i
TURBIN ALIRAN SILANG MENGGUNAKAN SUDU DARI BILAH PIPA DENGAN JUMLAH SUDU 20
No : 896/TA/FST-USD/ TM/ Agustus/2008
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh : TOPO YUWONO NIM : 045214088
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
CROSSFLOW TURBINE USING BLADE FROM CUTTING PIPE LENGTWISE WITH 20 BLADES
No : 896/TA/FST-USD/ TM/ Agustus/2008
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain then Sarjana Teknik Degree
in Mechanical Engineering
By :
TOPO YUWONO Student Number : 045214088
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat
Sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma. Isi Tugas Akhir ini adalah mengenai unjuk kerja
sebuah turbin aliran silang yang menggunakan sudu dari bilah pipa, dengan
jumlah sudu 20 buah.
Dalam kesempatan ini penulis menyadari bahwa dalam proses belajar di
Program Studi Teknik Mesin, sejak awal studi sampai berakhirnya studi
melibatkan banyak hal. Atas segala saran, bimbingan, dukungan dan bantuan,
pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Budi Sugiharto, S.T., M.T. Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
3. Ir YB Lukiyanto, M.T. Dosen Pembimbing Akademik.
4. Seluruh dosen dan staff Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah
memberikan berbagai pengetahuan kepada penulis dan membantu
selama proses belajar di Jurusan Teknik Mesin.
5. Keluarga saya tercinta Bapak Tridoso, Ibu Agatha Amiwati, Kakak
selalu memberikan kehangatan dalam keluarga, semangat dan
dukungan moril maupun materiil.
6. Teman-teman Teknik Mesin yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu
hidup ini takkan indah tanpa iringan senyum kalian.yang selalu ada
dalam ingatanku.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih
jauh dari sempurna. Meskipun demikian penulis berharap bahwa penulisan Tugas
Akhir ini dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu khususnya
mengenai perancangan turbin aliran silang. Atas kritik dan saran yang bersifat
membangun guna sempurnanya karya tulis ini penulis mengucapkan terima kasih.
Yogyakarta, 20 Maret 2009
ix INTISARI
Turbin aliran silang banyak digunakan untuk pembangkit listrik skala mikro. Pembuatan sudu turbin dari plat yang dilengkung sulit dilakukan oleh masyarakat. Geometri sudu turbin aliran silang sebenarnya sama dengan geometri pipa yang dibelah dengan busur tertentu. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari unjuk kerja turbin aliran silang dengan sudu dari bilah pipa yang digunakan untuk pembangkit listrik.
Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin aliran silang. Dengan diameter runner adalah 97,39 mm dan panjang runner 103 mm. Sudu turbin dibuat dari pipa dengan diameter 1¼ inch, Jumlah sudu pada runner 20 buah. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit, tinggi nozzle,dan beban. Debit air yang divariasikan adalah 10,6L/s, 9,3L/s, dan 8,3L/s. Tinggi nozzle yang divariasikan adalah 14mm, 9mm, dan 4mm. Untuk menghasilkan listrik turbin dihubungkan dengan generator. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan generator pada kondisi generator diberi variasi pembebanan 10W, 15W, 25W, 40W, 60W, dan 100W. Pada setiap pembeban, putaran turbin diukur dengan tachometer.
Analisis dilakukan dengan membuat grafik hubungan daya dengan putaran turbin dan grafik hubungan efisiensi dengan putaran turbin untuk tiap variasi debit, dan tinggi nozzle, dan beban. Dari hasil penelitian yang didapat daya maksimum yang diperoleh mencapai 53,64 Watt, dengan efisiensi total mencapai 13,16%. Kondisi tersebut terjadi pada saat variasi debit = 9,3 L/s ; tinggi nozzle 14 mm ; dan beban 60 Watt.
x ABSTRACT
Crossflow turbine often use to set up micro scale power. Making of turbine blade from plat that was bent is hard to people do. Crossflow turbine blade geometric is same with geometric of sliced pipe with particular bow. This reasearch is to understanding work of crossflow turbine with blade of pipe that was used to set up electic power.
Tools that were used is a crossflow turbine. Blade of turbine was made of pipe which has diameter 1 ¼ inch. Diameter of runner is 97,39 mm, and 103 mm lenght of runner. Total of blades of runner are 20 blades. This research done by variate of debit, height of nozzle, and imposition. Debit of water that was variated are 10,6L/s; 9,3L/s; and 8,3L/s. Height the nozzle that was variated are 14mm, 9mm, 4mm.To produce an electricity, turbine must be connected to generator. Measurance of power that the turbine produced done by measure voltage and current which was produced from generator when the generator get 10W, 15W, 25W, 40W, 60W, 100W of imposition variations. Rotation of turbine was measured by tachometer in every imposition.
