluaran generator dilihat pada Gambar 4.7. Kecepatan Putar vs Arus 3 2,35 2,41. 2,5. Arus (Ampere). Tegangan (Volt). 19,61. 1,81. 2 1,43 1,5. 1,12. 1,94. 2,03. 2,51. 2,62. 2,76. 2,12. 1,57. 1,26. 0,92 1. 0,67 0,43. 0,5 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600. Kecepatan Putar (rpm) Arus. Gambar 4.7 Grafik Hubungan Kecepatan Putar Dengan Arus. Grafik hubungan kecepatan putar dengan daya keluaran generator dilihat pada Gambar 4.8. 46 Universitas Sumatera Utara.

Kecepatan Putar vs Daya 70 60. Daya (watt). 50 26,5118 40. 19,8557 24,541. 30. 57,3528 51,3782 37,0125 43,172 39,5722. 29,7224. 11,0396 6,2608 13,8788 2,1038 8,3664 4,0664 10 0,8213 20. 0 100. 200. 300. 400. 500. 600. 700. 800. 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600. Kecepatan Putar (rpm) Daya. Gambar 4.8 Grafik Hubungan Kecepatan Putar dengan Daya. 4.3 Analisis Konversi Energi Air. Untuk mendapatkan besaran daya baik air dibutuhkan besarnya nilai debit air yang tersedia menggunakan persamaan 2.8. Untuk mendapatkan besarnya nilai debit air maka terlebih dahulu harus dihitung luas penampang dari aliran sungai yang digunakan dan kecepatan ailiran air, pada Tabel 4.7 ditunjukan hasil dari pengukuran luas penampang aliran air. Tabel 4.12 Data Pengukuran Penampang Aliran Sungai. TITIK TITIK 1 TITIK 2 TITIK 3 TITIK 4 TITIK 5 JUMLAH RATARATA. LEBAR (L) METER 2,26 1,84 1,58 1,75 1,65 9,08 1,816. H1 0,44 0,30 0,28 0,16 0,38 1,56. KEDALAMAN(H) METER H2 H3 0,33 0,50 0,62 0,69 0,68 0,66 0,49 0,65 0,65 0,57 2,77 3,07. H4 0,54 0,65 0,37 0,36 0,30 2,22. 0,312. 0,554. 0,444. 0,614. 47 Universitas Sumatera Utara.

A = L rata − rata × H rata − rata Maka data yang kita dapatkan pada tabel pengukuran luas penampang sungai dimana L rata-rata = 1,816 meter H rata-rata =. ,. ,. ,. ,. = 0,481 meter. Maka luas penampang = 1,816 m × 0,481 m = 0,873 m2 Setelah diketahui luas penampang dari sungai maka selanjutnya dicari besarnya nilai dari kecepatan air yang mengalir. Debit air (Q) merupakan hasil perkalian antara luas penampang saluran (A) dengan kecepatan (v) aliran air terdapat pada persamaan 2.5. Berdasarkan persamaan 2.5, dalam menghitung besarnya debit air diperlukan nilai konstanta (k) yang besarnya tergantung pada jenis pelampung yang dipakai. dimana nilai h = 35 cm dan H = 62 cm α= =. = 0,6. k = 1 - 0,116√{(1- α) – 0,1} k = 1 - 0,116√{(1- 0,6) – 0,1} k = 1 – 0,116√0,3 k = 0,94 Berdasarkan hal tersebut, maka besarnya debit air setiap kedalaman dapat dihitung dengan persamaan 2.5 Data debit air tiap kedalaman ditunjukkan pada Tabel 4.13. 48 Universitas Sumatera Utara.

Tabel 4.13 Data debit air tiap kedalaman Kedalaman. Kecepatan Air (m/s). Debit air. Berbeban (B). (m3/s). 0,56. 0,55. 0,45. 16. 0,59. 0,58. 0,48. 20. 0,58. 0,56. 0,46. 24. 0,55. 0,55. 0,45. 28. 0,54. 0,55. 0,45. Turbin. Tanpa Beban. (cm). (TB). 12. Grafik hubungan debit air dangan kedalaman ditunjukkan pada Gambar 4.9. Debit Air. Kedalaman Turbin vs Debit Air 0,5 0,48 0,46 0,44 0,42. Debit Air 12. 16. 20. 24. 28. Kedalaman Turbin (cm). Gambar 4.9 Grafik Hubungan Kedalaman Turbin Terhadap Debit Air Daya air yang tersedia berdasarkan persamaan 2.8 adalah dengan menganggap nilai ρ = 1000 kg/m3 ditampilkan pada Tabel 4.14 Tabel 4.14 Data Daya Air Tiap Kedalaman Kedalaman. Kecepatan air melewati turbin. Debit air. Daya Air. Turbin. (m/s). (m3/s). (Watt). (cm). Tanpa Beban. Berbeban (B). (TB) 12. 0,56. 0,55. 0,45. 68,03. 16. 0,59. 0,58. 0,48. 80,74. 20. 0,58. 0,56. 0,46. 72,13. 24. 0,55. 0,55. 0,45. 68,06. 28. 0,54. 0,55. 0,45. 68,06 49. Universitas Sumatera Utara.

