i
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
MENGGUNAKAN TURBIN PELTON
DENGAN JUMLAH SUDU 16 DAN 18
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Oleh :
Yohanes Eka Arif Widayaka NIM : 065214041
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
MYCROHYDRO POWER PLANT
USING PELTON TURBINE
WITH NUMBER OF BUCKET 16 AND 18
FINAL PAPER
Presented as Fulfillment of the Requirements For the Degree of Sarjana Teknik Mechanical Engineering Study Programme
By :
Yohanes Eka Arif Widayaka Student Number : 065214041
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii
INTISARI
Turbin pelton banyak digunakan untuk pembangkit listrik skala mikro.
Pembuatan sudu turbin dari bahan logam sulit dilakukan oleh masyarakat.
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari unjuk kerja turbin pelton.
Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin pelton. Sudu turbin dibuat
dari bahan resin dengan panjang sudu 62,3 mm, lebar 55,8 mm dan tinggi 19,7
mm. Diameter runner adalah 164 mm dan dengan menggunakan sudu 16 dan 18
buah. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit dan jumlah sudu.
Diameter nosel divariasikan menjadi ¾”, dan ½”. Untuk menghasilkan listrik,
turbin dihubungkan dengan generator. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin
dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan generator.
generator diberi variasi pembebanan dari 5 Watt, 10 Watt, 15 Watt, 21 Watt, 26
Watt sampai mencapai beban maksimal sebesar 260 Watt. Pada setiap
pembebanan, putaran turbin diukur dengan tachometer.
Daya tertinggi diperoleh pada jumlah sudu 18 buah dengan diameter nosel
½” yaitu sebesar 76,15 Watt. Efisiensi yang dihasilkan sebesar 25,55 %.
Penambahan jumlah sudu meningkatkan daya serta efisiensi.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala berkat dan bimbingan-Nya dalam penyusunan skripsi berjudul
“PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO MENGGUNAKAN
TURBIN PELTON DENGAN JUMLAH SUDU 16 DAN 18”.
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai wujud harapan dan
cita-cita penulis untuk selalu belajar tanpa batas.
Penyusunan skripsi ini tidak mungkin dapat terlaksana dengan
baik tanpa adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak yang terkait. Pada
kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan
terima kasih kepada :
1. Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma, dan Dosen Pembimbing Tugas
Akhir.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
3. Ir. YB. Lukiyanto, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama
ix
5. Kepala Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas
Sanata Dharma yang telah memberikan ijin dan fasilitas yang
dipergunakan.
6. Kepala Laboratorium Teknologi Mekanik Jurusan Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin dan fasilitas yang
dipergunakan.
7. Segenap karyawan Sekretariat Sains dan Teknologi Universitas Sanata
Dharma dan semua karyawan dan staff Universitas Sanata Dharma.
8. Ayahku Emanuel Purwatma, untuk doa, dukungan dan segalanya yang
telah diberikan sehingga dapat terselesaikannya tugas akhir ini.
9. Ibuku Christina Dwi Mulatsih, untuk dukungan, kasih sayang dan doanya.
10. Adikku Cecilia Heru Purwitaningsih, untuk segala dukungan yang
diberikan selama ini.
11. Marcellianus Prayudi Kurniawan dan Advendo Wibowo Sitompul, teman
seperjuangan dalam Tugas Akhir, terimakasih atas bantuan dan
kerjasamanya.
12. Teman – teman mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata
Dharma yang tidak bisa saya sebutkan satu per satu.
13. Seluruh pihak yang telah ambil bagian dalam proses penulisan tugas akhir
ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh
x
karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca
untuk menyempurnakan laporan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat berguna
bagi pembaca semua.
xi
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... vi
INTISRI ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang Masalah ... 1
1.2Rumusan Masalah... 3
1.3Tujuan dan Manfaat ... 3
xii
1.3.2 Manfaat ... 4
BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka... 5
2.2 Definisi Turbin Air ... 6
2.3 Jenis – Jenis Turbin Air ... 7
2.4 Turbin Pelton ... 11
2.4.1 Cara Kerja Turbin Pelton ... 11
2.4.2 Bagian Utama Turbin Pelton ... 13
1. Runner ... 13
2.4.3 Ukuran – Ukuran Utama Turbin Pelton ... 17
2.4.4 Perancangan Turbin Pelton ... 18
a. Perhitungan Daya yang Tersedia ... 18
b. Bagan Kecepatan Turbin Pelton ... 19
c. Nosel ... 19
d. Dimensi Turbin ... 20
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Perancangan Alat ... 25
xiii
3.3 Pembuatan Turbin... 31
3.3.1 Pembuatan Turbin... 31
a. Pembuatan Bucket Turbin ... 31
b. Pembuatan Disc Turbin ... 33
c. Pembuatan Poros... 34
d. Pembuatan Nosel ... 34
e. Pembuatan Rumah Turbin ... 35
3.4 Penelitian Alat ... 36
3.4.1 Alat yang Digunakan ... 36
3.4.2 Cara Kerja Alat ... 36
3.4.3 Variabel yang diukur ... 37
3.4.4 Variabel yang Divariasi ... 37
3.4.5 Pengambilan Data ... 38
3.4.6 Pengolahan Data dan Analisa Data ... 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian ... 40
4.1.1 Data Hasil Pengukuran Debit pada Diameter Nosel ¾” dan ½” .. 40
4.1.2 Data Pengujian Turbin Sudu 18 Diameter Nosel ¾” ... 40
4.1.3 Data Pengujian Turbin Sudu 18 Diameter Nosel ½” ... 41
4.1.4 Data Pengujian Turbin Sudu 16 Diameter Nosel ¾” ... 42
xiv
4.2 Perhitungan ... 44
4.2.1 Perhitungan Daya dan Efisiensi pada Sudu 18 Diameter Nosel ¾” ... 45
4.2.2 Perhitungan Daya dan Efisiensi pada Sudu 18 Diameter Nosel ½” ... 45
4.2.3 Perhitungan Daya dan Efisiensi pada Sudu 16 Diameter Nosel ¾” ... 47
4.2.4 Perhitungan Daya dan Efisiensi pada Sudu 16 Diameter Nosel ½” ... 48
4.3 Pembahasan ... 50
4.3.1 Daya dan Efisiensi pada Sudu 18 ... 50
4.3.2 Daya dan Efisiensi pada Sudu 16 ... 51
4.3.3 Daya dan Efisiensi pada Sudu 18 dan 16 Diameter Nosel ¾” ... 53
4.3.4 Daya dan Efisiensi pada Sudu 18 dan 16 Diameter Nosel ½” ... 54
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 58
5.2 Saran ... 59
DAFTAR PUSTAKA ... 60
xv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Pemilihan Generator Berdasarkan Tinggi Jatuh Ideal ... 5
