PRESTASI POMPA SENTRIFUGAL DENGAN IMPELER TERTUTUP SEBAGAI TURBIN AIR

(1)

PRESTASI POMPA SENTRIFUGAL DENGAN

IMPELER TERTUTUP SEBAGAI TURBIN AIR

No.745 / TA / FT-USD / TM / Januari / 2007

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh : Nama

: Teli Handayani NIM : 015214033

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

THE PERFORMANCE OF A CENTRIFUGAL PUMP

WITH CLOSED IMPELLER AS WATER TURBINE

No.745 / TA / FT-USD / TM / JANUARY/2007

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements for the degree of Sarjana Teknik

in Mechanical Engineering

Presented by :

Teli Handayani

Student Number: 015214033

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

(4)

(5)

(6)

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 3 Oktober 2007

(7)

INTISARI

Krisis energi dan dampak pencemaran lingkungan mendorong penggunaan sumber energi alternative yang salah satunya berasal dari air. Pompa sebagi turbin cocok digunakan sebagai teknologi terapan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik terutama yang tinggal didaerah dengan banyak sungai. Penelitian pompa sebagai turbin ini bertujuan untuk mengetahui prestasi pompa sentrifugal yang digunakan sebagai turbin dari setiap variasi debit air masukan.

Alat yang digunakan dalam penelitian yaitu : pompa sebagai turbin dengan spesifikasi : debit air maksimum = 0,005m³/detik, Head maksimum = 18 m, Head isap maksimum = 9 m dan putaran kerja = 2900 rpm; pompa sumber; alternator; T-jungtion; pipa-pipa; alat-alat ukur; dll. Penelitian dimulai dengan merancang dan merangkai pipa-pipa untuk mengalirkan air dari bak sirkulasi ke pompa sumber, kemudian ke t-jungtion, pada t-jungtion terdapat katub yang mengatur debit air yang masuk ke pompa sebagai turbin. Air yang keluar dari pompa sebagai turbin dialirkan ke bak dan sisa air yang tidak masuk ke pompa sebagai turbin dialirkan kembali ke bak melalui saluran bypass. Setelah semua terpasang dilakukan percobaan awal, kemudian baru dilakukan tahap pelaksanaan dan pengambilan data. Dalam penelitian ini data yang diambil yaitu : tekanan pada saluran masuk dan saluran keluar turbin, putaran pada poros turbin, tegangan dan arus yang dihasilkan setiap pembebanan, dan jumlah air yang keluar dari turbin per satuan waktu yang terukur.

(8)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat yang dianugerahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini adalah salah satu syarat dalam menyelesaikan studi di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.Terwujudnya penyelesaian penulisan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan banyak pihak, oleh karena itu sudah sepantasnya penulis menghaturkan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir.Greg. Heliarko, SJ., SS., B.ST., M.A., M.Sc., selaku Dekan Fatultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T, selaku Ketua Prodi Teknik Mesin,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Bapak Yosef Agung Cahyananta, S.T, M.T, selaku dosen Pembimbing

Tugas Akhir yang telah berkenan meluangkan waktu memberi bimbingan dan pengarahan sampai Tugas Akhir ini selesai.

4. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T, selaku dosen Pembimbing Akademik 5. Bapak Ir. Y.B.Lukiyanto, M.T, selaku Kepala Laboratorium Konversi

Energi Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

(9)

7. Seluruh Dosen di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

8. Bapak Intan, bapak Ronny, Bapak Martono dan Seluruh karyawan Laboratorium Teknik Mesin maupun sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

9. Ayah dan Ibu yang telah memberikan bantuan moril dan materiil selama penulis menyelesaikan studi.

10. G.Dharu Hari Pribadi dan Putera Addo Dhaya Abadi yang selalu memberikan semangat.

11. Seluruh teman-teman Angkatan 2001 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis telah berusaha maksimal agar dapat menyelesaikan dengan baik. Namun penulis menyadari masih ada hal-hal yang jauh dari sempurna dalam penulisan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis dengan besar hati akan menerima saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca demi perbaikan di kemudian hari.

Penulis

(10)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ...iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN...vi

INTISARI... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ...x

DAFTAR LAMBANG ... xiii

DAFTAR TABEL ...xiv

DAFTAR GAMBAR ...xv

BAB I Pendahuluan ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah... 3

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Manfaat Penelitian... 4

1.5 Batasan Masalah... 4

BAB II Dasar Teori...5

2.1 Tinjauan Pustaka ... 5

2.2 Landasan Teori ...7

(11)

2.2.2 Daya yang Dihasilkan Turbin ... 10

2.2.3 Kecepatan Spesifik ...11

2.2.4 Altenator ... 12

2.3 Turbin Air... 14

2.3.1 Definisi Turbin Air ... 14

2.3.2 Perkembangan Turbin Air ...15

2.3.3 Jenis-jenis Turbin Air... 16

2.4 Pompa Sentrifugal ...19

2.4.1 Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal ... 19

2.4.2 Prinsip Dasar Turbin Francis ... 21

2.5 Persamaan yang Digunakan ... 23

BAB III Metode Penelitian ...26

3.1 Diagram Alir ... 26

3.2 Jenis Penelitian ...27

3.3 Sarana Penelitian...27

3.3.1 Sarana Pengujian ...28

3.3.2 Sarana Perhitungan ... 33

3.4 Jalannya Penelitian ...33

3.4.1 Tahap Persiapan ... 33

3.3.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian ...35

BAB IV Perhitungan dan Pembahasan ... 36

4.1 Data Hasil Penelitian ...36

(12)

4.2.1 Pengelompokan Data ... 41

4.2.2 Perhitungan Daya Air ... 44

4.2.3 Perhitungan Daya Turbin... 44

4.2.4 Perhitungan Efisiensi Turbin... 45

4.2.5 Perhitungan Kecepatan Spesifik... 45

4.3 Perhitungan Data dan Pembahasan... 46

4.4 Kendala Saat Penelitian... 56

BAB V Penutup ... 57

5.1 Kesimpulan ... 57

5.2 Saran ... 57

DAFTAR PUSTAKA...59

(13)

DAFTAR LAMBANG

c kecepatan fluida (m/s)

in

m massa aliran air (kg/detik)

T

η efisiensi turbin

H head total air (m) Nq kecepatan spesifik (rpm)

ρ massa jenis air (kg/m3₎

g _{percepatan gravitasi (m/detik}2₎

(14)

DAFTAR TABEL

Table 4.1 Data pada putaran katub pertama...36

Table 4.2 Data pada putaran katub kedua ... 37

Table 4.3 Data pada putaran katub ketiga...38

Table 4.4 Data pada putaran katub keempat ... 38

Table 4.5 Data pada putaran katub kelima...39

Table 4.6 Data pada putaran katub keempat... 40

Table 4.7 Data denagan variasi beban lampu 5 Watt...41

Table 4.13 Hasil data variasi dengan beban lampu 5 Watt ...46

Table 4.14 Hasil data variasi dengan beban lampu 10 Watt...47

Tabel 4.15 Hasil data variasi dengan beban lampu 15 Watt...48

Table 4.18 Hasil data variasi dengan beban lampu 35 Watt...51

(15)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bentuk energi pada aliran air ... 7

