60
TURBIN PLETON
Supardi 1, Chandra Pramana 2 Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya
Abstract
Pelton turbine is one type of impulse turbine, type of water turbine which works to change the available whole energy of water such as pressure, potential, and speed into kinetic energy to rotate turbines. Runner which consist of a number of blades is the main component on Pelton turbine when the turbine rotates because the force of water at high speed out of nozzle. Impulse reactions occur because the water jets hit the blades causing torque of turbine shaft causing runner will continue rotates for object hit the blades. Experimental assessment was conducted to investigate effect of nozzle diameter variations as a media to transmit water and runner diameter variations as the main media for generating mechanical energy in power and efficiency of the Pelton Turbine models in Fluid Laboratorium August 17, 1945 University of Surabaya as a prototype model of Micro Hydro Power Plant ( MHPP ). Stages of research was done by designing and planning some variation of the nozzle diameter and runner diameter with reference using head and flow capacity of available water pump. Specified parameters and variables used for experimental assessment is single nozzle with diameter 0,006 m and 0,009 m and runner with diameter 0,15 m, 0,17 m and 0,19 m. Blades used half cylinder shape with the specifications, width 0,036 m, length 0,027 m, depth 0,00081 m, blade gap width 0,001 m, and the distance of center water emmision to blade tip 0,00135 m. From the test results, variations of nozzle with diameter 0,006 m and runner with diameter 0,15 m produces the largest turbine power 49,53 watt, the best turbine efficiency of 87,97%, and the largest generator power 10,56 watt. Meanwhile, the variation nozzle with diameter of 0,009 m and runner with diameter 0,15 m, generating the best generator efficiency 52.43%. From the characteristics graph of Pelton turbines, found same trend with the theory that the efficiency of the turbine decreasing after reaching the maximum efficiency speed ratio of 0,46 and higher turbine efficiency directly proportional to turbine power produced.
Keyword : Pelton Turbine, Nozzle, Runner, Power, Efficiency 1. PENDAHULUAN
Dengan keadaan geografis daerah di Indonesia yang memiliki potensi air dengan head yang memadai untuk pembangkit berskala kecil, maka dikembangkan teknologi pembangkit berskala kecil yang biasa dikenal sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH).
PLTMH terdiri dari komponen utama yaitu reservoir, turbin air, generator listrik, dan instalasi perpipaan.Turbin air merupakan penggerak mula yang mengubah energi kinetik dari aliran air dengan kecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran roda turbin. Energi mekanik kemudian digunakan untuk memutar generator sehingga menghasilkan listrik.Turbin air yang biasa digunakan adalah jenis impuls, salah satunya adalah turbin pelton yang pertama kali dibuat oleh Alan Lester Pelton pada tahun 1875.
Sistem mikrohidro telah dikembangkan di beberapa negara untuk memenuhi kebutuhan listrik di daerah pedalaman antara lain Peltric Set di Nepal,
Columbian Alternator System di Kolombia, dan Pico Power Pack di Amerika. Ketiga sistem tersebut
menggunakan turbin impuls sebagai penggerak ( Maher and Smith, 2001 ).
Berbagai penelitian telah dilakukan sebelumnya untuk meneliti pengaruh bentuk dan bahan sudu terhadap kinerja turbin pelton. Bono dkk. ( 2006 ) berhasil membuat turbin impuls memanfaatkan pipa galvanis sebagai bahan sudu. Turbin ini kemudian dikenal dengan turbin pipa belah dua. Keistimewaan turbin pipa belah dua adalah cara pembuatan yang sangat sederhana dibanding turbin lain.
Kajian secara eksperimental terhadap kinerja turbin pelton akibat perubahan sudut outlet sudu dilakukan oleh Sahid dkk. (2007). Hasil uji menunjukkan bahwa sudut outlet sudu mempengaruhi kinerja turbin. Penelitian juga menghasilkan sudut outlet optimum, yaitu 50. Namun hasil yang berbeda ditunjukkan pada turbin pipa belah dua, dimana sudut outlet optimum terjadi pada 0
0
yaitu 90,70 % ( Sahid, 2009 ).