Tabel 2.2 Faktor – Faktor Koreksi Daya yang akan ditransmisikan ... 23
Tabel 3.1 Tabel Kecepatan Spesifik... 28
Tabel 4.1 Data Pengukuran Debit pada Diameter Nosel ¾” dan ½” ... 40
Tabel 4.2 Data Pengujian Jumlah Sudu 18 Diameter Nosel ¾” ... 40
Tabel 4.3 Data Pengujian Jumlah Sudu 18 Diameter Nosel ½” ... 41
Tabel 4.4 Data Pengujian Jumlah Sudu 16 Diameter Nosel ¾” ... 42
Tabel 4.5 Data Pengujian Jumlah Sudu 16 Diameter Nosel ½” ... 43
Tabel 4.6 Daya dan Efisiensi pada Sudu 18 Diameter Nosel ¾” ... 45
Tabel 4.7 Daya dan Efisiensi pada Sudu 18 Diameter Nosel ½” ... 46
Tabel 4.8 Daya dan Efisiensi pada Sudu 16 Diameter Nosel ¾” ... 48
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Turbin Francis ... 9
Gambar 2.2 Turbin Kaplan ... 10
Gambar 2.3 Turbin Pelton ... 11
Gambar 2.4 Runner ... 13
Gambar 2.5 Nosel... 15
Gambar 2.6 Bagan Kecepatan Turbin Pelton ... 19
Gambar 2.7 Harga Standar Untuk Perencanaan Turbin ... 21
Gambar 2.8 Desain Bucket ... 21
Gambar 3.1 Sudu ... 32
Gambar 3.2 Piringan ... 33
Gambar 3.3 Runner ... 33
Gambar 3.4 Poros ... 34
Gambar 3.5 Nosel... 34
Gambar 3.6 Rumah Turbin ... 35
xvii
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Daya dengan Putaran Sudu 18 ... 50
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran Sudu 18 ... 50
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Daya dengan Putaran Sudu 16 ... 51
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran Sudu 16 ... 52
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Daya pada Sudu 18 dan 16 Diameter Nosel ¾” ... 53
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Efisiensi pada Sudu 18 dan 16 Diameter Nosel ¾” ... 53
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Daya pada Sudu 18 dan 16 Diameter Nosel ½” ... 54
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Dewasa ini perkembangan energi sangat pesat, terutama di negara
maju dan berkembang. Dapat kita ketahui bahwa energi sangatlah fital
kebutuhannya bagi kelangsungan ekonomi sosial dan kemakmuran di negara
tersebut. Energi listrik adalah energi yang digunakan manusia dan tidak
banyak menimbulkan polusi serta dapat dikonversikan ke dalam bentuk
energi yang lainnya. Listrik merupakan kebutuhan manusia, listrik yang
digunakan saat ini berasal dari Pembangkit Listrik Tenaga Uap ( PLTU ) dan
Pembangkit Listrik Tenaga Diesel ( PLTD ) yang bahan bakarnya berasal
dari bahan bakar fosil seperti batu bara dan minyak bumi. Permasalahan yang
dihadapi saat ini adalah menipisnya ketersediaan sumber energi yang tidak
dapat diperbaharui, seperti bahan bakar fosil yaitu batu bara dan minyak
bumi, serta polusi yang dihasilkan oleh pembakaran batu bara dan minyak
bumi tersebut. Karena dapat merusak lapisan ozon dan mengakibatkan
pemanasan global. Untuk mengatasi hal itu alangkah lebih baik jika
digunakan dan dikembangkan sumber energi yang dapat diperbaharui.
Penelitian – penelitian tentang pemanfaatan energi alternatif sangat
berguna bagi perkembangan teknologi saat ini yang mengutamakan
energi yang berasal dari batu bara dan minyak bumi. Di Indonesia kekayaan
akan sumber energi tersebut begitu banyak, seperti energi air, namun
seberapa jauh energi yang tersimpan itu sudah diolah, masih jauh dari target
yang diharapkan. Air merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak
terbatas jumlahnya. Air juga mempunyai potensi yang sangat besar dan dapat
digunakan sebagai sumber energi yang bersih karena tidak menghasilkan
polutan. Pemilihan energi air ini karena di Indonesia masih memiliki potensi
yang sangat besar mencapai 230,913 KW, yang tersebar diseluruh
pulau-pulau di Indonesia. Pemanfaatan energi air sebagai sumber listrik sangat
bermanfaat, terutama bagi daerah yang belum terjangkau aliran listrik tetapi
memiliki sumber air yang besar. Hal ini sangat cocok dikembangkan
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro ( PLTMH ).
Pembangkit listrik tenaga air menggunakan turbin sebagai alat untuk
mengkonversi potensi energi air menjadi energi mekanik untuk memutar
generator yang nantinya akan menghasilkan listrik. PLTMH yaitu
pembangkit listrik tenaga air dengan skala yang kecil, dimana daya yang
dibutuhkan tidak besar ( 10 - 150 kW ) maka turbin pelton cocok digunakan
untuk PLTMH ini. Sudu turbin pelton biasanya dibuat dari bahan alumunium
atau stainless steel. Bagi masyarakat kebanyakan pembuatan sudu tersebut
tentunya tidaklah mudah dan memakan banyak biaya. Oleh karena itu sudu
turbin dapat dibuat dari bahan resin, sehingga pembuatannya menjadi lebih
mudah dan tidak memakan banyak biaya. Masyarakat akan dapat membuat
sekarang ini pemanfaatan bahan resin sebagai bahan pembuat sudu turbin
pelton tidak banyak dilakukan sehingga informasi tentang unjuk kerjanya
kurang diketahui.
Sudu turbin pelton dibuat berbentuk dua buah mangkok sehingga
pancaran air dari nosel terbagi oleh sudu menjadi dua bagian dan
meninggalkan sudu dengan cara dibelokkan melalui sudut yang hampir 180o.
Reaksi impuls menghasilkan suatu momen puntir pada poros sudu yang
menyebabkan runner berputar dan terus berputar selama ada pancaran yang
menerjang sudu. Untuk pembangkit listrik dengan daya yang kecil, ukuran
runner dapat disesuaikan dengan debit dan tinggi jatuh air.
1.2RUMUSAN MASALAH
Pada penelitian ini sudu turbin dibuat dari resin. Turbin tersebut
akan diteliti bagaimana daya dan efisiensi yang dihasilkan jika divariasikan
jumlah sudu dan diameter nosel.
1.3TUJUAN DAN MANFAAT
1.3.1 Tujuan
a. Melakukan percobaan pembuatan turbin pelton dengan sudu
yang terbuat dari bahan resin.
b. Mengetahui daya dan efisiensi dari turbin pelton.
c. Membandingkan daya serta efisiensi turbin terbaik dari variasi
1.3.2 Manfaat
a. Dapat diterapkan pada daerah yang memiliki potensi air
sebagai pembangkit listrik.
b. Menambah kepustakaan tentang pembangkit listrik tenaga
mikrohidro.
c. Menambah pengetahuan masyarakat, khususnya tentang
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1. TINJAUAN PUSTAKA
Unjuk kerja turbin pelton dipengaruhi oleh banyak parameter
antara lain adalah tinggi air jatuh, kapasitas, kecepatan spesifik,
kecepatan putar roda, jumlah nosel, diameter runner, diameter pancar
air, kecepatan air keluar, kecepatan tangensial.
