PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
MENGGUNAKAN TURBIN PELTON
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Oleh :
Agu Adtro Gesa Putra NIM : 045214077
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
MENGGUNAKAN TURBIN PELTON
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Oleh :
Agu Adtro Gesa Putra NIM : 045214077
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2009
MICROHYDRO POWER PLANT
USING PELTON TURBIN
FINAL PAPER
Presented as Fulfillment of the Requirements For the Degree of Sarjana Teknik Mechanical Engineering Study Programme
By :
Agu Adtro Gesa Putra Student Number : 045214077
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
2009
Air yang bermula dari mata air, mengalir menuju laut Banyak rintanggan-rintanggan yang dihadapinya,
Melewati bebatuan, melalui arus yang deras, Bersama-sama material lain, bercampur dengan sampah, Bersama rombongannya menuju ke satu tujuan yaitu menuju ke laut.
Bagaikan air yang menuju ke laut, begitulah hidup Sebelum mencapai tujuan banyak terdapat rintanggan-rintanggan, Teruslah maju menuju tujuan
”Percobaan-percobaan yang kamu alami ialah percobaan-percobaan biasa, yang tidak melebihi kekuatan manusia. Sebab Allah setia dan karena itu Ia tidak akan membiarkan kamu dicobai melampaui kekuatanmu. Pada waktu kamu dicobai Ia akan memberikan kepadamu jalan ke luar, sehinga kamu dapat menanggungnya” (1 kor 10:13)
Tugas akir ini ku persembahkan terutama untuk:
Kedua orang tuaku,
kakakku, adiku
serta pendamping setiaku
INTISARI
Turbin pelton banyak digunakan untuk pembangkit listrik skala mikro. Pembuatan sudu turbin dari bahan logam sulit dilakukan oleh masyarakat. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari unjuk kerja turbin pelton dengan sudu dari bahan resin yang digunakan untuk pembangkit listrik.
Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin pelton. Sudu turbin dibuat dari bahan resin dengan lebar sudu 53,1 mm, panjang 47,5 mm dan tinggi 16,7 mm. Diameter runner adalah 160 mm dengan jumlah sudu pada runner 16 buah. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit menurut bukaan keran pembuangan. Bukaan keran pembuangan divariasikan menjadi bukaan 900, bukaan 600, bukaan 300, bukaan 00. Diameter nosel divariasikan menjadi ¾ inci, dan ½ inci. Untuk menghasilkan listrik, turbin dihubungkan dengan alternator. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan alternator. Alternator diberi variasi pembebanan dari 10 W, 20 W, 30 W, 40 W, dan 50 W. Pada setiap pembebanan, putaran turbin diukur dengan tachometer.
Turbin pelton dengan sudu dari bahan resin dan jumlah sudu 16, diameter nosel ½ inch mampu menghasilkan daya sebesar 43,22 watt. Hasil tersebut didapat pada variasi debit 3,6 l/detik dan menghasilkan efisiensi sebesar 4,69 %. Hasil tersebut didapat pada variasi debit 2,4 l/detik. Turbin Pelton dengan diameter nosel ¾ inci mampu menghasilkan daya sebesar 25,60 watt. Hasil tersebut didapat pada variasi debit 5,8 l/detik dan memiliki efisiensi sebesar 2,87 %. Hasil tersebut didapat pada variasi debit 4,3 l/detik. Semakin besar debit, maka semakin besar putaran poros dan semakin besar daya yang diperoleh
Kata kunci : Turbin pelton, Mikrohidro.
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan bimbingan-Nya dalam penyusunan skripsi berjudul “PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO MENGGUNAKAN TURBIN PELTON”.
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai wujud harapan dan cita-cita penulis untuk selalu belajar tanpa batas.
Penyusunan skripsi ini tidak mungkin dapat terlaksana dengan baik tanpa adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak yang terkait. Pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T, selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma, dan Dosen Pembimbing Tugas Akhir
2. Budi Sugiharto, S.T, M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
3. Ir. YB. Lukiyanto, M.T. selaku Dosen pembimbing akademik.
4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
5. Kepala Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin dan fasilitas yang dipergunakan.
6. Kepala Laboratorium Teknologi Mekanik Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin dan fasilitas yang dipergunakan. 7. Segenap karyawan Sekretariat Teknik Universitas Sanata Dharma dan semua
karyawan dan staff Universitas Sanata Dharma.
8. Ayahku Adel Bertus Ade, terima kasih atas segala yang diberikan selama ini. 9. Ibuku Petronela untuk kasih sayang dan doa-doa yang tulus.
10. Kakakku Erlawany, adik-adiku, Tri Yuliani Putri, Oktami Wideri, Detro Sepcily Rantau, untuk dukungan dan segala hal yang diberikan tiada habisnya.
11. Matelda Fika, terimakasih atas dukungan dalam penyelesaian skripsi ini.
12. Sahabatku Tirta Dwi Kurniawan yang menemaniku, dan telah membimbing dalam pembuatan alat.
13. Teman-teman Forum Pelajar Mahasiswa Kabupaten Bengkayang yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah memberikan semagat selama penyusunan skripsi.
14. Teman-teman mahasiswa angkatan 2004 dan 2005 Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
15. Dan seluruh pihak yang telah ambil bagian dalam proses penulisan tugas akhir ini yang terlalu banyak jika disebutkan satu-persatu
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis
mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca untuk menyempurnakan laporan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat berguna bagi pembaca semua.
