YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN RADIUS SUDU 0,875 INCI DAN JUMLAH SUDU 24

(1)

TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 74

o

YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN

RADIUS SUDU 0,875 INCI DAN JUMLAH SUDU 24

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

Nicolaus Setyo Haryanto

NIM : 055214032

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

THE CROSSFLOW TURBINE WITH 74° OF CENTRAL ANGLE

THAT MADE FROM CUTTING PIPE LENGHTWISE WITH

RADIUS 0,875 INCH AND 24 NUMBER OF BLADE

FINAL PAPER

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

By :

Nicolaus Setyo Haryanto

Student Number : 055214032

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME

SCIENCE AND TECNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

iii

TUGAS AKHIR

TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 74o YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN

RADIUS SUDU 0,875 INCI DAN JUMLAH SUDU 24

Disusun Oleh :

Nama : Nicolaus Setyo Haryanto Nim : 055214032

Telah Disetujui Oleh :

Yogyakarta, 21 Juli 2009 Pembimbing

(4)

iv

TUGAS AKHIR

TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 74

o

YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN

RADIUS SUDU 0,875 INCI DAN JUMLAH SUDU 24

Oleh :

Nicolaus Setyo Haryanto NIM : 055214032

Telah dipertahankan di depan panitia penguji pada tanggal 15 Juli 2009

dan dinyatakan memenuhi syarat

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 Kakak-kakakku tercinta

Seseorang yang selalu membuatku bersemangat

Teman-teman dan sahabat-sahabatku

(6)

vi

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdpat karya yang

pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan

sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam

naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 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 : Nicolaus Setyo Haryanto

NIM : 055214032

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

RADIUS SUDU 0,875 INCI DAN JUMLAH SUDU 24

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

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. Sudu turbin dibuat dari pipa dengan diameter 1,75 inci. Diameter roda jalan adalah 98 mm dengan panjang roda jalan 104 mm. Dengan busur sudu 740 dan jumlah sudu pada roda jalan 24 buah. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit dan tinggi bukaan nosel 9 mm, 14 mm, 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 pembebanan, putaran turbin diukur dengan tachometer.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis panjatkan kepada Allah Bapa yang Maha Kasih dan

Yesus Kristus atas segala berkat dan bimbingan-Nya dalam penyusunan skripsi

berjudul “TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 74o YANG

DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN RADIUS SUDU 0,875 INCI DAN

JUMLAH SUDU 24”.

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. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T, Dekan dan Dosen Pembimbing

Tugas Akhir Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma.

2. Bapak Budi Sugiharto, S.T, M.T, Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama

kuliah di Universitas Sanata Dharma.

4. Kepala Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas

(10)

x

5. Kepala Laboratorium Teknik Tenaga Listrik Jurusan Elektro Universitas Sanata

Dharma yang telah memberikan ijin dan fasilitas yang dipergunakan.

6. Segenap karyawan Sekertariat Teknik Universitas Sanata Dharma dan semua

karyawan dan staff Universitas Sanata Dharma.

7. Drs. Dwi Sujoko M.T., Guru STM Pembangunan yang telah membantu dalam

pengelasan roda jalan.

8. Bapak Fs. Sumarno dan Ibu St. Sutinem yang selalu mencurahkan tenaga,

pikiran, kasih sayang, doa serta dukungan dan nasehat dalam segala hal selama

ini.

9. Keluarga besar dan kakak-kakakku yang selalu memberikan dukungan dan

nasehat dalam segala hal selama ini.

10. Agata Novia Adriani yang selalu memberikan dukungan dan semangat selama

ini.

11. Teman-teman kelompok penelitian microhydro yang tidak bisa saya sebutkan

satu persatu yang telah banyak membantu selama pengambilan data dan

penyusunan skripsi.

12. Teman-teman mahasiswa angkatan 2005 khususnya dan semua angkatan

Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma serta semua pihak yang tidak

bisa saya sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penyusunan skripsi ini masih jauh dari

sempurna karena keterbatasan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu,

(11)

xi

menyempurnakan skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat berguna bagi

pembaca semua.

Yogyakarta, 21 Juli 2009

(12)

xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

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 ... xii

DAFTAR TABEL ... xv

DAFTAR GAMBAR ... xvi

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1.Latar Belakang Masalah ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 3

