YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN RADIUS SUDU 0,875 INCI DAN JUMLAH SUDU 22

(1)

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Oleh : R. Bayu Nugroho NIM : 055214031

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

ii

FINAL PAPER

Presented as Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering Study Programme

By :

R. Bayu Nugroho Student Number : 055214031

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

v

1. Tuhan yang selalu berperan dalam hidupku 2. Bapak dan Ibu tercinta

3. Kakakku yang selalu mendukungku

(6)

vi

.…..“ Jangan setengah-setengah dalam melakukan sesuatu “……

…..“ Hadapi permasalahan, maka solusi akan muncul “…..

…..“ Kerjakan apa yang bisa dikerjakan, pelajari apa yang bisa dipelajari “…..

(7)

(8)

(9)

ix

dibelah dengan sudut busur tertentu. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari unjuk kerja turbin aliran silang yang digunakan untuk pembangkit listrik.

Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin aliran silang. Sudu turbin dibuat dari pipa dengan diameter 1,75 inch. Diameter runner adalah 98 mm dengan panjang runner 104 mm. Jumlah sudu pada runner 22 buah dan busur sudu 740. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit yaitu 7 l/s; 7,9 l/s; 8,2 l/s; 8,6 l/s;9,5 l/s; 9,6 l/s; 10,7 l/s ; 11,3 l/s dan 12 l/s. Untuk menghasilkan listrik, turbin dihubungkan dengan generator. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan generator pada kondisi generator diberi variasi pembebanan dari 10 W, 20 W, 30 W, 40 W, 50 W, 60 W, 70 W, dan 80 W. Pada setiap pembeban, putaran turbin diukur dengan tachometer.

(10)

x

anugerah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian untuk Tugas Akhir

dengan judul “TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 74o YANG

DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN RADIUS SUDU 0,875 INCI DAN

JUMLAH SUDU 22 ”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk

meraih gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

Pada kesempatan ini penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih yang

sebesar-besarnya kapada:

1. Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T, Dekan Fakultas Sains dan Teknologi dan

Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan dan

pengarahan dalam penyelesaian tugas akhir ini.

2. Budi Sugiharto, S.T.,M.T, ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma, serta sebagai Dosen Pembimbing

Akademik.

3. Segenap Dosen dan Karyawan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah

memberikan banyak bantuan selama proses penelitian Tugas Akhir ini.

4. Drs. Dwi Sujoko M.T., Guru STM Pembangunan yang telah membantu dalam

proses pembuatan runner.

5. Kedua Orang Tua dan kakak yang telah banyak memberikan dorongan dan

(11)

xi saran kepada penulis.

8. Serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu yang telah ikut

membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu

diperbaiki dalam penulisan Tugas Akhir ini, untuk itu penulis mengharapkan

masukan dan kritik, serta saran yang membangun dari berbagai pihak demi

kesempuranaan Tugas Akhir ini. Semoga penulisan Laporan Kerja Praktek ini dapat

bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.

Yogyakarta, 22 Juli 2009

(12)

xii

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ... v

HALAMAN MOTTO ... vi

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA. ... vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... viii

INTISARI ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR TABEL ... xvii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 2

1.3. Tujuan Penelitian ... 2

1.4. Manfaat Penelitian ... 3

BAB II. DASAR TEORI ... 4

(13)

xiii

2.3.2 Pergerakan Air Turbin Aliran Silang ... 11

2.3.3 Perhitungan Dimensi Turbin ... 15

BAB III. METODE PENELITIAN ... 23

3.1. Diagram Alir Penelitian ... 23

3.2. Perancangan Turbin Aliran Silang ... 24

3.3. Pembuatan Alat Uji ... 31

3.3.1 Pembuatan Kerangka Alat Uji ... 31

3.3.2 Pembuatan Roda Jalan ... 32

3.3.3 Perakitan Alat Uji ... 37

3.4. Pengambilan Data ... 39

3.4.1 Alat yang Digunakan ... 39

3.4.2 Cara Kerja Alat Uji ... 40

3.4.3 Variabel yang Diukur ... 42

3.4.4 Variabel yang Divariasikan ... 42

3.4.5 Langkah Kerja Pengambilan Data ... 43

3.4.6 Pengolahan dan Analisis Data ... 45

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 46

4.1. Data Hasil Penelitian ... 46

4.2. Perhitungan Data Hasil Penelitian ... 49

(14)

xiv

5.1 Kesimpulan ... 67

5.2 Saran ... 67

DAFTAR PUSTAKA ... 69

(15)

xv

Gambar 2.1. Runner ... 8

Gambar 2.2. Nozzle ... 9

Gambar 2.3. Rumah Runner ... 9

Gambar 2.4. Motor Induksi ... 10

Gambar 2.5. Turbin Crossflow... 11

Gambar 2.6. Aliran Air Pada Turbin Crossflow ... 12

Gambar 2.7. Defleksi Pergerakan Air Paa Turbin Aliran Silang ... 13

Gambar 2.8. Segitiga Kecepatan pada Turbin Crossflow ... 13

Gambar 2.9. Gabungan Segitiga Kecepatan pada Turbbin Aliran Silang... 14

Gambar 2.10. Kelengkungan Sudu ... 16

Gambar 2.11. Jarak Antar Sudu ... 17

Gambar 2.12. Alur Pancaran Air... 18

Gambar 2.13. Penampang Nozzle... 19

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 23

Gambar 3.2. Sketsa Alat Uji ... 31

Gambar 3.3. Gambar Mal yang Digunakan untuk Membelah Pipa ... 33

Gambar 3.4.Sudu yang Sudah Dibelah ... 33

Gambar 3.5. Piringan Runner ... 34

Gambar 3.6. Poros Runner ... 35

(16)

xvi

Gambar 3.11. Diagram Alir Pengambilan Data ... 44

Gambar 4.1. Grafik Daya vs Putaran pada Tinggi Bukaan Nozzle 9 mm ... 56

Gambar 4.4. Perbandingan Beban Terpakai pasa Variasi Pembebanan ... 60

Gambar 4.5. Grafik Daya vs Putaran Menurut Mockmore ... 61

Gambar 4.6. Grafik Effisiensi vs Putaran pada Tinggi Nozzle 9 mm... 62

Gambar 4.7. Grafik Effisiensi vs Putaran pada Tinggi Bukaan Nozzle 14 mm ... 63

Gambar 4.8. Grafik Effisiensi vs Putaran pada Tinggi Bukaan Nozzle 19 mm ... 63

(17)

xvii

Tabel 3.1. Beberapa Pilihan Ukuran Panjang dan Lebar Runner ... 26

Tabel 3.2 Variasi Debit ... 42

Tabel 4.1. Data Hasil Penelitian dengan Debit 8,2 l/s ... 46

Tabel 4.3. Data Hasil Penelitian dengan Debit 12 l/s ... 47

Tabel 4.5. Data Hasil Penelitian Dengan Debit 9,5 l/s... 48

Tabel 4.6. Tabel Hasil Perhitungan dengan Debit 8,2 l/s ... 50

Tabel 4.8. Tabel Hasil Perhitungan dengan Debit 12 l/s ... 51

Tabel 4.14. Tabel Hasil Perhitungan dengan Debit 12 l/s ... 54

Tabel 4.15. Daya Keluaran Turbin Aliran Silang dengan Busur sudu 74º dan Jumlah Sudu 22 Buah ... 58

