TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

(1)

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh :

Hendrikus Rendi Kurniawan NIM : 055214036

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2009

(2)

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

By :

Hendrikus Rendi Kurniawan Student Number : 055214036

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2009

(3)

(4)

(5)

Makalah Tugas Akhir ini kupersembahkan kepada: Bapak dan Ibu tercinta

Kakak dan Adik tercinta yang selalu memberi

dukungan dan mendoakan demi kesuksesanku. Sahabat-sahabatku yang selalu

membantu demi terlaksananya Tugas Akhir ini.

(6)

“Keindahan dalam hidup akan datang pada saatnya”

“Hadapi dengan senyuman”

“jika tidak ingin disakiti jangan menyakiti, jika tidak ingin dipukul jangan memukul, jika tidak ingin direndahkan jangan merendahkan”

“jangan kamu kalah sama keadaan, tetapi kalahkanlah keadaan”

(7)

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 24 Januari 2009

Penulis

Hendrikus Rendi Kurniawan

(8)

Yang bertanda tanggan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

Nama : Hendrikus Rendi Kurniawan Nomor Mahasiswa : 055214036

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 950 YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH

beserta peragkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me- ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dam mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 24 Januari 2009

Yang Menyatakan

(Hendrikus Rendi Kurniawan)

(9)

sehinngga sudu dibuat dari pipa yang dibelah. Geometri sudu turbin aliran silang sebenarnya sama dengan geometri pipa yang dibelah dengan busur tertentu. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari unjuk kerja turbin aliran silang dengan sudu dari pipa yang dibelah yang digunakan untuk pembangkit listrik.

Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin aliran silang. Sudu turbin dibuat dari pipa dengan diameter 1,25 inchi. Diameter roda jalan adalah 98 mm dengan lebar 104 mm. Jumlah sudu yang digunakan pada yaitu 20 sudu dan besar busur sudu 950. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit, tinggi nosel, dan beban. Debit air yang digunakan adalah 10,6 l/s, 9,3 l/s, dan 8,3 l/s. Tinggi nosel divariasikan ketinggian 4 mm, 9 mm, dan 14 mm. Untuk menghasilkan listrik turbin dihubungkan dengan alternator. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan alternator pada kondisi alternator diberi variasi pembebanan dari 10 watt s/d 100 watt. Pada setiap pembebanan putaran turbin diukur dengan tachometer.

Hasil penelitian menunjukan bahwa daya terbesar terjadi pada debit 10,6 l/s, tinggi nosel 9 mm dengan besar daya 19,2 watt. Efisiensi terbesar terjadi pada debit 10,6 l/s, tinggi nosel 14 mm dengan besar efisiensi 3,97 %.

(10)

dan anugrah-Nya, sehingga laporan Tugas Akihir yang berjudul Turbin Aliran Silang dengan Busur Sudu 950 yang dibuat dari Pipa Dibelah dapat tersusun dan dapat terselesaikan dengan lancar.

Penulisan Tugas akhir merupakan syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Dengan adanya penulisan Tugas Akhir diharapkan mahasiswa mempunyai daya analisa yang dalam dan memperdalam ilmu yang telah diperoleh selama masa kuliah.

Penulis menyadari selama belajar di Teknik Mesin Sanata Dharma telah melibatkan banyak pihak. Atas segala bimbingan, dukungan, bantuan, kritik dan saran yang membangun, pada kesempatan ini dengan sangat rendah hati penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kapada :

1. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.

2. Budi Sugiharto, S.T.,M.T. Ketua Program Studi Teknik Mesin dan sebagai dosen pembimbing akademik yang telah banyak membimbing penulis selama kuliah di Teknik Mesin Sanata Dharma.

3. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah berkenan membimbing dan memberikan saran dengan penuh kesabaran hingga terselesainya tugas akhir ini.