1.3. Tujuan Penelitian ... 4

1.4. Manfaat Penelitian ... 4

BAB II. DASAR TEORI ... 5

2.1. Tinjauan Pustaka ... 5

(13)

xiii

2.2.1. Definisi Turbin Air ... 7

2.2.2. Jenis-Jenis Turbin Air ... 7

2.3. Turbin Aliran Silang ... 9

2.3.1. Bagian Turbin Aliran Silang ... 10

2.4. Pergerakan Air Turbin Aliran Silang ... 14

2.5. Perancangan Turbin Aliran Silang ... 15

2.5.1. Segitiga Kecepatan ... 15

2.5.2. Perhitungan Dimensi Turbin ... 17

BAB III. METODE PENELITIAN ... 25

3.1. Diagram Alir Penelitian Dan Perancangan ... 25

3.2. Bahan Penelitian ... 26

3.3. Peralatan Penelitian ... 26

3.4. Jalannya Penelitian ... 26

3.4.1. Persiapan ... 26

3.4.2. Pembuatan Kerangka Alat Uji ... 27

3.4.3. Perancangan Roda jalan ... 28

3.4.4. Pembuatan Roda jalan ... 34

3.4.4.1. Pembuatan Sudu ... 34

3.4.4.2. Pembuatan Piringan Dan Poros Roda jalan ... 34

3.4.4.3. Perakitan Roda Jalan ... 36

3.4.5. Perakitan Turbin Aliran Silang ... 37

3.5. Uji Prestasi ... 39

(14)

xiv

3.5.2. Langkah Pengambilan Data ... 40

3.5.3. Analisa Data ... 41

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 43

4.1. Hasil Penelitian ... 43

4.1.1. Data Hasil Penelitian ... 43

4.1.2. Perhitungan Data Penelitian ... 45

4.2. Pembahasan ... 48

4.2.1. Daya dan Efisiensi Total Turbin Aliran Silang Dengan Busur Sudu 74o dan Jumlah Sudu 24 ... 48

4.2.1.1Pembahasan Daya Hasil Penelitian ... 48

4.2.1.2 Pembahasan Efisiensi Hasil Penelitian ... 51

BAB V. PENUTUP ... 54

5.1. Kesimpulan ... 54

5.2. Saran ... 54

DAFTAR PUSTAKA ... 56

(15)

xv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Pengelompokan Turbin ... 8

Tabel 3.1. Perbandingan L/D1 ... 29

Tabel 4.1. Data Penelitian pada Tinggi Nosel 9 mm dan Debit 8,2 l/det

Tekanan 7,5 Psi ... 43

Tekanan 6 Psi ... 44

Tabel 4.5. Perhitungan pada Tinggi Nosel 9 mm dan Debit 8,2 l/det

(16)

xvi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Roda jalan ... 10

Gambar 2.2. Alat Pengarah ... 11

Gambar 2.3. Rumah Turbin ... 11

Gambar 2.4. Generator ... 13

Gambar 2.5. Aliran Pergerakan Air pada Turbin Aliran silang ... 14

Gambar 2.6. Defleksi Pada Pergerakan Air pada Turbin Aliran silang .... 15

Gambar 2.7. Segitiga Kecepatan pada Turbin Aliran silang ... 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 Penelitian ... 25

Gambar 3.2. Sudu Yang Sudah Dibelah ... 34

Gambar 3.3. Poros Roda jalan... 35

Gambar 3.4 Piringan Setelah Diberi Alur ... 35

Gambar 3.5. Las poros dan piringan ... 36

Gambar 3.6. Roda jalan Penelitian ... 36

(17)

xvii

Gambar 4.2. Grafik Daya vs Putaran Poros Generator dengan tinggi

nosel 14 mm dan variasi debit ... 49

Gambar 4.3. Grafik Efisiensi vs Putaran Poros Generator dengan tinggi

nosel 9 mm dan variasi debit ... 51

Gambar 4.3. Grafik Efisiensi vs Putaran Poros Generator dengan tinggi

(18)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi kebutuhan

masyarakat tidak lepas dari energi listrik, karena hampir sebagian besar 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 tergantung

dengan mengunakan bahan bakar fosil sebagai sumber energi utamanya.

Dari ketergantungan dengan bahan bakar fosil tersebut maka muncul

permasalahan yang dihadapi yaitu semakin menipisnya ketersediaan bahan bakar

fosil yang merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui serta

dampaknya terhadap lingkungan hidup terkait dengan isu pemanasan global. Untuk

mengatasi permasalahan tersebut maka perlu dikembangkan sumber energi alternatif

pengganti bahan bakar fosil yaitu pemanfaatan sumber energi terbarukan seperti

(19)

2

Air merupakan salah satu alternatif sumber energi yang memiliki potensi yang

sangat besar sebagai pengganti bahan bakar fosil. Selain karena jumlahnya yang

tidak terbatas, air juga merupakan sumber energi yang bersih karena tidak

menghasilkan polutan sehingga dapat mengurangi pemanasan global.

Pemanfaatan energi air sebenarnya sudah dilakukan antara lain dengan adanya

PLTA, namun kebanyakan yang digunakan adalah sumber pembangkit tenaga air

dengan kapasitas besar saja. Sedangkan pemanfaatan sumber pembangkit tenaga air

dengan kapasitas kecil belum banyak digunakan. Oleh karena itu perlu

dikembangkan suatu teknologi terapan untuk memanfaatkan potensi tersebut agar

dapat digunakan untuk mencukupi kebutuhan listrik secara swadaya oleh masyarakat

terutama masyarakat kecil yang mengalami kesulitan distribusi listrik.