Sedikit berbeda dengan penelitian yang dilakukan sebelumnya, penelitian ini akan mengkaji secara eksperimental pengaruh dimensi dari diameter runner dan diameter nozzle terhadap daya dan efisiensi model turbin pelton yang ada di Lab Fluida Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya.
61
2. DASAR TEORI2.1. Turbin Pelton
2.2.1 Pengenalan Turbin Pelton
Turbin pelton merupakan pengembangan dari turbin impuls yang ditemukan oleh S.N. Knight (1872 ) dan N.J. Colena ( 1873 ) dengan memasang sudu - sudu pada roda turbin. Setelah itu, turbin impuls dikembangkan oleh orang Amerika Lester G. Pelton ( 1880 ) yang melakukan perbaikan dengan penerapan mangkok ganda simetris, punggung membelah membagi jet menjadi dua paruh yang sama yang dibalikan menyamping. Pada turbin pelton putaran terjadi akibat pembelokan pada sudu ganda runner ( Gambar 2.1 ) oleh sebab itu, turbin pelton disebut juga sebagai turbin pancaran bebas.
Gambar 2.1 Prinsip dasar mangkok pada turbin pelton
Turbin Pelton merupakan jenis turbin yang mengandalkan reaksi impuls dihasilkan dari daya hidrolisis. Semakin tinggi head yang dimiliki maka semakin baik untuk turbin jenis ini. Walaupun, kecepatan spesifik relatif kecil tapi memungkinkan untuk kecepatan yang tinggi dengan ketentuan jumlah
nozzle yang banyak dalam meningkatkan daya yang
lebih tinggi. Sehingga jika putaran dari generator yang dikopel ke turbin semakin tinggi, maka daya generator yang digunakan akan semakin tinggi.
2.2.2 Dimensi utama turbin pelton 2.2.2.1. Dimensi runner
Untuk menentukan dimensi runner rata – rata dapat dicari dari kecepatan keliling, sebagai berikut :
( Persamaan 2.1 Diameter runner ) Dimana :
D = diameter runner( m ) u = kecepatan keliling( rad/s ) n = kecepatan putaran turbin ( rpm )
Sedangkan untuk mencari kecepatan keliling, dapat dicari dengan persamaan :
( Persamaan 2.2 Kecepatan keliling pancaran )
Dimana :
ϕ = konstanta gesekan ( 0,43 – 0,48 ) ( Finnemore and Franzini, 2006 ) g = gravitasi ( m/s2 )
H = head ( m )
2.2.2.2. Dimensi dan jumlah mangkuk / sudu
Untuk mengetahui besarnya lebar bucket, serta jumlah bucket dalam dalam perancangan turbin pelton, digunakan persamaan berikut
( Persamaan 2.3 Jumlah mangkuk / sudu )
Dimana :
D = diameter runner( m ) d = diameter nozzle( m ) Z = jumlah sudu ( pcs )
Gambar 2.2 Dimensi mangkuk / sudu turbin pelton
L ( panjang sudu ) = ( 2,4 – 3,2 ) x d B ( lebar sudu ) = ( 2,8 – 3,4 ) x d C ( kedalaman sudu ) = ( 0,8 – 1 ) x d L ( jarak pusat pancaran air ke ujung sudu )
= ( 1,2 – 1,9 ) x d M ( lebar celah sudu ) = ( 0.18 – 0.20 ) x d β1( sudut pancaran air masuk )
= ( 50 - 80 ) β2 ( sudut pancaran air keluar / sudut pantul )
= ( 1600 - 1700 )
2.2.2.3. Komponen Gaya Tangensial
Dapat dilihat pada Gambar 2.3, jet air keluar dari nozzle suatu turbin pelton dengan kecepatan V membentur sudu belah dua untuk kemudian dibelokkan kecepatan relatifnya ( Vr ) melalui sudut buang sudu ( β2 ) sehingga menimbulkan gaya pada permukaan bucket yang nantinya digunakan untuk memutar poros turbin.
