i
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh :
VALENTINA APRI RUSTIAJI NIM : 055214044
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
THE CROSSFLOW TURBINE USING BLADE THAT MADE FROM CUTTING PIPE LENGTHWISE WITH 12 NUMBER OF BLADES
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree
in Mechanical Engineering
By :
VALENTINA APRI RUSTIAJI Student Number : 055214044
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY
vii penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Isi Tugas Akhir ini adalah mengenai unjuk kerja sebuah turbin aliran silang yang menggunakan sudu dari bilah pipa, dengan jumlah sudu 12 buah.
Dalam kesempatan ini penulis menyadari bahwa dalam proses belajar di Program Studi Teknik Mesin, sejak awal studi sampai berakhirnya studi melibatkan banyak hal. Atas segala saran, bimbingan, dukungan dan bantuan, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Budi Sugiharto, S.T., M.T. Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
3. Seluruh dosen dan staff Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah memberikan berbagai pengetahuan kepada penulis dan membantu selama proses belajar di Jurusan Teknik Mesin.
4. Ayah, ibu, adik, serta keluarga saya yang selalu memberikan dukungan moril maupun materiil.
viii
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Meskipun demikian penulis berharap bahwa penulisan Tugas Akhir ini dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu khususnya mengenai perancangan turbin aliran silang. Atas kritik dan saran yang bersifat membangun guna sempurnanya karya tulis ini penulis mengucapkan terima kasih.
Yogyakarta, 25 Januari 2010
ix
alternatif. Salah satunya adalah dengan pemanfaatan energi yang berasal dari air dengan menggunakan turbin aliran silang. Turbin aliran silang banyak digunakan untuk pembangkit listrik skala mikro. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari unjuk kerja turbin aliran silang dengan sudu dari bilah pipa yang digunakan untuk pembangkit listrik.
Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin aliran silang. Sudu turbin dibuat dari pipa dengan diameter 2 in. Diameter runner adalah 156 mm dengan lebar runner 196 mm. Jumlah sudu pada runner 12 buah. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan penampang nozzle,dan beban lampu.Nozzleyang divariasikan adalah 14x196 mm2,10x196 mm2,dan 7x196 mm2. Untuk menghasilkan listrik turbin dihubungkan dengan generator. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus generator pada kondisi generator diberi variasi pembebanan 10W, 20W, 30W, 40W, 50W, 60W, 70W, 80W, 90W dan 100W. Pada setiap pembeban, putaran turbin diukur dengan tachometer.
x DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN ... v
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
INTISARI ... ix
DAFTAR ISI... x
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR LAMBANG ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan dan Manfaat ... 3
1.3.1 Tujuan ... 3
1.3.2 Manfaat ... 4
BAB II DASAR TEORI ... 5
2.1. Tinjauan Pustaka ... 5
2.2. Landasan Teori ... 6
2.2.1. Definisi Turbin Air ... 6
2.2.2. Perkembangan Turbin Air ... 7
2.2.3. Jenis-jenis Turbin Air ... 8
2.3. Turbin Crossflow ... 9
BAB III METODE PENELITIAN ... 17
3.1. Diagram Alir ... 17
3.2. Bahan Penelitian ... 18
3.3. Peralatan Penelitian ... 18
3.4. Jalannya Penelitian ... 19
3.4.1. Persiapan ... 19
3.4.2. Pembuatan Alat ... 20
3.4.2.1. Desain Alat ... 20
3.4.2.2. Perancangan Runner ... 20
3.4.2.3. Pembuatan Runner ... 26
3.4.2.4. Pemasangan Runner ke Alat Uji Turbin ... 30
3.4.3. Cara Kerja Turbin ... 31
3.4.4. Uji Prestasi ... 31
xi
4.2.3. PerhitunganNozzle7x196mm2dengan debit 6,8 L/s .. 39
4.3. Grafik Hasil Penelitian ... 41
4.3.1. Grafik Dengan Debit 8,1 L/s... 41
4.3.2. Grafik Dengan Debit 7,6 L/s ... 42
4.3.3. Grafik Dengan Debit 6,8 L/s ... 43
4.3.4. Grafik perbandingan Daya Dengan Putaran ... 44
4.3.5. Grafik Perbandingan Efisiensi Dengan Putaran ... 45
4.4. Analisa ... 45
BAB V KESIMPULAN ... 48
5.1. Kesimpulan ... 48
5.2. Saran ... 48 DAFTAR PUSTAKA
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin Terhadap Head ... 8
Tabel 4.1 Data Penelitian Pada PenampangNozzle14 x 196 mm dan Debit 8,1 L/s... 34
Tabel 4.2 Data Penelitian Pada PenampangNozzle10 x 196 mm dan Debit 7,6 L/s ... 34
Tabel 4.3 Data Penelitian Pada PenampangNozzle7 x 196 mm dan Debit 6,8 L/s... 35
Tabel 4.4 Perhitungan Data Dengan Debit 8,1 L/s... 37
Tabel 4.5 Perhitungan Data Dengan Debit 7,6 L/s... 39
xiii
Gambar 2.1 Turbin Crossflow ... 9
Gambar 2.2 Aliran Air Pada Turbin Crossflow ... 10
Gambar 2.3 Kelengkungan Sudu ... 14
Gambar 2.4 Sketsa Pipa yang Dibelah ... 14
Gambar 2.5 Jarak Antar Sudu ... 15
Gambar 2.6 Penampang Nozzle ... 15
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 17
Gambar 3.2 Sudu yang Sdah Dibelah ... 26
Gambar 3.3 Piringan Runner setelah Pengaluran ... 27
Gambar 3.4 Poros Runner ... 28
Gambar 3.5 Runner yang Sudah Dilas ... 29
Gambar 3.6 Tower ... 29
Gambar 3.7 Dudukan Runner ... 30
Gambar 4.1 Grafik Daya yang Dihasilkan VS Putaran Altenator untuk debit 8,1 L/s... 41
Gambar 4.2 Grafik Efisiensi VS Putaran Altenator untuk debit 8,1 L/s... 42
Gambar 4.3 Grafik Daya yang Dihasilkan VS Putaran Altenator untuk debit 7,6 L/s... 42
xiv
untuk debit 6,8 L/s... 43
Gambar 4.6 Grafik Efisiensi VS Putaran Altenator untuk debit 6,8 L/s... 44
Gambar 4.7 Grafik Daya Yang Dihasilkan VS Putaran Altenator ... 44
xv
Q = Debit (m3/detik)
η = Efisiensi turbin (%)
D1= Diameter turbin (m)
L = Panjang Turbin (m)
ρ = Jari-jari kelengkungan sudu turbin (m)
a = Lebar velk radial (m)
s1 = Jarak antar sudu pancaran air masuk (m)
t = Jarak antar sudu (m)
β1 = Sudut masuk (o)
s2 = Jarak antar sudu pancaran air keluar (m)
n = Jumlah sudu (buah)
y1 = Jarak pancaran dari poros (m)
y2 = Jarak pancaran dari keliling dalam (m)
A = Penampang nosel (m)
so = Tinggi pancaran air nosel (m)
N = Kecepatan Putar (rpm)
Δ = Sudut pusat sudu jalan (o)
Pin = Daya yang tersedia (W)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Listrik merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia. Tidak dapat
dipungkiri bahwa listrik memudahkan manusia untuk melakukan pekerjaan.
