PENGARUH UKURAN DIAMETER NOZZLE 7 DAN 9 mm TERHADAP PUTARAN SUDU DAN DAYA LISTRIK PADA TURBIN PELTON. Dr. Sri Poernomo Sari, ST., MT.

(1)

PENGARUH UKURAN DIAMETER NOZZLE 7 DAN 9 mm TERHADAP PUTARAN SUDU DAN DAYA LISTRIK PADA TURBIN PELTON

Dr. Sri Poernomo Sari, ST., MT.*), Ryan Fasha**)

*) Dosen Teknik Mesin Universitas Gunadarma **) Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Gunadarma

ABSTRAKSI

Dalam perancangan sudu Turbin Pelton ini adalah untuk dapat mengetahui daya yang dihasilkan oleh putaran poros sudu yang di sambung dengan alternator sebagai penghasil arus listrik. Untuk putaran maksimal yang dapat dihasilkan oleh sudu Turbin Pelton ini adalah menggunakan nozzle 9 mm dengan putaran sebesar 1267 dengan bukaan katup maksimum 900. Sedangkan debit aliran fluida yang didapat yaitu pada kombinasi kedua nozzle yaitu pada nozzle 7 dan nozzle 9 yang menghasilkan 0,00097 m3/s. Kecepatan aliran fluida terbesar dihasilkan terdapat pada nozzle 7 dengan bukaan katup 900 dengan hasil 0,52 m/s. Dan daya yang dapat dihasilkan oleh alternator memperoleh hasil 3,53 dengan menggunakan kedua buah nozzle dengan bukaan pada 650. Putaran turbin Pelton sangat dipengaruhi oleh nozzle yang digunakan, bukaan katup dan tekanan pada pompa yang berfungsi mengalirkan fluida.

Kata Kunci : Turbin Pelton, Debit Aliran Fluida, Kecepatan Aliran, Jenis Aliran Fluida, Arus Listrik

I. PENDAHULUAN

Krisis energi yang kita alami saat ini tidak dapat dipungkiri, penyebab terjadinya krisis energi antara lain bisa disebabkan oleh ulah manusia

yang terus-menerus menggali

sumber yang ada dibumi dan tidak

memikirkan jangka panjangnya.

Sebagai contoh pengeboran besar-besaran minyak bumi yang sekarang semakin banyak, akibat dari itu jumlah bahan bakar akan semakin berkurang dan harga nya relatif mahal. Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir).

Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air

banyak dilakukan dengan

menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak

dimanfaatkan sebagai penggerak

penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki

abad 19 turbin air mulai

dikembangkan. Turbin Pelton

merupakan salah satu jenis turbin

(2)

memanfaatkan energi potensial air sebagai energi listrik tenaga air. Turbin ini tergolong tipe turbin

yang cukup efisien dalam

perakitannya maupun dari segi ekonomi. Prinsip kerja Turbin

Pelton adalah memanfaatkan daya

fluida dari air untuk menghasilkan daya poros. Pada Turbin Pelton energi potensial air berubah menjadi

energi kinetik melalui nozzle

disemprotkan ke bucket untuk

dirubah menjadi energi mekanik yang digunakan untuk memutar poros alternator yang berfungsi sebagai sumber utama untuk menghasilkan arus listrik.

II. LANDASAN TEORI 2.1 Sejarah Turbin Air

Turbin air dikembangkan

pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industri untuk

jaringan listrik. Sekarang lebih

umum dipakai untuk generator

listrik. Turbin kini dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energi yang dapat diperbaharukan.

Kincir air sudah sejak lama digunakan untuk tenaga industri. Pada mulanya yang dipertimbangkan

adalah ukuran kincirnya, yang

membatasi debit dan head yang dapat dimanfaatkan. Perkembangan kincir air menjadi turbin modern membutuhkan jangka waktu yang cukup lama. Perkembangan yang dilakukan dalam waktu revolusi industri menggunakan metode dan

prinsip ilmiah. Mereka juga

mengembangkan teknologi material

dan metode produksi baru pada saat itu.

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). Perbedaan dasar antara turbin air awal dengan kincir air adalah komponen putaran air yang memberikan energi pada poros yang berputar. Komponen tambahan ini

memungkinkan turbin dapat

memberikan daya yang lebih besar dengan komponen yang lebih kecil. Turbin dapat memanfaatkan air dengan putaran lebih cepat dan dapat memanfaatkan head yang lebih

tinggi. (Untuk selanjutnya

dikembangkan turbin impulse yang tidak membutuhkan putaran air).