62
Kecepatan relative (Vr) dapat dihitung dengan persamaan berikut :
Vr = V – u
( Persamaan 2.4. Kecepatan relatif ) Dimana:
V = Kecepatan pancaran nozzle( m/s ) u = Kecepatan keliling runner( m/s )
Komponen gaya (F) yang diberikan pada bucket adalah:
F = ρQ ( V - u )( 1 - cos β2 )
( Persamaan 2.5. Komponen Gaya Tangensial )
Dimana :
F = Gaya pancaran sudu (N)
Vr = Kecepatan relatif fluida terhadap sudu (m/s) V = Kecepatan pancaran fluida (m/s)
β2 = Sudut keluaran bucket (o)
2.2.3 Perencanaan Turbin Pelton
Perencanaan terkait dengan Head rencana, jumlah dan diameter Nozzle yang digunakan serta diameter Runner yang akan digunakan.
Grafik dibawah ini menunjukan hubungan antara beberapa dimensi utama pada turbin pelton yang memiliki keterkaitan stau dengan yang lain sehingga hanya diperlukan perencanaan beberapa dimensi utama tersebut untuk mengahasilkan ukuran yang lain.
Gambar 2.4 Grafik hubungan dimensi utama pada
perencanaan Turbin Pelton
Grafik tersebut dapat disederhanakan menjadi persamaan berikut :
√
( Persamaan 2.6. Kecepatan Spesifik Turbin Pelton ) Dimana :
Nt = Putaran turbin rencana (rpm) Q = Kapasitas alir (m3/s) H = Head (m)
2.2. Kapasitas Aliran
Kapasitas aliran adalah besaran yang menunjukan banyaknya fluida yang mengalir melewati luasan tertentu, Untuk mengukur debit air khususnya menggunakan 90 North Weir, caranya masukkan Weir kedalam air hingga batas dasar perairan, hitung ketinggian hingga batas air permukaan dan hitung menggunakan rumus:
( Persamaan 2.7. Kapasitas aliran fluida ) Dimana :
Q = kapasitas aliranfluida (m3 / s) H = head ( m)
Gambar 2.5 900V Notch Weir
2.3. Prinsip Bernoulli
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut.
Gambar 2.6. Prinsip Bernoulli
Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernamaDaniel Bernoulli. Persamaan di atas dapat dinyatakan sebagai berikut:
( V
2
2 ) = (
2 V22
2 2)
( Persamaan 2.8. Persamaan Bernoulli ) Dimana :
63
V1, V2 = kec. aliran pada titik 1 dan 2 (m/s) Z1, Z2 = beda ketinggian antara titik 1 dan 2 (m)
γ = berat jenis fluida (N/m3) g = percepatan gravitasi (m/ )
Persamaan di atas digunakan jika diasumsikan tidak ada kehilangan energi antara dua titik yang terdapat dalam aliran fluida, namun biasanya beberapa head losses terjadi diantara dua titik. Jika head losses tidak diperhitungkan maka akan menjadi masalah dalam penerapannya di lapangan. Jika head losses dinotasikan dengan “hl” maka persamaan Bernoulli di atas dapat ditulis menjadi persamaan baru, dirumuskan sebagai : ( V 2 2 ) = ( 2 V22 2 2) s
( Persamaan 2.9. Persamaan Bernoulli dengan Head
Losses)
Persamaan di atas digunakan untuk menyelesaikan banyak permasalahan tipe aliran, biasanya untuk fluida inkompressibel tanpa adanya penambahan panas atau energi yang diambil dari fluida.Namun, persamaan ini tidak dapat digunakan untuk menyelesaikan aliran fluida yang mengalami penambahan energi untuk menggerakkan fluida oleh peralatan mekanik, misalnya pompa, turbin dan peralatan lainnya.