Listrik dihasilkan dari suatu sistem pembangkit listrik. Pembangkit yang banyak
digunakan adalah pembangkit listrik tenaga air (PLTA), pembangkit listrik tenaga
uap (PLTU), pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTG), 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 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.
Air merupakan salah satu sumber daya alam yang dapat diperbarui atau
tidak terbatas jumlahnya. Air juga memiliki potensi yang sangat besar dan dapat
digunakan sebagai sumber energi yang dapat menggantikan penggunaan energi
fosil. Air merupakan sumber energi yang bersih karena tidak menghasilkan
polutan. Berbeda dengan sumber energi fosil, air tidak mempunyai potensi
merusak ozon maupun potensi pemanasan global.
Dari data yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya
Mineral Republik Indonesia, pemanfaatan energi air di Indonesia masih sangat
kecil, baru sekitar 2,5% dari potensi yang bisa mencapai 75000 MW. Di Indonesia
terdapat 1315 kawasan yang berpotensi menjadi sumber energi tenaga air, dan
daerah-daerah tersebut tersebar dari Sabang sampai Marauke. Daerah-daerah yang
diprediksi memiliki potensi tersebut, antara lain : Pulau Papua 22371 MW, pulau
Kalimantan 21611 MW, pulau Sumatra 15804 MW, pulau Sulawesi 10203 MW,
pulau Jawa 4531 MW, kepulauan Nusa Tenggara (Bali, NTB dan NTT) 674 MW
dan kepulauan 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.
Pembangkit listrik tenaga air menggunakan turbin sebagai alat untuk
mengkonversi potensi energi air menjadi energi mekanik untuk memutar
generator listrik. Untuk daya yang kecil (mikrohidro/pikohidro), turbin aliran
silang (crossflow) banyak digunakan. Sudu turbin crossflow biasanya dibuat dari
pelat yang dilengkung. Pembuatan sudu tersebut tentu saja tidak mudah, apalagi
bagi masyarakat kebanyakan. Geometri sudu turbin crossflow sebenarnya sama
dengan geometri pipa yang dibelah dengan besar sudut busur tertentu. Oleh
karena itu sudu turbin dapat dibuat dari pipa yang dibelah, sehingga
pembuatannya lebih mudah. Pembuatan runner yang mudah akan membuat biaya
yang dikeluarkan menjadi murah. Masyarakat akan dapat membuat sendiri
3
pemanfaatan pipa dibelah sebagai sudu turbin crossflow belum banyak dilakukan
sehingga informasi mengenai unjuk kerjanya kurang diketahui.
Gambar 1.1 Runner Turbin Crossflow Sudu
Piringan Runner
Poros
1.2 Rumusan Masalah
Informasi tentang unjuk kerja turbin crossflow dengan sudu dibuat dari pipa
yang dibelah belum banyak diketahui. Selama ini yang banyak dibuat dan diteliti
adalah turbin dengan pipa dari sudu yang dilengkung. Pada penelitian ini akan
dibuat turbin crossflow dengan sudu dari pipa yang dibelah dengan diameter 2
inchi, dan jumlah sudu 12 buah. Turbin akan diteliti unjuk kerjanya pada berbagai
variasi debit dan head air masuk.
1.3 Tujuan dan Manfaat
1.3.1 Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah :
a. Membuat turbin crossflow dengan menggunakan sudu dari pipa yang
b. Mengetahui daya dan efisiensi turbin crossflow dengan variasi tiga
penampang nozzle (7 mm x 196 mm2, 10 mm x 196 mm2,dan 14 mm x
196 mm2).
1.3.2 Manfaat
Hasil penelitian ini diharapkan dapat:
a. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga air
mikrohidro.
b. Diterapkan di masyarakat yang berada dekat sumber air dan belum
mendapat pasokan listrik sehingga dapat menyediakan energi listrik
secara swadaya .
c. Mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Turbin air adalah suatu alat yang mengkonversi energi potensial menjadi
energi mekanik. Unjuk kerja turbin crossflow dipengaruhi oleh banyak parameter
antara lain adalah 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. Geometri runner turbin crossflow dapat dilihat pada Gambar 2.3 dan 2.5.
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 bertujuan 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.
Penelitian terhadap pengaruh perbandingan diameter dalam dan diameter
luar runner juga telah dilakukan (Olgun, 1998). Dalam penelitian ini digunakan 4
buah runner. Runner yang diuji mempunyai jumlah sudu 28 buah, diameter luar
170 mm, dan lebar 114 mm. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar
untuk tiap runner dibuat berbeda. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar
yang digunakan 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).