2.2 Klasifikasi Turbin Air

Turbin air mempunyai 2 prinsip kerja yang terdiri dari Turbin

Implus dan Turbin Reaksi. Turbin Implus ini sering disebut turbin

dengan turbin bertekanan rata dan

pancaran airnya bebas karena

tekanan yang keluar dari nozzle sama mengandalkan tekanan dari atmosfer. Turbin Reaksi mempunyai bentuk sudu yang khusus oleh karena itu

dapat memyebabkan terjadinya

penurunan tekanan air selama

tekanan air melewati sudu. Berbeda dengan Turbin Implus yang memiliki

tekanan sama, Turbin Reaksi

memiliki tekanan yang berbeda oleh sebab itu tekanan yang berbeda ini

(3)

memberikan gaya pada sudu sehingga runner dapat berputar.

Turbin yang termasuk dalam

klasifikasi Turbin Implus yaitu

Turbin Pelton, Turbin Cross Flow, dan Turbin Tugo. Sementara untuk turbin dengan klasifikasi Turbin Reaksi yaitu Turbin Francis, Turbin

Kaplan, Turbin Propeller.

Turbin air secara luas untuk tenaga

industri untuk jaringan listrik.

Sekarang lebih umum dipakai untuk

generator listrik. Turbin kini

merupakan sumber energi yang dapat diperbaharukan. Turbin air berperan untuk mengubah energi air, energi potensial, tekanan dan energi kinetik, menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik.

2.3 Turbin Impuls

Turbin Impuls atau yang biasa disebut turbin tekanan rata dan pancaran bebas ini dikarenakan tekaanan air yang keluar nozzle sama dengan tekanan atmosfer. Dalam instalasi turbin ini semua energi

(Geodetic dan tekanan) diubah

menjadi kecepatan keluar nozzle. Dalam turbin ini juga, tidak semua

sudu menerima hempasan air

melainkan secara bergantian

tergantung posisi sudu tersebut Seperti yang tampak pada Gambar

2.3 mengenai skema proses

penyemprotan nozzle terhadap sudu turbin Impuls.

Gambar 2.3 Skema Proses

Penyemprotan nozzle Terhadap Sudu Turbin Impuls [2]

2.3.1 Turbin Cross-Flow

Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin

Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang merupakan

perusahaan yang memproduksi

turbin Crossflow. Turbin Crossflow dapat dioperasikan pada debit 20

liter/detik hingga 10 m3/detik dan

head antara 1 s/d 200 m. Seperti

yang tampak pada Gambar 2.5 mengenai contoh skema gambar turbin Cross-Flow.

Gambar 2.5 Skema Turbin

(4)

Turbin Crossflow menggunakan

nozzle persegi panjang yang lebarnya

sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. Seperti yang tampak pada Gambar 2.6 mengenai sudu turbin

Cross-Flow.

Gambar 2.6 Sudu Turbin

Cross-Flow [3]

2.3.2 Turbin Pelton

Turbin Pelton merupakan Turbin Impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau beberapa nozzle. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.7 dan 2.8 mengenai gambar sudu dan skema nozzle pada turbin Pelton. [1]

Gambar 2.7 Sudu Turbin Pelton [3]

Pada Turbin Pelton energi potensial air berubah menjadi energi kinetik melalui

nozzle disemprotkan ke bucket untuk

dirubah menjadi energi mekanik yang digunakan untuk memutar poros generator. Turbin Pelton termasuk jenis Turbin impuls yang merubah seluruh energi air menjadi energi kecepatan sebelum memasuki

runner turbin. Perubahan energi ini

dilakukan didalam nozzle dimana air yang semula mempunyai energi potensial yang tinggi diubah menjadi energi kinetis. Pancaran air yang keluar dari nozzle akan menumbuk bucket yang dipasang tetap sekeliling runner dan garis pusat pancaran air menyinggung lingkaran dari pusat

bucket. Kecepatan keliling dari bucket

akibat tumbukan yang terjadi tergantung dari jumlah dan ukuran pancaran serta kecepatannya. Kecepatan pancaran tergantung dari tinggi air di atas nozzle nya serta effisiensinya.

2.3.3 Turbin Turgo

Turbin Turgo dapat

beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Turbin Turgo juga merupakan turbin

impulse, tetapi sudunya berbeda.

