• Tidak ada hasil yang ditemukan

TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2019

Membagikan "TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin"

Copied!
63
0
0

Teks penuh

(1)

i

TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN JUMLAH

SUDU 20 UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh :

Herman B Simarmata

NIM : 035214059

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii

CROSSFLOW TURBINE WITH 20 BLADES

FOR GENERATOR

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

By

Herman B Simarmata

Student Number: 035214059

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)
(4)
(5)

v

HALAMAN PERSEMBAHAN

Tugas akhir ini saya persembahkan untuk :

Tuhan Yesus Kristus

Alm. Oppung doli Tombak Parsaoran Simarmata

Oppung boru Rumani br limbong

Alm. Oppung doli Sahat Butar-butar

Oppung boru Milliana br Manurung

Kedua orang tua saya

Kakak dan adik-adik saya

(6)

vi

MOTTO

”Tiada yang mustahil bagi Tuhan Allah”

Ketika satu pintu tertutup, pintu lain terbuka; namun terkadang kita

melihat dan menyesali pintu tertutup tersebut terlalu lama hingga

kita tidak melihat pintu lain yang telah terbuka

“Orang-orang yang membuat perubahan bukanlah mereka yang

(7)

vii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat 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, 19Agustus 2008 Penulis

(8)
(9)

ix

INTISARI

Energi air dimanfaatkan untuk menggerakkan Turbin Aliran Silang. Turbin Airan Silang ini digunakan untuk pembangkit listrik dengan bantuan alternator. Turbin Aliran Silang biasanya sudu dibuat dari plat yang dilengkung. Hal ini sulit diaplikasikan di masyarakat sehingga dalam penelitian ini pembuatan sudunya disederhanakan yaitu dengan pipa besi berdiameter 0,076 m yang dibelah menjadi 4 sama besar.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui daya maksimum yang dihasilkan oleh Turbin Aliran Silang dengan jumlah sudu 20, dimana tinggi air jatuh (head) dan kapasitas air (debit) sudah ditentukan. Turbin Aliran Silang terdiri dari runner dan nosel. Diameter runner Turbin Aliran Silang sebesar 0,23 m dan panjangnya 0,2 m. Sudunya dibuat dari pipa besi berdiameter 0,076 m yang dibelah menjadi 4 sama besar. Penelitian ini menggunakkan variasi beban lampu, yang digunakan adalah lampu 10 watt, 20 watt, 30 watt, 35 watt, 45 watt, 55 watt, 65 watt. Pada saat pengujian diukur putaran poros, arus, tegangan ketika tanpa beban dan ketika diberi beban. Dari data yang diperoleh maka dapat dihitung daya keluaran dan efisiensi total.

(10)

x

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian untuk Tugas Akhir dengan judul

“Turbin Aliran Silang dengan Jumlah Sudu 20 untuk Pembangkit Listrik”.

Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk merarih gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Melalui penyusunan tugas akhir ini mahasiswa diharapkan mampu mempunyai daya analisa yang tajam serta membantu memperdalam ilmu yang telah diperoleh selama masa kuliah.

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 dengan penuh kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :

1. Romo Ir. Gregorius Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., Msc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

(11)

xi

5. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

6. Kepala Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin dan fasilitas yang dipergunakan serta karyawan yang telah membantu dalam penelitian ini.

7. Mas Tri, Staff Sekretariat Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

8. Teman-teman seperjuangan Tugas Akhir : Danang Prihartanto dan Amanda, Arif Hermawan atas kerjasamanya.

9. Teman-teman mahasiswa khususnya angkatan 2003 Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.

10.Sahabat-sahabatku :Timotius Sembiring, Vicky Pangaribuan, Jhon Fery Purba, Ucok manurung, Dimas Sitanggang, Rafael Nadeak dan keluarga besar naposo Parna Yokyakarta terimakasih atas kebersamaan, persaudaraan yang penuh kehangatan selama ini dan semua teman yang telah memberi dukungan selama penyusunan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan serta jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini.