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ... v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA. ... vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH. ... vii
INTISARI... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI... xii
DAFTAR TABEL... xvi
DAFTAR GAMBAR ... xviii
DAFTAR LAMPIRAN... xx
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.1.Latar Belakang Masalah... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 3
1.3. Tujuan dan Manfaat ... 4
1.3.1. Tujuan ... 4
1.3.2. Manfaat ... 4
BAB II. DASAR TEORI ... 5
2.1. Tinjauan Pustaka ... 5
2.2. Turbin Air ... 6
2.2.1. Definisi Turbin Air... 6
2.2.2. Jenis-Jenis Turbin Air ... 6
2.3. Turbin Pelton ... 10
2.3.1. Cara Kerja Turbin Pelton ... 10
2.3.2. Bagian Utama Turbin Pelton... 11
2.3.3. Ukuran-Ukuran Utama Turbin Pelton... 17
2.3.4. Perancangan Turbin Pelton ... 17
a. Perhitungan Daya yang dihasilkan Turbin ... 17
b. Bagan Kecepatan Turbin Pelton ... 18
c. Nosel ... 19
d. Perhitungan Dimensi Turbin ... 20
BAB III. METODE PENELITIAN ... 24
3.1. Diagram Alir Penelitian ... 24
3.2. Perancangan Alat ... 25
3.2.1. Perhitungan Turbin ... 26
3.2.2. Gambar Turbin ... 30
3.3. Pembuatan Turbin ... 33
3.3.1. Pembuatan Turbin ... 33
a. Pembuatan Bucket Turbin ... 33
b. Pembuatan Disk Turbin ... 35
c. Pembuatan Poros Turbin ... 36
d. Pembuatan Nosel ... 36
e. Pembuatan Rumah Turbin... 36
f. Pembuatan Kerangka Alat ... 36
3.4. Penelitian Alat... 37
3.4.1. Persiapan Alat ... 37
3.4.2. Variabel yang Diukur... 38
3.4.3. Variabel yang Divariasikan... 39
3.4.4. Pengambilan Data ... 39
3.4.5. Pengolahan Data dan Analisa Data ... 40
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 41
4.1. Hasil Penelitian ... 41
4.1.1. Data Hasil Penelitian... 41
A . Data Penelitian Unjuk Kerja Turbin Pelton Menggunakan Diameter Nosel ¾ inci... 41
B. Data Penelitian Unjuk Kerja Turbin Pelton Menggunakan Diameter Nosel ½ inci... 43
4.1.2. Perhitungan Data Penelitian... 46
A . Perhitungan Unjuk Kerja Turbin Pelton Menggunakan Diameter Nosel ¾ inci... 46
B. Perhitungan Unjuk Kerja Turbin Pelton
Menggunakan Diameter Nosel ½ inci... 47
4.2. Pembahasan... 49
4.2.1. Daya dan Efisiensi Total Turbin Pelton dengan Diameter Nosel ¾ inci ... 49
4.2.2. Daya dan Efisiensi Total Turbin Pelton dengan Diameter Nosel ½ inci ... 51
4.2.3. Perbandingan Daya dan Efisiensi Total Turbin Pelton ... 53
A. Perbandingan Daya Turbin Pelton ... 53
B. Perbandingan Efisiensi Turbin Pelton ... 54
BAB V. PENUTUP... 56
5.1. Kesimpulan ... 56
5.1. Saran... 57
DAFTAR PUSTAKA ... 58 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Pemilihan generator berdasarkan tinggi jatuh ideal ... 5
Tabel 4.1. Faktor-faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan ... 22
Tabel 3.1. Kecepatan Spesifik... 27
Tabel 4.1. Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 900... 41
Tabel 4.2. Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 600... 41
Tabel 4.3. Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 300... 42
Tabel 4.4. Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 00... 42
Tabel 4.5. Data penelitian untuk nosel ¾ inci dengan bukaan kran 900.... 42
Tabel 4.6. Data penelitian untuk nosel ¾ inci dengan bukaan kran 600.... 42
Tabel 4.7. Data penelitian untuk nosel ¾ inci dengan bukaan kran 300.... 43
Tabel 4.8. Data penelitian untuk nosel ¾ inci dengan bukaan kran 00... 43
Tabel 4.9. Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 900... 43
Tabel 4.10. Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 600... 44
Tabel 4.11. Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 300... 44
Tabel 4.12. Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 00... 44
Tabel 4.13. Data penelitian untuk nosel ½ inci dengan bukaan kran 900.. 44
Tabel 4.14. Data penelitian untuk nosel ½ inci dengan bukaan kran 600.. 45
Tabel 4.15. Data penelitian untuk nosel ½ inci dengan bukaan kran 300.. 45
Tabel 4.16. Data penelitian untuk nosel ½ inci dengan bukaan kran 00.... 45
Tabel 4.17. Perhitungan data debit dengan diameter nosel ¾ inci... 46 Tabel 4.18. Perhitungan data penelitian dengan nosel ¾ inci dan bukaan
kran 900 ... 46 Tabel 4.19. Perhitungan data penelitian dengan nosel ¾ inci dan bukaan
kran 600... 46 Tabel 4.20. Perhitungan data penelitian dengan nosel ¾ inci dan bukaan
kran 300 ... 47 Tabel 4.21. Perhitungan data penelitian dengan nosel ¾ inci dan bukaan
kran 00 ... 47 Tabel 4.22. Perhitungan data debit dengan diameter nosel ½ inci... 47 Tabel 4.23. Perhitungan data penelitian dengan nosel ½ inci dan bukaan
kran 900 ... 48 Tabel 4.24. Perhitungan data penelitian dengan nosel ½ inci dan bukaan
kran 600... 48 Tabel 4.25. Perhitungan data penelitian dengan nosel ½ inci dan bukaan
kran 300 ... 48 Tabel 4.26. Perhitungan data penelitian dengan nosel ½ inci dan bukaan
kran 00 ... 49
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Turbin Francis... 8
Gambar 2.2 Turbin Kaplan... 8
Gambar 2.3. Turbin Pelton... 9
Gambar 2.4. Turbin Crossflow... 9
Gambar 2.5. Turbin Turgo ... 9
Gambar 2.6. Runner... 11
Gambar 2.7. Desain Bucket... 13
Gambar 2.8. Bagan Kecepatan Turbin Pelton... 18
Gambar 2.9. Harga Standar untuk Perencanaan Turbin Pelton ... 23
Gambar 3.1. Bucket Pelton ... 31
Gambar 3.2. Poros Pelton ... 31
Gambar 3.2. Disk Pelton ... 32
Gambar 3.2. Rangka Alat... 32
Gambar 3.2. Runner Pelton... 32
Gambar 3.2. Urutan Kerja Turbin ... 38
Gambar 4.1. Grafik Daya vs Putaran Poros dengan Diameter Nosel ¾ Inci ... 49
Gambar 4.2. Grafik Efisiensi vs Putaran Poros dengan Diameter Nosel ¾ Inci ... 50
Gambar 4.3. Grafik Daya vs Putaran Poros dengan Diameter Nosel ½
Inci ... 51 Gambar 4.4. Grafik Efisiensi vs Putaran Poros dengan Diameter Nosel ½
Inci ... 52 Gambar 4.5. Grafik Perbandingan Daya vs Putaran Poros dengan
Diameter Nosel ½ inci dan ¾ inci ... 53 Gambar 4.6. Grafik Perbandingan Efisiensi vs Putaran Poros dengan
Diameter Nosel ½ inci dan ¾ inci... 54
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Rancangan Bucket... 59
Lampiran 2. Rancangan Piringan... 60
Lampiran 3. Rancangan Poros ... 61
Lampiran 4. Rancangan Rangka Alat ... 62
Lampiran 5. Rancangan Runner Pelton ... 63
Lampiran 6. Sambungan Poros dan Disk... 64
Lampiran 7. Nosel... 65
Lampiran 8. Kecepatan Spesifik ... 65
Lampiran 13. Jumlah Putaran Spesifik ... 66
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG MASALAH
Listrik merupakan sumber energi yang digunakan oleh manusia. Listrik dihasilkan melalui sebuah sistem pembangkit listrik. Pembangkit yang banyak digunakan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga Gas Bumi (PLTG), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD), dan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). PLTU dan PLTD menggunakan sumber energi berupa batubara ataupun minyak bumi.
