Pengaruh Pitch Terhadap Perputaran Pada Turbin Screw 3 Lilitan
Nur Khamdi1, Amnur Akhyan2
1,2Program Studi Teknik Mekatronika, Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265 Email: khamdi@pcr.ac.id, akhyan@pcr.ac.id
Abstrak
Energi air adalah salah satu jenis energi terbarukan, yang dapat diartikan sebagai energi yang dibangkitkan dari energi potensial atau energi kinetik air. Biasanya energi kinetik atau energi potensial air dikonversikan menjadi energi listrik, melalui alat konversi (turbin dan generator) yang kemudian di distribusikan. Turbine type screw akan menghasilkan perputaran akibat dari aliran air yang mengalir disekitar screw. Dimensi turbin screw yang di buat menggunakan plat 3 mm, diameter poros screw 20 cm (Ri) dan diameter screw 40 cm atau diameter luar (R0). Jumlah lilitan pada turbin screw yang di buat adalah 3 lilitan. Dalam penelitan turbin screw yang dibuat 2 buah turbin screw dengan 2 variasi jarak pitch yaitu 2 R0 dan 1,6 R0. Metode pengambilan data pada turbin screw mengunakan variasi sudut turbin screw dan variasi debit air 15 m3/h – 40 m3/h untuk masing – masing jarak pitch. Perputaran turbin screw dengan 3 lilitan terpengaruh pada jarak pitch. Dan jarak pitch 2 R0 lebih cepat dibandingkan dengan jarak 1,6 R0 dengan sudut kemiringan 350 dan debit air 40 m3/h.
Kata kunci: turbine screw 3 lilitan, pitch, debit air, sudut kemiringan turbin..
Abstract
Water energy is one type of renewable energy, which can be interpreted as the energy generated from the potential energy or kinetic energy of water. Usually the kinetic energy or potential energy of water is converted into electrical energy, through conversion equipment (turbines and generators) are then distributed. This screw type turbine can rotary due to the flow velocity of water is flowing around the screw. Dimensions of the screw turbine designed with 3 mm plate, screw shaft diameter of 20 cm and a screw diameter of 40 cm or outer diameter (R0). Turbine Screw has amounted to 3 loops. In research made 2 screw turbines with 2 variations screw pitch distance is 2 R0 and 1.6 R0. The data collection method of the screw turbine using placement of turbine angle variation and the variation of water discharge of 15 m3 / h - 40 m3 / h. Rotation of the screw turbine of 3 loops at pitch distance affected. And 2 R0 pitch distance faster than the distance of 1.6 R0 with a placement of turbine angle of 350 and a water discharge of 40 m3 / h.
Keywords: Screw turbine of 3 loops, pitch, water debit, placement of turbine angle 1 Pendahuluan
Dari seluruh energi yang ada di Riau, kebutuhan listrik di Riau pada akhir tahun 2012 baru terpenuhi sekitar 56 persen dari 368 MW. Dengan permasalahan itu, pihak akademis mencoba memanfaatkan sumber daya alam untuk membantu permasalahan kelistrikan di wilayah Riau. Sumber daya alam yang akan di manfaatkan ini berupa aliran air. Pada penelitian ini, akan di teleti berupa turbin screw dengan diameter luar (R0) 40 cm dan 3 lilitan pada turbin Screw. Dan jarak pitch 2 R0 dan 1,6 R0 untuk perbandingan turbin Screw. Adapun tujuan pada penelitan awal ini adalah mencari pitch yang cocok untuk menghasilkan perputaran turbin Screw yang maksimum sebagai pembangkit listrik pada variasi debit aliran air.
2 Studi Pustaka
Archimedes screw adalah jenis ulir yang telah dikenal sejak zaman kuno dan telah digunakan sebagai pompa untuk pengairan pada Taman Bergantung di Babylonia. Pada prinsipnya screw ulir merupakan pembalikan dari fungsi pompa ulir itu sendiri (Adly dan Irfan, 2010).
Menurut Ritz-Atro Pumpwerksbau Gmb (2009), prinsip kerja screw ulir Archimedean hydrodynamic adalah pembalikan dari pompa Archimedean dimana screw ini memanfaatkan energi aliran air menjadi energi mekanik. Rentang output daya adalah berkisar dari 1 – 250 kW, debit aliran berkisar dari 100 – 5000 m/s, dan kemiringan berkisar dari 22° – 36°.
Penelitian yang dilakukan oleh Yul Hizhar, Universitas Gajah Mada Yogyakarta 2011 salah satu yang diperoleh adalah hubungan antara sudut kemiringan poros screw terhadap perputaran screw. Hasilnya dapat dinyatakan dalam Gambar 1.
