keuntungan dan kelebihan. Pemanfaatan energi tenaga air atau hydropower di Indonesia juga sangat minim [1]. digunakan adalah plat besi dan sekat sekat

PENGARUH JARAK DAN UKURAN NOZZLE

PADA PUTARAN SUDU TERHADAP DAYA LISTRIK

TURBIN PELTON

Dr. Sri Purnomo Sari, ST., MT. *), Rendi Yusuf **) *) Dosen Teknik Mesin Universitas Gunadarma **) Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Gunadarma

ABSTRAKSI

Dalam penulisan skripsi ini dibahas mengenai pengaruh putaran sudu, debit aliran fluida, kecepatan aliran fluida, dan laju aliran massa fluida terhadap daya listrik yang dihasilkan pada Turbin Pelton. Analisis tersebut terlebih dahulu dilakukan perhitungan hasil pengujian untuk mencari nilai debit aliran, kecepatan aliran, laju aliran massa serta jenis aliran pada nozzle dengan diameter 3 mm, 5 mm, dan kombinasi 3 & 5 mm. Berdasarkan dari perhitungan hasil pengujian, bukaan katup 750 pada diameter nozzle 3 mm bahwa nozzle tersebut paling banyak menghasilkan debit aliran fluida yaitu sekitar 0,32x10-3 m3/s dengan putaran sudu sekitar 332 RPM., Untuk diameter nozzle 5 mm, debit aliran tertinggi pada bukaan katup 900 menghasilkan debit aliran sekitar 0,48x10-3 m3/s dengan hasil putaran sudu 640 RPM. Menggunakan kombinasi antara nozzle 3 & 5 mm tersebut debit aliran fluida tertinggi 0,76x10-3dihasilkan pada bukaan katup 850 menghasilkan putaran sebesar 1009 RPM. Hasil tertinggi dari laju aliran massa fluida yaitu 0,753 kg/s. Pengambilan data pada Turbin Pelton ini semua jenis aliran fluida bersifat Laminar. Daya listrik yang dihasilkan pada nozzle 3 mm terjadi pada bukaan katup 750 daya listrik sebesar 1,6 Watt. Pada nozzle 5 mm daya listrik tertinggi pada bukaan katup 900 dengan daya listrik sebesar 2,1 Watt. Hasil maksimal nya terjadi pada kombinasi nozzle 3 mm dan 5 mm yaitu pada bukaan katup 850 dengan hasil daya listrik sebesar 2,7 Watt. Ukuran diameter nozzle berpengaruh terhadap besarnya debit aliran fluida, kecepatan fluida, laju aliran fluida dan putaran sudu turbin sehingga semakin besar pula input daya listrik yang akan tercipta pada Turbin Pelton ini.

Kata kunci : Turbin pelton, putaran sudu, daya Listrik

PENDAHULUAN

Dalam kemajuan terknologi

sekarang ini bamyak dibuat peralatan-peralatan yang inovatif dan tepat guna. Salah satu contoh bidang teknik mesin terutama dalam bidang konversi energi dan pemanfaatan alam sebagai sumber energi. Diantaranya adalah pemanfaatan

air yang bisa digunakan untuk

menghasilkan tenaga listrik. Alat tersebut adalah berupa turbin yang digerakkan oleh air yang disambungkan dengan generator. Dalam konvensionalnya pada zaman dahulu air juga dimanfaatkan

untuk pembangkit tenaga listrik yaitu

untuk menggerakkan generator

pembangkit digunakan kincir air, tetapi sekarang ini kincir air sudah ditinggalkan dan digunakanlah turbin air. Dalam suatu sistem PLTA, turbin air merupakan salah satu peralatan utama selain generator. Turbin air adalah alat untuk mengubah energi air menjadi energi puntir. Energi puntir ini diubah menjadi energi listrik oleh generator.

Berbagai macam jenis pembangkit listrik telah banyak dibuat mulai dari turbin gas, turbin uap, turbin air, kincir air

keuntungan dan kelebihan. Pemanfaatan energi tenaga air atau hydropower di Indonesia juga sangat minim[1].

Turbin Pelton merupakan salah satu jenis turbin air yang prinsip kerjanya memanfaatkan energi potensial air sebagai energi listrik tenaga air. Turbin ini tergolong tipe turbin yang cukup efisien dalam perakitannya maupun dari segi ekonomi.

Turbin Pelton ini sangat cocok

digunakan untuk head tinggi,

penyemprotan air ke sudu turbin dapat menggunakan jumlah nozzle lebih dari satu buah agar mendapatkan tenaga yang lebih besar. Turbin Pelton termasuk jenis Turbin impuls perubahan energi ini dilakukan didalam nozzle dimana air yang semula mempunyai energi potensial yang tinggi diubah menjadi energi kinetis.