(18)

(19)

1

1.1 Latar Belakang

Listrik saat ini sudah menjadi kebutuhan utama manusia. Jarang sekali

melihat peralatan yang tidak menggunakan listrik. Tidak dapat dipungkiri bahwa

listrik memudahkan manusia dalam melakukan pekerjaan. Tetapi kebutuhan

manusia dalam energi listrik tidak diimbangi oleh ketersediaan energi listrik yang

memadahi, sebagai contoh di Indonesia yang masih sering terjadi pemadaman

bergilir khususnya di luar pulau jawa dan di daerah-daerah terpencil.

Krisis energi yang melanda dunia dewasa ini sebagai akibat menipisnya

persediaan batubara dan minyak bumi membuat manusia banyak beralih ke energi

alternatif, salah satunya adalah dengan pemanfaatan energi yang berasal dari air.

Tapi penggunaan energi alternatif ini belum banyak dikenal oleh

masyarakat luas. Hal ini dikarenakan ketergantungan masyarakat atas bahan bakar

yang berasal dari batu bara dan minyak bumi sangat tinggi. Selain itu penggunaan

energi elternatif mempunyai effisiensi yang jauh lebih kecil dan biaya perawatan

yang tidak sebanding dengan hasil yang didapat.

Oleh karena itu penelitian-penelitian tentang pemanfaatan energi alternatif

yang memanfaatkan tenaga air sangat berguna bagi perkembangan teknologi saat

ini yang mengutamakan keramahan lingkungan dan yang terutama mengurangi

(20)

Pada umumnya pemanfaatan energi air adalah dengan menggunakan

turbin, diantaranya turbin aliran silang. Kesulitan pembuatan turbin aliran silang

salah satunya adalah pembuatan sudu yang biasanya menggunakan plat yang

dilengkung. Agar lebih mudah dan murah, pada penelitian ini akan dicoba sudu

bukan dibuat dari plat yang dilengkung melainkan pipa yang dibelah. Diharapkan

hasil penelitian ini dapat dimanfaatkan dan diaplikasikan oleh masyarakat luas.

1.2 Rumusan Masalah

Pada umumnya sudu turbin aliran silang dibuat dari plat yang dilengkung.

Pada penelitian ini akan dicoba dibuat sudu turbin dari pipa yang dibelah dengan

busur sudu 74°, radius sudu 0,875 inci dan jumlah sudu 22 buah. Turbin akan

diteliti unjuk kerjanya pada variasi debit dan beban alternator.

1.3 Tujuan

Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk :

1. Mengetahui unjuk kerja turbin aliran silang dengan busur sudu 74°, radius

sudu 0,875 inchi dan jumlah sudu 22 buah pada kisaran putaran turbin 386

rpm - 421 rpm. Unjuk kerja yang dimaksud adalah mengetahui daya dan

effisiensi terbesar dari turbin tersebut.

2. Membandingkan unjuk kerja yang dihasilkan dengan unjuk kerja dari

turbin aliran silang yang sudunya terbuat dari plat yang dilengkung dengan

(21)

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :

1. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit tenaga listrik.

2. Ikut serta dalam upaya memasyarakatkan pemanfaatan energi alternatif.

terutama pemanfaatan energi yang berasal dari air.

3. Menjadi referensi dalam pembuatan turbin aliran silang di daerah-daerah

(22)

4 2.1 Tinjauan Pustaka

Unjuk kerja turbin crossflow dipengaruhi oleh banyak parameter antara lain jumlah sudu, sudut pancaran air masuk, sudut keluar, posisi pancaran air masuk,

lintasan aliran air di dalam turbin, rasio lebar dan diameter runner, rasio diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur runner maupun nozzle. Penelitian tentang turbin crossflow banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat dari plat yang dilengkung. Turbin crossflow yang dilengkapi dengan saluran pengarah di dalam runnernya pernah dibuat dan diuji (Olgun, 2000). Saluran pengarah dibuat dengan tujuan untuk

mengumpulkan dan mengarahkan air yang keluar dari sudu atas agar dapat menuju

sudu bawah dengan lebih baik. Tiga bentuk saluran telah dibuat dan diuji dengan

berbagai variasi posisi saluran pengarah serta variasi bukaan nozzle. Penambahan saluran didalam runner ternyata tidak menaikkan efisiensi tetapi justru menurunkan efisiensi turbin crossflow sebesar 5 %.

Penelitian terhadap pengaruh perbandingan diameter dalam dan diameter luar

(23)

adalah 0,75; 0,67; 0,58; dan 0,54. Sudut masuk pancaran air dipilih sebesar 16o. Hasil

penelitian menunjukkan bahwa efisiensi tertinggi dicapai pada perbandingan 0,75 dan

terendah pada perbandingan 0,54 dengan perbedaan sebesar 3%. Efisiensi tertinggi

yang bisa dicapai adalah sebesar 72%.

Penelitian terhadap pengaruh sudut nozzle menunjukkan bahwa efisiensi akan semakin besar jika sudut nozzle semakin besar (Khosrowpanah, 1988). Penelitian ini menggunakan 3 buah runner dengan jumlah sudu 20, 15 dan 10 serta 1 buah runner dengan diameter setengah dari diameter runner yang lain, sedangkan jumlah sudunya 20. Dari penelitian ini juga didapatkan bahwa efisiensi tertinggi dari tiap runner dicapai pada kecepatan spesifik yang sama. Semakin banyak jumlah sudu akan

memberikan efisiensi yang semakin tinggi, namun jumlah sudu tersebut ada batasnya.

Untuk sudut nozzle tertentu efisiensi maksimum dicapai pada jumlah sudu tertentu. Ada jumlah sudu optimum untuk sudut nozzle tertentu (Joshi,1995).