Penelitian Turbin pelton jenis pico power pack (Phillip
Maher,Version 2.0,May 2001), turbin ini bekerja pada head minimal 20
meter. Penelitian menggunakan head 70 meter dan debit 15 liter/detik.
Penelitian ini membedakan tiga buah variasi ukuran diameter runner,
untuk 3 jenis generator, lebih jelas dapat dilihat pada table 2.1.
Tabel 2.1. Pemilihan generator berdasarkan tinggi jatuh ideal
Penelitian terhadap bucket pelton (John S. 2006). Penelitian ini
mengunakan diameter runner 400 mm, diameter nosel 31 mm, kecepatan
putaran 1150 rpm, debit 270.6 m3/h, daya 83 kW, dengan jumlah bucket
adalah 22 buah, dan jumlah nosel 2 buah. Dari penelitian ini didapat
efisiensi bucket tergantung pada pancaran air dan momentum sudut air
2.2. DEFINISI TURBIN AIR
Kata "turbine" ditemukan oleh seorang insinyur Perancis yang
bernama Claude Bourdin pada awal abad 19, yang diambil dari
terjemahan bahasa Latin dari kata "whirling" (putaran) atau "vortex"
(pusaran air). Turbin air adalah suatu turbin dengan menggunakan air
sebagai fluida yang dapat mengubah energi potensial dan kinetik dari air
menjadi energi mekanik. Turbin air merupakan perkembangan dari
kincir air yang telah dipergunakan orang sejak beberapa abad yang lalu.
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. Penggunaan turbin air yang umum adalah sebagai mesin
penggerak untuk pembangkit tenaga listrik, apabila dibanding dengan
penggunaan beberapa jenis mesin pembangkit yang lain, maka turbin air
mempunyai keuntungan sebagai berikut :
- Konstruksinya relatif sederhana, perawatannya mudah dan
murah.
- Waktu operasinya relatif lama, biaya operasi relatif murah
sehingga menguntungkan untuk pemakaian yang lama.
- Tidak mengakibatkan pencemaran udara dan air.
Kaidah energi menyatakan bahwa suatu bentuk energi akan
dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain. Air yang mengalir
Pusat – pusat tenaga air dibangun di sungai – sungai dan di pegunungan
– pegunungan. Pusat tenaga air tersebut dapat dibedakan dalam 2
golongan, yaitu pusat tenaga air tekanan tinggi dan pusat tenaga air
tekanan rendah. Untuk memanfaatkan potensi air tekanan tinggi perlu
dibangun reservoir di daerah yang tinggi. Dengan menggunakan pipa, air
tersebut dialirkan ke rumah pusat tenaga atau rumah turbin. Rumah
turbin dibangun di bagian bawah reservoir, dan di dalam rumah turbin
tersebut terpasang satu atau dua buah nosel dan turbin. Lewat nosel air
akan menyemprot keluar dan menghantam sudu dan akhirnya turbin
berputar. Putaran dari turbin akan diteruskan untuk memutar generator
yang menghasilkan listrik.
2.3. JENIS – JENIS TURBIN AIR
Turbin air mempunyai variasi yang cukup banyak jika
dibandingkan dengan berbagai jenis mesin pembangkit yang lain.
a. Turbin Reaksi
Pada turbin reaksi konstruksi dibuat sedemikian rupa sehingga
rotor bekerja karena aliran dari tinggi terjun yang menghasilkan
tekanan. Pada turbin jenis ini alir mengalir melalui sudu – sudu
rotor yang bergerak dengan tekanan lebih tinggi dari pada
tekanan atmosfir, dan keluar dari rotor melalui pipa buang. Air
mempunyai tekanan sedikit lebih tinggi dari tekanan atmosfir.
- Turbin Francis
Turbin Francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih.
Pada waktu air masuk ke roda jalan, sebagian dari energi tinggi
jatuh yang telah bekerja di dalam sudu pengarah diubah sebagai
kecepatan arus masuk. Sisa energi tinggi jatuh dimanfaatkan
atau bekerja di dalam sudu jalan. Dengan adanya pipa isap
memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja di sudu jalan dengan
semaksimum mungkin. Pada sisi sebelah luar roda jalan
terdapat tekanan kerendahan ( kurang dari 1 atm ) dan
kecepatan aliran air yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan
aliran akan berkurang dan tekanannya akan kembali naik,
sehingga air bisa dialirkan keluar lewat saluran air bawah
dengan tekanan seperti keadaan sekitarnya. Pipa isap pada
turbin ini mempunyai tugas yang mirip dengan sudu hantar
yang terdapat pada pompa sentrifugal, yaitu sama – sama
mengubah energi kecepatan menjadi energi tekanan.
Turbin yang dikelilingi dengan sudu pengarah semuanya
terbenam di dalam air. Air yang masuk ke dalam turbin bisa
dialirkan melalui pengisian air dari atas atau melalui suatu
rumah yang berbentuk spiral ( rumah keong ). Roda jalan
semuanya selalu bekerja. Daya yang dihasilkan turbin bisa
diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah.
turbin bisa diperbesar atau diperkecil. Turbin Francis
dioperasikan dengan posisi poros vertikal dan horisontal.
Gambar 2.1. Turbin Francis
(Sumber :
- Turbin Kaplan
Turbin Kaplan adalah turbin tekanan yang spesial. Pada saluran
sudu jalan belokannya hanya sedikit. Pada waktu bekerja sudu
jalan turbin bisa diatur posisinya, disesuaikan dengan
perubahan tinggi air jatuh. Turbin ini cocok untuk pusat tenaga
air yang dibangun di sungai. Daya yang dihasilkan turbin bisa
lebih dari 100000 kW. Karena sudu pengarah dan sudu jalan
bisa diatur maka turbin Kaplan pada perubahan tinggi jatuh dan
kapasitas air yang besar randemennya juga tinggi. Turbin
Kaplan mempunyai keuntungan harga yang lebih murah bila
buah turbin dan secara sendiri – sendiri masing – masing mesin
dioperasikan untuk kapasitas air yang konstan.
Gambar 2.2 Turbin Kaplan
(Sumber :
b. Turbin Impuls
Pada turbin impuls konstruksi mesin dibuat sedemikian rupa
sehingga rotor bekerja karena aliran, disini beda tinggi diubah
menjadi kecepatan, pada turbin jenis ini tekanan air pada waktu
masuk dan keluar rotor adalah sama dengan tekanan atmosfir.
2.4. TURBIN PELTON
Turbin Pelton merupakan turbin impuls, karena putaran runner
turbin pelton terjadi akibat pembelokan pancaran air pada mangkok ganda
runner. Oleh karena itu turbin pelton disebut juga turbin pancaran bebas.
