RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN PELTON BERSKALA LABORATORIUM DENGAN MODEL VARIASI SUDUT BUCKET

(1)

32

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN PELTON BERSKALA LABORATORIUM DENGAN MODEL VARIASI SUDUT BUCKET

Octo Goldwin Tamba1, Supriatno2,* dan Eswanto3,*

1,2)

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Medan Jl. Gedung Arca No.52 Telp (061) 7363771 Fax (061) 734794. Medan 20271 Sumatera Utara

3)

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Medan Jl. Willem Iskandar/Pasar V, Medan, Sumatera Utara – Indonesia

*E-mail : supriatno@itm.ac.id, eswanto@unimed.ac.id

ABSTRAK

Turbin pelton banyak digunakan untuk pembangkit listrik skala mikro. Penelitian ini dilakukan dengan variasi sudut bucket turbin Pelton. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari unjuk kerja turbin Pelton dengan variasi sudut bucket 55°, 60°, dan 65°. Untuk mengetahui daya, putaran, dan efisiensi.Sudu dari bahan stainless yang digunakan untuk turbin pelton.Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin Pelton. Sudu turbin dibuat dari bahan stainless sudut bucket 55° dengan lebar sudu 90 mm, dan tinggi 20 mm. Sudut bucket 60° dengan lebar sudu 85 mm dan tinggi 15 mm. Dan sudut bucket 65° dengan lebar 80 mm dan tinggi 10 mm. Diameter runner adalah 250 mm dengan jumlah sudu pada runner 12 buah. Untuk menghasilkan listrik, turbin dihubungkan dengan generator. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan generator. Putaran turbin diukur dengan tachometer.Turbin pelton dengan variasi sudut bucket dari bahan stainless dan jumlah sudu 12, variasi sudut bucket 55° mampu menghasilkan daya sebesar 14,7 watt dan efisiensi sebesar 20,84 %. Sudut bucket 60° mampu menghasilkan daya sebesar 14,84 watt dan efisiensi sebesar 21,04 %. Dan sudut bucket 65° mampu menghasilkan daya sebesar 16,35 watt dan efisiensi sebesar 23,18 %. Berdasarkan simpulan hasil penelitian ini, direkomendasikan : perlu dilakukan penggantian pada generator untuk mengetahui daya yang lebih maksimal yang dihasilkan turbin Pelton.

Kata kunci : Turbin Pelton, Variasi sudut bucket, sudut

ABSTRACT

Pelton turbines are widely used for micro-scale power generation. This research was conducted with variations in the angle of the Pelton turbine bucket. This study aims to study the performance of Pelton turbines with variations in bucket angles of 55 °, 60 °, and 65 °. To determine power, rotation, and efficiency, stainless steel plates are used for the Pelton turbine. The equipment used is a Pelton turbine. The turbine blade is made of stainless steel with a bucket angle of 55 ° with a blade width of 90 mm and a height of 20 mm. 60 ° bucket angle with 85 mm blade width and 15 mm height. And a bucket angle of 65 ° with a width of 80 mm and a height of 10 mm. The runner diameter is 250 mm with 12 blades on the runner. To generate electricity, the turbine is connected to a generator. Measuring the power generated by the turbine is done by measuring the voltage and current generated by the generator. Turbine rotation was measured with a tachometer. Pelton turbine with variations in the bucket angle of the stainless material and the number of blades 12, variations in the bucket angle of 55 ° were able to produce a power of 14.7 watts and an efficiency of 20.84%. Bucket angle of 60 ° is able to produce a power of 14.84 watts and an efficiency of 21.04%. And a bucket angle of 65 ° can produce a power of 16.35 watts and an efficiency of 23.18%. Based on the conclusions of the results of this study, it is recommended: it is necessary to replace the generator to determine the maximum power generated by the Pelton turbine.

Keywords: Pelton Turbine, Bucket angle variation, blades

I. PENDAHULUAN

Turbin air merupakan salah satu alat yang mengubah energi kinetik dari aliran air dengan kecepatan tinggi melalui lubang nosel yang menyemprotkan air tepat pada sudu – sudu pada

turbin sehingga menghasilkan energi mekanik berupa putaran pada runner turbin. Energi mekanik ini kemudian digunakan untuk memutar generator dengan cara disambung secara langsung atau melalui transmisi sabuk atau disebut pulley ,

(2)

33 sehingga dapat menghasilkan listrik. Turbin air yang biasa digunakan adalah jenis impuls, salah satunya adalah turbin Pelton yang pertama kali dibuat oleh Alan Lester Pelton pada tahun 1875 (Supardi, 2015)

Energi air dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik dengan memanfaatkan tenaga potensial yang tersedia (potensi air terjun dan kecepatan aliran). Turbin air adalah salah satu mesin penggerak yang mana fluida kerjanya adalah air yang dipergunakan langsung untuk memutarkan roda turbin. Pada roda turbin terdapat sudu dan fluida kerja mengalir melalui ruang di antara sudu tersebut.