Analysis was done by make graphic of relation between force and turbine rotation and graphic of relation between efficiency and turbine rotation in every debit variation, height of nozzle, and imposition.
Maximum Power that has made reach up to 53,64 Watt, with 13,16 of efficiency. It happen when debit variation is 9,3 L/s ; 14 mm height of nozzle; and 60 Watt of imposition.
xi DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN... iv
HALAMAN PERNYATAAN ... v
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
KATA PENGANTAR... vii
3.2. Perancangan Turbin Aliran Silang ... 18
xii
BAB IV PEMBAHASAN ... 32
4.1. Hasil Penelitian ... 32
4.1.1. Data Variasi Debit 10,6 l/s ... 32
4.1.2. Data Variasi Debit 9,3 l/s ... 33
4.1.3. Data Variasi Debit 8,3 l/s ... 33
4.2. Grafik Hasil Penelitian ... 34
4.2.1. Grafik dengan Debit 10,6 l/s ... 34
4.2.2. Grafik dengan Debit 9,3 l/s... 36
4.3. Analisa ... 37
BAB V KESIMPULAN ... 40
5.1. Kesimpulan ... 40
5.2. Saran ... 41 DAFTAR PUSTAKA
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 10,6 L/s ... 32
Tabel 4.2 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 10,6 L/s... 32
Tabel 4.3 Data dengan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 9,3 L/s ... 33
Tabel 4.4 Data dengan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 9,3 L/s ... 33
xiv
Gambar 4.1 Grafik Daya dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm Pada Debit 10,6 l/s ... 34
Gambar 4.2 Grafik Efisiensi dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm Pada Debit 10,6 l/s... 35
Gambar 4.3 Grafik Daya dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm Pada Debit 9,3 l/s ... 36
1
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Listrik merupakan sumber energi yang digunakan oleh manusia. Listrik
dihasilkan dari suatu sistem pembangkit listrik. Pembangkit yang banyak
digunakan adalah pembangkit listrik tenaga air (PLTA), pembangkit listrik tenaga
panas bumi (PLTG), Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), pembangkit listrik
tenaga diesel (PLTD), dan pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). PLTU dan
PLTD menggunakan sumber energi berupa batubara ataupun minyak bumi.
Permasalahan yang dihadapi saat ini adalah tentang ketersediaan sumber
energi yang tidak dapat diperbaharui dewasa ini. Hal itu menimbulkan adanya
krisis energi sehingga berdampak pada melonjaknya harga minyak bumi.
Air merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak terbatas
jumlahnya. Air juga memiliki potensi yang sangat besar dan dapat digunakan
sebagai sumber energi yang dapat menggantikan penggunaan energi fosil. Air
merupakan sumber energi yang bersih karena tidak menghasilkan polutan.
Berbeda dengan sumber energi fosil, air tidak mempunyai potensi merusak ozon
maupun potensi pemanasan global.
Dari data yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya
Mineral Republik Indonesia, pemanfaatan energi air di Indonesia masih sangat kecil, baru sekitar 2,5% dari potensi yang bisa mencapai 75000 MW. Di Indonesia
2
daerah-daerah tersebut tersebar dari Sabang sampai Marauke. Daerah-daerah yang
diprediksi memiliki potensi tersebut, antara lain : Pulau Papua 22371 MW, pulau
Kalimantan 21611 MW, pulau Sumatra 15804 MW, pulau Sulawesi 10203 MW,
pulau Jawa 4531 MW, kepulauan Nusa Tenggara (Bali, NTB dan NTT) 674 MW
dan kepulauan Maluku 430 MW. Data-data di atas merupakan sumber pembangkit
tenaga air dengan kapasitas besar, belum termasuk sumber-sumber pembangkit
tenaga air dengan kapasitas kecil. Untuk memanfaatkan potensi tersebut
diperlukan suatu teknologi terapan agar masyarakat kecil dapat menyediakan
energi listrik secara swadaya.
Pembangkit listrik tenaga air menggunakan turbin sebagai alat untuk
mengkonversi potensi energi air menjadi energi mekanik untuk memutar
generator listrik. Untuk daya yang kecil (mikrohidro/pikohidro), turbin aliran
silang (crossflow) banyak digunakan. Sudu turbin crossflow biasanya dibuat dari
pelat yang dilengkung. Pembuatan sudu tersebut tentu saja tidak mudah, apalagi
bagi masyarakat kebanyakan. Geometri sudu turbin crossflow sebenarnya sama
dengan geometri pipa yang dibelah dengan besar sudut busur tertentu. Oleh
karena itu sudu turbin dapat dibuat dari pipa yang dibelah, sehingga
pembuatannya lebih mudah. Pembuatan runner yang mudah akan membuat biaya
yang dikeluarkan menjadi murah. Masyarakat akan dapat membuat sendiri
sehingga masyarakat dapat berswadaya energi listrik. Sampai sekarang ini
pemanfaatan pipa dibelah sebagai sudu turbin crossflow tidak banyak dilakukan
3
Gambar 1.1 Runner Turbin Crossflow
1.2 Rumusan Masalah
Informasi tentang unjuk kerja turbin crossflow dengan sudu dibuat dari
pipa yang dibelah tidak banyak diketahui. Pada penelitian ini akan dibuat turbin
crossflow dengan sudu dari pipa yang dibelah. Turbin tersebut akan diteliti unjuk
kerjanya pada berbagai variasi debit dan head air masuk.