2.4. Daya dan Efisiensi
Perhitungan daya dan efisiensi pada Turbin Pelton dibagi menjadi beberapa bagian sebagai berikut :
2.4.1. Daya dan Efisiensi Turbin
Efisiensi turbin ditentukan oleh perbandingan dayaoutput yang dihasilkan putaran sudu turbin dengan daya input turbin atau daya yang diperlukan untuk memutar sudu turbin. Dalam bentuk persamaan adalah sebagai berikut :
=
ρ Q
( Persamaan 2.10 Efisiensi Turbin ) Dimana :
T = Torsi poros turbin = F x r (N.m) F = Gaya tangensial poros turbin r = Jari-jari runner (m)
ω = Kecepatan keliling
⁄ Nt = Putaran poros (rpm)
2.4.2. Daya dan Efisiensi Generator
Efisiensi generator ditentukan oleh perbandingan daya output generator yang didapat dari pengukuran tegangan dan kuat arus listrik yang dihasilkan generator dengan daya output yang dihasilkan poros turbin. Dalam bentuk persamaan adalah sebagai berikut :
( Persamaan 2.11 Efisiensi Generator )
Dimana :
V = Voltage generator (Volt) I = Kuat arus (Ampere)
2.5. Rasio Kecepatan
Rasio kecepatan turbin adalah perbandingan antara kecepatan keliling linier turbin pada ujung diameter nominalnya dibagi dengan kecepatan teoritis air.Dalam perancangan turbin pelton, rasio kecepatan turbin perlu ditentukan untuk melihat kecenderungan dari karakteristik efisiensi yang dihasilkan oleh turbin pelton berikut. Rasio kecepatan dapat dicari melalui persamaan berikut :
( Persamaan 2.12 Rasio Kecepatan ) Dimana :
= Rasio kecepatan
N = Kecepatan putar turbin pelton( RPM ) D = Dia. nominal turbin dari ujung sudu ( m ) H = Tinggi jatuh air ( m )
Gambar 2.7 Grafik hubungan rasio kecepatan dan
efisiensi turbin pada Turbin Pelton
III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Flowchart Penelitian
Kaji eksperimental ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh variasi diameter nozzle dan diameter runner serta pengembangan terhadap design yang telah ada sebelumnya pada model Turbin Pelton di Lab. Fluida Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya
64
Diagram 3.1 Flowchart Penelitian3.2. Langkah Pengujian
Setelah model turbin pelton selesai dirancang, dilakukan pengujian untuk meneliti pengaruh variasi besarnya diameter nozzle dan diameter runner terhadap daya dan efisiensi model turbin pelton tersebut. Adapun tahapan utnuk melakukan pengujiannya sebagai berikut :
1. Mengisi bak reservoir dengan air hingga volume 0.081 m3
2. Melakukan proses set up pada :
a. Vertikal ujung nozzle dengan pusat sudu terbawah pada posisi tegak lurus dengan nozzle, harus center tepat pada pusat sudu dengan cara mengendorkan dan mengencangkan kembali baut – baut adjuster pada support pompa air.
b. Horizontal ujung nozzle dengan pusat sudu terbawah pada posisi tegak lurus dengan nozzle, harus center tepat pada pusat sudu dengan cara mengendorkan dan mengencangkan kembali baut – baut adjuster pada support pompa air.
c. Jarak ujung nozzle dengan pusat sudu terbawah pada posisi tegak lurus dengan nozzle harus tepat, tidak terlalu mundur maupun maju
Note :
untuk diameter runner 0.15 m dengan jarak 0.085 m dari pusat sudu
untuk diameter runner 0.17 m dengan jarak 0.095 m dari pusat sudu
untuk diameter runner 0.19 m dengan jarak 0.105 m dari pusat sudu
Gambar 3.1 Ilustrasi set up nozzle dan runner
d. Pengecekan kelistrikan pada panel, pastikan saklar dan lampu dalam keadaan baik. Gunakan tegangan rumah 220 volt untuk menggunakan pompa air.