Turbin Pelton merupakan turbin impuls, yaitu turbin yang digerakkan oleh energi kinetik air. Semprotan air yang berkecepatan tinggi mengenai sudu dan setelah menggerakkan runner air keluar pada kecepatan rendah, yang berarti sebagian energinya tidak diserap oleh runner. Tekanan air masuk dan keluar sudu adalah tekanan atmosfir. (Ahmad yani, 2018)

Tujuan penelitian ini yaitu membuat turbin Pelton dan meneliti untuk mengetahui karakteristik sebagai berikut :

1. Mengetahui atau mendapatkan ukuran ukuran bucket.

2. Untuk mendapatkan daya pada variasi sudut bucket.

3. Untuk mengetahui putaran turbin Pelton pada variasi sudut bucket.

4. Untuk mengetahui efisiensi pada turbin pelton.

II. LANDASAN TEORI

Turbin adalah mesin penggerak, di mana energi fluida kerja digunakan langsung, untuk memutar roda turbin. Putaran turbin akan menghasilkan daya. Besar kecilnya putaran roda turbin tergantung dari beberapa faktor, misalnya kecepatan / tekanan air yang diperoleh dari letak ketinggian air (H), bentuk dan jumlah sudu, jarak radius roda turbin, jarak nosel ke sudu dan

lain-lain. Daya yang dihasilkan dari turbin yang berkenaan dari faktor-faktor tersebut di atas dapat disebut prestasi turbin. Untuk mengetahui seberapa besar prestasi turbin perlu dilakukan pengujian. Hal ini penting karena turbin itu sendiri nantinya akan digunakan untuk berbagai keperluan, seperti misalnya generator listrik, pompa, baling-baling, dll.

Proses untuk mendapatkan suatu prestasi turbin tersebut di atas dapat diwujudkan dengan telah dirancang dan dibuatnya suatu alat praktikum turbin Pelton dalam skala laboratorium. Seperti layaknya turbin sesungguhnya secara umum dan khususnya pada alat yang digunakan sebagai sarana laboratorium, maka perlu dilakukan suatu pengujian untuk mendapatkan unjuk kerja atau prestasi dan kapasitasnya. Berdasarkan hasil pengujian akan diperoleh gambaran yang pasti apakah alat tersebut sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan.

2.1 Jenis-Jenis Turbin Air

Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk penyediaan kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya dikelompokkan berdasarkan kegunaan tertentu, kapasitas aliran, dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu, turbin air diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara. Secara umum klasifikasi berdasarkan prinsip kerja turbin tersebut merubah energi air menjadi energi mekanis. Berdasarkan klasifikasi ini, turbin air dibagi menjadi dua yaitu :

 Turbin Impuls (aksi).

Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya dengan merubah seluruh energi air ( yang terdiri dari energi potensial – tekanan – kecepatan ) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Atau dengan kata lain, energi potensial air diubah menjadi energi kinetik. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton dan turbin Cross Flow.

(3)

34

 Turbin Reaksi

Turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi puntir dalam bentuk putaran. Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Turbin ini terdiri dari sudu pengarah dan sudu jalan dan kedua sudu tersebut semuanya terendam di dalam air. Air dialirkan ke dalam sebuah terusan atau dilewatkan ke dalam sebuah cincin yang berbentuk spiral (rumah keong). Perubahan energi seluruhnya terjadi di dalam sudu gerak. Contoh turbin reaksi adalah turbin Francis dan turbin Propeler (Kaplan) (Frans Ade Putra Tampubolon, 2014), (Fuji et all, 2020), (eswanto, 2017)

2.2 Turbin Pelton

Turbin Pelton merupakan turbin impuls, karena pada turbin Pelton puntiran terjadi akibat pembelokan pancaran air pada mangkok ganda runner. Oleh karena itu turbin Pelton di sebut juga turbin pancaran bebas. Aliran air yang keluar dari nosel tekanannya sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.

2.3.1 Bagian Utama Turbin Pelton

Pada dasarnya turbin Pelton terdiri dari tiga bagian utama, yaitu: runner, nosel, rumah turbin. Turbin ini juga dilengkapi oleh transmisi, bantalan, dan bagian kelistrikan.

1. Runner

Runner turbin Pelton pada dasarnya terdiri atas piringan dan sejumlah mangkok yang terpasang di sekelilingnya. Piringan terpasang pada poros dengan sambungan pasak dan stopper.

