YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN RADIUS SUDU 0,875 INCI JUMLAH SUDU 20

(1)

TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 74

o

YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN

RADIUS SUDU 0,875 INCI JUMLAH SUDU 20

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

Prima Adi P

NIM : 055214005

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

FINAL PAPER

Presented as Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering Study Programme

By :

Prima Adi P

Student Number : 055214005

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

iii

TUGAS AKHIR

TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 74

O

YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN RADIUS SUDU

0,875 INCI JUMLAH SUDU 20

Disusun oleh : Prima Adi P NIM : 055214005

telah disetujui oleh

Yogyakarta, 21 Juli 2009 Pembimbing

(4)

iv

YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN RADIUS SUDU

0,875 INCI JUMLAH SUDU 20

Oleh : Prima Adi P NIM : 055214005

Dipertahankan di Hadapan Panitia Penguji Tugas Akhir Fakultas Sains Dan Teknologi

Pada tanggal : 14 Juli 2009 Susunan Panitia Penguji

Ketua : Doddy Purwadianto, S.T., M.T. ………..

Sekretaris : Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. ………..

Anggota : Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. ………..

Yogyakarta, 21 Juli 2009 Fakultas Sains Dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

Dekan

(5)

v

HALAMAN PERSEMBAHAN

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada:

Bapak Ibu dan Adik tercinta

Seseorang yang selalu membuatku bersemangat , teman-teman

dan sahabat-sahabatku yang selalu

(6)

vi

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, 21 Juli 2009 Penulis

(7)

vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Sanata Dharma : Nama : Prima Adi P

NIM : 055214005

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

………. ...TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 74o………

……….YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN………

...DENGAN RADIUS SUDU 0,875 INCI JUMLAH SUDU 20……… ………. Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengolahnya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya ataupun memberikan royalti kepada saya selama masih tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 21 Juli 2009

Yang menyatakan,

(8)

viii

dibelah dengan busur tertentu. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari daya keluaran dan efisiensi 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 1,75 inch. Diameter roda jalan adalah 98 mm dengan panjang roda jalan 104 mm. Jumlah sudu pada roda jalan 20 buah dan busur sudu 740. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit yaitu 12 l/det, 10,7 l/det, 9,5 l/det, 8,2 l/det dan 7,9 l/det dan tinggi bukaan nosel 9 mm, 14 mm, dan 19 mm. 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 dari 10 W, 20 W, 30 W, 40 W, 50 W, 60 W, 70 W, 80 W. Pada setiap pembeban, putaran turbin diukur dengan tachometer.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan anugrah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian untuk Tugas Akhir dengan judul “TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 74o YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN RADIUS SUDU 0,875 INCHI DAN JUMLAH SUDU 20”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Pada kesempatan ini penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kapada:

1. Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T, sebagai Dekan Fakultas Sains dan Teknologi dan Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dalam penyelesaian tugas akhir ini.

2. Budi Sugiharto, S.T.,M.T, sebagai ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, serta sebagai Dosen Pembimbing Akademik.

3. Kepala Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin dan fasilitas yang dipergunakan.

4. Kepala Laboratorium Teknik Tenaga Listrik Jurusan Elektro Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin dan fasilitas yang dipergunakan.

(10)

x secara material maupun spiritual.

8. Teman-teman kelompok penelitian microhydro yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu yang telah banyak membantu selama pengambilan data dan penyusunan Tugas Akhir.

9. Teman-teman mahasiswa Teknik Mesin 2005 atas bantuan, dukungan, kritik dan saran kepada penulis.

10.Serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu yang telah ikut membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu diperbaiki dalam penulisan Tugas Akhir ini, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan kritik, serta saran dari berbagai pihak demi kesempuranaan Tugas Akhir ini. Semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.

Yogyakarta, 21 Juli 2009

(11)

xi

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ... v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA. ... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... vii

INTISARI ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR TABEL ... xvi

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang Masalah ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 3

1.3. Tujuan Penelitian ... 3

1.4. Manfaat Penelitian ... 3

BAB II. DASAR TEORI ... 5

2.1 Tinjauan Pustaka ... 5

2.2 Landasan Teori ... 7

(12)

xii

2.3.2 Bagian-bagian Turbin Aliran Silang ... 10

2.4 Pergerakan Air Turbin Aliran Silang ... 13

2.5 Perancangan Turbin Aliran Silang ... 15

2.5.1 Segitiga Kecepatan ... 15

2.5.2 Perhitungan Dimensi Turbin ... 17

BAB III. METODE PENELITIAN ... 23

3.1. Diagram Alir Penelitian ... 23

3.2. Peralatan dan Bahan Penelitian ... 24

3.2.1 Bahan Penelitian ... 24

3.2.2 Peralatan Penelitian ... 24

3.3. Tahapan Penelitian ... 24

3.3.1 Persiapan ... 24

3.3.2 Pembuatan Alat ... 25

3.3.2.1 Desain Alat ... 25

3.3.2.2 Perancangan Runner ... 26

3.3.2.3 Pembuatan Runner ... 32

3.3.2.4 Pemasangan runner ke modul ... 34

3.3.3 Uji Prestasi ... 35

3.3.3.1 Cara Kerja Alat ... 36

(13)

xiii

3.4 Analisa dan Pengolahan Data ... 39

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 40

4.1. Hasil Penelitian ... 40

4.1.1 Data Penelitian ... 40

4.2. Perhitungan Data ... 42

4.3. Pembahasan Data ... 45

4.3.1 Pembahasan Daya Keluaran Hasil Penelitian ... 45

4.3.2 Pembahasan Efisiensi Hasil Penelitian ... 47

BAB V PENUTUP ... 51

5.1 Kesimpulan ... 51

5.2 Saran ... 52

(14)

xiv

Gambar 2.3. Rumah turbin ... 11

Gambar 2.4. Alternator ... 13

Gambar 2.5. Aliran pergerakan air pada Turbin Aliran Silang ... 14

Gambar 2.6. Defleksi pada pergerakan air Turbin Aliran Silang ... 15

Gambar 2.7. Segitiga kecepatan pada Turbin Crossflow ... 15

Gambar 2.8. Gabungan segitiga kecepatan pada Turbin Aliran Silang ... 16

Gambar 2.9. Kelengkungan sudu ... 18

Gambar 2.10. Jarak antar sudu ... 19

Gambar 2.11. Alur pancaran air ... 20

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian dan Perancangan ... 23

Gambar 3.2. Sudu yang Sudah Dibelah ... 32

Gambar 3.3. Piringan setelah diberi alur ... 33

Gambar 3.4. Poros Roda jalan ... 33

Gambar 3.5. Perakitan Roda jalan... 34

Gambar 3.6. Roda jalan penelitian ... 34

Gambar 3.7. Skema Alat ... 36

Gambar 3.8. Urutan Kerja Alat Uji Turbin ... 37

Gambar 4.1.Grafik Daya Alternator vs Putaran Poros Generator dengan tinggi nosel 9 mm variasi debit dan beban generator ... 45