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. Proses analisa yang akan dibahas dalam Penulisan Tugas

Akhir ini adalah PENGARUH

UKURAN DAN JARAK NOZZLE PADA PUTARAN SUDU TERHADAP DAYA LISTRIK TURBIN PELTON.

METODOLOGI PERANCANGAN TURBIN PELTON

Perancangan Turbin Pelton

Suatu perancangan Turbin Pelton harus memiliki frame yang kuat sebagai pendukung terbentuk nya Turbin Pelton, dengan frame yang dirancang sesuai kebutuhan seperti sebagai tempat bak penampung air, pompa air, sudu Turbin Pelton dan pipa saluran air. Bahan yang

digunakan adalah plat besi dan sekat sekat menggunakan papan seperti yang ditampilkan pada Gambar 1 di bawah ini.

Gambar 1. Gambar Design Turbin

Pelton

Diagram Alir Perancangan

Gambar 2. Diagram Alir

Perancangan Poros dan Sudu Turbin Pelton

Seperti yang tampak pada bagan diagram alir Gambar 2 di atas yang menjelaskan mengenai rangkaian proses kerja yang dilakukan. Rangkaian tersebut dimulai dari studi pustaka yang diperoleh dari berbagai buku dan internet mengenai

sudu Turbin Pelton hingga proses pembuatan.

Setelah itu dilakukannya proses perakitan poros, sudu dan komponen penunjang lainnya seperti bearing dll. Proses selanjutnya adalah proses pengujian komponen tersebut dengan cara melakukan penghidupan mesin yang kemudian akan ditarik suatu kesimpulan tertentu.

Dalam perancangan sudu Turbin Pelton yang terlihat pada Gambar 3 satuan yang dipakai untuk geometri ini adalah mm. Turbin Pelton ini mempunyai diameter keselurahan 220 mm, dengan jumlah daun sudu sebanyak 16 buah namun dapat di bongkar pasang sehingga jumlah sudu dapat di kurangi dengan syarat harus kelipatan 4 yaitu dengan jumlah sudu 12, 8 dan 4 buah.

Gambar 3 Design Sudu Turbin Pelton

Sudu ini mempunyai bobot seberat 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.

Dari konstuksi dan bahan yang digunakan dalam sudu ini mempunyai ketahanan yang kuat untuk menerima pressure dari nozzle yang menyemburkan air yang bertekanan tinggi. Sudu Turbin Pelton ini benda

aslinya dapat dilihat pada Gambar 4 dengan jumlah sudu 16.

Gambar 4. Sudu Turbin Pelton

Pembuatan Poros, Dudukan Sudu Turbin Pelton

Untuk langkah awal pembuatan sudu pada Turbin Pelton yaitu di awali dengan pembuatan poros yang berfungsi sebagai titik pusat agar sudu turbin dapat berputar, poros ini ,memiliki diameter 14 mm dan panjang 24 cm.

Poros ini juga berfungsi sebagai pegangan salah satu dudukan sudu yang di las sehingga poros dan dudukan sudu menjadi satu. Untuk dudukan sudu yang kedua tidak dilakukan pengelasan agar dapat dilakukan bongkar pasang. Poros ini berbahan dasar besi cukup ringan dan kuat untuk menahan beban sudu dan beban daya puntir yang terjadi pada saat turbin di operasikan.

Gambar 5. Design Poros Turbin Pelton

Pada Gambar 5 yaitu design poros turbin di ujung salah satu poros pada bagian belakang box turbin di pasang pulley dan vbelt ke alternator untuk mentransmisikan tenaga turbin ke alternator sehingga alternator berputar dan menghasilkan daya listrik. Poros Turbin Pelton dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Poros Dengan Dudukan Sudu Yang dilas [a], Poros Dengan Dua Dudukan Sudu Yang Salah Satunya Dapat Dilepas [b].

Dudukan Sudu Turbin Pelton

Gambar 7. Design Dudukan Sudu Turbin Pelton

Komponen yang lainnya yaitu dudukan sudu turbin yang dapat dilihat design nya pada Gambar 7 berfungsi sebagai pegangan daun sudu turbin, dudukan sudu turbin ini terbuat dari plat setebal 3 mm yang mempunyai diameter 10 mm seperti yang ditunjukan di Gambar 8. Dudukan sudu ini terdapat dua buah dengan ukuran dan tebal plat yang sama. Masing masing dudukan mempunyai lubang-lubang untuk pegangan daun sudu

tidak terlepas dan goyang maka dibuat 7 lubang baut agar dudukan terpasang dengan kuat.

Gambar 8. Dudukan Sudu Turbin Pelton.

