PENELITIAN TERHADAP POMPA SENTRIFUGAL DENGAN
IMPELER SEMI TERBUKA SEBAGAI TURBIN AIR
No.712/TA/FT-USD/TM/SEPTEMBER/2006
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh :
Nama : Bernado Dwi Windrato NIM : 015214052
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
A RESEARCH ON SENTRIFUGAL PUMP WITH SEMI
-OPEN
-
IMPELLER AS WATER TURBINE
No.712/TA/FT-USD/TM/SEPTEMBER/2006
FINAL PROJECT
Presented as partial fulfillment of the requirements to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
Presented by :
Bernado Dwi Windrato
Student Number: 015214052MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
ENGINEERING FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan
sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau
diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan dalam
daftar pustaka.
Yogyakarta, 25 Januari 2007
Penulis
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya
sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul Penelitian Terhadap
Pompa Sentrifugal Dengan Impeler Semi Terbuka Sebagai Turbin.
Tugas ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan
studi di jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam
kesempatan kali ini penulis juga mengucapkan terimakasih kepada:
1. Ir. Greg. Heliarko, SJ., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Yosep Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik
mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Bapak Yosep Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing Tugas
Akhir.
4. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing akademik.
5. Seluruh dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
yang telah mengajarkan berbagai pengetahuan kepada penulis.
6. Ayah dan Bunda yang sangat saya sayangi, beserta kakak dan adik yang
selalu mendukung saya, baik dalam materi maupun motivasi.
8. Terima kasih juga kepada keluarga besar persekutuan YOMA yang selalu
mengingatkan saya agar tetap bersyukur kepada Tuhan.
9. Erythrina Hingganing Ayu yang telah memberi semangat.
Tentu dalam membuat penelitian ini masih banyak kekurangan, maka penulis
mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun agar lebih baik dalam membuat
tugas akhir, khususnya bagi rekan-rekan yang akan meneruskan penelitian ini.
Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ...iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN ...v
KATA PENGANTAR ... vi
DAFTAR ISI ...viii
DAFTAR LAMBANG ... xi
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ...xiii
ABSTRAK ... xiv
BAB I Pendahuluan ...1
1.1 Latar Belakang Masalah ...1
1.2 Tujuan Penelitian ...2
BAB II Dasar Teori...3
2.1 Tinjauan Pustaka ...3
2.2 Turbin Air ...3
2.2.1 Definisi Turbin Air ...3
2.2.3 Jenis-jenis Turbin Air ...4
2.3 Pompa Sentrifugal ...6
2.3.1 Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal ...6
2.3.2 Prinsip Dasar Turbin Francis ...7
2.4 Landasan Teori ...8
2.4.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya ...8
2.4.2 Daya yang Dihasilkan Turbin ...11
2.4.3 Rem Blok Tunggal ...12
2.5 Persamaan yang Digunakan ...13
BAB III Metode Penelitian ...17
3.1 Sarana Penelitian ...17
3.1.1 Sarana Pengujian ...17
3.1.2 Sarana Perhitungan ...20
3.2 Jalannya Penelitian ...20
3.2.1 Tahap Penelitian ...21
3.2.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian ...23
3.3 Kendala Penelitian ...23
BAB IV Perhitungan dan Pembahasan ...25
4.1 Data Penelitian ...25
4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data ...28
4.2.1 Perhitungan Daya Air ...29
4.2.2 Perhitungan Daya Turbin ...29
4.3 Hasil Pengolahan dan Perhitungan Data ...32
BAB V Penutup ...38
5.1 Kesimpulan ...38
5.2 Saran ...38
DAFTAR LAMBANG
in
P daya air (W)
out
P daya turbin (W)
•
V debit air (m3/detik)
T
η efisiensi turbin
f gaya gesek yang ditimbulkan rem (kg) F gaya pelayanan (kg)
H head total air (m)
2
l jarak engsel tuas sampai garis kerja Q(mm)
c jarak engsel tuas sampai garis kerja f (mm)
μ koefisien gesek
ρ massa jenis air (kg/m3)
g percepatan gravitasi (m/detik2)
p tekanan pressure meter rata-rata (kg/cm2)
D diameter drum rem (mm)
m massa aliotan air (kg/detik)
n putaran poros turbin (rpm)
1
l panjang tuas rem (mm)
q waktu untuk mencapai 20 liter
DAFTAR TABEL
Table 4.1 Data variasi debit pertama ...26
Table 4.2 Data variasi debit kedua ...26
Table 4.3 Data variasi debit ketiga ...27
Table 4.4 Data variasi debit keempat ...27