(15)

xv

Gambar 4.3. Grafik Efisiensi total vs Putaran Poros Generator dengan tinggi

nosel 9 mm variasi debit dan beban generator ... 47 Gambar 4.4. Grafik Efisiensi total vs Putaran Poros Generator dengan tinggi

(16)

xvi

(17)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Seiring dengan kemajuan teknologi kebutuhan masayarakat akan energi listrik pun semakin meningkat. Tidak dapat dipungkiri bahwa hampir seluruh peralatan yang digunakan oleh masyarakat pada umumnya menggunakan energi listrik. Listrik yang digunakan oleh masyarakat dihasilkan dari suatu sistem pembangkit tenaga listrik antara lain Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga Gas Bumi (PLTG), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD), Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) dll. Dari berbagai macam sistem pembangkit listrik yang ada sebagian besar masih mengunakan bahan bakar fosil sebagai sumber energinya.

Permasalahan yang dihadapi dewasa ini adalah semakin menipisnya ketersediaan bahan bakar fosil yang merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui serta dampaknya terhadap lingkungan terkait dengan isu pemanasan global. Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu dikembangkan sumber energi alternatif pengganti bahan bakar fosil terutama penggunaan sumber energi yang terbarukan seperti angin, surya, panas bumi dan air.

(18)

Pemanfaatan energi air sebenarnya sudah dilakukan antara lain dengan adanya PLTA, namun kebanyakan hanya digunakan untuk sumber-sumber pembangkit tenaga air dengan kapasitas besar saja. Sedangkan untuk sumber pembangkit tenaga air dengan kapasitas kecil belum banyak dimanfaatkan. Oleh karena itu perlu dikembangkan suatu teknologi terapan untuk memanfaatkan potensi tersebut sehingga dapat digunakan oleh masyarakat terutama masyarakat kecil yang mengalami kesulitan distribusi listrik agar dapat mencukupi kebutuhan listrik secara swadaya.

(19)

3

1.2 RUMUSAN MASALAH

Pembuatan sudu turbin crossflow menggunakan plat yang dilengkung tidak mudah untuk dilakukan, maka untuk mempermudah pembuatannya digunakan pipa besi yang dibelah dengan busur sudut tertentu. Informasi tentang unjuk kerja turbin crossflow dengan sudu dibuat dari pipa debelah masih sedikit. Pada penelitian ini akan turbin crossflow dengan sudu dari pipa yang dibelah. Turbin dibuat dari pipa berdiameter 1,75 inchi yang dibelah menjadi empat dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 20 buah.

Unjuk kerja turbin crossflow dipengaruhi oleh banyak parameter antara lain adalah jumlah sudu, debit air, beban generator, lebar bukaan nosel, sudut pancaran air masuk, sudut keluar, posisi pancaran air masuk, lintasan aliran di dalam turbin, rasio lebar, dan diameter roda jalan, rasio diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur roda jalan maupun nosel. Pada penelitian ini dilakukan variasi terhadap beban generator, lebar bukaan nosel serta variasi bukaan kran.

1.3 TUJUAN PENELITIAN

a. Membuat turbin crossflow dengan menggunakan sudu dari pipa yang dibelah untuk pembangkit listrik.

(20)

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Hasil penelitian yang dilakukan penulis diharapkan dapat :

1. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga air.

2. Diterapkan di masyarakat yang berada dekat sumber air dan belum mendapat pasokan listrik sehingga dapat menyediakan energi listrik secara swadaya.

3. Mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi.

(21)

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 di dalam turbin, rasio lebar, dan diameter roda jalan, rasio diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur roda jalan maupun nosel.

Penelitian tentang turbin crossflow banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat dari plat yang dilengkung. Turbin crossflow yang dilengkapi dengan saluran pengarah di dalam roda jalan-nya 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 nosel. Penambahan saluran di dalam roda jalan ternyata tidak menaikkan efisiensi tetapi justru menurunkan efisiensi turbin crossflow sebesar 5%.

(22)

perbandingan 0,75 dan terendah pada perbandingan 0,54 dengan perbedaan sebesar 3%. Efisiensi yang biasa dicapai adalah sebesar 72%.

Penelitian terhadap pengaruh sudut nosel menunjukkan bahwa efisiensi akan semakin besar jika sudut nosel semakin besar (Khosrowpanah, 1988). Penelitian ini menggunakan 3 buah roda jalan dengan jumlah sudu 20, 15, dan 10 serta 1 buah roda jalan dengan diameter setengah dari diameter roda jalan yang lain, sedangkan jumlah sudunya 20. Dari penelitian ini juga didapatkan bahwa efisiensi tertinggi dari tiap roda jalan dicapai pada kecepatan spesifik yang sama. Semakin banyak jumlah sudu akan memberikan efisiensi yang semakin tinggi, namun jumlah sudu tersebut ada batasnya. Untuk sudut nosel tertentu efisiensi maksimum dicapai pada jumlah sudu tertentu. Ada jumlah sudu optimum untuk sudut nosel tertentu (Joshi, 1995).

(23)

7

2.2 LANDASAN TEORI

2.2.1 Definisi Turbin Air

Turbin air adalah 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 di bawah tekanan tinggi di dalam dam dilepaskan ke dalam suatu saluran dimana akan menggerakkan 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 Jenis-Jenis Turbin Air

(24)

a. Turbin Impuls

Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.Tidak terjadi penurunan tekanan di sudu jalan.

b. Turbin Reaksi

Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga roda jalan (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Roda jalan turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.

Tabel 2.1 Klasifikasi turbin air

Head Tinggi Head Sedang Head Rendah Turbin Impuls Turbin Pelton

Turbin Turgo

Turbin Crossflow Turbin Pelton Multi Jet

Turbin Turgo

Turbin Crossflow

(25)

9

2.3 TURBIN ALIRAN SILANG

2.3.1 Definisi Turbin Aliran Silang

Turbin aliran silang (crossflow) dikembangkan oleh Michell (Australia) dan Bangki (Honggaria), sehingga turbin ini disebut juga turbin Michell-Bangki. Turbin aliran silang disebut juga turbin ossberger, yaitu arah aliran masuk air ke sudu turbin secara radial. Air dialirkan melewati sudu-sudu jalan yang berbentuk silinder, pertama-tama air dari luar masuk melalui sudu-sudu nagian atas dan kemudian dari dalam keluar melalui sudu-sudu bagian bawah.