Penelitian turbin menggunakan sudu yang dibuat dari pipa dibelah telah

dilakukan (Sutarja, 2009). Runner yang diuji memiliki sudut busur sudu 74º, radius sudu 0,875 inci dan jumlah sudu 18 buah. Diameter luar runner 98 mm dan panjang runner 104 mm. Hasil dari penelitian menunjukkan daya maksikmal yang dapat dicapai adalah 68,9 Watt dan effisiensi terbesar adalah 17,26 %.

(24)

2.2 Pengertian Turbin Air

Turbin air adalah suatu alat yang mengkonversi energi potensial menjadi

energi mekanik. Karena energi yang dimanfaatkan adalah energi yang berasal dari

air, maka energi potensial yang dimaksud adalah energi potensial air sedangkan

energi mekanik yang dihasilkan digunakan untuk menggerakkan generator yang

dapat menghasilkan listrik.

Turbin air secara umum dapat dikelompokkan menjadi turbin impuls dan

turbin reaksi. Macam-macam turbin impuls antara lain : turbin pelton, turbin turgo,

dan turbin aliran silang ( crossflow ) sedangkan macam-macam turbin reaksi antara lain : turbin francis dan turbin Kaplan. Untuk selanjutnya yang akan dibahas adalah

mengenai turbin aliran silang ( crossflow ).

2.3 Turbin Aliran Silang

Dikatakan turbin aliran silang karena turbin jenis ini mengambil energi air dua

kali yaitu melalui sudu atas dan sudu bawah. Pancaran air masuk turbin melalui

bagian atas, memberikan energi ke sudu sehingga sudu berputar menggerakkan

runner, kemudian masuk secara menyilang ke bagian dalam turbin dan keluar melalui

bagian bawah turbin.

(25)

atau ada juga yang menyebut dengan nama turbin Ossberger sesuai dengan nama

perusahaan yang memproduksinya.

Turbin Crossflow atau turbin aliran silang merupakan salah satu jenis turbin impuls. Dapat disebut turbin impuls karena setelah membentur sudu, kecepatan aliran

berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impuls). Pada turbin impuls tekanan

aliran air yang keluar dari nozzle sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua

energi tinggi tempat dan tekanan yang ada diubah menjadi energi kecepatan.

Turbin crossflow terdiri dari dua bagian utama yaitu nosel dan runner. Turbin crossflow menggunakan nosel persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. Pancaran air dari nosel masuk turbin dan mengenai sudu sehingga

terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis.

Turbin crossflow baik sekali digunakan untuk pusat tenaga air kecil dengan

daya ± 750 kW, tinggi jatuh air 1 m sampai dengan 200 m, kapasitas aliran air antara

0,02 m3 / detik sampai dengan 7 m3 / detik dan kecepatan putarnya antara 60 rpm

sampai dengan 200 rpm tergantung pada diameter roda.

2.3.1 Bagian-Bagian Turbin Aliran Silang

(26)

1. Roda Jalan

Roda jalan ( runner ) merupakan bagian turbin yang paling penting karena pada bagian inilah yang dapat mengerakkan generator sehingga dapat

menghasilkan listrik. Roda jalan (runner) turbin aliran silang terdiri dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. Dalam penelitian

ini, sudu yang digunakan berasal dari pipa hitam yang dibelah.

Gambar 2.1 Runner

2. Nozzle

Nozzle berfungsi untuk mengarahkan air agar sudu sepanjang runner seluruhnya terkena air yang masuk, oleh karena itu diusahakan panjang nozzle sama dengan panjang runner . Fungsi lain dari nozzle adalah untuk mengatur

(27)

Gambar 2.2 Nozzle

3. Rumah Runner

Rumah runner adalah tempat untuk menempatkan runner agar dapat berputar dengan baik. Pada rumah runner terdapat bantalan untuk mengurangi gesekan ketika poros runner berputar dan membuatnya berputar pada posisi

yang sama ( tidak oleng ).

(28)

Untuk dapat menghasilkan listrik, turbin harus dilengkapi dengan generator.

Generator terdiri dari 2 macam yaitu generator sinkron dan generator asinkron. Untuk

pembangkit listrik pada PLTMH dengan kapasitas yang kecil, generator asinkron

lebih handal dibandingkan dengan generator sinkron. Namun kelemahan utama

generator asinkron adalah tidak adanya magnet permanen. Generator asinkron yang

biasa digunakan adalah motor induksi. Motor induksi inilah yang juga digunakan

dalam penelitian ini.

Motor induksi umumnya berputar dengan kecepatan konstan mendekati

kecepatan sinkronnya. Perubahan beban pada motor induksi akan mempengaruhi

putaran motor induksi. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perubahan frekuensi

yang menimbulkan perubahan tegangan. Semakin bertambah beban yang diterima

motor induksi, tegangan akan semakin turun. Dari motor induksi dapat di ukur arus

(I) dan tegangan keluaran (V) yang kemudian digunakan untuk menentukan besarnya

daya yang dihasilkan.

(29)

2.3.2 Pergerakan Air pada Turbin Aliran Silang

Gambar 2.5 Turbin Crossflow (http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf )

Dari Gambar 2.5 dapat dilihat bahwa pancaran air dari nosel masuk ke

rumah runner dan mengenai sudu turbin, memutar runner sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Pancaran air masuk turbin

melalui bagian atas, memberikan energi ke sudu kemudian masuk ke bagian

dalam turbin dan keluar melalui bagian bawah turbin. Turbin mengambil

energi air dua kali yaitu melalui sudu atas dan sudu bawah. Pada bagian atas

turbin mengambil energi sebesar 72 % dan pada bagian bawah turbin

(30)

Gambar 2.6 Aliran air pada turbin Crossflow (Mockmore, 1949, hal. 6)

Pada Gambar 2.6 diasumsikan bahwa air yang masuk membentur sudu

runner pada titik A membentuk sudut α terhadap kecepatan kelilingnya. Indeks

u pada gambar 2 adalah kecepatan keliling runner dan β adalah sudut antara kecepatan relatif air dengan kecepatan keliling runner. Kecepatan air yang masuk runner ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

V1=C (2gH)½ (Mockmore,1949,hal 6) ..……... 2.1

Dengan :

V1 = kecepatan air masuk runner kecepatan absolut ( ft / s )

C = Koefisien kerugian pada nozzle

g = Percepatan grafitasi ( ft / s2 )

(31)

Namun pada prakteknya, alur pergerakan air pada turbin aliran silang

tidak seperti yang terdapat dalam Gambar 2.6 karena ternyata terdapat

defleksi sebesar θ seperti dalam Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Defleksi pada pergerakan air pada Turbin Aliran Silang (Mockmore, 1949, hal. 8)

Untuk menganalisis pergerakan air pada saat melintasi sudu runner suatu

turbin aliran silang dapat menggunakan segitiga kecepatan.