3. Menghidupkan saklar pompa air
4. Sesaat setelah pompa air dihidupkan poros turbin akan berputar. Lakukan pengukuran beberapa variable berikut :
a. Tinggi permukaan air pada notch weir untuk mengetahui besar debit aliran. Dapat menggunakan mistar.
b. Kecepatan putaran poros turbin. Menggunakan hand tachometer.
5. Lakukan hal yang sama untuk variasi 2 diameter nozzle dan 3 diameter runner.
6. Setelah dilakukan pengukuran sebelumnya, nyalakan saklar masing – masing pembebanan lampu secara berurutan per 1 beban lampu untuk dilakukan pengukuran sebagai berikut :
a. Kecepatan putaran poros turbin. Menggunakan hand tachometer.
b. Kuat arus generator. Menggunakan amperemeter pada panel.
c. Tegangan generator. Menggunakan voltmeter pada panel.
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Data awal yang ditentukan untuk penelitian model Turbin Pelton sebagai berikut :
1. Pompa air Lakoni, kapasitas aliran maksimal 40 liter / menit, head pompa maksimal 30 m.
2. Diameter pipa air yang digunakan 1 inch 3. Diameter nozzle turbin pelton dengan 2 variasi :
a. 6 mm b. 9 mm
4. Diameter runner turbin pelton dengan 3 variasi : a. Diameter luar 88.5 mm dengan jumlah sudu
65
b. Diameter luar 108.5 mm dengan jumlah sudu turbin pelton 24 buah
c. Diameter luar 119.5 mm dengan jumlah sudu turbin pelton 26 buah
5. Geometri sudu turbin pelton ( sesuai gambar kerja pada lampiran )
a. Lebar sudu 36 mm b. Kedalaman sudu 8.1 mm c. Lebar celah sudu 10.8 mm d. Panjang sudu 27 mm
e. Jarak pusat pancaran air ke ujung celah sudu 13.5 mm
f. Sudut pancaran air masuk sudu 5o g. Sudut pancaran air keluar sudu 165o
6. Generator set yang terdiri dari kumparan / lilitan dan magnet sepeda motor jenis Suzuki RC 7. Lampu yang digunakan sebagai beban masing –
masing 10 watt
8. Sudut notch weir yang digunakan untuk mengukur kapasitas aliran 90o
9. Bearing yang digunakan UCP 202 J Set Screw Lock.
Dengan menggunakan persamaan dan data yang ditentukan sebelumnya, didapat hasil pengujian sebagai berikut :
Tabel 4.1 Hasil Pengujian
Variabel dnozzle = 0.006 m dnozzle = 0.009 m
D = 0.15 m D = 0.17 m D = 0.19 m D = 0.15 m D = 0.17 m D = 0.19 m Q (m3/s) 0,00044 0,00053 Vnozzle (m/s) 15,63 8,32 Hp (m) 11,51 4,07 Pair (watt) 56,29 21,17 Nt (RPM) 1250 1140 1050 850 770 710 urunner (m/s) 9,81 10,14 10,44 6,67 6,85 7,06 Ft (N) 5,047 4,761 4,502 1,715 1,53 1,312 (rad/s) 130,8 119,32 109,9 88,9 80,59 74,3 Pturbin (watt) 49,53 48,28 47,01 11,44 10,48 9,26 turbin (%) 87,97 85,77 83,49 54,04 49,5 43,75 Vukur (volt) 8,8 7,4 6,9 6 5,2 4,7 Iukur (A) 1,2 1,2 1,2 1 1 1 Pgen (watt) 10,6 8,88 8,28 6 5,2 4,7 gen (%) 21,32 18,38 17,61 52,43 52,43 50,73
66
Grafik 4.1 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0.006 m dan 3 Diameter Runner terhadap DayaMekanik / Poros Turbin
Grafik 4.2 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0.009 m dan 3 Diameter Runner terhadap Daya
Mekanik / Poros Turbin