Perhitungan daya yang dihasilkan oleh air berdasarkan persamaan 2.8 adalah 1. Daya Air pada Kedalaman 12 cm 1 ×Q×ρ× 2 1 P = × 0,45 × 1000 × 0,55 2. P=. P = × 0,45 × 1000 ×0,3025 P = 68,03 Watt. 2. Daya Air pada Kedalaman 16 cm 1 ×Q×ρ× 2 1 P = × 0,48 × 1000 × 0,58 2 1 P = × 0,48 × 1000 × 0,3364 2. P=. P = 80,74 Watt. 3. Daya Air pada Kedalaman 20 cm 1 ×Q×ρ× 2 1 P = × 0,46 × 1000 × 0,56 2 1 P = × 0,46 × 1000 × 0,3136 2. P=. P = 72,13 Watt. 4. Daya Air pada Kedalaman 24 cm 1 ×Q×ρ× 2 1 P = × 0,45 × 1000 × 0,55 2 1 P = × 0,45 × 1000 × 0,3025 2. P=. P = 68,06 Watt. 50 Universitas Sumatera Utara.

5. Daya Air pada Kedalaman 28 cm 1 ×Q×ρ× 2 1 P = × 0,45 × 1000 × 0,55 2 1 P = × 0,45 × 1000 × 0,3025 2. P=. P = 68,06 Watt. Daya turbin berdasarkan penelitian yang diperoleh pada tiap kedalaman ditunjukkan pada Tabel 4.15 Tabel 4.15 Data Daya Turbin Tiap Kedalaman Kedalaman. Kecepatan. RPM. Gaya. Torsi. Kecepatan. Daya. Turbin. Air. Turbin. Tangensial. (Nm). putaran. Turbin. (cm). Turbin. sudut atau. atau. w (rad/s). F (N) 12. 0,55. 16. 46,01. 23,00. 1,68. 38,52. 16. 0,58. 17. 48,52. 24,26. 1,78. 43,16. 20. 0,56. 17. 46,84. 23,42. 1,78. 41,68. 24. 0,55. 17. 46,01. 23,00. 1,78. 40,93. 28. 0,55. 14. 46,01. 23,00. 1,47. 33,71. Perhitungan daya yang hasilkan oleh turbin berdasarkan persamaan 2.1 sampai dengan persamaan 2.4 adalah Dimana : massa turbin = 83,65 kg Jari-jari. = 0,5 m. 1. Daya Turbin pada Kedalaman 12 cm a. F = mxv F = 83,65 x 0,55 F = 46,01 b. T = F x r 51 Universitas Sumatera Utara.

T = 46,01 x 0,5 T = 23,00 c. ω = ω=. $% & ,. &. = 1,68. d. P = T x ω P = 23,00 x 1,68 P = 38,52 2. Daya Turbin pada Kedalaman 16 cm a. F = mxv F = 83,65 x 0,58 F = 48,52 b. T = F x r T = 48,52 x 0,5 T = 24,26 c. ω = ω=. $% & ,. & '. = 1,78. d. P = T x ω P = 24,26 x 1,78 P = 43,16. 3. Daya Turbin pada Kedalaman 20 cm a. F = mxv F = 83,65 x 0,56 F = 46,84 b. T = F x r T = 46,84 x 0,5 T = 23,42 c. ω = ω=. $% & ,. & '. = 1,78 52 Universitas Sumatera Utara.

d. P = T x ω P = 23,42 x 1,78 P = 41,68. 4. Daya Turbin pada Kedalaman 24 cm a. F = mxv F = 83,65 x 0,55 F = 46,01 b. T = F x r T = 46,01 x 0,5 T = 23,00 c. ω = ω=. $% & ,. & '. = 1,78. d. P = T x ω P = 23,00 x 1,78 P = 40,93. 5. Daya Turbin pada Kedalaman 28 cm a. F = mxv F = 83,65 x 0,55 F = 46,01 b. T = F x r T = 46,01 x 0,5 T = 23,00 c. ω = ω=. $% & ,. &. = 1,47. d. P = T x ω P = 23,00 x 1,47 P = 33,71. 53 Universitas Sumatera Utara.