Pada penelitian ini, turbin yang akan dibuat dirancang untuk
memanfaatkan tenaga air yang memiliki head 4,5 m, debit 8 L/s. Sudu dibuat dari
pipa hitam berdiameter 1,25 inch, yang dibelah dengan sudut 73,28˚.
Pada saat pengambilan data, dilakukan variasi debit 10,6 L/s, 9,3 L/s, dan
8,3 L/s, untuk variasi beban generatornya adalah 10 W, 15 W, 25W, 40 W, 60 W,
dan 100 W. Variasi lainnya adalah tinggi nozzle 14mm, 9mm, dan 4m. Sudu
Piringan Runner
4
1.3 Tujuan dan Manfaat 1.3.1 Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah :
a. Membuat runner turbin crossflow dengan menggunakan sudu dari pipa
yang dibelah untuk pembangkit listrik agar mudah dibuat oleh
masyarakat.
b. Mengetahui dan membandingkan daya serta efisiensi menyeluruh
terbaik dari variasi debit,dan tinggi nozzle.
1.3.2 Manfaat
Hasil penelitian ini diharapkan dapat:
a. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga air
mikrohidro.
b. Diterapkan di masyarakat yang berada dekat sumber air dan belum
mendapat pasokan listrik sehingga dapat menyediakan energi listrik
secara swadaya .
c. Mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi.
5 BAB II
DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Unjuk kerja turbin crossflow dipengaruhi oleh banyak parameter antara lain adalah jumlah sudu, sudut pancaran air masuk, sudut keluar, posisi pancaran air masuk, lintasan aliran air di dalam turbin, rasio lebar dan diameter runner, rasio diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur runner maupun nozzle. Geometri runner turbin crossflow dapat dilihat pada gambar 2.5 dan 2.7.
Penelitian tentang turbin crossflow banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat dari plat yang dilengkung. Turbin crossflow yang dilengkapi dengan saluran pengarah di dalam runnernya pernah dibuat dan diuji (Olgun, 2000). Saluran pengarah dibuat dengan tujuan untuk mengumpulkan dan mengarahkan air yang keluar dari sudu atas agar dapat menuju sudu bawah dengan lebih baik. Tiga bentuk saluran telah dibuat dan diuji dengan berbagai variasi posisi saluran pengarah serta variasi bukaan nozzle. Penambahan saluran di dalam runner ternyata tidak menaikkan efisiensi tetapi justru menurunkan efisiensi turbin crossflow sebesar 5 %.
6
yang digunakan adalah 0,75; 0,67; 0,58; dan 0,54. Sudut masuk pancaran air dipilih sebesar 16o. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi tertinggi dicapai pada perbandingan 0,75 dan terendah pada perbandingan 0,54 dengan perbedaan sebesar 3%. Efisiensi tertinggi yang bisa dicapai adalah sebesar 72%. Penelitian terhadap pengaruh sudut nozzle menunjukkan bahwa efisiensi akan semakin besar jika sudut nozzle semakin besar (Khosrowpanah, 1988). Penelitian ini menggunakan 3 buah runner dengan jumlah sudu 20, 15 dan 10 serta 1 buah runner dengan diameter setengah dari diameter runner yang lain, sedangkan jumlah sudunya 20. Dari penelitian ini juga didapatkan bahwa efisiensi tertinggi dari tiap runner dicapai pada kecepatan spesifik yang sama. Semakin banyak jumlah sudu akan memberikan efisiensi yang semakin tinggi, namun jumlah sudu tersebut ada batasnya. Untuk sudut nozzle tertentu efisiensi maksimum dicapai pada jumlah sudu tertentu. Ada jumlah sudu optimum untuk sudut nozzle tertentu (Joshi,1995).
2.2 Landasan Teori
7
Pancaran air masuk turbin melalui bagian atas, memberikan energi ke sudu kemudian masuk ke bagian dalam turbin dan keluar melalui bagian bawah turbin. Turbin mengambil energi air dua kali yaitu melalui sudu atas dan sudu bawah. Pada bagian atas turbin mengambil energi sebesar 72 % dan pada bagian bawah turbin mengambil energi sebesar 28 %.