Aliran air yang keluar dari nosel tekanannya sama dengan tekanan
atmosfir di sekitarnya. Energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk
sudu jalan turbin diubah menjadi energi kecepatan.
Gambar 2.3 Turbin Pelton
(Sumber :
2.4.1. Cara Kerja Turbin Pelton
Turbin pelton merupakan suatu alat yang merubah energi kinetik
dan energi potensial dari air menjadi energi gerak rotasi pada poros turbin
( energi mekanis ). Turbin pelton dipakai untuk tinggi air jatuh yang
besar. Aliran air dalam pipa akan keluar dengan kecepatan tinggi. Tinggi
air jatuh ( H ) dihitung dari permukaan air di atas sampai ke tengah –
Bentuk sudu turbin terdiri dari 2 bagian yang simetris.
Dimaksudkan supaya bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan
membebaskan sudu dari gaya – gaya samping. Tidak semua sudu
menerima pancaran air, hanya sebagian saja secara bergantian tergantung
posisi sudu tersebut. Jumlah nosel pada turbin pelton tergantung pada
kapasitas air. Air yang keluar melalui nosel dirubah menjadi energi
kinetik, dan pancaran air yang tinggi akan diterima sudu. Maka energi
akan dipindah dari air ke bucket sehingga runner berputar.
Untuk turbin pelton dengan daya yang kecil bisa diatur dengan
hanya menggeserkan kedudukan jarum sudu. Tekanan statis dari tinggi
air jatuh menghasilkan tekanan dinamis yang bekerja dialiran air berupa
energi kecepatan. Bila aliran air ini dihentikan secara tiba – tiba maka
energi kecepatan ini berubah menjadi energi tumbukan. Untuk
menghindari tekanan tumbukan kerjanya jarum nosel dibantu dengan
perlengkapan yang disebut dengan pembelok pancaran. Pada saat beban
turbin berkurang dengan tiba – tiba, pembelok pancaran berayun ke muka
jarum nosel lebih dulu, sehingga arah pancaran air dari nosel ke sudu
jalan menjadi berbelok. Kemudian baru jarum nosel bergeser
memperkecil penampang keluar nosel. Pembelok pancaran akan tetap
2.4.2. Bagian Utama Turbin Pelton
Pada dasarnya turbin pelton terdiri dari tiga bagian utama, yaitu:
runner, nosel, rumah turbin. Turbin ini juga dilengkapi oleh transmisi,
bantalan, dan bagian kelistrikan.
1. Runner
Runner turbin pelton pada dasarnya terdiri atas piringan dan
sejumlah mangkok atau bucket yang terpasang di sekelilingnya.
Piringan terpasang pada poros dengan sambungan pasak dan
stopper. Gambar runner dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Runner
(Sumber :
PCD
- Bucket
Bucket pelton atau biasa disebut sudu yang berbentuk dua buah
mangkok. Bucket berfungsi membagi pancaran menjadi 2
bagian. Gaya pada bucket berasal dari pancaran air yang
keluar dari nosel, yang dibalikan setelah membentur sudu,
arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan
momentum, gaya inilah yang disebut gaya impuls.
- Poros
Poros merupakan penerus putaran yang terjadi pada runner.
Poros di sambungkan ke runner mengunakan pasak. Putaran
poros diteruskan ke transmisi sabuk, yang kemudian menuju
ke poros generator.
- Piringan
Piringan atau biasa di sebut disk, adalah bagian dari runner.
Bahan disk yang baik digunakan adalah bahan yang kuat, dan
diusahakan seringan mungkin. Piringan berfungsi sebagai
tempat bucket dipasang.
2. Nosel
Nosel merupakan bagian dari turbin yang sangat penting,
yang berfungsi sebagai pemancar aliran air untuk menyemprot
ke arah sudu-sudu turbin. Kecepatan air meningkat disebabkan
kecepatan tinggi akan membentur sudu turbin. Setelah
membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi
perubahan momentum. Bentuk nosel dapat dilihat pada gambar
2.5.
Gambar 2.5 Nosel
(Sumber :
3. Rumah Turbin
Rumah turbin berfungsi sebagai tempat nosel terpasang,
serta berfungsi membelokan air agar keluar secara teratur.
Rumah turbin juga berfungsi untuk melindungi runner dari
gangguan luar contohnya kotoran, dan cuaca.
4. Puli
Puli adalah penerus putaran dari poros turbin ke
poros selanjutnya (generator). Puli juga dapat berfungsi untuk
menaikan putaran. Pully biasa disebut transmisi sabuk. Sabuk
terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium.
5. Bantalan
Bantalan merupakan bagian penting dari turbin, alat ini
berfungsi sebagai penopang dari poros turbin. Putaran dari
umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros
bekerja dengan baik.
6. Kelistrikan
Turbin pelton mikrohidro dapat digunakan untuk
menggerakkan generator listrik. Untuk itu perlu adanya
komponen tambahan yang disebut generator. Generator
berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik
arus bolak- balik. Generator arus bolak-balik sering disebut
juga sebagai alternator, generator AC (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.
Besarnya arus yang dihasilkan oleh motor induksi tergantung
pada besarnya putaran alternator dan kekuatan medan magnet.
Altenator menghasilkan listrik dengan prinsip yang sama
pada generator DC, yakni adanya arus pengumpan yang
disebut arus eksitasi saat terjadi medan magnet disekitar
kumparan. Dari alternator dapat di ukur arus (I) dan tegangan
besarnya daya yang dihasilkan. Generator memiliki 3 bagian
yang penting, yaitu :
- 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.
- 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).
- Dioda
Dioda mengkonversi arus bolak-balik yang dihasilkan
oleh pasangan rotor dan stator menjadi arus searah.
2.4.3. Ukuran Ukuran Utama Turbin Pelton
Ukuran – ukuran utama turbin Pelton adalah :
D = Diameter lingkaran sudu yang terkena pancaran air (diameter
d = Diameter pancaran air.
n = Kecepatan putar roda turbin.
Dua masalah pokok yang ada kaitanya dalam penentuan ukuran
utama, sehingga harus diperhatikan yaitu kecepatan spesifik nq
dan batas tinggi jatuh yang diiginkan Hmaks.
2.4.4. Perancangan Turbin Pelton
a. Perhitungan Daya yang tersedia
Dari kapasitas air dan tinggi air jatuh dapat diperoleh daya yang
dihasilkan turbin yaitu (Dietzel, 1996, hal. 2) :
Dengan :
P = Daya yang tersedia ( watt )
ρ = Massa jenis air ( Kg/m3
g = Percepatan gravitasi ( m/s )
b. Pada turbin tekanan sama (turbin impuls) agar mendapatkan
randemen yang baik harus mempunyai hubungan antara kecepatan
Bagan kecepatan turbin pelton :
Gambar 2.6 Bagan Kecepatan Turbin Pelton
(Sumber : Dietzel, 1993, hal. 25)
Kecepatan pancar air (c1
)
Kecepatan tangensial (u)
c. Nosel
Menghitung luas permukaan pancar air (A)
d. Dimensi Turbin
a. Kecepatan spesifik (nq
Kecepatan spesifik merupakan suatu besaran yang penting dalam
perencanaan turbin, karena digunakan untuk memilih kecepatan
putar turbin.