(12)

xii

Yogyakarta, 19 Agustus 2008

(13)

xiii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...i

LEMBAR PERSETUJUAN ...iii

LEMBAR PENGESAHAN ...iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ... v

MOTTO ...vi

PERNYATAAN ...vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ...viii

INTISARI ...ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ...xiii

DAFTAR GAMBAR ...xvi

DAFTAR TABEL...xvii

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 2

1.3. Tujuan Penelitian ... 3

BAB II DASAR TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka ... 4

2.2. Bagian-bagian Turbin Aliran Silang ... 5

(14)

xiv

2.4. Alur Pergerakkan Air pada Turbin Aliran Silang ... 9

2.5. Konstruksi Turbin Aliran Silang ... 11

BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 19

3.2. Perancangan Turbin Aliran Silang ... 19

3.3. Pelaksanaan Penelitian ... 29

3.3.1. Sarana Penelitian ... 29

3.3.2. Skema Penelitian ... 30

3.3.3. Jalannya Penelitian ... 31

3.3.3.1. Persiapan ... 31

3.3.3.2. Penelitian ... 32

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Penelitian ………....33

4.1.1. Data Hasil Penelitian ……….33

4.1.2. Perhitungan Data hasil Penelitian ……….34

4.1.2.1. Perhitungan Daya Air (Pin) dengan Head 1,5 m ; Debit 0,013 m3/s ...34

4.1.2.2. Perhitungan Daya Air (Pin) dengan Head 1,3 m ; Debit 0,012 m3/s ...35

4.1.2.3. Perhitungan Daya yang keluar dari Turbin (Pout) ...35

4.1.2.4. Perhitungan Efisiensi Total (η) ...36

4.1.3. Perhitungan Data Penelitian ...36

(15)

xv

4.2. Pembahasan ……….………38

4.2.1. Penbahasan Tentang Daya Keluaran Hasil Penelitian Secara Keseluruhan ………..38 4.2.2. Pembahasan Tentang Efisiensi total Hasil Penelitian Secara

Keseluruhan ………...39 4.2.3. Pembahasan Tentang Beban Hasil Penelitian Secara

Keseluruhan ………...40

BAB V PENUTUP

(16)

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Turbin Aliran Silang ... 6

Gambar 2.2 Runner Turbin Aliran Silang ... 6

Gambar 2.3 Alternator ... 8

Gambar 2.4 Skema Turbin Aliran Silang ... 9

Gambar 2.5 Aliran pergerakkan air pada Turbin Aliran Silang ... 10

Gambar 2.6 Defleksi pergerakkan air pada Turbin Aliran Silang ... 11

Gambar 2.7 Segitiga kecepatan pada Turbin Aliran Silang ... 11

Gambar 2.8 Gabungan segetiga kecepatan pada Turbin Aliran Silang ... 12

Gambar 2.9 Kelengkungan sudu ... 14

Gambar 2.10 Jarak antar sudu ... 15

Gambar 2.11 Alur pancaran air ... 16

Gambar 3.1 Skema penelitian Turbin Aliran Silang ... 30

Gambar 4.1 Grafik daya keluaran (Pout) vs putaran alternator ... 38

Gambar 4.2 Grafik efisiensi total (η) vs putaran alternator ... 39

(17)

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian pada head 1,5 m dan debit 0,015 m3/s ... 33 Tabel 4.2 Data penelitian pada head 1,3 m dan debit 0,012 m3/s ... 34 Tabel 4.3 Hasil perhitungan data penelitian dengan head 1,5 m dan

debit 0,015 m3/s ... 36 Tabel 4.4 Hasil perhitungan data penelitian dengan head 1,3 m dan

(18)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Sumber energi yang tidak dapat diperbaharui di negara kita semakin berkurang. Padahal sampai saat ini di Indonesia, konsumsi kebutuhan energi pada umumnya berasal dari sumber energi tak tebarui. Dengan meningkatnya pertambahan penduduk, industrialisasi modern, peningkatan transportasi dan penggunaan listrik yang sangat cepat, maka akan terjadi ketimpangan antara sektor-sektor riil pemakai energi dengan sumber energi yang tersedia.

Untuk saat ini di Indonesia pada khususnya sering sekali terjadi pemadaman listrik yang dikarenakan tidak sebandingnya hasil listrik dan kebutuhan listrik, padahal jika dilihat dari letak geografis dan keadaan yang terdiri dari pulau-pulau Indonesia memiliki banyak sungai-sungai yang bisa dimanfaatkan potensinya untuk pembangkit tenaga listrik mini yang dapat dimanfaatkan oleh masyarakat di sekitarnya.

(19)

2

sehingga dikembangkan berbagai bentuk energi alternatif dengan manfaat energi alam berupa energi surya, air, angina dan gelombang.

Air merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak terbatas jumlahnya, yang potensinya dapat digunakan sebagai energi alternatif untuk menggantikan pengunaan energi fosil. Oleh karena itu manusia mulai mengembangkan energi air sebagai sumber energi alternatif khususnya sebagai penghasil energi listrik. Dengan memanfaatkan energi air ini maka manusia juga dapat mengurangi efek buruk yang ditimbulkan oleh energi fosil yang berupa polusi. Pada prakteknya energi air yang termanfaatkan hanya energi air yang besar saja, sehingga diberbagai tempat yang mempunyai potensi energi air kecil yang tidak termanfaatkan. Di lain pihak banyak kelompok masyarakat terpencil yang belum bisa menikmati energi listrik distribusi dari pusat. Sehingga diperlukan teknologi terapan untuk memanfaatkan potensi-potensi energi air tersebut. Teknologi tersebut tidak harus mempunyai efisiensi yang besar, tetapi yang penting teknologi itu harus mudah diterapkan dan diaplikasikan oleh masyarakat pada umumnya.