Permasalahan yang dihadapi saat ini adalah menipisnya ketersediaan sumber energi yang tidak dapat diperbarui seperti bahan bakar fosil serta efek buruk pembakaran bahan bakar fosil. Pembakaran bahan bakar fosil menghasilkan polutan yang berpotensi merusak ozon dan berpotensi meningkatkan pemanasan global. Untuk mengatasi hal itu maka dikembangkan berbagai bentuk energi alternatif dengan memanfatkan energi alam berupa energi surya, air, dan angin.
Air merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak terbatas jumlahnya. Air juga memiliki potensi yang sangat besar dan dapat digunakan sebagai sumber energi yang bersih karena tidak menghasilkan polutan. Selain itu air juga tidak mempunyai potensi merusak ozon maupun potensi pemanasan global.
2
Dari data yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, pemanfaatan energi air di Indonesia masih sangat kecil, baru sekitar 25 % dari potensi yang bisa mencapai 75000 MW. Di Indonesia terdapat 1315 kawasan yang berpotensi menjadi sumber energi tenaga air, dan daerah-daerah tersebut tersebar di seluruh kepulauan Indonesia. Daerah-daerah yang diprediksi memiliki potensi tersebut, antara lain : Papua 22371 MW, Kalimantan 21611 MW, Sumatera 15804 MW, Sulawesi 10203 MW, Jawa 4531 MW, Nusa Tenggara (Bali, NTB dan NTT) 674 MW dan Maluku 430 MW. Data-data di atas merupakan sumber pembangkit tenaga air dengan kapasitas besar, belum termasuk sumber-sumber pembangkit tenaga air dengan kapasitas kecil. Untuk memanfaatkan potensi tersebut diperlukan suatu teknologi terapan agar masyarakat kecil dapat menyediakan energi listrik secara swadaya.
3
informasi mengenai unjuk kerjanya kurang diketahui. Sudu pelton dibuat berbentuk dua buah mangkok. Pancaran yang keluar dari nosel terbagi oleh sudu menjadi dua bagian dan meninggalkan sudu dengan cara dibelokkan melalui sudut yang hampir 180o. Reaksi impuls menghasilkan suatu momen puntir pada poros sudu yang menyebabkan runner berputar dan terus berputar selama ada pancaran yang datang menerjang ember. Untuk pembangkit listrik dengan daya yang kecil, ukuran ranner disesuaikan dengan debit dan tinggi jatuh air. Pada turbin pelton dimungkinkan menggunakan lebih dari satu pancaran (nosel).
1.2 RUMUSAN MASALAH
Pada penelitian ini turbin yang akan dibuat, dirancang untuk memanfaatkan tenaga air yang memiliki head 15 meter dan debit 6 l/s. Penelitian ini akan membuat turbin pelton dengan sudu menggunakan bahan resin. Turbin tersebut akan diteliti unjuk kerjanya pada berbagai variasi debit, dan diameter nosel. Sudu dibuat dari bahan resin yang memiliki lebar 5cm, dan jumlah sudu 16 buah.
4
1.3 TUJUAN DAN MANFAAT 1.3.1 Tujuan
a. Membuat turbin pelton dengan sudu mengunakan resin untuk pembangkit listrik
b. Mengetahui daya dan efisiensi dari turbin pelton yang telah di buat
1.3.2 Manfaat
a. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga air mikrohidro.
b. Diterapkan pada daerah yang memiliki potensi air untuk pembangkit listrik.
BAB II DASAR TEORI
2.1 TINJAUAN PUSTAKA
Unjuk kerja turbin pelton dipengaruhi oleh banyak parameter antara lain
adalah tinggi air jatuh, kapasitas, kecepatan spesifik, kecepatan putar roda, jumlah
nosel, diameter runner, diameter pancar air, kecepatan air keluar, kecepatan
tangensial.
Penelitian Turbin pelton jenis pico power pack (Phillip Maher,Version
2.0,May 2001), turbin ini bekerja pada head minimal 20 meter. Penelitian
menggunakan head 70 meter dan debit 15 liter/detik. Penelitian ini membedakan tiga
buah variasi ukuran diameter runner, untuk 3 jenis generator, lebih jelas dapat dilihat
pada tabel
Tabel 2.1. pemilihan generator berdasarkan tinggi jatuh ideal
Penelitian terhadap bucket pelton (John S. 2006). Penelitian ini mengunakan
diameter runner 400 mm, diameter nosel 31 mm, kecepatan putaran 1150 rpm, debit
270.6 m3/h, daya 83 KW, dengan jumlah bucket adalah 22 buah, dan jumlah nosel 2
6
buah. Dari penelitian ini didapat efisiensi bucket tergantung pada pancaran air dan
momentum sudut air keluar.
2.2 TURBIN AIR 2.2.1 Definisi Turbin Air
Kata "turbine" ditemukan oleh seorang insinyur Perancis yang bernama
Claude Bourdin pada awal abad 19, yang diambil dari terjemahan bahasa Latin dari
kata "whirling" (putaran) atau "vortex" (pusaran air). Turbin air adalah suatu mesin
berputar yang mengkonversi energi dari suatu gerakan aliran air menjadi energi
mekanis yaitu energi puntir. Energi mekanis ini kemudian ditransfer melalui suatu
poros untuk mengoperasikan mesin atau generator.
Pemilihan suatu turbin tergantung pada karakteristik lokasi, karena
menentukan tinggi air jatuh dan kapasitas air. Selain itu pemilihan turbin juga
tergantung dari kecepatan putar yang diminta oleh generator.
2.2.2 Jenis-Jenis Turbin Air
Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk penyediaan
kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya dikelompokkan berdasarkan kegunaan
tertentu, kapasitas aliran, dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu, turbin air
7
prinsip kerja turbin tersebut merubah energi air menjadi energi mekanis. Berdasarkan
klasifikasi ini, turbin air dibagi menjadi dua yaitu :
- Turbin Reaksi
Turbin reaksi biasa disebut turbin tekanan lebih, turbin ini terdiri atas sudu
pengarah dan sudu jalan. Pada Turbin Reaksi proses ekspansi air terjadidi dalam
sudu tetap maupun sudu gerak, dan kedua sudu tersebut semuanya terendam di
dalam aliran air. Turbin reaksi digunakan untuk aplikasi turbin dengan head
rendah dan medium. Beberapa contoh turbin reaksi adalah turbin Francis, dan
turbin Kaplan
- Turbin Impuls
Ciri turbin impuls adalah tekanan jatuh hanya terjadi pada sudu tetap, dan tidak
terjadi pada sudu berputar. Turbin impuls disebut juga turbin tekanan sama,
karena aliran air ketika masuk ke sudu adalah sama dengan tekanan pada saat
keluar sudu. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu
turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi
perubahan momentum (impulse).