(26)

2.3.2 Bagian-bagian Turbin Aliran Silang

Pada dasarnya turbin aliran silang terdiri dari tiga bagian utama, yaitu: 1. Roda Jalan

Roda jalan (runner) turbin aliran silang terdiri dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.

Gambar 2.1 Roda jalan turbin

2. Alat Pengarah

(27)

11

Gambar 2.2 Alat Pengarah

3. Rumah Turbin

Rumah turbin digunakan untuk memasang turbin agar dapat berputar. Rumah turbin dilengkapi dengan bantalan agar poros turbin dapat berputar tanpa adanya gesekan dan berputar pada posisi yang sama.

Gambar 2.3 Rumah Turbin

(28)

(alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Generator memiliki 3 bagian yang penting, yaitu :

a. Rotor

Rotor adalah bagian yang berputar yang menjadi satu dengan poros alternator yang terdapat magnet permanen atau lilitan induksi magnet. Pada rotor terdapat bagian yang berfungsi sebagai kutub magnet yang terletak pada sisi luar dari lilitan. Rotor ditumpu oleh dua buah bearing, pada bagian depannya terdapat puli. Rotor berfungsi menghasilkan medan magnet yang menginduksikan ke stator.

b. Stator

Stator adalah bagian yang statis pada altenator yang berupa inti besi yang dibungkus dengan kawat tembaga. Bagian ini berupa lilitan yang berfungsi untuk menghasilkan arus bolak-balik (AC).

c. Dioda

(29)

13

Gambar 2.4. Altenator (Forcefield, 2003)

Besarnya arus yang dihasilkan oleh motor induksi tergantung pada besarnya putaran alternator dan kekuatan medan magnet. Altenator menghasilkan listrik dengan prinsip yang sama pada DC generator, yakni adanya arus pengumpan yang disebut arus eksitasi saat terjadi medan magnet disekitar kumparan. Dari alternator dapat di ukur arus (I) dan tegangan keluaran (V) yang kemudian digunakan untuk menentukan besarnya daya yang dihasilkan.

2.4 PERGERAKAN AIR TURBIN ALIRAN SILANG

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⋅ ⋅ ⋅ ... 2.1 Dengan :

Pin : Daya yang tersedia (W).

(30)

Q : Debit air (m3/s) H : Tinggi air jatuh (m)

Pada gambar 2.6 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk ke dalam runner pada titik A dengan membentuk sudut α terhadap kecepatan kelilingnya. Kecepatan air memasuki roda jalan (V1) dihitung dengan (Mockmore, 1949, hal 6) :

(

)

12 1 C 2 g H

V = ⋅ ⋅ ⋅ ... 2.2 Dengan :

V1 = Kecepatan absolut.

C = Koefisien berdasarkan nosel

α adalah sudut antara kecepatan absolut dengan kecepatan keliling lingkaran roda jalan dan β adalah sudut antara kecepatan relatif dengan kecepatan keliling lingkaran roda jalan. Dengan indek 1 menandakan kecepatan masuk dan indek 2 menandakan kecepatan keluar sudu jalan turbin.

(31)

15

Alur pergerakan air pada kenyataannya tidak seperti yang terdapat dalam (gambar 2.6) karena terdapat defleksi sebesar θ seperti dalam (gambar 2.7).

Gambar 2.6 Defleksi pada pergerakan air pada Turbin Crossflow

(Sumber : Mockmore, 1949)

2.5 PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG

2.5.1 Segitiga Kecepatan

Sudut β1 ditentukan oleh nilai α1, V1, dan u1.

(32)

Jika u1 = ½ V1 cos α1 ... 2.3

maka tan β2 = 2 tan α1 ... 24

jika α1 = 16o, maka β1 = 29o, 30o atau 50o atau nilai pendekatan. (Mockmore,

1949, hal 10).

Β2’ adalah sudut sudu keluar sisi atas pada keliling dalam roda jalan. Dengan

asumsi v1 = v2 dan α1 = α2, untuk membuat aliran pancaran air radial maka besarnya

β2’ = 90o.

(33)

17

2.5.2 Perhitungan Dimensi Turbin

a. Diameter Luar Roda jalan (D1)

N H D 2 1 1 862⋅

= (Mockmore, 1949, hal 14) ... 2.5

Dengan :

H = Head ketinggian (inch) N = Putaran turbin (rpm)

b. Panjang Turbin (L)

(

)

12

2 1 2 862 144 H g k C H N Q L ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= (Mockmore, 1949, hal 15)……... 2.6

Dengan :

Q = Debit aliran air (cfs). C = Koefisien nosel.

= 0.98

K = Faktor koreksi. = 0.087

c. Perbandingan panjang dan diameter turbin

2 1 1 6 , 210 H Q D

L⋅ = ⋅ (Mockmore, 1949, hal 17)... 2.7

d. Jari-jari kelengkungan sudu (ρ)

1

326 , 0 ⋅r

=

(34)

Dengan :

r1 = jari-jari luar roda jalan (inci)

e. Lebar velk radial (a )

1

17 ,

0 D

a= ⋅ (Mockmore, 1949, hal 12)... 2.9

Gambar 2.9 Kelengkungan sudu (Sumber : Mockmore, 1949)

f. Jarak antar sudu (t)

Jarak antar sudu meliputi jarak antar sudu pancaran air masuk (s1), jarak sudu

pancaran air keluar (s2) dan jarak antar sudu (t) (gambar 2.10)

1

1 k D

s = ⋅ (Mockmore, 1949, hal 14)... 2.10

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅ =

1 2 2

r r t

(35)

19 1 1 sin ⋅ = β s

t (Mockmore, 1949, hal 10)... 2.12

Gambar 2.10 Jarak antar sudu (Sumber : Mockmore, 1949)

g. Jumlah sudu (n)

t D

n=π⋅ 1 _{(Mockmore, 1949, hal 17)... 2.13}

h. Jarak pancaran dari poros (y1) (gambar 2.11)

(

)

2 945 , 0 1986 , 0 1 1 d D k

y = − ⋅ − (Mockmore Banki, 1949, hal 14) ………... 2.14

i. Jarak pancaran dari keliling dalam (y2 ) (gambar 2.11)