(32)

Sudut β1 pada gambar 2.6 ditentukan oleh nilai α1, V1, dan u1.

Jika u1 = ½ V1 cos α1 (Mocmore, 1949, hal.10)... 2.2

maka tan β2 = 2 tan α1 (Mocmore, 1949, hal.10)... 2.3

Untuk menghasilkan effisiensi tertinggi sudut masuk α1 dibuat 16º dan

biasanya untuk perhitungan-perhitungan, sudut α1 di asumsikan 16º.

Jika α1 = 16º, maka harga β1 = 29o, 30o atau 50o atau nilai pendekatan.

(Mockmore, 1949, hal 10).

Β2’ adalah sudut sudut keluar sisi atas pada keliling dalam runner. Dengan asumsi v1 = v2 dan α1 = α2, maka besarnya β2’ = 90o untuk membuat

aliran pancaran air radial.

(33)

2.3.3 Perhitungan Dimensi Turbin

C = Koefisien nosel, biasanya bernilai 0,98

k = Faktor koreksi, biasanya bernilai 0,087

H = Head ketinggian (ft)

N = Putaran turbin (rpm), dan L dalam inchi

c. Perbandingan panjang dan diameter turbin

(34)

Q = Debit aliran air (cfs)

H = Head ketinggian (ft)

D1 = Diameter luar runner ( inchi )

d. Jari-jari kelengkungan sudu (ρ)

1

326 ,

0 ⋅r

=

ρ (Mockmore, 1949, hal 15)...2.7

Dengan :

r1 = jari-jari luar runner (inci), ρ dalam inchi

(35)

e. Lebar sudu (a )

1

17 ,

0 D

a = ⋅ _{(Mockmore, 1949, hal.12)...2.8}

f. Jarak antar sudu (t)

1 1 k D

s = ⋅ (Mockmore, 1949, hal .14) ...2.9

1 1

sin ⋅

=

β

s t

(Mockmore, 1949, hal.10) ...2.10

S1 = Jarak antar sudu pada pancaran air masuk ( inchi ), t dalam inchi

(36)

g. Jumlah sudu (n)

(37)

j. Efisiensi maksimal turbin (εmax )

k. Tinggi Penampang Nosel

Penampang nozzle berbentuk persegi panjang. Panjang nozzle sama dengan panjang runner.

1

Gambar 2.13 Penampang Nozzle

Dengan :

(38)

l. Sudut pusat sudu jalan (δ)

Urutan dalam menghitung diameter poros yang diperlukan adalah :

(39)

2

s τ (Sularso,2004,hal.8)...2.22

Dengan :

Kt = Faktor koreksi

Cb = Faktor koreksi akibat pembebanan, ds dalam mm

n. Rumus perhitungan untuk pengolahan data

(40)

Dengan :

V = Tegangan terukur ( volt )

I = Arus terukur ( ampere ), Pout dalam watt

• Effisiensi total ( η )

Pin Pout

=

η

• Kecepatan spesifik ( nq )

75 , 0 H

Q N

nq = ( Fritz Dietzel, 1993, hal.20 ) ...2.24

(41)

23

3.1 Diagram Alir Penelitian

Diagram alir untuk penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut :

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

MULAI

STUDI PUSTAKA

PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG

PEMBUATAN TURBIN ALIRAN SILANG

PENGAMBILAN DATA

PENGOLAHAN DATA

PEMBAHASAN DAN PENARIKAN KESIMPULAN

(42)

3.2 Perancangan Turbin Aliran Silang

Dalam perancangan turbin aliran silang diperlukan parameter yang sudah

diketahui sebagai dasar untuk perhitungan-perhitungan parameter lain. Dalam

perancangan ini, parameter yang sudah diketahui adalah :

a. Tinggi tekan / head ( H ) = 4,5 meter = 14, 765 ft

h. Percepatan gravitasi = 32,18 ft/s2

(43)

b. Radius sudu ( ρ )

Radius sudu yang akan diteliti pada awalnya adalah 0,75 inci. Untuk

mendapatkan radius sudu 0,75 inci, diameter pipa yang digunakan adalah 1,5

inci. Tetapi ukuran tersebut adalah ukuran nominal saja karena pada

kenyataannya diameter pipa tersebut adalah 1,75 inci. Sehingga radius sudu

kenyataan adalah :

ρ =0,5×d1 digunakan perbandingan harga L dan D1 dimana harga L/D1 dicari yang

mendekati 1 dan hasil perkaliannya adalah 15,466 inci ( hasilperhitungan di

atas ).

Berikut ini adalah beberapa pilihan ukuran panjang dan diameter runner

(44)

Tabel 3.1. Beberapa Pilihan Ukuran Panjang dan Lebar Runner

Dari beberapa pilihan di atas, ukuran yang dipilih adalah 3,86 inci untuk

diameter luar runner. Sehingga didapatkan panjang runner 4,01 inci. Tetapi karena menyesuaikan dengan ukuran rumah runner, maka panjang runner

yang digunakan adalah 4,094 inci. d. Kecepatan putar runner ( N )

Kecepatan runner di atas adalah kecepatan putar runner tanpa beban.

e. Lebar nozzle ( so )

(45)

a inch ( dalam penelitian, lebar sudu yang dipakai adalah 0,95 inci )

k. Diameter dalam runner ( D2 )

(46)

(47)

o. Perhitungan Poros

Harga sf2 brnilai 1,3-3 untuk mempertimbangkan pengaruh konsentrasi

(48)

= 3

= 15,27 mm ( Diameter poros yang digunakan 25 mm ).

Kt dipilih = 1,5 karena diperkirakan terjadi sedikit kejutan atau

tumbukan (Sularso,2004, hal.8).

Cb = 1,2 karena diperkirakan terjadi sedikit pembebanan lentur

(Sularso,2004, hal.8).

Dari perhitungan-perhitungan di atas, didapatkan geometri turbin :

a. Radius sudu = 0,875 inci

(49)

3.3 Pembuatan Alat Uji

3.3.1 Pembuatan Kerangka Alat Uji

Kerangka turbin digunakan untuk menempatkan generator, puli, pompa,

bak penampungan air, dan unit turbin.

Proses pembuatan kerangka turbin adalah sebagai berikut:

1. Mengukur rangka dudukan generator, puli, rumah turbin dan bak

penampungan air.