Energi fluida masuk sudu gerak, dalam bentuk energi kinetik berupa pancaran air
yang dihasilkan oleh nozel. Pada bucket, energi air di ubah menjadi energi
mekanis putaran poros. Beberapa contoh turbin impuls adalah turbin pelton,
turbin turgo, Michell-Banki (juga dikenal sebagai turbin crossflow atau
8
Gambar 2.1.Turbin Francis (Sumber : http://en.Wikipedia.com)
9
Gambar 2.3. Turbin Pelton
(Sumber: http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf )
Gambar 2.4. Turbin Crossflow
(Sumber : http://home.carolina.rr.com/microhydro)
Gambar 2.5. Turbin Turgo
10
2.3 TURBIN PELTON
Turbin pelton merupakan turbin impuls, karena pada turbin Pelton puntiran
terjadi akibat pembelokan pancaran air pada mangkok ganda runner. Oleh karena itu
turbin pelton di sebut juga turbin pancaran bebas. Aliran air yang keluar dari nosel
tekanannya sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Energi tinggi tempat dan
tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.
2.3.1 Cara Kerja Turbin Pelton
Turbin bekerja dengan prinsip merubah gaya potensial air menjadi gaya
mekanis. Air digunakan untuk menggerakkan sudu-sudu turbin yang terhubung
dengan poros turbin, sehingga poros turbin menghasilkan gaya putar. Turbin pelton
merupakan suatu alat yang merubah energi kinetik, dan energi potensial dari air
menjadi energi gerak rotasi pada poros turbin. Pada prinsipnya turbin Pelton terdiri
dari ember (bucket) yang dipasang secara seragam. Pancaran yang keluar dari nosel
terbagi oleh ember menjadi dua bagian dan meninggalkan ember dengan cara
dibelokkan melalui sudut yang hampir 180o. Reaksi impuls menghasilkan suatu
momen puntir pada poros sudu yang menyebabkan runner berputar dan terus berputar
11
2.3.2 Bagian Utama Turbin Pelton
Pada dasarnya turbin pelton terdiri dari tiga bagian utama, yaitu: runner,
nosel, rumah turbin. Turbin ini juga dilengkapi oleh transmisi, bantalan, dan bagian
kelistrikan.
1. Runner
Runner turbin pelton pada dasarnya terdiri atas piringan dan sejumlah
mangkok yang terpasang di sekelilingnya. Piringan terpasang pada poros dengan
sambungan pasak dan stopper.
Gambar 2.6 runner (Sumber: energieag@libero.it)
- Bucket
Bucket pelton atau biasa disebut sudu yang berbentuk dua buah mangkok. Bucket
didesain menggunakan perbandingan dari Gambar 2.7. Hal ini berarti bahwa
desain dilakukan berdasarkan gambar. Bucket berfungsi membagi pancaran
menjadi 2 bagian. Gaya pada bucket berasal dari pancaran air yang keluar dari
nosel, yang dibalikan setelah membentur sudu, arah kecepatan aliran berubah
12
Gambar 2.7 menunjukkan pola dari bucket Pelton. Desain dikonstruksi dari
bentuk geometrik yang sederhana, dan pola tuangan dapat dibuat dari
penggambaran. Proses terbaik untuk pembuatan bucket Pelton adalah
penuangan/casting. Keuntungan dari proses penuangan adalah murah, dan dapat
menghasilkan bentuk kompleks secara cepat. Sifat-sifat material yang dibutuhkan
dalam pembuatan bucket yaitu kuat, resisten terhadap abrasi, cocok untuk
penuangan dan tahan terhadap penggunaan pada air. Contoh material meliputi:
• Alumunium
• Logam campuran-tembaga
• Besi Tuang abu-abu
• Baja
• Plastik
• Baja lembaran
13
14
- Poros
Poros merupakan penerus putaran yang terjadi pada runner. Poros di sambungkan
ke runner mengunakan pasak. Putaran poros diteruskan ke transmisi sabuk, yang
kemudian menuju ke poros generator.
- Piringan
Piringan atau biasa di sebut disk, adalah bagian dari runner. Bahan disk yang baik
digunakan adalah bahan yang kuat, dan diusahakan seringan mungkin. Piringan
berfungsi sebagai tempat bucket dipasang.
2. Nosel
Nosel merupakan bagian dari turbin yang sangat penting, yang berfungsi
sebagai pemancar aliran air untuk menyemprot ke arah sudu-sudu turbin. Kecepatan
air meningkat disebabkan oleh nosel. Air yang keluar dari nosel yang mempunyai
kecepatan tinggi akan membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah
kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum.
3. Rumah Turbin
Rumah turbin berfungsi sebagai tempat nosel terpasang, serta berfungsi
membelokan air agar keluar secara teratur. Rumah turbin juga berfungsi untuk
15
4. Pulley
Pulley adalah penerus putaran dari poros turbin ke poros selanjutnya
(generator). Pulley juga dapat berfungsi untuk menaikan putaran. Pully biasa disebut
transmisi sabuk. Sabuk terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium.
5. Bantalan
Bantalan merupakan bagian penting dari turbin, alat ini berfungsi sebagai
penopang dari poros turbin. Putaran dari poros turbin dapat berlangsung secara halus,
aman, dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros
bekerja dengan baik.
6. Kelistrikan
Turbin pelton mikrohidro dapat digunakan untuk menggerakkan generator
listrik. Untuk itu perlu adanya komponen tambahan yang disebut generator.
Generator berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus
bolak-balik. Generator arus bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator, generator AC
(alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena
jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator.
Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub
magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator.
Besarnya arus yang dihasilkan oleh motor induksi tergantung pada besarnya
16
dengan prinsip yang sama pada generator DC, yakni adanya arus pengumpan yang
disebut arus eksitasi saat terjadi medan magnet disekitar kumparan. Dari alternator
dapat di ukur arus (I) dan tegangan keluaran (V) yang kemudian digunakan untuk
menentukan besarnya daya yang dihasilkan. Generator memiliki 3 bagian yang
penting, yaitu :
- Rotor
Rotor adalah bagian yang berputar yang menjadi satu dengan poros alternator
yang terdapat magnet permanen atau lilitan induksi magnet. Pada rotor terdapat
bagian yang berfungsi sebagai kutub magnet yang terletak pada sisi luar dari
lilitan. Rotor ditumpu oleh dua buah bearing, pada bagian depannya terdapat puli.
Rotor berfungsi menghasilkan medan magnet yang menginduksikan ke stator.
- Stator
Stator adalah bagian yang statis pada altenator yang berupa inti besi yang
dibungkus dengan kawat tembaga. Bagian ini berupa lilitan yang berfungsi untuk
menghasilkan arus bolak-balik (AC).
- Dioda
Dioda mengkonversi arus bolak-balik yang dihasilkan oleh pasangan rotor dan
17
2.3.3 Ukuran-Ukuran Utama Turbin Pelton
Ukuran-ukuran utama turbin pelton adalah:
D = Diameter lingkaran sudu yang terkena pancaran air (diameter
lingkaran pancar/diameter roda rata-rata)
d = Diameter pancaran air
n = kecepatan putar roda turbin
Dua masalah pokok yang ada kaitanya dalam penentuan ukuran utama,
sehingga harus diperhatikan yaitu kecepatan spesifik nq dan batas tinggi jatuh yang
diiginkan Hmaks.