Daun Sudu Turbin Pelton

Daun sudu yang terliahat pada Gambar 9 berguna untuk menerima tekanan yang ditimbulkan oleh nozzel yang menyemburkan air sehingga sudu dapat berputar. Daun sudu ini memiliki diameter 6 cm terbuat dari bahan stainless ringan namun tetap kuat menerima tekanan air. Jumlah keseluruhan daun sudu ini terdapat 16 buah.

Gambar 9. Daun Sudu Turbin Pelton

Box Sudu Turbin Pelton

Box ini tebuat dari besi plat setebal 3 mm, memiliki panjang 30 cm dan lebar 13 cm sehingga box ini akan lebih kuat menahan getaran yang di timbulkan oleh sudu yang berputar kencang ketika turbin di jalankan seperti yang tampak pada Gambar 10 berikut ini.

Gambar 10. Box Turbin Pelton Aklirik Box Turbin Pelton

Terdapat 2 buah terletak di bagian atas dan di depan box Turbin Pelton, aklirik ini berguna agar proses kerja sudu turbin dapat terlihat. Untuk aklirik bagian atas berukuran 30 x 13 cm [a] dan untuk bagian depan berukuran 30 x 30 cm [b] yang tampak di Gambar 11, untuk bagian depan terdapat fungsi lain yaitu sebagai kedudukan bearing.

Gambar 11. Aklirik Bagian Atas [a], Aklirik Bagian Depan [b]

Bearing

Bearing yang terlihat di Gambar 12 ini berfungsi sebagai bantalan atau penahan beban sudu turbin yang dipasang sebanyak 2 buah terletak di depan dan di belakang box turbin, diameter lubang bearing yaitu 12 mm.

Gambar 12. Bearing

Dudukan Box Turbin Pelton

Di atas bak penampungan air terdapat kedudukan box turbin yang bertujuan agar air yang telah digunakan

dapat langsung terbuang ke bak

penampungan, dudukan box turbin ini di beri lubang sebesar ukuran box tersebut yaitu 30 cm bahan yang di gunakan plat setebal 3 mm serta panjang perseginya 55 x 55 cm dapat di lihat pada Gambar 13 ini.

Gambar 13. Dudukan Box Turbin Pelton

Nozzle

Komponen penunjang lainnya

yang terpenting lainnya adalah nozzle yang terlihat di designnozzle seperti pada Gambar 14 dan nozzle aslinya Pada Gambar 15 dengan variasi diameter tertentu. Ada empat buah nozzle yang mempunyai ukuran berbeda yaitu 3 mm, 5 mm, 7 mm dan 9 mm. Nozzle juga mempunyai beberapa fungsi penting terhadap pengaruh putaran sudu Turbin Pelton tersebut, yaitu :

o Mengarahkan pancaran air ke sudu turbin

o Mengubah tekanan menjadi energi kinetik

o Mengatur kapasitas air yang masuk ke turbin

Gambar 15. Nozzle Turbin Pelton

Perakitan Poros dan Sudu Turbin Pelton

Setelah komponen lengkap dan siap digunakan, maka metode selanjutnya yang dilakukan adalah proses perakitan poros dan sudu turbin serta

komponen-komponen penunjang lainnya yang

berhubungan langsung dengan sudu Turbin Pelton ini.

Seperti yang tampak pada Gambar

16 yang merupakan gambar hasil

perakitan antara poros dan sudu Turbin Pelton dengan menggunakan proses pengelasan dan sistem knock down.

Sudu Turbin Pelton merupakan komponen yang berfungsi untuk merubah energi air menjadi energi mekanik berupa torsi pada poros sudu dimana aliran air yang disemprotkan oleh nozzle kearah sudu mengakibatkan daun-daun sudu terdorong dan berputar.

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.

Gambar 16. Poros dan Sudu Turbin Pelton

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.

Komponen Pendukung Turbin Pelton Pompa

Pompa yang biasa digunakan pada turbin air berskala mikro adalah jenis sentrifugal. Pompa sentrifugal ini menciptakan kecepatan fluida kemudian mentransformasikannya ke energi tekanan saat fluida terlepas dari pompa melalu pipa-pipa pengalir.

Oleh karena itu head yang tercipta bisa dikatakan sebanding dengan energi kecepatan impeller maka digunakan

pompa sentrifugal seperti yang

ditampilkan pada Gambar 17 mengenai contoh gambar pompa sentrifugal.

Gambar 17.Pompa Sentrifugal Bak Penampung

Bak penampung ini berfungsi sebagai tempat penampungan air yang digunakan untuk mensuplai kebutuhan pompa dalam memperoleh air seperti yang ditunjukkan pada Gambar 18.