)
Kecepatan spesifik (nq
Dengan :
) untuk satu nosel dapat dicari dengan
rumus :
n = Kecepatan putar turbin ( rpm )
= Kapasitas aliran ( m3
H = Tinggi jatuh air ( m ) /s )
b. Diameter roda rata rata (D)
Setelah menentukan kecepatan spesifik didapatlah kecepatan
putar turbin. Diameter roda rata-rata dapat ditentukan sebagai
berikut:
c. Perbandingan D/d
Dari perhitungan diameter roda rata-rata (D) dan diameter pancar
air (d) didapatkan perbandingan D/d. D/d perhitungan
dibandingkan D/d pada grafik sehingga dapat diketahui apakah
perbandingan D/d tersebut maka jumlah sudu (z) dapat
ditentukan.
Gambar 2.7 Harga Standar untuk Perencanaan Turbin
Pelton (Sumber: dietzel, 1993, hal 28)
d. Dimensi sudu :
Dimensi bucket (sudu) ditentukan berdasarkan gambar 2.8 :
Dimensi sudu dinyatakan dalam persen PCD perbandingan
dengan diameter.
Lebar sudu ditentukan sebesar :
Panjang sudu ditentukan sebesar :
Tinggi sudu ditentukan sebesar :
e. Poros
Diameter poros dihitung dengan persamaan (Sularso , 2004 )
sebagai berikut :
Dengan :
ds = Diameter minimal poros (mm)
P = Daya yang ditransmisikan (kW)
Fc = Faktor koreksi (Sularso, 2004, hal. 7)
n = Putaran poros (rpm)
Pd = fc × P (kW)
τa
σ
= Tegangan geser yang terjadi
B
1,0 – 1,5 jika dikenakan sedikit beban kejutan atau tumbukan,
dan 1,5 – 3,0 jika beban kejutan atau tumbukan besar.
Tabel 2.2. Faktor – factor koreksi daya yang akan ditransmisikan fc
f. Kecepatan pancar air
Untuk mengetahui kecepatan pancar air dari setiap nosel,
dapat dihitung dengan persamaan :
Dengan :
v = Kecepatan pancar air (m/s)
= Debit (m3
A = Luas penampang nosel (mm /s)
2
)
Daya yang akan ditransmisikan fc
Daya rata - rata yang diperlukan 1,2 - 2,0
Daya maksimum yang diperlukan 0,8 - 1,2
g. Daya yang dihasilkan turbin
dengan :
Pout
V = Tegangan (Volt)
= Daya yang dihasilkan turbin (Watt)
I = Arus (Ampere)
h. Efisiensi Turbin
dengan :
= Efisiensi yang dihasilkan turbin (%)
Pout
P
= Daya yang dihasilkan turbin (Watt)
25
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. PERANCANGAN ALAT
Turbin pelton merupakan jenis turbin impuls. Turbin pelton terdiri
dari beberapa sudu jalan, yang diputar oleh pancaran air yang keluar dari
suatu alat yang disebut nosel. Pada perancangan ini yang pertama dilakukan
adalah memilih ukuran turbin. Turbin dirancang berdasarkan debit dan tinggi
jatuh air (head). Setelah perhitungan langkah selanjutnya adalah pembuatan
alat. Besaran - besaran turbin ditentukan berdasarkan kecepatan spesifik.
Dengan diketahuinya kecepatan spesifik, maka kontruksi turbin
keseluruhannya dan kondisi kerjanya dapat diketahui.
Hal pertama yang dilakukan dalam pembuatan alat adalah membuat
piringan runner terlebih dahulu yang terbuat dari bahan alumunium sesuai
dengan ukuran yang sudah ditentukan. Kedua adalah membuat cetakan sudu
menggunakan silicon kaca. Ketiga membuat sudu yang terbuat dari bahan
resin. Setelah pembuatan piringan dan sudu selesai, sudu tersebut dipasang di
sekeliling piringan dengan setiap sudu dikancing menggunakan dua buah
baut, kemudian dipasang pada poros dan pada poros dikancing dengan
sebuah stopper agar tidak terjadi slip. Selanjutnya adalah membuat rumah
turbin dan rangka alat yang terbuat dari besi siku. Rumah turbin dibuat
sedemikian rupa sehingga mampu untuk menahan beban putaran dari turbin.
3.2. PERHITUNGAN TURBIN
Dalam perancangan ini perhitungan dilakukan berdasarkan parameter
yang sudah ditentukan. Parameter tersebut adalah :
Kapasitas air = 6 liter/secon = 0,006 m3
Tinggi jatuh air ( H ) = 15 m
/s
Grafitasi ( g ) = 9,81 m/s
Randemen turbin ( η
2
T
Masa jenis air ( ρ ) = 1000 Kg/m ) = 70 %
Dari parameter tersebut maka didapat :
3
Daya yang dihasilkan turbin ( P ) :
Kecepatan tangensial ( u )
Luas permukaan pancar air ( A )
Tabel 3.1 Tabel Kecepatan Spesifik
Kecepatan putar turbin (rpm) 75 150 300 500 750 1000 1500
1 nosel nq (rpm) 0,76 1,53 3,06 5,1 7,65 10,2 15,3
Pada Tabel 3.1 dapat dilihat terdapat berbagai variasi kecepatan
putar dan kecepatan spesifik. Berdasarkan Tabel 3.1 maka putaran (n)
yang dipilih dalam perhitungan ini adalah 1000 rpm, sehingga nq = 10,2
rpm.
Diameter pancar air ( d )
Perhitungan D/d
Berdasarkan gambar 2.14 didapat perbandingan D/d adalah 7,5
Karena D/d hitungan lebih besar dari D/d grafik maka perbandingan
D/d memenuhi syarat.
Jumlah sudu (z) ditentukan dari gambar 2.7 yaitu sebanyak 16 buah.
Dimensi sudu
Rumus untuk menghitung dimensi sudu dapat ditentukan dari gambar
2.8.
Dimensi sudu adalah sebagai berikut :
Lebar Sudu = 0,34 x 16,4
= 55,8 mm
Panjang Sudu = 0,38 x 16,4
= 62,3 mm
Tinggi Sudu = 0,12 x 16,4
Perencanaan Poros
fc adalah faktor koreksi, pada persoalan ini dipilih sebesar 1,2 karena
dibutuhkan daya yang maksimum.
Daya rencana :
Torsi :
Bahan poros dari baja karbon S30 C ( Sularso, 2004, hal. 5) :
Diameter poros
Diameter minimal poros dihitung dengan rumus ( Sularso, 2004, hal.8 )
Kt dipilih sebesar 1,5 karena diperkirakan terjadi sedikit kejutan atau
tumbukan.