Table 4.5 Data variasi debit kelima ...28
Table 4.6 Hasil variasi data pertama ...31
Table 4.7 Daya air masuk ...32
Table 4.8 Hasil data variasi debit pertama ...32
Table 4.9 Hasil data variasi debit kedua ...33
Table 4.10 Hasil data variasi debit ketiga ...34
Table 4.11 Hasil data variasi debit keempat ...35
Table 4.12 Hasil data variasi debit kelima ...36
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagan aliran fluida didalam pompa sentrifugal ...6
Gambar 2.2 Bentuk energi pada aliran air ...9
Gambar 2.3 Macam-macam rem blok tunggal ...13
Gambar 3.1 Skema alat penelitian ...18
Gambar 4.1 Grafik variasi debit pertama ...31
Gambar 4.2 Grafik variasi debit pertama ...32
Gambar 4.3 Grafik variasi debit kedua ...33
Gambar 4.4 Grafik variasi debit ketiga ...34
Gambar 4.5 Grafik variasi debit keempat ...35
Gambar 4.6 Grafik variasi debit kelima ...36
INTISARI
Pemanfaatan energi air pada umumnya dilakukan pada daerah yang mempunyai
aliran air dengan potensi yang besar saja. Sehingga pada kenyataannya diberbagai tempat
yang mempunyai banyak potensi energi air kecil terabaikan. Padahal di Negara Indonesia
yang mempunyai banyak aliran sungai kecil karena termasuk Negara kepulauan
mempunyai potensi energi air yang besar. Di pihak lain pada masyarakat terpencil yang
belum bisa menikmati adanya energi listrik untuk berbagai keperluan dikarenakan
letaknya sangat butuh energi listrik tersebut. Sehingga diperlukan teknologi terapan untuk
memanfaatkan potensi-potensi energi tersebut. Teknologi tersebut tidak harus memiliki
efisiensi yang besar, tetapi yang penting teknologi itu harus mudah diterapkan dan
diaplikasikan oleh masyarakat pada umumnya.
Penggunaan pompa yang difungsikan menjadi turbin merupakan solusi teknologi
alternative yang potensial, karena selain mudah didapat juga karena instalasi pompa
sebagai turbin juga mudah. Menggunakan pompa sebagai turbin dilakukan dengan cara
membalik saluran keluar pompa menjadi saluran masuk turbin dan saluran masuk pompa
digunakan sebagai saluran keluar turbin. Pompa yang digunakan adalah pompa sirkulasi
berjenis impeller semi terbuka. Penelitian dilakukan untuk mengetahui pengaruh debit air
Pada penelitian dapat dilihat hasil pengujian yang dapat untuk gambaran unjuk
kerja pompa sebagai turbin air. Didapat efisiensi turbin maksimum 0,26 % pada debit air
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Hydropower adalah salah satu hasil usaha pengembangan manusia untuk
mendapatkan sumber energi alternatif baru khususnya energi listrik yang lebih mudah
didapat dan diterapkan guna menghemat energi dari dalam perut bumi (fosil) yang saat
ini keberadaannya semakin menipis dikarenakan ulah manusia yang mengeksploitasi
habis-habisan baik itu untuk individu maupun untuk industri besar.
Air adalah sumber energi utama yang digunakan untuk menggantikan fosil
tersebut, berbeda dari pendahulunya (fosil) yang diklaim berdampak buruk bagi
kesehatan manusia dan menimbulkan pencemaran lingkungan, air dapat mereduksi efek
buruk yang ditimbulkan oleh fosil.
Air merupakan salah satu sumber energi yang dapat dikatakan bisa mengungguli
dan menggantikan keberadaan dari produk-produk yang dihasilkan fosil (minyak bumi,
batu bara, gas alam, dan lain-lain), walaupun saat ini belum dimungkinkan dan
ditemukan alat yang bisa mengubah energi air yang berefisiensi (dari energi yang
dihasilkan) lebih besar dari energi fosil, tetapi sejalan perkembangan zaman manusia
sadar akan dampak tidak baik jika memakai energi fosil sehingga lebih tertarik untuk
mengembangkan energi air.
Dewasa ini banyak sekali telah dikembangkan berbagai alat untuk menghasilkan
energi baru berasal dari air, sebagai contoh adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air
proses dari PLTA ini sendiri menggunakan turbin dan dari putaran turbin tersebut di
teruskan untuk menggerakkan generator dan dari situlah listrik dihasilkan.
Untuk saat ini di Indonesia khususnya sering sekali terjadi pemadaman listrik
yang dikarenakan tidak sebandingnya hasil listrik dan kebutuhan listrik, padahal jika
dilihat dari letak geografis dan keadaan yang terdiri dari pulau-pulau Indonesia memiliki
banyak sungai-sungai yang itu bisa dimanfaatkan untuk pembankit tenaga listrik mini
yang dikhususkan untuk masyarakat di sekitarnya.
. Oleh karena itu diperlukan suatu teknologi terapan untuk mengatasi hal tersebut
agar masyarakat kecil juga dapat menikmati listrik.