Gambar 1 Runner (Sumber

https://img.alicdn.com/bao/uploaded/TB1BKr2dpuWBuNjSspnXXX1NVX a.jpg)

2. Bucket

Bucket Pelton atau biasa disebut sudu yang berbentuk dua buah mangkok. Bucket didesain menggunakan perbandingan dari Gambar 2.2. Hal ini berarti bahwa desain dilakukan berdasarkan gambar. Bucket berfungsi membagi pancaran menjadi 2 bagian. Gaya pada bucket berasal dari pancaran air yang keluar dari nosel, yang dibalikan setelah membentur sudu, arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum, gaya inilah yang disebut gaya impuls.

Gambar 2. Desain Bucket (Thake,2001,hal.33)

3. Poros

Poros merupakan penerus putaran yang terjadi pada runner. Poros di sambungkan ke runner mengunakan pasak. Putaran poros diteruskan ke transmisi sabuk, yang kemudian menuju ke poros generator.

4. Piringan

Piringan atau biasa di sebut disk, adalah bagian dari runner. Bahan disk yang baik digunakan adalah bahan yang kuat, dan

(4)

35 diusahakan seringan mungkin. Runner berfungsi sebagai tempat bucket dipasang.

5. Nosel

Nosel merupakan bagian dari turbin yang sangat penting, yang berfungsi sebagai pemancar aliran air untuk menyemprot ke arah sudu-sudu turbin. Kecepatan air meningkat disebabkan oleh nosel. Air yang keluar dari nosel yang mempunyai kecepatan tinggi akan membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum.

6. Rumah Turbin

Rumah turbin berfungsi sebagai tempat nosel terpasang, serta berfungsi membelokan air agar keluar secara teratur. Rumah turbin juga berfungsi untuk melindungi runner dari gangguan luar contohnya kotoran, dan cuaca, (Eswanto, 2020)

7. Pulley

Pulley adalah penerus putaran dari poros turbin ke poros selanjutnya (generator). Pulley juga dapat berfungsi untuk menaikan putaran. Pully biasa disebut transmisi sabuk. Sabuk terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium.

8. Bantalan

Bantalan merupakan bagian penting dari turbin, alat ini berfungsi sebagai penopang dari poros turbin. Putaran dari poros turbin dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros bekerja dengan baik.

1) Menghitung Daya yang Dihasilkan

Turbin

Untuk dapat menghitung daya yang dihasilkan turbin dapat ditentukan persamaan sebagai berikut : (Widayaka, 2011)

Pout = V . I...(1)

Dengan :

Pout = Daya yang dihasilkan oleh turbin (Watt)

V = Tegangan ( Volt ) I = Arus (Ampere)

2) Menghitung Efisiensi Turbin

Untuk menghitung efisiensi turbin dapat dilihat persamaan berikut ini :(Widayaka, 2011).

𝜂 = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 . 100 % ...(2)

Dengan :

η = Efisiensi yang dihasilkan turbin (%) Pout = Daya yang dihasilkan turbin (Watt)

Pin = Daya yang tersedia (Watt)

III. METODOLOGI PENELITIAN

1.1 Skema Perancangan Turbin Pelton Skala Laboratorium

Gambar 3. Skema Turbin Pelton Skala Laboratorium

Turbin Pelton akan bekerja pada tempat yang memiliki energi potensial air, seperti pada air terjun atau aliran sungai. Pada penelitian ini energi air diambil dari pompa. Air dari pompaditampung pada bak yang ditempatkan dibawah turbin. Kemudian air dari bak tersebut dialirkan ke turbin yang berada di diatas melalui pipa. pipa tersebut dihubungkan ke nosel (penstock). Pada nosel dipasang sebuah kran untuk membuka dan menutup aliran air, (eswanto,2018).

(5)

36

1.1 Diagram Alir Penelitian

Metode penelitian dilakukan dengan membagi kegiatan kedalam tahapan- tahapan berikut ini seperti ditunjukkan pada gambar 4. antara lain adalah :

Gambar 4. Diagram Alir Penelitian

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah dilakukan pengujian, data yang diperoleh dari penelitian dengan variasi sudut bucket sebagai berikut :

Tabel 1. Data Hasil Pengujian Turbin Pelton

Variasi Sudut Bucket Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Putaran (Rpm) T. Air (Psi) Beban Arus (watt) 55o 10,5 1,4 261 20 5 Watt 60o 10,6 1,4 267 20 5 Watt 65o 10,9 1,5 271 20 5 Watt

4.1.1 Perhitungan Data Penelitian

a) Debit aliran

Untuk mencari debit air, perlu dilakukan pengujian dengan cara menyiapkan wadah penampung air yang memiliki volume untuk penampung aliran air sampai penuh dan ketika proses penampungan berjalan maka waktu dicatat sampai air didalam wadah penuh.