2.3.4 Perancangan Turbin Pelton
a. Perhitungan Daya yang dihasilkan Turbin
Dari kapasitas air dan tinggi air jatuh dapat diperoleh daya yang dihasilkan turbin
18
ηT : Randemen turbin
b. Bagan kecepatan Turbin Pelton
Gambar 2.8. Bagan kecepatan turbin pelton (Sumber : Dietzel, 1993, hal. 25)
Pada turbin tekanan sama (turbin impuls) agar mendapatkan randemen yang baik
harus mempunyai hubungan antara kecepatan tangensial u dan kecepatan pancar
air c.
Persamaan Euler untuk turbin adalah:
T
g cu u cu u
H =( 1. 1− 2. 2)/ .η
Dengan :
c : Kecepatan pancar air (m/detik).
19
Dikarenakan c2 tegak lurus u, maka cu2 = 0 sehinga persamaan dapat di tulis:
T
Pada turbin pelton energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu
jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan .Untuk turbin pelton c1 dan cu1
arahnya sama, jadi cu1 = c1 maka kecepatan pancar air c1 adalah:
H g
c1 = 2 . ...2.2
2. Kecepatan Tangensial (u1)
Kecepatan pancar air untuk cu1 = c1 didapat :
Dengan diketahuinya luas penampang lintang saluran A dan kecepatan c, maka
20
Diameter pancaran air (d) diperoleh dari persamaan :
V = A.c1 dengan .d2
d. Perhitungan Dimensi Turbin
(
a. Kecepatan spesifik nq
)
Kecepatan spesifik merupakan suatu besaran yang penting dalam
perencanaan turbin, karena digunakan untuk memilih kecepatan putar
turbin.dan untuk menentukan parameter yang lain, dapat dilihat dari grafik
pada Gambar 2.9.
Kecepatan spesifik ( nq ) dapat dicari mengunakan rumus:
21
b. Diameter roda rata-rata (D)
Setelah menentukan kecepatan spesifik didapatlah kecepatan putar turbin.
Diameter roda rata-rata dapat ditentukan sebagai berikut:
n
c. Perbandingan D/d
Dari perhitungan diameter roda rata-rata (D) dan diameter pancar air (d)
didapatkan perbandingan D/d. D/d perhitungan lebih besar dibandingkan D/d
pada grafik. Pada Gambar 2.9 dapat diketahui apakah perbandinggan D/d
memenuhi sarat atau tidak. Dari perbandingan tersebut jumlah sudu (z) dapat
di tentukan.
d. Lebar ember sudu
Lebar ember sudu dapat diperoleh mengunakan rumus:
lebar ember sudu = 2,5 x d ... 2.8
e. Perhitungan poros
Parameter-parameter yang digunakan dalam perhitungan poros sebagai
berikut :
P = Daya yang ditransmisikan (kW)
22
tidak terjadi pembebanan lentur maka Cb = 1.
Kt = Faktor Kt dipilih 1,0 jika beban dikenakan secara
halus; 1,0-1,5 jika dikenakan sedikit beban kejutan
atau tumbukan; dan 1,5-3,0 jika beban kejutan atau
tumbukan besar.
Tabel 2.2. Faktor- faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan, fc
Daya yang akan ditransmisikan fc
Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal
23
3 1 1
, 5
⎥ ⎦ ⎤ ⎢
⎣ ⎡
× × ×
= Kt Cb T
d
a
s τ …...2.11
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 DIAGRAM ALIR PENELITIAN
START
PEMBUATAN TURBIN PELTON PERANCANGAN TURBIN PELTON
STUDI PUSTAKA
PENGAMBILAN DATA
PENGOLAHAN DATA
SELESAI
25
3.2 PERANCANGAN ALAT
Turbin pelton merupakan jenis turbin impuls. Turbin pelton terdiri dari beberapa sudu jalan, yang diputar oleh pancaran air yang keluar dari suatu alat yang disebut nosel. Pada perancangan ini yang pertama dilakukan adalah memilih ukuran turbin. Turbin dirancang berdasarkan debit dan tinggi jatuh air (head). Setelah perhitungan gambar dapat dibuat. Gambar dibuat menggunakan solid works. Langkah selanjutnya setelah pengambaran adalah pembuatan alat.
Turbin pelton bekerja pada kecepatan spesifik nq = 1 sampai 15, di daerah
kecepatan spesifik antara 15 sampai 22. Untuk menentukan kecepatan spesifik harus diketahui debit, head, dan putaran. Besaran-besaran turbin ditentukan berdasarkan kecepatan spesifik. Dengan diketahuinya nq maka kontruksi turbin keseluruhannya
dan kondisi kerjanya dapat diketahui.
Runner dibuat terlebih dahulu. Runner ini terdiri atas sudu, piringan, dan
26
3.2.1 Perhitungan Turbin
Dalam perancangan ini perhitungan dilakukan berdasarkan parameter yang telah ditentukan terlebih dahulu. Parameter tersebut adalah kapasitas air (V) = 6 liter/detik atau = 0,006 m3/detik, head (h) = 15 meter, grafitasi (g) =9,81 m/detik2, randemen turbin (ηT) diasumsikan = 80%. Dari parameter yang diketahui tersebut didapat :
Daya yang di hasilkan turbin
T
kecepatan tangensial (u)
27
luas permukaan pancar air (A)
1
Diameter pancar air (d)
H
Tabel 3.1 kecepatan spesifik
kecepatan putar turbin
(rpm) 75 150 300 500 750 1000 1500
1 nosel nq (rpm) 0,76 1,52 3,05 5,08 7,62 10,16 15,24
28
- Putaran yang digunakan (n) = 1000 rpm - nq untuk satu nosel = 10,16 1/menit
Berdasarkan kecepatan spesifik, maka harga tinggi jatuh air maksimal ditentukan dengan mengunakan Gambar 2.9. Dari Gambar 2.9 diperoleh tinggi jatuh maksimal (Hmax) = 180 meter.
Diameter roda (D)
n
Perbandingan diameter roda rata-rata (D), dan diameter pancar air (d) adalah D/d = 7,705. Perbandingan D/d tidak boleh lebih kecil dari pada harga standar.Berdasarkan Gambar 2.9 perbandingan D/d minimal untuk nq 10,16 adalah 7.