Pancaran air dari nozzle membentur

sudu pada sudut 20o. Kecepatan

(5)

turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus

menurunkan biaya perawatan.

Seperti yang telah dipaparkan pada Gambar 2.8 mengenai skema sudu turbin Turgo dengan nozzle.

Gambar 2.12 Sudu turbin Turgo

dan Nozzle

2.4 Definisi dan Rumusan Dasar 2.5.1 Penentuan Debit Aliran Fluida

Diameter pipa dan luas

penampang lintang saluran dalam

turbin dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan

kontinuitas. Yang dimaksud dengan luas penampang lintang saluran adalah suatu luasan permukaan irisan saluran yang dibuat tegak lurus dengan arah aliran cairan. Seperti yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1 mengenai hubungan Debit Aliran (Q), Volume (V) dan Waktu (t).

Q=

... .. 2.1

Dimana :

V : Volume fluida air (m3)

t : Waktu Aliran fluida air (detik) Sedangkan pada persamaan 2.2 merupakan hubungan antara Debit Aliran (Q), Kecepatan Aliran (ν) dan Luas Penampang nozzle yang digunakan (A).

v =

... 2.2

Dimana :

Q : Debit Aliran yang mengalir (m3/s)

A : Luas Penampang nozzle yang

digunakan (m2)

v : Kecepatan Aliran fluida air (m/s) Luas Penampang pipa pada turbin dapat di hitung dengan menggunakan Persamaan 2.3 di bawah ini. A = πr2 ... 2.3 Dimana : r : jari-jari nozzle (m)

2.4.2 Penentuan Laju Aliran Massa Fluida

Dengan menggunakan

persamaan kontinuitas seperti yang

tampak pada Persamaan 2.4,

sehingga Laju Aliran Massa Fluida dapat dihitung.

ṁ = ρair x A x v

(6)

Dimana :

ṁ : Laju Aliran Massa fluida air (kg/s)

ρair : Massa Jenis fluida zat cair

(kg/m3)

A : Luas Penampang nozzle yang

digunakan (m2)

v : Kecepatan Aliran fluida air (m/s)

2.5 Penentuan Jenis Aliran Fluida

Pada umumnya aliran fluida dapat dibedakan atas aliran dalam saluran, yaitu aliran yang dibatasi oleh permukaan-permukaan keras dan aliran di sekitar benda yang

dikelilingi oleh fluida yang

selanjutnya tidak terbatas. Perbedaan seperti itu hanyalah memudahkan peninjauan saja karena gejala dari

kelakuan fluida berlaku pada

keadaan tersebut. Aliran melalui pipa

dipilih untuk mewakili bentuk

penampang lain karena dilapangan secara garis besar dapat kita jumpai dalam aplikasi lapangan. Aliran tersebut terbagi menjadi beberapa jenis aliran seperti Laminar, Transisi dan Turbulen.

2.6.1 Aliran Laminar

Dalam hal ini, apabila dalam lapisan batas aliran tidak terjadi perubahan terhadap waktu dan aliran dalm keadaan steady, maka dapat dikatakan aliran tersebut berjenis

Aliran Laminar. Seperti yang

diperlihatkan pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Skema Aliran

Laminar [7]

2.6.2 Aliran Transisi

Jenis aliran ini bisa dikatakan sebagai Aliran Transisi dikarenakan aliran ini berada diantara jangkauan Aliran Laminar dan Turbulen. Aliran ini juga merupakan aliran peralihan dari Aliran Laminar ke Aliran

Turbulen seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 2.21.

Transisi [7]

2.6.3 Aliran Turbulen

Aliran ini merupakan

kebalikan dari jenis Aliran Laminar. Jika aliran tersebut adalah acak dan berubah-ubah terhadap waktu secara radikal, maka aliran tersebut bias dikatakan Aliran Turbulen. Seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.22.

(7)

Turbulen [7]

2.7 Bilangan Reynold

Bilangan Reynold merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran itu bersifat

Laminar, Transisi mapun Turbulen.