Gambar 2.1 Turbin Aliran Silang
2.3 Bagian Turbin Aliran Silang
Pada dasarnya turbin Aliran silang terdiri dari tiga bagian utama, yaitu: 2.3.1 Runner
Runner turbin aliran silang terdiri dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.
aliran air Katup nozzle
poros
8
Gambar 2.2 Runner dari Cihanjuang
2.3.2 Nosel
Nosel pada turbin sering disebut dengan alat pengarah. Nosel pada turbin aliran silang berbentuk persegi panjang. Ukuran nosel disesuaikan dengan ukuran runnernya.
9
2.3.3 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 (tidak oleng).
Gambar 2.4 Rumah Turbin
Dari kapasitas air dan tinggi air jatuh dapat diperoleh potensi daya air yang tersedia yaitu (Dietzel, 1996, hal. 2) :
H Q g
Pin =ρ (1)
Dengan
P : daya yang tersedia (W),
ρ : massa jenis air (kg/m3),
g : gravitasi (m/detik2), Q : debit air (m3/detik),
10
Gambar 2.5 Aliran Air Pada Turbin Crossflow (Mockmore, 1949, hal.6)
Pada gambar 2.5 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk ke dalam runner pada titik A dengan membentuk sudut α terhadap kecepatan kelilingnya. Kecepatan air memasuki runner (V1 ) dihitung dengan (Mockmore,1949,hal 6) :
V1=C (2gH)½ (2)
11
Daya teoritis yang dihasilkan turbin adalah
(
V1cos 1 V2cos 2)
u1dengan kecepatan keliling.
Dengan mengambil besar sudut β2 = β1 maka :
(
α)(
ψ)
ρ − +
= Qu1 V1cos 1 u1 1
Pth (4)
Efisiensi turbin yang merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan turbin dengan daya air yang tersedia adalah (Mockmore, 1949, hal 8):
(
)
⎟⎟Secara teoritis efisiensi turbin dipengaruhi oleh kecepatan pancaran air masuk turbin dan sudut pancaran air.
12
Besarnya daya listrik adalah
Pout = V I (6)
dengan
Pout : Daya yang dihasilkan generator (watt) V : tegangan listrik yang dihasilkan (volt) I : kuat arus listrik yang dihasilkan (ampere)
Efisiensi menyeluruh (efisiensi nozzle, turbin, transmisi dan generator) dihitung dengan persamaan
x 100%
Perhitungan ukuran-ukuran turbin menggunakan asumsi sudut pancaran air masuk (α1) sebesar 16˚ dan nilai ψ = 0.98 , C = 0.98 dan k = 0,087 (Mockmore,1949, hal 17). Dengan asumsi tersebut secara teoritis dapat dicapai efisiensi maksimum turbin sebesar 87,8% (Mockmore,1949, hal 9).
Ukuran turbin crossflow ditentukan berdasarkan lebar dan diameter runner. Lebar dan diameter runner dapat ditentukan dengan persamaan (Mockmore,1949, hal 17):
13
Lebar runner ditentukan dengan terlebih dahulu menentukan diameter turbin yang direncanakan. Pemilihan diameter turbin akan menentukan putaran kerja turbin, sehingga dalam pemilihannya mempertimbangkan putaran kerja generator. Putaran kerja turbin (N) adalah (Mockmore,1949, hal 15):
N =862H½/ D1 (9)
Setelah diameter runner ditentukan maka dapat dihitung besarnya jari-jari kelengkungan sudu (ρ) yaitu (Mockmore,1949, hal 15) :
ρ = 0.326 D1/2 (10)
Karena sudu akan dibuat dari pipa yang dibelah maka kemudian dipilih pipa dengan jari-jari mendekati jari-jari kelengkungan sudu hasil perhitungan. Setelah pipa untuk sudu ditentukan maka diameter runner dihitung kembali dengan :
D1 = 2 ρ/ 0.326 (11)
Lebar runner ditentukan dengan
L = 210,6 Q/(H½ D1) (12)
Lebar velk radial (a ) ditentukan dari persamaan (Mockmore, 1949, hal 12) :
14
Gambar 2.6 Kelengkungan Sudu (Mockmore, 1949, hal. 16)
Untuk sudut pancaran air (α1) sebesar16o maka sudut sudu (δ) adalah 73o 28’ (Mockmore, 1949, hal. 15). Dengan demikian untuk sudu dari pipa maka sudu dibuat dengan membelah pipa dengan sudut busur 73o 28’.