(20)

3

1.2Rumusan Masalah

Selama ini energi air yang dimanfaatkan hanya energi air yang besar saja, sedangkan diberbagai tempat banyak mempunyai potensi energi air kecil yang belum dimanfaatkan. Dalam hal ini banyak kelompok masyarakat terpencil yang belum bisa menikmati energi listrik distribusi dari pusat. Sehingga diperlukan teknologi terapan untuk memanfaatkan potensi-potensi energi air kecil tersebut untuk memenuhi kebutuhan listrik untuk masyarakat terpencil.

Saat ini kebanyakan sudu turbin aliran silang dibuat dengan menggunakan plat yang dilengkung. Karena membuat sudu turbin aliran silang dengan menggunakan plat yang dilengkung sulit, maka untuk mempermudah pembuatan sudunya dibuat dengan menggunakan pipa berdiameter 0,076 m yang dibelah menjadi 4 sama besar.

1.3Tujuan Penelitian

Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja Turbin Aliran Silang dengan jumlah sudu 20 sehingga dapat diketahui daya dan efisiensi

total yang paling besar. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan tambahan pengetahuan tentang tenaga air atau hydropower, khususnya yang berkaitan dengan pemanfaatan turbin aliran silang sebagai pembangkit energi listrik.

(21)

4

BAB II

DASAR TEORI

Turbin Aliran Silang berfungsi untuk mengkonversi energi ptensial air menjadi energi mekanis. Air dialirkan melalui sebuah nosel yang kemudian masuk ke sudu turbin menggerakkan runner dan poros yang terhubung dengan generator. Generator yang berputar selanjutnya menghasilkan energi listrik.

2.1. Tinjauan Pustaka

Dari penelitian tentang Turbin Banki (Nadjamuddin Harun, M. Yamin dan N. Salam, 1995 ) pada debit aliran sungai (Q) = 0,0899 m3/s pada kecepatan aliran (v) = 0,5015 m/s dan luas penampang (A) = 0,17931 m2, tinggi jatuh efektif (H) = 7 meter, diameter roda turbin (D) = 31,5 cm diperoleh efisiensi turbin = 75%, daya (P) = 10 Kw.

Dalam penelitian tentang Crossflow Turbine (C. B. Joshi, 1995 ) mengatakan bahwa semakin banyak jumlah sudunya maka semakin besar efisiensi turbinnya.

Dalam atrikel tentang penggunaan Crossflow Turbibe ( Jhon Wiley & Sons pada tahun, 1998 ) bahwa jumlah sudu yang digunakan adalah 28 buah. Penelitian

(22)

5

yaitu sebesar 72%.

Dari hasil penelitian tentang Turbin Aliran Silang dengan jumlah sudu 16 ( Danang Prihartanto, 2008 ) menyimpulkan pada head (H) = 1,5 m dan debit (Q) = 0,015 m3/s, daya (P) keluaran paling besar yaitu 13,54 watt dan efisiensi total yang paling besar adalah 6,78 %, didapat ketika alternator diberi beban lampu 45 watt. Sedangkan pada head (H) = 1,3 m dan debit (Q) = 0,012 m3/s, daya (P) keluaran paling besar yaitu 11,3 watt dan efisiensi total yang paling besar adalah 7,23 %, didapat ketika alternator diberi beban lampu 45 watt.

(23)

6

2.2. Bagian-bagian Turbin Aliran Silang

Gambar 2.1 Turbin Aliran Silang

(http://www.otherpower.com/scotthydro.html)

Gambar 2.2 Runner Turbin Aliran Silang

(http://www.otherpower.com/scotthydro.html)

Sudu

piringan

Alternator

Nosel

(24)

7

Turbin Aliran Silang terdiri dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel dan sebuah nosel. Ukuran nosel disesuaikan dengan ukuran runner turbin.

Altenator adalah suatu alat elektromekanikal yang mengkonversi daya mekanis menjadi energi elektrik. Pada prinsipnya alternator dapat juga disebut sebagai generator, tetapi biasanya altenator lebih mengacu pada bentuk yang lebih kecil yang biasa digunakan pada otomotif. Altenator memiliki 3 bagian yang penting, yaitu :

1. Rotor

Yang dimaksud dengan 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. 2. Stator

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

3. Dioda

Dioda mengkonversi arus bolak-balik yang dihasilkan oleh pasangan rotor dan stator menjadi arus searah.