Dilihat dari kecepatan aliran fluida, menurut Mr. Reynold dikategorikan beberapa kategori seperti berikut ini :

o Aliran Laminar : Bilangan

Reynold < 2300

o Aliran Transisi : 2300 <

Bilangan Reynold < 4000

o Aliran Turbulen : Bilangan

Reynold > 4000

Untuk menghitung bilangan Reynold, maka diperlukan Persamaan 2.5. Re = υ x D

v

... 2.5 Dimana :

Re: Bilangan Reynold v : Kecepatan Aliran Fluida D : Diameter Nozzle

ν : Viskositas Dinamik

2.8 Penentuan Daya Listrik

Satuan daya listrik dalam sistem metrik adalah watt. Watt juga didefinisikan sebagai energi yang keluarkan atau kerja yang dilakukan setiap detik oleh arus 1 A yang tidak

berubah yang mengalir pada

tegangan 1 Volt

Rumus : P = I . V

... 2.6 Dimana : P = daya, watt I = arus, ampere V = tegangan, volt

III METODOLOGI

PERANCANGAN TURBIN

PELTON

Setelah itu dilakukannya

proses perakitan poros, sudu dan komponen penunjang lainnya seperti

bearing sebagai dudukan as sudu dll.

Proses selanjutnya adalah proses pengujian komponen tersebut dengan

cara melakukan menghidupkan

pompa air yang mengalir melalui

pipa dan melalui nozzle dan

kemudian akan ditarik suatu

kesimpulan tertentu.

Sudu ini mempunyai bobot sekitar 1 kg, dengan bobot itu sudu ini mempunyai bobot yang cukup ringan namun tidak terlalu ringan

sehingga sudu ini mampu

memutarkan poros alternator yang akan mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

(8)

3.2 Perancangan Turbin pelton

Dalam merancang Turbin

Pelton, turbin harus benar-benar kuat

dalam framenya. Karena mengingat putaran turbin yang cukup kencang dan tekanan air yang cukup besar. Bahan yang digunakan disini adalah

pelat besi dan sekat-sekat

menggunakan papan seperti yang

ditunjukan dalam gambar 3.4

dibawah ini.

Gambar 3.4 Gambar Desain

Turbin Pelton

3.3 Pembuatan Poros As Sudu Turbin Pelton

Pada tahap awal pembuatan poros sudu turbin Pelton, diawali dengan pembuatan As atau poros dari sudu turbin Pelton tersebut. As

atau poros disini berfungsi titik pusat sudu turbin berputar. Diameter dari poros pusat ini memiliki diameter 12 mm dan memiliki panjang poros 240 mm.

Poros ini juga digunakan sebagai pegangan dari dudukan sudu yang di las di salah satu sisinya, dan untuk dudukan sudu yang kedua tidak dilakukan pengelasan agar daun sudu turbin Pelton dapat di bongkar pasang (knock down). Poros ini berbahan besi cor yang ringan dan cukup kuat untuk menahan dudukan sudu, daun sudu dan mampu menahan putaran dari gaya yang tercipta.

Untuk poros satu yang

panjang yang berada di belakang box

digunakan untuk mentransferkan

putaran dari sudu turbin Pelton ke

Alternator yang sebelumnya digunakan pulley dan sabuk v-belt sebagai media transfer daya putar turbin Pelton. Dapat dilihat pada gambar 3.5 dibawah.

Gambar 3.5 Poros Dengan Kedua

(9)

3.3.1 Pelat Dudukan Sudu Turbin Pelton

Pelat dudukan sudu turbin

Pelton ini berfungsi sebagai dudukan

daun sudu turbin, pelat dudukan ini terbuat dari lempengan besi setebal 3 mm dan memiliki diameter dalam sebesar 16 mm dan diameter luar 100 mm seperti yang ditunjukan pada

gambar 3.6 dibawah. 2 buah

dudukan masing-masing memiliki

lubang yang berguna sebagai

peganggan dari daun sudu turbin

Pelton agar tidak bergerak dan tetap

pada tempatnya, dan bibuatkan juga 7 lubang peganggan baut untuk

mengencangkan kedua pelat

dudukan sudu turbin Pelton.

Gambar 3.6 Pelat Dudukan Sudu

Turbin Pelton

3.3.2 Daun Sudu Turbin Pelton

Daun sudu yang berbahan pelat besi dan mangkok stainless

steel ini berjumlah sebanyak 16

buah. Daun sudu yang terdapat pada gambar 3.7 ini berfungsi menerima

tekanan dari nozzle yang

menyemprotkan air bertekanan dari pompa dan kemudian daun sudu ini akan berputar secara terus menerus

selama nozzle menyemprotkan air. Daun sudu ini memiliki diameter penampang 60 mm.

