Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Program Studi Teknik Mesin
Oleh : Mardiatno NIM : 095214074
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
OPEN CROSSFLOW TURBINE
FOR 10 LITRES/SECOND FLOW CAPACITY
AND 3 METRES HEAD
Final Project
Presented as fulfillments of the Riquirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering Study Program
By : Mardiatno
Student Number : 095214074
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
iii
iv
v
Yogyakarta, 11 Juli 2011 Penulis
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Mardiatno
Nomor Mahasiswa : 095214074
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
TURBIN ALIRAN SILANG TERBUKA
UNTUK KAPASITAS ALIRAN 10 LITER/DETIK DAN HEAD 3 METER
beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me-ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 11 Juli 2011 Yang menyatakan
vii
dengan sudu turbin dari pipa air berdiameter 1½ inci yang membentuk sudu dengan busur 74°. Nosel dibuat dari pipa PVC 3 inci yang dipanaskan dan dipres. Diameter runner adalah 120 mm dengan lebar runner 127 mm. Jumlah sudu yang digunakan pada runner yaitu 18 sudu. Untuk menghasilkan listrik turbin dihubungkan dengan generator. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan penggunaan rasio pulley yang digunakan pada poros turbin dan poros generator. Pengukuran daya dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan alternator pada kondisi alternator diberi variasi pembebanan dari 25 watt sampai dengan 560 watt. Pada setiap pembebanan putaran turbin diukur dengan tachometer.
Hasil penelitian yang telah dilakukan pada debit 10 L/s dan head 3 meter, daya keluaran maksimal sebesar 37,84 watt dan efisiensi total paling besar 13,1% pada putaran turbin 425 rpm. Pada debit 14,1 liter/detik dan head 6 meter didapat daya keluaran maksimal sebesar 173,8 watt dan efisiensi total paling besar 21,29% pada putaran generator 865 rpm.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Tugas akhir ini mengambil judul “TURBIN ALIRAN SILANG TERBUKA UNTUK KAPASITAS ALIRAN 10 LITER/DETIK DAN HEAD
3 METER”.
Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini karena adanya bantuan dan kerjasama beberapa pihak. Pada kesempatan ini perkenankan penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Romo Andreas Sugijopranoto SJ., selaku Direktur ATMI Surakarta. 2. Romo Clay Pareira SJ., selaku Pembantu Direktur II ATMI
Surakarta.
3. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma yang telah berkenan membimbing saya dalam Tugas Akhir ini.
4. Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin dan dosen Pembimbing Akademik.
5. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing penulis selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
6. Kepala Laboratorium dan Laboran Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.
7. Bapak-bapak dan ibu-ibu bagian administrasi Fakultas Sains dan Teknologi Sanata Dharma yang telah banyak membantu proses perkuliahan dan juga Tugas Akhir ini.
ix
sempurna, maka penulis terbuka untuk menerima kritik dan saran yang membangun.
Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Jika ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis minta maaf yang sebesar-besarnya, terima kasih.
Surakarta, 11 Juli 2011 Penulis
x
xi
3.3. Tahap Penelitian ... 43
3.4. Perancangan Turbin Aliran Silang (Crossflow) ... 46
BAB IVHASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 52
4.1. Hasil penelitian ... 52
BAB VPENUTUP ... 64
5.1. Kesimpulan ... 64
5.2. Saran ... 64
DAFTAR PUSTAKA ... 65
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema Irisan Penampang Nozzle Dan Ember Sudu Dan Bagan
Kecepatan Pada Turbin Pelton ... 11
Gambar 2.2 Turbin Pelton ... 11
Gambar 2.3 Turbin Pelton Dengan Banyak Nozzle. ... 12
Gambar 2.4 Skema Perubahan Head Pada Turbin Pelton... 12
Gambar 2.5 Sudu Turbin Turgo Dan Nozzle ... 13
Gambar 2.6 Skema Turbin Aliran Ossberger ... 14
Gambar 2.7 Bagan Kecepatan Pada Turbin Aliran Ossberger ... 14
Gambar 2.8 Turbin Francis Tipe Horizontal ... 15
Gambar 2.9 Turbin Francis Tipe Vertikal ... 16
Gambar 2.10 Skema Turbin Francis Dan Perubahan Headnya ... 16
Gambar 2.11 Turbin Francis ... 17
Gambar 2.12 Turbin Kaplan Dengan Sudu Jalan Yang Dapat Diatur ... 18
Gambar 2.13 Skema Dua Jenis Turbin Propeller, Poros Vertikal Dan Poros Horizontal... 19
Gambar 2.14 Skema Turbin Aliran Silang (Crossflow) ... 20
Gambar 2.15 Gaya Aksi Atau Gaya Dorong Tumbukan ... 21
Gambar 2.16 Gaya Aksi Atau Gaya Dorong Tumbukan Sudu Jalan ... 22
Gambar 2.17 Gaya Aksi Atau Gaya Dorong Tumbukan Penampang Sudut Tertentu ... 22
Gambar 2.18 Aliran Pergerakan Air Pada Turbin ... 24
Gambar 2.19 Pergerakan Aliran Air Pada Turbin ... 24
Gambar 2.20 Defleksi Pada Pergerakan Aliran Air Pada Turbin... 26
Gambar 2.21 Diagram Kecepatan Pada Turbin Aliran Silang ... 27
Gambar 2.22 Diagram Kecepatan Pada Turbin Aliran Silang ... 27
Gambar 2.23 Kelengkungan Sudu ... 28
Gambar 2.24 Alur Pancaran Air Dari Sisi Turbin ... 30
xiii
Gambar 2.32 Diagram Rangkaian Generator Kompon ... 37
Gambar 2.33 Karakteristik Generator Kompon ... 38
Gambar 2.34 Motor DC Yang Digunakan ... 39
Gambar 2.35 Ilustrasi Penggunaan Generator Pada Turbin ... 39
Gambar 3.1 Diagram Alir Tahap Penelitian ... 45
Gambar 4.1 Grafik Daya Keluaran (Pout) vs Putaran Alternator Pada Q = 10 lt/dt Dan H = 3m ... 59
Gambar 4.2 Grafik Daya Keluaran (Pout) vs Putaran Alternator Pada Q = 14,1 lt/dt Dan H = 6m ... 60
Gambar 4.3 Grafik Efisiensi Total (Η) vs Putaran Alternator Pada Q = 10 lt/dt Dan H = 3m ... 61
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan zaman yang terus meningkat, kebutuhan akan energi semakin meningkat pula, sehingga energi merupakan suatu unsur yang sangat penting dalam pengembangan suatu negara atau suatu daerah. Oleh karena itu, pemanfaatan energi secara tepat guna akan menjadi suatu cara yang ampuh dalam perkembangan zaman sekarang.