(25)

8

dengan prinsip yang sama pada DC generator, yakni adanya arus pengumpan yang disebut arus eksitasi saat terjadi medan magnet disekitar kumparan.

Gambar 2.3 Altenator (Forcefield, 2003)

Dari alternator dapat di ukur arus (I) dan tegangan keluaran (V) yang kemudian digunakan untuk menentukan besarnya daya yang dihasilkan

2.3. Prinsip Dasar Turbin Aliran Silang

(26)

9

Pada bagian atas turbin mengambil energi sebesar 72 % dan pada bagian bawah turbin mengambil energi sebesar 28 %.

Gambar 2.4 Skema Turbin Aliran Silang

2.4. Alur Pergerakkan Air pada Turbin Aliran Silang

Pada gambar 2.5 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk kedalam runner pada titik A dengan sudut α yang bersinggungan dengan keliling runner. Kecepatan air sebelum memasuki runner dapat dihitung dengan persamaan:

V1=C (2gH)½ (Banki, 2004, hal 6) ... 2.1 dengan :

V1 = Kecepatan absolut. H = Head ketinggian

(27)

10

Dalam turbin berhubungan dengan komponen – komponen kecepatan yaitu: V = Kecepatan mutlak

v = Kecepatan relatif

u = Kecepatan tangensial roda turbin.

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

(28)

11

Alur pergerakan air pada kenyataannya tidak seperti yang terdapat dalam gambar 2.5 karena terdapat defleksi sebesar θ seperti dalam gambar 2.6.

Gambar 2.6 Defleksi pada pergerakan air pada Turbin

Aliran Silang

(Mockmore, 2004, hal. 8)

2.5. Konstruksi Turbin Aliran Silang

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

Gambar 2.7 Segitiga kecepatan pada Turbin Aliran Silang

(29)

12

Jika u1 = ½ V1cos α1 ... 2.2 maka tan β1= 2 tan α1 ... 2.3 jika α1 = 16o

maka β1=29o ,50o atau 30o atau nilai pendekatan. (Mockmore, 2004, hal 10)

β2' adalah sudut sudu keluar sisi atas pada keliling dalam runner. Dengan asumsi

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

β2'=90o.

Gambar 2.8 Gabungan segitiga kecepatan pada Turbin Aliran

(30)

13

a. Diameter Luar runner (D1)

D1 = 862H½/N (Mockmore, 2004, hal 14) ... 2.4

dengan :

H = head ketinggian (in) N = putaran turbin (rpm) b. Panjang Turbin (L)

L = 144QN/862 H½ Ck(2gH)½ (Mockmore, 2004, hal 15)... 2.5 Dengan :

Q = Debit aliran air (cfs) C= Koefisien nosel = 0.98 k = Faktor koreksi = 0.087 c. Perbandingan panjang dan diameter turbin

LD1 = 210.6Q/H2 1

(Mockmore, 2004, hal 17) ... 2.6 d. Jari-jari kelengkungan sudu (ρ)

ρ = 0.3261 r1 (Mockmore, 2004, hal 15) ... 2.7 dengan :

r1 = jari-jari luar runner (in) e. Lebar velk radial (a)

(31)

14

Gambar 2.9 Kelengkungan sudu (Mockmore, 2004, hal. 16)

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 2.14)

(32)

15

Gambar 2.10 Jarak antar sudu (Mockmore, 2004, hal. 9)

g. Jumlah sudu (n)

n = л D1/t (Mockmore, 2004, hal 17) ...2.12 h. Jarak pancaran dari poros (y1) (gambar 2.17)

y1 = (0.1986-0.945k) D1 (Mockmore Banki, 2004, hal 14) ..2.13 i. Jarak pancaran dari keliling dalam (y2 ) (gambar 2.17)

(33)

16

Gambar 2.11 Alur pancaran air (Mockmore, 2004, hal. 13)

j. Efisiensi maksimal turbin jika u1 = ½ V1cos α1 maka tan β1= 2 tan α1

ψ = koefisien empiris yang nilainya sekitar (0,98) (Mockmore, 2004, hal)

ε max = 0,5 C2 (1 + ψ ) cos2 α1 (Mockmore, 2004, hal 9) ...2.15 k. Nosel

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

(34)

17

l. Sudut pusat sudu jalan (gambar 2.12)

Tan ½ δ = cosβ1/(sin β1+r2/r1) ...2.18 m. Perhitungan poros

Parameter-parameter yang digunakan dalam perhitungan poros sebagai berikut ;