Gambar 3.7 Daun Sudu Turbin

Pelton 3.5 Nozzle

Komponen yang satu ini

berperan penting sebagai

penyemprotan air bertekanan yang dialirkan pompa dan berpengaruh langsung terhadap debir air yang dihasilkan dan putaran turbin itu sendiri. Gambar nozzle ditunjukan pada gambar 3.12. Ada 4 buah nozzle yang memiliki lubang yang berbeda satu dengan yang lainnya, yaitu 3 mm, 5 mm, 7 mm, dan 9 mm.

Gambar 3.12 4 Buah Nozzle Turbin

(10)

3.6 Proses Perakitan Poros Dan Sudu Turbin Pelton

Setelah semua komponen tersedia dan siap dirakit, langkah selanjutnya adalah proses perakitan sudu turbin terlebih dahulu, yaitu dengan memasang daun-daun sudu pada pelat dudukan sudu turbin

Pelton dan pasang dan kencangkan

baut pengikatnya.

Kemudian masukan sudu

turbin Pelton yang telah dirakit ke dalam box sudu turbin serta tutup bagaian atas dan depan dengan

akrilik yang telah disiapkan

kemudian kencangan dengan baut.

Gambar 3.13 dibawah ini

menunjukan gambar turbin Pelton yang telah dirakit.

Sudu turbin Pelton

merupakan komponen yang

berfungsi sebagai pengubah energi

air bertekanan menjadi energi

mekanik berupa putaran yang terus menerus dimana aliran air yang

disemprotkan oleh nozzle yang

dialirkan oleh pompa air kearah

daun-daun sudu mengakibatkan

teciptanya putaran.

Gambar 3.13 Poros Dan Sudu

Turbin Pelton Yang Telah Dirakit

Aliran air yang diarahkan langsung menuju sudu-sudu melalui pengarah atau nozzle ini juga

menghasilkan daya pada sirip.

Selama sudu berputar, gaya bekerja

melalui suatu jarak sehingga

menghasilkan kerja. Untuk Turbin

Pelton dengan daya yang cukup

besar, sistem penyemprotan biasa digunakan dengan beberapa nozzle untuk mengurangi tumbukan yang terlalu besar terhadap sudu yang

mengakibatkan air yang

disemprotkan oleh nozzle tidak maksimal.

IV PERHITUNGAN DAN

ANALISA DATA

4.2 Pengambilan Data Secara Langsung Dengan Menggunakan Alat Ukur

Dalam proses pengambilan data pada turbin Pelton ada beberapa alat ukur yang dibutuhkan yaitu sebagai berikut :

4.2.1 Pengambilan Data Volume Fluida dan Putaran Turbin Pelton

Dalam proses pengambilan data ini menggunakan stopwatch untuk mengukur lamanya waktu yang dipakai setiap kali proses pengambilan data, yaitu setiap 3 detik. Pada setiap 3 detik data

volume fluida akan diambil dengan

menggunakan ukuran nozzle 7 mm, dan 9 mm dengan bukaan katup

dengan sudut sebesar 45o sampai

(11)

diusahakan seakurat mungkin, karena dalam pengambilan data yang akurat akan mempengaruhi hasil yang akan dalam proses yang selanjutnya.

Selain stopwatch, digunakan juga gelas ukur untuk mengetahui jumlah fluida yang dikeluarkan oleh

nozzle dalam waktu (t) 3 detik.

Mengenai gelas ukur pengujian

proses pengambilan data yang

dilakukan untuk menghasilkan

volume (V) tertentu yang dapat

dilihat pada Tabel di bawah ini. Alat yang digunakan disini

juga yaitu Tachometer yang

berfungsi untuk membaca putaran dalam satuan per-menit (rotation

per-minute). Tachometer ini mengunakan infra merah untuk membaca putaran yang ditembakkan ke poros yang berputar, namun sebelumnya poros tersebut diberi tanda menggunakan spidol sehingga dapat diketahui jumlah putaran yang terjadi di poros sudu Turbin Pelton dan hasilnya ditampilkan pada Tabel 4.1 dibawah ini.