V = 𝑄 𝑡

Dimana : Q =Volume tabung (𝑚3₎ t =Waktu (s)

Dari hasil pengukuran diperoleh : Q = 45 liter t = 70 detik Maka, V = 𝑄 𝑡 = 45 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 70 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 = 0,642 L/detik = 0,000642 𝑚3_/s b) Head ( Tinggi jatuh air )

Untuk mengetahui Head pada turbin Pelton, perlu diketahui tekanan pompa air. Tekanan pompa air dapat dilihat pada pressure gauge (psia) yang terpasang pada pipa output dicatat untuk menghitung head dapat mengunakan persamaan. H = 𝑝 𝜌 𝑥 𝑔 = 𝑝 𝛾 Dimana : P = Tekanan (N/m) 𝜌 = Density fluida = 1000 kg/m3 𝑔 = Gaya gravitasi = 9,81 m/s2

Dari hasil pengukuran diperoleh : P = 20 Psi = 137895,1 Pa = 137895,1 N/m2 𝛾 = 9,810 N/m2 Maka : H = 𝑝 𝛾 MULAI Penyusunan referensi Perancangan Turbin Pelton Skala Laboratorium Pembuatan Variasi Sudut Bucket Turbin

Pelton

Pengujian Variasi Sudut Bucket Dengan 3

Percobaan

Analisa Data

Kesimpulan

(6)

37 H = 137895 ,1 𝑁/𝑚

9,810 𝑘𝑔 /𝑚2_𝑠2

H = 14 m

4.1 Percobaan Pertama dengan Menggunakan

Sudut Bucket 55o

Dalam perancangan ini perhitungan dilakukan berdasarkan parameteryang telah ditentukan terlebih dahulu.

Kapasitas Air (V) = 0,642 liter/detik atau = 0,000642 m3/s

Head (h) = 14 meter Grafitasi (g) = 9,81 m/detik2 Massa Jenis Air (𝜌) = 1000 kg/m3

Randemen Turbin (𝜂T ) = 80%.

1) Daya yang dihasilkan Turbin

Untuk menghitung daya yang dihasilkan turbin dapat menggunakan persamaan :

PV.gH._T Dengan :

P: Daya yang dihasilkan turbin(W).

: Massa jenis air (kg/m3) G: Percepatan gravitasi(m/s2)

V: Debit air(m3/s) H: Tinggi air jatuh(m) 𝜂_Τ: Randemen turbin Maka :

P  Q .. g . H .T

P = 0,000642 m3/s x 1000 kg/m3 x 9,81m/s2x 14m x 0,8 P = 70,53 watt

2) Kecepatan Turbin Pelton

Pada tekanan sama ( turbin impuls ) agar mendapatkan randemen yang baik harus mempunyai hubungan antara kecepatan pancar air c dan kecepatan tangensial u dapat menggunakan persamaan (2.4) dan (2.5)

1) Kecepatan air keluar c1 = 2 𝑥 𝑔 𝑥 𝐻

Dimana :

g = Gaya gravitasi = 9,81 m/s2 H = Tinggi air jatuh (m) Maka : c1 = 2 𝑥 𝑔 𝑥 𝐻 c₁= c1 = 16,57 m/detik 2) Kecepatan tangensial u u = 𝑐1 2 Dimana :

c1 = Kecepatan air keluar

Maka : u = 16,57 𝑚 /𝑠

2 u = 8,285 m/s

3) Perhitungan Nosel

Untuk mengetahui luas permukaan pancar air dan diameter pancar air diperoleh dari persamaan (2.7) dan (2.8).

a) Luas Permukaan Pancar Air (A) A = 𝑉

𝑐1

Dimana :

V = Debit Air (m3/s)

c1 = Kecepatan air keluar (m/s)

maka : A = 0,000642 𝑚

3_/𝑠

16,57 𝑚 /𝑠

A = 0,00003874 m2 = 3.874 m2 b) Diameter Pancar Air (d)

d = 0,54 x 𝑉 𝐻 Dimana :

V = Debit aliran (m3/s) H = Head tinggi jatuh air (m) Maka : d = 0,54 x 0,000642 14 d = 0,54 x 0,000642 3,74 d = 0,00707 m d = 7,07 mm

4) Perhitungan Dimensi Turbin

Kecepatan spesifik merupakan suatu besaran yang penting dalam perencanaan turbin, karena digunakan untuk memilih kecepatan putar turbin. Untuk menentukan kecepatan spesifik dapat menggunakan persamaan (2.9)

(7)