1.2 Tujuan Penelitian
Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui prestasi pompa jika
dijadikan turbin, mengamati unjuk kerja dari setiap variasi debit air masukan; dan
mencari efisiensi terbaik dari variasi debit tersebut.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan tambahan pengetahuan
tentang tenaga air atau hydropower, terutama yang berkaitan dengan pemanfaatan pompa
BAB II DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Karena keterbatasan dalam pencarian yang dilakukan oleh penulis maka untuk
saat ini penulis hanya menemukan sebuah jurnal yang bisa dijadikan pembanding untuk
penelitian ini, yaitu jurnal tentang penggunaan pompa sebagai turbin, ini adalah Project
report – Huai Kra Thing Micro-hydro project oleh Chris Greacen. Dalam artikel itu
ditulis tentang laporan penggunaan pompa sebagai turbin untuk membangkitkan listrik.
Dilaporkan bahwa listrik yang dibangkitkan dapat mencapai 1,6 kW, dengan masukan
head 20 m dan debit 10 l/detik, yang jika dikalkulasi maka efisiensi yang terjadi sebesar
81 %.
2.2 Turbin Air
2.2.1 Definisi Turbin Air
Turbin air adalah salah satu komponen dari pembangkit listrik tenaga air (PLTA).
Turbin air sendiri berfungsi sebagai pengubah energi mekanik dalam hal ini puntiran /
putaran menjadi energi listrik dengan bantuan komponen lainnya, energi ini diambil dari
air yang memanfaatkan aliran, tinggi air jatuh dan cara lainnya. Energi puntiran yang
dihasilkan oleh turbin diteruskan untuk memutar generator yang selanjutnya
2.2.2 Perkembangan Turbin Air
Perkembangan turbin air sulit untuk ditelusuri karena banyaknya acuan yang
terdapat dalam berbagai jurnal dan kadang tidak saling mendukung satu dengan yang
lain. Perkembangan turbin air mulai terlihat pada abad-19:
1. Pada tahun 1826 Benoit Fourneyron mengembangkan sebuah turbin air
berefisiensi 80%. Air diarahkan menyimpang melalui turbin runner sehingga
turbin runner berputar (turbin aliran keluar).
2. 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.
3. Pada tahun 1848 James B. Francis mengembangkan disain turbin air aliran
dalam untuk mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi (90%). Yang disebut
turbin Francis.
2.2.3 Jenis-jenis Turbin Air
Turbin air dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara, tapi secara umum
turbin air dikelompokkan menurut cara turbin tersebut merubah dari energi air menjadi
energi punter. Berdasarkan klasifikasi ini turbin air dibagi menjadi dua yaitu :
1. Turbin impuls.
Yang dimaksud turbin implus adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan
kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar tuirbin,
sehingga menjadi energi puntir. Contoh: turbin Pelton.
2. Turbin reaksi.
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.
Dengan contoh turbin francis itu sendiri yang dikembangkan oleh
James B. Francis pada tahun 1848, yang juga disebut turbin aliran
dalam.
b. Propeller
Jenis ini saat pertama kali dikembangkan dirancang dan dibuat dengan
sudu yan tidak dapat diatur atau fixed blade, tetapi karena sudu tidak
dapat diatur, maka efesiensinya berkurang 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
2.3 Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal, seperti diperlihatkan dalam Gb. 2.1, mempunyai sebuah
impeller (baling-baling) untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke
tempat yang lebih tinggi.
.
Gambar 2.1. Bagan aliran fluida di dalam pompa sentrifugal (Sularso 2004, hal 4)
Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeler di
dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeller, 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. 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.
head tekanan, head kecepatan, dan head potensial pada zat cair yang mengalir secara
kontinyu.
2.3.2 Prinsip Dasar Turbin Francis
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.
Pergerakkan air yang melewati runner seperti putaran yang memotong jari-jari. Dan
selanjutnya beraksi pada runner. Jika dibayangkan seperti bola dengan benang yang
berayun mengelilingi lingkaran, jika benang yang didorong pendek maka bola berputar
cepat.
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
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.
2.4 Landasan Teori
2.4.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya
Hukum Newton menyatakan tentang kekekalan energi, yang berarti energi tidak
dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan tetapi dapat diubah menjadi energi lain.
Dengan melihat kaidah hukum itu maka air yang mengalir mengandung energi dan energi
tersebut dapat diubah bentuknya, misalnya perubahan dari energi potensial (tekanan)
kedalam energi kinetik (kecepatan), atau sebaliknya.