Sebagian besar negara di dunia termasuk Indonesia, masih mengandalkan suplay energi listrik dari pembangkit listrik berbahan bakar fosil yakni minyak bumi, gas alam dan batu bara yang terbatas jumlahnya di alam dan suatu saat akan habis, sementara permintaan akan energi listrik terus bertambah. Oleh karena itu pemanfaatan energi pada masa sekarang ini sudah diarahkan pada penggunaan energi terbarukan yang ada di alam. Misalnya energi air, energi angin, energi matahari, panas bumi, dan nuklir. Hal ini dikarenakan energi terbarukan tersebut cukup mudah didapat dan dapat didaur ulang bila dibandingkan dengan energi fosil seperti minyak bumi dan batu bara. Untuk mendapatkan sumber energi fosil harus melalui berbagai proses dan susah mendapatkannya, karena umumnya terdapat di bawah permukaan bumi. Selain itu jumlah cadangan sumber daya energi fosil mulai menipis, karena sumber energi ini tidak dapat diperbaharui.
Sumber-sumber energi yang dikenal dengan sumber energi terbarukan seperti yang disebutkan di atas antara lain adalah energi air, energi matahari, energi angin, energi panas bumi, dan lain sebagainya. Semua energi tersebut telah memenuhi kriteria sehingga dalam pemanfaatannya dapat menghemat penggunaan
energi fosil yang terbatas jumlahnya.
Salah satu sumber energi terbarukan yang sangat berpotensi di negara kita
adalah pemanfaatan energi air dan apabila pemanfaatan energi tersebut dilakukan
secara meluas di seluruh wilayah Indonesia maka peluang untuk keluar dari krisis
untuk mengembangkan pembangkit tenaga listrik.
Tenaga air adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air telah banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Sampai sekarang penggunaan kincir masih banyak digunakan khususnya untuk pembangkit arus listrik.
1.2.Rumusan Masalah
Selama ini energi air yang banyak 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.
dengan sudut 74°. Nosel dibuat dengan pipa PVC 3 inci yang dipres. Selain itu bagian pendukung lainnya adalah bahan-bahan bangunan yang mudah dibeli di toko besi dan bangunan.
1.3.Batasan Masalah
Dalam tulisan ini dibatasi perencanaan data yang diambil. Untuk pengambilan data tersebut berasal dari data hasil pengujian dan pengamatan di laboratorium. Masalah-masalah yang dibahas dalam tulisan ini adalah : Penentuan spesifikasi peralatan dan perlengkapan prototipe turbin air aliran silang (crossflow) yang akan di uji di laboratorium.
1. Penentuan bahan dan jenis yang digunakan pada prototipe turbin air aliran silang yang akan diuji di laboratorium.
2. Analisa kapasitas daya yang dihasilkan oleh prototipe turbin air aliran silang (crossflow) setelah pengujian di laboratorium terhadap kapasitas daya yang di rencanakan semula.
3. Analisa daya pengujian prototipe dengan memberikan variasi beban. 4. Analisa grafik hasil pengujian prototipe turbin air aliran silang (crossflow). 5. Efesiensi prototipe turbin air aliran silang (crossflow) dan efesiensi
alternator.
1.4.Tujuan Penelitian
Perancangan yang dilakukan bertujuan merancang dan menguji unjuk kerja turbin aliran silang (crossflow) jenis terbuka, sehingga dapat diketahui berapa besar daya dan efisiensi yang paling baik.
Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Penentuan debit air dan ketinggian head yang akan digunakan untuk pengujian.
2. Perencanaan serta pembuatan prototipe turbin air aliran silang (crossflow) terbuka dimana prototipe ini yang nantinya akan diuji di laboratorium untuk di analisa data hasil dari pengujian tersebut.
3. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, studi internet, serta kajian-kajian dari buku-buku dan tulisan yang berhubungan dengan pengujian ini. 4. Pengambilan data, berupa seluruh data dari hasil pengujian di laboratorium
yang akan di analisa serta dilampirkan pada penulisan tugas akhir ini. 5. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing, mengenai isi
perencanaan serta masalah-masalah yang timbul selama penyusunan tugas sarjana.
1.7. Sistematika Penulisan
6
air digunakan pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA) untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan memanfaatkan aliran dan tinggi air jatuh. Air akan menggerakan impeler turbin sehingga menyebabkan putaran yang cepat. Daya mekanis ini kemudian ditransfer ke generator oleh suatu poros dan kemudian akan menghasilkan energi listrik. Pemilihan suatu turbin tergantung pada karakteristik lokasi, karena lokasi ini menentukan tinggi air jatuh dan kapasitas air. Selain itu pemilihan turbin juga tergantung dari kecepatan putar yang dibutuhkan oleh generator.