Lebar sudu
lebar sudu = 2,5 x d = 5,31 cm
Berdasarkan Gambar 2.9 jumlah sudu dapat ditentukan yaitu 16 buah. Ukuran bucket ditentukan berdasarkan dari lebar sudu dan perbandingan gambar pada
29
Fc adalah Faktor koreksi sebesar 1,2 (Sularso, 2004, hal. 7) Daya rencana :
Pd = 1,2 × 0,706 = 0,85 kW Menghitung torsi :
T = 9,74 x 105
Bahan poros baja karbon S30 C (Sularso, 2004, hal. 5):
=
B
30
Sf1 = 6
Tegangan geser yang terjadi:
2
Diameter poros (Sularso, 2004, hal. 8):
Kt jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan = 1,0 – 1,5. karena diperkirakan
tidak akan terjadi pembebanan lentur Cb = 0,1
Diameter minimal poros:
d1 =
= 11,14 mm (Diameter poros perancangan menggunakan 17 mm).
3.2.2 Gambar Turbin
31
Gambar sudu berdasarkan dari diameter sudu, kemudian dikembangkan berdasarkan Gambar 2.7. Gambar poros didasarkan pada perhitungan diameter poros. Untuk gambar disk (piringan) dilakukan berdasarkan diameter rata-rata runner. Rangka alat digambar menyesuaikan runner. Rangka alat dibentuk seminimalis mungkin. Dalam pengambaran yang terpenting adalah ukuran-ukuran alat yang akan dibuat.
Gambar 3.1. Bucket Pelton
32
Gambar 3.3. Disk Pelton
Gambar 3.4. Rangka Alat
33
3.3 PEMBUATAN TURBIN
3.3.1 Pembuatan Turbin
a) Pembuatan Bucket Turbin
Bucket atau biasa dalam bahasa Indonesia disebut mangkok atau sudu. Sudu merupakan bagian yang penting pada turbin. Bucket berfungsi untuk menerima gaya dari pancaran air. Sudu dibuat mengunakan bahan dasar resin R.1550. sudu dibuat berdasarkan pada perbandingan pada gambar. Diameter bucket dicari mengunakan rumus:
lebar sudu = 2,5 x diameter pancar air = 2,5 x 0,0213 = 0,0531 meter = 5,31 cm
Langkah-langkah pembuatan sudu adalah: - Perancangan sudu,
Langkah pertama yang dilakukan pada perancangan sudu adalah perhitungan lebar sudu. Perhitungan ini berdasarkan dari debit air dan tinggi jatuh air. Setelah perhitungan adalah penggambaran sudu. Sudu digambar mengunakan solid works berdasarkan pada contoh Gambar 2.6.
- Membuat pola sudu,
34
Dibutuhkan ketelitian dalam pembuatan pola, karena bahan sabun sangat lembut tetapi mudah dibentuk.
- Membuat box cetakan,
Box cetakan digunakan untuk meletakan pola yang akan digunakan untuk
cetakan silikon. Yang penting dari box cetakan adalah bahan yang kuat terhadap silikon, contohnya bahan logam, atau bahan PVC, dapat juga mengunakan bahan plastik.
- Membuat cetakan mengunakan silikon,
Cetakan dibuat dengan cara pengecoran. Pola yang telah dibuat, dimasukan kedalam box cetakan. Campuran silikon (silikon cair dan pengeras) dimasukan ke dalam box cetakan. Silikon akan mengeras setelah 1-2 malam, pola yang telah di buat kemudian di keluarkan. Perbandingan silikon dengan pengeras adalah 10 : 1.
- Pengecoran resin,
35
yang dimasukan kedalam cetakan silikon. Setelah kurang lebih 1 jam barulah resin dapat dikeluarkan
- Finising,
Hasil dari pengecoran resin yang telah dicor dirapikan bentuknya. Dari hasil pengecoran terdapat sisa-sisa saluran masuk dan saluran buang. Sisa-sisa ini harus di buang dengan cara pemotongan. Jika permukaan masih kasar dapat diperhalus permukaanya dengan mengunakan gerinda halus atau dengan mengunakan amplas halus.
b) Pembuatan Disk Turbin
36
c) Pembuatan Poros Turbin
Poros turbin merupakan penerus putaran dari runner. Pada perancangan ini poros dibuat mengunakan poros dari bahan besi yang dibubut bertingkat seperti terlihat pada gambar11.
d) Pembuatan Nosel
Nosel merupakan tempat terjadinya perubahan tekanan air menjadi kecepatan. Pada perancangan ini nosel mengunakan sambungan pipa. Nosel ini memiliki diameter masuk 1 inci dan diameter keluar 0,75 inci dan 0,5 inci.
e) Pembuatan Rumah Turbin
Rumah turbin berfungsi untuk membelokan percikan air agar keluar dengan teratur. Rumah turbin juga berfungsi sebagai tempat dimana runner dan nosel berada. Bahan untuk pembuatan rumah turbin terdiri dari besi plat dan mika.
f) Pembuatan Krangka Alat
Kerangka turbin dibuat untuk menempatkan Turbin dan generator. Kerangka turbin di buat mengunakan bahan dari besi L dan plat besi. Proses pembuatan kerangka turbin:
- mengukuran dudukan altenator, dan turbin
37
- memotongan bahan
- membuatan lobang mengunakan bor sebagai tempat baut - mengelasan bahan dan membentuknya sesuai rancangan - mengecat krangka
3.4 PENELITIAN ALAT
3.4.1 Persiapan Alat
Peralatan yang digunakan
a. Turbin pelton yang telah dirangkai.
b. Nosel berupa sambungan pipa dengan diameter keluar ¾ inci dan ½ inci c. 1 buah pompa air.
d. Alternator dan aki untuk membangkitkan listrik yang dapat menghasilkan tegangan dan arus.
e. Aki
f. Lampu sebagai beban. g. Pipa PVC berdiameter 1 inci.
h. Multimeter yang digunakan untuk mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan oleh turbin.
i. Alat ukur rpm (tachometer).
38
Cara Kerja Alat
Turbin pelton akan bekerja pada tempat yang memiliki energi potensial air, seperti pada air terjun atau aliran sungai. Pada penelitian ini air terjun diganti mengunakan pompa. Urutan kerja turbin pelton dapat dilihat dari gambar 15
Gambar 15. Urutan Kerja Turbin
3.4.2 Variabel yang Diukur
- Putaran alternator.
- Tegangan yang dihasilkan altenator. - Arus yang dihasilkan altenator. - Debit air
Pompa Air
Nozzle Turbin Altenator aki
Konsumen (beban)
39
3.4.3 Variabel yang Divariasi
- Debit divariasikan menurut bukaan keran pembuangan. Bukaan keran divariasikan menjadi bukaan 900, bukaan 600, bukaan 300, bukaan 00. - Diameter nosel divariasikan menjadi ½ inci dan ¾ inci.
- Beban alternator mengunakan lampu 12 volt 10 Watt, berjumlah 5 buah yang dirangkai pararel
3.4.4 Pengambilan Data
Langkah-langkah pengambilan data - Menghidupkan pompa.
- Mengatur kapasitas fluida yang menuju turbin dengan mengatur keran pada kedudukan bukaan 900, bukaan 600, bukaan 300, bukaan 00.