Gambar 2.2 Daerah penggunaan dari beberapa jenis konstruksi turbin yang berbeda... 12

Gambar 2.3 Alternator dengan magnet berputar dan kumparan tetap... 14

Gambar 2.4 Bagan aliran fluida didalam pompa sentrifugal ... 19

Gambar 2.5 Bagan aliran fluida didalam turbin francis ...22

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ...26

Gambar 3.2 Skema alat penelitian ... 28

Gambar 4.1 Grafik variasi dengan beban lampu satu ... 46

Gambar 4.2 Grafik variasi dengan beban lampu dua...47

Gambar 4.3 Grafik variasi dengan beban lampu tiga... 48

Gambar 4.4 Grafik variasi dengan beban lampu empat...49

Gambar 4.5 Grafik variasi dengan beban lampu lima... 50

Gambar 4.6 Grafik variasi dengan beban lampu enam ...51

Gambar 4.7 Grafik Efisiensi vs Nq ...52

Gambar 4.8 Grafik P out vs Nq ... 53

Gambar 4.9 Grafik daya yang dihasilkan pompa sebagi turbin...53

Gambar 4.10 Grafik prediksi daya yang dihasilkan pompa sebagi turbin... 54

Gambar 4.11 Grafik Debit, Putaran, dan Nq vs Head total... 55

(16)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Energi adalah basis dari perindustrian, tanpa energi era modern tidak akan pernah ada. Teknologi adalah yang paling banyak mengexploitasi sumber energi dari dalam perut bumi sehingga persedian sumber energi dalam perut bumi didunia semakin menipis dan memerlukan waktu yang lama untuk memperoleh kembali. Pada waktu minyak, kayu, batubara, dan sumber energi fosil yang lain masih murah, perindustian lebih memilih batubara atau minyak sebagai sumber energi, karena untuk membangun sistem energi air ini memerlukan biaya yang lebih mahal. Namun karena persedian sumber energi dalam perut bumi menipis dan efek dari perindustrian yang menggunakan sumber energi fosil sebagai bahan bakar membuat gas asam arang yang ada diatmosfer meningkat, dan terlebih lagi banyaknya hutan di dunia yang hilang sehingga gas asam arang yang ada diatmosfer sebagian besar tidak terserap mengakibatkan peningkatan temperatur global yang mengganggu pola cuaca, arus laut, badai, dan permasalahan lingkungan yang lain. Maka dari itu perlu dikembangkan sumber energi alternative seperti energi matahari, energi angin, energi air,dll.

(17)

adalah sumber daya alami yang tersedia dimana saja, dengan volume air yang cukup dan arus yang mengalir mantap dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah yang dihasilkan dari hydraulic turbin. Waterpower tidak mengkonsumsi air tetapi hanya memanfaatkan air untuk tujuan memperoleh energi listrik. Teknologi waterpower merupakan teknologi yang sempurna dan tahan lama, dapat mencapai umur 50 tahun atau lebih. Air secara alami adalah suatu sumber energi yang bermanfaat dan itu diperoleh dalam bentuk tenaga mekanis, tanpa harus kehilangan banyak kalori dan bahan bakar untuk menjalankan mesin.

Contoh dari Teknologi Waterpower adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). PLTA dibangun untuk memenuhi tuntutan energi listrik yang terus meningkat, proses dari PLTA ini sendiri menggunakan turbin yang akan mengkonversi energi dari gerakan arus air menjadi energi mekanik yang kemudian di teruskan untuk menggerakkan generator dan dari situlah listrik dihasilkan.

(18)

lebih murah dibandingkan dengan turbin air, selain itu tidak menggunakan bahan bakar dan biaya perawatan rendah. Pump as Turbin cocok digunakan sebagai teknologi terapan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik terutama yang tinggal di pedalaman.

1.2 Rumusan Masalah

Karena penggunaan turbin yang relatif digunakan untuk pemenuhan energi listrik yang besar untuk kebutuhan energi listrik disetiap daerah maupun industri-industri berskala besar, pada interval kerja di bawah 3 kW (Pico Hydro-Power) sangat jarang sekali turbin yang diproduksi, maka harga dari turbin air tersebut relatif sangat mahal dan tidak banyak pilihan terutama di Indonesia. Oleh karena itu diperlukan suatu teknologi terapan untuk mengatasi penyebaran energi listrik yang tidak merata. Karena secara sistem kerja pompa merupakan kebalikan dari turbin dan dapat lebih mudah dicari dipasaran dibandingkan mesin turbin maka penelitian ini meneliti prestasi pompa sentrifugal dengan impeller tertutup yang digunakan sebagai turbin.

1.3 Tujuan Penelitian

(19)

1.4 Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan tambahan pengetahuan tentang tenaga air atau waterpower, terutama yang berkaitan dengan pemanfaatan pompa sebagai turbin.

1.5 Batasan Masalah

Agar penelitian ini tidak terlalu luas dan tetap berada dalam jangkauan penulis, maka perlu adanya batasan masalah. Untuk itu, dalam penelitian tentang “Pompa sebagai turbin” batasan yang hendak ditetapkan sebagai berikut :

a) Pompa sebagai turbin yang digunakan dalam penelitian adalah jenis pompa sentrifugal impeller tertutup maka jenis pompa yang lain dan jenis impeller yang berbeda tidak dibahas.

b) Pembahasan hanya bekisar tentang pengaruh debit air masukan terhadap daya input pompa sebagai turbin, putaran pompa sebagai turbin, daya output pompa sebagai turbin yang telah dikonversi menjadi energi listrik, dan efisiensi pompa sebagai turbin.

(20)

BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Penulis menggunakan beberapa jurnal tentang penggunaan pompa sebagai turbin yang dijadikan pembanding untuk penelitian ini, yaitu :

1. Project report – Huai Kra Thing Micro-hydro project oleh Chris

Greacen. Dalam artikel itu ditulis tentang laporan penggunaan pompa

sebagai turbin untuk membangkitkan listrik hingga dapat mencapai 1,6 kW, dengan masukan head 20 m dan debit 10 l/detik, yang jika

dikalkulasi maka efisiensi yang terjadi sebesar 81 %.