• P = daya yang ditransmisikan (kW)

• Fc = faktor koreksi (Sularso, 2004, hal. 7)

• n = putaran poros (rpm)

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

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

• τa=

• ds = diameter minimal poros (mm)

(35)

18

n. Perhitungan Daya yang tersedia (Pin)

P = o. Perhitungan Daya Keluaran (Pout)

Pout = V x I ...2.24 V = Tegangan (volt)

I = Arus (ampere)

p. Perhitungan Torsi Guna Turbin (T)

T =

q. Perhitungan Efisiensi Total (η)

(36)

19

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

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) = 1,5 meter

= 4,92126 ft

START

STUDI PUSTAKA

PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG

PENELITIAN TURBIN ALIRAN SILANG PEMBUATAN TURBIN ALIRAN SILANG

PENGAMBILAN DATA

PENGOLAHAN DATA

(37)

20

Kapasitas aliran / Debit (Q) = 336,75 US gpm

= 0,750cfs

= 0,021 m3/s

Asumsi :

Koefisien nosel (C) = 0,98 Faktor koreksi (k) = 0,087 Sudut masuk (α1) = 16º

Sudut keluar (β2') = 90° (untuk membuat aliran pancaran air radial).

Perancangan Turbin Aliran Silang dengan sudu jalan yang terbuat dari pipa berdiameter 3 in (0,076 m).

Perhitungan :

Sudu jalan Turbin Aliran Silang terbuat dari pipa dengan diameter 3 inci (0,076 m), sehingga dapat diketahui :

a. Jari-jari kelengkungan sudu turbin (ρ)

ρ =

2 3

in

ρ = 1,5 in

ρ = 0,038 m

b. Diamater turbin (D1)

(38)

21

c. Panjang turbin (L)

(39)

22

e. Jarak antar sudu pancaran air masuk (s1) s1 = k D1

(40)

23

dari n = 18 maka Turbin Aliran Silang ini dikemungkinan dapat dibuat dengan jumlah sudu 16, 18, 20. Dalam perancangan ini dpilih jumlah sudu 20.

i. Jarak pancaran dari poros (y1) y1 = (0,1986-0,945k) D1

y1 = (0,1986-0,945×0,087) 9,1996 y1 = 1,071 in

(41)

24

j. Jarak pancaran dari keliling dalam (y2) y2 = (0,1314-0,945k) D1

y2 = (0,1314-0,945×0,087) 9,1996 y2 = 0,453 in

y2 = 0,012 m

k. Luas penampang nossel (A)

(42)

25

l. Tinggi pancaran air nosel (So)

(43)

26

o. Efisiensi maksimal turbin

ε max = 0,5 C

p. Daya maksimal yang dapat dihasilkan

Pmax =

(44)

27

Dalam perancangan ini menggunakan diameter poros 0,018 m. Geometri Turbin Aliran Silang :

(45)

28

m. Kecepatan putar (N) = 207,867 rpm n. Sudut pusat sudu jalan (δ ) = 73,48o o. Efisiensi turbin maksimal = 87 %

p. Daya maksimal yang tersedia = 0,3650 HP = 272,18 watt q. Diameter poros yang digunakan = 0,018 m

3.3 Pelaksanaan Penelitian

Pelaksanaan penelitian dibagi menjadi 3 bagian yaitu sarana pennelitian, skema penelitian dan jalannya penelitian.

3.3.1 Sarana Penelitian

Sarana penelitian yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

a. Turbin Aliran Silang

Turbin Aliran Silang ini terdiri dari runner dan nosel.

b. Pompa Air

Pompa air digunakan sebagai sumber tenaga untuk memompa air menuju bak penampungan. Air yang ada di bak penampungan kemudian dialirkan dengan selang menuju kearah runner turbin melalui nosel hingga memutar runner turbin. Spesifikasi pompa yang digunakan:

(46)

29

Daya maksimal : 10 HP = 7457 Watt Putaran maksimal : 2000 rpm

c. Alternator

Alternator digunakan untuk mendapatkan keluaran yang berupa tegangan dan arus listrik.

d. Multimeter

Multimeter digunakan untuk mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan oleh Turbin Aliran Silang.

e. Lampu

Pada penelitian ini lampu yang digunakan sebagai beban, yaitu 10 watt, 20 watt, 30 watt, 35 watt, 45 watt, 55 watt, 65 watt.

3.3.2 Skema Penelitian

(47)

30

3.3.3 Jalannya Penelitian

Jalannya penelitian ini dilaksanakan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan dan tahap penelitian.