Arti selanjutnya dari kaidah kekekalan energi adalah apabila arus air dalam
alirannya dilewatkan melalui turbin air, maka energi yang ada dalam air akan diubah
Gambar 2.2. Bentuk energi pada aliran air (Fritz Dietzel 1992, hal 4)
Arti selanjutnya dari dari kaidah kekekalan energi adalah apabila arus air dalam
alirannya dilewatkan melalui turbin air, maka energi yang ada dalam air akan diubah
menjadi bentuk energi yang lain. Aliran air pada suatu standar ketinggian tertentu
mempunyai bentuk-bentuk energi sebagai berikut:
Energi tempat
z g
m⋅ ⋅ (Nm)(Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, hal. 4)……….. 2.1
dengan:
m = massa
g = gravitasi
z = ketinggian
Energi tekanan
ρ p
m⋅ (Nm) (Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, hal.
4)……….……….2.2
dengan:
p = tekanan
m⋅ (Nm) (Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, hal.
4)……….2.3
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:
Bila pada aliran tersebut diatas diambil suatu jumlah air tiap 1kg untuk
diperhitungkan, hal ii dinamakan “spesifik energi” satuannya dalam Nm/kg. Karena
dibagi m akan didapat:
Persamaan spesifik energi tan 2
Persamaan ketinggian tan
Dimana: z adalah ketinggian statis,
g p
⋅
ρ dinamakan tinggi tekanan dan g c
2
2
dinamakan
tinggi kecepatan.
2.4.2 Daya yang Dihasilkan Turbin
Dari kapasitas air dan tinggi air jatuh
.
V Hdapat diperoleh daya yang dihasilkan turbin:
(Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, hal. 2)
……….2.4
g percepatan gravitasi (m/detik2) =
H tinggi air jatuh (m)
=
T
η randemen turbin
Bila massa aliran dan tinggi air jatuh telah diketahui, maka daya yang
dihasilkan:
Rem blok yang paling sederhana terdiri dari satu blok rem yang ditekan terhadap
drum rem, seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 3.12. Biasanya pada blok rem
tersebut pada permukaan geseknya dipasang lapisan rem atau bahan gesek yang dapat
diganti bila telah aus. Dalam Gambar 3.1.3, jika gaya tekan blok terhadap drum adalah Q
(kg), koefisien gesek adalah μ dan gaya gesek yang ditimbulkan pada rem adalah f (kg),
Maka:
Q f =μ⋅
Momen T yang diserap oleh drum rem adalah
(
D 2f
T = ⋅
)
atau T =μ⋅Q⋅(
D 2)
Gambar 2.3. macam-macam rem blok tunggal (Sularso 2004, hal. 78)
Jika panjang tuas rem adalah , jarak engsel tuas sampai garis kerja Q adalah
dan gaya yang diberikan pada tuas adalah dan jika engsel menjauhi gaya kerja
dengan jarak dalam arah sumbu poros, maka untuk arah putaran sesuai dengan
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/cm2)
ρ= massa jenis air (kg/m3)
=
g percepatan gravitasi (m/detik2)
b. Konversi satuan waktu (q (detik/20liter) menjadi debit ( (m •
q= waktu untuk mencapai 20 liter
c. Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya air adalah:
H g V Pin = ⋅ ⋅ ⋅
•
ρ (Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, hal.
2)...(Pers. 2.8)
= debit air (m •
V 3/detik)
ρ= massa jenis air (kg/m3)
=
g percepatan gravitasi (m/detik2)
H= head total air (m)
2. Persamaan untuk menghitung daya turbin (Pout)
a. Menghitung gaya gesek yang ditimbulkan rem ( f )
Persamaan yang digunakan untuk menghitung gesek yang ditimbulkan
rem adalah:
1 (Sularso, Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen
Mesin, hal. 78)...(Pers. 2.9)
dengan: f = gaya gesek yang ditimbulkan rem (kg)
F= gaya pelayanan (kg)
Persamaan yang digunakan untuk menghitung torsi adalah:
D f
dengan: T= torsi (kg mm)
f = gaya gesek pengereman (kg) D= diameter drum rem (mm) c. Menghitung daya turbin (Pout)
Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya turbin adalah:
n
9 (Sularso, Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen
Mesin, hal. 7)...(Pers. 2.6)
dengan: Pout= daya turbin (kW)
T= torsi (kg mm)
n= putaran turbin (rpm)
3. Persamaan untuk menghitung efisiensi turbin (ηT)
Persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi turbin adalah:
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Sarana Penelitian
Sarana yang digunakan dalam penelitian ini dibedakan menjadi 2 macam sarana
yaitu; sarana pengujian dan sarana perhitungan. Sarana pengujian terdiri dari model
pompa air sentrifugal, stopwatch, neraca pegas, ember pengukur debit, pressure meter,
kran air, piranti pengereman, dan tacometer. Sedangkan sarana perhitungan adalah satu
set komputer.
3.1.1 Sarana Pengujian
Pada saat penelitian ini sarana pengujian dapat dikelompokkan menjadi:
a. Pompa sentrifugal.