2. Experimental Work on Modification of Impeller Tips of a Centrifugal

Pump as a Turbine oleh Made Suarda dan rekan-rekan. Dalam penelitiannya mereka menggunakan 2 (dua) jenis pompa sentifugal sebagai turbin, yaitu :

a. Pompa diffuser dengan kapasitas maksimal 0,22 m³/menit dan head maksimal 46 m

b. Pompa volut dengan kapasitas maksimal 0,13 m³/menit dan head maksimal 13 m

(21)

yang digunakan sebagai turbin efisiensi tertinggi yang dicapai kurang lebih 28% pada Head 46,03 m. Sedangkan pada pompa volut yang digunakan sebagai turbin eisiensi tertinggi yang dicapai kurang lebih 34% pada Head 13 m. Selain itu dalam penelitiannya mereka memodifikasi impeler jenis tertutup pada pompa volut yang digunakan sebagai turbin. Hasil modifikasi impeler tersebut menghasilkan efisiensi lebih tinggi dari sebelum dimodifikasi, yaitu :

• Sebagai Pompa :

Efisiensi maksimum ± 27% pada debit (Q) = 0,002 m³/detik dan Head (H) = 8 m.

• Sebagai Turbin Sebelum Dimodiikasi :

• Sebagai Turbin Sesudah Dimodiikasi :

(22)

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya

Persamaan energi dihasilkan dari penerapan prinsip kekekalan energi pada aliran fluida. Energi yang dimiliki oleh suatu fluida yang mengalir terdiri dari energi dalam dan energi-energi akibat tekanan, kecepatan dan kedudukan.

Hukum Newton menyatakan tentang kekekalan energi, yang berarti energi tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan tetapi dapat diubah menjadi bentuk energi lain. Arus air yang mengalir mengandung energi dan energi tersebut dapat diubah bentuknya, misalnya perubahan dari energi potensial (tekanan) kedalam energi kinetik (kecepatan), atau sebaliknya.

Gambar 2.1 Bentuk energi pada aliran air (Fritz Dietzel,1992, hal 4)

(23)

Energi tempat

=m g z

E_p _{(Nm) (Frizt Dietzel,1996,hal.4)……… 2.1}

dengan:

m = massa

g _{= gravitasi}

z = ketinggian

Energi tekanan

ρ

p m

E_z = (Nm) (Frizt Dietzel1996,hal.4)………2.2

dengan:

m _{= massa}

p _{= tekanan}

ρ = massa jenis fluida

Energi kecepatan

2 c m E

2

k = (Nm) (Frizt Dietzel,1996,hal.4)………..…2.3

dengan:

m = massa

(24)

Persamaan Bernoulli

Pada suatu aliran air di dalam pipa, diambil suatu selisih ketinggian z antara tinggi air atas dan tinggi air bawah, maka menurut Bernoulli, besar energi aliran tersebut adalah:

ρ (Nm) (FriztDietzel,1996,hal.4)…………. 2.4

Bila pada aliran tersebut diatas diambil suatu jumlah air tiap 1 kg untuk diperhitungkan, hal ini dinamakan “spesifik energi” satuannya dalam Nm/kg. Karena dibagi m akan didapat:

Persamaan spesifik energi

ρ (Nm/kg) (Frizt Dietzel,1996,hal.4)…...… 2.5

Kemudian dibagi lagi dengan percepatan gravitasi g, akan didapat salah satu ruas dari persamaan Bernoulli, yang mempunyai arti ketinggian:

(25)

g

2.2.2 Daya yang Dihasilkan Turbin

Dari kapasitas air _V. dan tinggi air jatuh Hdapat diperoleh daya yang

P = daya yang dihasilkan turbin (kW)

.

V = kapasitas air (m3/detik) ρ₌ _{massa jenis air (kg/m}3₎

g ₌ _{percepatan gravitasi (m/detik}2₎

H = tinggi air jatuh (m)

T

η = randemen turbin

Bila massa aliran _m. dan tinggi air jatuh telah diketahui, maka daya yang

(26)

2.2.3Kecepatan Spesifik

Kecepataan spesifik nqdipakai sebagai tanda batasan untuk membedakan

roda turbin dan dipakai sebagai suatu besaran yang penting dalam merencanakan

(desain) turbin air. Persamaan nqdapat dituliskan sebagai berikut :

4 3 4

q

H V n

n

/

= (FriztDietzel,1996,hal.20) ………

2.9 dengan :

q

n = kecepatan spesifik ( rpm)

n = kecepatan putar turbin (rpm)

.

V = kapasitas air (m3/detik)

H = tinggi air jatuh (m)

Bila disebutkan, berartinq adalah jumlah putaran roda turbin yang bekerja pada

tinggi air jatuh H = 1 m dan kapasitas air V = 1 m3_{/detik (dengan jumlah putaran}

yang tertentu n/menit)

Suatu roda turbin yang bekerja pada tinggi air jatuh yang berbeda dan kapasitas air yang berbeda , serta bekerja pada putaran yang telah ditentukan n/menit dan

mempunyai harga nq yang sama, maka turbin tersebut secara bentuk adalah

(27)

pengarah dan sudut-sudut sudu jalan, perbandingan diameter roda/lebarnya adalah sama.

Di lain pihak suatu turbin bisa direncanakan untuk kecepatan putar n yang tertentu, tinggi air jatuh yang sama, kapasitas air sama, tetapi bekerja dengan tipe sudu yang bebeda. Dari perbedaan roda turbin meskipun untuk besarnya daya yang dihasilkan turbin sama, akan memberikan bentuk roda dan kecepatan spesifik Nq yang berbeda pula.

Gambar 2.2 Daerah penggunaan dari beberapa jenis konstruksi turbin yang berbeda (Fritz Dietzel,1992, hal 24)

2.2.4 Altenator

(28)

sebagai baterei pada kendaraan, dan pada saat mesin motor berputar, altenator bertugas memberi tenaga kepada semua komponen elektrik yang lain. Altenator memiliki 4 bagian yang penting, yaitu :

1. Rotor

Yang dimakud rotor adalah bagian yang berputar yang terdiri dari magnet permanent, rotor berputar disekitar stator.

2. Stator

Bagian ini adalah bagian yang statis, yang berupa intibesi yang dibungkus dengan kawat tembaga.

3. Dioda

Dioda mengkonversi arus bolak-balik yang dihasilkan oleh pasangan rotor dan stator menjadi arus searah yang digunakan sebagai batterei yang kemudian dapat menggerakan semua komponen elektrik yang ada pada kendaraan.

4. Pengatur Tegangan

Pada bagian ini dapat mengontrol jumlah voltase yang diberikan oleh altenator.

Arus yang dihasilkan pada altenator dapat diperoleh dengan dua cara yaitu, magnet berputar didalam coil (lilitan) atau coil berputar pada medan magnet yang diciptakan oleh magnet. Besarnya arus yang dihasilkan oleh altenator tergantung pada kecepatan baling-baling, kekuatan medan magnet, dan ukuran dari coil.