(

)

1

2 0,1314 0,945 k D

(36)

Gambar 2.11 Alur pancaran air (Sumber : Mockmore, 1949)

j. Efisiensi maksimal turbin

Jika ₁ ₁ cos ₁ 2

1_⋅ _⋅ _α

= V

u

maka tan β1 = 2 tan α1

ψ = Koefisien empiris yang nilainya sekitar (0,98). (Mockmore, 1949, hal 9)

(

)

2 ₁

2

max 1 cos

2

1 _ψ _α

ε = ⋅C ⋅ + ⋅ ⋅ (Mockmore, 1949, hal 9)... 2.16

k. Nosel

Meliputi penampang nosel (A) dan tinggi pancaran air nosel (so)

1

V Q

(37)

21

L A

s_o = (Mockmore, 1949, hal 17)... 2.18

l. Sudu pusat sudu jalan (gambar 2.13)

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ₊ = 1 2 1 1 sin cos 2 1 r r Tan β β

δ ... 2.19

m. Perhitungan poros

Parameter-parameter yang digunakan dalam perhitungan poros sebagai berikut ; P = Daya yang ditransmisikan (kW)

Fc = Faktor koreksi (Sularso, 2004, hal. 7) n = Putaran poros (rpm)

Pd = fc × P (kW)... 2.20 T = Momen puntir rencana (kg.mm)

T = 9,74 ×105... 2.21 σB = Kekuatan tarik bahan (kg/mm2)

Sf1 dan Sf2 = faktor kemanan

Cb = Faktor Cb nilainya 1,2 sampai 2,3. Jika diperkirakan tidak terjadi pembebanan lentur maka Cb = 1.

Kt = Faktor Kt dipilih 1,0 jika beban dikenakan secara halus; 1,0-1,5 jika dikenakan sedikit beban kejutan atau tumbukan; dan 1,5-3,0 jika beban kejutan atau tumbukan besar

(

Sf1 Sf2

)

B a

×

= σ

(38)

ds = diameter minimal poros (mm) 3 1 1 , 5 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ × × ×

= Kt Cb T

d

a

s _τ ... 2.23

n. Perhitungan Daya yang tersedia (Pin)

8 , 8 QHe P = 8 , 8 QH

P= (HP)...2.24

Dimana :

Q = Debit air (cfs)

H = Tinggi air jatuh (head) (feet)

o. Perhitungan Daya Keluaran (Pout)

Pout = V x I... 2.25

Dimana :

V = Tegangan (volt) I = Arus (ampere)

p. Perhitungan Efisiensi Total (η)

(39)

23

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 DIAGRAM ALIR PERANCANGAN DAN PENELITIAN

Gambar 3.1. Diagram Alir Perancangan dan Penelitian

MULAI

STUDI PUSTAKA

PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG

PEMBUATAN TURBIN ALIRAN SILANG

PENELITIAN TURBIN ALIRAN SILANG

PENGAMBILAN DATA

PENGOLAHAN DATA

(40)

3.2 PERALATAN DAN BAHAN PENELITIAN

3.2.1 Bahan Penelitian

Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah: a. Pipa hitam diameter 1 ¾ inci , panjang 1m b. Plat tebal 15 mm x 100 mm x 100 mm , 2 buah c. Besi poros diameter 30 mm x 300 mm.

3.2.2 Peralatan Penelitian

Peralatan yang digunakan dalam penelitian adalah: a. Kerangka modul mikrohidro

b. Modul Mikrohidro Cihanjuang c. Peralatan kerja bangku

d. Alat ukur (roll meter, jangka sorong, tachometer, tang ampere) e. Mesin bubut, mill, bor

f. Gergaji besi g. Las asetelin

3.3 TAHAPAN PENELITIAN

3.3.1 Persiapan

(41)

25

3.3.2 Pembuatan Alat

3.3.2.1 Desain Alat

Pada tahapan ini, gambar kerja dibuat. Sebelum membuat gambar kerja, terlebih dahulu dibuat sketsa alat serta menentukan ukuran alat yang akan dibuat.Penelitian akan dilaksanakan dengan membuat sebuah roda jalan dengan diameter dan panjang yang sama dengan roda jalan bawaan dari alat uji turbin. Perbedaannnya terletak pada jumlah sudu, sudut sudu, bahan sudu dan proses pembuatanroda jalan.

Roda jalan bawaan dari Cihanjuang rencananya akan dilepas, dan digantikan dengan roda jalan yang akan dibuat sendiri. Sedangkan komponen lain seperti rumah roda jalan, generator, transmisi sabuk dan puli, panel-panel listrik, dan nosel akan 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 pompa berkapasitas 20 L/dtk dan Head 21 m.

(42)

3.3.2.2 Perancangan Runner

Dalam merancang sebuah Turbin Aliran Silang diperlukan parameter yang diketahui sebagai dasar perancangan untuk perhitungan parameter-parameter lain. Dalam perancangan ini terdapat parameter yang diketahui yaitu :

Head (H) = 4,5 meter = 14,765 ft

Debit (Q) = 8 l/det = 0,283 cfs

Diameter pipa untuk sudu (d1) = 1,75 inci

Koefisien nosel (C) = 0,98 Faktor koreksi (k) = 0,087

Sudut masuk (α1) = 16º

Sudut busur sudu (β2) = 900 Percepatan gravitasi = 32,18 ft/s2

Jumlah Sudu = 20

Perhitungan :

Perancangan Turbin Aliran Silang dengan sudu jalan yang terbuat dari pipa berdiameter 1,75 in (0,146 ft).

a. Kecepatan pancaran nosel (V)

H g C

V = ⋅ 2⋅ ⋅

765 , 14 18 , 32 2 98 ,

0 × × ×

= V 209 , 30 =

(43)

27

b. Radius sudu (ρ)

1

5

,

0

×

d

=

ρ

ρ = 0,5×1,75 875 , 0

=

ρ inci

c. Panjang dan diameter roda jalan (LD1)

2 1 1 6 , 210 H Q

LD = ×

2 1 1 765 , 14 283 , 0 6 , 210 × = LD

511

,

15

1

=

LD

inci

Untuk mencari panjang ( L ) dan diameter luar roda jalan ( D1 ) dapat

digunakan harga L/D1 dimana harga L/D1 dicari yang mendekati 1. Berikut

ini adalah beberapa pilihan ukuran panjang dan diameter runner yang perbandingannya mendekati 1.