(11)

5. Seluruh dosen Teknik Mesin Sanata Dharma yang telah membimbing dan memberikan ilmu selama kuliah.

6. Ir. YB. Lukiyanto, M.T kepala lab konversi energi yang telah memberikan tempat untuk lembur mengerjakan alat.

7. Seluruh karyawan sekretariat FST dan laboratorium Teknik Mesin, keamanan, kebersihan yang telah banyak membantu.

8. Drs. Dwi Sujoko, M.T Guru STM Pembangunan yang telah membantu dan membimbing dalam menyelesaikan alat.

9. Kedua orang tuaku Laurentius Suparman dan Lucia Sri Wahyuni yang telah memberikan dukungan material dan spiritual selama kuliah.

10.Kakakku Agustinus Heru Krisitianto atas semua saran dan dukungan material, adik-adikku Visia Aprina Rini, Albertus Hari Setiawan, Dionisius Dani Putranto, tanpa kalian aku bukan apa-apa dan tidak menjadi kakak.

11.Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2005 atas bantuan dan kebersamaannya selama kuliah di Sanata Dharma.

12.Teman-teman yang tidak bisa disebutkan satu-persatu, terimakasih atas semuanya.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu diperbaiki dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini, untuk itu penulis

(12)

Yogyakarta, 24 Januari 2009

Hendrikus Rendi Kurniawan

(13)

HALAMAN PENGESAHAN ………..….….….... iii

HALAMAN PERSEMBAHAN ……….…...…... v

MOTTO ………...…………...……. vi

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ………....……… vii

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI………...………… viii

ABSTRAK ……….………...………... ix

KATAPENGANTAR ………..………. x

DAFTAR ISI ………...……….. xiii

DAFTAR TABEL………... xv

DAFTAR GAMBAR……….. xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ……… 1

1.2. Rumusan Maslah ……… 3

1.3. Batasan Masalah ………. 3

1.4. Tujuan Penelitian ……… 3

1.5. Manfaat Penelitian ……….. 4

BAB II DASAR TEORI 2.1. Pengertian turbin Aliran Silang ……….. 5

2.2. Bagian turbin Aliran Silang ……… 6

2.3. Pergerakan turbin Aliran Silang ……… 10

2.4. Perancangan Turbin Aliran Silang ……… 12

2.4.1. Segitiga Kecepatan ………. 12

2.4.2. Perhitungan dimensi turbin ……… 14

2.5. Tinjauan Pustaka ………... 20

(14)

3.2.1. Rancangan Turbin Aliran Silang ……….. 24

3.2.2. Pembuatan turbin ……….. 31

3.3. Penelitian Alat ………... 41

3.3.1. Persiapan Alat ………... 41

3.3.2. Variable yang Diukur ………....… 44

3.3.3. Variable yang Divariasi ……… 44

3.3.4. Pengambilan Data ……….……… 44

3.3.5. Pengolahan Data dan Analisa ………... 45

3.4. Kesulitan Penelitian………... 46

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Hasil Penelitian ……… 48

4.2. Perhitungan Data ……….. 50

4.3. Pembahasan Data ……….………. 61

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ………... 69

5.2. Saran ………. 70

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(15)

Tabel 4.3 Data Penelitian untuk debit 10,6 L/s dan Tekanan 5 Psi…………..… 49 Tabel 4.4 Data Penelitian untuk debit 9,3 L/s dan Tekanan 4,5 Psi…….……… 49 Tabel 4.5 Data Penelitian untuk debit 10,6 L/s dan Tekanan 5 Psi…….…….… 50 Tabel 4.6 Hasil Penelitian untuk debit 10,6 L/s dan Tinggi Nosel 9 mm.……… 52 Tabel 4.7 Hasil Penelitian untuk debit 9,3 L/s dan Tinggi Nosel 9 mm.…..…… 54 Tabel 4.8 Hasil Penelitian untuk debit 10,6 L/s dan Tinggi Nosel 14 mm.…..… 56 Tabel 4.9 Hasil Penelitian untuk debit 9,3 L/s dan Tinggi Nosel 14 mm.……… 58 Tabel 4.10 Hasil Penelitian untuk debit 10,6 L/s dan Tinggi Nosel 14 mm.…… 60

(16)