Pipa

Pipa merupakan salah satu

komponen pada turbin ini yang berfungsi sebagai sarana penghubung antara satu komponen dengan komponen lainnya serta sebagai sarana untuk mengalirkan fluida air dari pompa yang menyuplai air dari bak penampungan air seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19 yang nantinya akan mengalir ke nozzle, aliran fluida air diatur dengan keran.

Gambar 19. Pipa Pengalir Katup Pengatur Tekanan

Katup pengatur tekanan ini

mempunyai fungsi untuk mengatur

tekanan fluida yang akan dteruskan ke nozzle sehingga debit aliran yang masuk ke turbin bisa terkontrol sperti yang ditunjukkan oleh Gambar 20.

Gambar 20.Katup Pengatur Tekanan Selang

Selang di Gambar 21 pada Turbin Pelton ini fungsinya hampir sama dengan pipa, yaitu sebagai penghubung serta sarana agar fluida dapat mengalir. Tetapi biasanya dialiri untuk fluida yang

memiliki tekanan lebih kecil dibanding dengan aliran air di dalam pipa.

Gambar 21. Selang Stopwatch

Stopwatch yang ditunjukkan pada Gambar 22 digunakan untuk menghitung lamanya waktu yang diperlukan oleh sebuah fluida untuk mencapai volume tertentu di dalam gelas ukur yang nantinya berguna untuk menghitung debit aliran fluida air pada setiap pengambilan data yang dilakukan. Dalam proses

pengambilan data menggunakan

stopwatch lama waktu yang di gunakan setiap kali proses pengambilan data yaitu 3 detik.

Gambar 22. Stopwatch Gelas Ukur

Gelas ukur yang ada pada Gambar 23 ini terbuat dari bahan plastik yang berguna untuk mengukur volume fluida yang keluar dari nozzle dalam waktu tertentu. Mengenai gelas ukur pengujian proses pengambilan data yang dilakukan

dalam waktu (t) 3 detik untuk

menghasilkan volume (V) tertentu

Lampu

Lampu 12V10W yang nampak pada Gambar 24 sebagai media cahaya yang menyala karena adanya aliran listrik

hasil dari putaran turbin yang

ditransmiikan ke alternator sehingga menghasilkan daya listrik.

Gambar 24. Lampu Accumulator

Accumulator yang dapat di lihat

pada Gambar 25 sebagai media

penyimpan dan pensuplai arus listrik dengan kapasitas 12v 40A. Pada aki terdapat elemen dan sel untuk penyimpan arus yang mengandung asam sulfat (H2SO4). Tiap sel berisikan pelat positif dan pelat negatif pada pelat positif terkandung oksid timah coklat (Pb 02), sedangkan pelat negatif mengandung timah (Pb). Pelat-pelat ditempatkan pada

batang penghubung. Pemisah atau

separator menjadi isolasi diantara pelat itu, dibuat agar baterai mudah beredar disekeliling pelat. Bila ketiga unsur kimia ini berinteraksi, munculah arus listrik.

Gambar 25.Accumulator Switch Alternator dan Lampu

Pada Gambar 26 ada empat switch yang digunakan, satu switch untuk

mematikan dan mengaktifkan kinerja dari alternator maka agar pengisian arus listrik dari alternator ke aki dapat terkontrol. Tiga switch lagi digunakan untuk menyalakan lampu 1, 2 dan 3.

Gambar 26. Switch Alternator dan lampu

Pulley dan V Belt

Untuk mentransmisikan daya putar roda turbin ke alternator diperlukan alat pendukung yaitu Pulley yang berdiameter 60 mm dan V Belt dengan panjang 150 mm. Sehingga alternator dapat bekerja sesuai dengan daya putar yang dihasilkan oleh roda turbin seperti pada Gambar 27.

Gambar 3.27 Pulley dan V Belt Alternator

Alternator merupakan komponen turbin air yang brfungsi untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, mempunyai kapasitas 45 A seperti yang tampak pada Gambar 28.

Listrik yang dihasilkan merupakan arus bolak-balik (AC), untuk merubah arus AC menjadi arus DC digunakan diode yang dipasang menjadi satu bagian dengan alternator. Alternator berfungsi untuk mensuplai tegangan listrik ke aki serta komponen elektrikal lain nya.

Ditampilkan pada Gambar 29 Alternator di hubungkan ke turbin agar turbin dapat mentransmisikan putarannya ke alternotor sehingga alternator dapat menghasilkan arus listrik yang disuplai ke aki.

Gambar 29. Alternator dan Poros Turbin dihubungkan

Terdapat banyak kelebihan pada

sistem pengisian alternator AC

(alternator) yang menggunakan IC regulator dibanding dengan sistem pengisian generator AC (alternator) yang menggunakan regulator mekanik.