49.53 49.3 47.01 0 10 20 30 40 50 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21
Daya P
or
os
(
W
at
t
)
Diameter Runner ( m )
Diameter Nozzle 0.006 m
11.44 9.97 9.26 0 10 20 30 40 50 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21Daya P
or
os
(
W
at
t
)
Diameter Runner ( m )
Diameter Nozzle 0.009 m
87.97 87.58 83.49 40 50 60 70 80 90 100 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21E
fisi
en
si
T
u
rb
in
( %
)
Diameter Runner ( m )
Diameter Nozzle 0.006 m
67
Grafik 4.3 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0,006 m dan 3 Diameter Runner terhadap EfisiensiTurbin
Grafik 4.4 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0,009 m dan 3 Diameter Runner terhadap Efisiensi
Turbin
Grafik 4.5 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0.006 dan 3 Diameter Runner terhadap Daya Generator
dan Beban Generator 54.05 47.11 43.75 40 50 60 70 80 90 100 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21
E
fisi
en
si
T
u
rb
in
( %
)
Diameter Runner ( m )
Diameter Nozzle 0.009 m
0 2 4 6 8 10 12 0 10 20 30 40Daya
G
en
er
at
or
(
W
at
t
)
Beban ( Watt )
Diameter Nozzle 0.006 m
Diameter Runner 0.15 m
Diameter Nozzle 0.006 m
Diameter Runner 0.17 m
Diameter Nozzle 0.006 m
Diameter Runner 0.19 m
0 2 4 6 8 10 12 0 10 20 30 40Day
a
G
en
er
ato
r
(
W
att
)
Beban ( Watt )
Diameter Nozzle 0.009 m
Diameter Runner 0.15 m
Diameter Nozzle 0.009 m
Diameter Runner 0.17 m
68
Grafik 4.6 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0.009 dan 3 Diameter Runner terhadap Daya Generatordan Beban Generator
Grafik 4.7 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0.006 dan Diameter Runner terhadap Efisiensi
Generator dan Beban Generator
Grafik 4.8 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0.009 dan Diameter Runner terhadap Efisiensi
Generator dan Beban Generator 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40
E
fisi
en
si
G
en
er
at
or
(
%
)
Beban ( Watt )
Diameter Nozzle 0.006 m
Diameter Runner 0.15 m
Diameter Nozzle 0.006 m
Diameter Runner 0.17 m
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0 10 20 30 40E
fisi
en
si
G
en
er
at
or
(
%
)
Beban ( Watt )
Diameter Nozzle 0.009 m
Diameter Runner 0.15 m
Diameter Nozzle 0.009 m
Diameter Runner 0.17 m
Runner 0.15 m Runner 0.17 m Runner 0.19 m 40 50 60 70 80 90 100 0.72 0.73 0.74 0.75 0.76 0.77 0.78E
fi
si
en
si
T
u
rb
in
( %
)
Rasio Kecepatan ( ϕ )
69
Grafik 4.9 Perbandingan Efisiensi Turbin vs Rasio Kecepatan Aktual Hasil Pengujian pada diameter 0.006 mGrafik 4.10 Perbandingan Efisiensi Turbin vs Rasio Kecepatan Aktual Hasil Pengujian pada diameter
nozzle 0.009 m
Grafik 4.11 Perbandingan Efisiensi Turbin vs Daya Turbin Aktual Hasil Pengujian pada diameter nozzle 0.006 m Runner 0.15 m Runner 0.17 m Runner 0.19 m 40 50 60 70 80 90 100 0.87 0.88 0.89 0.9 0.91 0.92 0.93
E
fisi
en
si
T
u
rb
in
( %
)
Rasio Kecepatan ( ϕ )
Runner 0.19 m Runner 0.17 m Runner 0.15 m 50 60 70 80 90 100 45 46 47 48 49 50E
fisi
en
si
T
u
rb
in
( %
)
70