Unjuk kerja turbin aliran silang (crossflow) dipengaruhi oleh banyak parameter antara lain adalah jumlah sudu, sudut pancaran air masuk, sudut keluar, posisi pancaran air masuk, lintasan aliran air di dalam turbin, rasio lebar dan diameter runner, rasio diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur runner maupun nozzle. Penelitian tentang turbin aliran silang (crossflow) banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat dari plat yang dilengkung. Turbin crossflow yang dilengkapi dengan saluran pengarah di dalam runnernya pernah dibuat dan diuji (Olgun, 2000). Saluran pengarah dibuat dengan tujuan untuk mengumpulkan dan mengarahkan air yang keluar dari sudu atas agar dapat menuju sudu bawah dengan lebih baik. Tiga bentuk saluran telah dibuat dan diuji dengan berbagai variasi posisi saluran pengarah serta variasi bukaan nozzle. Penambahan saluran didalam runner ternyata tidak menaikkan efisiensi tetapi justru menurunkan efisiensi turbin crossflow sebesar 5 %.
untuk tiap runner dibuat berbeda. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar yang digunakan adalah 0,75; 0,67; 0,58; dan 0,54. Sudut masuk pancaran air dipilih sebesar 16o. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi tertinggi dicapai pada perbandingan 0,75 dan terendah pada perbandingan 0,54 dengan perbedaan sebesar 3%. Efisiensi tertinggi yang bisa dicapai adalah sebesar 72%.
Penelitian terhadap pengaruh sudut nozzle menunjukkan bahwa efisiensi akan semakin besar jika sudut nozzle semakin besar (Khosrowpanah, 1988). Penelitian ini menggunakan 3 buah runner dengan jumlah sudu 20, 15 dan 10 serta 1 buah runner dengan diameter setengah dari diameter runner yang lain, sedangkan jumlah sudunya 20. Dari penelitian ini juga didapatkan bahwa efisiensi tertinggi dari tiap runner dicapai pada kecepatan spesifik yang sama. Semakin banyak jumlah sudu akan memberikan efisiensi yang semakin tinggi, namun jumlah sudu tersebut ada batasnya. Untuk sudut nozzle tertentu efisiensi maksimum dicapai pada jumlah sudu tertentu. Ada jumlah sudu optimum untuk sudut nozzle tertentu (Joshi,1995).
Untuk kasus pada penelitian ini penulis menemukannya dalam artikel mengenai penggunaan pipa berdiameter 3 inci yang dipotong menjadi 4 bagian sebagai sudu pada turbin aliran silang.
Metode yang dilakukan yaitu dengan membuat turbin aliran silang (crossflow) dengan jumlah sudu 18 dan menguji turbin crossflow tersebut dengan
variasi beban lampu yaitu lampu 10 watt, 20 watt, 30 watt, 35 watt, 45 watt, 55 watt, 65 watt. Pengujian dilakukan dengan cara menggerakkan turbin dengan bantuan aliran air dari bak setinggi 1,5 meter dan 1,3 meter kemudian mengukur putaran poros ketika tanpa beban dan ketika diberi beban. Dari data yang diperoleh maka dapat dihitung daya output dan efisiensi total.
Pada tahun 1820, Jean-Victor Poncelet mengembangkan turbin aliran kedalam. Pada tahun 1826, Benoit Fourneyon mengembangkan turbin aliran keluar. Turbin ini sangan efisien (±80%) yang mengalirkan air melalui saluran dengan sudu lengkung satu dimensi. Saluran keluaran juga mempunyai lengkungan pengarah. Pada tahun 1844, Uriah A. Boyden mengembangkan turbin aliran keluar yang meningkatkan performa dari turbin Fourneyon. Bentuk sudunya mirip dengan turbin Francis. Pada tahun 1849, James B. Francis meningkatkan efisiensi turbin reaksi aliran kedalam hingga lebih dari 90%. Dia memberikan test yang memuaskan dan mengembangkan metode engineering untuk desain turbin air. Turbin Francis dinamakan sesuai dengan namanya, yang merupakan turbin air modern pertama. Turbin ini masih digunakan secara luas di dunia saat ini.
Pada umumnya semua turbin air hingga akhir abad 19 (termasuk kincir air) merupakan mesin reaksi; tekanan air yang berperan pada mesin dan menghasilkan kerja. Sebuah turbin reaksi membutuhkan air yang penuh dalam proses transfer energi.
Pada tahun 1866, tukang pembuat gilingan di California, Samuel Knight menemukan sebuah mesin yang mengerjakan tuntas sebuah konsep yang berbeda jauh. Terinspirasi dari system jet tekanan tinggi yang digunakan dalam lapangan pengeboran emas hidrolik, Knight mengembangkan ceruk kincir yang dapat menangkap energi dari semburan jet, yang ditimbulkan dari energi kinetik air pada sumber yang cukup tinggi (ratusan kaki) yang dialirkan melalui sebuah pipa saluran. Turbin ini disebut turbin impulse atau turbin tangensial. Aliran air mendorong ceruk disekeliling kincir turbin pada kecepatan maksimum dan jatuh keluar sudu dengan tanpa kecepatan.