38 1) Kecepatan Spesifik (nq) nq = n x 𝑉 𝐻0,75 Dimana : nq = Kecepatan spesifik (rpm)

n = Kecepatan putaran turbin (rpm) V = Debit air (m3/s) H = Head (m) Maka : nq = n x 0,000642₁₄0,75 nq = 261 (rpm) x 0,000642₁₄0 ,75 nq = 0,913 rpm

2) Diameter Roda Rata rata (D) D = 60 𝑥 u

𝜋 𝑥 𝑛 Dimana :

D = Diameter roda rata-rata u = Kecepatan tangensial 𝜋 = 3.14 n = putaran (rpm) Maka : D = 60 𝑥 8,285 𝑚 /𝑠 3,14 𝑥 261 = D = 60.6 cm 3) Perhitungan D/d 𝐷 𝑑 = 60,6 7,07 𝐷 𝑑 = 8,51 mm

Perbandingan diameter roda rata-rata (D), dan diameter pancar air (d) adalah D/d = 9,10 mm. Dari perbandingan tersebut jumlah sudu (z) dapat di tentukan yaitu 12 sudu.

4) Dimensi Sudu

Jumlah sudu dapat ditentukan yaitu 12 buah. Dimensi sudu dapat ditentukan sebagai berikut :  Lebar Sudu = 90 mm  Panjang Sudu = 110 mm  Tinggi Sudu = 20 mm  Tebal sudu = 1 mm 5) Perhitungan Poros

Untuk melakukan perhitungan pada torsi, tegangan geser dan diameter poros dapat dihitung dengan persamaan rumus (2.12), (2,13) dan (2,14)

Pd= fc × P(kW)

Fc adalah Faktor koreksi sebesar 1,2 (Sularso,2004, hal. 7) Daya rencana : Pd= 1,2 × 0,07 = 0,084 kW 1) Menghitung torsi : T = 9,74 x 105𝑃𝑑 𝑁 Dimana : T = Torsi ( kg.mm) Pd = Daya rencana ( kW) N = Putaran (rpm) Maka : T = 9,74 x 105 x 𝑃𝑑 𝑁 T = 9,74 x 105 x0,084 261 T = 313,47 kg.mm

Bahan poros baja karbon ST 37 (Sularso, 2004, hal. 5)

𝜍_𝐵 37kg/mm2

Sf2= 5

Sf1 = 4

2) Tegangan geser yang terjadi : 𝜏_𝛼 = 𝜍𝐵

𝑆𝑓1𝑥 𝑆𝑓2

Dimana :

𝜏_𝛼 = Tegangan geser yang terjadi 𝜍_𝐵 = Kekuatan tarik bahan (kg/mm2) Sf1 dan Sf2 = Faktor keamanan

Maka : 𝜏_𝛼 = 𝜍𝐵 𝑆𝑓1𝑥 𝑆𝑓2 𝜏_𝛼 = 37 4 𝑥 5 𝜏_𝛼 = 1,85 kg/mm2

3) Diameter poros (Sularso, 2004, hal. 8): 𝑑𝑠 = 5,1 𝜏𝛼 . 𝐾𝑡 . 𝐶𝑏 . 𝑇 1 3 Dimana :

ds = Diameter minimal poros (mm)

𝜏_𝛼 = Tegangan geser yang terjadi

Cb = Faktor Cb nilainya 1,2 sampai 2,3.

Jika diperkirakan tidak terjadi pembebanan lentur maka Cb = 2,3

(8)

39 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 = 3

T = Momen puntir rencana (kg.mm) Maka : 𝑑_𝑠 = 5,1 𝜏𝛼 . 𝐾𝑡 . 𝐶𝑏 . 𝑇 1 3 𝑑_𝑠 = 5,1 1,85 . 3 . 2,3 . 313,47 1 3

𝑑_𝑠 = 18.13 mm (Diameter perancangan poros menggunakan 22 mm)

6) Menghitung Daya yangDihasilkan Turbin

Untuk dapat menghitung daya yang dihasilkan turbin dapat ditentukan dari persamaan (2.15)

Pout = V . I

Dengan :

Pout = Daya yang dihasilkan oleh turbin

(Watt) V = Tegangan ( Volt ) I = Arus (Ampere) Maka : Pout = 10,5 x 1,4 = 14,7 watt

7) Menghitung Efisiensi Turbin

Untuk menghitung efisiensi turbin dapat menggunakan rumu sebagai berikut :

𝑃_𝑖𝑛 𝑥 100 % Dengan :

η = Efisiensi yang dihasilkan turbin (%) Pout = Daya yang dihasilkan turbin (Watt)

Pin = Daya yang tersedia (watt)

Maka :

𝜂 = 14,7 𝑤𝑎𝑡𝑡

70,53 𝑤𝑎𝑡𝑡 𝑥 100 % 𝜂 = 20,84 %

4.2 Percobaan Kedua dengan Menggunakan

Setelah data – data didapatkan, maka langkah selanjutnyaadalah melakukan perhitungan untuk menghitung daya masuk ( Pin ), daya keluar

( Pout) serta efisiensipada Sudu bucket 60o.