Tabel 3.1. Pilihan Ukuran Panjang dan Lebar Runner

L (inci) D (inci)

3,93 3,94 4,02 3,86 4,08 3,8 4,19 3,7

(44)

Tetapi karena menyesuaikan dengan ukuran rumah runner, maka panjang runner yang digunakan adalah 4,094 inci.

D = 3,86 inci L = 4,02 inci

d. Kecepatan putar roda jalan (N)

1 2 1 862 D H

N = ×

86 , 3 ) 765 , 14 (

862× 12

= N

=

N 858,1 rpm

e. Lebar nosel (so)

V Q A= 21 , 30 283 , 0 = A 0094 , 0 =

A ft2

L A s_o =

02 , 4 144 0094 , 0 × = o s 34 , 0 = o

(45)

29

f. Jarak antar sudu pada roda jalan (t)

t D n = π × 1

n xD t =π 1

20 86 , 3 14 , 3 x t = 61 , 0 =

t inci (pada penelitian ini jarak sudu pada roda jalan 0,673 inci)

g. Lebar sudu (a)

1

17

,

0

D

a

=

×

86 , 3 17 , 0 × = a 656 , 0 =

a inci ( dalam penelitian, lebar sudu adalah 0,95 inci )

h. Diameter dalam roda jalan (D2)

a

D

₂

=

₁

−

2

⋅

( )

0

,

95

2

86

,

3

2

=

−

⋅

D

96

,

1

2

=

D

inci

i. Jarak pancaran air dari pusat poros (y1)

y1 = (0,1986 – 0,945 x k) x D1

(46)

j. Daya yang tersedia (Pin) 8 , 8 H Q P_in = ×

8 , 8 765 , 14 283 , 0 × = in P 475 , 0 = in

P HP

k. Daya turbin maksimum (Pturbin, Pd)

η

× = in turbin P P 877 , 0 475 , 0 × = turbin P 417 , 0 = turbin

P HP

Keterangan :

Harga η adalah 0,8-1,2 untuk daya maksimum yang diperlukan (Sularso, hal 7). Dipilih η = 0,877

l. Perhitungan Poros

1. Menghitung torsi : T = 9,74 x 105

n P_d

= 9,74 x 105

858,1 417 , 0

= 473,2 kgmm

2. Bahan poros :

=

B

(47)

31

2

1 Sf

Sf B a = _×

σ τ 4 3 10 × = a τ 833 , 0 = a

τ

kg/mm2

3. Diameter poros:

d1 =

3 1 1 , 5 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ × × ×K_t C_b T a

τ

= 3

1 2 , 473 1 5 , 1 25 , 1 1 , 5 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ _× _× _×

= 14,25 mm ( Diameter poros yang digunakan 25 mm )

p. Geometri Turbin Aliran Silang dalam pembuatan

Diameter pipa untuk sudu (D1) = 1,75 inci = 44,45 mm

Jari-jari kelengkungan sudu = 0,875 inci = 22,23 mm Diameter luar turbin (D1) = 3,86 inci = 98 mm

Panjang turbin (L) = 4,094 inci = 104 mm Radial rim width (a) = 0,95 inci = 24,13 mm Diameter dalam (D2) = 1,96 inci = 49,78 mm

Jarak sudu pada piringan (t) = 0,673 inci = 17,09 mm Diameter poros maksimal = 0,984 inci = 25 mm Jumlah sudu (n) = 20 buah

(48)

3.3.2.3 Pembuatan Runner

Bagian penting dari turbin aliran silang yaitu roda jalan atau roda jalan. Proses pembuatan roda jalan memerlukan tahapan-tahapan tertentu dan berbeda-beda. Tahapan yang dilakukan penulis dalam membuat roda jalan yaitu :

1. Pembuatan Sudu

Sudu turbin dibuat dari pipa yang dibelah. Pipa yang digunakan berdiameter 44,45 mm, panjang pipa untuk sudu 104 mm, dan tebal 2 mm. Pipa yang akan dibelah diberi mal dan digaris. Tujuannya untuk memudahkan dalam pembelahan. Pipa dibelah dengan menggunakan mesin sekrap. Pipa dibelah menjadi empat bagian dengan besar busur sudu 740. Jumlah sudu yang digunakan dalam pembuatan turbin 20 buah.

Gambar 3.2. Sudu yang sudah dibelah

2. Pembuatan Piringan dan Alur Sudu

(49)

33

Untuk mempermudah proses pemasangan sudu, pada piringan ditambahkan pula alur-alur sudu. Proses pembuatan alur sudu pada piringan dikerjakan dengan menggunakan CNC. Selain untuk mempermudah pemasangan, pembuatan alur juga bertujuan agar pemasangan sudu pada runner menjadi lebih presisi.

Gambar 3.3. Piringan setelah diberi alur

3. Pembuatan Poros

Poros dibuat dari besi pejal dengan panjang 290 mm dan diameter 28 mm. Pembuatan poros menggunakan mesin bubut. Poros dibentuk sesuai rancangan yang telah ditetapkan. Bagian tengah poros yang digunakan dalam penelitian kali ini dibuat kecil dengan diameter 10 mm. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya pancaran air terhambat oleh poros sehingga aliran tidak silang.

(50)

5. Perakitan Roda Jalan (roda jalan)

Komponen roda jalan yang sudah dibuat kemudian dilas. Pertama poros dan piringan dilas dengan menggunakan las listrik. Piringan dipasang berhadapan dengan jarak 104 mm. Pengelasan harus dilakukan dengan benar dan teliti agar hasilnya simetris dan tidak oleng.

Gambar 3.5. Perakitan Roda jalan.

Roda jalan yang sudah jadi, dilakukan finishing dengan mesin bubut. Tujuannya agar permukaan turbin rata dengan pengelasan dan roda jalan seimbang (balance).

Gambar 3.6. Roda jalanPenelitian.

3.3.2.4 PemasanganRoda jalanke Modul

(51)

35

rumah bantalan yang terdapat di sisi kanan dan kiri rumah roda jalan dipasang. Diikuti dengan pemasangan kopling transmisi sabuk dan puli.

Setelah dipastikan semua bagian terpasang, penelitian dilanjutkan dengan uji prestasi.

3.3.3 Uji Pretasi

Pada tahap ini dilakukan pengambilan data untuk mengetahui unjuk kerja turbin tersebut. Dalam penelitian ini ada beberapa variable yang di variasikan dan variable yang diukur, yaitu :

1. Variabel yang divariasikan :

a. Bukaan kran : kran bukaan penuh, tengah dan kecil.

b. Beban generator : 10 watt, 20 watt, 30 watt, dst.(kelipatan 10 watt) c. Lebar nosel : 9 mm, 14 mm, 19 mm.