Gambar 2.3 Rumah Turbin………. 8

Gambar 2.4 Alternator (Forcefield, 2003)……….. 9

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian……… 23

Gambar 3.2 Sudu yang Sudah Dibelah………. 32

Gambar 3.3 Piringan Runner……… 33

Gambar 3.4 Poros Runner………. 34

Gambar 3.5 Mal dari Plat Besi……….. 35

Gambar 3.6 Las Poros dan Piringan………. 36

Gambar 3.7 Runner yang Rusak………... 36

Gambar 3.8 Pemasangan Sudu pada Mal………. 37

Gambar 3.9 Runner Penelitian……….. 38

Gambar 3.10 Skema Alat Penelitian………..………... 42

Gambar 4.1 Grafik antara Putaran Poros dan Daya Turbin untuk Debit 10,6 L/s 61 Gambar 4.2 Grafik antara Putaran Poros dan Daya Turbin untuk Debit 9,3 L/s.. 62

Gambar 4.3 Grafik antara Putaran Poros dan Efisiensi untuk Debit 10,6 L/s….. 64

Gambar 4.4 Grafik antara Putaran Poros dan Efisiensi untuk Debit 9,3 L/s….... 65

Gambar 4.5 Grafik antara Putaran Poros dan Daya Turbin untuk Debit 10,6 L/s untuk Turbin Cihanjuang dan turbin Busur 950……… 67

Gambar 4.6 Grafik antara Putaran Poros dan Efisiensiuntuk Debit 10,6 L/s untuk Turbin Cihanjuang dan turbin Busur 950……… 68

(17)

1.1 Latar Belakang

Listrik merupakan sumber energi utama yang digunakan manusia. Listrik dihasilkan dari suatu sistem pembangkit listrik. Pembangkit listrik yang banyak dikembangkan antara lain adalah pembangkit listrik tenaga air (PLTA), pembangkit listrik tenaga panas 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. Batubara maupun minyak bumi termasuk sumber energi yang tidak dapat diperbarui. Ketersediaan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui di dunia semakin berkurang. Hal tersebut menimbulkan adanya krisis energi sehingga berdampak pada melonjaknya harga minyak bumi. Bahkan akhi-akhir ini di Indonesia sering terjadi pemadaman listrik bergilir. Tentu saja pemadaman listrik bergilir ini sangat merugikan masyarakat karena listrik merupakan motor penggerak ekonomi.

Dalam rangka mengatasi krisis energi tersebut banyak dikembangkan energi baru maupun yang terbarukan. Air merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak terbatas jumlahnya. Air juga memiliki potensi yang sangat besar dan dapat

(18)

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.

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 sehingga masyarakat dapat berswadaya energi listrik. Sampai sekarang ini pemanfaatan pipa dibelah sebagai sudu turbin

crossflow tidak banyak dilakukan sehingga informasi mengenai unjuk kerjanya

(19)

1.2 Rumusan Masalah

Kebanyakan sudu turbin aliran silang dibuat dengan menggunakan plat yang dilengkung. Karena membuat sudu turbin aliran silang dengan menggunakan plat yang dilengkung sulit, maka untuk mempermudah pembuatan sudunya dibuat dengan menggunakan pipa yang dibelah dengan diameter 1,25 inch yang dibelah menjadi 3 dengan besar busur sudu 950 dan jumlah sudu 20 buah.

1.3 Batasan Masalah

Dalam penelitian yang dilakukan banyak sekali macam turbin aliran silang yang digunakan dalam penelitian. Penulis dalam melakukan penelitian membatasi pengertian turbin aliran silang sebagai berikut: runner turbin terbuat dari besi pipa yang dibelah dengan busur sudu 950 dan jumlah sudu 20 buah.

1.4 Tujuan Penelitian

(20)

1.5 Manfaat Penelitian

Hasil penelitian yang dilakukan penulis diharapkan dapat :

1. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga air.

2. Diterapkan di masyarakat yang berada dekat sumber air dan belum mendapat pasokan listrik sehingga dapat menyediakan energi listrik secara swadaya.

3. Mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi.

(21)

2.1. Pengertian Turbin Aliran Silang

Turbin aliran silang (cross flow) dikembangkan oleh Michell (Australia) dan

Bangki (Honggaria), sehingga turbin ini disebut juga turbin Michell-Bangki. Turbin

aliran silang disebut juga turbin ossberger, yaitu arah aliran masuk air ke sudu turbin

secara radial. Air dialirkan melewati sudu-sudu jalan yang berbentuk silinder,

pertama-tama air dari luar masuk melalui sudu-sudu silinder dan kemudian kemudian

dari dalam keluar melalui sudu-sudu. Aliran air yang melewati sudu ada dua

tingkatan. Tingkatan pertama, air masuk melalui sudu atas. Daya yang dihasilkan

lebih besar dari tingkat pertama yaitu 80 % dari tingkat kedua. Tingkat kedua, air

keluar melalui sudu bagian bawah. Daya yang dihasilkan kurang lebih 20% dari daya

yang dihasilkan pada tingkat pertama.

Turbin aliran silang sangat baik pada putaran spesifik 11 rpm sampai dengan

50 rpm, tergantung pada perbandingan lebar dan besar kelengkungan sudu. Turbin

aliran silang (cross flow) sangat baik digunakan untuk pusat tenaga air yang kecil

dengan daya yang dihasilkan ± 750 KW. Ketinggian head yang bisa digunakan yaitu

diatas 1 m sampai dengan 200 m. kapasitas aliran air 0,02 m3/detik sampai dengan 7

m3/detik. Kecepatan putaran turbin aliran silang antara 60 rpm sampai 200 rpm. Hal

(22)

ini dipengarui oleh diameter roda jalan. Aliran turbin aliran silang sangat besar yaitu

mencapai 87,7 %. Dengan daerah daya turbin yang disebut diatas, turbin aliran silang

cocok digunakan untuk menggerakan penggilingan, penggergaji kayu, generator

listrik kecil, pompa-pompa.

2.2. Bagian Turbin Aliran Silang

Pada dasarnya turbin aliran silang terdiri dari tiga bagian utama, yaitu:

1. Roda Jalan

Roda jalan (runner) turbin aliran silang terdiri dari beberapa sudu yang

dipasang pada sepasang piringan paralel.

(23)

2. Nosel

Nosel pada turbin sering disebut dengan alat pengarahl. Nosel pada turbin

aliran silang berbentuk persegi panjang. Ukuran nosel disesuaikan dengan

ukuran roda jalanturbin.

Gambar 2.2 Alat Pengarah

3. Rumah Turbin

Rumah turbin digunakan untuk memasang turbin agar dapat berputar.

Rumah turbin dilengkapi dengan bantalan agar poros turbin dapat berputar

(24)

Gambar 2.3 Rumah Turbin

Turbin aliran silang dapat digunakan untuk mengerakan generator listrik kecil.

Untuk itu perlu adanya komponen tambahan yang disebut generator. Pada prinsipnya

generator dapat juga disebut sebagai alternator, tetapi biasanya altenator lebih

mengacu pada bentuk yang lebih kecil yang biasa digunakan pada otomotif. Altenator

adalah suatu alat elektromekanikal yang mengkonversi daya mekanis menjadi energi

elektrik. Altenator memiliki 3 bagian yang penting, yaitu :

1. Rotor

Yang dimakud dengan 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

(25)

2. 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).

3. Dioda

Dioda mengkonversi arus bolak-balik yang dihasilkan oleh pasangan rotor

dan stator menjadi arus searah.

Gambar 2.4Altenator (Forcefield, 2003)

Besarnya arus yang dihasilkan oleh altenator tergantung pada besarnya

putaran alternator dan kekuatan medan magnet. Altenator menghasilkan listrik

dengan prinsip yang sama pada DC generator, yakni adanya arus pengumpan

(26)

alternator dapat di ukur arus (I) dan tegangan keluaran (V) yang kemudian

digunakan untuk menentukan besarnya daya yang dihasilkan

2.3. Pergerakan Air Turbin Aliran Silang

Dari kapasitas air dan tinggi jatuh air dapat diperoleh daya air yang tersedia

yaitu :

Pin = ρ g Q H (Dietzel, 1996, hal 2) ... 2.1

Dengan :

ρ = massa jenis air (Kg/m3)

g = percepatan garvitasi (m/detik2)

Q = debit air (m3/detik)

H = Head ketinggian

Pada gambar 2.2 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk kedalam

runner pada titik A dengan sudut α yang bersinggungan dengan keliling roda jalan.