3.3.3.1Persiapan

1. Persiapan Penelitian

Runner di pasang pada kontruksi yang sudah disiapkan. Profil siku

dirangkai dengan mur-baut menjadi rangka pendukung yang akan mendukung nossel dan altenator. Pada poros runner dihubungkan ke bagian altenator dengan sabuk dan puli. Pada setiap penelitian diberi beban berupa lampu yang divariasikan. Bagian atas dan samping dari altenator diberi penutup yang terbuat dari fiber untuk mencegah air mengenai altenator.

2. Penelitian Awal

(48)

31

3.3.3.2Penelitian

1. Penelitian pertama dilakukan pada head 1,5 m. Yang dilakukan pertama yaitu mengukur debit air pada head 1,5 m. Setelah mendapatkan besarnya debit maka penelitian selanjutnya dapat dilakukan.

2. Penelitian dilakukan dengan melakukan variasi beban. Data yang diambil pada saat percobaan adalah tegangan dan arus yang dihasilkan pada saat dikenai beban lampu.

3. Pada penelitian pertama, Turbin Aliran Silang diberi beban lampu 10 watt kemudian pompa air dijalankan hingga memutar turbin. Kemudian diukur dengan menggunakan tachometer untuk mengukur putaran dan multimeter untuk mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan.

4. Penelitian dilakukan kembali untuk variasi jumlah beban lampu 20, 30, 35, 45, 55, 65 watt dengan cara yang sama.

5. Untuk penelitian yang kedua dilakukan untuk head 1,3 m. Seperti pada pengujian sebelumnya, pertama ditentukan terlebih dahulu sampai pada debit yang stabil pada head 1,3 m.

(49)

32

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.4 Hasil Penelitian

3.4.1 Data Hasil Penelitian

Data yang diperoleh dari sarana penelitian adalah variasi head dan debit hasilnya sebagai berikut :

a. Penelitian pertama

Tabel 4.1. Data penelitian pada head 1,5 m dan debit 0,015 m3/s

beban putaran V I

(watt) (rpm) (volt) (ampere)

(50)

33

b. Penelitian kedua

Tabel 4.2. Data penelitian pada head 1,3 m dan debit 0,012 m3/s

3.4.2 Perhitungan Data Hasil Penelitian

Perhitungan data dikerjakan menggunakan software Microsoft excel. Dengan mengambil satu satu contoh perhitungan disetiap pembahasan yang merupakan perwakilan dari data hasil pengujian. Dan untuk hasil perhitungan yang lainnya ditampilkan dalam bentuk tabel dan grafik.

(51)

34

3.4.2.3Perhitungan Daya yang keluar dari Turbin (Pout)

Dari data penelitian maka daya output yang berupa daya listrik setiap pembebanan dapat langsung didapat :

Pout = V x I Pout = 4,2 x 3,7 Pout = 15,54 Watt

Dengan mengasumsikan kecepatan putar alternator sama dengan kecepatan poros turbin dan rugi-rugi di altenator diabaikan maka dapat dicari torsi yang terima altenator (torsi guna turbin) :

(52)

35

3.4.2.4Perhitungan Efisiensi Total (η)

η = ×100%

3.4.3 Perhitungan Data Penelitian

Setelah seluruh data hasil pengujian dimasukkan pada program Microsoft Excel, hasilnya seperti yang ditunjukkan pada tabel-tabel berikut ini.

3.4.3.1Hasil Perhitungan

a. Hasil Perhitungan DataPenelitian Pertama

Tabel 4.3. Hasil perhitungan data penelitian dengan head 1,5 m; Debit = 0,015 m3/s

putaran beban V I Daya(P_out) Efisiensi Torsi

(53)

36

b. Hasil Perhitungan Data Penelitian Kedua

Tabel 4.4. Hasil perhitungan data penelitian dengan head 1,3 m ; Debit = 0,012 m3/s

putaran beban V I Daya(P_out) Efisiensi Torsi

(rpm) (watt) (volt) (ampere) (watt) (%) (Nm)

673 65 4,0 3,2 12,8 8,19 0,18

680 55 4,2 2,9 12,18 7,79 0,17

687 45 4,3 2,6 11,18 7,15 0,16

694 35 4,4 2,5 11 7,04 0,15

700 30 4,5 2,3 10,35 6,62 0,14

712 20 4,8 1,9 9,12 5,83 0,12

720 10 4,9 1,7 8,33 5,33 0,11

(54)

37

3.5 Pembahasan

4.2.1 Pembahasan Tentang Daya Keluaran Hasil Penelitian Secara

Keseluruhan

650 675 700 725 750 775 800

putaran alternator (rpm)

head 1,5 meter ; debit 0,015 meter kubik/detik head 1,3 meter ; debit 0,012 meter kubik/detik

Gambar 4.1 Grafik daya keluaran (Pout) vs putaran alternator (rpm)

Dari data hasil penelitian dengan menggunakan head 1,5 m dan debit 0,015 m3/s didapat grafik yang menghasilkan daya maksimal sebesar 15,54 watt. Daya maksimal tersebut didapat pada saat alternator di beri beban lampu 65 watt dan putaran alternatornya 688 rpm.