- Mengukur dan mencatat debit fluida yang dikeluarkan oleh pompa pada kedudukan bukaan 900, bukaan 600, bukaan 300, bukaan 00. Pengambilan data untuk debit dilakukan sebanyak 4 kali setiap variasi bukaan keran. - Mengukur dan mencatat semua data yang diperlukan yaitu arus, tegangan,
dan putaran pada kedudukan bukaan 900, bukaan 600, bukaan 300, bukaan 00.
- Mematikan pompa.
40
3.4.5 Pengolahan Data dan Analisa Data
Setelah dilakukan pengambilan data, selanjutnya yang dilakukan adalah pengolahan data, pengolahan data dilakukan sebagai berikut:
1. Menghitung potensial daya air. 2. Menghitung daya yang dihasilkan. 3. Menghitung efisiensi.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 HASIL PENELITIAN
4.1.1 Data Hasil Penelitian
Data yang diperoleh dari penelitian dengan variasi debit dan diameter nosel
sebagai berikut :
A. Data Penelitian Unjuk Kerja Turbin Pelton Menggunakan Diameter Nosel
¾ inci
Tabel 4.1 Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 900
Waktu
Rata-rata 3,826 0,00383
Tabel 4.2 Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 600
Waktu
Rata-rata 4,263 0,00426
42
Tabel 4.3 Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 300
Waktu
Rata-rata 5,088 0,00509
Tabel 4.4 Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 00
Waktu
Rata-rata 5,800 0,00580
1. Bukaan kran 900 denganvariasi debit 3.83 liter/detik
Tabel 4.5 Data penelitian untuk nosel ¾ inci dengan bukaan kran 900
Beban
2. Bukaan kran 600 dengan variasi debit 4.26 liter/detik
Tabel 4.6 Data penelitian untuk nosel ¾ inci dengan bukaan kran 600
43
3. Bukaan kran 300 dengan variasi debit 5,09 liter/detik.
Tabel 4.7 Data penelitian untuk nosel ¾ inci dengan bukaan kran 300
Beban
4. Bukaan kran 00 dengan variasi debit 5,8 liter/detik.
Tabel 4.8 Data penelitian untuk nosel ¾ inci dengan bukaan kran 00
Beban
B. Data Penelitian Unjuk Kerja Turbin Pelton Menggunakan Diameter Nosel
½ Inci
Tabel 4.9 Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 900
Waktu
44
Tabel 4.10 Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 600
Waktu
Rata-rata 2,388 0,00239
Tabel 4.11 Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 300
Waktu
Rata-rata 3,025 0,00303
Tabel 4.12 Data penelitian untuk debit dengan bukaan kran 00
Waktu
Rata-rata 3,663 0,00366
1. Bukaan kran 900 denganvariasi debit 2,08 liter/detik.
Tabel 4.13 Data penelitian untuk nosel ½ inci dengan bukaan kran 900
45
2. Bukaan kran 600 denganvariasi debit 2,39 liter/detik
Tabel 4.14 Data penelitian untuk nosel ½ inci dengan bukaan kran 600
Beban
3. Bukaan kran 300 denganvariasi debit 3,03 liter/detik
Tabel 4.15 Data penelitian untuk nosel ½ inci dengan bukaan kran 300
Beban
4. Bukaan kran 00 denganvariasi debit 3,66 liter/detik
Tabel 4.16 Data penelitian untuk nosel ½ inci dengan bukaan kran 00
46
4.1.2 Perhitungan Data Penelitian
A. Perhitungan Unjuk Kerja Turbin Pelton Menggunakan Diameter Nosel ¾
Inci
Tabel 4.17 Perhitungan data debit dengan diameter nosel ¾ inci
Bukaan
Tabel 4.18 Perhitungan data penelitian dengan nosel ¾ inci dan bukaan kran 900
Beban
Tabel 4.19 Perhitungan data penelitian dengan nosel ¾ inci dan bukaan kran 600
47
c. Bukaan kran 300 dengan variasi debit 0,0051 m3/detik
Tabel 4.20 Perhitungan data penelitian dengan nosel ¾ inci dan bukaan kran 300
Beban
Tabel 4.21 Perhitungan data penelitian dengan nosel ¾ inci dan bukaan kran 00
Beban
B. Perhitungan Unjuk Kerja Turbin Pelton Menggunakan Diameter Nosel ½
Inci
Tabel 4.22 Perhitungan data debit dengan diameter nosel ½ inci
48
a. Bukaan kran 900 dengan variasi debit 0,00208 m3/detik
Tabel 4.23 Perhitungan data penelitian dengan nosel ½ inci dan bukaan kran 900
Beban
Tabel 4.24 Perhitungan data penelitian dengan nosel ½ inci dan bukaan kran 600
Beban
Tabel 4.25 Perhitungan data penelitian dengan nosel ½ inci dan bukaan kran 300
49
d. Bukaan kran 00 dengan variasi debit 0,00366 m3/detik
Tabel 4.26 Perhitungan data penelitian dengan nosel ½ inci dan bukaan kran 00
Beban
4.2 PEMBAHASAN
4.2.1 Daya dan Efisiensi Total Turbin Pelton dengan Diameter Nosel ¾ Inci
Grafik Putaran vs Daya(Pout)
0.00
200 400 600 800
Rpm
D
aya (
w
at
t) Debit 3,8 liter/detik
Debit 4,3 liter/detik Debit 5,1 liter/detik
Debit 5,8 liter/detik
50
Grafik Efisiensi vs putaran
0.00
200 300 400 500 600 700 800
Putaran (RPM)
Gambar 4.2 Grafik Efisiensi vs Putaran Poros dengan Diameter Nosel ¾ Inch
Dari data hasil penelitian dengan mengunakan diameter nosel ¾ inci dan
variasi debit 0,00383 m3/detik, 0,00426 m3/detik, 0,00521 m3/detik, 0,0058 m3/detik,
diperoleh grafik yang memiliki daya terbesar sebesar 25,60 watt. Daya terbesar untuk
diameter nosel ¾ inci diperoleh dari debit 0,0058 m3/detik. Dari grafik pada Gambar
4.1 dapat dilihat bahwa semakin besar debit maka semakin besar putaran. Grafik
tersebut menyatakan hubungan antara putaran dan daya. Semakin besar putaran yang
diperoleh semakin besar pula daya yang dihasilkan.
Efisiensi terbesar untuk diameter nosel ¾ inci diperoleh dari debit 0,00426
m3/detik sebesar 2,87 %. Grafik pada Gambar 4.2 menyatakan hubungan antara
51
Kecepatan Spesifik untuk turbin pelton dengan diameter nosel ¾ inci
memenuhi syarat. kecepatan spesifik untuk turbin pelton antara 1 rpm sampai dengan
15 rpm (Fritz Dietzel 1996).