Model pompa sentrifugal adalah sebagai alat penelitian. Pompa model ini
biasa digunakan sebagai pompa sirkulasi pada jenis kendaraan colt, pompa
dengan merk KCL dan mempunyai jenis model GMB digunakan dalam
bentuk standar pabrik yang mempunyai jenis impeller semi terbuka.
Pompa ini mempunyai bagian-bagian antara lain:
1. Poros.
Poros berdiameter 16 mm, panjang 105 mm. Semua dalam
2. Sudu.
Sudu berjumlah 7 buah, diameter luar 55 mm, diameter dalam 40
mm. Berbahan besi cor.
3. Penutup.
Asli dari pabrik.
4. Bantalan
Bantalan asli dari pabrik, berdiameter dalam 16 mm dan diameter
luar 30 mm dengan panjang 40 mm.
Air keluaran Air
masukan
Poros output
pengerem Neraca pegas
pompa
Gambar 3.1 Skema alat penelitian
b. Stopwatch.
Piranti ini digunakan untuk menentukan debit air yang keluar dari sumber
air, dengan cara mencatat waktu yang diperlukan air keluaran turbin untuk
mencapai 20 liter dan ini dilakukan dengan stopwatch.
c. Neraca pegas.
Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengereman pada poros
dapat dibaca sebesar 0,01 kg. Neraca pegas dipasang pada tuas rem
bagian atas.
d. Ember pengukur debit.
Ember ini digunakan sebagai alat untuk menampung air keluaran
sebanyak 20 liter yang kemudian dipakai untuk menghitung debit air
masukan yang dipakai untuk memutar poros turbin.
e. Pressure meter.
Pressure meter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur tekanan
yang terjadi di pipa air keluaran. Pressure meter yang digunakan adalah
pressure meter yang umum dipakai untuk mengukur tekanan udara
kompresor dengan skala minimum yang dapat dibaca sebesar 0,1 kg/cm2.
f. Kran air.
Kran air digunakan untuk membuat air masukkan. Memiliki debit yang
bervariasi. Dalam penelitian ini variasi debit yang dilakukan sebanyak 5
kali.
g. Piranti pengereman.
Alat pengereman digunakan untuk membebani putaran poros, sehingga
dapat diukur torsinya. Alat pengereman yang digunakan berupa rem blok
tunggal dengan bahan sepatu rem kayu dan drum rem merupakan poros
keluaran turbin. Sepatu rem dipasang pada tuas rem vertikal dengan engsel
Tachometer digunakan untuk mengukur putaran poros keluaran turbin.
Tachometer yang digunakan merupakan tachometer berjenis digital light
tachometer, yang prinsip kerjanya dengam memancarkan sinar untuk
membaca sensor yang berupa pemantul cahaya yang dipasang pada poros.
3.1.2 Sarana 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; Pentium III 565 MHz dengan RAM 128 MB.
b. Perangkat lunak
Perangkat lunak berupa Microsoft Excel 2000, yang digunakan untuk
memproses perhitungan, tabulasi dan menggambar grafik.
3.2 Jalannya Penelitian
Penelitian ini dilaksanankan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan dan tahap
pelaksanaan penelitian.
3.2.1 Tahap Persiapan
Persiapan pertama adalah merangkai alat dan sarana lainnya agar siap
digunakan dalam penelitian. Pertama-tama kita merangkai turbin yang
akan diuji coba. Turbin dipasangkan pada balok kayu sebagai dudukan
dan juga sebagai dudukan tuas pengereman, setelah ketiga komponen
tersebut telah menjadi satu kesatuan maka neraca pegas dipasangkan pada
ujung atas tuas pengereman. Pada saluran masukan turbin dipasang selang
dan pada ujung selang yang satunya dihubungkan pada sumber air yang
antara sumber air dan selang sudah dipasangi kran. Pada lubang saluran
keluaran turbin juga dipasang kran yang kemudian selang tersebut
diarahkan pada ember pengukur volume air. Agar tacometer dapat
mengetahui putaran poros turbin maka pada sebagian poros turbin ditutup
dengan plester berwarna gelap memutari poros tersebut tetapi sebelum
putaran penuh terlebih dahulu dipasang alumunium foil yang berguna
untuk memantulkan cahaya dari tacometer agar tacometer dapat membaca
putaran poros turbin. Untuk mengetahui sambungan selang dan turbin
tidak bocor maka dilakukan pengetesan. Kran air dibuka penuh dan
dibiarkan beberapa saat agar dapat mengetahui apakah alat berfungsi
dengan baik.