Tabel 4.1 Volume Fluida dan

Putaran Poros Sudu Turbin Pelton Diameter Nozzle [mm] Bukaan Katup Volume [L] Putaran [RPM] 7 450 0,95 458 550 1,1 510 650 1,31 598 750 1,42 663 850 1,64 730 900 1,71 805 9 450 1,1 890 550 1,2 976 650 1,45 1007 750 1,5 1120 850 1,8 1205 900 1,95 1267 7 dan 9 450 2,05 910 550 2,3 987 650 3,18 1290 750 2,7 1005 850 2,79 1118 900 2,90 1157 4.3 Perhitungan Hasil Pengujian

4.3.1 Perhitungan Debit Aliran Fluida Q = V t = 0,95 L = 0,32 L/s = 0,00032 m3/s 3 s

(12)

Gambar 4.3 Grafik Hubungan

antara Rpm dan Bukaan Katup pada L = 110 mm

antara Debit dan Bukaan Katup pada L = 110 mm

Dari data tabel 4.3 dapat melakukan perhitungan kecepatan aliran fluida menggunakan persamaan 2.2 serta dengan mencari Luas Penampang

Nozzle melalui persamaan 2.3 berikut ini. v =

Dimana : A = π.r2 Maka A = 3,14 x (3,5x10-3 m)2 = 1,10x10-5 m2 jadi v = 0,32x10-3 m3/s 1,10x10-5 m2 = 0,29 m/s Proses perhitungan

selanjutnya dicantumkan dalam bentuk Tabel 4.4 dibawah, semakin besar diameter nozzel dan debit aliran fluida, maka kecepatan aliran

fluida tersebut akan semakin

membesar.

Pada data yang telah dihitung di atas, maka dapat disimpulkan bahwa kecepatan aliran fluida untuk

nozzle 7 mm, hasil yang tertinggi

terjadi pada bukaan katup 900 dengan

debit aliran fluida sebesar 0,57 x 10-3

m3/s dan menghasilkan kecepatan

fluida 0,52 m/s. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin besar bukaan katup, debit aliran fluida semakin besar diikuti oleh kecepatan fluida yang semakin tinggi pula.

Untuk nozzle 9 mm sama pula hasil yang di dapat, yaitu hasil terbesar yang diperoleh pada bukaan

katup penuh 900 dengan nilai debit

aliran fluida 0,65 x 10-3 m3/s serta kecepatan fluidanya adalah 0,46 m/s.

200 400 600 800 1000 1200 1400 45 55 65 75 85 90 Rpm Nozzle 7 Nozzle 9 Nozzle 7 & 9 Katup ( 0₎ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 45 55 65 75 85 90

Debit (10

-3

_m

3

_/s)

Nozzle 7 Nozzle 9 Nozzle 7 & 9 Katup( 0₎

(13)

Hasil bukaan katup penuh memiliki nilai yang besar dikarenakan tidak adanya tahanan dari katup yang menghalangi aliran fluida yang mengalir dari pompa.

4.3.2 Perhitungan Laju Aliran Massa Fluida

ṁ = ρair x A x v

= 1000 kg/m3 x 1,10x10-5 m2 x

0,29m/s = 0,00319kg/s

4.3.3 Perhitungan Nilai Bilangan Reynold

Berdasarkan dari data

kecepatan aliran fluida pada Tabel 4.4 dan berdasarkan data Viskositas

Kinematik air (ν) 1,46x10-5

m2/s, maka nilai bilangan reynold dapat

diketahui berdasarkan jumlah

bilangan Reynold (Re) dengan

menggunakan persamaan 2.5

dibawah ini.

Re =

= =

1390 (Aliran laminar)

Pada Tabel 4.6 dapat dilihat seluruh data hasil perhitungan. Dari data tersebut diketahui yang

mempengaruhi besar kecilnya

bilangan Reynold adalah dari kecepatan fluida dan diameter

nozzle. Semakin besar kecepatan

aliran fluida & diameter nozzle, maka alirannya cenderung Turbulen, untuk nozzle 7, nilai bilangan

Reynold memiliki aliran Laminar,

namun lain halnya dengan

menggunakan nozzle 9 dan gabungan kedua nozzle tersebut.

4.3.4 Perhitungan Daya Listrik

Dalam pengambilan data

pada putaran poros tabel 4.2 dan input daya pada tabel 4.4 dari hasil data tersebut dapat dihitung hasil daya listrik yang akan tercipta pada setiap pengujian yang dilakukan.