2. Variabel yang diukur : a. Tekanan air

(52)

3.3.3.1 Cara Kerja Alat

Gambar 3.7 Skema Alat

(53)

37

Gambar 3.8. Urutan kerja alat uji turbin

Turbin aliran silang yang digunakan dalam penelitian menggunakan sistem aliran tertutup. Air yang melewati turbin akan digunakan kembali dalam proses selanjutnya. Pompa akan megalirkan air yang ditampung pada sebuah bak dengan kapasitas 240 liter. Air akan dipompa menuju ke nosel melalui pipa penstock berdiameter 2 inci. Untuk mengatur debit dipasang dua buah kran pada sisi buang dan sisi masuk nosel. Sedangkan untuk mengatur nosel menggunakan kontrol yang terdapat pada rumah turbin.

Air yang masuk ke nosel akan menyembur mengenai sudu-sudu turbin. Air akan memutar turbin dan akan kembali dalam bak penampungan. Turbin yang berputar akan menggerakan pulley turbin dan selanjutnya akan menggerakkan pulley generator dan memutar generator. Generator yang berputar akan menyebabkan terjadinya perbedaan medan magnet sehingga menghasilkan listrik. Arus listrik akan disalurkan menuju PHB (Panel Hubung Bagi). Dari PHB arus akan dialirkan menuju beban. Beban akan bekerja jika tegangan yang dihasilkan mencukupi.

Pompa Air

Nosel Turbin Generator

PHB

Konsumen (Lampu) Bak Penampungan

(54)

3.3.3.2 Pengambilan Data

Pada penelitian ini, turbin yang akan dibuat dirancang untuk memanfaatkan tenaga air yang memiliki head 4,5 meter dan debit 8 l/det. Sudu dibuat dari pipa hitam berdiameter 1,75 inci, yang dibelah dengan sudut 74o dan jumlah sudu 20 buah.

Pada saat pengambilan data, dilakukan variasi tinggi nosel 9 mm dengan debit 8,2 l/det pada bukaan penuh, 7,9 l/det pada bukaan tengah, 7 l/det pada bukaan kecil. Tinggi nosel 14 mm dengan debit 10,7 l/det pada bukaan penuh, 9,5 l/det pada bukaan tengah, 8,6 l/det pada bukaan kecil, dan tinggi nosel 19 mm dengan debit 12 l/det pada bukaan penuh, 11,3 l/det pada bukaan tengah, 9,6 l/det pada bukaan kecil. Untuk variasi beban generatornya adalah 10 W, 20 W, 30 W, 40 W, 50 W, 60 W, dst. Langkah-langkah pengambilan data yang harus dilakukan :

1. Pemasangan kabel-kabel yang menghubungkan generator, beban, dan multimeter diatur kemudian disiapkan rangkaian lampu 10, 20, 30, 40, 50, 60 watt, dst. untuk beban generator.

2. Runner busur sudu 74o dipasang pada rumah turbin. 3. Bak penampungan diisi dengan air.

4. Pompa air dihidupkan. Kran menuju pembuangan pada bukaan penuh dibuka, kemudian air dialirkan menuju saluran masuk pompa kedua sebagai pancingan agar pompa kedua dapat bekerja.

5. Kran menujuroda jalan dibuka dan kran menuju pembuangan ditutup.

(55)

39

7. Dipasang beban 10 watt.

8. Putaran turbin diukur dengan menggunakan tachometer kemudian hasilnya dicatat.

9. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan generator diukur kemudian hasilnya dicatat.

10. Langkah 9 sampai dengan 10 diulangi untuk beban 20, 30, 40, 50, 60 watt, dst sampai tegangan tidak mampu menghidupkan beban.

11. Kran buangan diatur /diganti menjadi bukaan tengah dan bukaan kecil. 12. Langkah 7 s/d 12 diulangi untuk variasi ketinggian nosel 14 mm dan 19 mm. 13. Pompa dimatikan.

3.4 ANALISA DAN PENGOLAHAN DATA

Setelah pengambilan data dilakukan, maka dilakukan pengolahan data sebagai berikut :

1. Dihitung potensi daya air untuk tiap variasi debit dan ketinggian nosel.

2. Dihitung daya yang dihasilkan generator untuk tiap variasi beban generator, tinggi bukaan nosel dan debit.

3. Dihitung efisiensi total untuk tiap variasi beban generator, tinggi bukaan nosel dan debit.

(56)

40

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 HASIL PENELITIAN

Pengujian dilakukan dengan menggunakan turbin aliran silang dengan busur sudu 74o dan jumlah sudu 20 yang dibuat dari pipa dibelah, roda jalan yang digunakan ini adalah roda jalan yang dibuat oleh peneliti. Data yang diperoleh dari sarana penelitian adalah dengan variasi tinggi bukaan nosel, debit, dan variasi beban.

4.1.1 DATA HASIL PENELITIAN

Data yang diperoleh dari penelitian dengan variasi debit dan bukaan nosel adalah sebagai berikut:

Tabel 4.1 Data penelitian dengan tinggi nosel 9 mm dan debit 8,2 l/det. Tekanan : 7,5 Psi

No. Beban Tegangan Arus Putaran Poros

(Watt) (Volt) (Ampere) (rpm)

1 10 180 0.11 837.6

2 20 165 0.18 826.7

3 30 155 0.23 823.4

4 40 155 0.29 822.2

5 50 145 0.32 819.8

6 60 140 0.33 818.3

(57)

41

Tabel 4.2 Data penelitian dengan tinggi nosel 14 mm dan debit 10,7 l/det. Tekanan : 3,5 Psi

1. 10 170 0.13 829.9

2. 20 160 0.16 821.1

3. 30 155 0.19 818.5

4. 40 150 0.21 817.2

5. 50 140 0.26 815.8

6. 60 140 0.31 814.6

7. 70 130 0.38 814.0

Untuk tinggi nosel 19 mm dan debit 12 l/det tidak diperoleh data.

Tabel 4.3 Data penelitian dengan tinggi nosel 9 mm dan debit 7,9 l/det. Tekanan : 6 Psi

1. 10 160 0.07 809.9

2. 20 150 0.13 803.1

3. 30 140 0.25 801.4

4. 40 140 0.27 799.9

5. 50 130 0.3 798.5

Tabel 4.4 Data penelitian dengan tinggi nosel 14 mm dan debit 9,5 l/det. Tekanan : 3 Psi

1. 10 155 0.13 802.5

2. 20 145 0.16 796.8

3. 30 135 0.27 795.7

4. 40 135 0.32 794.7

Untuk tinggi nosel 19 mm dan debit 12 l/det tidak diperoleh data.