(29)

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

Gambar 2.3 Altenator dengan magnet berputar dan kumparam tetap (http://www.microhydropower.net/intro.html)

Arus yang keluar (I) dari altenator dan tegangan yang keluar (V) dari altenator dapat diukur untuk mengetahui energi listrik yang dihasilkan yaitu :

P = V x I ...………2.10 dengan :

P = daya listrik (kW) V = tegangan listrik (volt) I = arus listrik (ampere)

2.3 Turbin Air

2.3.1 Definisi Turbin Air

(30)

mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan memanfaatkan aliran dan tinggi air jatuh. Air dibawah tekanan tinggi didalam dam dilepaskan kedalam suatu saluran dimana 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 menentukan tinggi air jatuh dan kapasitas air. Selain itu pemilihan turbin juga tergantung dari kecepatan putar yang diminta oleh generator.

2.3.2 Perkembangan Turbin Air

Bentuk yang paling tua dan sederhana dari turbin air adalah kincir air, yang pertama kali digunakan oleh bangsa yunani pada abad pertengahan. Perpindahan dari bentuk kincir air ke bentuk turbin air modern memakan waktu sekitar 100 tahun.

Pada awal abad ke 19 seorang insinyur Prancis yang bernama Claude Bourdin menemukan kata turbin yang diambil dari bahasa latin yang berarti memutar atau pusaran air. Perkembangan turbin air mulai terlihat pada pertengahan abad 18 :

1. Pada pertengahan abad 17 Jan Andrej Segner mengembangkan suatu turbin air reaktif, yang merupakan mesin yang sangat sederhana yang hingga saat ini masih dapat dijumpai di lokasi hidro yang kecil.

2. Pada tahun 1826 Benoit Fourneyron mengembangkan sebuah turbin air berefisiensi 80%. Air diarahkan menyimpang melalui turbin

(31)

3. Pada tahun sebelumnya sekitar tahun 1820, Jean- Victor Poncelete

mendisain turbin air aliran dalam, dengan menggunakan prinsip yang sama dia mendapat U.S.paten di tahun 1838.

4. Pada tahun 1848 James B. Francis mengembangkan disain turbin air aliran dalam untuk mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi (90%). Yang disebut turbin Francis.

2.3.3 Jenis-jenis Turbin Air

Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk penyediaan kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya dikelompokan berdasarkan kegunaan tertentu, kapasitas aliran dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu turbin air diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara, tapi secara umum turbin air 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 :

Head tinggi Head sedang Head rendah Turbin impuls Turbin pelton

Turbin turgo

Turbin cross flow TurbinPelton multi jet Turbin Turgo

Turbin cross flow

(32)

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 kinetic) oleh nossel dan dipusatkan pada roda jalan turbin. Jumlah nosel tergantung pada besarnya kapasitas air, tiap roda turbin bisa dilengkapi dengan 1 sampai 6 nosel. Bentuk sudu turbin ini terdiri dari 2 bagian yang simetris, maksudnya agar bisa membalikan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Turbin impuls sering digunakan pada aplikasi turbin yang membutuhkan head yang sangat tinggi. Yang termasuk turbin impuls antara lain:

a. Turbin Pelton

(33)

b. Turbin Crossflow

Turbin ini juga disebut Michell-Banki turbin. Cara kerja turbin ini adalah seperti turbin Pelton, yaitu hanya sebagian sudu-sudu saja yang bekerja membalikan aliran air. Turbin ini mempunyai alat pengarah sehingga dengan demikian celah bebas dengan sudu-sudu di sekeliling roda hanya sedikit. Karena itu pada keadaan pembebanan penuh putarannya roda terjadi sedikit kemacetan yang sedikit menimbulkan tekanan lebih.

c. Turbin Turgo

Turbin ini sama persis dengan turbin Pelton, yang membedakan hanya kecepatan spesifik yang lebih tinggi.

2. Turbin reaksi

Turbin ini juga disebut turbin tekanan lebih. Yang dimaksud dengan turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi puntir. Turbin air reaksi dibagi menjadi dua jenis yaitu:

a. Francis

Turbin Francis dikembangkan oleh James B. Francis pada tahun 1848, yang juga disebut turbin aliran dalam.

b. Propeller

(34)

jika digunakan pada kisaran debit yang lebar. Oleh karena itu maka dikembangkanlah jenis baru dengan sudu yang dapat diatur atau adjustable blade, contoh dari turbin ini antara lain: Kaplan, Nagler, Bulb, Moody.

2.4 Pompa Sentrifugal

2.4.1 Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal, seperti diperlihatkan dalam Gb. 2.1, juga dikenal dengan nama rotary pump (pompa rotasi). Pompa sentrifugal mempunyai sebuah impeler (roda jalan) yang terbenam didalam zat cair, untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Agar supaya bisa bekerja pompa membutuhkan daya dari mesin penggerak pompa. Didalam roda jalan zat cair mendapat percepatan sedemikian rupa sehingga fluida tersebut mempunyai kecepatan mengalir keluar dari sudu-sudu roda jalan.

.

(35)

Zat cair masuk ke pompa dari dekat sumbu impeler. Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeler yang terbenam di dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeler, oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah impeler keluar melalui saluran di antara sudu-sudu. Di sini head tekanan zat cair manjadi lebih tinggi. Demikian pula head kecepatannya bertambah besar karena zat cair mengalami percepatan. Pompa sentriugal dapat digolongkan lebih lanjut atas pompa volut dan pompa difuser. Pada pompa difuser, impeler memberi zat cair suatu percepatan yang relatif tinggi yang diubah oleh difuser menjadi tekanan. Pompa difuser disebut juga pompa tekanan tinggi, dimana sejumlah impeler digunakan secara urut dengan penomoran dan difuser yang terdiri dari pemandu sudu untuk mengurangi percepatan zat cair secara perlahan-lahan mengikuti masing-masing impeler. Pada pompa volut atau disebut juga pompa tekanan rendah zat cair yang keluar dari impeller ditampung oleh saluran berbentuk volut (spiral) di sekeliling impeler dan disalurkan ke luar pompa melalui nosel. Di dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan.

Jadi impeler pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair sehingga energi yang dikandungnya menjadi bertambah besar. Selisih energi per satuan berat atau head total zat cair antara flens isap dan flens keluar pompa desebut head total pompa.

(36)

mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinyu.

2.4.2 Prinsip Dasar Turbin Francis

Turbin Francis beroperasi dengan mengembangkan energi tekan dalam air selama ada disepanjang jalur lintasan impeler (roda jalan) yang kemudian menghasilkan reaksi berupa gaya tangensial terhadap roda yang berputar.Turbin Francis adalah turbin reaksi, yang berarti bahwa air yang bekerja pada turbin karena adanya perbedaan tekanan yang melewati turbin, dan memberikan energi. Pada dasarnya turbin butuh aliran air untuk mengubah energi.