Ini sangat berpengaruh terhadap daya listrik yang akan di hasilkan oleh

alternator itu sendiri, adapun

berdandingan antara alternator AC dengan IC regulator dan alternator regulator mekanik yaitu:

1. Stabilitas pengaturan tegangan dan arus yang dihasilkan lebih tinggi. 2. Ukuran regulator lebih kecil

sehingga memungkin dijadikan

satu kesatuan dengan unit

alternator.

3. Rangkaian sistem pengisian lebih sederhana.

4. Tidak memerlukan penyetelan. 5. Dapat dirancang alternator yang

mampu bekerja pada putaran tinggi, sehingga ukuran alternator lebih kecil untuk daya sama.

6. Diameter rotor lebih kecil guna meningkatkan putaran alternator. 7. Menggunakan V ribbed belt untuk

memperluas kontak belt dengan pulley sehingga tidak slip.

8. Lubang radiasi lebih banyak dan kipas pendingin ada di dalam alternator sebagai upanya

meningkatkan proses

pendinginan. Amperemeter

Agar dapat mengetahui besarnya arus pengisian alternator ke aki digunakan amperemeter yang ditampilkan pada Gambar 30, jadi besaran arus pengisian dapat dilihat langsung pada alat ini.

Gambar 3.30 Amperemeter

Lokasi IC regulator menjadi satu kesatuan dengan alternator, pada Gambar 31 alternator terdapat 4 terminal yaitu terminal B, IG, S dan L. Terminal B merupakan terminal output altenator, dihubungkan ke baterai dan beban, terminal IG dihubungkan ke kunci kontak untuk mensuplai arus ke IC regulator, terminal S dihubungkan ke baterai langsung dan terminal L ke lampu indicator pengisian.

Gambar 31. Rangkaian Pengisian Alternator

Alternator ini memiliki peran yang sangat penting dalam turbin ini, karena alternator mengubah energi putar pada roda turbin ke energi listrik. Pada saat roda turbin berputar, putaran itu ditransmisikan ke alternator dengan menggunakan pulley dan v belt sehingga alternator bekerja menghasilkan energi listrik yang akan di simpan ke aki yang berguna untuk menyalakan lampu.

Untuk melihat Konstruksi Turbin Pelton secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 32 dimana Turbin Pelton ini terdiri dari 3 bagian utama yaitu pompa, roda jalan dan alternator.

Gambar 32. Konstruksi Lengkap Turbin Pelton

Jarak Nozzle Terhadap Sudu Turbin Pelton

Dalam Turbin Pelton ini hal yang tegolong cukup penting yaitu jarah antara nozzle terhadap sudu Turbin Pelton seperti yang tampak pada Gambar 33. Dalam pengujian Turbi Pelton ini jarak nozzle yang dipakai yaitu dengan jarak 90 mm.

Percobaan dilakukan dengan tiga tahap yaitu

1. Pengujian pada Diameter Nozzle 3 mm

2. Pengujian pada Diameter Nozzle 5 mm

3. Pengujian pada Kombinasi antara Diameter Nozzle 3 mm dan 5 mm Jarak Nozzle maupun ukuran dari diameter nozzle sangat mempengaruhi

putaran sudu Turbin Pelton dan daya listrik yang akan dihasilkan. Karena kecepatan aliran fluidanya akan berbeda sehingga akan berpengaruh kepada daya puntir pada sudu Turbin Pelton yang berakibat lemahnya daya listrik yang akan dihasilkan.

Gambar 33. Jarak Nozzle Terhadap Sudu Turbin Pelton

PERHITUNGAN DAN

ANALISA DATA

Perencanaan Pengujian dan Analisa Data

Pembuatan diagram alir proses sangat penting dilakukan sebelum melakukan suatu pengujian maupun analisis data. Diagram alir ini bertujuan untuk memudahkan dalam melakukan proses tersebut seperti yang tampak pada Gambar 34. mengenai diagram alir proses perencanaan dan analisa data yang dimulai dari proses pengambilan data secara langsung serta menganalisa data untuk menghasilkan suatu output tertentu.

Pengambilan Data Secara Langsung Dengan Menggunakan Alat Ukur

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

Pengambilan Data Volume Fluida dan Putaran Turbin

Dalam proses pengambilan data menggunakan stopwatch lama waktu yang

di gunakan setiap kali proses

pengambilan data yaitu 3 detik. Setiap 3 detik data volume fluida akan di ambil dengan menggunakan ukuran nozzel 3 mm dan 5 mm dengan bukaan katup dengan sudut 45o sampai dengan 90o. Setiap pengambilan data dilakukan secara teliti agar mendapatkan hasil yang akurat sehingga proses pengambilan data yang akan dilakukan selanjutnya juga dapat menghasilkan data yang akurat.