Grafik 4.12 Perbandingan Efisiensi Turbin vs Daya Turbin Aktual Hasil Pengujian pada diameter nozzle 0.009 mRunner 0.15 m Runner 0.17 m Runner 0.19 m 40 50 60 70 80 90 100 7 8 9 10 11 12
E
fisi
en
si
T
u
rb
in
( %
)
71
Grafik Performa Turbin ditunjukkan pada Grafik 4.1 hingga Grafik 4.4 yang menunjukkan pengaruh variasi diameter nozzle dengan 3 diameter
runner dan juga sebaliknya terhadap daya dan
efisiensi model Turbin Pelton. Dari grafik dapat dilihat memiliki kecenderungan yang sama yaitu diameter runner terkecil ( 0,15 m ) menghasilkan daya terbesar dan efisiensi terbaik.
Grafik Performa Generator disajikan pada Grafik 4.5 hingga Grafik 4.8 yang menunjukkan pengaruh variasi diameter nozzle dengan 3 diameter
runner dan juga sebaliknya terhadap daya dan
efisiensi Generator model Turbin Pelton. Dari grafik dapat dilihat memiliki kecenderungan yang sama yaitu pasangan variasi diameter runner dan diameter
runner menghasilkan daya dan efisiensi Generator
terbaik saat beban 20 watt dan menurun saat beban ditambah. Hal ini disebabkan karena belum adanya alat yang digunakan untuk menjaga voltase pada sistem Generator.
Grafik Karakteristik Turbin Pelton dengan Head dan Bukaan Katub Tetap disajikan pada Grafik 4.9 dan 4.10 untuk Rasio Kecepatan vs Efisiensi Turbin, serta pada Grafik 4.11 dan 4.12 untuk Daya Turbin vs Efisiensi Turbin. Dari grafik dapat dilihat memiliki kecenderungan yang sama dengan teori yang sudah ada yaitu efisiensi turbin akan terus naik sebanding dengan kenaikan rasio kecepatannya, hingga mencapai efisiensi maksimal ( 100 % ) pada rasio kecepatan 0.46. setelah mencapai efisiensi maksimal, efisiensi turbin akan cenderung turun berbanding terbalik dengan rasio kecepatannya. Begitu juga dengan Grafik Daya Turbin vs Efisiensi Turbin yaitu untuk setiap variasi diameter nozzle dan diameter runner memiliki kecenderungan yang sama yaitu semakin tinggi efisiensi turbin akan semakin besar pula daya yang dihasilkan.
5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
Dari pengujian yang telah dilakukan pada model Turbin Pelton di Lab Fluida Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya dapat disimpulkan bahwa variasi diameter nozzle dan diameter runner berpengaruh terhadap Daya dan Efisiensi sebagai berikut :
1. Model turbin pelton dengan variasi diameter
nozzle 0.006 m dan diameter runner 0.15 m
menghasilkan daya mekanik / output turbin terbesar yaitu 49.53 watt dengan efisiensi turbin terbaik 87.97 %.
2. Model turbin pelton dengan variasi diameter
nozzle 0.006 m dan diameter runner 0.15 m
menghasilkan daya generator / hasil pengukuran terbesar yaitu 10.56 watt.
3. Model turbin pelton dengan variasi diameter
nozzle 0.009 m dan diameter runner 0.15 m
menghasilkan efisiensi generator terbaik yaitu 52.43 %
4. Pada pengujian model turbin pelton, efisiensi turbin terbaik yaitu 87.97 % dengan rasio kecepatan 0.74 kemudian turun hingga 83.49 % dengan kenaikan rasio kecepatan 0.76.