2.2Landasan Teori
2.2.1 Definisi Turbin Air
Turbin air adalah salah suatu mesin berputar yang mengkonversi energi dari
suatu gerakan aliran air menjadi energi mekanis. Energi mekanis ini kemudian
ditransfer melalui suatu poros untuk mengoperasikan mesin atau generator. Turbin
air digunakan pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA) untuk mengubah energi
mekanik menjadi energi listrik, dengan memanfaatkan aliran dan tinggi air jatuh.
Air dibawah tekanan tinggi di dalam dam dilepaskan ke dalam suatu saluran
dimana akan menggerakan impeler turbin sehingga menyebabkan putaran yang
7
kemudian akan menghasilkan energi listrik. 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 Perkembangan Turbin Air
Bentuk yang paling tua dan sederhana dari turbin air adalah kincir air, yang
pertama kali digunakan oleh bangsa yunani pada abad pertengahan. Perpindahan
dari bentuk kincir air ke bentuk turbin air modern memakan waktu sekitar 100
tahun. Pada awal abad ke 19 seorang insinyur Prancis yang bernama Claude
Bourdin menemukan kata turbin yang diambil dari bahasa latin yang berarti
memutar. Perkembangan turbin air mulai terlihat pada pertengahan abad 18 :
1. Pada pertengahan abad 17 Jan Andrej Segner mengembangkan suatu
turbin air reaktif, yang merupakan mesin yang sangat sederhana yang
hingga saat ini masih dapat dijumpai di lokasi hidro yang kecil.
2. Pada tahun 1826 Benoit Fourneyron mengembangkan sebuah turbin air
berefisiensi 80%. Air diarahkan menyimpang melalui turbin runner
sehingga turbin runner berputar (turbin aliran keluar).
3. Pada tahun sebelumnya sekitar tahun 1820, Jean- Victor Poncelete
mendisain turbin air aliran dalam, dengan menggunakan prinsip yang
4. Pada tahun 1848 James B. Francis mengembangkan disain turbin air
aliran dalam untuk mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi (90%). Yang
disebut turbin Francis.
2.2.3 Jenis-jenis Turbin Air
Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk memenuhi
kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya diklasifikasikan berdasarkan
kegunaan tertentu, kapasitas aliran dan tinggi air jatuh. Secara umum turbin air
diklasifikasikan menurut tinggi air jatuh (Head) dan juga prinsip kerja turbin
tersebut merubah energi air menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi ini
turbin air dibagi menjadi :
Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin Terhadap Head
Head tinggi Head sedang Head rendah
Turbin impuls Turbin pelton
Turbin turgo
Turbin crossflow
Turbin pelton
multi jet
Turbin turgo
Turbin crossflow
9
2.3 Turbin Crossflow
Turbin Crossflow atau yang juga dikenal dengan nama Turbin
Michell-Banki merupakan salah satu jenis turbin impuls. Turbin crossflow terdiri dari dua
bagian yaitu nozzle dan runner. Turbin crossflow menggunakan nozzle
berpenampang persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Tinggi
nozzle dapat diubah-ubah karena menggunakan sebuah katup yang dapat diset
ketinggiannya. 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. 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
mengambil energi sebesar 28 %.
sudu poros Katup nozzle
aliran air
Dari kapasitas air dan tinggi air jatuh dapat diperoleh potensi daya air yang
tersedia yaitu (Dietzel, 1996, hal. 2) :
H Q g
Pin =
ρ
2.1Dengan
P : daya yang tersedia (W),
ρ : massa jenis air (kg/m3),
g : percepatan gravitasi (m/detik2),
Q : debit air (m3/detik),
H : tinggi air jatuh (m),
Gambar 2.2 Aliran Air Pada Turbin Crossflow (Mockmore, 1949, hal. 6)
Pada Gambar 2.2 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk ke
11
kelilingnya. Kecepatan air memasuki runner (V1) dihitung dengan
(Mockmore,1949,hal 6) :
V1=C (2gH)½ 2.2
dengan C merupakan koefisien kerugian pada nosel
Daya teoritis yang dihasilkan turbin adalah
(
V1cos 1 V2cos 2)
u1 QPth =
ρ
α
+α
Atau
(
)
⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + − = 1 2 1 1 1 1 cos cos 1 cos
β
β
ψ
α
ρ
Qu V uPth 2.3
Dengan
u1 : kecepatan keliling runner,
β1 : sudut antara kecepatan relatif air masuk pada sudu atas dengan
kecepatan keliling,
β2 : sudut antara kecepatan relatif air masuk pada sudu bawah dengan
kecepatan keliling.
Dengan mengambil besar sudut β2 = β1 maka :
(
α
)(
ψ
)
ρ
− += Qu1 V1cos 1 u1 1
Pth 2.4
Efisiensi turbin yang merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan turbin
dengan daya air yang tersedia adalah (Mockmore, 1949, hal 8):
(
)
⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − + = 1 1 1 1 1 2T 2 1 cos
V u V
u
C
ψ
α
η
2.5Secara teoritis efisiensi turbin dipengaruhi oleh kecepatan pancaran air masuk
Untuk menghasilkan listrik poros turbin dihubungkan dengan poros
altenator. Hubungan ini melalui sistem transmisi yang ditentukan berdasarkan
putaran poros turbin dan putaran kerja altenator. Daya listrik (P) yang dihasilkan
altenator dapat diketahui setelah arus dan tegangan yang dihasilkan diukur.
Besarnya daya listrik adalah
Pout= V I 2.6
dengan
Pout : Daya yang dihasilkan generator (watt)
V : tegangan listrik yang dihasilkan (volt)
I : kuat arus listrik yang dihasilkan (ampere)
Efisiensi menyeluruh (efisiensi nozzle, turbin, transmisi dan altenator) dihitung
dengan persamaan 100% x out in total P P =
η
2.7Perhitungan ukuran-ukuran turbin menggunakan asumsi sudut pancaran air
masuk (α1) sebesar 16o dan nilai ψ = 0.98 , C = 0.98 dan k = 0,087
(Mockmore,1949, hal 17). Dengan asumsi tersebut secara teoritis dapat dicapai
efisiensi maksimum turbin sebesar 87,8% (Mockmore,1949, hal 9).
Ukuran turbin crossflow ditentukan berdasarkan lebar dan diameter runner.