Gambar 1 Grafik antara perputaran turbin dengan kemiringan poros
Penelitian yang di lakukan oleh Nur Khamdi Politeknik Caltex Riau tahun 2013, hubungan grafik antara kemiringan poros poros screw terhadap perputaran screw pada berbagai jenis debit air. Dan hasilnya dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Grafik kemiringan poros turbin terhadap perputaran turbin
Pitch merupakan salah parameter yang berpengaruh pada perputaran suatu screw. Pitch juga dapat dinamakan sebuah panjang gelombang pada sebuah screw, untuk lebih jelasnya yang di namakan pitch pada sebauh screw dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Pitch pada 3 lilitan Turbin Screw
Penelitian yang dilakukan oleh Bambang Yulistiyanto pada penelitian turbin screw dengan jumlah lilitan screw 2, dan jarak pitch sebesar 1,6R0 dengan nilai R0 (radius luar) sebesar 0,1419 m dan radius dalamnya (Ri) sebesar 0,0762 m. Debit aliran pada penelitian ini bervariasi antara 0,00364 m3/s sampa 0,00684 m3/s. Dengan design turbin screw dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Design Penelitian 2 lilitan Turbin Screw
Pada penelitian ini pada debit aliran sebesar 0,00684 m3/s menghasilkan daya optimal sebesar 16,23 watt pada sudut turbin sebesar 35o dengan nilai effisiensi sebasar 61,61%.
3 Metode Penelitian
Dalam penelitian ini menggunakan metode penelitian turbin screw dengan 3 lilitan dalam satu poros yang dapat di lihat pada Gambar 5. Dan trubin Screw yang akan di bandingkan adalah jarak pitch pada terbin tersebut dengan menggunakan 2 variasi yaitu turbin screw dengan jarak pitch 2 R0 dan 1,6 R0, dengan nilai R0 adalah 20 cm. R0 adalah jari – jari luar turbin Screw.
Gambar 5 Bentuk Turbin Screw 3 lilitan
Adapun proses pengambilana data pada penilitian ini mencakup bervariasi sudut trubin screw dan variasi debit air yang mengalir pada trubin screw. Pengaturan pengambilan sudut turbin screw dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6 Pengambilan Sudut Turbin Screw
Pengaturan aliran air yang mengalir pada turbin screw menggunakan pompa air yang ditampung pada penampungan air. Dengan menggunakan prinsip bahwa air yang masuk sama dengan air keluar dengan aliran air yang sama. Hal ini sesuai dengan hukum Archimedes. Untuk mengetahui aliran air yang mengalir menggunakan alat flow meter yang dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7 Pengambilan Data Debit Air Lilitan 1
Lilitan 2 Lilitan
3
Untuk mengatur aliran air yang konstan setiap pengambilan data, antara saluran air dari pompa menuju flow meter diberikan stop kran yang membuang air keluar. Adapun untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8 Proses Pengaturan Debit Air
Secara keseluruhan metode pengambilan data pada penelitina ini terdiri dari pompa air yang berfungsi menyedot air, flow meter untuk mengetahui aliran air, stop kran berfungsi mengatur aliran air, bak penampung air, corong aliran dari bak air menuju turbin screw, caliper untuk mengatur sudut trubin screw dan tachometer untuk mengukur perputaran turbin screw.
Adapun proses pengambilan data dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Proses Pengambilan Data Turbin Screw
4 Hasil dan Pembahasan
Pengambilan data pada penelitian ini mengacu pada proses metode penelitian yaitu melakukan variasi sudut kemiringan turbin screw dan variasi debit terhadap perputaran turbin screw untuk masing – masing turbin screw. Dengan melakukan prosedur tersebut di dapat data untuk turbin screw dengan pitch 2 R0 seperti yang tertera pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1 Perputaran Turbin Screw dengan Pitch 2 R0 Debit
(m3/h)
Sudut Kemiringan Turbin
25o 30o 35o 40o
15 135 rpm 136 rpm 143 rpm 134 rpm 20 146 rpm 149 rpm 161 rpm 148 rpm 25 154 rpm 159 rpm 172 rpm 156 rpm 30 173 rpm 175 rpm 186 rpm 175 rpm 35 179 rpm 183 rpm 200 rpm 180 rpm 40 186 rpm 196 rpm 210 rpm 192 rpm
Berdasarkan Tabel 1 terlihat data bahwa kemiringan sudut peletakan turbin mempengaruhi perputarannya. Dan data pada Tabel 1 perputaran yang besar pada sudut 35o dengan debit air 40 m3/h.