Untuk dapat menghitung daya yang dihasilkan turbin dapat ditentukan dari persamaan (2.15).

Pout = V . I

Dengan :

V = Tegangan ( Volt ) I = Arus (Ampere) Maka :

Pout = 10,6 x 1,4

= 14,84 watt

Untuk menghitung efisiensi turbin dapat menggunakan persamaan rumus pada (2.16) yaitu sebagai berikut :

𝑃_𝑖𝑛 . 100 % Dengan :

𝜂 = Efisiensi yang dihasilkan turbin (%) 𝑃𝑜𝑢𝑡 = Daya yang dihasilkan turbin (Watt) 𝑃𝑖𝑛 = Daya yang tersedia (watt)

𝑃_𝑖𝑛 = V.gH._T

Dimana : 𝜌 = Massa jenis air (𝑘𝑔 𝑚3₎ g = Gaya gravitasi (𝑚 𝑠₎2 V = Debit air (𝑚3₎_𝑠 H = Tinggi air (m) T = Randemen turbin 𝑃_𝑖𝑛 = 1000 𝑘𝑔 𝑚3_{x 9,81} _{𝑚 𝑠}_x2 0,000642 𝑚3_{/s x 14 m x 0,8} 𝑃_𝑖𝑛 = 70,53 watt Maka, 𝜂 = 𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃_𝑖𝑛 . 100 % 𝜂 = 14,84 𝑤𝑎𝑡𝑡 70,53 𝑤𝑎𝑡𝑡 . 100 % 𝜂 = 21,04 %

(9)

40

4.3 Percobaan ketiga dengan Menggunakan

Setelah data – data didapatkan, maka langkah selanjutnyaadalah melakukan perhitungan untuk menghitung daya masuk ( Pin ), daya keluar

( Pout) serta efisiensipada Sudu bucket 60o.

Untuk dapat menghitung daya yang dihasilkan turbin dapat ditentukan dari persamaan (2.15).

Pout = V . I

Dengan :

V = Tegangan ( Volt ) I = Arus (Ampere) Maka :

Pout = 10,9 x 1,5

= 16,35 watt

Untuk menghitung efisiensi turbin dapat menggunakan persamaan rumus pada (2.16) yaitu sebagai berikut :𝜂 = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛 . 100 %

Dengan :

𝜂 = Efisiensi yang dihasilkan turbin (%) Pout= Daya yang dihasilkan turbin (Watt)

Pin = Daya yang tersedia (watt)

𝑃𝑖𝑛 = V.gH.T

Dimana : 𝜌 = Massa jenis air (𝑘𝑔 𝑚3

) g = Gaya gravitasi (𝑚 𝑠 2₎ V = Debit air (𝑚3₎_𝑠 H = Tinggi air (m) _T_{= Randemen turbin} 𝑃𝑖𝑛 = 1000 𝑘𝑔 𝑚3 x 9,81 𝑚 𝑠 2 x 0,000642 𝑚3_{/s x 14 m x 0,8} 𝑃𝑖𝑛 = 70,53 watt Maka, 𝜂 = 𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑖𝑛 . 100 % 𝜂 = 16,35 𝑤𝑎𝑡𝑡 70,53 𝑤𝑎𝑡𝑡 . 100 % 𝜂 = 23,18 %

Tabel 2. Data Hasil Perhitungan Turbin Pelton

N o Variasi Sudut Bucket (°) Putar an (Rpm ) Tegang an (Volt) Arus (Ampe re) Daya (watt ) Efisien si ( %) 1. 55° 261 10,5 1,4 14,7 20,84 2. 60° 267 10,6 1,4 14,84 21,04 3. 65° 271 10,9 1,5 16,35 23,18 4.4 Pembahasan

4.5.1 Grafik Perbandingan Variasi Sudut Bucket (°) dan Putaran Turbin (Rpm).

Gambar 5. Grafik Perbandingan Variasi Sudut Bucket (°) dan Putaran Turbin (Rpm).

