UJI PERFORMANSI TURBIN PELTON DENGAN 26
SUDU PADA HEAD 5,21 METER DENGAN
MENGGUNAKAN SATU NOSEL DAN ANALISA
PERBANDINGAN MENGGUNAKAN VARIASI
BENTUK SUDU
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
FRANS ADE PUTRA TAMPUBOLON
NIM. 080401029
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
UJI PERFORMANSI TURBIN PELTON
DENGAN 26 SUDU PADA HEAD 5,21 METER
DENGAN MENGUNKAN SATU NOSEL
DAN ANALISA PERBANDINGAN DENGAN MENGUNAKAN
VARIASI BENTUK SUDU
FRANS ADE PUTRA TAMPUBOLON NIM. 08 0401 029
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk meneliti Turbin Pelton untuk Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) dengan variasi bentuk sudu dan variasi bukaan katup pada head 5,21 meter. Variasi bentuk sudu yang digunakan adalah bentuk sudu mangkok dan bentuk sudu setengah silinder sedangkan variasi bukaan katupnya adalah 60o, 75o, 90o. Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi perancangan, pembuatan, dan pengujian menggunakan dinamometer untuk mengetahui efisiensi dan karakteristik turbin. Turbin yang diuji memiliki nosel tunggal, dengan jumlah sudu 26 buah. Dari data pengujiaan pada sudu mangkok maupun sudu setengah silinder memiliki kecenderungan yang sama pada karakteristik grafiknya. Tetapi daya dan efisiensi yang dihasilkan turbin pada sudu mangkok lebih besar dibandingkan dengan sudu setengah silinder yaitu sebesar 265,6 Watt dan 58,94 % di bukaan katup 90° pada sudu mangkok dan sebesar 262,6 Watt dan 50,99 % di bukaan katup 90° pada sudu setengah silinder.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan karunia-Nya penulis akhirnya dapat menyelesaikan skripsi ini dengan
judul “UJI PERFORMANSI TURBIN PELTON DENGAN 26 SUDU PADA
HEAD 5,21 METER DENGAN MENGGUNAKAN SATU NOSEL DAN ANALISA PERBANDINGAN MENGGUNAKAN VARIASI BENTUK SUDU”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub Bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materiil maupun moril dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi.Oleh karena itu dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Tekad Sitepu selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.
2. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT selaku dosen pembanding I dan dan Bapak
Ir. Jaya Arjuna M.Sc selaku dosen pembanding II yang memberikan masukan kepada penulis.
8. Rekan-rekan satu tim kerja, Bernardus Lumban Gaol, Bona Halasan Nababan, May Martin Situmorang yang telah bersama-sama untuk menyelesaikan skripsi ini.
9. Cethrine Felicia Sihite dan Junita Elisabeth Manik yang membantu dan memberi semangat untuk menyelesaikan skripsi ini.
10. Teman-teman seperjuangan dari Tim HORAS, Tim Vortex, Tim NACA, Tim
Hidram, dan M60 Group yang turut membantu dan mendukung untuk menyelesaikan skripsi ini.
11. Rekan-rekan mahasiswa stambuk 2008 yang tidak mungkin disebutkan satu
-persatu, para abang senior dan adik-adik junior semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa mungkin ada beberapa kesalahan dan kekeliruan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima kritik dan saran yang membangun untuk memperbaiki skripsi ini untuk kepentingan ilmu pengetahuan.Semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca dan akhir kata Penulis mengucapkan banyak terima kasih.