Turbin aliran silang merupakan salah satu alat pembangkit listrik tenaga air yang

mengkonversi potensi energi air menjadi energi mekanik untuk memutar generator

listrik. Turbin aliran silang banyak digunakan untuk daya yang kecil

(microhydro/picohydro). Sudu turbin aliran silang biasanya dibuat dari plat yang

dilengkungkan. Tentu saja pembuatan sudu tersebut tidak mudah, apalagi bagi

kebanyakan masyarakat. Geometri sudu turbin aliran silang sebenarnya sama dengan

geometri pipa yang dibelah dengan besar sudut busur tertentu. Oleh karena itu, untuk

memudahkan pembuatan maka digunakanlah pipa yang dibelah sebagai sudu turbin.

Pembuatan roda jalan yang mudah akan membuat biaya yang dikeluarkan menjadi

murah. Masyarakat akan dapat membuat sendiri sehingga masyarakat dapat

(20)

3

sudu turbin aliran silang tidak banyak dilakukan sehingga informasi mengenai unjuk

kerjanya kurang diketahui.

1.2 Rumusan Masalah

Sudu turbin aliran silang biasanya dibuat dari plat yang dilengkungkan, tentu

saja pembuatan sudu tersebut sulit untuk dilakukan. Maka dari itu pada penelitian ini

akan dibuat turbin aliran silang dengan sudu dari pipa yang dibelah sebagai

pengganti plat yang dilengkungkan. Turbin akan dibuat dari pipa hitam berdiameter

1,75 inci yang dibelah dengan besar busur sudu 740 dan jumlah sudu 24 buah.

Unjuk kerja turbin aliran silang dipengaruhi oleh banyak parameter lain,

diantaranya 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. Pada penelitian ini turbin akan diteliti unjuk kerjanya pada variasi tinggi

(21)

4

1.3 Tujuan Penelitian

a. Membuat turbin aliran silang dengan menggunakan sudu dari pipa yang dibelah

untuk pembangkit listrik.

b. Mengetahui daya dan efisiensi total terbaik dari turbin aliran silang dengan

busur sudu 74o dan jumlah sudu 24.

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.

(22)

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 TINJAUAN PUSTAKA

Unjuk kerja turbin aliran silang 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 aliran silang banyak dilakukan untuk sudu yang

dibuat dari plat yang dilengkung. Turbin aliran silang yang dilengkapi dengan

saluran pengarah di dalam roda jalannya 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 aliran silang sebesar

5%.

Penelitian terhadap pengaruh perbandingan diameter dalam dan diameter luar

roda jalan juga telah dilakukan (Olgun, 1998). Dalam penelitian ini digunakan 4

buah roda jalan. Roda jalan yang diuji mempunyai jumlah sudu 28 buah, diameter

luar 170 mm, dan lebar 114 mm. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar

(23)

6

yang digunakan adalah 0,75, 0,65, 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 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).

Penelitian terhadap penggunaan sudu dari pipa dibelah sebagai pengganti plat

yang dilengkungkan (Sutarja, 2009). Penelitian ini dilakukan untuk mangetahui

unjuk kerja turbin maksimum dengan busur sudu 74º yang dibuat dari pipa dibelah

dengan radius sudu 0,875 dan jumlah sudu 18 buah. Dari penelitian ini diperoleh

daya tertinggi yang dihasilkan adalah 68,9 watt dan efisiensi total tertinggi yang

(24)

7

2.2 TURBIN AIR

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

Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk penyediaan

kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya dikelompokkan berdasarkan kegunaan

tertentu, kapasitas aliran, dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu, turbin air

diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara. Secara umum turbin air dikelompokkan

menurut tinggi air jatuh (head) dan juga prinsip kerja turbin tersebut merubah energi

(25)

8

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.

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 Pengelompokan Turbin

Head Tinggi Head Sedang Head Rendah Turbin Impuls Turbin Pelton

Turbin Turgo

(26)

9

2.3 TURBIN ALIRAN SILANG

Turbin aliran silang 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 silinder dan kemudian dari dalam keluar

melalui sudu-sudu. Aliran air yang melewati sudu ada dua tingkatan. Tingkatan

pertama, air masuk melalui sudu atas. Daya yang dihasilkan lebih besar dari tingkat

pertama yaitu 80 % dari tingkat kedua. Tingkat kedua, air keluar melalui sudu bagian

bawah. Daya yang dihasilkan kurang lebih 20% dari daya yang dihasilkan pada

tingkat pertama.

Turbin aliran silang sangat baik digunakan untuk pusat tenaga air yang kecil

dengan daya yang dihasilkan ± 750 KW. Ketinggian head yang bisa digunakan yaitu

diatas 1 m sampai dengan 200 m. Kapasitas aliran air 0,02 m2/detik sampai dengan 7

m2/detik. Kecepatan putaran turbin aliran silang antara 60 rpm sampai 200 rpm. Hal

ini dipengarui oleh diameter roda jalan. Aliran turbin aliran silang sangat besar yaitu

mencapai 87,7 %. Dengan daerah daya turbin yang disebut di atas, turbin aliran

silang cocok digunakan untuk menggerakan penggilingan, penggergaji kayu,

(27)

10

2.3.1 Bagian Turbin Aliran Silang

Pada dasarnya turbin aliran silang terdiri dari tiga bagian utama, yaitu:

1. Roda jalan

Roda jalan turbin aliran silang terdiri dari beberapa sudu yang dipasang pada

sepasang piringan paralel.