Kecepatan air sebelum memasuki roda jalan dapat dihitung dengan persamaan :

V1 = C(2gH)1/2 (Banki, 2004, hal 6) ... 2.2

dengan :

V1= Kecepatan absolut.

(27)

α adalah sudut antara kecepatan absolut dengan kecepatan keliling lingkaran

roda jalan dan β adalah sudut antara kecepatan relatif dengan kecepatan keliling

lingkaran roda jalan dengan indek 1 menandakan kecepatan masuk dan indek 2

menandakan kecepatan keluar sudu jalan turbin.

Gambar 2.5Aliran pergerakan air pada Turbin Aliran Silang (Mockmore, 2004, hal. 6)

Alur pergerakan air pada kenyataannya tidak seperti yang terdapat dalam

(28)

Gambar 2.6Defleksi pada pergerakan air pada Turbin Aliran Silang (Mockmore, 2004, hal. 8)

2.4. Perancangan Turbin Aliran Silang

2.4.1 Segitiga Kecepatan

Sudut β1ditentukan oleh nilai α1,V1, dan u1.

(29)

Jika u1= ½ V1cos α1... 2.3

maka tan β1= 2 tan α1... 2.4

jika α1= 160, maka β1=290, 500 atau 300 atau nilai pendekatan.

(Mockmore, 2004, hal 10)

β2' adalah sudut sudu keluar sisi atas pada keliling dalam runner. Dengan

asumsi v1 = v2 dan α1 = α 2 untuk membuat aliran pancaran air radial maka

besarnya β2' = 900.

(30)

2.4.2 Perhitungan Dimensi Turbin

c. Perbandingan panjang dan diameter turbin

LD1 = 210.6Q/H1/2 (Mockmore, 2004, hal 17) ... 2.7

d. Jari-jari kelengkungan sudu (ρ)

ρ = 0.3261 r1 (Mockmore, 2004, hal 15) ... 2.8

dengan :

(31)

e. Lebar velk radial (a)

a = 0,17D1 (Mockmore, 2004, hal 12) ... 2.9

Gambar 2.9Kelengkungan sudu (Mockmore, 2004, hal. 16)

f. Jarak antar sudu (t)

Jarak antar sudu meliputi jarak antar sudu pancaran air masuk (s1),

jarak sudu pancaran air keluar (s2) dan jarak antar sudu (t) (gambar 2.14)

s1= kD1 (Mockmore, 2004, hal 14) ... 2.10

s2 = t(r2/r1) (Mockmore, 2004, hal 11) ... 2.11

(32)

Gambar 2.10Jarak antar sudu (Mockmore, 2004, hal. 9)

g. Jumlah sudu (n)

n = л D1/t (Mockmore, 2004, hal 17) ... 2.13

h. Jarak pancaran dari poros (y1) (gambar 2.17)

y1= (0.1986-0.945k) D1 (Mockmore, 2004, hal 14)... 2.14

i. Jarak pancaran dari keliling dalam (y2) (gambar 2.17)

(33)

Gambar 2.11Alur pancaran air (Mockmore, 2004, hal. 13)

j. Efisiensi maksimal turbin

jika u

1 = ½ V1cos α1

maka tan β

1= 2 tan α1

ψ = koefisien empiris yang nilainya sekitar (0,98) (Mockmore, 2004,

hal 9)

(34)

k. Nosel

Nosel pada turbin crossflow berbentuk persegi panjang. Ukuran nosel

ditentukan dengan :

A = Q/V1 (Mockmore, 2004, hal 17) ………... 2.17

So = A / L (Mockmore, 2004, hal 17) ... 2.18

l. Sudut pusat sudu jalan (gambar 2.12)

Tan ½ δ = cosβ1/(sin β1 + r2/r1) (Mockmore, 2004, hal 15)….... 2.19

m. Perhitungan poros

Parameter-parameter yang digunakan dalam perhitungan poros sebagai

berikut ;

• P = daya yang ditransmisikan (kW)

• Fc = faktor koreksi (Sularso, 2004, hal. 7)

• n = putaran poros (rpm)

Pd = fc×P (kW) ... 2.20

• T = momen puntir rencana (kg.mm)

T = 9,74 × 105 × Pd/n... 2.21

• σB = kekuatan tarik bahan (kg/mm

2

)

(35)

• Cb = faktor Cb nilainya 1,2 sampai 2,3. Jika diperkirakan 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 1,0-

1,5-3,0 jika beban kejutan atau tumbukan besar.