2. Membuat sketsa rangka dan menggambar kerangka.

(50)

3. Membeli bahan yang diperlukan, di antaranya besi L dan plat besi.

4. Memotong bahan sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan.

5. Membuat lubang untuk baut dengan mesin bor.

6. Semua potongan dilas dan dibentuk sesuai dengan sketsa.

7. Mengelas dudukan roda dan memasang roda.

8. Bak penampungan air dibuat dan dipasang pada rangka sesuai sketsa.

9. Pengecatan kerangka turbin.

3.3.2 Pembuatan Roda Jalan

Bagian penting dari turbin aliran silang yaitu runner atau roda jalan. Proses pembuatan roda jalan memerlukan tahapan-tahapan tertentu dan berbeda-beda.

Tahapan yang dilakukan penulis dalam membuat roda jalanyaitu :

1. Pembuatan Sudu

Sudu turbin dibuat dari pipa yang dibelah. Pipa yang digunakan

berdiameter 1,75 inci, panjang pipa untuk sudu adalah 104 mm sesuai panjang

runner perancangan dan tebal 1,5 mm. Pipa yang akan dibelah diberi mal dan

digaris. Tujuannya untuk memudahkan dalam pembelahan. Mal dibuat dengan

menggunakan program solidwork. Pipa kemudian dibelah dengan

(51)

Gambar 3.3 Gambar Mal yang Digunakan untuk Membelah Pipa

Dari gambar 3.2 dapat dilihat bahwa dari 1 buah pipa berdiameter 1,75

inci yang dibelah dengan sudut masing-masing 74º menghasilkan 4 buah sudu

dan satu bagian yang dihilangkan. Jumlah sudu yang dibutuhkan adalah 22

buah.

Gambar 3.4 Pipa yang sudah dibelah Menjadi Sudu Bagian pipa yang tidak

(52)

2. Pembuatan Piringan

Piringan digunakan sebagai tempat menempelnya sudu-sudu turbin.

Piringan roda jalan dibuat dari plat besi dengan diameter 98 mm dan tebal 5

mm dan berjumlah 2 buah.

Gambar 3.5 Piringan Runner

Piringan yang dibuat menyerupai piringan pada roda jalan turbin buatan

Cihanjuang baik ukuran maupun bentuknya. Hal ini bertujuan agar roda jalan

dapat dipasang pada rumah runner. 3. Pembuatan Poros

Poros dibuat dari besi pejal dengan panjang 290 mm dan diameter 28

mm. Pembuatan poros menggunakan mesin bubut. Poros dibentuk sesuai

(53)

Gambar 3.6 Poros Runner

Bagian tengah poros yang digunakan dalam penelitian kali ini dibuat

kecil dengan diameter 9 mm. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya

pancaran air terhambat oleh poros sehingga mengakibatkan aliran tidak silang.

4. Pembuatan Alur Sudu

Alur yang dibuat pada piringan bertujuan untuk memudahkan

pemasangan sudu pada kedua piringan sehingga sudu yang dipasang dapat

presisi. Alur dibuat menggunakan mesin CNC dan berjumlah 22 buah sesuai

dengan jumlah sudu.

(54)

5. Perakitan Roda Jalan (runner)

Komponen runner yang sudah dibuat kemudian dilas dengan menggunakan las listrik. Piringan dipasang pada poros, berhadapan dengan

jarak 104 mm. Pengelasan harus dilakukan dengan benar dan teliti agar

hasilnya simetris dan tidak oleng.

Piringan yang sudah di buat alur kemudian dipasangi sudu satu persatu

dengan cara dilas listrik. Langkah terakhir adalah finishing dengan menggunakan mesin bubut dan gerinda tangan, tujuannya agar permukaan

turbin dan harapannya runner dapat berputar seimbang (balance).

(55)

3.3.3 Perakitan Alat Uji

Tahap terakhir sebelum penelitian dilakukan adalah perakitan alat uji. Alat

uji yang akan dirakit meliputi : unit turbin, unit generator, transmisi dari turbin ke

generator yang berupa pulley dan belt, pompa dan pipa saluran air, dan unit

kelistrikan.

a. Pemasangan unit turbin dan unit pulley turbin

Rumah turbin dipasang pada kerangka dan dudukan yang telah

ditetapkan. Rumah turbin dipasang tepat diatas bak penampungan air. Sebelum

pemasangan rumah turbin pada kerangka, sebaiknya diberi sealan agar tidak terjadi kebocoran pada sambungan selanjutnya baut dipasang.

Setelah rumah turbin dipasang, pulley turbin dipasang. Pemasangan pulley harus lurus dengan poros turbin. Tujuannya agar putaran turbin dapat maksimal.

b. Pemasangan unit generator dan unit pulley generator

Pemasangan pertama yang dilakukan yaitu pemasangan pulley generator. Pulley generator harus dipasang simetris dengan pulley turbin. Pulley generator diatur agar sabuk tidak kendur. Hal ini bertujuan agar pada saat pulley berputar sabuk tidak lepas. Bila sudah pas kemudian dikencangkan dengan baut.

Tahap selanjutnya adalah pemasangan generator. Saat pemasangan

(56)

dengan poros turbin agar putaran balance. Jika sudah tepat, generator dikencangkan dengan baut.

c. Pemasangan pompa dan pipa saluran air

Pompa yang digunakan ada dua buah dan dipasang paralel. Pompa

dipasang pada tempat yang telah ditentukan. Saluran hisap pompa harus

dipasang sejajar dengan lubang pada bak penampungan. Saluran buang pipa

dibuat dua, satu untuk masuk nozzle dan satu untuk pembuangan ke bak. Pemasangan pipa harus sejajar dengan masukan nozzle dan tegak lurus agar tidak terjadi kebocoran.

d. Pemasangan rangkaian listrik

Rangkaian listrik yang digunakan sederhana, hanya menghubungkan

rangkaian dari generator ke Panel Hubung Bagi (PHB) dan selanjutnya ke

(57)

Gambar 3.9 Alat Uji

3.4 Pengambilan Data 3.4.1 Alat yang Digunakan

a. Runner yang akan diteliti unjuk kerjanya

b. Rumah turbin yang sudah menjadi kesatuan dengan nozzle yang penampangnya berbentuk persegi panjang.

c. Dua buah pompa air berkapasitas masing-masing 600 liter/menit, daya

(58)

d. Motor induksi 3 phase, daya 0,5 HP, dan putaran 1390 rpm. Motor induksi

ini yang akan dijadikan generator.

e. Lampu sebagai beban dengan daya masing-masing lampu 10, 20, 30, 40,

50, 60 watt, dst.

f. Transmisi sabuk dan pulley dengan angka transmisi 1 : 2.

g. Pipa PVC berdiameter 2 inch dan water mur sebagai pipa penstock..

h. Tang ampere yang digunakan untuk mengukur arus yang menuju ke

beban.

i. Alat ukur rpm (tachometer). j. Panel Hubung Bagi (PHB).