15
Jarak antar sudu (t) dihitung dengan persamaan (Mockmore, 1949, hal 10)
t = s1/sin β1 (14)
dengan
s1 = kD1 (Mockmore, 1949, hal 14),
β1 = 30o (Mockmore, 1949, hal 10), untuk α =16
Gambar 2.8 Jarak Antar Sudu (Mockmore, 1949, hal. 9)
Jumlah sudu (n) ditentukan dengan (Mockmore, 1949, hal 17)
n = л D1/t (15)
Nozzle turbin Crossflow berbentuk persegi panjang. Perhitungan ukuran nozzle:
16
Gambar 2.9 Penampang Nozzle
Torsi yang terjadi adalah sebagai berikut
N P
T =9,74 x 105 d (17)
Untuk menentukan diameter poros dѕ, digunakan persamaan berikut ini
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
17 START
STUDI PUSTAKA
PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG
PEMBUATAN TURBIN ALIRAN SILANG
PENGAMBILAN DATA
PENGOLAHAN DATA
18
3.2. Perancangan Turbin Aliran Silang
Dalam merancang sebuah Turbin Aliran Silang diperlukan parameter yang
diketahui sebagai dasar perancangan untuk perhitungan parameter-parameter lain.
Dalam perancangan ini terdapat parameter yang diketahui yaitu :
Tinggi tekan / head (H) = 4,5 meter
= 14,765 ft
Kapasitas aliran / Debit (Q) = 8 liter/detik
= 0,283 cfs
Diameter pipa untuk sudu (d1) = 1,25 inchi
Koefisien nosel (C) = 0,98
Faktor koreksi (k) = 0,087
Sudut masuk (α
1) = 16º
19
Perhitungan :
Perancangan Turbin Aliran Silang dengan sudu jalan yang terbuat dari pipa
berdiameter 1,25 in (0,104167 ft).
a. Velocity of jet nozzle (V)
gH
d. Panjang dan diameter runner (LD1)
LD1= 210 . Q/H½
= 210 . 0,283 / (14,764) ½
20
e. Panjang runner (L)
L = 15,485/D1
= 15,485/3,834
= 4,038 inch
f. Kecepatan putar runner (N)
N = 862 . H½ / D1
= 862 . (14,764) ½ / 3,834
= 863,796 rpm
g. Lebar nozzle (s0)
A = Q / V
= 0,283 / 30,211
= 0,009 ft2
S0 = A / L
= 0,009 . 144 / 4,038
21
k. Diameter dalam runner
D1-2(a) = 3,834 – 2 (0,652 )
24
3.3. Pembuatan Turbin Silang
3.3.1. Desain Alat
Pada tahapan ini, gambar kerja dibuat. Sebelum membuat gambar kerja,
terlebih dahulu dibuat sketsa alat. Alat uji turbin juga akan digunakan pada
pelaksanaan pengambilan data. Penelitian akan dilaksanakan dengan membuat
sebuah runner (runner A) dengan diameter dan panjang yang sama dengan runner dari
alat uji turbin (runner B). Sedangkan perbedaannya terletak pada jumlah sudu, bahan
sudu, dan proses manufakturing runner.
Runner B akan dilepas, dan digantikan dengan runner A. Sedangkan
komponen lain seperti rumah runner, generator, transmisi sabuk dan puli, panel-panel
listrik, dan nozzle akan tetap dipakai pada penelitian ini.
Penelitian ini tidak dilakukan di lapangan, melainkan disimulasikan dengan
menggunakan peralatan-peralatan yang telah direncanakan dan dipersiapkan oleh
kelompok studi Rekayasa Tenaga Air. Untuk menggantikan laju aliran sungai,
digunakan sebuah pompa berkapasitas maksimum 10 L/dtk, Head 22 m dan
kecepatan putar 1500 rpm.
Pompa mengalirkan air yang ditampung pada sebuah bak air kapasitas 240
liter. Air tersebut dipompakan menuju ke nozzle melalui pipa penstock berdiameter 2
inch. Untuk mengatur debit dan head masuk Nozzle, dipasang dua buah kran pada
pipa penstock. Air yang masuk ke nozzle akan digunakan untuk memutar Runner di
25
runner dihubungkan ke poros generator menggunakan transmisi sabuk dan puli.
Selain itu juga digunakan kopling flens luwes.
Generator akan menghasilkan listrik. Listrik yang dihasilkan kemudian diukur
saat pengambilan data.
26
3.3.2. Persiapan
Tahap awal dari penelitian ini adalah studi pustaka. Pada tahap ini,
bahan-bahan yang akan digunakan sebagai referensi dikumpulkan. Referensi yang
dikumpulkan berasal dari berbagai sumber, namun kebanyakan berasal dari internet.
Referensi ini berupa hasil penelitian lembaga lain dan buku-buku acuan.Tahapan
selanjutnya adalah pembuatan jadwal kerja yang akan digunakan sebagai pedoman
untuk mencapai efisiensi waktu yang maksimal.