Pada tahun 1879, Lester Pelton, melakukan percobaan dengan kincir Knight, dikembangkanlah desain ceruk ganda yang membuang air kesamping, menghilangkan beberapa energi yang hilang pada kincir Knight yang membuang sebagian air kembali melawan kincir. Sekitar tahun 1895, William Doble mengembangkan ceruk setengah silinder milik Pelton menjadi ceruk berbentuk bulat memanjang, termasuk sebuah potongan didalamnya yang memungkinkan semburan untuk membersihkan masukan ceruk. Turbin ini merupakan bentuk modern dari turbin Pelton yang saat ini dapat memberikan efisiensi hingga 92%. Pelton telah memprakarsai desain yang efektif, kemudian Doble mengambil alih perusahaan Pelton dan tidak mengganti namanya menjadi Doble karena nama Pelton sudah dikenal. Turgo dan turbin aliran silang merupakan desain turbin impulse selanjutnya.
dikelompokkan menurut tinggi air jatuh (Head) dan juga prinsip kerja turbin tersebut merubah energi air menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi ini turbin air dibagi menjadi turbin impuls dan turbin reaksi.
2.3.1.1. Turbin Impuls
Turbin impuls disebut juga turbin tekanan sama atau turbin pancaran bebas karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir disekitarnya. Yang dimaksud turbin implus adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan menjadi energi kecepatan dari pancaran.air. Pancaran air akan membentur roda jalan turbin yang kemudian membalikkan arus air, sehingga menghasilkan perubahan pada daya dorongan yang disebabkan oleh roda jalan turbin. Pada roda jalan turbin tidak terjadi perubahan tekanan. Sebelum pancaran air membentur roda jalan turbin, tekanan air (energi potensial) dikonversi ke tenaga gerak (energi kinetik) oleh nossel dan dipusatkan pada roda jalan turbin. Yang termasuk turbin impuls antara lain:
a. Turbin Pelton
berdampingan. Biasanya turbin ini diaplikasikan pada head turbin yang tinggi. Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi.
Gambar 2.1 Skema irisan penampang nozzle dan ember sudu (atas) dan bagan kecepatan pada turbin Pelton (bawah) (Fritz
Dietzel,1992, hal. 18 dan 25)
Gambar 2.2 Turbin Pelton
Gambar 2.3 Turbin Pelton dengan banyak nozzle. (http://en.wikipedia.org/wiki/pelton_wheel)
Gambar 2.4 Skema perubahan Head pada turbin Pelton (Fritz Dietzel, 1992, hal.18)
b. Turbin Turgo
sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.
Gambar 2.5 Sudu turbin turgo dan nozzle. (http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf)
c. TurbinOssberger (Crossflow/ Michell-Banki)
Gambar 2.6 Skema Turbin Aliran Ossberger ( Fritz Dietzel, 1992, hal.36)
Perkembangan selanjutnya turbin ini mengalami modifikasi yang dilakukan oleh Michell yang berasal dari Australia dan Bangki yang berasal dari Honggaria, dengan menambahkan pipa hisap pada sisi keluar dari turbin. Dengan modifikasi ini meningkatkan efisiensi dari turbin ini. Turbin ini sangat cocok pada pembangkit tenaga air bersekala kecil.
2.3.1.2. Turbin Reaksi
Berbeda dengan turbin impuls, pada turbin reaksi terjadi perbedaan tekanan aliran air pada sisi masuk dan sisi keluar dari sudu jalan tersebut. Karena perbedaan tekanan kerja yang terjadi pada sisi masuk dan sisi keluar dari sudu jalan turbin maka turbin ini disebut turbin reaksi. Turbin air reaksi terdiri dari beberapa tipe, yaitu:
a. Turbin Francis
Turbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin Francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Dengan adanya pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh dapat bekerja disudu jalan dengan semaksimum mungkin.
Pipa isap pada tubin ini mempunyai tugas yang mirip dengan sudu hantar yang terdapat pada pompa sentrifugal, yaitu mengubah energi kecepatan menjadi energi tekanan. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.
Gambar 2.9 Turbin Francis tipe vertikal (Fritz Dietzel, 1992, hal.15)
Gambar 2.11 Turbin Francis (http://en.wikipedia.org/wiki/francis_turbine)
b. Turbin Propeller / Kaplan
Turbin jenis ini merupakan pengembangan dari turbin Francis. Tidak berbeda dengan turbin Francis, turbin Kaplan cara kerjanya menggunakan prinsip reaksi. Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip dengan baling-baling pesawat terbang. Bila baling-baling pesawat terbang berfungsi untuk menghasilkan gaya dorong, roda jalan pada kaplan berfungsi untuk mendapatkan gaya F yaitu gaya putar yang dapat menghasilkan torsi pada poros turbin.
Berbeda dengan roda jalan pada Francis, sudu-sudu pada roda jalan Kaplan dapat diputar posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban turbin. Jika tinggi air jatuh semakin sedikit maka semakin sedikit belokan pada sudu jalan. Untuk memperbesar daya dengan head yang sedikit maka kapasitas aliran air harus besar yaitu dengan cara memperbesar luas dari penampang yang dilalui air.
Gambar 2.13 Skema dua jenis Turbin Propeller, poros vertikal (kiri) dan poros horizontal (kanan) (Fritz Dietzel, 1992, hal.61)
2.3.2. Klasifikasi Turbin Menurut Daya yang Dihasilkan
Dari daya yang dihasilkan, turbin dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, yaitu:
Large Hydro-Power
Interval daya yang dihasilkan turbin mencapai 50 MW keatas.
Medium Hydro-Power
Interval daya yang dapat dihasilkan turbin antara 10 MW – 50 MW.
Small Hydro-Power
Interval daya yang dapat dihasilkan turbin antara 1000 kW – 10 MW.
Mini Hydro-Power
Interval daya yang dapat dihasilkan turbin antara 101 kW – 1000 kW.