Tabel 2 Perputaran Turbin Screw dengan Pitch 1,6 R0
Debit (m3/h)
Sudut Kemerengan Turbin
25o 30o 35o 400
15 146 rpm 143 rpm 142 rpm 144 rpm 20 156 rpm 153 rpm 155 rpm 153 rpm 25 166 rpm 161 rpm 164 rpm 162 rpm 30 175 rpm 174 rpm 177 rpm 172 rpm 35 179 rpm 180 rpm 184 rpm 178 rpm 40 184 rpm 187 rpm 190 rpm 181 rpm
Berdasarkan Tabel 2 terlihat data bahwa kemiringan sudut peletakan turbin mempengaruhi perputarannya. Dan data pada Tabel 2 perputaran yang besar pada sudut 35o pada debit air 40 m3/h.
Berdasarkan Tabel 1 dan Tabel 2, jelas terlihat bahwa sudut kemiringan yang terbesar pada sudut 350. Baik untuk turbin screw dengan jarak pitch 2 R0 ataupun 1,6 R0. Perbandingan tersebut dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Perputaran Turbin Screw dengan sudut 35o Debit
(m3/h)
Jarak Pitch
2 R0 1,6 R0
15 143 rpm 142 rpm
20 161 rpm 155 rpm
25 172 rpm 164 rpm
30 186 rpm 177 rpm
35 200 rpm 184 rpm
40 210 rpm 190 rpm
Berdasarkan Tabel 3 dapat dibuat sebuah grafik untuk memperjelaskan terpengaruhnya jarak pitch terhadap perputaran turbin screw. Untuk lebih jelas dapat terliha pada Gambar 10.
Berdasarkan Gambar 10 terlihat bahwa jarak pitch 2 R0 lebih besar nilai perputaran turbinnya.
Gambar 10 Grafik Perputaran Turbin terhadap Debit pada jarak Pitch yang berbeda
Analisa dari grafik pada Gambar 10, bahwa jarak pitch sebuah turbin screw akan mempengaruhi perputaran turbin tersebut. Secara ilmiah juga debit air yang mengalir akan mempengaruhi perputaran turbin screw. Analisa awal jarak pitch makin lebar makin cepat perputaran turbin screw. Dan untuk penelitian selanjutnya adalah menambah lebar pitch pada turbin screw dengan model yang sama semisal berjarak 2,4 R0 sampai mencapai jarak pitch yang ideal untuk model turbin screw 3 lilitan.
5 Kesimpulan
Setelah melakukan pengujian dan analisa serta pembahasan data hasil pengujian maka di ambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Sudut kemiringan turbin mempengaruhi perputaran turbin
2. Turbin screw 3 lilitan untuk jarak pitch 2 R0 lebih cepat perputarannya dibandingkan dengan 1,6 R0.
3. Sudut kemiringan yang bagus pada penelitian ini sebesar 35o
6 Daftar Pustaka
[1] Santos, Daryl, An Analysis of Archimedes Screw Design Parameters and their Influence on Dispensing Quality for Electronics Assembly Applications, State University of New York at Binghamton, 13902
[2] Havendri, A., Lius, H., 2009 , “Perancangan Dan Realisasi Model Prototipe Turbin Air Type Screw (Archimedean Turbine) Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Dengan Head Rendah Di Indonesia”, Jurnal No. 31 vol 2 Thn XV
[3] Rorres, Chris, Optimal Design of An Archimedes Screw, State University of New York at Binghamton, 13902
[4] Gaius, T., Obaseki, 2010, Hydropower Opportunities In The Water Industry, Internatinal Journal of Environmental Science, Vol 1 No. 3, ISSN 0976 – 4402
[5] Yul Hizhar, 2011, “Rancang Bangun Dan Studi Eksperimental Pengaruh Perbedaan Jarak Pitch Dan Kemiringan Poros Terhadap Kinerja Mekanik Model Turbin Ulir 2 Blade Pada Aliran Head Rendah”, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta.
[6] Bambang Yulistiyanto, Yul Hizhar, Lisdayanti,Januari 2012, “Pengaruh Debit Aliran dan Kemiringan Poros Turbin Ulir pada Pembangkit Listrik Tenaga mikro Hidro”, Jurnal Dinamika Teknik Sipil,Akreditasi BAN DIKTI No : 110/DIKTI/Kep/2009 vol 12 no 1 [7] Nur khamdi, Amnur Akhyan, Oktober 2013, “Minatur Turbin Screw sebagai Pembangkit
Listrik” Seminar Nasional ABEC Politeknik Negeri Batam hal 336 – 339, Batam