3.3.3. Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
a. Pipa hitam diameter 1 ¼ inch , panjang 1m
b. Plat tebal 15 mm x 100 mm x 100 mm , 2 buah
c. Besi poros diameter 30 mm x 300 mm.
3.3.4. Peralatan Penelitian
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
a. Alat uji turbin
b. Tachometer,multimeter
c. Peralatan kerja bangku, mesin : bubut,milling,las
27
3.3.5 Pembuatan Runner
Setelah perancangan selesai, dilanjutkan dengan pembuatan runner. Langkah
pertama adalah pembuatan sudu. Pipa hitam dipotong-potong dengan panjang 103
mm, kemudian dibelah dengan sudut 74° sebanyak 20 buah. Pembelahan dapat
dilakukan dengan gergaji tangan atau dengan mesin skrap.
Pembuatan alat dilanjutkan dengan membuat piringan dan poros runner.
Piringan dan poros dibentuk menggunakan mesin bubut. Piringan dibuat 2 buah, satu
untuk sebelah kanan, satu untuk sebelah kiri. Setelah selesai dibentuk, piringan
ditemplet dengan software solid work yang sudah dprint dengan menggunakan
plastic,kemudian templet ditempelkan ke piringan.Piringan diberi titik dengan spidol
sejumlah 40 titik,titik ini akan digunakan untuk mengelas sudu dengan piringan.
Setelah selesai diberi titik, piringan dan poros disambung dengan las.
Pengelasan dilakukan dengan teliti supaya hasilnya simetris dan tidak oleng. Setelah
kedua piringan terpasang, sudu-sudu dipasang satu per satu. Pemasangan dilakukan
dengan cara silang menyilang. Setelah satu sudu selesai dilas, dilanjutkan dengan
sudu yang ada di seberangnya. Hal ini dilakukan untuk menghindari adanya defleksi
akibat panas saat pengelasan.
Pengelasan sudu dilakukan secara bertahap.Empat buah sudu dilas terlebih
dahulu. Masing-masing 1 buah sudu untuk bagian atas, bawah, kanan dan kiri.
Pengelasan 8 sudu ditujukan untuk menjaga agar posisi poros setelah dipotong tetap
28
Setelah semua sudu dilas, dilakukan finishing dengan gerinda tangan.
Sisa-sisa pengelasan diratakan. Sesudah itu, dilakukan balancing geometri dengan mesin
bubut.
3.3.6. Pemasangan Runner ke Alat Uji Turbin
Runner kemudian dipasang ke alat uji turbin. Setelah selesai dipasang, rumah
bantalan yang terdapat di sisi kanan dan kiri rumah runner dipasang. Diikuti dengan
pemasangan kopling transmisi sabuk dan puli. Setelah dipastikan semua bagian
terpasang penelitian dilanjutkan pengambilan data.
3.4. Pengambilan data
Variabel yang Diukur
1. Putaran generator
2. Tegangan yang dihasilkan generator
3. Arus yang dihasilkan generator
4. Tekanan pompa
Variabel yang Divariasi
1. Debit air : 10,6 l/s, 9,3 l/s, 8,3 l/s.
2. Tinggi nosel : 4 mm, 9 mm, 14 mm.
29
Langkah pengambilan data yang harus dilakukan
a. Isi bak penampung dengan air
b. Pasang runner pada alat uji turbin
c. Nyalakan pompa air
d. Atur Debit air = 10,6 L/s, dengan mengatur dua kran pada pipa penstock
e. Atur tinggi nozzle = 14 mm , dengan cara memutar lengan pengatur di
samping atas rumah runner
f. Ukur dan catat tekanan air dengan manometer pada saluran nozzle
g. Pasang beban (lampu) 10 Watt
h. Nyalakan Panel Hubung Bagi
i. Ukur dan catat tegangan serta arus listrik yang dihasilkan generator
menggunakan multimeter
j. Ukur dan catat putaran turbin menggunakan tachometer
k. Matikan Panel Hubung Bagi
l. Ulangi langkah g-k untuk beban = 15 W; 25 W; 40 W; 60 W; 100W
m. Ulangi langkah e-l untuk tinggi nozzle = 9 mm ; 4 mm
n. Ulangi langkah d-m untuk debit = 9,3 L/s ; 8,3 L/s
30
3.5. Pengolahan dan Analisis Data
Setelah pengambilan data dilakukan, maka dilakukan pengolahan data
sebagai berikut :
a. Hitung potensi daya air dengan persamaan 1 untuk tiap variasi debit.