Gambar 2.1 Roda jalan

2. Alat Pengarah

Alat pengarah pada turbin sering disebut dengan nosel. Nosel pada turbin aliran

silang berbentuk persegi panjang. Ukuran nosel disesuaikan dengan ukuran roda

(28)

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

Turbin aliran silang dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik

kecil. Untuk itu perlu adanya komponen tambahan yang disebut generator. Generator

(29)

12

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.

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

(30)

13

c. Dioda

Dioda mengkonversi arus bolak-balik yang dihasilkan oleh pasangan rotor

dan stator menjadi arus searah.

Gambar 2.4 Generator

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

(31)

14

2.4 PERGERAKAN AIR TURBIN ALIRAN SILANG

Pada gambar 2.5 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk ke dalam

roda jalan 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 = ⋅ ⋅ ⋅ ...2.1

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.

(32)

15

Alur pergerakan air pada kenyataannya tidak seperti yang terdapat dalam

(gambar 2.5) karena terdapat defleksi sebesar θ seperti dalam (gambar 2.7).

Gambar 2.6 Defleksi pada pergerakan air pada Turbin Aliran silang (Sumber : Mockmore, 1949)

2.5 PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG

2.5.1 Segitiga Kecepatan

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

(33)

16

Jika u1 = ½ V1 cos α1 ...2.2

maka tan β2 = 2 tan α1...2.3

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.

(34)

17

2.5.2 Perhitungan Dimensi Turbin

a. Diameter Luar Roda jalan (D1)

c. Perbandingan panjang dan diameter turbin

(35)

18

d. Jari-jari kelengkungan sudu (ρ)

1 326 , 0 ⋅r =

ρ (Mockmore, 1949, hal 15) ...2.7

Dengan :

r1 = jari-jari luar roda jalan (inci)

e. Lebar sudu (a)

1 17 , 0 D

a= ⋅ (Mockmore, 1949, hal 12) ...2.8

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 2.9)

1 1 k D

(36)

19

s (Mockmore, 1949, hal 11) ...2.10

1

t (Mockmore, 1949, hal 10) ...2.11

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

(37)

20

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

(

)

1

2 0,1314 0,945 k D

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

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).

(

)

1

2 2

max 1 cos

2

1 _ψ _α

(38)

21

k. Nosel

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

1

(39)

22

s τ (Sularso,2004,hal.8)...2.23

Dengan :

Kt = Faktor koreksi

(40)

23

(41)

24

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1Diagram Alir Penelitian Dan Perancangan

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian Dan Perancangan

MULAI

STUDI PUSTAKA

PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG

PEMBUATAN TURBIN ALIRAN SILANG

PENELITIAN TURBIN ALIRAN SILANG

PENGAMBILAN DATA

PENGOLAHAN DATA

(42)

25

3.2 Bahan Penelitian

Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah:

a. Pipa diameter 1,75 inci , panjang 1 m

b. Plat tebal 15 mm x 100 mm x 100 mm , 2 buah

c. Besi poros diameter 30 mm x 300 mm.

3.3Peralatan Penelitian

a. Kerangka modul mikrohidro

b. Modul Mikrohidro Cihanjuang

c. Peralatan kerja bangku

d. Alat ukur (roll meter, jangka sorong, siku)

e. Mesin bubut, mill, bor

f. Gergaji besi

g. Las asetelin

3.4 Jalannya Penelitian

3.4.1Persiapan

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.

(43)

26

3.4.2 Pembuatan Kerangka Alat Uji

Pada tahapan ini dilakukan pembuatan gambar kerja. Sebelum membuat

gambar kerja, terlebih dahulu dilakukan pembuatan sketsa alat. Modul Mikrohidro

dari Cihanjuang juga dipakai untuk melaksanakan penelitian ini. Modul ini

dirangkaikan pada kerangka yang telah dipersiapkan. 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/det dan Head 21 m.

Pompa mengalirkan air yang ditampung pada sebuah bak air kapasitas 240

liter. Air tersebut dipompakan menuju ke nosel melalui pipa penstock berdiameter 2

inci. Untuk mengatur debit dan head masuk nosel, dipasang dua buah kran pada pipa

penstock. Air yang masuk ke nosel akan digunakan untuk memutar roda jalan di

dalam rumah roda jalan, kemudian masuk kembali ke dalam bak penampung. Roda

jalan akan memutar generator yang dihubungkan dengan roda jalan menggunakan

transmisi sabuk dan puli.

Generator berfungsi mengubah energi mekanis menjadi tenaga listrik arus

(44)

27

putaran generator dan kekuatan medan magnet. Listrik yang dihasilkan oleh

generator kemudian diukur saat pengambilan data.