Tachometer adalah alat yang digunakan untuk mengetahui besaran putaran pada suatu poros yang berputar. Tachometer ini menggunakan infra merah yang ditembakkan cahayanya ke arah poros yang berputar sehingga dapat diketahui jumlah putaran (rpm) pada poros tersebut yang kemudian didapatkan hasil putaran dari poros sudu Turbin Pelton dalam bentuk Tabel 1.

Tabel 1. Volume Fluida dan Putaran Poros Sudu Turbin Pelton Pada L = 90 mm

Pengambilan Data Arus Listrik

Proses pengambilan data arus listrik pada turbin dilakukan setelah runner turbin yang sudah di transmisikan dengan menggunakan pulley dan vbelt ke alternator berputar. Putaran tersebut akan dikonfersikan oleh alternator menjadi arus listrik yang akan di suplai ke accumulator . Arus listrik yang masuk ke accumulator selengkapnya dapat dilihat melalui Tabel 2.

Tabel 2.Arus Listrik Pada Turbin Pelton

Perhitungan Hasil Pengujian Perhitungan Debit Aliran Fluida

Dari hasil data pengambilan volume fluida air yang ada pada tabel 1 dapat dihitung debit aliran fluida yang keluar dari nozzle/3 detik. Perhitungan debit fluida air dengan menggunakan nozzle 3, 5, 3 dan 5 dengan bukaan katup 450 - 900 dapat menggunakan persamaan 2.1. Q = V t = 0,5 L = 0,16 L/s = 0,00016 m3/s 3 s Dimana : 1 L = 0,001 m3

Dalam tabel 3 ini adalah hasil seluruh data debit aliran fluida air dan putaran sudu Turbin Pelton dengan menggunakan nozzle 3, 5, 3 dan 5 dengan bukaan katup 450 - 900.

Tabel 3. Debit Aliran Fluida Air Turbin

Pelton Pada L = 90 mm

Seperti yang tampak pada Gambar 35 ditampilkan Grafik hubungan antara debit aliran fluida terhadap putaran sudu Turbin Pelton pada bukaan katup 750 menggunakan diameter nozzle 3 mm tampak jelas bahwa nozzle tersebut paling banyak menghasilkan debit aliran fluida yaitu sekitar 0,32x10-3 m3/s dengan putaran yang dihasilkan sekitar 332 RPM. Hal ini membuktikan bahwa semakin besar debit aliran fluida yang dihasilkan semakin besar pula putaran yang dihasilkan untuk memutar sudu Turbin Pelton tersebut

Sedangkan untuk diameter nozzle 5 mm hubungan antara debit aliran fluida terhadap putaran sudu Turbin Pelton diperlihatkan pada diagram batang

tersebut bahwa sebelumnya pada

percobaan di nozzle 3 debit aliran tertinggi yang dihasilkan terjadi pada bukaan katup 750 hal ini berbeda saat menggunakan nozzle 5 mm debit aliran tertinggi yang dihasilkan terjadi pada

bukaan katup 900. Mampu

menghasilkan debit aliran sekitar 0,48x10-3 m3/s dengan putaran yang dihasilkan paling besar dibandingan dengan bukaan katup yang lainnya yaitu 640 RPM selengkapnya ditunjukkan melalui Gambar 36.

Jika sebelumnya nozzle 3 mm

menghasilkan debit aliran fluida tertinggi pada bukaan katup 750 serta dengan menggunakan nozzle 5 mm pada bukaan katup 900 , maka dengan menggunakan kombinasi antara nozzle 3 mm dan 5 mm tersebut debit aliran fluida tertinggi 0,76 x 10-3 dihasilkan pada bukaan katup 850. Menghasilkan putaran sebesar 1009 RPM seperti yang lihat pada Gambar 37.

Perhitungan Kecepatan Aliran Fulida Dari data Tabel 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 = πr2 Maka A = 3,14 x (1,5x10-3 m)2 = 0,47x10-5 m2 jadi v = 0,016x10-3 m3/s 0,47x10-5 m2 = 0,34m/s

Proses perhitungan selanjutnya dicantumkan dalam bentuk Tabel 4 tersebut, semakin besar diameter nozzel dan debit aliran fluida, maka kecepatan aliran fluida tersebut akan semakin mengecil.

Pada hasil pengambilan data kecepatan aliran fluida hasil tertinggi terjadi pada bukaan katup 750 dengan debit aliran fluida 0,32 x 10-3 m3/s menghasilkan kecepatan fluida sebesar 0,86 m/s. Dari hasil tersebut membuktikan bahwa semakin besar jumlah debit aliran fuida maka semakin besar pula kecepatan fulida yang akan terjadi, seperti yang tertuang pada Gambar 38 Grafik hubungan antara

debit aliran fluida terhadap putaran sudu Turbin Pelton.