Turbin terletak diantara air yang mempunyai tekanan tinggi dan air yang bertekanan rendah untuk keluarannya. Air yang masuk ke dalam turbin bisa dialirkan melalui pengisian air dari atas (turbin Schacht) atau melalui suatu rumah yang berbentuk spiral (rumah keong). Roda jalan semuanya selalu bekerja. Biasanya menggunakan dam.

Inlet berbentuk spiral dan terdapat baling-baling pengarah agar aliran menuju runner menyimpang. Aliran radial bekerja pada baling-baling runner sehingga runner berputar.

(37)

Fungsi tambahan dari tekanan air adalah membantu aliran air masuk ke turbin dengan memanfaatkan energi air.

Pada keluarannya air keluar lewat runner lanjutan yang berbentuk seperti cangkir,meninggalkan turbin tanpa putaran dan sangat sedikit menimbulkan energi kinetik maupun energi potensial. Keluaran turbin dibuat khusus agar dapat mengurangi aliran pada air dan mengurangi energi kinetik.

Pipa isap pada turbin ini mempunyai tugas yang mirip dengan sudu hantar yang terdapat pada pompa sentrifugal, yaitu sama-sama mengubah energi kecepatan menjadi energi tekanan.

Daya yang dihasilkan turbin bisa diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah, dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam roda turbin bisa diperbesar atau diperkecil.

Turbin Francis dilaksanakan dengan posisi poros vertikal atau horisontal.

(38)

2.5 Persamaan yang Digunakan

Persamaan-persamaan yang digunakan pada saat pengolahan dan perhitungan data antara lain:

1. Persamaan untuk menghitung daya air (Pin)

a. Konversi satuan tekanan pressure meter(p(kg/cm2_{)) menjadi head}

(H(m))

p_{= tekanan pressure meter rata-rata (kg/cm}2₎

ρ = massa jenis air (kg/m3₎

=

b. Konversi massa aliran (m (x liter/detik)) menjadi debit (_V•

m = massa aliran (liter/detik)

(39)

c. Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya air adalah:

H= head total air (m)

2. Persamaan untuk menghitung daya turbin (Pout)

Menghitung daya turbin (Pout) dengan menghitung daya yang telah

dikonversi kebentuk litrik. Dengan menggunakan persamaan daya listrik : P = V X I ...(Pers. 2.10)

dengan :

P = Daya listik yang dihasilkan altenator (watt) V = Tegangan listrik yang dihasilkan altenator (volt) I = Arus listrik yang dihasilkan altenator (amperre)

3. Persamaan untuk menghitung efisiensi turbin (ηT)

Persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi turbin adalah:

(40)

dengan:

T

η = efisiensi turbin

in

P = daya air (W)

out

P = daya turbin (W)

4. Persamaan untuk menghitung kecepatan spesifik (nq) adalah:

4 3 4

q

H V n

n

/

= ...(Pers. 2.9)

dengan :

q

n _{= kecepatan spesifik ( rpm)}

n = kecepatan putar turbin (rpm)

.

V = kapasitas air (m3/detik)

(41)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir

Diagram alir penelitian dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian YA

Perancangan alat penguajian

Pembelian komponen alat pengujian

Merangkai alat pengujian

Trial alat pengujian

Pengambilan data

Pengolahan data

Penulisan naskah Tugas Akhir

START

BERHASIL

STOP

(42)

3.2 Jenis Penelitian

Penelitian yang dilakukan merupakan studi kasus dan bersifat deskriptif kualitatif, yaitu suatu penelitian terhadap obyek tertentu dan kesimpulan yang diambil hanya terbatas pada obyek yang diteliti berdasarkan hasil analisa data yang dilakukan. Dalam hal ini penelitian yang dilakukan terhadap prestasi pompa sentrifugal dengan impeller tertutup yang digunakan sebagai turbin.

3.3 Sarana Penelitian

(43)

3.3.1Sarana Pengujian

Gambar 3.2 Skema alat penelitian.

Pada saat penelitian sarana pengujian dapat dikelompokkan menjadi : a. Pompa Sumber

1. Pompa sentrifugal dengan merek ME Primary Pump tipe NS-100 dengan spesifikasi sebagai berikut :

Debit maksimum = 449 GPM (0,0284 m3_/det)

Head Maksimum = 82 ft (25,26 m)

Daya kerja = 10 HP (7,46 Kw)

(44)

2. Motor tiga fase (tipe bintang) buatan MAICO.Ltd. menghasilkan daya 18,5 Kw dengan magnet induksi. Dengan jumlah kutup 6 bekerja pada putaran 1450 rpm. Motor litrik ini berfungsi untuk memutar pompa sumber.

3. Panel kelistrikan dan kelengkapannya

Panel kelistrikan ini berfungsi sebagai pengatur dan pengaman motor listrik pada saat dioperasikan agar tidak terjadi sesuatu yang tidak diinginkan. Sistem tersebut juga untuk mempermudah pengoperasian. 4. Mekanisme pully sabuk

Mekanisme ini terdiri dari dua buah pully, yang terletak pada motor listrik dan terletak pada pompa yang dihubungkan oleh tiga buah sabuk tipe V.

5. Pondasi mesin

Pondasi mesin dibuat dari baja profile I yang berfungsi untuk menopang motor listrik, pompa sentrifugal dan panel listrik.

b. Pompa sebagai Turbin

(45)

Dengan spesifikasi sebagai berikut:

Debit maksimum = 0,005 m3_/detik

Head maksimum = 18 m

Head hisap maksimum = 9 m Putaran kerja = 2900 rpm. Bagian-bagian mesin pompa tersebut :

1. Rumah pompa

Rumah pompa asli dari pabrik yang terbuat dari besi cor. 2. Poros pompa

(46)

3. Impeler (roda jalan)

Impeler yang digunakan adalah impeler standard pompa yang divariasi dengan diberi penutup dari seng setebal 0,5 mm, yang direkatkan pada sudu-sudu impeller dengan menggunakan plastic steel, sehingga menjadi impeler jenis tertutup. diameter luar impeler sebesar 114 mm, diameter dalam sebesar 41,5 mm dan diameter lubang poros sebesar 12 mm. Dengan jumlah sudu 8, lebar sudu sebesar 8,5 mm dan tebal sudu sebesar 3 mm. ukuran pasak 4 mm x 4 mm x 10 mm.