Berdasarkan data daya air dan daya turbin pada Tabel 4.14 dan Tabel 4.15 maka dapat dihitung besarnya efisiensi dari turbin dalam mengkonversi daya air dengan menggunakan persamaan 2.10. Efisiensi turbin dalam mengkonversi daya air dapat ditunjukkan pada table 4.16 Tabel 4.16 Hasil perhitungan efisiensi turbin dalam mengkonversi daya air Kedalaman. Daya Air. Daya Turbin. Efisiensi Turbin. Turbin. (Watt). (Watt). (%). 12. 68,03. 38,52. 56,62. 16. 80,74. 43,16. 53,46. 20. 72,13. 41,68. 57,79. 24. 68,06. 40,93. 60,14. 28. 68,06. 33,71. 49,53. (cm). 1. Pada kedalaman 12 cm ɳT = =. ( )*+,-% ( .-+ /, /,. x 100%. x 100%. = 56,62%. 2. Pada kedalaman 16 cm ɳT = =. ( )*+,-% ( .-+ , / ,'. x 100%. x 100%. = 53,46%. 3. Pada kedalaman 20 cm ɳT =. ( )*+,-% ( .-+. x 100%. 54 Universitas Sumatera Utara.

=. , / ' ,. x 100%. = 57,79%. 4. Pada kedalaman 24 cm ɳT = =. ( )*+,-% ( .-+ ,0 /,. x 100%. x 100%. = 60,14%. 5. Pada kedalaman 28 cm ɳT = =. ( )*+,-% ( .-+ ,' /,. x 100%. x 100%. = 49,53% Efisiensi generator dalam mengkonversi daya air dengan menggunakan persamaan 2.10 dapat dihitung berdasarkan data pada Tabel 4.6 dan Tabel 4.14. Efisiensi generator dalam mengkonversi daya air ditunjukkan pada Tabel 4.17 Tabel 4.17 Hasil perhitungan efisiensi generator dalam mengkonversi daya air Kedalaman. Daya Air. Daya. Efisiensi Generator. Turbin. (Watt). Generator. Mengkonversi Daya Air. (Watt). (%). (cm) 12. 68,03. 32,76. 48,16. 16. 80,74. 35,25. 43,66. 20. 72,13. 36,69. 50,87. 24. 68,06. 39,34. 57,80. 28. 68,06. 27,23. 40,01. 55 Universitas Sumatera Utara.

1. Pada kedalaman 12 cm ɳG = =. ( 12%2+345+ ( .-+ ,' /,. x 100%. x 100%. = 48,16%. 2. Pada kedalaman 16 cm ɳG = =. ( 12%2+345+ ( .-+ , / ,'. x 100%. x 100%. = 43,66%. 3. Pada kedalaman 20 cm ɳG = =. ( 12%2+345+ ( .-+ , 0 ' ,. x 100%. x 100%. = 50,87%. 4. Pada kedalaman 24 cm ɳG = =. ( 12%2+345+ ( .-+ 0, /,. x 100%. x 100%. = 57,80%. 5. Pada kedalaman 28 cm ɳG = =. ( 12%2+345+ ( .-+ ', /,. x 100%. x 100%. = 40,01% 56 Universitas Sumatera Utara.

Efisiensi generator dalam mengkonversi daya turbin dengan menggunakan persamaan 2.10 dapat dihitung berdasarkan data pada Tabel 4.11 dan Tabel 4.12. Efisiensi generator dalam mengkonversi daya air ditunjukkan pada Tabel 4.13 Tabel 4.18 Efisiensi Generator dalam mengkonversi daya Turbin Kedalaman. Daya. Daya. Efisiensi Generator. Turbin. Turbin. Generator. Mengkonversi Daya Turbin. (cm). (Watt). (Watt). (%). 12. 38,52. 32,76. 85,05. 16. 43,16. 35,25. 81,67. 20. 41,68. 36,69. 88,03. 24. 40,93. 39,34. 96,12. 28. 33,71. 27,23. 80,78. 1. Pada kedalaman 12 cm ɳGt = =. ( 12%2+345+ ( )*+,-% ,' /,. x 100%. x 100%. = 85,05%. 2. Pada kedalaman 16 cm ɳGt = =. ( 12%2+345+ ( )*+,-% , ,. x 100%. x 100%. = 81,67%. 3. Pada kedalaman 20 cm ɳGt =. ( 12%2+345+ ( )*+,-%. x 100%. 57 Universitas Sumatera Utara.