b.Hitung daya yang dihasilkan generator dengan persamaan 6 untuk tiap
variasi
c. Hitung efisiensi total dengan persamaan 7 untuk tiap variasi
d.Analisis dilakukan dengan membuat grafik hubungan putaran turbin dengan
daya dan grafik hubungan putaran turbin dengan efisiensi untuk tiap variasi
3.5.1 Kesulitan Penelitian
Kesulitan yang dihadapi pada saat pelaksanaan penelitian adalah sebagai
berikut:
a. Pengukuran debit air karena proses pengerjaan flowmeter belum selesai
b. Pembuatan alur kelengkungan sudu pada piringan runner, sehingga untuk
menggantikan alur dibuat dari plastic yang sudah ditemplet dengan solid
work kemudian piringan dikasih tanda.
c. Penempatan sudu terhadap piringan runner pada saat dilas
d. Penyesuaian kondisi peralatan yang digunakan supaya mendekati data
perancangan
e. Kinerja pompa yang kurang optimal, sehingga harus ditambah sebuah
31
f. Alat-alat yang dimiliki laboratorium teknik mesin kurang lengkap dan
terbatas, sehingga untuk menggunakan satu macam alat harus bergantian.
g. Alat ukur yang dimiliki sangat terbatas dan tidak dapat bekerja dengan
baik. Sehingga dalam penelitian penulis harus mencari dan meminjam alat
32 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 HASIL PENELITIAN
Tidak diperoleh data untuk beberapa variasi, hal ini disebabkan karena
tegangan yang dihasilkan tidak cukup kuat untuk beban yang dipasang (lampu pijar
220 V), sehingga relay pada Panel tidak dapat bekerja.
4.1.1 Data Variasi Debit 10,6 l/s
Tabel 4.1 Data penelitian dengan tinggi nozzle 14 mm dan debit 10,6 l/s. Q = 10,6 L/s
33
4.1.2 Data Variasi Debit 9,3 l/s
Tabel 4.3 Data penelitian dengan tinggi nozzle 14 mm dan debit 9,3 l/s. Q = 9,3L/s
34
4.2 Grafik Hasil Penelitian
4.2.1 Grafik dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan 14 mm Pada Debit 10,6 L/s
0
800 810 820 830 840 850 860 870
putaran generator (rpm)
tinggi nozzle 9mm tinggi nozzle 14 mm
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Daya Out Put dengan Putaran Generator pada tinggi nozzle 9 mm dan 14 mm.
Daya terbesar untuk debit 10,6 l/s terjadi pada tinggi nozzle 9 mm dan putaran
809,2 rpm yaitu 46,58 watt. Daya maksimum terjadi saat lampu diberi beban 100
watt. Pada tinggi 14 mm, daya terbesar yang dapat dihasilkan turbin yaitu 45,76 watt
800 810 820 830 840 850 860 870
putaran generator (rpm)
tinggi nozzle 9 mm tinggi nozzle 14 mm
Gambar 4.2 Grafik hubungan Efisiensi dengan Putaran Generator pada tinggi nozzle 9 mm dan 14 mm.
Daya terbesar untuk debit 10,6 l/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan
putaran 838,3 rpm yaitu 10,42 %. Efisiensi maksimum terjadi saat lampu diberi
beban 100 watt. Pada tinggi nozzle 9 mm daya terbesar yang dapat dihasilkan turbin
36
4.2.2 Grafik dengan Tinggi Nozzle 9mm dan 14mm Pada Debit 9,3 L/s
0
805 810 815 820 825 830
putaran generator (rpm)
tinggi nozzle 9mm tinggi nozzle 14 mm
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Daya Out Put dengan Putaran Generator pada tinggi nozzle 9 mm dan 14 mm.
Daya terbesar untuk debit 9,3 l/s terjadi pada tinggi nozzle 9 mm dan putaran
810,3 rpm yaitu 53,64 watt. Daya maksimum terjadi saat lampu diberi beban 60 watt.
Pada tinggi 14 mm, daya terbesar yang dapat dihasilkan turbin yaitu 41,4 watt pada
805 810 815 820 825 830
putaran generator (rpm)
tinggi nozzle 9 mm tinggi nozzle 14 mm
Gambar 4.2 Grafik hubungan Efisiensi dengan Putaran Generator pada tinggi nozzle 9 mm dan 14 mm.
Daya terbesar untuk debit 9,3 l/s terjadi pada tinggi nozzle 14 mm dan putaran
812,3 rpm yaitu 13,16 %. Efisiensi maksimum terjadi saat lampu diberi beban 60
watt. Pada tinggi nozzle 9 mm daya terbesar yang dapat dihasilkan turbin yaitu
10,44 % pada putaran 810,3 rpm saat lampu diberi beban 90 watt.