Pada Gambar 39 Grafik hubungan antara debit aliran fluida terhadap putaran sudu Turbin Pelton pada nozzle 5 mm menggambarkan perbedaan hasil jika pada nozzle 3 mm kecepatan aliran flida tertinggi terjadi pada bukaan katup 750 pada nozzle 5 mm terjadi pada bukaan penuh yaitu pada bukaan 900. Hasil debit aliran fluida sebesar 0,48 x 10-3 m3/s dengan kecepatan fluida 0,24 m/s

Untuk hasil pengujian terakhir pada kombinasi nozzle 3 dan 5 mm juga memiliki perbedaan yaitu pada kombinasi nozzle ini hasil tertinggi kecepatan aliran fluida terjadi pada bukaan katup 850 dengan jumlah debit aliran fluida sebesar 0,76 x 10-3 m3/s dengan hasil kecepatan aliran fluida 0,31 m/s. Dari semua hasil pengujian diketahui bahawa perbedaan ukuran nozzle dapat membedakan pada bukaan katup berapa kecepatan aliran fluida akan sampai pada titik maksimal dan membuktikan bahwa semakin jumlah debit aliran fluida berjumlah besar maka semakin tinggi pula kecepatan aliran fluida yang dihasilkan.

Perhitungan Laju Aliran Massa Fluida Laju aliran massa fluida dapat dihitung berdasarkan data dari Tabel 4.4 dan juga berdasarkan data Massa Jenis fluida zat cair (ρair) 1000 kg/m3. Untuk

mengetahui nilai laju aliran massa fulida digunakan persamaan 2.4 berikut ini.

ṁ = ρair x A x v

= 1000 kg/m3 x 0,47x10-5 m2 x 0,34m/s = 0,162 kg/s

Tabel 4.5 dapat dilihat seluruh hasil perhitungan dari laju aliran massa fluida, untuk laju aliran massa fluida berbanding terbalik dengan kecepatan fluida, yaitu semakin besar diameter nozzle digunakan dan debit aliran fluida yang dihasilkan, maka semakin besar pula laju aliran massa fluida yang diperoleh.

Dari hasil perhitungan laju aliran massa fluida menggunakan diameter nozzle 3 mm diketahui pada bukaan katup 750 menghasilkan nilai laju aliran massa fluida terbanyak yaitu 0,321 kg/s dengan kecepatan alirannya 0,68 m/s. Jadi semakin besar nilai kecepatan aliran fluida maka pada laju aliran massa fluida akan mengalami peningkatan yang dapat dilihat pada Gambar 41.

Pada pengujian dengan diameter nozzle 3 mm sebelumnya nilai tertinggi terjadi pada bukaan katup 750, berbeda dengan pengujian pada diameter 5 mm ini. Hasil pengujian menunjukkan jumlah terbesar laju aliran massa fluida terjadi pada bukaan katup 900 sebesar 0,472 kg/s dengan kecepatan aliran fluida 0,24 m/s seperti yang dituangkan dalam Gambar 42. Perbedaan Ukuran nozzle yang digunakan berpengaruh terhadap bukaan katup berapa nilai maksimal yang dihasilkan pada laju aliran massa fluida terhadap kecepatan aliran fluida akan tercipta.

Pengujian selanjutnya

menggunakan kombinasi dua nozzle 3 mm dan 5 mm, peningkatan hasilnya jauh dibanding dengan menggunakan satu nozzle, pada bukaan katup 850 mampu

menghasilkan laju aliran massa fluida terbanyak yaitu 0,753 kg/s dengan kecepatan aliran fluida sebesar 0,31 selengkapnya dapat dilihat memalui Gambar 43.

Perhitungan Nilai Bilangan Reynold Berdasarkan dari data kecepatan aliran fluida pada Tabel 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 =

= = 698 (Aliran laminar)

Dimana :

Aliran Laminar : Bilangan Reynold < 2300

Aliran Transisi : 2300 < Bilangan Reynold < 4000

Aliran Turbulen : Bilangan Reynold > 4000

Pada Tabel 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, namun hasil pengambilan data pada Turbin Pelton ini semua jenis aliran fluida bersifat Laminar.