(

Sf1 Sf2

)

n. Perhitungan Daya yang Tersedia (Pin)

P =

o. Perhitungan Daya Alternator (Pout)

(36)

Dengan :

V = Tegangan (volt)

I = Arus (ampere)

p. Perhitungan Torsi Turbin (T)

T =

n = Putaran generator

q. Perhitungan Efisiensi Total (η)

r. Perhitungan kecepatan spesifik

nq = ₀_,₇₅ H

Q

n ………. 2.28

2.5. Tinjauan Pustaka

Unjuk kerja turbin crossflow dipengaruhi oleh banyak parameter antara lain

adalah jumlah sudu, sudut pancaran air masuk, sudut keluar, posisi pancaran air

(37)

diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur runner maupun nosel. Penelitian

tentang turbin crossflow banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat dari plat yang

dilengkung. Turbin crossflow yang dilengkapi dengan saluran pengarah di dalam roda

jalan pernah dibuat dan diuji (Olgun, 2000). Saluran pengarah dibuat dengan tujuan

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

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

dengan berbagai variasi posisi saluran pengarah serta variasi bukaan nosel.

Penambahan saluran didalam roda jalan ternyata tidak menaikkan efisiensi tetapi

justru menurunkan efisiensi turbin crossflow sebesar 5 %.

Penelitian terhadap pengaruh perbandingan diameter dalam dan diameter luar

runner juga telah dilakukan (Olgun, 1998). Dalam penelitian ini digunakan 4 buah

roda jalan. Runner yang diuji mempunyai jumlah sudu 28 buah, diameter luar 170

mm, dan lebar 114 mm. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar untuk tiap

rosa jalan 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 nosel menunjukkan bahwa efisiensi akan

semakin besar jika sudut nosel semakin besar (Khosrowpanah, 1988). Penelitian ini

(38)

jalan dengan diameter setengah dari diameter roda jalan yang lain, sedangkan jumlah

sudunya 20. Dari penelitian ini juga didapatkan bahwa efisiensi tertinggi dari tiap

roda jalan dicapai pada kecepatan spesifik yang sama. Semakin banyak jumlah sudu

akan memberikan efisiensi yang semakin tinggi, namun jumlah sudu tersebut ada

batasnya. Untuk sudut nosel tertentu efisiensi maksimum dicapai pada jumlah sudu

(39)

3.1. Diagram Alir Penelitian

START

STUDI PUSTAKA

PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG

PEMBUATAN TURBIN ALIRAN SILANG

PENELITIAN TURBIN ALIRAN SILANG

PENGAMBILAN DATA

PENGOLAHAN DATA

SELESAI

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

(40)

3.2. Pembuatan Alat

3.2.1. Rancangan Turbin Aliran Silang

Dalam merancang sebuah Turbin Aliran Silang diperlukan parameter yang

diketahui sebagai dasar perancangan untuk perhitungan parameter-parameter lain.

Dalam perancangan ini terdapat parameter yang diketahui yaitu :

Tinggi tekan / head (H) = 4,5 meter

= 14,765 ft

Kapasitas aliran / Debit (Q) = 8 liter/detik

= 0.283 cfs

Diameter pipa untuk sudu (d1) = 1,25 inchi

Koefisien nosel (C) = 0,98

Faktor koreksi (k) = 0,087

Sudut masuk (α

1) = 16º

Sudut keluar (β2') = 90°

(41)

Perhitungan :

Perancangan Turbin Aliran Silang dengan sudu jalan yang terbuat dari pipa

berdiameter 1,25 in (0,104167 ft).