b. Percobaan Awal
dengan pressure meter, karena pada penelitian ini menggunakan pressure
meter untuk mengukur udara maka pada saat mengukur tekanan jangan
sampai pressure meter terkena air. Hal ini dapat dihindari dengan cara
memberi sela antara sumber air dan pressure meter dengan selang, pada
sambungan selang dipastikan agar supaya tidak terjadi kebocoran ini
berfungsi agar selang yang digunakan sebagai rongga udara agar tetap
terisi udara sehingga pressure meter dapat berfungsi dengan baik. Setelah
itu kita dapat mengukur pengaruh bukaan kran pada tekanan yang terukur
pada pressure meter dengan cara kran dibuka perlahan-lahan sampai jarum
pressure meter menunjukkan tekanan maksimum dan ini terjadi pada
bukaan kran 25%. Ini berfungsi agar pada penelitian dapat menentukan
berapa variasi debit yang dapat dilakukan.
Percobaan selanjutnya adalah untuk mengetahui perubahan tekanan pada
tiap waktu entah itu berupa penurunan ataupun penaikkan tekanan. Hal ini
perlu dilakukkan karena sumber air masukkan turbin yang dipakai adalah
dari kran kampus yang berfungsi untuk memenuhi kebutuhan air kampus.
Pengambilan data ini dilakukan 2 kali pada siang hari dan menurut hasil
pengambilan data tekanan yang terjadi sangat tidak stabil dan ini
mempengaruhi penelitian efisiensi pompa sebagai turbin. Ini
dimungkinkan, pada siang hari kebutuhan air kampus sangat tinggi
sehingga terjadi penurunan tekanan. Oleh karena itu agar tekanan air tidak
fluktuatif maka penggambilan data dilakukan pada malam hari yang
3.2.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian
1) Pengukuran tekanan air dilakukan pada awal dan akhir penelitian, hal ini
dilakukan untuk mengetahui rata-rata tekanan air yang terjadi.
2) Pengukuran torsi poros keluaran turbin dilakukan pada tiap 1x variasi debit. Pada
tiap bukaan kran, dilakukan 5x pengukuran torsi dengan melakukan variasi
pembebanan rem sebanyak 5x dan pencatatan putaran poros pada tiap
pembebanan rem. Hal ini dilakukan untuk mengukur daya maksimum yang
dihasilkan turbin tiap 1x variasi debit.
3) Pengukuran pengaruh debit terhadap daya yang dihasilkan turbin. Dilakukan
dengan melakukan variasi debit dan pengukuran torsi keluaran turbin sebanyak
5x.
3.3 Kendala Saat Penelitian
Kendala yang ditemukan dalam pelaksanaan penelitian adalah tidak tersedianya
sumber air masukkan yang memiliki tekanan dan keluaran yang stabil untuk turbin
percobaan, sehingga sulit untuk melakukan pengambilan data secara akurat. Tacometer
yang kurang peka. Ini mengakibatkan penggambilan data terkusus tentang putaran poros
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian
4.1.1 Data pada Sarana Penelitian
Data yang diperoleh dari sarana penelitian adalah sebagai berikut:
a. Sumber Air Masukkan tekanan pressure meter
awal : p1= 5,5 kg/cm2
akhir : p2= 5,4 kg/cm2
massa jenis air : ρ= 1000 kg/m3
b. Mekanisme pengereman
panjang tuas rem : = 465 mm l1
jarak engsel tuas sampai garis kerja : l2= 125 mm
diameter drum rem : D= 16 mm koefisien gesek : μ= 0,2
jarak engsel ke titik pengereman : = 37,5 mm c
4.1.2 Data Hasil Penelitian a. Data variasi debit pertama
Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin dengan variasi debit
Tabel 4.1 Data variasi debit pertama
Variasi debit 1 q : 23.55 det/20 liter
F (gram) n (rpm)
300 0
1 50 197
2 100 106
3 150 69
4 200 41
5 250 20
0 344
b. Data variasi debit kedua
Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin dengan variasi debit
kedua adalah sebagai berikut:
Tabel 4.2 Data variasi debit kedua
Variasi debit 2 q : 20.35 det/20 liter F (gram) n (rpm)
400 0
1 66 236
2 132 209
3 198 82
4 264 54
5 330 42
c. Data variasi debit ketiga
Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin dengan variasi debit
ketiga adalah sebagai berikut:
Tabel 4.3 Data variasi debit ketiga
Variasi debit 3 q : 18.26 det/20 liter F (gram) n (rpm)
550 0
1 91 523
2 182 360
3 273 204
4 364 126
5 455 86
0 887
d. Data variasi debit keempat
Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin dengan variasi debit
keempat adalah sebagai berikut:
Tabel 4.4 Data variasi debit keempat
Variasi debit 4 q : 15.35 det/20 liter F (gram) n (rpm)
900 0
1 150 743
2 300 463
3 450 253
4 600 148
5 750 86
e. Data variasi debit kelima
Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin dengan variasi debit
kelima adalah sebagai berikut:
Tabel 4.5 Data variasi debit kelima
Variasi debit 5 q :14.05 det/20 liter F (gram) n (rpm)
1020 0
1 170 1130
2 340 907
3 510 531
4 680 405
5 850 331
0 1196
4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data
Perhitungan data dilakukan dengan metode komputasi yang dikerjakan
menggunakan bantuan softwhere Microsoft excel. Disini penulis hanya
menampilkan jalannya perhitungan dengan mengambil satu contoh data, ini
dikarenakan persamaan yang digunakan dalam perhitungan data sama. Data yang
dijadikan sempel adalah data dari variasi debit pertama dan untuk hasil yang
lainnya penulis menampilkan langsung dalam bentuk tabel.