Dari data hasil penelitian dengan menggunakan head 1,3 m dan debit 0,012 m3/s didapat grafik yang menghasilkan daya maksimal sebesar 12,8 watt. Daya maksimal tersebut didapat pada saat alternator di beri beban lampu 65 watt dan putaran alternatornya 673 rpm.

(55)

38

m3/s dengan data hasil penelitian pada head 1,3 m dan Debit 0,012 m3/s. Dari perbandingan tersebut didapat bahwa semakin besar head dan debitnya maka putaran yang dihasilkan semakin besar sehingga daya yang dihasilkan juga semakin besar.

4.2.2 Pembahasan Tentang Efisiensi total Hasil Penelitian secara

keseluruhan

650 675 700 725 750 775 800

putaran alternator (rpm)

head 1,5 meter ; debit 0,015 meter kubik/detik head 1,3 meter ; debit 0,012 meter kubik/detik

Gambar 4.2 Grafik efisiensi total (η) vs putaran alternator (rpm)

Dari data hasil penelitian dengan menggunakan head 1,5 m dan debit 0,015 m3/s didapat grafik yang menghasilkan efisiensi total maksimal sebesar 7.78 %. Efisiensi maksimal tersebut didapat pada saat alternator di beri beban lampu 65 watt dan putaran alternatornya 668 rpm.

(56)

39

8,19 %. Efisiensi maksimal tersebut didapat pada saat alternator di beri beban lampu 65 watt dan putaran alternatornya 673 rpm.

4.2.3 Pembahasan Tentang Beban Hasil Penelitian secara keseleuruhan

0

660 680 700 720 740 760 780 800

putaran (rpm)

head 1,5 meter ; debit 0,015 meter kubik/detik head 1,3 meter ; debit 0,012 meter kubik/detik

Gambar 4.3 Grafik beban (watt) vs putaran alternator

Dari data hasil penelitian dengan menggunakan head 1,5 meter dan debit 0,015 m3/s diperoleh grafik yang menghasilkan putaran alternator maksimal 790 rpm. Putaran alternator maksimal tersebut didapat pada saat alternator tidak diberi beban ( lampu ), dengan asumsi perbandingan puli pada runner degan puli pada alternator adalah 1:3.

(57)

40

beban (lampu), dengan asumsi perbandingan puli pada runner dengan puli pada alternator adalah 1:3.

Dari gambar 4.2 ditunjukkan perbandingan 2 buah grafik efisiensi total vs putaran alternator antara data hasil penelitian pada head 1,5 m dan debit 0,015 m3/s dengan data hasil penelitian pada head 1,3 m dan debit 0,012 m3/s . Dari perbandingan tersebut didapat bahwa penelitian pada head 1,3 m dan debit 0,012 m3/s menghasilkan efisiensi total yang lebih besar daripada penelitian dengan head 1,5 m dan debit 0,015 m3/s. Hal ini disebabkan karena terjadi selisih daya yang tersedia (Pin) cukup banyak antara pengujian pada head 1,5 m dan debit 0,015 m3/s dengan pengujian pada head 1,3 m dan debit 0,012 m3/s (Pin pada head 1,5 m dan debit 0,015 m3/s = 199.63 watt ; Pin pada head 1,3 m dan debit 0,012 m3/s = 156.31 watt). Sedangkan selisih daya keluarannya (Pout) hanya sedikit (Pout pada head 1,5 m dan debit 0,015 m3/s =15,54 watt ; Pout pada head 1,3 m dan debit 0,012 m3/s = 12,80 watt).

Dari kedua penelitian didapat efisiensi total terbesar 8,19 %, nilai tersebut selisihnya jauh dari efisiensi maksimal (ε max) teoritis yaitu 87 %. Hal ini disebabkan pada saat penelitian terjadi rugi-rugi, yaitu :

1. Rugi-rugi gesekan pada saluran air (pipa dan selang) yaitu gesekan antara air dengan permukan saluran.

(58)

41

laju aliran air. Selain itu juga terjadi kebcoran pada sambungan-sambungan tersebut.