Cb dipilih sebesar 0,1 karena diperkirakan tidak akan terjadi
pembebanan lentur.
( Diameter perancangan poros menggunakan 17 mm )
3.3. PEMBUATAN TURBIN
3.3.1 Pembuatan Turbin
a) Pembuatan Bucket Turbin
Bucket atau yang disebut dalam bahasa Indonesia sebagai sudu,
merupakan bagian yang penting dari turbin. Bucket ini berfungsi
menerima gaya pancar air. Ukuran bucket dibuat seperti pada
Langkah – langkah pembuatan sudu adalah :
-Pada perancangan ini cetakan sudu terbuat dari silicon kaca. Membuat cetakan sudu
-Box cetakan sudu dibuat mengikuti pola cetakan sudu. Membuat box cetakan
-Resin dicampur dengan pengeras ( katalis ) dengan perbandingan 10
: 2. Campuran resin dan katalis dituang ke dalam cetakan dan
dibiarkan mengering. Pengecoran resin
-Resin yang sudah mengeras atau sudah berbentuk sudu diambil dari
cetakan. Sudu yang sudah jadi dirapikan, karena pada hasil
pengecoran terdapat sisa – sisa pada saluran masuk dan saluran
buang. Sisa – sisa tersebut dibuang dengan cara dipotong. Kemudian
diamplas, sehingga menjadi halus. Lalu dibuat lubang baut pada
tangkai sudu. Sudu dapat dilihat seperti pada gambar 3.1. Finishing
b) Pembuatan Disc Turbin
Disc atau juga biasa disebut dengan cakra, dalam penelitian ini dibuat
dari bahan alumunium. Keuntungan dari bahan ini adalah ringan dan
tahan terhadap karat. Plat alumunium tersebut dibubut untuk dibuat
bentuk seperti pada gambar 3.2. Langkah selanjutnya adalah pembuatan
lubang tepat di tengah piringan untuk penempatan poros. Kemudian
selanjutnya membuat lubang lubang di tepi piringan, lubang – lubang
inilah yang berfungsi untuk menempatkan baut yang digunakan untuk
mengunci bucket.
Gambar 3.2 Piringan ( Disc )
c) Pembuatan Poros
Poros turbin merupakan penerus putaran dari runner. Pada perancangan
ini poros dibuat mengunakan poros dari bahan besi yang dibubut
bertingkat. Bentuk poros dapat dilihat pada gambar 3.4.
Gambar 3.4. Poros
d) Pembuatan Nosel
Nosel merupakan tempat terjadinya perubahan tekanan air menjadi
kecepatan. Pada perancangan ini nosel dibuat menggunakan sambungan
pipa. Nosel ini memiliki diameter masuk 1” dan diameter keluar ¾” dan
½”. Nosel dibuat seperti pada gambar 3.5.
e) Pembuatan Rumah Turbin
Rumah turbin berfungsi untuk membelokan percikan air agar keluar
dengan teratur. Rumah turbin juga berfungsi sebagai tempat dimana
runner dan nosel berada. Pada rumah turbin ini disambungkan dengan
dudukan generator. Bahan untuk pembuatan rumah turbin terdiri dari
besi plat dan akrilit. Rumah turbin dapat dilihat pada gambar 3.6.
3.4. PENELITIAN ALAT
3.4.1. Alat yang digunakan
a. Hydrant
b. Bak penampung air
c. Selang
d. Turbin Pelton yang sudah dirangkai.
e. Nosel berupa sambungan pipa yang berdiameter ½” dan ¾”.
f. Generator listrik
g. Lampu sebagai beban.
h. Multimeter untuk mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan
turbin.
i. Tachometer untuk mengukur putaran.
3.4.2. Cara Kerja Alat
Turbin Pelton akan bekerja pada tempat yang memiliki energi potensial
air, seperti pada air terjun atau aliran sungai. Pada penelitian ini energi air
diambil dari pompa hydrant. Air dari hydrant ditampung pada bak yang
ditempatkan pada ketinggian 15 meter. Kemudian air dari bak tersebut
dialirkan ke turbin yang berada di bawah melalui selang. Selang tersebut
dihubungkan ke penstock. Pada penstock dipasang sebuah kran untuk
membuka dan menutup aliran air. Pada gambar 3.7 dapat dilihat urutan
Nosel Kran
Generator Beban lampu
Gambar 3.7. Urutan Kerja Alat
3.4.3. Variabel yang diukur
- Putaran generator
- Arus yang dihasilkan generator
- Tegangan yang dihasilkan generator
- Debit air pada nosel ½” dan ¾”
3.4.4. Variabel yang divariasi
- Diameter nosel menggunakan ½” dan ¾”
- Jumlah sudu turbin 16 dan 18
- Beban menggunakan lampu 12/21 Volt 6 Watt. Dengan variasi
pembebanan 5W, 10W, 15W, 21W, 26W, 52W, 78W, 104W,
130W, 156W, 182W, 208W, 234W, 239W, 244W, 249W dan
beban maksimal 260W.
Hydrant
Penampung air3.4.5. Pengambilan Data
Langkah – langkah pengambilan data :
a. Alat alat yang diperlukan dipersiapkan
b. Pompa hydrant dihidupkan
c. Kran pada penstock dibuka
d. Debit pada nosel ¾” diukur
e. Kran pada penstock ditutup
f. Kran pada penstock dibuka
g. Debit pada nosel ½” diukur
h. Penstock dipasang pada rumah turbin dan dipasang nosel ¾”
i. Kran pada penstock dihidupkan
j. Putaran, arus dan tegangan yang dihasilkan generator dengan
runner sudu 18 dan nosel ¾” dalam berbagai variaasi pembebanan
diukur.
k. Kran ditutup
l. Ulangi langkah i sampai k dengan menggunakan nosel ½”
m. Pompa hydrant dimatikan
n. Runner sudu 18 diganti dengan runner sudu 16
o. Ulangi langkah i sampai l dengan menggunakan runner sudu 16.
p. Pompa hydrant dimatikan.