Micro Hydro-Power
Interval daya yang dapat dihasilkan turbin antara 3 kW – 100 kW.
Pico Hydro-Power
terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Pancaran air masuk turbin melalui bagian atas, memberikan energi ke sudu kemudian masuk ke bagian dalam turbin dan keluar melalui bagian bawah turbin. Turbin mengambil energi air dua kali yaitu melalui sudu atas dan sudu bawah. Pada bagian atas turbin mengambil energi sebesar 72 % dan pada bagian bawah turbin mengambil energi sebesar 28 %.
2.4.2. Pemindahan Gaya ke Turbin
a. Suatu plat yang tegak lurus terhadap pancaran air
Pancaran air dengan kecepatan (v) yang memancar tegak lurus plat, akan menimbulkan suatu aksi atau gaya dorong/tumbukan maka akan ada gaya yang mencoba mendorong plat. Besarnya gaya F = m. ̇ . Pancaran akan bebelok 90º menyebar kesamping pada bidang plat maka akan terjadi perubahan vektor kecepatan yang berarti perubahan momentum.
Gambar 2.15 Gaya aksi atau gaya dorong tumbukan. (Joe Cole, 2004, hal.2)
b. Suatu penampang konstruksi sudu jalan terhadap pancaran air
Gambar 2.16 Gaya aksi atau gaya dorong tumbukan sudu jalan. (Joe Cole, 2004, hal. 2)
c. Suatu penampang yang dengan sudut tertentu terhadap pancaran air
Jika pancaran air membentur satu sudu lengkung maka air akan dibelokkan sesuai sudut. Gaya (F) diuraikan berdasarkan komponen-komponennya yaitu sumbu x & y.
2.4.3. AliranPergerakan Air pada Turbin
Pada gambar 2.17 diasumsikan bahwa pancaran air dari nozzle masuk kedalam runner pada titik A dengan sudut α yang bersinggungan dengan keliling runner.
Kecepatan air sebelum memasuki runner dapat dihitung dengan persamaan:
C = Koefisien berdasarkan nozzle
Dalam turbin berhubungan dengan komponen – komponen kecepatan yaitu: V = Kecepatan mutlak, karena daerah sekelilingnya adalah tetap diam tidak
bergerak.
v = Kecepatan relatif, karena berhubungan dengan bagian yang bergerak yaitu sudu jalan turbin.
u = Kecepatan tangensial roda turbin.
α adalah sudut antara kecepatan absolut dengan kecepatan sudu turbin dan
Gambar 2.18 Aliran pergerakan air pada turbin. (Mockmore, 2004, hal.6)
Alur aliran pergerakan aliran air pada kenyataannya tidak seperti yang terdapat dalam gambar 2.17, akan tetapi terdapat defleksi sebesar θ seperti dalam gambar 2.18.
2.4.4. Efisiensi
Efisiensi (ε) merupakan rasio perbandingan daya output dan daya input.
Berdasarkan gambar 2.13 dapat diturunkan persamaan daya pengereman. Daya pengereman
HP = ( w .Q/ g) ( V1cosα1+ V2cosα2)u1 (Mockmore, 2004, hal.7) …2.2 Pada rumus (2.8) dapat direduksi dengan menggunakan segitiga kecepatan seperti ditunjukkan pada rumus (2.9).
V2cos α2 = v2cos β2 – u1 (Mockmore, 2004, hal.7) ………..2.3 Mengabaikan kecepatan air dalam ketinggian h2 (gambar 2.17) yang memasuki bagian bawah.
v2= ψv1 (Mockmore, 2004, hal.7) ………..2.4
ψ = koefisien empiris yang nilainya 0,98
Dari diagram kecepatan pada gambar 2.18 didapatkan:
v1 = (V1cos α2 – u1) / (cos β2) (Mockmore, 2004, hal.7) ……..…2.5 Subtitusi persamaan 2.9, 2.10 dan 2.11 didapatkan :
Hp output = (WQu1/g).(V1cos α1- u1).(1 + ψ cos β2 cos β1) ………….….2.6 Secara teoritis daya input adalah
Gambar 2.20 Defleksi pada pergerakan aliran air pada turbin
kesatuan dimana tidak ada head loses dan tidak ada gesekan pada nosel dan sudu.
Nilai efisiensi maksimum tercapai pada sudut masuk α1 16o dengan nilai ψ = 0.98 dan C =0.98.
2.4.5. Konstruksi Turbin Aliran Silang (Crossflow)
Sudut sudu masuk sisi atas pada keliling luar runner β
maka β1 =29o ,50o atau 30o atau nilai pendekatan (Mockmore, 2004, hal 10)
Gambar 2.21 Diagram kecepatan pada turbin Aliran Silang (Mockmore, 2004, hal. 11)
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.
dengan :
Q = Debit aliran air (cfs) C = Koefisien nozzle = 0.98 k = Faktor koreksi = 0.087
c. Perbandingan panjang dan diameter turbin
LD1 = 210.6Q/H½ (Mockmore, 2004, hal 17) ...2.12
d. Jari-jari kelengkungan sudu (ρ)
Meliputi Jarak antar sudu pancaran air masuk (s1), Jarak sudu pancaran air keluar (s2) dan jarak antar sudu (gambar 2.23) i. Jarak pancaran dari keliling dalam (y2 ) (gambar 2.24)
y2 = (0.1314-0.945k) D1 (Mockmore, 2004, hal 14) ...2.20 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 7) ...2.21
ε max = 0,5 C2 (1 + ψ ) cos2 α1 (Mockmore, 2004, hal 9) ...2.22 k. Nosel
Meliputi penampang nozzle (A) dan tinggi pancaran air nosel (So)
Gambar 2.24 Alur pancaran air dari sisi turbin (Mockmore, 2004, hal.13)
l. Sudut pusat sudu jalan (gambar 2.25)
Tan ½ δ = cosβ1/(sin β1+r2/r1) …...2.25
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)
• 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.