(58)

4.2 PERHITUNGAN DATA PENELITIAN

Berdasarkan data hasil penelitian, kemudian dilakukan perhitungan daya yang tersedia, daya yang dihasilkan dan efisiensi total turbin sebagai berikut:

Perhitungan untuk debit 8,2 l/det dan tinggi nosel 9 mm, contoh untuk beban 10 Watt.

Daya yang dihitung ada dua macam :

• Daya yang tersedia (Pin)

Tekanan pompa = 7,5 Psi

= 5,273025 m H2O

Head (H) = 5,27 m

Debit (Q) = 8,2 l/det = 0,0082 m3/s

Daya tersedia (Pin) = ρ x g x Q x H

= 1000 x 9,81 x 0,0082 x 5,27 = 424,17 Watt

Kecepatan spesifik (nq)

nq = ₀_,₇₅ .

H V n

=

(

)

0,75

27 , 5 0082 , 0 6 , 837 ×

(59)

43

• Daya yang dihasilkan turbin (Pout)

Arus pengukuran (I) = 0,11 A Tegangan terukur (V) = 180 Volt Daya (Pout) = V x I

= 180 x 0,11 = 19,80 Watt

• Perhitungan effisiensi total

Effisiensi total (η) = ×100% in

out P P

= 100%

17 , 424 80 , 19 _× = 4,67%

Hasil perhitungan untuk beban yang lain dapat dilihat pada tebel berikut : Tabel 4.5 Perhitungan data dengan tinggi nosel 9 mm dan debit 8,2 l/det.

Head 5,27 m

No Beban Daya (Pin) Daya (Pout) Efisiensi Total Kecepatan Spesifik

(Watt) (Watt) (Watt) (%) (rpm)

1. 10 424.17 19.80 4.67 21.80

2. 20 424.17 29.70 7.00 21.51

3. 30 424.17 35.65 8.40 21.43

4. 40 424.17 44.95 10.60 21.40

5. 50 424.17 46.40 10.94 21.33

6. 60 424.17 46.20 10.89 21.29

7. 70 424.17 45.50 10.73 21.26

(60)

Tabel 4.6 Perhitungan data dengan tinggi nosel 14 mm dan debit 10,7 l/det. Head 2,46 m

1. 10 258.30 22.10 8.56 43.69

2. 20 258.30 25.60 9.91 43.23

3. 30 258.30 29.45 11.40 43.09

4. 40 258.30 31.50 12.20 43.02

5. 50 258.30 36.40 14.09 42.95

6. 60 258.30 43.40 16.80 42.89

7. 70 258.30 49.40 19.13 42.86

Pada tinggi bukaan nosel 19 mm dengan debit 12 l/det tidak didapatkan data sehingga tidak dapat dilakukan perhitungan.

1. 10 326.92 11.20 3.43 24.46

2. 20 326.92 19.50 5.96 24.25

3. 30 326.92 35.00 10.71 24.20

4. 40 326.92 37.80 11.56 24.15

5. 50 326.92 39.00 11.93 24.11

1. 10 196.57 20.15 10.25 44.69

2. 20 196.57 23.20 11.80 44.37

3. 30 196.57 36.45 18.54 44.31

4. 40 196.57 43.20 21.98 44.26

(61)

45

Pada bukaan kran terkecil dengan variasi tinggi bukan nosel berapapun tidak didapatkan data sehingga tidak dapat dilakukan perhitungan.

4.3 PEMBAHASAN

4.3.1 Pembahasan Daya Hasil Penelitian

Gambar 4.1 Grafik Daya Alternator vs Putaran Poros Generator dengan tinggi nosel 9 mm variasi debit dan beban generator.

(62)

Dari data hasil penelitian dengan menggunakan variasi tinggi bukaan nosel 9 mm dapat menghasilkan daya maksimal sebesar 46,4 watt pada variasi debit 8,2 l/det. Dan untuk variasi tinggi bukaan nosel 14 mm, daya maksimal yang dihasilkan adalah 49,40 watt pada debit 9,5 l/det. Untuk variasi bukaan kran yang sama daya terbesar selalu dihasilkan pada variasi tinggi nosel 14 mm. Jika kita lihat pada tabel hasil perhitungan sebenarnya daya yang tersedia lebih besar pada variasi tinggi nosel 9 mm namun untuk daya output yang dihasilkan lebih besar pada variasi tinggi nosel 14 mm. Dengan demikian disimpulkan bahwa turbin penelitian mampu menghasilkan kinerja yang lebih baik pada variasi tinggi nosel 14 mm.

Untuk beberapa variasi tidak dapat diperoleh data, hal ini disebabkan karena tegangan yang dihasilkan tidak cukup kuat untuk memfungsikan relay pada PHB, sehingga ketika dilakukan penambahan beban dengan menggunakan lampu, PHB tidak dapat bekerja dan pengambilan data tidak dapat dilakukan.

(63)

47

Rendahnya daya output yang dihasilkan turbin dipengaruhi oleh beberapa faktor, yang pertama karena debit air yang digunakan saat penelitian tidak masuk dalam daerah penggunaan turbin aliran silang yang baik. Turbin akan bekerja dengan baik apabila debit air yang digunakan sebesar 0,02 m3/detik sampai dengan 7 m3/detik (Dietzel, 1996 hal 38), pada penelitian debit yang digunakan sebesar 0,012 m3/detik belum memenuhi persyaratan debit yang baik sehingga turbin belum dapat menghasilkan kinerja yang baik akibatnya daya yang dihasilkan relatif rendah.

Selain itu faktor lain yang memperngaruhi adalah rendahnya putaran generator. Pada spesifikasinya, putaran kerja generator berada pada nilai 1390 rpm, sedangkan pada saat penelitian generator hanya bekerja pada putaran 750 – 850 rpm. Terdapat selisih yang cukup banyak dengan putaran kerja yang sebenarnya, hal ini meyebabkan daya keluaran yang terukur dari generator menjadi rendah.