Lebar dan diameter runner dapat ditentukan dengan persamaan (Mockmore,1949,
hal 17):
13
dengan
L : lebar runner (inch)
D1 : diameter runner (inch)
Q : debit air (ft3/s)
H : tinggi jatuh air (ft)
Lebar runner ditentukan dengan terlebih dahulu menentukan diameter turbin yang
direncanakan. Pemilihan diameter turbin akan menentukan putaran kerja turbin,
sehingga dalam pemilihannya mempertimbangkan putaran kerja altenator. Putaran
kerja turbin (N) adalah (Mockmore,1949, hal 15):
N =862H½/ D1 2.9
Setelah diameter runner ditentukan maka dapat dihitung besarnya jari-jari
kelengkungan sudu (ρ) yaitu (Mockmore,1949, hal 15) :
ρ = 0.326 D1/2 2.10
Karena sudu akan dibuat dari pipa yang dibelah maka kemudian dipilih pipa
dengan jari-jari mendekati jari-jari kelengkungan sudu hasil perhitungan. Setelah
pipa untuk sudu ditentukan maka diameter runner dihitung kembali dengan :
D1 = 2 ρ/ 0.326 2.11
Lebar runner ditentukan dengan
L = 210,6 Q/(H½ D1) 2.12
Lebar velk radial (a ) ditentukan dari persamaan (Mockmore, 1949, hal 12) :
Gambar 2.3 Kelengkungan Sudu (Mockmore, 1949, hal. 16)
Untuk sudut pancaran air (α1) sebesar16o maka sudut sudu (δ) adalah 73o 28’
(Mockmore, 1949, hal. 15). Dengan demikian untuk sudu dari pipa maka sudu
dibuat dengan membelah pipa dengan sudut busur 73o 28’.
Gambar 2.4 Sketsa Pipa Dibelah Dengan Sudut 73o 28’
Jarak antar sudu (t) dihitung dengan persamaan (Mockmore, 1949, hal 10)
15
dengan
s1 = kD1 (Mockmore, 1949, hal 14),
β1 = 30o (Mockmore, 1949, hal 10), untuk α =16
Gambar 2.5 Jarak Antar Sudu (Mockmore, 1949, hal. 9)
Jumlah sudu (n) ditentukan dengan (Mockmore, 1949, hal 17)
n = л D1/t 2.15
Nozzle turbin Crossflow berbentuk persegi panjang.
Perhitungan ukuran nozzle:
so = Q / (V1L) 2.16
Torsi yang terjadi adalah sebagai berikut
N P
T 5 d
10 x 74 , 9
= 2.17
Untuk menentukan diameter poros dѕ, digunakan persamaan berikut ini
3 1 1 , 5 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡
= K C T
d t b
a
s
τ
2.18dengan ds = diameter poros (mm)
Kt = faktor koreksi 1
Cb = faktor koreksi 2
a
τ
= tegangan bahan yang diizinkan (kg/mm2)Perhitungan kecepatan spesifik
nq = 0,75
H Q
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1Diagram Alir
Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Penelitian
3.2Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
a. Pipa besi diameter 2 in, dengan panjang 60 cm
b. Plat besi dengan tebal 5 mm, diameter 156 mm
c. Poros 1 buah dengan panjang 404 mm diameter 30 mm
d. Bantalan, 2 buah
e. System transmisi sabuk & pulley
f. Alternator, 1 buah
g. Pipa PVC diameter 2 in, 2 batang
h. Pipa PVC diameter 1,5 in 1 batang
i. Lampu
j. Bak air sebagai reservoir atas dan bawah k. Besi siku untuk kontruksi pendukung
3.3Peralatan Penelitian
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
a. Satu buah runner turbin crossflow yang sudunya dibuat dari pipa besi yang dibelah. Diameter pipa 2 in untuk sudu. Diameter runner adalah 156
mm dengan lebar runner 196 mm. tiap runner mempunyai jumlah sudu 12
b. Tiga buah nozzle berbentuk persegi panjang dengan ukuran penampang 196 x 14 mm2, 196 x 10 mm2, 196 x 7 mm2
c. Pompa air berkapasitas 20 l/s beserta katup bypass untuk suplay kebutuhan
19
d. Alternator untuk membangkitkan listrik beserta lampu sebagai beban
e. Transmisi sabuk dan pulley dengan angka transmisi 4
f. Bak penampung air 2 buah beserta kontruksi pendukung
g. Pipa PVC berdiameter 2 in sebagai penstock dan saluran air
h. Pipa PVC berdiameter 1,5 in sebagai saluran pelimpah
i. Peralatan kerja bangku
j. Mesin bubut, sekrap, gerinda tangan
k. Las listrik
l. Alat ukur (roll meter, jangka sorong, tachometer, multimeter)
3.4Jalannya Penelitian
3.4.1 Persiapan
Persiapan yang dilakukan sebelum penelitian dilaksanakan adalah sebagai
berikut. Tahap awal adalah studi pustaka. Pada tahap ini, bahan-bahan yang akan
digunakan sebagai referensi penelitian dikumpulkan. Referensi yang dikumpulkan
berupa buku-buku ilmiah, hasil penelitian lembaga lain, dan beberapa sumber dari
internet. Referensi tersebut kemudian dipelajari, dan digunakan sebagai dasar teori
dalam penelitian ini.
Tahapan selanjutnya adalah pembuatan jadwal pelaksanaan penelitian yang
akan digunakan sebagai pedoman untuk mencapai efisiensi waktu yang maksimal.
3.4.2.1Desain Alat
Pada tahapan ini, gambar kerja dibuat. Sebelum membuat gambar kerja,
terlebih dahulu dibuat sketsa alat yang digunakan dalam penelitian.
Alat uji turbin juga akan digunakan pada pelaksanaan uji prestasi. Penelitian
akan dilaksanakan dengan membuat sebuah runner. Sedangkan komponen lain seperti rumah runner, alternator, transmisi sabuk dan puli, panel-panel listrik, dan
nozzle akan tetap dipakai pada penelitian ini.