3.4.2 Cara Kerja Alat Uji

Turbin aliran silang akan bekerja jika ada aliran air yang memiliki

ketinggian head seperti aliran sungai atau air terjun. Pada penelitian ini, aliran sungai akan diganti dengan pompa listrik yang berkapasitas 10 l/s dan head 22 m. Pompa yang digunakan berjumlah dua buah. Penambahan pompa dikarenakan

(59)

Gambar 3.10 Sistem Kerja Alat Uji Turbin

Keterangan :

: Aliran air

: Urutan kerja alat uji

Turbin aliran silang yang digunakan dalam penelitian menggunakan

sistem aliran tertutup. Air yang melewati turbin akan digunakan kembali dalam

proses selanjutnya. Pompa akan megalirkan air yang ditampung pada sebuah bak

dengan kapasitas 240 liter. Air akan dipompa menuju ke nozzle melalui pipa penstock berdiameter 2 inch. Untuk mengatur debit dipasang dua buah kran pada sisi buang dan sisi masuk nozzle. Sedangkan untuk mengatur nozzle menggunakan kontrol yang terdapat pada rumah turbin.

Pompa Air

Nozzle Turbin Generator

PHB

Beban Bak Penampungan

(60)

Air yang masuk ke nozzle akan menyembur mengenai sudu-sudu turbin. Air akan memutar turbin dan akan kembali dalam bak penampungan. Turbin yang

berputar akan menggerakan pulley turbin dan selanjutnya akan menggerakkan pulley generator dan memutar generator. Generator yang berputar akan menyebabkan terjadinya perbedaan medan magnet sehingga menghasilkan listrik.

Arus listrik akan disalurkan menuju PHB (Panel Hubung Bagi). Dari PHB arus

akan dialirkan menuju beban. Beban akan bekerja ( menyala ) jika tegangan yang

dihasilkan mencukupi.

3.4.3 Variabel yang Diukur

1. Putaran Generator

2. Tegangan yang dihasilkan generator.

3. Arus yang dihasilkan generator.

4. Tekanan air.

3.4.4 Variabel yang Divariasikan

1. Variasi debit air pada bukaan kran penuh, setengah dan kecil untuk setiap

tinggi bukaan nozzle nozzle. Tinggi bukaan nozzle yang digunakan adalah

: 9 mm, 14 mm, 19 mm.

Debit air terukur untuk bukaan kran penuh, setengah dan kecil pada

(61)

Tabel 3.1 Variasi Debit

Bukaan : Penuh Bukaan : Setengah Bukaan : Terkecil T.Bukaan Debit T.Bukaan Debit T.Bukaan Debit

Nosel Nosel Nosel

9 mm 8,2 l/s 9 mm 7,9 l/s 9 mm 7 l/s 14 mm 10,7 l/s 14 mm 9,5 l/s 14 mm 8,6 l/s 19 mm 12 l/s 19 mm 11,3 l/s 19 mm 9,6 l/s

2. Beban generator, berupa lampu dengan daya: 10 watt, 20 watt, 30 watt, 40

watt, 50 watt, 60 watt, dst ( kelipatan 10 watt ).

3.4.5 Langkah Kerja Pengambilan Data

Langkah kerja untuk pengambilan data adalah seperti diagram alir pada

(62)

Gambar 3.11 Diagram Alir Pengambilan Data 7. Hidupkan beban 10W

d

c

b

13. Matikan pompa air

Selesai 11. Variasi tinggi Bukaan nozzle : 14 mm;19 mm 9. Variasi beban : 20;30;40;50 ;60W,dst

10. Matikan beban

12. Variasi bukaan kran :

6. Ukur tekanan air

8. Ukur V,I, Ngenerator 1. Pasang runner

padarumah runner

(63)

3.4.6 Pengolahan dan Analisis Data

Setelah pengambilan data dilakukan, maka dilakukan pengolahan data sebagai

berikut :

1. Menghitung daya yang tersedia untuk setiap variasi debit dan beban.

2. Menghitung daya yang dihasilkan generator untuk tiap variasi beban dan

debit.

3. Menghitung efisiensi total untuk tiap variasi beban dan debit.

4. Membandingkan daya maksimum dan effisiensi total dengan turbin aliran

silang dengan sudu yang dibuat dari plat dilengkung, busur sudu 74°, dan

(64)

46 4.1. Data Hasil Penelitian

Turbin yang akan diuji unjuk kerjanya berjumlah 2 buah. Pertama adalah

turbin buatan sendiri, yaitu turbin yang sudunya terbuat dari pipa dibelah dengan

busur sudu 74°, radius sudu 0,875 inci dan jumlah sudu 22 buah. Sedangkan turbin

kedua adalah turbin buatan cihanjuang, yaitu turbin yang sudunya terbuat dari plat

dilengkung dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 buah. Hal ini bertujuan

sebagai perbandingan dari unjuk kerja turbin buatan sendiri yang menjadi objek

penelitian tersebut.

Data hasil penelitian dari turbin aliran silang dengan sudu yang dibuat dari

pipa yang dibelah dengan busur 74°, radius sudu 0,875 inchi dan jumlah sudu 22

buah adalah :

a. Bukaan kran penuh dengan variasi tinggi nozzle 9 mm, 14 mm, dan 19

mm ( debit 8,2 l/s, 10,7 l/s, 12 l/s )

.

(65)

Tabel 4.1 “lanjutan”

Debit = 8,2 l/s T,Nozzle = 9 mm Beban

(watt) Tegangan (volt)

Arus

Tabel 4.2 Data Hasil Penelitian dengan Debit 10,7 l/s Debit = 10,7 l/s T.Nozzle = 14 mm

(66)

b. Bukaan kran sebagian dengan variasi tinggi nozzle 9 mm, 14 mm, dan

19 mm ( debit 7,9 l/s, 9,5 l/s, 11,3 l/s ).

Tabel 4.4 Data Hasil Penelitian dengan Debit 7,9 l/s Debit = 7,9 l/s T.Nozzle = 9 mm

Tabel 4.5 Data Hasil Penelitian dengan Debit 9,5 l/s Debit = 9,5 l/s T,Nozzle = 14 mm

Untuk variasi debit 11,3 l/s tidak didapatkan data.

c. Bukaan kran kecil dengan variasi tinggi nozzle 9 mm, 14 mm, dan 19

mm ( debit 7 l/s, 8,6 l/s, 9,6 l/s ).