Medan, April 2013
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR SIMBOL ... ix
AKSARA YUNANI ... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 4
1.4 Metodologi Penelitian ... 4
1.5 Keluaran Skripsi ... 5
1.6 Sistematika Penulisan ... 6
2.2.2 Karakteristik Grafik Turbin Pelton... 19
2.3Dinamometer ... 21
2.4Efisiensi Turbin (
𝜼
𝑻 ) ... 222.5Analisa ketidak pastian ... 23
BAB III METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN 3.1 Umum ... 25
3.2 Pengujian Turbin Pelton ... 25
3.3 Rancang Bangun Instalasi ... 32
3.4 Spesifikasi Teknis Turbin Pelton Yang Digunakan ... 33
3.5 Perancangan Pengujian ... 34
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Perhitungan Efisiensi Turbin Pelton Pada Head 5,21 Meter Denagn Menggunakan Satu Nosel (Bukaan Nosel 90º) Dengan Menggunakan 26 Sudu Mangkok ... 41
4.1.1 Efisiensi Turbin Bukaan Katub 600 ... 48
4.1.2 Efisiensi Turbin Bukaan Katub 750 ... 51
4.1.3 Efisiensi Turbin Bukaan Katub 900 ... 55 4.2 Perhitungan Efisiensi Turbin Pelton Pada Head 5,21
(Bukaan Katub 600, 75º, dan 900)
Dengan Menggunakan 26 Sudu Setengah Silinder ... 59
4.2.1 Efisiensi Turbin Bukaan 600 ... 66
4.2.2 Efisiensi Turbin Bukaan 750 ... 69
4.2.3 Efisiensi Turbin Bukaan 900 ... 72
4.3 Grafik Perbandingan Hasil Pengujian Turbin Pelton Dengan 26 Buah Sudu Mangkok Bukaan Katub 60º, 75º, dan 90º ... 76
4.3.1 Perbandingan Efisiensi Turbin Dengan Beban ... 76
4.3.2 Perbandingan Putaran Dengan Beban ... 77
4.3.3 Perbandingan Putaran Dengan Daya Turbin ... 78
4.4 Grafik Perbandingan Hasil Pengujian Turbin Pelton Dengan 26 Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katub 60º, 75º, dan 900 ... 79
4.4.1 Perbandingan Efisiensi Turbin Dengan Beban ... 79
4.4.2 Perbandingan Putaran Dengan Beban ... 80
5.1 Kesimpulan ... 88 5.2 Saran ... 90
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kecepatan Spesifik Turbin ... 14 Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik (𝑁𝑠) ... 20
Tabel 4.1 Nilai head losses mayor pada pipa 4 inch
bukaan katub 60o,75o dan 90o. ... 46 Tabel 4.2 Nilai head losses mayor pada pipa 2 inch
bukaan katub 60o,75o dan 90 ... 47 Tabel 4.3 Tabel 4.3 Nilai kecepatan pada pipa 4 inch
bukaan katub 60o,75o dan 90o
... 47 Tabel 4.4 Head Losses Minor pada Pipa 4 inci ... 48 Tabel 4.5 Nilai head losses minor pada pipa 4 inch
bukaan katub 60o,75o dan 90o
... 48 Tabel 4.6 Tabel 4.6 Nilai kecepatan pada pipa 2 inch
bukaan katub 60o,75o dan 90o
... 49 Tabel 4.7 Head Losses Minor pada Pipa 2 inci ... 49 Tabel 4.8 Nilai head losses minor pada pipa 2 inch
bukaan katub 60o,75o dan 90o ... 50 Tabel 4.9 Nilai head efektif bukaan katub 60o,75o dan 90o ... 50 Tabel 4.10 Tabel Hubungan Antara Beban dengan Efisiensi Sudu Mangkuk
Tabel 4.13 Nilai head losses mayor pada pipa 4 inch
bukaan katub 60o,75o dan 90o ... 63
Tabel 4.14 Nilai head losses mayor pada pipa 2 inch
bukaan katub 60o,75o dan 90º... 63 Tabel 4.15 Nilai kecepatan pada pipa 4 inch bukaan katub 60o,75o dan 90º . 64
Tabel 4.16 Head Losses Minor pada Pipa 4 inci ... 64 Tabel 4.17 Nilai head losses minor pada pipa 4 inch
bukaan katub 60o,75o dan 90º ... 65 Tabel 4.18 Nilai kecepatan pada pipa 2 inch bukaan katub 60o,75o dan 90º . 66 Tabel 4.19 Head Losses Minor pada Pipa 2 inci ... 66 Tabel 4.20 Nilai head losses minor pada pipa 2 inch
bukaan katub 60o,75o dan 90º ... 67 Tabel 4.21 Nilai head efektif bukaan katub 60o,75o dan 90º ... 67 Tabel 4.22 Tabel Hubungan Antara Beban dengan Efisiensi Sudu Setengah Silinder
Bukaan 60º ... 69 Tabel 4.23 Tabel Hubungan Antara Beban dengan Efisiensi Sudu Setengah
Silinder Bukaan 75º ... 72 Tabel 4.24 Tabel Hubungan Antara Beban dengan Efisiensi Sudu Setengah
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Turbin Cross Flow ... 9
Gambar 2.2 Turbin Pelton ... 10
Gambar 2.3 Turbin Francis ... 12
Gambar 2.4 Turbin Propeler ... 13
Gambar 2.5 Perbandingan Karakteristik Turbin ... 14
Gambar 2.6 Daerah penggunaan dari beberapa jenis konstruksi turbin yang berbeda ... 16
Gambar 2.7 Diagram Bernoulli Untuk Turbin Air. ... 17
Gambar 2.8 Runner Turbin Pelton. ... 21