3.4.6. Pengolahan Data dan Analisa Data
Setelah dilakukan pengambilan data, selanjutnya yang dilakukan adalah
pengolahan data, pengolahan data dilakukan sebagai berikut:
a. Menghitung potensial daya air
b. Menghitung daya yang dihasilkan turbin
c. Menghitung efisiensi
d. Membuat grafik hubungan daya dengan putaran
40
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 HASIL PENELITIAN
Setelah dilakukan pengujian unjuk kerja pada turbin pelton tersebut,
maka data yang didapatkan adalah :
4.1.1. Data Pengukuran Debit pada Nosel Diameter ¾” dan ½”
Tabel 4.1 Data Pengukuran Debit pada Diameter Nosel ¾” dan ½”
Debit air pada nosel diameter ¾” 2,5 l/s Debit air pada nosel diameter ½” 2,04 l/s
4.1.2 Data Pengujian Turbin Pelton Sudu 18 Diameter Nosel ¾”
4.2 PERHITUNGAN
Setelah data – data yang didapatkan, maka langkah selanjutnya
adalah melakukan perhitungan untuk menghitung daya masuk ( Pin ), daya keluar
( Pout
4.2.1 Perhitungan Daya dan Efisiensi pada Sudu 18 Diameter Nosel ¾” ) serta efisiensi.
Contoh Perhitungan
%
Tabel 4.6 Daya dan Efisiensi pada Sudu 18 Diameter Nosel ¾”
No Pin Pout Efisiensi
1 367,86 0,00 0,00
2 367,86 30,40 11,35
3 367,86 20,40 7,60
4 367,86 29,50 11,00
5 367,86 39,90 14,89
6 367,86 25,20 9,42
7 367,86 22,10 8,26
8 367,86 19,80 7,38
9 367,86 15,80 5,89
10 367,86 12,00 4,49
11 367,86 9,90 3,70
12 367,86 9,30 3,48
13 367,86 7,20 2,69
14 367,86 5,20 1,94
15 367,86 6,40 2,40
16 367,86 5,10 1,91
17 367,86 7,20 2,70
18 367,86 6,00 2,25
4.2.2 Perhitungan Daya dan Efisiensi pada Sudu 18 Diameter Nosel ½”
%
Untuk hasil perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada tabel 4.7.
Tabel 4.7 Daya dan Efisiensi pada Sudu 18 Diameter Nosel ½”
No Pin Pout Efisiensi
1 298,72 0,00 0,00
2 298,72 48,10 16,10
3 298,72 39,50 13,23
4 298,72 64,50 21,51
5 298,72 58,00 19,42
6 298,72 69,00 23,27
7 298,72 81,50 27,30
8 298,72 73,10 24,46
9 298,72 74,00 24,79
10 298,72 59,30 19,85
11 298,72 57,70 19,32
12 298,72 41,30 13,84
13 298,72 39,10 13,08
14 298,72 33,40 11,18
15 298,72 29,80 9,99
16 298,72 32,00 10,73
17 298,72 23,40 7,83
4.2.3 Perhitungan Daya dan Efisiensi pada Sudu 16 Diameter Nosel ¾”
Contoh Perhitungan
%
Tabel 4.8 Daya dan Efisiensi pada Sudu 16 Diameter Nosel ¾”
No Pin Pout Efisiensi
1 367,86 0,00 0,00
2 367,86 12,95 3,52
3 367,86 23,52 6,39
4 367,86 30,34 8,25
5 367,86 31,33 8,52
6 367,86 38,85 10,56
7 367,86 44,54 12,11
8 367,86 48,93 13,30
9 367,86 46,93 12,76
10 367,86 23,51 6,39
11 367,86 33,76 9,18
12 367,86 26,38 7,17
13 367,86 28,23 7,67
14 367,86 16,42 4,46
15 367,86 19,44 5,29
16 367,86 17,96 4,88
17 367,86 15,93 4,33
18 367,86 15,14 4,12
%
Untuk hasil perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada tabel 4.9.
Tabel 4.9 Daya dan Efisiensi pada sudu 16 Diameter Nosel ½”
No Pin Pout Efisiensi
1 298,72 0,00 0,00
2 298,72 25,10 8,40
3 298,72 43,54 14,58
4 298,72 60,46 20,24
5 298,72 52,90 17,71
6 298,72 59,67 19,97
7 298,72 79,30 26,55
8 298,72 79,52 26,62
9 298,72 62,80 21,02
10 298,72 60,07 20,11
11 298,72 49,85 16,69
12 298,72 40,57 13,58
13 298,72 36,88 12,35
14 298,72 37,59 12,58
15 298,72 44,63 14,94
16 298,72 31,33 10,49
4.3 PEMBAHASAN
4.3.1 Daya dan Efisiensi pada Jumlah Sudu 18
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Daya dengan Putaran pada Jumlah Sudu 18
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran pada Jumlah Sudu 18
Pada gambar 4.1 menunjukkan bahwa daya terbaik yang dihasilkan turbin
menggunakan nosel ¾” pada runner jumlah sudu 18 yaitu 29,50 Watt dicapai pada
putaran 301,90 rpm. Sedangkan pada nosel ½” daya terbaik yang dihasilkan
turbin yaitu 76,15 Watt, pada putaran generator 300,80 rpm. Pada perubahan
ukuran nosel dari ¾” menjadi ½” mengakibatkan kenaikan daya sebesar 46,65
Watt atau sebesar 158,14 %. Pada gambar 4.2 menunjukkan bahwa efisiensi
terbaik pada diameter nosel ¾” yaitu 10,83 % pada putaran generator 301,90 rpm.
Sedangan pada nosel diameter ½” efisiensi terbaik yaitu 25,55 % dicapai pada
putaran 300,80 rpm. Pada perubahan ukuran diameter nosel dari ¾” menjadi ½”
mengakibatkan kenaikan efisiensi sebesar 135,92 %.
4.3.2 Daya dan Efisiensi pada Jumlah Sudu 16
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran pada Jumlah Sudu 16
Pada gambar 4.3 menunjukkan bahwa daya terbaik yang dihasilkan turbin
pada jumlah sudu 16 menggunakan diameter nosel ¾” yaitu 41,8 Watt yang
dicapai pada putaran 220,33 rpm. Sedangkan pada diameter nosel ½” daya
terbaik yang dihasilkan turbin yaitu 74,95 Watt, dicapai pada putaran generator
308,60 rpm. Pada perubahan ukuran nosel dari ¾” menjadi ½” mengakibatkan
kenaikan daya sebesar 33,15 Watt atau sebesar 79,31 %. Pada gambar 4.4
menunjukkan bahwa efisiensi terbaik pada turbin jumlah sudu 16 diameter nosel
¾” yaitu 11,3 % dicapai pada putaran generator 205,8 rpm. Sedangkan pada nosel
½” efisiensi terbaik yaitu 25,1 % dicapai pada putaran 308,60 rpm. Pada
perubahan ukuran diameter nosel dari ¾” menjadi ½” mengakibatkan kenaikan
efisiensi sebesar 122,12 %.