3.4.3 Perancangan Roda jalan

Untuk pembuatan roda jalan, dipakai sudu dari pipa hitam yang dibelah.

Perancangan dan perhitungannya adalah sebagai berikut:

a. Data perancangan

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

b. Kecepatan pancaran nosel (V)

(45)

28

Perbandingan L/D1 yang harganya mendekati 1, digunakan untuk mencari

panjang (L) dan diameter luar roda jalan (D1).

Tabel 3.1 Perbandingan L/D1

L (inci) D1 (inci)

(46)

29

f. Diameter roda jalan (D1)

Dipilih D1 = 3,86 inci (pada penelitian ini diameter roda jalan 3,858 inci)

g. Kecepatan putar roda jalan (N)

1

Kecepatan roda jalan di atas adalah kecepatan roda jalan tanpa beban.

(47)

30

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

j. Lebar sudu (a)

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

(48)

31

Harga η adalah 0,8-1,2 untuk daya maksimum yang diperlukan (Sularso, hal

7). Dipilih η = 0,877

o. Perhitungan Poros

1. Menghitung torsi :

(49)

32

3. Diameter poros:

d1 =

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

p. Geometri turbin:

(50)

33

3.4.4 Pembuatan Roda jalan

3.4.4.1Pembuatan Sudu

Sudu turbin dibuat dari pipa yang dibelah. Pipa yang digunakan berdiameter

1,75 inci, panjang pipa untuk sudu 104 mm, dan tebal 1,5 mm. Pipa yang akan

dibelah diberi mal dan digaris dengan tujuan untuk memudahkan dalam

pembelahan. Pipa dibelah dengan menggunakan mesin sekrap kemudian dilanjutkan

dengan menggunakan gergaji tangan. Pipa dibelah menjadi tiga bagian dengan besar

busur sudu 740 dan jumlah sudu yang digunakan dalam pembuatan turbin 24 buah.

Gambar 3.2. Sudu (pipa yang Sudah Dibelah)

3.4.4.2 Pembuatan Piringan dan Poros Roda jalan

Pembuatan alat dilanjutkan dengan membuat piringan dan poros roda jalan.

Poros dibuat sesuai rancangan yang telah ditetapkan dengan menggunakan mesin

bubut. Poros dibuat dari besi pejal dengan panjang 290 mm dan diameter 28 mm.

Bagian tengah poros yang digunakan dalam penelitian kali ini dibuat kecil dengan

(51)

34

masuk dan keluar dari sudu-sudu turbin terhambat oleh poros yang ditengah-tengah

turbin.

Gambar 3.3 Poros Roda jalan

Sedangkan piringan dibuat 2 buah, satu untuk sebelah kanan, satu untuk

sebelah kiri. Setelah selesai dibentuk, piringan diberi alur berdiameter 2 mm dengan

kedalaman 2 mm sebanyak 24 alur per piringan. Alur-alur ini akan digunakan untuk

mengelas sudu dengan piringan. Untuk mendapatkan alur sesuai dengan geometri

yang diinginkan, pengaluran dilakukan dengan menggunakan mesin CNC.

(52)

35

3.4.4.3 Perakitan Roda Jalan

Setelah selesai pengaluran, piringan dan poros disambung dengan las. Piringan

dipasang berhadapan dengan jarak 104 mm. Pengelasan dilakukan dengan teliti

supaya hasilnya simetris dan tidak oleng.

Gambar 3.5. Las poros dan piringan

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.

(53)

36

Setelah semua sudu dilas, dilakukan finishing dengan gerinda tangan. Sisa-sisa

pengelasan diratakan. Sesudah itu, dilakukan balancing geometri dengan mesin

bubut.

3.4.5. Perakitan Turbin Aliran Silang

Tahap terakhir sebelum pengujian alat dilakukan yaitu perakitan turbin.

Perakitan dilakukan sesuai dengan rancangan yang sudah ditetapkan. Pemasangan

turbin yang tepat dapat menghindari :

1. Ketidaklurusan bahkan pergeseran antara poros turbin dan poros puli turbin

dan juga antara poros generator dengan poros puli generator.

2. Kebocoran antara turbin dan base frame, antara turbin dengan nosel, dan

antara nosel dengan penstock.

3. Sabuk selalu lepas pada saat beroperasi.

Langkah-langkah pemasangan turbin aliran silang :

a. Pemasangan unit turbin dan unit puli turbin

Rumah turbin dipasang pada kerangka dan dudukan yang telah ditetapkan.

Rumah turbin dipasang tepat diatas bak penampungan air. Sebelum pemasangan

rumah turbin pada kerangka, sebaiknya diberi sealan agar tidak terjadi kebocoran

pada sambungan. Setelah rumah turbin dipasang, puli turbin dipasang. Pemasangan

(54)

37

b. Pemasangan unit generator dan unit puli generator

Pemasang pertama yang dilakukan yaitu pemasangan puli generator. Puli

generator harus dipasang simetris dengan puli turbin dan puli generator diatur agar

sabuk tidak kendur. Tujuannya agar pada saat puli berputar sabuk tidak lepas.