4. Bantalan

Bantalan yang digunakan dengan merek ESK dengan tipe 6203 Z dengan dimensi diameter luar 40 mm, diameter lubang 20 mm dan lebar 10 mm. c. Perpipaan dan Kelengkapannya

Pipa yang digunakan yaitu :

1. Pipa PVC ∅ 4” dan pipa PVC ∅ 1½”

Pipa PVC ∅ 4” yang dibutuh kurang lebih 2,5 m, sedangkan pipa PVC

∅ 1½” yang dibutuhkan kurang lebih 2 m, untuk memperkecil diameter dari diameter 4” ke diameter 1½” dengan menggunakan sambungan

over-sock ∅ 4” x ∅ 2” dan over-sock ∅ 2” x ∅ 1½”. 2. Pipa flesibel ∅ 4”

(47)

3. Komponen penunjang

Lem PVC, selang, klem, kawat baja untuk penguat sambugan, balok kayu untuk pondasi mesin pompa,dll.

d. Alternator dan Kelengkapannya

Yang terdiri dari 1-set alternator mobil (SUZUKI CARRY) merk SWIP dengan lisensi ND (Nippon Denso) dengan tengangan 12 Volt dan arus maksimum yang dapat dihasilkan 55 Ampere. Kelengkapan yang lain berupa

kabel ± 2,5 m dan bohlam lampu rem sebanyak 6 buah beserta fittingnya dan accu untuk memberi arus exsitasi.

e. Alat-alat Ukur dan Kelengkapannya 1. Pressure-Gauge

Pressure Gauge yang digunakan berjumlah dua buah yang diletakkan pada saluran masuk turbin dan saluran keluar turbin. Berfungsi untuk mengetahui besarnya tekanan yang terjadi pada setiap variasi bukaan katub.

2. Taco-Meter

Mengukur putaran pada poros turbin. 3. Multi-Tester

Mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan oleh alternator. 4. Timbangan

Mengukur berat air yang ditakar. 5. Stop-watch

(48)

6. Selang ∅ ¼”

Membuat saluran tambahan agar dapat terhubung dengan pressure gauge.

7. Nipple

Menghubungkan lubang pada pipa saluran dengan selang ∅ ¼” (setiap saluran masuk dan saluran keluar turbin).

8. Ember

Untuk menampung air yang digunakan untuk mengetahui debit air.

3.3.2Sarana Perhitungan

Sarana perhitungan yang dipakai dalam penelitian ini ada dua, yaitu perangkat keras dan perangkat lunak.

a. Perangkat keras

Perangkat keras yang dipakai adalah satu set komputer yang memiliki spesifikasi; AMD sempron 1.50 GHz dengan RAM 286 MB.

b. Perangkat lunak

Perangkat lunak berupa Microsoft Windows XP, yang digunakan untuk memproses perhitungan, tabulasi dan menggambar grafik.

3.4 Jalannya Penelitian

(49)

3.4.1Tahap Persiapan a. Persiapan Pendahuluan

Langkah pertama yang dilakukan adalah membuat rancangan dan rangkaian pipa-pipa yang menghubungkan bak air ke pompa sumber kemudian menuju T-junction. Keluaran dari T-junction ada dua saluran, yang satu menuju ke pompa sebagai turbin dan yang lain menuju bak air sebagai saluran balik/bypass. Pada saluran balik ini ditempatkan kran katup untuk mengatur debit yang masuk ke pompa sebagai turbin.

Selanjutnya adalah pemasangan Pressure Gauge pada sisi masuk dan sisi keluar pompa sebagai turbin. Dari pengalaman yang dialami, tersita banyak waktu untuk pembuatan alat pengujian.

Setelah rangkaian terpasang, selanjutnya membuat dudukan untuk mesin pompa sebagai turbin dan alternator.

b. Percobaan Awal

Setelah semua rangkaian telah terpasang, maka pengujian pertama adalah mengukur putaran pompa sebagai turbin tanpa tersambung dengan alternator, dengan variasi bukaan katup pada saluran balik. Variasi yang dilakukan dengan keadaan pada saat katup terbuka penuh sampai keadaan saat katup tertutup penuh.

(50)

menentukan pilihan pengaturan bukaan katub yang akan diambil datanya untuk dijadikan bahan analisa.

3.4.2Tahap Pelaksanaan Penelitian

Setelah vareasi bukaan katub telah ditentukan maka selanjutnya pengambilan data sudah siap dilakukan. Pada setiap bukaan katub dilakukan 5 kondisi pembebanan secara pararel terhadap alternator dengan menggunakan lampu, yaitu : 1 lampu 5 watt-12 Volt, 2 lampu 5watt-12 Volt, 3 lampu 5 watt -12 Volt, 4 lampu 5 watt -12 Volt, 5 lampu 5 watt -12 Volt, 1 lampu 35 Watt. Data-data yang diambil antara lain :

1. Tekanan pada saluran masuk dan saluran keluar turbin dengan hasil penunjukan skala pada Pressure Gauge yang ditempatkan pada saluran masuk dan saluran keluar tubin.

2. Mengukur putaran yang terjadi pada poros turbin dengan menggunakan Taco Meter.

(51)

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Data penelitian yang diambil berdasarkan variasi putaran katub pada T-junction untuk memperoleh variasi debit air. Variasi putaran katub sebanyak 6 putaran untuk memperoleh 6 variasi debit yang berbeda. Setiap variasi debit air terdapat 6 variasi pembebanan lampu yang masing-masing adalah : 5 Watt, 10 Watt, 15 Watt, 20 Watt, 25 Watt dan lampu keenam sebesar 35 Watt. Data penelitian yang diperoleh sebagai berikut :

a. Data pada putaran katub pertama

Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran katub pertama adalah sebagai berikut:

Debit = 2,12 liter/detik

in

p = 0,5 kg/cm ²

out

p = 0

Tabel 4.1 Data pada putaran katub pertama

No Beban Putaran

2 Lampu 10 watt 634 5,02 0,57

3 Lampu 15 watt 654,3 4,78 0,82

4 Lampu 20 watt 667,5 4,41 1,07

5 Lampu 25 watt 680,9 4,05 1,3

(52)

b.Data pada putaran katub kedua

Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran katub kedua adalah sebagai berikut:

Debit = 3,34 liter/detik = 0,6 kg/cm ² = 0

Tabel 4.2 Data pada putaran katub kedua

No Beban Putaran

(rpm)

V (Volt)

I (ampere)

Lampu 0 watt 738,9 8,25 0

1 Lampu 5 watt 725,5 7,29 0,32

2 Lampu 10 watt 702,4 6,81 0,64

3 Lampu 15 watt 704,1 6,52 0,94

4 Lampu 20 watt 706,3 5,93 1,21

5 Lampu 25 watt 715,3 5,54 1,43

6 Lampu 35 watt 719,4 5,59 1,61

c.Data pada putaran katub ketiga

Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran katub ketiga adalah sebagai berikut:

(53)

Tabel 4.3 Data pada putaran katub ketiga

Lampu 0 watt 1142 11,4 0

1 Lampu 5 watt 1123 10,5 0,37

2 Lampu 10 watt 1143 9,7 0,74

3 Lampu 15 watt 1087 9,05 1,07

4 Lampu 20 watt 1080 8,1 1,4

5 Lampu 25 watt 1060 7,98 1,7

6 Lampu 35 watt 1103 7,7 1,9

d.Data pada putaran katub keempat

Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran katub keempat adalah sebagai berikut:

Debit = 5,41 liter/detik = 1,3 kg/cm ² = 0

Tabel 4.4 Data pada putaran katub keempat

No Beban Putaran

Lampu 0 watt 1677 12,6 0

1 Lampu 5 watt 1671 11,43 0,41

2 Lampu 10 watt 1663 10,81 0,79

3 Lampu 15 watt 1645 9,9 1,14

4 Lampu 20 watt 1640 9,4 1,45

5 Lampu 25 watt 1620 9,01 1,78

(54)

e. Data pada putaran katub kelima

Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran katub kelima adalah sebagai berikut:

Debit = 0,00385 liter/detik = 1,7 kg/cm ²

= 0,1 kg/cm ²

Tabel 4.5 Data pada putaran katub kelima

No Beban Putaran

(rpm)

V (Volt)

I (ampere)

Lampu 0 watt 2230 12,8 0

1 Lampu 5 watt 2218 11,66 0,4

2 Lampu 10 watt 2228 10,6 0,77

3 Lampu 15 watt 2230 9,82 1,09

4 Lampu 20 watt 2004 12,01 1,64

5 Lampu 25 watt 1998 11,2 1,98

6 Lampu 35 watt 2226 8,01 2

f. Data pada putaran katub keenam

Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran katub keenam adalah sebagai berikut:

(55)

Tabel 4.6 Data pada putaran katub keenam

No Beban Putaran

(rpm)

V (Volt)

I (ampere)

Lampu 0 watt 2443 12,9 0

1 Lampu 5 watt 2443 11,86 0,4

2 Lampu 10 watt 2427 10,7 0,78

3 Lampu 15 watt 2441 9,71 1,12

4 Lampu 20 watt 2420 9 1,44

5 Lampu 25 watt 2421 8,01 1,7

6 Lampu 35 watt 2430 8,35 1,96

4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data

(56)

4.2.1Pengelompokan Data

Data yang diperoleh dikelompokan berdasarkan beban lampu dan diperoleh data sebagai berikut :

a.Data dengan Variasi Beban Lampu 5 Watt

Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam beban lampu, maka data dengan beban lampu satu sebesar 5 Watt dikelompokan menjadi satu.

Tabel 4.7 Data dengan variasi beban lampu 5 watt

No Debit

1 0,00212 630 5,46 0,29 49000 0

2 0,00334 725,5 7,29 0,32 58800 0

3 0,0039 1123 10,5 0,37 88200 0

4 0,00541 1671 11,43 0,41 127400 0

5 0,00385 2218 11,66 0,4 166600 9800

6 0,0036 2443 11,86 0,4 191100 9800

b.Data dengan Variasi Beban Lampu 10 Watt

Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam beban lampu, maka data dengan beban lampu dua sebesar 10 Watt dikelompokan menjadi satu.

Tabel 4.8 Data dengan variasi beban lampu 10 Watt

No Debit

1 0,00212 634 5,02 0,57 49000 0

2 0,00334 702,4 6,81 0,64 58800 0

3 0,0039 1143 9,7 0,74 88200 0

4 0,00541 1663 10,81 0,79 127400 0

5 0,00385 2228 10,6 0,77 166600 9800

(57)

c.Data dengan Variasi Beban Lampu 15 Watt

Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam beban lampu, maka data dengan beban lampu tiga sebesar 15 Watt dikelompokan menjadi satu.

No Debit

1 0,00212 654,3 4,78 0,82 49000 0

2 0,00334 704,1 6,52 0,94 58800 0

3 0,0039 1087 9,05 1,07 88200 0

4 0,00541 1645 9,9 1,14 127400 0

5 0,00385 2230 9,82 1,09 166600 9800

6 0,0036 2441 9,71 1,12 191100 9800

d.Data dengan Variasi Beban Lampu 20 Watt

Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam beban lampu, maka data dengan beban lampu empat sebesar 20 Watt dikelompokan menjadi satu.

No Debit

1 0,00212 667,5 4,41 1,07 49000 0

2 0,00334 706,3 5,93 1,21 58800 0

3 0,0039 1080 8,1 1,4 88200 0

4 0,00541 1640 9,4 1,45 127400 0

5 0,00385 2004 12,01 1,64 166600 9800

(58)

e.Data dengan Variasi Beban Lampu 25 Watt

Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam beban lampu, maka data dengan beban lampu lima sebesar 25 Watt dikelompokan menjadi satu.

No Debit

1 0,00212 680,9 4,05 1,3 49000 0

2 0,00334 715,3 5,54 1,43 58800 0

3 0,0039 1060 7,98 1,7 88200 0

4 0,00541 1620 9,01 1,78 127400 0

5 0,00385 1998 11,2 1,98 166600 9800

6 0,0036 2421 8,01 1,7 191100 9800

f.Data dengan Variasi Beban Lampu 35 Watt

Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam beban lampu, maka data dengan beban lampu enam sebesar 35 Watt dikelompokan menjadi satu.

No Debit

1 0,00212 680,9 4,23 1,41 49000 0

2 0,00334 715,3 5,59 1,61 58800 0

3 0,0039 1060 7,7 1,91 88200 0

4 0,00541 1620 8,22 1,97 127400 0

5 0,00385 1998 8,01 2 166600 9800

(59)

4.2.2Perhitungan Daya Air

Dengan menggunakan (Pers. 2.1), maka diperoleh head :

g

Dengan menggunakan (Pers. 2.7), maka diperoleh kapasitas air :

1000

Dengan menggunakan (Pers. 2.8), maka diperoleh daya air :

H

4.2.3Perhitungan Daya Turbin

Dengan menggunakan (Pers. 2.10), maka diperoleh daya listrik :

(60)

4.2.4Perhitungan Efisiensi Turbin

Dengan menggunakan (Pers. 2.7), maka diperoleh efisiensi turbin :

(61)

4.3Perhitungan Data dan Pembahasan

a. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 5 Watt

Tabel 4.13 Hasil data variasi denagan beban lampu 5 Watt

n

725,5 0,003 7,29 0,32 58,8 0 5,99 196,4 2,33 1,2 10,95 1123 0,004 10,5 0,37 88,2 0 8,99 344 3,88 1,1 13,51 1671 0,005 11,43 0,41 127,4 0 12,9 689,2 4,68 0,67 17,97 2218 0,004 11,66 0,4 166,6 9,8 15,9 603,7 4,66 0,77 17,22 2443 0,004 11,86 0,4 191,1 9,8 18,4 652,7 4,74 0,72 16,44

0

Data Efisiensi sebenarnya Data P out sebenarnya

Efisiensi P out

Gambar 4.1 Grafik variasi dengan beban lampu 5 Watt

(62)

pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu pada nilai efisiensi ± 1,15 % dengan Nq ± 12,5 rpm dan P out ± 3,3 Watt.

b. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 10 Watt

Tabel 4.14 Hasil data variasi dengan beban lampu 10 Watt

0

Data efisiensi sebenarnya Data P out sebenarnya

P out Efisiensi

(63)

dan Nq = 8,736 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 2,861 Watt. Pada nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu pada nilai efisiensi ± 2,2 % dengan Nq ± 12,5 rpm dan P out ± 6,1Watt.

c. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 15 Watt

Efisiensi P out

(64)

Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 15 W diketahui bahwa efisiensi tertinggi yaitu 1,524% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m dan Nq = 3,773 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 3,92 Watt. Pada nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu pada nilai efisiensi ± 3,2% dengan Nq ± 11,5 rpm dan P out ± 7,5 Watt.

d. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 20 Watt

(65)

0

P out Efisiensi

Gambar 4.4 Grafik variasi data dengan beban lampu 20 Watt

(66)

e. Beban Lampu 25 Watt

0

Data Ef isiensi sebenarnya Data P out sebenarnya

P out Ef isiensi

(67)

f. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 35 Watt

Data sebenarnya Ef isiensi Data sebenarnya P out

P out Ef isiensi

Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 35 W diketahui bahwa efisiensi tertinggi yaitu 5,742% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m dan Nq = 10,748 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 5,964 Watt. Pada nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum

n

780 0,002 4,23 1,41 49 0 4,99 103,88 5,964 5,74 10,7

719,4 0,003 5,59 1,61 58,8 0 5,99 196,39 9 4,58 10,9

1103 0,004 7,7 1,91 88,2 0 8,99 343,98 14,71 4,27 13,3

1619 0,005 8,22 1,97 127,4 0 12,99 689,23 16,19 2,34 17,4

2226 0,004 8,01 2 166,6 9,8 15,98 603,68 16,02 2,65 17,3

(68)

terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu pada nilai efisiensi ± 4,5 % dengan Nq ± 12,5 rpm dan P out ± 13 Watt.

g. Efisiensi

0 2 4 6 8

0 5 10 15 20 25

Nq (rpm)

E

fi

si

en

si

(

%

)

Efisiensi L 5W Efisiensi L 10 W Efisiensi L15 W Efisiensi L 20 W Efisiensi L 25 W Efisiensi L 35 W

Gambar 4.7 Grafik Efisiensi vs Nq

(69)

h. Daya Yang Dihasilkan

Gambar 4.8 Grafik P out vs Nq

Dari grafik P out vs Nq dari seluruh pembebanan, dapat dilihat nilai P out tertinggi yaitu 22,176 W pada Nq = 15,508 rpm. Nilai Pout = 22,176 W melonjak cukup signifikan ini dikarenakan putaran yang tidak stabil akibat olengnya puli pada pompa.

i. Performansi Pompa Sebagai Turbin

(70)

Dapat dilihat dari grafik performansi pompa sebagai turbin masih belum maksimal, daya yang dihasilkan masih bisa lebih besar lagi. Dengan bantuan software Microsoft Exel dicari persamaan dari kurva Efisiensi vs Nq yang kemudian digunakan untuk mencari kemungkinan terbesar dari daya yang dapat dihasilkan.

prediksi pada debit 0,002 prediksi pada debit 0,003 prediksi pada debit 0,004 prediksi pada debit 0,005 prediksi pada debit 0,00385 prediksi pada debit 0,0036

Gambar 4.10 Grafik prediksi daya yang dihasilkan pompa sebagai turbin Dengan fasilitas forcats pada softwhere Microsoft Exel dapat dibuat prediksi dari daya maksimum yang dihasilkan pada setiap variasi debit air masukan, yaitu :

Tabel 4.19 Prediksi daya maksimum yang dihasilkan

(71)

j. Karakteristik Mesin Pompa Sebagai Turbin Yang Diuji

Dari setiap titik maksimum pada tiap variasi debit diperoleh karakteristik mesin pompa sebagai turbin.

Gambar 4.11 Grafik Debit, Putaran danNq vs Head total

Dari grafik Debit, Putaran dan Nq vs Head total, dapat dilihat bahwa Nq tertinggi = 17,40 rpm pada Head total = 14,2 m dan Debit terbesar yaitu 0,0054 m³/det.

(72)

Efisiensi tertinggi 5,74 % pada putaran 780 rpm dan Nq = 10,749 rpm. Daya tertinggi yang dihasilkan adalah 22,176 W pada putaran 2000 rpm dan Nq = 15, 508 rpm. Torsi terbesar adalah 0,126 Nm pada putaran 1103 rpm dan Nq = 13,266 rpm.

4.4 Kendala Saat Penelitian

Dalam melakukan penelitian ini penulis banyak menemukan kendala-kendala, diantaranya :

1. Pengecilan diameter pipa dari diameter 4” ke diameter 2” membuat tekanan dalam pipa menjadi besar dan membuat sambungan-sambungan pipa sering lepas,sehingga cukup memakan waktu.

2. Ukuran pompa sumber yang cukup besar dan berat, dan keterbatasan tenaga membuat jalannya penelitian cukup melelahkan dan lama.

3. Kurang lengkapnya fasilitas yang mendukung untuk melakukan penelitian pompa sebagai turbin.

4. Karena penelitian harus dilakukan diluar ruangan sehingga harus melihat perkiraan cuaca.

(73)

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil yang didapat tentang penelitian pompa sebagai turbin ini, dapat disimpulkan beberapa hal, antara lain:

1. Dari keenam hasil data variasi debit efisiensi tertinggi yaitu 5,742% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m dan Nq = 10,748 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 5,964 Watt. Pada saat nilai Nq semakin rendah, efisiensi turbin semakin tinggi.

2. Dari keenam hasil data variasi debit, daya terbesar yang dapat dihasilkan yaitu 22,176 Watt pada Debit = 0,00385 m³/detik, Nq = 15,508 rpm..

3. Dari hasil ekstrapolasi, efisiensi tertinggi sebesar 5,77% dan menghasilkan daya maksimum 6 Watt pada Debit = 0,00212 m³/detik dan pembebanan 40 Watt.

5.2 Saran

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

1. Melakukan penelitian dengan jenis impeler yang berbeda agar dapat dilihat perbandingan efisiensi.

(74)

(75)

DAFTAR PUSTAKA

Altenator, The Free Encyclopedia

Chris Greace, Project report-Huai Kra Thing Micro-Hydro project, 2006

Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor,cetakan ke-5, Pnerbit Erlangga, Jakarta, 1996

Made Suarda, Nengah Suarnadwipa dan Wayan Bandem Adnyana, Experimental Work on Modification of Impeller Tips of Centrifugal Pump as a

Turbine, Udayana University Denpasar, Bali

Micro Hydropower Basics, http://www.microhydropower.net/intro.html P.Maher, Micro Hydro Centre, The Nottingham Trent University, 2000