4.3.3 Daya dan Efisiensi pada Jumlah Sudu 18 dan 16 Diameter Nosel ¾”
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Daya pada Sudu 18 dan 16 Diameter Nosel ¾”
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Efisiensi pada Sudu 18 dan 16 Diameter Nosel ¾”
Dari gambar 4.5 dapat dilihat bagaimana perbandingan daya yang
dihasilkan turbin menggunakan diameter nosel ¾” pada runner jumlah sudu 18
dan 16. Pada runner jumlah sudu 16 menghasilkan daya terbaik sebesar 41.93
Watt. Sedangkan pada runner jumlah sudu 18 menghasilkan daya terbaik sebesar
29,30 Watt. Jadi penambahan jumlah sudu pada diameter nosel ¾” mengakibatkan
penurunan daya sebesar 12,63 Watt atau sebesar 43,11 %. Pada gambar 4.6 dapat
dilihat bagaimana perbandingan efisiensi yang dihasilkan turbin menggunakan
diameter nosel ¾”. Pada runner jumlah sudu 16 menghasilkan efisiensi terbaik
sebesar 11,46 %. Sedangkan pada runner jumlah sudu 18 menghasilkan efisiensi
terbaik sebesar 10,8%. Jadi penambahan jumlah sudu pada nosel ¾”
mengakibatkan penurunan efisiensi sebesar 6,1 %. Jadi penambahan jumlah sudu
dari 16 menjadi 18 pada nosel ¾” mengakibatkan penurunan daya dan efisiensi.
4.3.4 Daya dan Efisiensi pada Jumlah Sudu 18 dan 16 Diameter Nosel ½”
Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Daya pada Sudu 18 dan 16 Diameter Nosel ½”
Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Efisiensi pada Sudu 18 dan 16 Diameter Nosel ½”
Dari gambar 4.7, dapat dilihat bagaimana perbandingan Daya yang
dihasilkan turbin menggunakan diameter nosel ½” pada runner jumlah sudu 16
dan 18. Pada runner jumlah sudu 16 menghasilkan daya terbaik sebesar 74,95
Watt. Sedangkan pada runner jumlah sudu 18 menghasilkan daya terbaik sebesar
76,15 Watt. Jadi penambahan jumlah sudu pada diameter nosel ½” mengakibatkan
kenaikan daya sebesar 1,2 Watt atau sebesar 1,6 %. Pada gambar 4.8 dapat dilihat
bagaimana perbandingan efisiensi yang dihasilkan turbin menggunakan diameter
nosel ½” pada runner jumlah sudu 16 dan 18. Pada runner jumlah sudu 16
menghasilkan efisiensi terbaik sebesar 25,1 %. Sedangkan pada runner jumlah
sudu 18 menghasilkan efisiensi terbaik sebesar 25,55 %. Jadi penambahan jumlah
sudu pada diameter nosel ½” mengakibatkan kenaikan efisiensi sebesar 1,7 %.
Pada runner jumlah sudu 16, perubahan diameter nosel dari ¾” menjadi ½”
menaikkan daya sebesar 33,15 Watt dan efisiensi sebesar 11,3 %. Pada runner
jumlah sudu 18, perubahan diameter nosel dari ¾” menjadi ½” menaikkan daya
sebesar 46,65 Watt atau sebesar 158,14 % dan menaikkan efisiensi sebesar 135,92
%. Semakin kecil diameter nosel, putaran dari runner akan semakin cepat. Hal ini
disebabkan kecepatan pancaran air semakin tinggi sehingga momentum air
menjadi semakin besar. Kecepatan pancar air yang semakin tinggi dan momentum
yang semakin besar mengakibatkan daya yang dicapai juga semakin tinggi.
Kecepatan pancaran air pada diameter nosel ½” lebih tinggi dari pada nosel ¾”
dapat juga dibuktikan dari perhitungan. Kecepatan pancaran air dapat dihitung
dengan :
=
4,63 m/s=
12,76 m/sPenelitian ini menunjukkan bahwa jumlah sudu dan diameter nosel
mempengaruhi putaran, daya dan efisiensi yang dihasilkan. Jika jumlah sudu
ditambah dan diameter nosel diperkecil maka putaran menjadi semakin tinggi,
Daya dan efisiensi yang dihasilkan turbin tidak sesuai dengan perhitungan
teoritis. Hal ini disebabkan pada saat penelitian terjadi rugi-rugi dan hambatan
dalam pengambilan data, yaitu :
1. Rugi – rugi pada nosel, karena saluran dari nosel tidak rata yang
disebabkan oleh sambungan – sambungan yang terdapat pada nosel.
2. Rugi – rugi pada puli, karena gesekan antara sabuk dan puli.
3. Rugi – rugi pada selang atau saluran air, karena selang yang
digunakan tidak rigit, sehingga aliran air menjadi kurang lancar.
4. Rugi – rugi pada debit, karena debit kurang stabil.
5. Rugi – rugi pada sambungan – sambungan antar pipa, karena
perbedaan diameter pipa.
6. Rugi – rugi pada runner, karena putaran runner tidak stabil, hal ini
karena pemasangan sudu – sudunya kurang presisi.
7. Rugi – rugi pada poros, karena posisi poros yang tidak lurus
menjadikan putaran tidak stabil.
58
BAB V
PENUTUP
5.1 KESIMPULAN
Dari hasil penelitian turbin pelton, dengan variasi pengambilan data
berupa diameter nosel, jumlah sudu, dan beban, maka dapat disimpulkan:
1. Daya tertinggi diperoleh ketika menggunakan turbin dengan
jumlah 18 dan nosel ½”, yaitu sebesar 76,15 Watt.
2. Efisiensi tertinggi diperoleh ketika menggunakan turbin dengan
jumlah 18 dan nosel ½”, yaitu sebesar 25,55 %.
3. Pada runner jumlah sudu 18, perubahan diameter nosel dari ¾”
menjadi ½” menaikkan daya sebesar 158,14% dan efisiensi
sebesar 135,92 %
4. Pada runner jumlah sudu 16, perubahan diameter nosel dari ¾”
menjadi ½” menaikkan daya sebesar 79,31 % dan efisiensi sebesar
122,12 %.
5. Penambahan jumlah sudu dari 16 menjadi 18 buah pada diameter
nosel ¾” mengakibatkan penurunan daya sebesar 43,11 % dan
penurunan efisiensi sebesar 6,1 %.
6. Penambahan jumlah sudu dari 16 menjadi 18 buah pada diameter
nosel ½” mengakibatkan kenaikan daya sebesar 1,6 % dan
5.2 SARAN
Beberapa saran yang penting untuk penelitian pada bidang sejenis
dengan penelitian ini atau yang ingin mengembangkan penelitian ini :
1. Dalam pembuatan nosel hendaknya dibuat dengan tingkat
kehalusan semaksimal mungkin, agar pancaran air yang keluar
dari nosel lebih maksimal.
2. Pada saat pembuatan pola sudu sebaiknya dibuat lebih presisi,
agar hasil lebih baik.
3. Pemasangan sudu sebaiknya dibuat presisi agar putaran runner
stabil.
4. Saluran air sebaiknya menggunakan pipa bukan selang.
60
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2011, Memahami Alternator
Anonim, 2011, Microhydropower
Anonim, 2011, Pelton Turbine
Anonim, 2011, Turbi
Dietzel, Fritz, 1996, Turbin Pompa dan Kompresor, cetakan ke-5, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Maher, Phillip, 2009, Pico Power Pack, www.eee.nottingham.ac.uk/picohydro/docs/ fabass (ch1-4).pdf
Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2004, Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin, Cetakan ke-11. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.