4.2.2 Daya dan Efisiensi Total Turbin Pelton dengan Diameter Nosel ½ Inci
Grafik Putaran v s Daya(Pout)
0.00
200 400 600 800 1000 1200
Rpm
D
aya (
w
att
) Debit 2,08 liter/detik
Debit 2,39 liter/detik Debit 3,03 liter/detik Debit 3,66 liter/detik
52
Grafik efisiensi vs putaran
0.00
200 400 600 800 1000 1200
Putaran (RPM)
) Debit 2,08 liter/detik
Debit 2,39 liter/detik
Debit 3,03liter/detik
Debit 3,66 liter/detik
Gambar 4.4 Grafik Efisiensi vs Putaran Poros dengan Diameter Nosel ½ Inci
Dari data hasil penelitian dengan mengunakan diameter nosel ½ inci dan
variasi debit 0,00208 m3/detik, 0,00239 m3/detik, 0,00303 m3/detik, 0,00366
m3/detik, diperoleh grafik yang memiliki daya terbesar sebesar 43,22 watt. Daya
terbesar untuk diameter nosel ½ inci diperoleh dari debit 0,00366 m3/detik.
Efisiensi terbesar untuk diameter nosel ½ inci diperoleh dari debit 0,00239
m3/detik. Efisiensi terbesar sebesar 4,69 %. Eifsiensi terbesar diperoleh dari
pembebanan alternator mengunakan 5 lampu. Masing-masing lampu berkapasitas 10
watt 12 volt. Grafik pada Gambar 4.4 menunjukan hubungan antara putaran dan
53
Kecepatan Spesifik untuk turbin pelton dengan diameter nosel ½ inci
memenuhi syarat. kecepatan spesifik untuk turbin pelton antara 1 rpm sampai dengan
15 rpm (Fritz Dietzel 1996).
4.2.3 Perbandingan Daya dan Efisiensi Total Turbin Pelton
A. Perbandingan Daya Turbin Pelton
Grafik Putaran vs Daya(Pout)
0
200 400 600 800 1000 1200
Putaran (Rpm)
Diameter nosel 1/2 inci
Diameter nosel 3/4 inci `
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Daya vs Putaran Poros dengan Diameter Nosel ½ Inci dan ¾ Inci
Grafik pada Gambar 4.5 menunjukan hubungan antara daya dan putaran
turbin pelton. Grafik tersebut membandingkan diameter nosel ½ inci dan ¾ inci.
Dapat dilihat untuk diameter nosel ½ inch daya terbesar sebesar 43,22 watt. Daya
54
terbesar sebesar 25,60 watt. Daya tersebut didapat dari debit 0,0058 m3/detik. Dari
grafik pada Gambar 4.5 daya terbesar diperoleh dari diameter nosel ½ inci. Semakin
kecil diameter nosel kecepatan pancar air semakin besar. Akibatnya tubin menerima
gaya dari pancaran air adalah besar. Hal tersebut membuat turbin berputar lebih cepat
dibandingkan dengan diameter nosel ¾ inci. Daya yang diperoleh juga lebih besar
dibandingkan dengan diameter nosel ¾ inci.
B. Perbandingan Efisiensi Turbin Pelton
Grafik efisiensi vs putaran
0.00
200 400 600 800
Putaran (RPM)
Diameter nosel 1/2 inci
Diameter nosel 3/4 inci
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Efisiensi vs Putaran Poros dengan Diameter Nosel ½ Inci dan ¾ Inci
Grafik pada Gambar 4.5 menunjukan hubungan antara efisiensi dan putaran
turbin pelton. Grafik tersebut membedakan antara diameter nosel ½ inci dan ¾ inci.
55
didapat dari debit 0,0043 m3/detik. Untuk diameter nosel ½ inci efisiensi terbesar
sebesar 4,69 %. Efisiensi tersebut didapat dari debit 0,00239 m3/detik. Dari grafik
pada Gambar 4.6 menunjukan efisiensi tertinggi didapatkan dari turbin pelton yang
memiliki diameter nosel ½ inci.
Dari penelitian didapat efisiensi total yang sangat kecil pada turbin pelton.
Nilai tersebut selisihnya jauh dari efisiensi maksimal (εmax) teoritis. Hal ini
disebabkan pada saat penelitian terjadi rugi-rugi dan hambatan dalam pengambilan
data, yaitu :
1. Rugi-rugi gesekan pada saluran air (pipa) yaitu gesekan antara air dengan
permukan saluran.
2. Rugi-rugi pada alternator.
3. Rugi-rugi pada nosel, karena permukaan dari nosel tidak halus disebabkan
oleh sambungan- sambungan yang terdapat pada nosel.
4. Rugi-rugi pada pulley, karena gesekan sabuk dengan pulley.
5. Rugi-rugi pada sambungan antara pipa dengan pipa, karena perbedaan
diameter dari pipa.
6. Rugi-rugi pada saluran air yang berbelok.
7. Rugi-rugi pada runner, yaitu putaran runner tidak stabil. Hal ini disebabkan
karena pembuatan runner yang kurang baik terutama pemasangan
sudu-sudunya kurang presisi.
8. Poros runner yang tidak lurus (center), sehingga putaran runner tidak stabil.
BAB V
PENUTUP
5.1 KESIMPULAN
Dari hasil penelitian turbin pelton, dengan variasi pengambilan data berupa diameter nosel, debit, dan beban, maka dapat disimpulkan:
1. Turbin Pelton mengunakan diameter nosel ½ inci mampu menghasilkan daya sebesar 43,22 watt. Hasil tersebut didapat pada variasi debit 0,00366 m3/detik. 2. Turbin Pelton mengunakan diameter nosel ¾ inci mampu menghasilkan daya
sebesar 25,60 watt. Hasil tersebut didapat pada variasi debit 0,0058 m3/detik. 3. Turbin Pelton mengunakan diameter nosel ½ inci mampu menghasilkan
efisiensi sebesar 4,69 %. Hasil tersebut didapat pada variasi debit 0,00239 m3/detik.
4. Turbin Pelton mengunakan diameter nosel ¾ inci mampu menghasilkan efisiensi sebesar 2,87 %. Hasil tersebut didapat pada variasi debit 0,0043 m3/detik.
5. Semakin besar debit, maka semakin besar putaran poros dan semakin besar daya yang diperoleh.
57
5.2 SARAN
Beberapa saran yang penting untuk penelitian pada bidang sejenis dengan penelitian ini atau yang ingin mengembangkan penelitian ini :
1. Dalam pembuatan nosel hendaknya dibuat dengan tingkat kehalusan semaksimal mungkin, agar pancaran air yang keluar dari nosel lebih maksimal.
2. Untuk mendapatkan head yang setabil hendaknya pengujian menggunakan menara.
3. Pada saat pembuatan pola sudu turbin, hendaknya dibentuk lebih presisi agar mendapat hasil yang lebih baik.
4. Sudu dipasang lebih presisi, agar putaran runner lebih stabil.
5. Poros diusahakan tidak menggunakan bahan yang bersifat korosif terhadap air, contohnya alumunium, atau stainles steel.
59
60
61
63
65 Lampiran 7