(67)

4.2 Perhitungan Data Hasil Penelitian

Berdasarkan data hasil penelitian, kemudian dilakukan perhitungan untuk

mendapatkan daya yang tersedia ( Pin ), daya yang dihasilkan turbin ( Pout ),

effisiensi total ( ηtot ), dan kecepatan spesifik ( nq ).

Contoh perhitungan debit 8,2 l/s untuk beban 10 W :

(68)

Tegangan terukur ( V ) = 175 V

Hasil perhitungan untuk beban lainnya disajikan dalam tabel-tabel berikut :

a. Pada bukaan kran penuh :

(69)

Tabel 4.7 Tabel Hasil Perhitungan Data dengan Debit 10,7 l/s

Tabel 4.8 Tabel Hasil Perhitungan Data dengan Debit 12 l/s Head = 2,11 m H2O

b. Pada bukaan kran setengah :

(70)

Tabel4.9 “ Lanjutan”

Tabel 4.10 Tabel Hasil Perhitungan Data dengan Debit 9,5 l/s Head = 2,81 m H2O

Untuk perbandingan, maka akan disertakan juga hasil penelitian turbin

aliran silang dengan busur sudu 74º dan jumlah sudu 28 buah. Tetapi data yang

disajikan hanya data yang dijadikan perbandingan saja.

Tabel 4.11 Tabel Hasil Perhitungan Data dengan Debit 10,7 l/s Head = 3,87 m H2O

Beban P in P out η total nq

( Watt ) ( Watt ) ( Watt ) ( % ) ( rpm )

10 405,90 22,8 4,31 32,08

(71)

Tabel 4.11 “ Lanjutan”

(72)

Tabel 4.13 Tabel Hasil Perhitungan Data dengan Debit 9,5 l/s

Tabel 4.14 Tabel Hasil Perhitungan Data dengan Debit 12 l/s Head = 2,11 m H2O

Pembahasan nanti akan banyak berbicara mengenai daya dan effisiensi turbin

terbesar yang dapat dicapai oleh turbin aliran silang dengan sudu yang dibuat dari

(73)

Unjuk kerja turbin tersebut akan dibandingkan dengan turbin aliran silang

dengan sudu yang dibuat dari plat dilengkung dengan busur sudu 74° dan jumlah

sudu 28 buah.

Dari data-data hasil penelitian dan perhitungan, dapat dilihat bahwa semakin

bertambah daya, maka tegangan akan semakin turun. Hal ini sesuai dengan teori

awal yang sudah dibahas pada bab II, bahwa semakin besar beban yang diterima

motor induksi,maka tegangan akan semakin turun.

Dari tabel data hasil penelitian juga dapat dilihat bahwa arus akan semakin

besar seiring dengan bertambahnya beban. Hal ini sesuai dengan teori, semakin

besar beban semakin besar arus yang dibutuhkan.

Semakin besarnya arus yang dibutuhkan beban pada akhirnya tidak dapat

disediakan oleh generator meskipun tegangan masih terbaca (masih ada nilainya).

Hal inilah yang membuat beban tidak menyala ketika tegangan turun hingga

mencapai 130 volt.

Kemungkinan lain adalah panel hubung bagi tidak dapat bekerja ketika

tegangan hanya sekitar 130 volt ( alat hanya bekerja ketika tegangan mencapai 130

V atau lebih ).

4.3.1 Pembahasan Daya

Dari data hasil perhitungan-perhitungan diatas dapat dibuat grafik antara

daya dan putaran generator untuk turbin aliran silang dengan busur sudu 74° dan

(74)

Gambar 4.1 Grafik Daya vs Putaran pada Tinggi Bukaan Nozzle 9 mm

(75)

Gambar 4.3 Grafik Daya vs Putaran pada Tinggi Bukaan Nozzle 19 mm

Dari perhitungan data, didapatkan bahwa daya keluaran terbesar yang

didapatkan oleh turbin aliran silang dengan sudu dari pipa dibelah dengan

busur sudu 74°, radius sudu 0,875 dan jumlah sudu 22 buah adalah 54,6 watt.

Daya tersebut didapatkan pada variasi debit 10,7 l/s.

Putaran yang dipakai pada grafik adalah putaran turbin, yaitu setengah

dari putaran generator. Hal ini disebabkan karena angka perbandingan

(76)

Tabel 4.15 Daya Keluaran Terbesar pada Turbin Aliran Silang dengan Busur Sudu 74° dan Jumlah Sudu 22 Buah

Head = 3,52 m H2O

Sebagai perbandingan, pada variasi debit yang sama untuk turbin aliran

silang dengan sudu dari plat yang dilengkung dengan busur sudu 74° dan

jumlah sudu 28 buah ( turbin buatan cihanjuang ) daya keluaran terbesar

yang didapatkan adalah sebesar 66,3 watt.

Tabel 4.16 Daya Keluaran Turbin Aliran Silang dengan Busur Sudu 74° dan Jumlah Sudu 28 Buah pada Variasi Debit 10,7 l/s

(77)

Tabel 4.16 “ lanjutan”

Head = 3,87 m H2O

Beban P in P out η total nq

( Watt ) ( Watt ) ( Watt ) ( % ) ( rpm )

100 405,90 60,75 14,97 31,43

110 405,90 66,30 16,33 31,03

Apabila dibuat persentase untuk variasi debit yang sama, maka daya

keluaran turbin dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 buah 21,43%

lebih baik dibanding daya keluaran dari turbin dengan busur sudu 74° dan

jumlah sudu 22 buah.

Sedangkan untuk perbandingan daya keluaran terbesar yang dapat

dicapai oleh turbin dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 buah terjadi

peningkatan daya sebesar 28,57 % dibandingkan dengan turbin dengan busur

sudu 74° dan jumlah sudu 22 buah. Daya keluaran terbesar yang dapat

dicapai oleh turbin dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 buah adalah

(78)

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Daya pada Variasi Debit 10,7 l/s dan variasi beban

Menurut Mockmore, daya akan bertambah seiring dengan

bertambahnya putaran hingga mencapai titik maksimum. Setelah itu daya

akan turun meskipun putaran bertambah.

Dari Gambar 4.1, belum terlihat titik maksimum yang dimaksud karena

grafik belum berbentuk parabola. Hal ini berarti sebenarnya daya terbesar

yang didapat, yaitu sebesar 54,6 W bukanlah daya maksimum yang dapat

(79)

Jika mengacu pada grafik daya vs putaran menurut mockmore, kisaran

putaran pada percobaan ini adalah sekitar 300-400 rpm saja. Dapat dikatakan

bahwa batasan untuk percobaan yang dilakukan masih sangat kecil.