Contoh perhitungan dengan

menggunakan persamaan 2.6. P = V . I

= 12 V x 0,110 A = 1,32 Watt

antara Arus Listrik dan Bukaan Katup pada L = 110 mm 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 45 55 65 75 85 90 I (A) Nozzle 7 Nozzle 9 Nozzle 7 & 9 Katup ( 0 )

(14)

antara Daya Listrik dan Bukaan Katup pada L = 110 mm

Dari tabel 4.7 yang telah

dibuat diatas, diketahui bahwa

ukuran nozzle sangat berpengaruh terhadap nilai daya listrik yang dihasilkan. Karena secara teori diameter nozzle yang besar akan mengalirkan fluida lebih banyak dan menciptakan laju aliran fluida yang besar juga untuk dapat memutarkan

Turbin Pelton ini dan dapat

menghasilkan putaran yang tinggi sehingga tercipta daya listrik yang

besar juga yang keluar dari

alternator.

Untuk diameter nozzle 7mm, hasil yang diperoleh seperti yang disebutkan di tabel 4.6 diatas adalah

pada bukaan penuh yaitu 900 dan

menghasilkan daya listrik sebesar 1,62 watt, karena pada bukaan penuh

laju aliran fluida keluar dan

mendorong sudu dengan maksimal.

Sedangkan untuk nozzle

ukuran 9mm, diperoleh hasil daya

listrik maksimum terjadi pada

bukaan katup 900 pula. Bukaan ini

memperoleh daya lisrik maksimum yaitu 2,54 watt pada putaran sudu turbin Pelton 1267 rpm. Maka ukuran didapat bahwa ukuran nozzle juga mempengaruhi pada bukaan katup berapa daya listrik dan putaran poros Turbin Pelton akan mencapai titik maksimal. Sehingga pemilihan ukuran nozzle sangat penting untuk meningkatkan kinerja putaran poros turbin dan input daya listrik yang akan dihasilkan. Dari pengambilan

data sebelumya dengan

menggunanakan diameter nozzle 3 mm dan 5 mm, masing-masing memiliki perbedaan titik maksimal terhadap hasil daya listrik dan dalam hal perbedaan bukaan katup.

Begitu juga dalam

pengambilan data menggunakan

kombinasi antara nozzle 7 mm dan 9 mm, hasil maksimalnya terjadi pada kombinasi nozzle 7 mm dan 9 mm

yaitu pada bukaan katup 650 dengan

hasil daya listrik sebesar 3,53 Watt.

Meskipun memiliki perbedaan

ukuran diameter nozzle

mempengaruhi posisi bukaan katup dalam mencapai titik maksimal daya listrik yang dihasilkan, namun terdapat memiliki kesamaan yaitu semakin besar ukuran diameter

nozzle berpengaruh terhadap

besarnya debit aliran fluida,

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 45 55 65 75 85 90 P ( watt) Nozzle 7 Nozzle 9 Nozzle 7 & 9 Katup ( 0₎

(15)

kecepatan fluida, laju aliran fluida dan putaran poros turbin sehingga semakin besar pula input daya listrik yang akan tercipta pada Turbin Pelton ini dan membuat

alternator berputar semakin cepat

sehingga menciptakan aliran listrik yang besar pula.

V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Beberapa kesimpulan yang dapat di ambil berdasarkan hasil

pengamatan dan perhitungan

matematis tentang Turbin Pelton di Tugas Akhir ini adalah :

1. Pada debit aliran fluida, hasil yang peroleh untuk nozzle 7

adalah sebesar 0,00057 m3/s

pada bukaan katup maksimal

yaitu 900 dengan putaran

maksimal yang dapat

dihasilkan sebesar 805 rpm. Dan untuk ukuran nozzle 9, hasil yang diperoleh juga pada bukaan katup yang

sama, yaitu bukaan katup 900

dengan mengasilkan debit

aliran fluida 0,00065 m3/s

pada putaran sudu turbin

1267 rpm. Dengan

menggunakan nozzle

kombinasi yaitu nozzle 7 dan

nozzle 9 diperoleh hasil

maksimal pada putaran sudu turbin Pelton 1157 rpm dan debit yang dihasilkan sebesar

0,00097 m3/s pada bukaan

katup 900. Perbedaan ukuran

nozzle dan bukaan katup

sangat mempengaruhi

terhadap debit aliran fluida dan putaran yang dihasilkan sudu turbin Pelton.

2. Kecepatan aliran fluida disini

diketahui bahwa semakin

besar diameter nozzle yang digunakan, maka semakin kecil kecepatan aliran fluida yang dihasilkan karena dalam

pengambilan data disini

menggunakan nozzle ukuran 7 dan 9 mm.