1. Generator penguat terpisah 2. Generator shunt
3. Generator kompon
2.5.1. Konstruksi Generator DC
Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor. Gambar 2.26 menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.
Gambar 2.26 Konstruksi generator DC ( http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html)
Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.
Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodic / berkala. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator, gunakan amplas halus untuk membersihkan noda bekas sikat arang.
2.5.2. Prinsip Kerja Generator DC
Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:
• Dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
• Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada gambar 2.27 dan gambar 2.28.
Gambar 2.27 Pembangkitan Tegangan Induksi
(http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html)
Gambar 2.28 Tegangan rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator
(http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html)
Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 2.28(1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 2.28(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positif.
2.5.3. Jangkar Generator DC
Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur. Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pada umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik dengan permiabilitas yang cukup besar.
Gambar 2.29 Jangkar Generator DC ( http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html)
2.5.4. Jenis-Jenis Generator DC
2.5.4.1.Generator Penguat Terpisah
Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator penguat terpisah, yaitu:
Penguat elektromagnetik (Gambar 2.30a)
Magnet permanent / magnet tetap (Gambar 2.30b)
Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari luar yang dimasukkan melalui belitan F1-F2.
Gambar 2.30 Generator penguat terpisah ( http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html)
2.5.4.2.Generator Shunt
Pada generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel dengan rotor (A1-A2). Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat pada medan magnet stator. Rotor berputar dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yang akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2 diatur oleh tahanan geser. Makin besar arus eksitasi shunt, makin besar medan penguat shunt yang dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai mencapai tegangan nominalnya. Diagram rangkaian generator shunt dapat dilihat pada gambar 2.31.
Gambar 2.31 Diagram rangkaian generator shunt ( http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html)
2.5.4.3.Generator Kompon
Generator kompon mempunyai dua penguat eksitasi pada inti kutub utama yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt, dan lainnya merupakan penguat seri. Diagram rangkaian generator kompon ditunjukkan pada gambar 2.32. Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak di depan belitan shunt.
Gambar 2.33 Karakteristik generator kompon ( http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html)
Gambar 2.33 menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan output generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus eksitasi penuh maupun eksitasi 50%. Hal ini disebabkan oleh adanya penguatan lilitan seri, yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar. Jadi ini merupakan kompensasi dari generator shunt, yang cenderung tegangannya akan turun jika arus bebannya naik.
2.5.5. Generator yang Digunakan
Generator yang digunakan adalah motor DC dengan magnet permanen. Spesifikasi generator :
Pabrikan : Brown Boveri (BBC) Tipe : Servo DC arus kontinyu Voltase maks. : 200 VDC
Gambar 2.34 Motor DC yang digunakan
I = Arus listrik (ampere)
Kemudian setelah daya telah diketahui maka untuk menghitung torsi yang digunakan poros generator digunakan rumus :
T=9,55
Pout n………..………2.31 dengan :
T = Torsi poros generator (N.m)
n = Kecepatan putar poros generator (rpm)
Untuk perhitungan efisiensi perlu diketahui daya air yang tersedia dengan rumus :
Daya yang tersedia (Pin)
Pin = QH/8,8 ……….2.32 Q = Debit aliran air (cfs)
H = head ketinggian (inci)
Efisiensi total (η) turbin dihitung dengan rumus :
41
BAB III
METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimental laboratorium, yaitu mengadakan suatu percobaan untuk mendapatkan data-data hasil penelitian.
3.1. Sarana Penelitian
Sarana penelitian yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:
a. Turbin Aliran Silang (Crossflow)
Turbin aliran silang (crossflow) ini dirancang untuk kapasitas aliran 10 lt/detik dan tinggi head 3 meter. Sudu turbin terbuat dari pipa air WP Ø1½” dan jumlah sudu 18 buah.
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 turbin melalui nozzle hingga memutar turbin. Spesifikasi pompa yang digunakan:
Untuk Head 3 meter 6 meter
Jenis pompa air Interdab XMH/5B Honda GX-160 Miura 3” Debit maksimal 600 liter/menit 1000 liter/menit
Head maksimal 22 meter 30 meter
Daya 1 HP 5,5 HP
Putaran maksimal 2880 rpm 3000 rpm
c. Generator
yang digunakan sebagai beban yaitu 26 watt, 52 watt, 78 watt, 104 watt, 130 watt, 156 watt, 182 watt. Pada pengujian dengan head 6 meter dan debit 14,1 liter/detik menggunakan lampu beban perpaduan 16 lampu 25 watt dan 4 lampu 40 watt dengan jangkauan dari 25 watt sampai dengan 560 watt.
3.3.Tahap Penelitian
Penelitian ini dilaksanankan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan dan tahap pelaksanaan pengujian.
3.3.1. Persiapan
1. Persiapan Pengujian
Runner di pasang pada kontruksi yang sudah disiapkan. Profil siku dirangkai dengan mur-baut menjadi rangka pendukung yang akan mendukung nossel dan generator. Pada poros runner dihubungkan pada sabuk dan puli ke bagian generator. Pada setiap penelitian diberi beban berupa lampu yang divariasikan.
Mengatur debit air yang dipompakan ke bak penampungan dan mengatur debit yang dialirkan dari bak menuju nosel.