Generator selanjutnya dipasang. Saat pemasangan generator, poros pada generator

harus lurus seperti rumah turbin dan puli turbin. Jika sudah lurus, generator

dikencangkan dengan pengatur yang ada dan baut dipasang.

c. Pemasangan pompa dan pipa saluran air

Pompa yang digunakan ada dua buah dan dipasang paralel. Pompa dipasang

pada tempat yang telah ditentukan. Saluran hisap pompa harus dipasang sejajar

dengan lubang pada bak penampungan. Saluran buang pipa dibuat dua, satu untuk

masuk nosel dan satu untuk pembuangan ke bak. Pemasangan pipa harus sejajar

dengan masukan nosel dan tegak lurus agar tidak terjadi kebocoran.

d. Pemasangan rangkaian listrik

Rangkaian listrik yang digunakan sederhana, hanya menghubungkan rangkaian dari

generator ke Panel Hubung Bagi (PHB) selanjutnya ke beban. Pemasangan dilakukan

(55)

38

3.5 Uji Prestasi

Pada tahap ini dilakukan pengambilan data untuk mengetahui unjuk kerja turbin

tersebut. Dalam penelitian ini ada beberapa variable yang di variasikan dan variable

yang dihitung, antara lain :

1. Variabel yang divariasikan :

a. Debit : 7,9 l/det, 8,2 l/det, 9,5 l/det, 10,7 l/det dst.

b. Beban generator : 10 watt, 20 watt, 30 watt, 40 watt dst.

c. Tinggi nosel : 9 mm, 14 mm, 19 mm

2. Varibel yang diukur :

a. Tekanan air

b. Tegangan yang dihasilkan generator

c. Arus yang dihasilkan generator

d. Putaran generator

3.5.1 Cara Kerja Turbin

Turbin aliaran silang akan bekerja jika ada aliran air yang memiliki

ketinggian head seperti aliran sungai atau air terjun. Pada penelitian ini, aliran sungai

akan diganti dengan pompa listrik yang berkapisitas 10 l/det dan head 22 m. pompa

yang digunakan ada dua buah.

Turbin aliran silang yang digunakan dalam penelitian menggunakan sistem

(56)

39

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 control 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 puli turbin dan selanjutnya akan menggerakan puli

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.

3.5.2 Langkah Pengambilan Data

1. Roda jalan dipasang pada alat uji

2. Bak penampungan air diisi

3. Nosel diatur pada bukaan pertama yaitu 9 mm, dengan cara memutar lengan

pengatur di samping atas rumah turbin.

4. Pompa 1 dan pompa 2 dinyalakan

5. Debit air diatur pada 7,9 l/det, dengan mengatur kran pada pipa buangan.

6. Tekanan air diukur dan dicatat

7. Tegangan, arus dan putaran yang dihasilkan generator saat beban 10 watt

(57)

40

8. Langkah 5-7 untuk beban : 10 watt, 20 watt, 30 watt, 40 watt dst, diulangi

9. Langkah 5-8 untuk debit : 8,2 l/det, 9,5 l/det, 10,7 l/det dst.

10.Langkah 3-9 untuk bukaan nosel :14 mm dan 19 mm diulangi

11.Setelah semua selesai, pompa 1 dan pompa 2 dimatikan

3.5.3 Analisa Data

1. Potensi daya air untuk setiap variasi debit dihitung.

2. Daya yang dihasilkan generator untuk setiap variasi debit, bukaan nosel dan

beban generator dihitung.

3. Efisiensi total setiap variasi debit, bukaan nosel dan beban generator dihitung.

4. Analisis dilakukan dengan membuat grafik hubungan antara daya yang

dihasilkan generator dengan putaran generator dan putaran generator dengan

(58)

41

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 HASIL PENELITIAN

Pengujian dilakukan dengan menggunakan turbin aliran silang dengan busur

sudu 74o dan jumlah sudu 24 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 Penelitian Unjuk Kerja Turbin Aliran Silang Dengan Busur Sudu 74o dan Jumlah Sudu 24.

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 10 175 0.08 837.3

2 20 160 0.17 831.1

3 30 155 0.21 824.5

4 40 150 0.25 823.6

5 50 145 0.26 822.7

6 60 140 0.27 822.2

7 70 130 0.32 821.7

(59)

42

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

Pada tinggi nosel 19 mm bukaan penuh untuk debit 12 l/det dan tekanan

1,5 psi tidak diperoleh data.

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

(60)

43

Pada tinggi nosel 19 mm bukaan setengah untuk debit 11,2 l/det dan

tekanan 1 psi tidak diperoleh data.

4.1.2 PERHITUNGAN DATA PENELITIAN

Perhitungan Data Penelitian Unjuk Kerja Turbin Aliran Silang Dengan

Busur Sudu 74o dan Jumlah Sudu 24.

• Perhitungan untuk debit 8,2 l/det dan tinggi nosel 9 mm, contoh untuk

beban 10 Watt pada bukaan penuh.