Penelitian ini tidak dilakukan di lapangan, melainkan disimulasikan dengan
menggunakan peralatan-peralatan yang telah direncanakan dan dipersiapkan oleh
kelompok studi Rekayasa Tenaga Air. Untuk menggantikan laju aliran sungai,
digunakan sebuah pompa berkapasitas maksimum 20 L/s, Head 3 m.
Pompa mengalirkan air yang ditampung pada sebuah bak penampung atas
yang berkapasitas 160 liter. Air dialirkan menuju nozzle melalui pipa penstock berdiameter 2 inch. Air yang masuk ke nozzle digunakan untuk memutar runner
di dalam rumah runner, dan masuk kembali ke dalam bak penampung bawah yang berkapasitas 240 liter. Runner akan memutar altenator yang dihubungkan dengan
runner menggunakan transmisi sabuk dan puli.
3.4.2.2Perancangan Runner
Untuk pembuatan runner, dipakai sudu dari pipa yang dibelah. Perancangan dan perhitungannya adalah sebagai berikut:
Data perancangan
Debit (Q) = 20 L/s
21
Head (H) = 3 m
= 9,84 ft
Koefisien kecepatan nozzle (C) = 0,98 Faktor koreksi nozzle (k) = 0,087
Sudut masuk (α) = 16°
Gravitasi (g) = 32,18 ft/s2
Diameter pipa untuk sudu (d1) = 2 in
Perhitungan :
Perancangan Turbin crossflow dengan runner yang terbuat dari pipa berdiameter 2 inch (0,166 ft).
a. Velocity of jet nozzle /kecepatan air masuk nozzle (V)
gH C V = 2
84 , 9 18 , 32 2 98 ,
0 × ×
= V 66 , 24 =
V ft/s
V = 7,52 m/s
b. Radius sudu (ρ)
ρ = 0,5 d1
= 0,5 . 2 = 1 in
c. Diameter runner (D1)
ρ = 0,326 r1
r1 = 1 / 0,326
r1 = 3,067 in
D1 = 2 r1 = 6,134 inch
= 155,8 mm
d. Panjang dan diameter runner (LD1) LD1 = 210,6 . Q/H½
= 210,6 . 0,7 / (9,84) ½
= 46,86 in
= 1190,2 mm
e. Panjang runner (L) L = 43,883/D1
= 46,86/6,134
= 7,64 in
= 194,06 mm
f. Kecepatan putar runner (N) N = 862 . H½ / D1
= 862 . (9,84) ½ / 6,134
23
g. Lebar nozzle (s0) A = Q / V
= 0,7 / 24,66
= 0,028 ft2
= 0,0007 m2
S0 = A / L
= 0,028. 144 / 7,64
= 0,53 in
= 13,46 mm
h. Jarak sudu pada runner (s1,t) s1 = k . D1
= 0,087 . 6,134
= 0,53 in
= 13,462 mm
t = s1 / sinβ1
= 0,53 / sin ( tan-1 ( 2.tan16°))
= 1,065 in
i. Jumlah sudu (n)
n = π . D1 / t
= 3,14 . 6,134 / 1,065
= 18 buah (pada penelitian ini, jumlah sudu dibuat menjadi 12
buah untuk variasi)
j. Radial rim width (a)
a = 0,17 . D1
= 0,17 . 6,134
= 1,043 in
= 26,49 mm
k. Diameter dalam runner = D1-2(a)
= 6,134– 2 (1,043 )
= 4,05 in
= 103,12 mm
l. Daya air (Pair)
Pair = ρ.g.Q.H
= 1000 . 9,81 .0,02 .3
= 588,6 watt
25
m. Daya turbin maksimum (Pturbin, Pd)
Pturbin = Pair .η
= 0,789. 0,878
= 0,693 HP
n. Torsi (T)
N P T 5 d
10 x 74 , 9 = 441 693 , 0 10 x 74 , 9 5 = 1530 = kgmm
o. Bahan poros
B
σ
= 10 kg/mm22 1 Sf
Sf
B a = ⋅
σ
τ
4 3 10 ⋅ = 833 , 0= kg/mm2
p. Diameter poros
3 1 1 , 5 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡
= K C T d t b
3 1 1530 1 5 , 1 833 , 0 1 , 5 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⋅ ⋅ ⋅ =
= 23,37 mm (dipilih 25 mm)
3.4.2.3Pembuatan Runner
Sesudah perancangan selesai, dilanjutkan dengan pembuatan runner. Bagian terpenting dari turbin crossflow adalah roda jalan atau runner. Proses pembuatan
runner memerlukan tahapan. Tahapan dalam membuat runner adalah 1. Pembuatan Sudu
Sudu turbin dibuat dari pipa diameter 2 in yang dibelah dengan sudut
73,280 sebanyak 12 buah, kemudian pipa dipotong dengan panjang
196 mm. Pipa yang akan dibelah diberi mal dan digaris, yang
bertujuan memudahkan dalam pembelahan. Pembelahan dapat
dilakukan dengan gergaji tangan atau dengan mesin skrap.
27
2. Pembuatan Piringan
Piringan dibuat dari plat besi dengan diameter 156 mm dan tebal 20
mm yang berjumlah 2 buah. Piringan dibuat dimesin bubut dan
setelah mendapat hasil yang diinginkan piringan diberi alur
berdiameter 2 mm dengan kedalaman 3 mm sebanyak 12 alur setiap
piringan. Alur-alur ini akan digunakan untuk mengelas sudu dengan
piringan. Untuk mendapatkan alur sesuai dengan geometri yang
diinginkan, pengaluran dilakukan dengan menggunakan mesin
CNC.
Gambar 3.3 Piringan Runner setelah Pengaluran
3. Pembuatan Poros
Poros dibuat dari besi silinder pejal dengan panjang 404 mm dan
diameter 30 mm. Poros dibuat dengan cara dibubut. Bagian tengah
poros dibuat kecil dengan diameter 10 mm bertujuan untuk
sudu-sudu turbin yang terhambat oleh poros yang berada ditengah-tengah
turbin. Selain itu juga untuk mempermudah centering dalam proses pengelasan nantinya.