2. Pengujian Awal
Setelah rangkaian turbin aliran silang (crossflow) ini sudah selesai dirakit dan debit sudah diatur, maka rangkaian turbin aliran silang (crossflow) ini perlu diuji coba untuk mengetahui apakah runner dapat berputar dengan baik atau tidak. Pompa air disiapkan untuk memompa air ke bak penampungan. Melalui bak penampungan air dialirkan melalui pipa dan melewati nossel menuju runner, air disemprotkan pada bagian atas sudu. Setelah turbin dapat berputar dengan baik maka pengujian dapat dilaksanakan.
3.3.2. Pelaksanaan Pengujian
dihasilkan.
4. Pengujian dilakukan kembali untuk variasi jumlah beban lampu 26, 52, 78, 104, 130, 156, 182 watt dengan cara yang sama.
5. Untuk pengujian yang kedua dilakukan memakai puli dari poros turbin menuju generator dengan rasio 2:1. Seperti pada pengujian sebelumnya, pertama mengatur terlebih dahulu sampai pada debit yang stabil pada ketinggian 3 meter.
6. Kemudian dilakukan pengujian sama seperti metode pengujian pertama. 7. Pengujian selanjutnya dilakukan pada head 6 meter dan memakai puli dari
poros turbin menuju generator dengan rasio 1:1. Untuk head 6 meter, debit air diatur 14,1 liter/detik (disesuaikan dengan rancangan turbin dan nosel). Setelah mendapatkan debit yang sesuai maka pengujian dapat dilakukan. 8. Kemudian dilakukan pengujian sama seperti metode pengujian pertama
tetapi menggunakan rangkaian beban perpaduan 16 lampu 25 watt dan 4 lampu 40 watt dengan jangkauan dari 25 watt sampai dengan 560 watt. 9. Pengujian selanjutnya dilakukan pada head 6 meter dan memakai puli dari
poros turbin menuju generator dengan rasio 2:1. Debit diatur pada 14,1 liter/detik
Gambar 3.1 Diagram alir tahap penelitian
PERSIAPAN
PERANCANGAN ALAT
PEMBUATAN ALAT
STUDI LITERATUR
PELAKSANAAN PENGUJIAN
ANALISA DAN PEMBAHASAN
= 9,8424 ft Kapasitas aliran / debit (Q) = 10 lt/dt
= 0,01 m3/dt = 0,35314 cfs Asumsi :
Koefisien nosel (C) = 0,98 Faktor koreksi (k) = 0,087 Sudut pancaran air masuk (α) = 16º
Efisiensi yang dipakai (η) = 0,8
3.4.1. Perhitungan Turbin Aliran Silang (Crossflow)
a. Daya turbin (P)
P = QHη / 8,8
P = 0,35314 x 9,8424 x 0,8 8,8
j. Jumlah sudu (n)
l. Jari-jari kelengkungan sudu (ρ)
ρ = 0.3261 r1
ρ = 0.3261 x 60 mm
ρ = 19,6 mm
m. Sudut pusat sudu jalan (δ)
574
Geometri Turbin Aliran Silang (Crossflow)
1 Panjang runner 5,00 inch 127 mm
2 Diameter runner 4,74 inch 120 mm
3 Diameter dalam 3.12 inch 79.2 mm
4 Lebar pancaran 0.412 inch 10.5 mm 5 Jari-jari kelengkungan sudu 0.776 inch 19.7 mm
6 Sudut pusat sudu jalan 73.5°
7 Jumlah sudu 18
8 Putaran turbin 574 rpm
10 Kecepatan spesifik 25.164 rpm
52
dengan variasi rasio pulley dan beban, hasilnya sebagai berikut : a. Pada rasio pulley turbin : pulley generator = 1:1
Tabel 4.1 Data hasil penelitian dengan rasio 1:1
Beban
b. Pada rasio pulley turbin : pulley generator = 2:1
Tabel 4.2 Data hasil penelitian dengan rasio 2:1
Data yang diperoleh dari pengujian pada debit 14,1 lt/dt dan head 6 meter dengan variasi rasio pulley dan beban, hasilnya sebagai berikut :
a. Pada rasio pulley turbin : pulley generator = 1:1
Tabel 4.3 Data hasil penelitian dengan rasio 1:1
50 1350 78.3 0.8
merupakan perwakilan dari data hasil pengujian. Dan untuk hasil perhitungan yang lainnya ditampilkan dalam bentuk tabel dan grafik.
4.1.2.1. Perhitungan Daya Air (Pin)
4.1.2.2.Perhitungan 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 = 25 x 1,4 Pout = 35 watt
4.1.2.3.Perhitungan Efisiensi Total (η)
Pin = 289 watt
4.1.3.3.Hasil Perhitungan pada Q = 14,1 Lt/dt dan H = 6 m
4.1.4. Analisa dan Pembahasan
Pada pembahasan ini data-data yang diolah dengan perhitungan komputasi disajikan dalam bentuk grafik-grafik. Dari grafik-grafik tersebut penulis mencoba menjabarkan hasil dari percobaan yang dilakukan.