Dari gambar 5, dapat dilihat bagaimana perbandingan Putaran turbin menggunakan 3 variasi sudut bucket pada runner yaitu penggunaan sudut bucket 55°, 60° dan 65° . Pada sudut bucket55° menghasilkan putaran turbin sebesar 261 Rpm. Sedangkan pada sudut bucket60° menghasilkan putaran turbin sebesar 267 Rpm dan pada sudut bucket65° menghasilkan putaran turbin sebesar 271 Rpm. Penelitian ini menunjukkan bahwa variasi sudut bucket dapat mempengaruhi putaran turbin. Pada penelitian didapat putaran turbin terendah, hal ini disebabkan terjadi rugi – rugi dan hambatan pada saat pengambilan data, yaitu :

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

2. Rugi-rugi pada generetor yaitu putaran generatortidak stabil. Hal ini disebabkan karena pembuatan generator yang kurang baik terutama pemasangan magnet dan poros

255 260 265 270 275

Sudut 55° sudut 60° sudut 65°

P u ta ra n T u rb in ( R p m )

Variasi Sudut Bucket (°) Variasi Sudut Bucket (°) dan Putaran

(10)

41 kurang presisi

3. Rugi-rugi pada Bucket, yaitu putaran runner tidak stabil. Hal ini disebabkan karena pembuatan Bucketyang kurang baik terutama pemasangan bucketnya kurang presisi.

4.5.2 Grafik perbandingan Variasi Sudut Bucket (°) dan Efisiensi Turbin (%).

Gambar 6. Grafik Perbandingan Variasi Sudut Bucket (°) dan Efisiensi Turbin (%).

Dari gambar 6, dapat dilihat bagaimana perbandingan Efisiensi turbin (%) dan menggunakan 3 variasi sudut bucket pada runner yaitu penggunaan sudut bucket 55°, 60° dan 65° . Pada sudut bucket55° menghasilkan efisiensi turbin sebesar 20,84 %. Sedangkan pada sudut bucket60° menghasilkan efisiensi turbin sebesar 21,04 % dan pada sudut bucket65° menghasilkan efisiensi turbin sebesar 23,18 %. Penelitian ini menunjukkan bahwa variasi sudut bucket dapat mempengaruhi Efisiensi turbin. . Pada penelitian ini didapat efisiensi turbin terendah, hal ini disebabkan terjadi rugi – rugi dan hambatan pada saat pengambilan data, yaitu :

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

2. Rugi-rugi pada sambungan antara pipa dengan pipa, karena perbedaan diameter dari pipa. 3. Rugi-rugi pada saluran air yang berbelok.

4.5.3 Grafik Perbandingan Variasi Sudut Bucket (°) dan Daya (watt).

Gambar 7 Grafik Perbandingan Variasi Sudut Bucket (°) vs Daya Turbin (watt).

Dari gambar 7, dapat dilihat bagaimana perbandingan Daya (watt) dan menggunakan 3 variasi sudut bucket pada runner yaitu penggunaan sudut bucket 55°, 60° dan 65° . Pada sudut bucket55°dapat menghasilkan daya turbin sebesar 14,7 watt. Sedangkan pada sudut bucket60°dapat menghasilkan daya turbin sebesar 14,84 watt dan pada sudut bucket65° dapat menghasilkan daya turbin sebesar 16,35 watt. Penelitian ini menunjukkan bahwa variasi sudut bucket dapat mempengaruhi Daya turbin.

Dari penelitian didapat efisiensi total yang sangat kecil pada turbin pelton. Hal ini disebabkan pada saat penelitian terjadi rugi-rugi dan hambatan dalam pengambilan data, yaitu : 1. Rugi-rugi gesekan pada saluran air (pipa)

yaitu gesekan antara air dengan permukan saluran.

2. Rugi-rugi pada generetor yaitu putaran generatortidak stabil. Hal ini disebabkan karena pembuatan generator yang kurang baik terutama pemasangan magnet dan poros kurang presisi

3. Rugi-rugi pada nosel, karena permukaan dari nosel tidak halus disebabkan oleh sambungan- sambungan yang terdapat pada nosel. 19,5 20 20,521 21,5 22 22,5 23 23,5

Ef is ie n si T u rb in ( %)

Variasi Sudut Bucket (°)

Variasi Sudut Bucket (°) vs Efisiensi Turbin (%) Efisiensi Turbin (%) 13,5 14 14,5 15 15,5 16 16,5

D ay a Tu rb in ( w at t)

Variasi Sudut Bucket (°) Variasi Sudut Bucket (°) vs Daya Turbin

(watt)

(11)

42 4. Rugi-rugi pada pulley, karena gesekan sabuk

dengan pulley dimana pulley tidak lurus (center) sehingga putaran tidak stabil.

5. Rugi-rugi pada sambungan antara pipa dengan pipa, karena perbedaan diameter dari pipa.

6. Rugi-rugi pada saluran air yang berbelok. 7. Rugi-rugi pada Bucket, yaitu putaran runner

tidak stabil. Hal ini disebabkan karena pembuatan Bucketyang kurang baik terutama pemasangan bucketnya kurang presisi.