Perhitungan Daya Listrik

Dalam pengambilan data pada putaran poros tabel 4.2 dan input daya pada Tabel 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 0,125 A = 1,5 Watt Dimana : P = daya, watt I = arus, ampere V = tegangan, volt

Dari Gambar 44 dapat Grafik Hubungan Antara Daya Listrik Terhadap Putaran Sudu Turbin Pelton Pada Diameter Nozzle 3 mm. Hasil daya listrik terbesar terjadi pada bukaan katup 750 dengan daya listrik sebesar 1,6 Watt. Maka diketahui semakin besar debit aliran fluida, kecepatan aliran fluida dan laju aliran fluida sangat mempengaruhi kecepatan putaran sudu turbin, semakin besar putaran pada sudu turbin semakin besar pula daya listrik yang akan dihasilkan

Jika sebelumnya pada nozzle 3 mm daya listrik yang terbesar terjadi pada bukaan 750 maka selanjutnya pada nozzle 5 mm daya listrik tertinggi yang dihasilkan terjadi pada bukaan katup 900 dengan daya listrik sebesar 2,1 Watt. Selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 45 dalam bentuk Grafik hubungan antara daya listrik terhadap putaran poros Turbin Pelton. 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 3 mm dan 5 mm, hasil maksimal nya terjadi pada kombinasi nozzle 3 mm dan 5 mm yaitu pada bukaan katup 850 dengan hasil daya listrik sebesar 2,7 Watt yang dapat dilihat jelas dalam Gambar 46.

Meskipun memliki perbedaan

ukuran diameter nozzle mempengaruhi posisi bukaan katup dalam mencapai titik maksimal daya listrik, namun terdapat memiliki kesamaan yaitu semakin besar ukuran diameter nozzle berpengaruh terhadap besarnya debit aliran fluida, kecepatan fluida, laju aliran fluida dan putaran poros turbin sehingga semakin besar pula input daya listrik yang akan tercipta pada Turbin Pelton ini.

PENUTUP 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 setiap perbedaan ukuran nozzle maka akan memiliki perbedaan pula pada titik maksimal debit aliran dalam hal bukaan

katup. Pada diameter nozzle 3 mm diketahui bahwa nozzle dibukaan katup 750 debit aliran fluida yaitu sekitar 0,32x10-3 m3/s dengan putaran yang dihasilkan sekitar 332 RPM. Untuk diameter nozzle 5 mm, debit aliran tertinggi yang dihasilkan terjadi pada bukaan katup 900 menghasilkan debit aliran sekitar 0,48x10-3 m3/s dengan hasil putaran 640 RPM. Dengan menggunakan kombinasi antara nozzle 3 mm dan 5 mm tersebut debit aliran fluida tertinggi 0,76x10-3 dihasilkan pada bukaan katup 850 menghasilkan putaran sebesar 1009 RPM. Hal ini membuktikan semakin besar debit aliran fluida semakin besar pula putaran yang dihasilkan untuk memutar sudu Turbin.

2. Untuk kecepatan fluida diketahui bahwa semakin besar diameter nozzel dan debit aliran fluida yang dihasilkan, maka kecepatan aliran fluida tersebut akan semakin mengecil.

3. Dalam hal laju aliran massa fluida berbanding terbalik dengan kecepatan fluida, yaitu semakin besar diameter nozzle digunakan dan debit aliran fluida yang dihasilkan, maka semakin besar pula laju aliran massa fluida yang diperoleh. Hasil tertinggi dari laju aliran massa fluida yaitu 0,753 kg/s.

4. Dari nilai bilangan reynold yang ada hal, yang mempengaruhi besar kecilnya bilangan Reynold adalah dari kecepatan fluida dan diameter nozzle. Semakin besar kecepatan aliran fluida & diameter nozzle, maka alirannya cenderung Turbulen, namun hasil pengambilan data pada Turbin Pelton ini semua jenis aliran fluida bersifat Laminar.

5. Daya listrik yang dihasilkan

dengan menggunakan nozzle 3 mm terjadi pada bukaan katup 750 dengan daya listrik sebesar 1,6 Watt. selanjutnya pada nozzle

5 mm daya listrik tertinggi yang dihasilkan terjadi pada bukaan katup 900 dengan daya listrik sebesar 2,1 Watt. Hasil maksimal nya terjadi pada kombinasi nozzle 3 mm dan 5 mm yaitu pada bukaan katup 850 dengan hasil daya listrik sebesar 2,7 Watt. Meskipun

memliki persemakin besar ukuran

diameter nozzle berpengaruh terhadap besarnya debit aliran fluida, kecepatan fluida, laju aliran fluida dan putaran poros turbin sehingga semakin besar pula input daya listrik yang akan tercipta pada Turbin Pelton ini.

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]. Situs Internet :

http://en.wikipedia.org/wiki/francis_turbi ne ( Diakses pada tanggal 02-08-2012)

[10]. Situs Internet :

http://home.carolina.rr.com/microhydro ( Diakses pada tanggal 21-08-2012)

[11]. Situs Internet :

http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/ layman2.pdf ( Diakses pada tanggal 05-09-2012)

[12]. Situs Internet :

http://gunawananeva.wordpress.com ( Diakses pada tanggal 10-09-2012)