Gambar 3.4 Poros Runner
Setelah pembuatan poros selesai, tinggal piringan dan poros
disambung dengan cara dilas. Pengelasan dilakukan harus dengan
teliti supaya didapatkan hasil yang simetris dan tidak oleng. Setelah
kedua piringan terpasang, sudu-sudu dipasang satu per satu.
Pemasangan dilakukan dengan cara silang menyilang. Setelah satu
sudu selesai dilas, dilanjutkan dengan sudu yang ada di seberangnya.
Hal ini dilakukan untuk menghindari adanya defleksi akibat panas
saat pengelasan.
Setelah semua sudu dilas, dilakukan finishing dengan gerinda
tangan. Sisa-sisa pengelasan diratakan. Sesudah itu, dilakukan
balancing geometri dengan mesin bubut. 4. Perakitan Runner
Bagian runner yang masih terpisah disatukan dengan pengelasan. Poros dan piringan dilas dengan menggunakan las asetilin (las
29
simetris dan tidak oleng. Runner yang sudah dilas, dilakukan
finishing dengan mesin bubut. Tujuannya agar permukaan turbin rata dengan pengelasan dan runner seimbang (balance).
Gambar 3.5 Runner yang sudah dilas 5. Pembuatan Tower
Tower digunakan untuk tempat bak penampung atas. Untuk
membuat tower digunakan besi siku berlubang, dengan ukuran tower
: tinggi 5,5 m, lebar 0,5 m dan panjang 1,8 m, dan untuk
penyambungannya menggunakan mur baut.
6. Pembuatan Dudukan Runner
Dudukan Runner terdiri dari rumah Runner dan kerangka dari modul Mikrohidro dari Cihanjuang, tetapi komponen lain seperti
rumah runner, generator, transmisi sabuk dan puli, panel-panel listrik, dan nosel akan dilepas/tidak digunakan dalam penelitian ini.
Rumah Runner terbuat dari besi siku 2,5 cm x 2,5 cm dan plat yang setebal 2 mm, disambung dengan sambungan las busur listrik.
Gambar 3.7 Dudukan Runner
3.4.2.4Pemasangan Runner ke Alat Uji Turbin
Runner kemudian dipasang ke alat uji turbin. Setelah selesai dipasang,
rumah bantalan yang terdapat di sisi kanan dan kiri rumah runner dipasang.
Diikuti dengan pemasangan kopling transmisi sabuk dan puli.
Setelah dipastikan semua bagian terpasang, penelitian dilanjutkan dengan
31
3.4.3 Cara Kerja Turbin
Turbin aliaran 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 berkapisitas 20 l/s dan head 3 m.
pompa yang digunakan ada dua buah.
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 bak penampungan atas dengan
kapasitas 160 liter, kemudian air dari bak atas mengalir ke nozzle melalui pipa
penstock berdiameter 2 inchi.
Air yang masuk ke nozzle akan menyembur mengenai sudu-sudu turbin. Air akan memutar turbin dan akan kembali dalam bak penampungan bawah.
Turbin yang berputar akan menggerakan pulley turbin dan selanjutnya akan menggerakan pulley altenator dan memutar altenator. altenator yang berputar akan menyebabkan terjadinya perbedaan medan magnet sehingga menghasilkan listrik.
Arus listrik akan disalurkan menuju rangkaian pembebanan (lampu). Beban akan
bekerja jika tegangan yang dihasilkan mencukupi.
3.4.4 Uji Prestasi
Pada tahap ini dilakukan pengambilan data untuk mengetahui unjuk kerja
Variabel yang divariasikan :
a. Jumlah sudu runner turbin yaitu 12
b. Beban alternator 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 watt
c. Variasi ukuran nozzle 196 x 14 mm2, 196 x 10 mm2, 196 x 7 mm2
Variabel yang diukur :
a. Debit air
b. Tegangan yang dihasilkan alternator
c. Putaran turbin
d. Arus yang dihasilkan alternator
Langkah penelitian :
1. Atur pemasangan kabel-kabel yang menghubungkan accu, alternator,
beban dan multimeter dan siapkan rangkaian lampu untuk beban alternator
2. Pasang runner dengan jumlah sudu 12
3. Pasang nozzle dengan ukuran penampang 196 x 14 mm2
4. Hidupkan pompa air dan atur katup bypass agar muka air di bak atas stabil
5. Ukur debit air
6. Ukur putaran turbin tanpa beban
7. Ukur dan catat putaran turbin
8. Ukur dan catat tegangan dan arus listrik yang dihasilkan alternator
9. Ulangi langkah 10 s/d 12 untuk beban 10. 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90
33
10.Matikan pompa air
11.Ulangi langkah 6 s/d 14
12.Ulangi langkah 5 s/d 15 untuk nozle ukuran 196 x 10 mm2, dan 196 x 7
mm2
3.4.5 Analisa Data
Pengolahan data dilakukan sebagai berikut :
a. Hitung potensi daya air dengan persamaan 1 untuk tiap variasi debit.
b. Hitung daya yang dihasilkan alternator dengan persamaan 6 untuk tiap
variasi beban alternator, debit dan jumlah sudu.
c. Hitung efisiensi total dengan persamaan 7 untuk tiap variasi beban
alternator, debit dan jumlah sudu.
d. Analisis dilakukan dengan membuat grafik hubungan putaran turbin
dengan daya dan grafik hubungan putaran turbin dengan efisiensi untuk
34
4.1Hasil Penelitian
Tabel 4.1 Data Penelitian Pada Penampang Nozzle 14 x 196 mm dan Debit 8,1 L/s
Beban (Watt)
Putaran (rpm) Tegangan (Volt)
Arus (Ampere)
0 180 86 0 10 180 72 0,03 20 181 63 0,07 30 183 57 0,08 40 185 52 0,11 50 187 48 0,12 60 189 43 0,13 70 194 38 0,15 80 199 34 0,17 90 201 30 0,19 100 208 27 0,19
Tabel 4.2 Data Penelitian Pada Penampang Nozzle 10 x 196 mm dan Debit 7,6 L/s
Beban (Watt)
Putaran (rpm) Tegangan (Volt)
Arus (Ampere)
35
Tabel 4.3 Data Penelitian Pada Penampang Nozzle 7 x 196 mm dan Debit 6,8 L/s
Beban (Watt) Putaran (rpm) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) 0 182 112 0 10 183 96 0,04 20 183 86 0,08 30 184 77 0,10 40 184 72 0,11 50 185 69 0,13 60 186 62 0,15 70 190 56 0,18 80 193 54 0,16 90 193 52 0,15 100 197 50 0,17 110 201 45 0,21 120 206 42 0,23 130 207 41 0,22 140 213 37 0,24 150 215 35 0,27 160 222 33 0,27
4.2Perhitungan Data Penelitian
4.2.1 Perhitungan untuk penampang nozzle 14 x 196 mm dengan debit 8,1 L/s, contoh untuk
beban 10 Watt.