g
Dengan menggunakan (Pers. 2.2), maka diperoleh debit air :
1000
Dengan menggunakan (Pers. 2.3), maka diperoleh daya air :
H
4.2.2 Perhitungan Daya Turbin
Dengan menggunakan (Pers. 2.4), maka diperoleh gaya gesek yang
ditimbulkan rem :
Dengan menggunakan (Pers. 2.5), maka diperoleh torsi poros :
Dengan menggunakan (Pers. 2.6), maka diperoleh daya poros :
n
= 0,000064051 kW
= 0,064 W
Selanjutnya Dengan menggunakan (Pers. 2.7), maka diperoleh efisiensi
turbin :
Setelah kelima data pembebanan pada data variasi debit pertama dihitung maka
akan dihasilkan:
f (kg) T (kg,mm) (Watt) (Watt) (%) 0,3 0 0,23750809 1,9000647 0 454 0 1 0,05 197 0,03958468 0,3166774 0,064051 454 0,0141 2 0,1 106 0,07916936 0,6333549 0,068928 454 0,0152 3 0,15 69 0,11875404 0,9500323 0,067302 454 0,0148 4 0,2 41 0,15833872 1,2667098 0,053321 454 0,0117 5 0,25 20 0,1979234 1,5833872 0,032513 454 0,0072
0 344 0 0 0 454 0
Dari hasil perhitungan tersebut diatas kita dapatkan grafik untuk Pout vs n
Variasi Debit 1 Putaran pada data 1
Poly. (Grafik Daya vs Putaran pada data 1)
Gambar 4.1 Grafik variasi debit pertama
Dari grafik diketahui bahwa daya keluaran terbesarPout=0.068928W, daya
inilah yang dipakai sebagai daya poros pada saat variasi pertama dan dari daya output
terbesar ini terlihat bahwa efisiensinya adalah 0,0152 %.
Tabel 4.7 Daya air masuk
q
(detik/20liter)
V
(m3/detik) Pin (W) 1 23,55 0,000849 454
2 20,35 0,0009828 525
3 18,26 0,00109 583
4 15,35 0,0013029 697
5 14,05 0,001423 761
b. Hasil Data Variasi Debit Pertama Dengan Debit 0,000849 m3/detik
Tabel 4.8 Hasil data variasi debit pertama
no F n gaya gesek torsi P out P in
f (kg)
T
(kg,mm) (Watt) (Watt) (%) 0,3 0 0,23750809 1,9000647 0 454 0 1 0,05 197 0,03958468 0,3166774 0,064051 454 0,0141 2 0,1 106 0,07916936 0,6333549 0,068928 454 0,0152 3 0,15 69 0,11875404 0,9500323 0,067302 454 0,0148 4 0,2 41 0,15833872 1,2667098 0,053321 454 0,0117 5 0,25 20 0,1979234 1,5833872 0,032513 454 0,0072
0 344 0 0 0 454 0 Putaran pada data 1
Poly. (Grafik Daya vs Putaran pada
Gambar 4.2 Grafik variasi debit pertama
c. Hasil Data Variasi Debit Kedua Dengan Debit 0,0009828 m3/detik
Tabel 4.9 Hasil data variasi debit kedua
no F n gaya gesek torsi P out P in
f (kg)
T
(kg,mm) (Watt) (Watt) (%) 0,4 0 0,31667745 2,5334196 0 525 0 1 0,066 236 0,05225178 0,4180142 0,101285 525 0,0193 2 0,132 209 0,10450356 0,8360285 0,179394 525 0,0341 3 0,198 82 0,15675534 1,2540427 0,105576 525 0,0201 4 0,264 54 0,20900711 1,6720569 0,092701 525 0,0176 5 0,33 42 0,26125889 2,0900711 0,090126 525 0,0172
0 628 0 0 0 525 0
Gambar 4.3 Grafik variasi debit kedua
Dilihat dari grafik hasil variasi data kedua, daya terbesar 0,179394 W, dan daya
inilah yang dipakai sebagai daya poros pada variasi debit kedua.