, 0. =. , /. x 100%. = 88,03%. 4. Pada kedalaman 24 cm ɳGt =. ( 12%2+345+ ( )*+,-% 0,. =. ,0. x 100%. x 100%. = 96,12%. 5. Pada kedalaman 28 cm ɳGt =. ( 12%2+345+ ( )*+,-% ',. =. ,0. x 100%. x 100%. = 80,78% Grafik hubungan antara kedalaman turbin dengan efisiensi turbin dalam mengkonversi energi air dan efisiensi generator dalam mengkonversi energi air diperlihatkan pada Gambar 4.10 120. Efisiensi (%). 100. 85,05. 81,67. 56,62. 53,46. 48,16. 43,66. 80 60 40. 88,03. 96,12 80,78. 57,79. 60,14. 50,87. 57,8. 49,53. ɳTurbin ɳGenerator ɳGT. 40,01. 20 0 12. 16. 20. 24. 28. Kedalaman Turbin (cm). Gambar 4.10 Grafik Hubungan Kedalaman Turbin dengan Efisiensi Turbin dan Generator Dari Grafik 4.6 diperlihatkan efisiensi tertinggi dari turbin dalam mengkonversi energi air berada pada kedalaman 24 cm sebesar 60,14% dan efisiensi yang terendah 58 Universitas Sumatera Utara.

berada pada kedalaman 28 cm sebesar 49,53 %, untuk efisiensi generator dalam mengkonversi daya air tertinggi berada pada posisi kedalaman turbin 24 cm yaitu sebesar 57,80% dan terendah berada pada kedalaman turbin 28 cm yaitu sebesar 40,01%, serta efisiensi generator dalam mengkonversi energi turbin berada pada kedalaman 24 cm yaitu 96,12% sedangkan terendah pada posisi 28 cm yaitu sebesar 80,78%.. 59 Universitas Sumatera Utara.

BAB V PENUTUP. 5.1. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan analisis data yang telah dilakukan,. kesimpulan yang diperoleh adalah 1. Kedalaman turbin tenggelam memiliki pengaruh terhadap perubahan putaran generator, kecepatan generator terbesar diperoleh pada kedalaman turbin tenggelam 24 cm dengan kecepatan putar sebesar 1556 rpm dan dalam keadaan berbeban sebesar 1309 rpm sedangkan rpm terendah berada pada kedalaman 28 cm yaitu sebesar 1330 rpm dan dalam keadaan berbeban dan sebesar 1080 rpm dalam keadaan tidak berbeban. Tegangan rata-rata terbesar yang dihasilkan berada pada kedalaman turbin 24 cm yaitu 25,55 volt dalam keadaan tidak berbeban dan dalam keadaan berbeban sebesar 16,54 volt, sedangkan tegangan rata-rata terendah yang dihasilkan berada pada kedalaman turbin 28 cm yaitu 22,77 volt dalam keadaan tidak berbeban dan dalam keadaan berbeban menghasilkan tegangan sebesar 13,69 volt. Arus listrik terbesar yang dihasilkan berada pada kedalaman turbin 24 cm yaitu sebesar 2,38 ampere dan arus listrik terendah yang dihasilkan berada pada kedalaman turbin 28 cm yaitu sebesar 2,0 ampere. Daya listrik terbesar yang dihasilkan berada pada kedalaman 24 cm yaitu sebesar 39,34 watt sedangkan daya listrik terendah yang dihasilkan berada pada kedalaman 28 cm yaitu sebesar 27,23 watt. 2. Efisiensi kinerja turbin dalam mengkonversi daya air terbesar berada pada kedalaman turbin 24 cm yaitu sebesar 60,14%, sedangkan efisiensi kinerja turbin dalam mengkonversi daya air terendah berada pada kedalaman turbin 28 cm yaitu 49,53%. Efisiensi kinerja generator dalam mengkonversi daya air terbesar berada pada kedalaman turbin 24 cm yaitu sebesar 57,80%, efisiensi kinerja generator dalam mengkonversi daya air terendah berada pada kedalaman turbin 28 cm yaitu sebesar 40,01%, dan efisiensi generator. 60. Universitas Sumatera Utara.