4.1.4.1.Analisa dan Pembahasan Tentang Daya Keluaran Hasil Pengujian
Gambar 4.1 Grafik daya keluaran (Pout) vs putaran alternator pada Q = 10 lt/dt dan H = 3m
Dari data hasil pengujian dengan menggunakan head 3 m, debit 0,01 m3/s dan rasio pulley 1:1 didapat grafik yang melengkung, mulai saat tanpa beban sampai dengan saat beban 182 watt. Pada grafik trendline dapat dilihat bahwa daya maksimal dari pendekatan rumus yang dihasilkan adalah sebesar 37,84 watt pada putaran 425 rpm. Setelah mencapai titik puncak, daya yang dihasilkan akan kembali menurun saat diberi beban yang lebih besar lagi.
y = -0.000748305x2+ 0.637027792x - 97.73328034
R² = 0.965269513
y = -0.000132961x2+ 0.166504784x - 15.62759555
R² = 0.999816633
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
Gambar 4.2 Grafik daya keluaran (Pout) vs putaran alternator pada Q = 14,1 lt/dt dan H = 6m
Dari data hasil pengujian dengan menggunakan head 6 m, debit 0,0141 m3/s dan rasio pulley 1:1 didapat grafik yang melengkung, mulai saat tanpa beban sampai dengan saat beban 560 watt. Pada grafik trendline dapat dilihat bahwa daya maksimal dari pendekatan rumus yang dihasilkan adalah sebesar 167,3 watt pada putaran 570 rpm. Setelah mencapai titik puncak, daya yang dihasilkan juga kembali menurun saat diberi beban yang lebih besar lagi.
R² = 0.982472
y = -0.002641x2+ 3.016556x - 694.103392
R² = 0.994480
300 500 700 900 1100 1300 1500
Dari data hasil pengujian dengan menggunakan head 6 m, debit 0,0141 m3/s dan rasio pulley 2:1 didapat pula grafik yang melengkung, mulai saat tanpa beban sampai dengan saat beban 560 watt. Pada analisa dengan grafik trendline dapat dihitung bahwa daya maksimal akan dihasilkan pada putaran turbin 865 rpm sebesar 173,8 watt.
Dari gambar 4.1 dan gambar 4.2 ditunjukkan perbandingan 2 buah grafik daya keluaran terhadap putaran generator antara data hasil pengujian turbin pada head 3 m, debit 0,01 m3/s dan pada head 6 m, debit 0,0141 m3/s. Pada penelitian ini didapat bahwa penggunaan turbin yang sama pada head yang lebih tinggi dan debit yang lebih besar, daya puncaknya naik sebesar 136 watt atau 359%.
4.1.4.2.Analisa dan Pembahasan Tentang Efisiensi Hasil Pengujian
Gambar 4.3 Grafik efisiensi total (η) vs putaran alternator
pada Q = 10 lt/dt dan H = 3m
y = -0.000259145x2+ 0.220608857x - 33.84597583
R² = 0.965269513
y = -0.000046046x2+ 0.057662209x - 5.411986783
R² = 0.999816633
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
efisiensi total maksimal yang dihasilkan adalah sebesar 12,64% , didapat pada putaran generator 625 rpm.
Gambar 4.4 Grafik efisiensi total (η) vs putaran alternator
pada Q = 14,1 lt/dt dan H = 6m
Dari data hasil pengujian dengan menggunakan head 6 m, debit 0,0141 m3/s dan rasio pulley 1:1 didapat grafik efisiensi yang melengkung, mulai saat tanpa beban sampai dengan saat beban 560 watt. Pada grafik trendline dapat dihitung bahwa efisiensi total maksimal yang dihasilkan adalah sebesar 20,22%.
y = -0.000318137x2+ 0.363440536x - 83.62691472
R² = 0.994479695
y = -5.74812E-05x2+ 0.099602976x - 22.21370751
R² = 0.982472244
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Dari data hasil pengujian dengan menggunakan head 6 m, debit 0,0141 m3/s dan rasio pulley 2:1 didapat pula grafik yang melengkung, mulai saat tanpa beban sampai dengan saat beban 560 watt. Pada grafik trendline dapat dihitung bahwa efisiensi total maksimal yang dihasilkan adalah sebesar 21,29% , didapat pada putaran generator 865 rpm.
64
1. Pada debit 10 liter/detik dan head 3 meter didapat daya keluaran maksimal sebesar 37,84 watt dan efisiensi total paling besar 13,1%.
2. Pada debit 14,1 liter/detik dan head 6 meter didapat daya keluaran maksimal sebesar 173,8 watt dan efisiensi total paling besar 21,29%.
5.2.Saran
Beberapa saran yang penting untuk perancang atau peneliti pada bidang sejenis dengan penelitian ini atau yang ingin mengembangkan penelitian ini:
1. Melakukan penelitian dengan jumlah debit air masukan lebih bervariasi dan dengan head yang lebih tinggi untuk mendapatkan hasil data yang lebih bervariasi.
65
DAFTAR PUSTAKA
Cole, Joe, 2004, Crossflow Turbine Abstract.
Dietzel, Fritz, 1996, Turbin Pompa dan Kompresor, cetakan ke-5, Penerbit Erlangga, Jakarta
Generator DC, Dunia Listrik – Tutorial teknik Listrik, Artikel dan Software Teknik, http://dunia-listrik.blogspot.com
Joshi, C. B., Seshadri, V., Singh, S. N., 1995,Parametric Study on Performance of Cross-Flow , Journal of Energy Engineering, Vol. 121.
Khosrowpanah, S., Fiuzat, A. A., Albertson, M., L., 1988, Experimental Study of Cross-Flow Turbine, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 114.
Micro Hydropower Basics, http://www.microhydropower.net/intro.html
Mockmore, CA., 1949, The Banki Water Turbine, Oregon State College.
Olgun, H., 1998, Investigation of The Performance af A Cross-Flow Turbine, International Journal of Energy Research, Vol. 22 Issue 11.
Olgun, H., 2000, Effect of Interior Guide Tubes in Cross-Flow Turbine Runner On Turbine Performance, International Journal of Energy Research, Vol.
24 Issue 11.
Sularso., Suga, Kiyokatsu, 2004, Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin, cetakan ke-11, PT. Pradnya Paramita, Jakarta
66
Runner hasil perancangan yang telah dibuat