Gambar 4.5 Grafik Daya vs Putaran Menurut Mockmore

Tidak didapatkannya daya maksimum yang mestinya dicapai turbin ini

karena beban tidak menyala pada saat tengangan turun hingga mencapai 130 volt

(80)

Jika ingin mendapatkan daya terbesar dan grafik seperti Gambar 4.5 maka

seharusnya daya keluaran yang dihitung adalah daya keluaran langsung dari turbin,

bukan dari generator.

4.3.2 Pembahasan Effisiensi

Dari data hasil perhitungan-perhitungan diatas dapat dibuat grafik antara

effisiensi dan putaran generator untuk turbin aliran silang dengan busur sudu 74°

dan jumlah sudu 22 buah:

(81)

Gambar 4.7 Grafik Effisiensi vs Putaran pada Tinggi Bukaan Nozzle 14 mm

(82)

Dari perhitungan data didapatkan effisiensi terbesar yang didapatkan

oleh turbin aliran silang dengan sudu dari pipa dibelah dengan busur sudu

74°, radius sudu 0,875 dan jumlah sudu 22 buah adalah 16,368 %. Effisiensi

terbesar tersebut didapatkan pada variasi debit 9,5 l/s.

Tabel 4.17 Tabel Effisiensi Terbesar Turbin Aliran Silang dengan Busur Sudu 74° dan Jumlah Sudu 22 Buah

P in

Effisiensi terbesar tersebut tidak dicapai pada variasi debit dimana daya

keluaran terbesar terjadi.

Sebagai perbandingan, pada variasi debit yang sama untuk turbin aliran

silang dengan sudu dari plat yang dilengkung dengan busur sudu 74° dan

jumlah sudu 28 buah ( turbin buatan cihanjuang ) effisiensi terbesar yang

didapatkan adalah 18,54 % atau 13,3 % lebih besar dibanding effisiensi

terbesar yang dicapai oleh turbin aliran silang dengan busur sudu 74° dan

jumlah sudu 22 buah. Sedangkan effiensi terbesar yang dapat dicapai turbin

aliran silang dengan busur sudu 74° dan jumlah sudu 28 adalah 23,1 % atau

(83)

Gambar 4.9 Grafik Perbandingan Effisiensi pada Variasi Debit 10,7 l/s dan variasi Beban

Sama dengan permasalahan pada pembahasan tentang daya terbesar,

effisiensi maksimum juga tidak bias didapatkan karena keterbatasan alat.

Effisiensi total yang didapat sebesar 16,4 % dari penelitian sangatlah

kecil jika dibandingkan effisiensi yang dapat dicapai oleh turbin aliran silang

yaitu sekitar 80 %. Hal ini disebabkan oleh beberapa hal :

Effisiensi total yang didapatkan adalah gabungan effisiensi-effisiensi

mulai dari penstock hingga generator yaitu : η Penstok, η nozzle, η turbin, η

transmisi dan η generator. Dari beberapa effisiensi tersebut, yang

(84)

Generator yang digunakan adalah motor induksi 3 phasa 0,5 HP.

Karakteristik motor indusi adalah apabila beban tidak sampai setengah dari

beban motor indusi, maka effisiensi motor induksi akan turun drastis. Kita

lihat bahwa beban terbesar yang mampu dicapai pada penelitian adalah 110

watt atau hanya sekitar 0,15 HP, tidak sampai setengah dari daya motor

induksi. Hal inilah yang menyebabkan effisiensi yang dicapai turbin sangat

kecil.

Hal lain yang berpengaruh adalah generator tidak berputar pada

putaran efektifnya. Putaran efektif generator adalah sekitar 1390 rpm.

Sementara pada penelitian, putaran generator hanya berkisar 700 rpm – 850

(85)

67

5.1. KESIMPULAN

Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah :

1. Daya terbesar yang mampu dicapai oleh turbin aliran silang dengan busur

sudu 74° dan jumlah sudu 22 buah pada kisaran putaran turbin 386 rpm - 421

rpm adalah 54,6 Watt. Hal ini lebih rendah 28,57 % dibandingkan daya

jumlah sudu 28 buah yang menghasilkan daya 70,2 watt. Daya tersebut

dicapai pada debit 10,7 l/s.

2. Effisiensi terbesar yang mampu dicapai oleh turbin aliran silang dengan busur

sudu 74° dan jumlah sudu 22 buah pada kisaran putaran turbin 386 rpm - 421

rpm adalah 16,368 %. Hal ini lebih rendah 41,25 % dibandingkan effisiensi

jumlah sudu 28 buah yang menghasilkan effisiensi 23,12 %. Effisiensi

tersebut dicapai pada debit 9,5 l/s.

5.2 SARAN

Beberapa saran yang penting untuk penelitian selanjutnya adalah :

1. Mengganti transmisi generator dan turbin dengan perbandingan angka

(86)

dengan mengganti transmisi, daya maksimum dan effisiensi maksimum dari

turbin dapat mencapai hasil yang lebih besar.

2. Mengganti panel hubung bagi yang digunakan, agar pada saat tegangan

berapapun beban tetap menyala sehingga daya dan effisiensi maksimum dapat

terbaca.

3. Mengganti generator dengan daya yang lebih rendah. Hal ini bertujuan untuk

mengurangi turunnya effisiensi akibat dari daya yang dibebankan ke generator

tidak sampai setengah dari daya generator itu sendiri.

(87)

69

http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf

Joshi, C. B., Seshadri, V., Singh, S. N., Parametric Study on Performance of Cross-Flow , Journal of Energy Engineering, Vol. 121, No. 1, April 1995, pp. 28-45 Khosrowpanah, S, Fiuzat, A. A., Albertson, M., L., Experimental Study of

Cross-Flow Turbine, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 114, No. 3, March 1988,

pp. 299-314

Mockmore, CA., 1949, The Banki Water Turbine, Oregon State College.

Olgun , H, 2000, Effect of interior guide tubes in cross-flow turbine runner on

turbine performance, International Journal of Energy Research, Volume 24

Issue 11 , September 2000, Pages 935 – 964

Olgun, H , 1998, Investigation of the performance of a cross-flow turbine, International Journal of Energy Research, Volume 22 Issue 11 , Pages 935 – 964

Sularso, 2004, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Penerbit : PT. Pradnya Paramita, Jakarta

(88)

(89)

Kurva Daya Turbin Banki Untuk Head Dibawah 16 ft

(90)

Kurva Efisiensi Turbin Banki Untuk Head Dibawah 16 ft

(91)

(92)

(93)

Debit = 7.9 l/s T.Nozzle = 9 mm Tekanan = 8 Psi

Beban Tegangan Arus Putaran P in P out Eff nq

Watt Volt Ampere rpm Watt Watt % rpm