Daya yang dihitung ada dua macam :
• Daya yang Tersedia (Pin)
Head (H) = 3,5 m
Debit (Q) = 8,1 L/s
= 0,0081 m3/s
Daya Tersedia (Pin) =
ρ
⋅
g
⋅
Q
⋅
H
= 1000 x 9,81 x 0,0081 x 3,5
• Daya yang Dihasilkan Turbin (Pout)
Arus pengukuran (I) = 0,033 A
Tegangan terukur (V) = 72 Volt
Daya (Pout) = V x I
= 72 x 0,033
= 2,376 Watt
• Perhitungan Efisiensi Total
ηtotal = ×100%
in out P P
= 100%
278,11 376 , 2
×
= 0,85 %
• Kecepatan spesifik (nq)
nq = 0,75
.
H V n
=
( )
0,755 . 3 0081 , 0 7 , 190 ×
37
Tabel 4.4 Perhitungan Data Dengan Debit 8,1 L/s
Q = 8.1 L/s
no Head Beban Tegangan Arus Putaran P out P in ηtotal
meter Watt Volt Ampere rpm Watt Watt %
1 3,5 10 72 0,03 180 2,38 278,11 0,85
2 3,5 20 63 0,07 181 4,10 278,11 1,47
3 3,5 30 57 0,08 183 4,73 278,11 1,70
4 3,5 40 52 0,11 185 5,51 278,11 1,98
5 3,5 50 48 0,12 187 5.52 278,11 1.985
6 3,5 60 43 0,13 189 5.676 278,11 2,04
7 3,5 70 38 0,15 194 5.7 278,11 2,05
8 3,5 80 34 0,17 199 5.712 278,11 2,05
9 3,5 90 30 0,18 201 5.34 278,11 1,92
10 3,5 100 27 0,19 208 5.022 278,11 1,81
4.2.2 Perhitungan untuk penampang nozzle 10 x 196 mm dengan debit 7,6 L/s, contoh untuk
beban 10 Watt.
Daya yang dihitung ada dua macam :
• Daya yang Tersedia (Pin)
Head (H) = 3,5 m
Debit (Q) = 7,6 L/s
= 0,0076 m3/s
Daya Tersedia (Pin) =
ρ
⋅
g
⋅
Q
⋅
H
= 1000 x 9,81 x 0,0076 x 3,5
• Daya yang Dihasilkan Turbin (Pout)
Arus pengukuran (I) = 0,0337 A
Tegangan terukur (V) = 75 Volt
Daya (Pout) = V x I
= 75 x 0,0337
= 2,528 Watt
• Perhitungan Efisiensi Total
ηtotal = ×100%
in out P P
= 100%
260,95 528 , 2
×
= 0,97 %
• Kecepatan spesifik (nq)
nq = 0,75
.
H V n
=
( )
0,755 . 3 0076 , 0 5 , 190 ×
39
Tabel 4.5 Perhitungan Data Dengan Debit 7,6 L/s
Q = 7.6 L/s
No Head Beban Tegangan Arus Putaran P out P in ηtotal
meter Watt Volt Ampere rpm Watt Watt %
1 3,5 10 75 0,03 180 2,55 260,96 0,98
2 3,5 20 63 0,07 181 4,22 260,96 1,62
3 3,5 30 55 0,09 184 5,01 260,96 1,92
4 3,5 40 49 0,11 186 5,15 260,96 1,97
5 3,5 50 46 0.11 187 5,01 260,96 1,92
6 3,5 60 40 0,13 191 5,12 260,96 1,96
7 3,5 70 35 0,14 196 5,04 260,96 1,93
8 3,5 80 29 0,16 204 4,58 260,96 1,76
9 3,5 90 27 0,16 206 4,40 260,96 1,69
4.2.3 Perhitungan untuk penampang nozzle 7 x 196 mm dengan debit 6,8 L/s, contoh
untuk beban 10 Watt.
Daya yang dihitung ada dua macam:
• Daya yang Tersedia (Pin)
Head (H) = 3,5 m
Debit (Q) = 6,8 L/s
= 0,0068 m3/s
Daya Tersedia (Pin) =
ρ
⋅
g
⋅
Q
⋅
H
= 1000 x 9,81 x 0,0068x 3,5
• Daya yang Dihasilkan Turbin (Pout)
Arus pengukuran (I) = 0,039 A
Tegangan terukur (V) = 96 Volt
Daya (Pout) = V x I
= 96 x 0,039
= 3,744 Watt
• Perhitungan Efisiensi Total
ηtotal = ×100%
in out P P
= 100%
233,48 744 , 3
×
= 1,61 %
• Kecepatan spesifik (nq)
nq = 0,75
.