4.3.2 Pembahasan Efisiensi Total Hasil Penelitian

(64)

Gambar 4.4 Grafik Efisiensi Total vs Putaran Poros Generator dengan tinggi nosel 14 mm variasi debit

Untuk variasi tinggi bukaan nosel 9 mm dengan variasi debit 8,2 l/det, 7,9 l/det (Gambar 4.9), menghasilkan efisiensi total maksimal sebesar 11,93 %. Efisiensi tersebut didapat pada variasi debit 7,9 l/det. Sedangkan untuk variasi tinggi bukaan nosel 14 mm dengan variasi debit 10,7 l/det, 9,5 l/det (Gambar 4.10), menghasilkan efisiensi total maksimal sebesar 21,98 %. Efisiensi total tersebut didapat pada variasi debit 9,5 l/det. Efisiensi merupakan perbandingan antara daya output dengan daya yang tersedia, pada variasi tinggi nosel 14 mm daya yang dihasilkan selalu lebih tinggi sedangkan daya yang tersedia lebih rendah sehingga mampu menghsailkan efisiensi yang lebih timggi.

(65)

49

Berdasarkan grafik Mockmore dapat kita ketahui bahwa, semakin besar putaran maka efisiensi yang dihasilkan akan semakin besar hingga mencapai titik tertentu dimana tercapai efisiensi maksimum kemudian akan turun kembali walaupun putaran terus bertambah. Pada penelitian dapat dilihat bahwa semakin tinggi putaran efisiensi yang dihasilkan semakin menurun, sehingga grafik yang dihasilkan cenderung menurun. Belum dapat dilihat adanya kenaikan dan penurunan grafik seperti pada grafik Mockmore.

Secara umum dapat kita lihat bahwa dari hasil penelitian turbin yang dibuat oleh peneliti hanya mampu menghasilkan daya yang relatif kecil apabila dibandingkan dengan kebutuhan daya listrik yang dibutuhkan masyarakat pada umumnya, hal ini terkait dengan efisiensi turbin yang relatif kecil jika dibandingkan dengan efisiensi maksimal teoritis sebesar 87 %. Rendahnya efektivitas turbin dipengaruhi oleh berbagai faktor, antara lain :

1. Keterbatasan alat dan kondisi penelitian sehingga tidak dapat diperoleh kondisi optimal yang dapat mengasilkan kinerja maksimal pada turbin.

2. Ketidakakuratan pengukuran pada saat penelitian. Hal ini juga terkait dengan ketersediaan alat ukur misalnya pengukuran debit tidak menggunakan flowmeter sehingga debit terukur kurang akurat.

3. Proses pembuatan roda jalankurang presisi sehingga tidak diperoleh geometri runner yang benar-benar tepat.

(66)

(67)

51

BAB V

PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Turbin aliran silang dengan busur sudu 74o dan jumlah sudu 20 buah, menghasilkan daya paling tinggi sebesar 49,40 watt. Daya paling besar terjadi pada saat debit sebesar 10,7 l/det dan bukaan tinggi nosel 14 mm.

(68)

5.2 SARAN

Beberapa saran yang penting untuk penelitian pada bidang sejenis dengan penelitian ini atau yang ingin mengembangkan penelitian ini:

1. Dalam membuat roda jalan hendaknya dibuat dengan tingkat kerapian dan presisi semaksimal mungkin agar roda jalan dapat bekerja secara maksimal. Bila dimungkinkan pengerjaan dapat dilakukan menggunakan CNC agar diperoleh geometri sesuai perancangan.

2. Konstruksi alat uji turbin sebaiknya dibuat efektif, yaitu dengan cara dikurangi belokan pipa saluran agar tidak terjadi rugi-rugi yang besar.

3. Selisih antar variasi beban diperkecil menjadi 5 watt agar diperoleh variasi data lebih banyak.

4. Untuk pengukuran debit sebaiknya dipergunakan flowmeter agar hasil pengukuran lebih akurat.

5. Penggunaan alat ukur seperti tachometer, tang ampere, voltmeter, dll sebaiknya dikalibrasi terlebih dahulu agar diperoleh hasil pengukuran yang lebih akurat.

(69)

53

DAFTAR PUSTAKA

Dietzel, Fritz , 1996, Turbin Pompa dan Kompresor, cetakan ke-5, Penerbit Erlangga, Jakarta

Joshi, C. B., Seshadri, V., Singh, S. N., Parametric Study on Performance of Cross-Flow , Journal of Energy Engineering, Vol. 121, No. 1, April 1995, pp. 28-45 Khosrowpanah, S, Fiuzat, A. A., Albertson, M., L., Experimental Study of

Cross-Flow Turbine, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 114, No. 3, March 1988, pp. 299-314

Mockmore, CA., 1949, The Banki Water Turbine, Oregon State College.

Olgun , H, 2000, Effect of interior guide tubes in cross-flow turbine runner on

turbine performance, International Journal of Energy Research, Volume 24 Issue 11 , September 2000, Pages 935 – 964

Olgun, H , 1998, Investigation of the performance of a cross-flow turbine,

International Journal of Energy Research, Volume 22 Issue 11 , Pages 935 – 964

(70)

(71)

Lampiran 1

Data Penelitian Turbin dengan Busur Sudu 74

o

dan Sudu 20 buah

1. Tinggi bukaan nosel9 mm dengan variasi debit 8,2 l/det, 7,9 l/det.

a. Debit 8,2 l/det tekanan 7,5 psi

NO BEBAN TEGANGAN ARUS PUTARAN ( watt ) ( Volt ) ( Ampere ) ( rpm )

1 10 180 0.11 837.6

2 20 165 0.18 826.7

3 30 155 0.23 823.4

4 40 155 0.29 822.2

5 50 145 0.32 819.8

6 60 140 0.33 818.3

7 70 130 0.35 817.1

b. Debit 7,9 l/det tekanan 6 psi

1 10

160 0.07 809.9

2 20

150 0.13 803.1

3 30

140 0.25 801.4

4 40

140 0.27 799.9

(72)

Lampiran 2

2. Tinggi bukaan nosel14 mm dengan variasi debit 10,7 l/det, 9,5 l/det. a. Debit 10,7 l/det tekanan 3,5 psi

1 10

170 0.13 829.9

2 20

160 0.16 821.1

3 30

155 0.19 818.5

4 40

150 0.21 817.2

5 50

140 0.26 815.8

6 60

140 0.31 814.6

7 70

130 0.38 814

b. Debit 9,5 l/det tekanan 3 psi

1 10

155 0.13 802.5

2 20

145 0.16 796.8

3 30

135 0.27 795.7

(73)

Lampiran 3

(74)

Lampiran 4

(75)

Lampiran 5

(76)

(77)

(78)

(79)