Tabel 4.10 Hasil data variasi debit ketiga 1 0,091 523 0,07204412 0,576353 0,309479 583 0,0531 2 0,182 360 0,14408824 1,1527059 0,426051 583 0,0731 3 0,273 204 0,21613236 1,7290589 0,362144 583 0,0621 4 0,364 126 0,28817648 2,3054118 0,298236 583 0,0512 5 0,455 86 0,3602206 2,8817648 0,254447 583 0,0437
0 887 0 0 0 583 0
Gambar 4.4 Grafik variasi debit ketiga
Dilihat dari grafik hasil variasi data ketiga, daya terbesar 0,426051 W, dan daya
Tabel 4.11 Hasil data variasi debit keempat 1 0,15 743 0,11875404 0,9500323 0,724717 697 0,104 2 0,3 463 0,23750809 1,9000647 0,903213 697 0,1297 3 0,45 253 0,35626213 2,850097 0,740323 697 0,1063 4 0,6 148 0,47501617 3,8001294 0,577432 697 0,0829 5 0,75 86 0,59377021 4,7501617 0,419419 697 0,0602
0 1086 0 0 0 697 0
Gambar 4.5 Grafik variasi data keempat
Dilihat dari grafik hasil variasi data keempat, daya terbesar 0,903213 W, dan
f. Hasil Data Variasi Debit Kelima Dengan Debit 0,001423 m3/detik
Tabel 4.12 Hasil data variasi debit kelima
no F n gaya gesek torsi P out P in
f (kg)
T
(kg,mm) (Watt) (Watt) (%) 1,02 0 0,80752749 6,4602199 0 761 0 1 0,17 1130 0,13458791 1,0767033 1,249153 761 0,1642 2 0,34 907 0,26917583 2,1534066 2,005277 761 0,2636 3 0,51 531 0,40376374 3,23011 1,760974 761 0,2315 4 0,68 405 0,53835166 4,3068133 1,790821 761 0,2354 5 0,85 331 0,67293957 5,3835166 1,829511 761 0,2405
0 1196 0 0 0 761 0
0 500 1000 1500
putaran (rpm)
daya (Watt)
Variasi Data 5 Poly. (Variasi Data 5)
Gambar 4.6 Grafik variasi data kelima
Dilihat dari grafik hasil variasi data kelima, daya terbesar 2,00527 W, dan daya
inilah yang dipakai sebagai daya poros pada variasi debit kelima.
g. Efisiensi Turbin
525 0,179394 0,0341 583 0,426051 0,0731 697 0,903213 0,1297 761 2,005277 0,2636
Efisiensi vs P out
0.0152 0.0341
0.069 0.179 0.426 0.903 2.005
P out (Watt)
Gambar 4.7 Grafik efisiensi vs P out
h. Pembahasan
Dari hasil perhitungan dan grafik-grafik diatas maka dapat dilihat bahwa:
1. Daya yang dihasilkan dari berbagai variasi debit menunjukkan bahwa variasi
dengan jumlah debit terbesar menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi juga.
2. Efisiensi debit dilihat dari grafik menunjukkan bahwa kurva masih terus naik
ini menandakan bahwa efisiensi pompa masih belum maksimal.
3. Efisiensi tertinggi didapat pada variasi debit 0,001423 m3/detik dan
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil yang didapat tentang penelitian pompa sebagai turbin ini, dapat
disimpulkan beberapa hal, antara lain:
1. Pada hasil data yang tersedia variasi data kelima dengan debit yang lebih
tinggi dari variasi yang lainnya menghasilkan efisiensi turbin yang lebih
tinggi juga, dan itu dicapai pada daya keluaran 2,005 Watt dengan
efisiensi 0,2636 %.
2. Pada hasil data yang tersedia, pompa memiliki efisiensi maksimal pada
debit > 0,001423 m3/detik.
3. Pada hasil data yang tersedia debit air masukan sangat berpengaruh pada
efisiensi turbin.
4. Dikarenakan dimensi turbin terlalu besar dan tidak sesuai dengan debit air
masukan maka menghasilkan daya keluaran turbin yang kecil dan
mengakibatkan efisiensi turbin juga sangat kecil.
5.2 Saran
Beberapa saran yang penting untuk peneliti yang ingin melanjutkan penelitian
mengetahui efisiensi turbin maksimum karena dilihat dari grafik efisiensi vs
daya,efisiensi masih tetap naik.
2. Melakukan penelitian dengan jenis impeler yang berbeda agar dapat dilihat
perbandingan efisiensi.
DAFTAR PUSTAKA
Sularso dan Kiyokatsu Suga, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, cetakan
ke-9, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1997
Sularso dan Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor, cetakan ke-8, PT. Pradnya Paramita,
Jakarta, 2004
Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor,cetakan ke-5, Pnerbit Erlangga, Jakarta,
1996