a. Kecepatan air sebelum masuk roda jalan

gH

b. Jari-jari kelengkungan sudu turbin (ρ)

(42)

d. Panjang roda jalan

e. Kecepatan putar roda jalan (N)

(43)

f. Lebar nosel

g. Jarak sudu pada roda jalan (t)

(44)

h. Jumlah sudu (n)

k. Jarak pancaran air dari pusat poros (y1)

y1 = (0,1986 – 0,945 x k) x D1

=(0,1986 – 0,945 x 0,087) x 3,834

(45)

l. Daya yang tersedia (Pin)

h. Perhitungan Poros

Menghitung torsi :

(46)

=

i. Geometri Turbin Aliran Silang dalam pembuatan

(47)

3.2.2. Pembuatan Turbin

a. Pembuatan Kerangka Turbin

Sebelum membuat turbin aliran silang terlebih dahulu membuat kerangka

turbin. Kerangka turbin digunakan untuk menempatkan generator, puli, pompa, bak

penampungan air, dan unit turbin. Pembuatan kerangka didarsarkan pada

perancangan yang telah ada. Proses pembuatan kerangka turbin :

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

penampungan air.

2. Membuat sketsa rangka dan menggambar kerangka.

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

4. Memotong bahan sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan.

5. Membuat lubang untuk baut dengan mesin bor.

6. Semua potongan dilas dan dibentuk sesuai dengan sketsa.

7. Mengelas dudukan roda dan memasang roda.

8. Bak penampungan air dibuat dan dipasang.

(48)

b. Pembuatan Roda Jalan (runner)

Bagian penting dari turbin aliran silang yaitu roda jalan atau roda jalan. Proses

pembuatan roda jalan memerlukan tahapan-tahapan tertentu dan berbeda-beda.

Tahapan yang dilakukan penulis dalam membuat roda jalan yaitu :

1. Pembuatan Sudu

Sudu turbin dibuat dari pipa yang dibelah. Pipa yang digunakan

berdiameter 31,75 mm, panjang pipa untuk sudu 104 mm, dan tebal 1,5

mm. Pipa yang akan dibelah diberi mal dan digaris. Tujuannya untuk

memmudahkan dalam pembelahan. Pipa dibelah dengan menggunakan

mesin sekrap. Pipa dibelah menjadi tiga bagian dengan besar busur sudu

950.

(49)

Sudu yang digunakan dalam pembuatan turbin 20 buah.

2. Pembuatan Piringan

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

tebal 5 mm dan berjumlah 2 buah.

Gambar 3.3 Piringan Runner

Piringan yang dibuat menyerupai piringan pada roda jalan turbin buatan

Cihanjuang. Piringan digunakan sebagai tempat menempelnya

sudu-sudu turbin.

3. Pembuatan Poros

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

mm. Pembuatan poros menggunakan mesin bubut. Poros dibentuk

(50)

Gambar 3.4 Poros Runner

Bagian tengah poros yang digunakan dalam penelitian kali ini dibuat

kecil dengan diameter 9 mm. Hal ini bertujuan untuk menghindari

terjadinya pancaran air yang masuk dan keluar dari sudu-sudu turbin

terhambat oleh poros yang ditengah-tengah turbin. Akibatnya, aliran

tidak berbentuk silang.

4. Pembuatan mal

Mal digunakan untuk memudahkan pemasangan sudu pada kedua

piringan. Pemasangan sudu dengan menggunakan mal bertujuan agar

sudu yang dipasang pada kedua piringan dapat presisi. Mal dibuat dari

seng (pembuatan pertama) dan dari plat besi (pembuatan kedua) dengan

(51)

Gambar 3.5 Mal dari Plat Besi

Mal yang dibuat 2 buah. Masing-masing mal ditempelkan pada piringan

roda jalan sebelum dilakukan pengelasan sudu.