3. Rugi-rugi pada saluran air yang berbelok.

4. Rugi-rugi pada runner, yaitu putaran runner tidak stabil (oling). Hal ini disebabkan karena pembuatan runner yang kurang baik terutama pemasangan sudu-sudunya kurang presisi.

(59)

42

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian Turbin Aliran Silang dengan jumlah sudu 20 ini, dapat disimpulkan beberapa hal, antara lain:

1. Pada head 1,5 m dan debit 0,015 m3/s, daya keluaran paling besar yaitu 15,54 watt dan efisiensi total yang paling besar adalah 7,78 %, didapat ketika alternator diberi beban lampu 65 watt.

2. Pada head 1,3 m dan debit 0,012 m3/s, daya keluaran paling besar yaitu 12,8 watt dan efisiensi total yang paling besar adalah 8,19 %, didapat ketika alternator diberi beban lampu 65 watt.

3. Semakin besar head dan debitnya maka putaran yang dihasilkan semakin besar sehingga daya yang dihasilkan juga semakin besar.

5.2 Saran

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

1. Dalam membuat runner hendaknya dibuat dengan tingkat kerapian dan presisi semaksimal mungkin agar runner tidak terjadi oling saat berputar.

(60)

43

3. Melakukan penelitian dengan variasi beban yang lebih banyak agar dapat dilihat perbandingan efisiensinya.

4. Dalam membuat konstruksi penelitian Turbin Aliran Silang ini hendaknya dibuat dengan lebih rapi (meminimalkan sambungan dan belokkan saluran air, menghindari kebocoran pada saluran air) sehingga dapat memperkecil nilai rugi-rugi.

(61)

44

DAFTAR PUSTAKA

Fritz Dietzel. (1996). Turbin Pompa dan Kompresor, cetakan ke-5. Jakarta: Erlangga

Harun, Nadjamuddin., Yamin, M., Salam, N. (1995). Pemanfaatan Turbin Mikrohidro untuk Pembangkit Tenaga Listrik di Desa Baji Minasa Kecamatan Bulukumpa Kabupaten Bukukumba. http://www.asosiasi-politeknik.or.id/index.php?module=aspi_jurnal&func=display&jurnal_id= 228

Joe Cole. (2004) Crossflow Turbine Abstract. OSC Bulletin #25 “The Banki Crossflow Turbine.

Joshi, C. B, Seshadri, V., Singh, S. N. (1995). Parametric Study on Perfomance of Cross-Flow Turbine. American Society of Civil Engineers.

Mockmore, C. A., Merryfield, Fred. (1949). The Banki Water Turbine. Corvallis: Bulletin Series No. 25.

Sularso dan Kiyokatsu Suga. (2004). Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin, cetakan ke-11. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.

(62)
(63)

Gambar

Gambar 2.3 Altenator (Forcefield, 2003)
Gambar 2.4 Skema Turbin Aliran Silang
Gambar 2.5  Aliran pergerakan air pada Turbin Aliran Silang                                         (Mockmore, 2004, hal
Gambar 2.7  Segitiga kecepatan pada Turbin Aliran Silang (Mockmore, 2004, hal. 8)
+7

Referensi

Dokumen terkait

(1) Tarif pemeriksaan umum terhadap pelayanan tindakan medik dikenakan tarif pelayanan yang diwujudkan dalam bentuk karcis harian atau yang dipersamakan, meliputi jasa

Teknik membaca cerita dapat menimbulkan rasa senang pada anak terhadap cerita sehingga anak dapat menjadi pengguna bahasa yang baik dan lebih memahami makna (Gallets, 2005).

Dalam skripsi ini yang menjadi masalah utama adalah “Bagaimana dampak dari kebijakan Undang-Undang Agraria 1870 terhadap perkembangan perkebunan teh di Bandung Selatan?”..

Masalah yang mungkin terjadi dengan mengatur bahwa setiap proses hanya dapat memiliki satu proses adalah bahwa tidak semua proses hanya membutuhkan satu

Dari kerusakan gedung akibat gempa Meksiko dapat dipelajari bahwa gedung bertingkat telah mengalami pullout, gedung tercabut dari fundasinya, karena beban mati

Penelitian ini juga diharapkan dapat membantu investor untuk memahami manfaat pengukuran modal intelektual sebagai dasar pengambilan keputusan, dan memberikan informasi bagi

Manfaat dari proyek akhir ini diharapkan aplikasi yang akan dibuat dapat digunakan sebagai media pembelajaran Gamelan Jawa secara interaktif pada perangkat iPhone,

Dalam pelaksanaan Perencanaan dibidang Perindustrian, Perdagangan dan Koperasi Rencana Strategis disusun sebagai pedoman bagi Dinas Perindustrian, Perdagangan dan Koperasi