5. Pada pengujian model turbin pelton, efisiensi turbin mengalami kenaikan untuk diameter nozzle 0.006 m dan 0.009 dipasangkan dengan ketiga variasi diameter runner dari keadaan awalnya.
5.2. Saran
Model turbin pelton yang ada di Lab Fluida Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya saat ini masih sangat memungkinkan untuk dilakukan pengembangan untuk lebih menyempurnakan desain yang sudah ada. Beberapa pengembangan yang masih dapat dilakukan terkait :
1. Sistem perpipaan yang dapat dibuat lebih rapi dan ringkas sehingga diharapkan rugi – rugi lebih dapat diperkecil kembali.
2. Dapat digunakan variasi bukaan katup input nozzle dengan menambahkan butterfly valve. 3. Cover dari rumah turbin dapat dibuat lebih
bersih dan ringkas sehingga diharapkan proses putaran turbin dapat dilihat dan diteliti lebih mudah.
4. Dapat digunakan pompa air dengan kapasitas aliran / debit air yang lebih besar dari kapasitas saat ini sehingga diharapkan daya dan efisiensi yang dihasilkan dapat semakin besar dan baik. Upaya pengembangan ini model turbin pelton di Lab Fluida Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya dapat terus dilakukan, supaya Mahasiswa/I sebagai pemakai alat uji diharapkan dapat melakukan pengujian praktikum menggunakan alat uji yang sebaik mungkin. Selain itu, pengembangan dari penelitian yang telah dilakukan dapat membantu Mahasiswa/I untuk lebih berpikir luas tentang kemungkinan pengembangan alat uji turbin pelton ini.
6 DAFTAR PUSTAKA
Bono dan Indarto. 2008. Karakterisasi Daya Turbin Pelton Mikro Dengan Variasi Bentuk Sudu. Jurnal Penelitian. Yogyakarta: Pascasarjana Universitas Gadjah Mada.
Dugdale. R.H. 1981. Fluid Mechanics. Third Edition. London: George Godwin. Ltd.
Diterjemahkan oleh: Ir. Priambodo. 1986. Mekanika Fluida. Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga.
72
Flender. Technical Handbook.
Giles, Renald V. B.S., M.S. in C.E. 1977. Theory and
Problem of Fluid Mechanics and Hidraulics ( SI-Metric ). Second Edition. New York: McGraw-Hill.
Inc.
Diterjemahkan oleh Ir. Hermawan Widodo Soemitro. 1990. Mekanika Fluida dan Hidraulika. Edisi Kedua ( SI-Metrik ). Jakarta: Erlangga.
Mudji Sartono, B. Elemen Mesin. Surakarta: ATMI Press.
Streeter, Victor L and Wylie, E. Benjamin. 1985.
Fluids Mechanics. Eighth Edition. New York:
McGraw-Hill.Inc.
Diterjemahkan oleh Prijoko Arko, M.S.E. 1988. Mekanika Fluida. Edisi Kedelapan. Jilid 2. Jakarta: Erlangga.
Sudibyo, B. Kekuatan Dan Tegangan Ijin. Surakarta: ATMI Press.
Sudibyo, B. Poros Penyangga dan Poros Transmisi. Surakarta: ATMI Press.
Sularso dan Kiyokatsu Suga. 1994. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Cetakan Kedelapan. Jakarta: Pradnya Paramita
Susatyo, Anjar. 2003. Perancangan Turbin Pelton. Jurnal Penelitian. Bandung: Pusat Penelitian Informatika – LIPI
Sutomo dan Arief Budiman. 2014. Eksperimental Bentuk Sudu Turbin Pelton Setengah Silinder Pada Variasi Sudut Keluaran Air Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Picohydro. Jurnal penelitian. Madiun: Fakultas Teknik Universitas Merdeka Madiun