8. Rugi-rugi akibat gesekan pada bantalan.

V. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian turbin Pelton, dengan variasi sudut bucket, pengambilan data berupa ukuran – ukuran pada bucket, putaran, daya dan efisiensi, maka dapat disimpulkan:

1) Penelitian Turbin Pelton ini mengunakan sudut bucket 55°. Sudu turbin dibuat dari bahan stainless dengan lebar sudu 90 mm dan tinggi 20 mm. Sudu ini mampu menghasilkan daya sebesar 14,7 watt. Hasil tersebut didapat pada putaran turbin 261 Rpm dan efisiensinya sebesar 20,84 %.

4) Semakin besar putaran, maka semakin besar daya dan efisiensi yang diperoleh.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ahmad yani, B. S. R., 2018. analisis jumlah sudu mangkuk terhadap kinerja turbin pelton pada alat praktikum turbin air. Jurnal Teknik Mesin Univ. Muhammadiyah Metro, pp. Hal 185-186.

[2] Anon., 2014. laboratory of fluid machinery and system marine engineering department marine technology faculty.

[3] Dietzel, Fritz, 1996, Turbin Pompa Dan Kompresso. Cetakan ke- 5 Penerbit Erlangga. Jakarta

[4] Eswanto, Dian Syahputra, 2017, Analisa Distribusi Kapasitas Aliran Fluida Di Daerah Percabangan Pada Sistem Perpipaan, Jurnal Teknologi Terapan, Volume 3, Nomor1, Maret 2017 : 7-11

[5] Frans Ade Putra Tampubolon, T. S., 2014. Uji performansi turbin pelton dengan 26 sudu pada head 5,21 meter dengan menggunakan satu buah nosel dan analisa perbandingan menggunakan variasi bentuk sudu. Jurnal E-Dinamis, p. 205.

[6] jagdish LAL Dr, 2010, Hydraulic machines, Netaji subhas road, Delhi.

[7] Fuji, Nurdiana dan Eswanto. 2020. Proses Teknologi Pembuatan Mesin Pengupas Nanas Dengan Menggunakan Engkol Penekan Kapasitas 200 Buah/Jam. Jurnal Ilmiah “MEKANIK” Teknik Mesin ITM, Vol. 6 No. 2, November 2020 : 100 – 109, e-ISSN 2581-0235

[8] Putra, A. A. G., 2009. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Menggunakan Turbon Pelton. Tugas Akhir, pp. hal 18-19.

[9] Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2004, Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin,Cetakan ke- 11. Jakarta : PT Pradnya Paramita.

[10] Barita, Esron Rudianto Silaban, Zainuddin, Eswanto, 2018, Pengaruh Kinerja Kompresor Pada Mesin Pendingin Dengan Penggunaan Variasi Bahan Refrigran, Jurnal Ilmiah “MEKANIK” Teknik Mesin ITM, Vol. 4 No. 1, Mei 2018 : 48 – 55

[11] Supardi1, M. R., 2015. Kaji Eksperimental Pengaruh Variasi Diameter Nozzel.

(12)

43 Mekanika Jurnal Teknik Mesin, Volume 1 No. 1, 2015, pp. hal - 64.

[12] Supardi, E. P., 2015. Nozzle Dan Sudut Buang Sudu Terhadap Daya Dan Efisiensi Model Turbin Pelton Di Lab. Fluida. Mekanika Jurnal Teknik Mesin, Volume 1 No. 1, 2015, pp. hal-23.

[13] Supardi, M. R., 2015. Kaji Eksperimental Pengaruh Variasi Diameter Nozzel. Mekanika Jurnal Teknik Mesin, Volume 1 No. 1, 2015, p. hal 62.

[14] Eswanto, and J.R.Siahaan, 2018, Analysis of castel type biomass combustion chamber using candlenut shell fuel for patchouli oil purifying, Journal of Mechanical Engineering and Sciences, Volume 12, Issue 2, pp. 3656-3670, June 2018

[15] Widayaka, Y. E. A., 2011. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Menggunakan Turbin Pelton Dengan Jumlah Sudu 16 Dan 18. tugas akhir, p. hal 24.

[16] Eswanto, Satri JP Sitompul,Tony Siagian, Iwan Gunawan, Aminur. 2020. Aplikasi PLTMH Penghasil Energi Listrik Di Sungai Lawang Desa Simbang Jaya Kecamatan Bahorok. Dinamika : Jurnal Ilmiah Teknik Mesin. Vol. 11, No. 2, Mei 2020: 56-64. DOI: 10.33772/djitm.v11i2.11678.