Daya yang dihitung ada dua macam : • Daya yang tersedia (Pin)

Kecepatan spesifik (nq)

(61)

44

• Daya yang dihasilkan turbin (Pout)

Arus pengukuran (I) = 0,08 A

Tegangan terukur (V) = 175 Volt

Daya (Pout) = V x I

=175 x 0,08

= 14 Watt

Perhitungan efisiensi total

Efisiensi total (η) = ×100%

(62)

45

Tabel 4.6 Perhitungan data dengan tinggi nosel 14 mm dan debit 10,7 l/det. Tekanan : 3,5 Psi

Pada tinggi nosel 19 mm bukaan penuh untuk debit 12 l/det dan tekanan

1,5 psi tidak diperoleh data sehingga tidak ada perhitungan.

Tabel 4.7 Perhitungan data dengan tinggi nosel 9 mm dan debit 7,9 l/det. Tekanan : 6 Psi

(63)

46

Pada tinggi nosel 19 mm bukaan setengah untuk debit 11,2 l/det dan

tekanan 1 psi tidak diperoleh data sehingga tidak ada perhitungan.

4.2 PEMBAHASAN

4.2.1 Daya dan Efisiensi Total Turbin Aliran Silang Dengan Busur Sudu 74o dan Jumlah Sudu 24.

A. Pembahasan Daya Hasil Penelitian

(64)

47

Gambar 4.2 Grafik Daya vs Putaran Poros Generator dengan tinggi nosel 14 mm dan variasi debit.

Dari data hasil penelitian dengan menggunakan variasi tinggi bukaan nosel 9

mm dengan variasi debit 8,2 l/det, 7,9 l/det didapat daya maksimal terbesar sebesar

48,1 watt pada variasi tinggi bukaan nosel 9 mm dengan debit 8,2 l/det. Dari data

hasil penelitian dengan menggunakan variasi tinggi bukaan 14 mm dengan variasi

debit 10,7 l/det, 9,5 l/det didapat daya maksimal terbesar sebesar 39 watt pada variasi

tinggi bukaan nosel 14 mm dengan debit 9,5 l/det.

Semakin besar putaran poros, maka daya yang terjadi akan semakin kecil. Hal

ini disebabkan arus yang dihasilkan semakin besar dan terjadi penurunan tegangan

karena bertambahnya beban. Setelah tercapai daya maksimum maka daya akan turun.

Kenaikan dan penurunan daya seperti dasar teori (Mock More, hal 20). Tetapi pada

penelitian ini semakin tinggi putaran yang dihasilkan maka daya yang dihasilkan

(65)

48

kenaikan dan penurunan pada grafik seperti yang terdapat pada grafik Mock More.

Sehingga tidak dapat diketahui putaran optimum yang dapat menghasilkan daya

maksimum pada penelitian. Daya maksimal terhitung merupakan daya terbesar yang

dapat diperoleh pada kondisi penelitian.

Kecepatan spesifik yang dihasilkan oleh turbin aliran silang memenuhi syarat

batas kecepatan spesifik untuk turbin aliran silang. Batas kecepatan spesifik untuk

turbin aliran silang adalah 11 rpm sampai dengan 50 rpm (Fritz Dietzel 1993).

Debit air yang dipakai dalam penelitian ini tidak memenuhi kriteria daerah

penggunaan yang baik untuk turbin aliran silang ini. Debit yang baik adalah 0,02

m3/detik sampai 7 m3/detik (Fritz Dietzel, 1996, hal 38), sedangkan yang dipakai

dalam penelitian masih dibawah 0,02 m3/detik dan debit maksimumnya hanya 0,012

m3/detik. Akibat debit yang digunakan kurang baik maka daya yang dihasilkan relatif

rendah.

Selain itu faktor yang mempengaruhi daya yang dihasilkan adalah rendahnya

putaran generator. Pada spesifikasinya, generator yang digunakan memiliki putaran

kerja 1390 rpm. Tetapi pada penelitian ini generator hanya bekerja pada putaran 750

– 850 rpm, selisih perbedaan putaran kerja generator yang besar antara putaran kerja

pada spesifikasi dengan putaran kerja yang sebenarnya ini menyebabkan daya

(66)

49

B. Pembahasan Efisiensi Total Hasil Penelitian

Gambar 4.3 Grafik Efisiensi Total vs Putaran Poros Generator dengan tinggi nosel 9 mm dan variasi debit

(67)

50

Dari data hasil penelitian dengan menggunakan variasi tinggi bukaan nosel 9

mm dengan variasi debit 8,2 l/det, 7,9 l/det didapat efisiensi total maksimal terbesar

sebesar 11,98 % pada variasi tinggi bukaan nosel 9 mm dengan debit 7,9 l/det. Dari

data hasil penelitian dengan menggunakan variasi tinggi bukaan 14 mm dengan

variasi debit 10,7 l/det, 9,5 l/det didapat efisiensi total maksimal terbesar sebesar

19,84 % pada variasi tinggi bukaan nosel 14 mm dengan debit 9,5 l/det. Pada

penelitian ini effisiensi total tertinggi dihasilkan pada bukaan nosel 14 mm, karena

pada bukaan nosel 14 mm daya yang tersedia lebih kecil dibandingkan dengan daya

yang tersedia pada bukaan nosel 9 mm sehingga mampu menghasilkan efisiensi yang

lebih tinggi.