Gambar 2.14 Gambar Kecepatan Turbin vs Daya Turbin (rpm vs P). ... 25
Gambar 2.15 Gambar Kecepatan Turbin vs Efisiensi (rpm vs ɳ). ... 25
Gambar 2.16 Dinamo Meter. ... 27
Gambar 3.1 Sudu dan Runner Turbin Pelton Sebelum Dirakit. ... 31
Gambar 3.2 Turbin Pelton Setelah Dirakit. ... 31
Gambar 3.3 Instalasi Pipa untuk Turbin Pelton. ... 37
Gambar 3.4 Hand Tachometer ... 38
Gambar 3.5 Meteran... 38
Gambar 3.6 Flow Meter Digital ... 40
Gambar 4.4 Grafik Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 26 Buah Sudu Mangkok Bukaan Katup 75º. ... 56 Gambar 4.5 Grafik Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 26 Buah Sudu Mangkok
Bukaan Katup 75º ... 57 Gambar 4.6 Grafik Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 26 Buah Sudu
Mangkok Bukaan Katup 75º. ... 58 Gambar 4.7 Grafik Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 26 Buah Sudu Mangkok
Bukaan Katup 60º. ... 60 Gambar 4.8 Grafik Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 26 Buah Sudu Mangkok
Bukaan Katup 60º. ... 60 Gambar 4.9 Grafik Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 26 Buah Sudu
Mangkok Bukaan Katup 60º ... 61 Gambar 4.10 Grafik Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 26 Buah Sudu Setengah
Silinder Bukaan Katup 90º ... 70 Gambar 4.11 Grafik Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 26 Buah Sudu Setengah
Silinder Bukaan Katup 90º. ... 70 Gambar 4.12 Grafik Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 26 Buah Sudu
Setengah Silinder Bukaan Katup 90º. ... 71 Gambar 4.13 Grafik Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 26 Buah Sudu Setengah
Silinder Bukaan Katup 75º. ... 73 Gambar 4.14 Grafik Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 24 Buah Sudu Setengah
Silinder Bukaan Katup 75º. ... 74 Gambar 4.15 Grafik Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 26 Buah Sudu
Setengah Silinder Bukaan Katup 75º. ... 74 Gambar 4.16 Grafik Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 26 Buah Sudu Setengah
Silinder Bukaan Katup 60º. ... 76 Gambar 4.17 Grafik Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 26 Buah Sudu Setengah
Silinder Bukaan Katup 60º. ... 77 Gambar 4.18 Grafik Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 26 Buah Sudu
Setengah Silinder Bukaan Katup 60º. ... 77 Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 26 Buah
Gambar 4.20 Grafik Perbandingan Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 26 Buah Sudu Mangkok Pada Bukaan 60º, 75º, 90º. ... 79 Gambar 4.21 Grafik Perbandingan Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 26
Buah Sudu Mangkok Pada Bukaan 60º, 75º, 90º. ... 80 Gambar 4.22 Grafik Perbandingan Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 26 Buah
Sudu Setengah Silinder Pada Bukaan 60º, 75º, 90º ... 81 Gambar 4.23 Grafik Perbandingan Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 26 Buah
Sudu Setengah Silinder Pada Bukaan 60º, 75º, 90º ... 82 Gambar 4.24 Grafik Perbandingan Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 26
Buah Sudu Setengah Silinder Pada Bukaan 60º, 75º, 90º ... 83 Gambar 4.25 Grafik Karakteristik Debit (Q) vs Efisiensi Maksimal Turbin (%)
Sudu Mangkok. ... 84 Gambar 4.26 Grafik Karakteristik Daya Air (W) vs Efisiensi Turbin (%) Sudu
Mangkok. ... 85 Gambar 4.27 Grafik Karakteristik Kecepatan Turbin (rpm) vs Efisiensi Turbin
(W) Sudu Mangkok. ... 85 Gambar 4.28 Grafik Karakteristik Kecepatan Turbin (rpm) vs Efisiensi Turbin (%)
Sudu Mangkok. ... 86 Gambar 4.29 Grafik Karakteristik Debit (Q) vs Efisiensi Maksimal Turbin (%)
Sudu Setengah Silinder. ... 87 Gambar 4.30 Grafik Karakteristik Daya Air (W) vs Efisiensi Turbin (%) Sudu
Setengah Silinder. ... 88 Gambar 4.31 Grafik Karakteristik Kecepatan Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W)
Sudu Setengah Silinder. ... 88 Gambar 4.32 Grafik Karakteristik Kecepatan Turbin (rpm) vs Efisiensi Turbin (%)
DAFTAR SIMBOL
SIMBOL ARTI SATUAN
m Massa kg
g Kecepatan gravitasi bumi 9,81 m/s
z Selisih ketinggian m
C Koefisien kerugian pipa -
ℎ𝑓 Head losses mayor m
ℎ𝑚 Head losses minor m
AKSARA YUNANI
LAMBANG ARTI SATUAN
𝜂𝑇 Efisiensi turbin %
γ (gamma) Berat Jenisa N/m3