3. Dalam menghitung laju aliran massa fluida , digunakan ketentuan berdasarkan data massa jenis zat cair, yaitu

(ρair) 1000 kg/m3. Semakin

besar diameter nozzle yang

digunakan maka semakin

besar pula hasil dari laju aliran massa fluida yang didapat dikarenakan tekanan

oleh pompa dapat

dikeluarkan dengan

maksimal, hasil disini didapat laju aliran massa terbesar

yaitu pada bukaan katup 650

dengan menggunakan kedua buah nozzle yaitu nozzle 7 dan 9 menghasilkan 0,01054 kg/s.

4. Untuk perhitungan bilangan Reynold, hasil yang diperoleh pada nozzle 7 adalah aliran

(16)

bilangan Reynold yang di dapat cenderung Transisi, karena hasil rata-rata yang

didapat adalah 2157.

Sedangakan untuk

menggunakan kedua buah

nozzle yaitu nozzle 7 dan 9

aliran yang didapat adalah

Turbulen karena besarnya

diameter nozzle sangat

berpengaruh terhadap laju aliran fluida dan putaran sudu turbin Pelton yang dihasilkan. 5. Yang terakhir, daya listrik

yang dihasilkan oleh

alternator yang diputakan

oleh sudu turbin Pelton disini

diperoleh untuk

menggunakan nozzle 7 pada

bukaan maksimal 900 dan

arus listrik yang dihasilkan sebesar 1,62 watt. Untuk daya listrik yang dihasilkan pada nozzle 9 sama juga pada

bukaan katup 900 yang

menghasilkan 2,54 watt. Lain hal nya untuk menggunakan kedua buah nozzle, hasil yang diperoleh malah terjadi pada

bukaan katup 650, dengan

menghasilkan daya

maksimum sebesar 3,53 watt. Untuk pengambilan data ini,

bukaan katup, pemlihan

diameter nozzle, diameter sudu dan kekuatan pompa

yang mengalirkan fluida

sangat berpengaruh terhadap hasil yang di dapat.

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan pada tugas akhir ini agar lebih sempurnanya penelitian selanjutnya antara lain :

1. Pengukuran tekanan pada

masukkan nozzle perlu

dilakukan agar tekanan air yang keluar melalui nozzle dapat diketahui dan dihitung besarannya.

2. Daya listrik yang dihasilkan

masih terlalu kecil, dan

diperlukan penggantian

alternator yang lebih kecil

agar putaran yang dihasilkan semakin besar dan dapat menghasilkan daya listrik yang besar pula.

3. Berat sudu turbin pelton perlu

diperberat agar dapat

menghasilakan momen

putaran yang lebih besar agar

dapat membantu putaran

(17)

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Fritz Dietzel, Dakso Sriyono,

Turbin Pompa dan Kompresor,

Penerbit Erlangga, Jakarta, 2006

[2]. M. White Frank, Mekanika

Fluida Edisi Kedua Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1986.

[3]. Pudjanarso, Astu dan Nursuhud D, Mesin Konversi

Energi, Edisi Revisi, Yogyakarta :

Andi, 2008.

[4]. Reuben M. Olso, Steven j. Wraight. Essentials of Engineering

Fluid Mechanics. Harper & Row

Publisher , inc, 1990

[5]. Eugene C. Lister, Mesin dan

Rangkaian Listrik, Penerbit

Erlangga, Jakarta, 1993

[6]. M.M. Dandekar dan K.N. Sharma, Pembangkit Listrik

Tenaga Air, Penerbit Universitas

Gunadarma

[7]. Firmanzah M, Analisis

Distribusi Tekanan pada Nozel Turbin Pelton Berskala Mikro dengan Menggunakan Perangkat Lunak Solidwrks, Jurusan Teknik

Mesin, Universitas Gunadarma, 2012

[8]. Wicaksono R.H, Rancang

Bangun Turbin Pelton Menggunakan Mesin Jet Pump, Jurusan Teknik

Mesin, Universitas Gunadarma,2012

[9]. Yusuf R, Pengaruh Ukuran

Dan Jarak Nozzle Pada Putaran Sudu Terhadap Daya Listrik Turbin Pelton, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma, 2012

[10]. Situs Internet :

http://en.wikipedia.org/wiki/francis_t

urbine ( Diakses pada tanggal

02-08-2012)

http://home.carolina.rr.com/microhy

dro ( Diakses pada tanggal

21-08-2012)

http://europa.eu.int/en/comm/dg17/h

ydro/layman2.pdf ( Diakses pada