Semakin cepat putaran poros maka efisiensi yang dihasilkan semakin kecil.

Hal ini dikarenakan efisiensi bergantung pada daya yang dihasilkan turbin. Semakin

besar daya turbin, maka efisiensi semakin besar. Karena daya yang tersedia tetap

sedangkan daya yang dihasilkan turbin selalu berubah-ubah tergantung pada

kenaikan arus maupun penurunan tegangan. Efisiensi merupakan perbandingan

antara daya yang dihasilkan dengan daya yang tersedia. Efisiensi yang terjadi pada

turbin memiliki batas maksimum. Setelah mencapai batas maksimum, maka efisiensi

akan turun. Kenaikan dan penurunan efisiensi seperti pada dasar teori (Mock More,

hal 21).

Debit air yang dipakai dalam penelitian ini tidak memenuhi kriteria daerah

penggunaan yang baik untuk turbin aliran silang ini. Debit yang baik adalah 0,02

m3/detik sampai 7 m3/detik (Fritz Dietzel, 1996, hal 38), sedangkan yang dipakai

(68)

51

m3/detik. Akibat debit yang digunakan kurang baik maka effisiensi menjadi rendah.

Selain itu penggunaan motor induksi sebagai generator juga mempengaruhi

rendahnya efisiensi kerja turbin, karena efisiensi kerja motor induksi akan turun jika

beban yang digunakan terlalu kecil. Pada penelitian ini digunakan motor induksi

berdaya 0,5 HP (372 watt) dan beban maksimal yang digunakan hanya 80 watt,

selisih yang besar antara daya motor dengan beban yang digunakan menyebabkan

efisiensi kerja turbin rendah. Rendahnya efisiensi kerja turbin menyebabkan efisiensi

(69)

52

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari hasil pengambilan data penelitian turbin aliran silang dengan variasi

debit, tinggi bukaan nosel dan beban, maka dapat disimpulkan :

1. Turbin aliran silang dengan busur sudu 74o dan jumlah sudu 24 buah,

menghasilkan daya tertinggi sebesar 48,10 watt. Daya paling tertinggi terjadi

pada saat debit sebesar 8,2 l/det dan bukaan tinggi nosel 9 mm.

2. Turbin aliran silang dengan busur sudu 74o dan jumlah sudu 24 buah,

menghasilkan efisiensi total tertinggi 19,84%. Efisiensi paling tinggi terjadi

pada saat debit sebesar 9,5 l/det dan bukaan tinggi nosel 14 mm.

5.2. Saran

Beberapa saran yang penting untuk penelitian pada bidang sejenis dengan

penelitian ini atau yang ingin mengembangkan penelitian ini:

1. Roda jalan hendaknya dibuat sangat rapi dan presisi agar dalam berputar roda

jalan bisa stabil. Bila dimungkinkan pengerjaannya menggunakan CNC agar

diperoleh geometri sesuai perancangan.

2. Konstruksi alat uji turbin sebaiknya dibuat efektif, yaitu dengan cara

(70)

53

3. Digunakan flowmeter agar pengukuran debit lebih akurat.

4. Variasi debit, beban, dan bukaan tinggi nosel dalam penelitian ditambah,

untuk mendapatkan hasil yang lebih mendetail.

5. Penggunan alat ukur (tachometer, tang ampere, voltmeter dll) sebaiknya

dikalibrasi dulu sehingga diperoleh data pengukuran yang akurat untuk

penelitian.

6. Menggunakan puli dengan perbandingan yang lebih besar dari perbandingan

puli dalam rangkaian 1:2 menjadi 1:3 untuk mendapatkan daya dan efisiensi

(71)

54

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. 1998. Investigation of the performance of a cross-flow turbine,

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

Olgun , H. 200., 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.

Sularso. 2004. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, cetakan ke-11, Penerbit PT Pradnya Paramita, Jakarta.

Sutarja, Y.E. 2009. Tugas Akhir : Turbin Aliran Silang Dengan Busur Sudu 740 Yang Dibuat dari Pipa Dibelah Dengan Radius Sudu 0,875 . Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,

(72)

(73)

Lampiran 1

Data Penelitian Turbin dengan Busur Sudu 74o dan Sudu 24 buah

1. Tinggi bukaan nosel9 mm dengan variasi debit 8,2 L/s, 7,9 L/s. a. Debit 8,2 L/s tekanan 7,5 psi

Tekanan : 7,5 Psi

1 10 175 0.08 837.3

2 20 160 0.17 831.1

3 30 155 0.21 824.5

4 40 150 0.25 823.6

5 50 145 0.26 822.7