4.3 Analisa
Pada tinggi nosel 9 mm selalu memiliki daya yang lebih besar dari pada
ketinggian 14 mm. Hal ini dikarenakan semakin kecil bukaan nosel maka daya yang
dihasilkan akan semakin baik. Akan tetapi, bukaan terkecil dari nosel agar turbin
dapat bekerja dengan baik mempunyai batas. Pada penelitian ini, batas terkecil dari
38
Dari grafik diperoleh bahwa semakin tinggi putaran maka daya semakin
besar. Namun hasil pengambilan data ini putaran optimum belum dapat diketahui
karena variasi yang digunakan masih kurang banyak, daya yang dihasilkan oleh
turbin memiliki batas maksimum. Setelah mencapai batas maksimum, maka daya
akan turun. Kenaikan dan penurunan daya seperti dasar teori (Mock More, hal 20).
Efisiensi terbesar selalu terjadi pada tinggi nosel 14 mm. Semakin
tinggi nosel maka tekanan yang terjadi makin besar. Makin besar tekanan yang
dihasilkan, maka daya yang tersedia makin besar. Sehingga efisiensi akan naik jika
daya yang tersedia makin besar.
Efisiensi total yang dihasilkan rendah, hal ini dikarenakan putaran generator
jauh di bawah daerah kerja generator (1400 rpm) sehingga mengakibatkan efisiensi
generator rendah. Selain itu, adanya poros di antara piringan runner juga menghambat
aliran air yang keluar dari sudu atas ke sudu bawah. Sehingga pemanfaatan aliran air
oleh sudu bagian bawah menjadi berkurang. Hal ini dapat mengurangi efisiensi
runner.
Tidak diperoleh data untuk beberapa variasi, hal ini disebabkan karena
tegangan yang dihasilkan tidak cukup kuat untuk beban yang dipasang (lampu pijar
220V), sehingga relay pada Panel tidak dapat bekerja. Grafik yang diperoleh tidak
stabil, hal ini disebabkan oleh putaran turbin yang kurang stabil karena balancing
BAB V
KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian Turbin Aliran Silang dengan busur sudu 740 ini, dapat
disimpulkan beberapa hal, antara lain :
1. Pada tinggi nozzle 4 mm daya keluaran paling besar adalah 22,4 watt,
efisiensinya 2,68% yang diperoleh pada debit 9,3 L/s dan putaran 776 rpm.
2. Pada tinggi nozzle 9 mm daya keluaran paling besar adalah 53,64 watt,
efisiensinya10,44% diperoleh pada debit 9,3 L/s dan putaran 810,3 rpm.
3. Pada tinggi nozzle 14 mm daya keluaran paling besar adalah 45,76 watt,
efisiensinya 13,61% diperoleh pada debit 10,6 L/s dan putaran 838,3 rpm.
5.2 Saran
Beberapa saran untuk penelitian dalam bidang sejenis dengan penelitian ini
atau mengembangkan penelitian ini :
1. Jika ingin membuat runner yang dimensinya sama dengan cihanjuang
sebaiknya melakukan pengukuran yang teliti dan tepat agar turbin dapat
masuk dalam rumah turbin dan tidak terjadi gesekan.
41
2. Dalam pembuatan runner hendaklah dibuat dengan tingkat kepresisian
semaksimal mungkin supaya data yang diperoleh mendekati dengan
perhitungan teoritis yang ada.
3. Menggunakan flow meter agar besar debit yang digunakan dalam penelitian
dapat diatur dengan tepat dan benar.
4. Melakukan variasi yang lebih banyak, misalkan debit dan pembebanan
DAFTAR PUSTAKA
Dietzel, Fritz , 1996, Turbin Pompa dan Kompresor, cetakan ke-5, Penerbit Erlangga, Jakarta
Joshi, C. B., Seshadri, V., Singh, S. N., Parametric Study on Performance of Cross-Flow , Journal of Energy Engineering, Vol. 121, No. 1, April 1995,
pp. 28-45
Khosrowpanah, S, Fiuzat, A. A., Albertson, M., L., Experimental Study of
Cross-Flow Turbine, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 114, No. 3, March
1988, pp. 299-314
Mockmore, CA., 1949, The Banki Water Turbine, Oregon State College.
Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, 2003, Kebijakan
Pengembangan Energi Terbarukan dan Konservasi Energi (Energi Hijau),
Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, Jakarta
Olgun , H, 2000, Effect of interior guide tubes in cross-flow turbine runner on turbine performance, International Journal of Energy Research, Volume 24 Issue 11 , September 2000, Pages 935 – 964
Olgun, H , 1998, Investigation of the performance of a cross-flow turbine,
International Journal of Energy Research, Volume 22 Issue 11 , Pages 935 – 964
Pence, Celso, 1998, Layman’s Handbook on How to Develop a Small Hydro Site,
Proses pembelahan pipa
Curva daya utuk Banki turbine dengan head di bawah 16 ft (Mockmore, CA., 1949, The Banki Water Turbine, hlm. 20, Oregon State College)