H V n
=
( )
0,755 . 3 0068 , 0 38 , 196
41
Tabel 4.6 Perhitungan Data Dengan Debit 6,8 L/s
Q = 6.8 L/s
no Head Beban Tegangan Arus Putaran P out P in ηtotal
psi Watt Volt A rpm Watt Watt %
1 3,5 10 96 0,04 183 3,74 233,48 1,60
2 3,5 20 86 0,08 183 6,79 233,48 2,91
3 3,5 30 77 0,10 184 7,39 233,48 3,17
4 3,5 40 72 0,11 184 7,92 233,48 3,39
5 3,5 50 69 0,13 185 8,97 233,48 3,84
6 3,5 60 62 0,15 186 9,3 233,48 3,98
7 3,5 70 56 0,18 190 9,91 233,48 4,25
8 3,5 80 54 0,16 193 8,64 233,48 3,70
9 3,5 90 52 0,15 193 7,8 233,48 3,34
10 3,5 100 50 0,17 197 8,5 233,48 3,64
11 3,5 110 45 0,21 201 9,45 233,48 4,05
12 3,5 120 42 0,23 206 9,66 233,48 4,14
13 3,5 130 41 0,22 207 9,02 233,48 3,86
14 3,5 140 37 0,24 213 8,88 233,48 3,80
15 3,5 150 35 0,27 215 9,45 233,48 4,05
16 3,5 160 33 0,27 222 8,91 23,48 3,82
4.3Gafik Hasil penelitian
4.3.1 Grafik dengan debit 8,1 L/s
Gambar 4.2 Grafik efisiensi VS putaran altenator untuk debit 8,1 L/s
4.3.2 Grafik dengan debit 7,6 L/s
43
Gambar 4.4 Grafik efisiensi VS putaran altenator untuk debit 7,6 L/s
4.3.3 Grafik dengan debit 6,8 L/s
Gambar 4.6 Grafik efisiensi VS putaran altenator untuk debit 6,8 L/s
4.3.4Grafik Perbandingan Daya Dengan Putaran
45
4.3.5Grafik Perbandingan Efisiensi Dengan Putaran
Gambar 4.8 Grafik efisiensi VS putaran altenator
4.4Analisa
Pada debit 8,1 l/s diperoleh daya maksimum sebesar 6,4 watt dicapai pada putaran
199 rpm. Pada debit 7,6 l/s diperoleh daya maksimum sebesar 11,7 watt dicapai pada
putaran 200 rpm. Pada debit 6,8 l/s dihasilkan daya maksimum sebesar 10 watt dicapai
pada putaran 205 rpm. Diperoleh daya terbesar pada debit 7,6 l/s dapat dilihat pada
Gambar 4.7 .
Pada debit 8,1 l/s diperoleh efisiensi total maksimum sebesar 2,35 %. Pada debit 7,6
l/s diperoleh efisiensi total maksimum sebesar 4,6 %. Pada debit 6,8 l/s efisiensi total
maksimal sebesar 4,25 %. Diperoleh efisiensi total maksimum pada debit 7,6 l/s dapat
Setelah mencapai batas maksimum, maka efisiensi akan turun. Kenaikan dan penurunan
efisiensi seperti pada dasar teori (Mock More, hal 21).
Dalam penelitian ini, turbin yang digunakan tidak menghasilkan daya yang baik
karena debit yang digunakan tidak masuk dalam daerah penggunaan turbin aliran silang
dengan baik. Turbin akan bekerja dengan baik jika pada debit minimal 0,02 m3/s(Fritz
Dietzel, 1996, hal 38). Sedangkan pada penelitian, debit yang digunakan hanya 0,0068
m3/s. Kecepatan Spesifik untuk Turbin dengan jumlah sudu 12 tidak memenuhi syarat
batas kecepatan spesifik untuk turbin aliran silang antara 11 rpm sampai dengan 50 rpm
(Fritz Dietzel 1996, hal 38), sedangkan dalam penelitian diperoleh kecepatan spesifik
6,71 rpm.
Perbandingan antara putaran dan beban berbentuk parabolik dengan sebuah titik
puncak. Ketika menuju ke titik puncak, daya dan putaran akan bertambah besar. Akan
tetapi, setelah melewati putaran optimal, daya yang terjadi akan menurun meskipun
putaran tetap naik. Poros di antara piringan runner dapat menghambat aliran air yang
keluar dari sudu atas ke sudu bawah.
Secara umum dapat kita lihat bahwa dari hasil penelitian turbin yang dibuat oleh
peneliti hanya mampu menghasilkan daya yang relatif kecil apabila dibandingkan dengan
kebutuhan daya listrik yang dibutuhkan masyarakat pada umumnya, hal ini terkait dengan
efisiensi turbin yang relatif kecil jika dibandingkan dengan efisiensi maksimal teoritis
sebesar 87 %. Rendahnya efektivitas turbin dipengaruhi oleh berbagai faktor, antara lain
terjadi rugi-rugi gesekan pada saluran air (pipa) yaitu gesekan antara air dengan
47
diameter dari pipa dan Rugi-rugi pada saluran air yang berbelok , selain itu juga terjadi
BAB V
KESIMPULAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian dan analisa data yang telah dilakukan dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut
a. Daya output maksimum pada kondisi terbaik adalah pada penampang
nozzle 10 x 196 mm2 dengan debit 7,6 l/s sebesar 11,7 watt.
b. Efisiensi total pada kondisi terbaik adalah pada penampang nozzle 10 x
196 mm2 dengan debit 7,6 l/s sebesar 4,6%
5.2.Saran
a. Pembuatan runner sebaiknya tanpa poros tengah (antar piringan) sehingga
tidak menghalangi aliran air dari sudu atas.
b. Alternator yang digunakan pada alat uji turbin diganti dengan alternator
yang memiliki putaran rendah sehingga daya dan efisiensi total yang
dihasilkan agar lebih baik.
c. Proses pembubutan poros dan piringan sebaiknya dilakukan sesudah
piringan dengan poros dilas, dikarenakan untuk menghindari oleng dan
piringan dapat center dengan poros.
d. Ukuran rumah turbin sebaiknya dibuat presisi untuk menghindari gesekan
antara rumah turbin dan runner.
49
e. Konstruksi alat uji turbin sebaiknya dibuat efektif, yaitu dengan cara
dikurangi belokan pipa saluran agar tidak terjadi rugi-rugi yang besar.
Erlangga, Jakarta
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.
Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, 2003, Kebijakan
Pengembangan Energi Terbarukan dan Konservasi Energi (Energi Hijau),
Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, Jakarta
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
Pence, Celso, 1998, Layman’s Handbook on How to Develop a Small Hydro Site,