5. Pembuatan Roda Jalan (runner)

Roda jalan yang digunakan dalam penelitian dibuat dengan dua kali

proses pembuatan :

1). Pembuatan roda jalan pertama

Komponen roda jalan yang sudah dibuat kemudian dilas. Pertama

poros dan piringan dilas dengan menggunakan las listrik. Piringan

dipasang berhadapan dengan jarak 104 mm. Pengelasan harus

dilakukan dengan benar dan teliti agar hasilnya simetris dan tidak

(52)

Gambar 3.6 Las poros dan piringan

Langkah kedua, piringan yang sudah dimal dengan seng kemudian

dipasangi sudu satu persatu dengan cara dilas dengan kuningan.

Pengelasan yang dilakukan hanya pada bagian luar hingga tengah

sudu, sehingga tidak semua bagian sudu dilas penuh. Inilah yang

disebut roda jalan.

Gambar 3.7 Runner yang Rusak

Langkah ketiga, roda jalan yang sudah jadi, dilakukan finishing

dengan mesin bubut. Tujuannya agar permukaan turbin rata

(53)

roda jalan dibubut, terjadi kesalahan sehingga sudu roda jalan

hancur dan lepas dari piringan.

2). Pembuatan roda jalan kedua

Proses pembuatan roda jalan kedua tidak jauh berbeda dengan

proses pembuatan pertama. Perbedaannya pada pembuatan roda

jalan kedua menggunakan mal dari plat besi, tidak menggunakan

seng lagi. Langkah pertama yang dilakukan yaitu mencopot

sudu-sudu lama yang sudah dilas pada piringan. Mal dibuat presisi

dengan piringan yang sudah dilas pada poros dengan cara

dijepitkan pada masing-masing piringan.

(54)

Sudu-sudu yang baru kemudian dipasang pada mal dengan cara

dilas pada bagian ujungnya. Pengelasan sudu dilakukan secara

bertahap. Hanya empat buah sudu yang dipasang terlebih dahulu.

Tujuannya agar pemasangan sudu dapat presisi dengan mal.

Setelah presisi, mal dilepas dari piringan. Sudu dipasang

satu-persatu pada mal.

Gambar 3.9 Runner Penelitian

Langkah kedua, mal yang sudah dipasangi sudu kemudian

dipotong bentuk V. fungsinya yaitu untuk memudahkan

pemasangan mal pada piringan. Pemasangan mal seperti

pemasangan pusel. Mal dan piringan selanjutnya dilas merata.

Langkah ketiga yaitu finishing. Finishing menggunakan mesin

(55)

dibubut, kemudian roda jalan digerinda untuk merapikan sisa-sisa

las yang menonjol dan sudu yang agak tertutup.

c. Perakitan Turbin Aliran Silang

Tahap terakhir sebelum pengujian alat dilakukan yaitu perakitan turbin.

Perakitan dilakukan sesuai dengan rancangan yang sudah ditetapkan. Pemasangan

turbin yang tepat dapat menghindari :

1. Ketidaklurusan bahkan pergeseran antara poros turbin dan poros puli

turbin dan juga antara poros generator dengan poros puli generator.

2. Kebocoran antara turbin dan base frame, antara turbin dengan nosel, dan

antara nosel dengan penstock.

3. Flat belt selalu lepas pada saat beroperasi.

Langkah-langkah pemasangan turbin aliran silang :

1. Pemasangan unit turbin dan unit puli turbin

Rumah turbin dipasang pada kerangka dan dudukan yang telah

ditetapkan. Rumah turbin dipasang tepat diatas bak penampungan air.

Sebelum pemasangan rumah turbin pada kerangka, sebaiknya diberi

sealer agar tidak terjadi kebocoran pada sambungan. Selanjutnya baut

(56)

Setelah rumah turbin dipasang, puli turbin dipasang. Pemasangan puli

harus lurus dengan poros turbin. Tujuanya agar putaran turbin dapat

maksimal.

2. Pemasangan unit generator dan unit puli generator

Pemasang pertama yang dilakukan yaitu pemasangan puli generator. puli

generator harus dipasang simetris dengan puli turbin dan puli generator

diatur agar sabuk tidak kendur. Tujuannya agar pada saat puli berputar

sabuk tidak lepas. Selanjutnya baut dipasang.

Generator selanjutnya dipasang. Saat pemasangan generator, poros pada

generator harus lurus seperti rumah turbin dan puli turbin. Jika sudah

lurus, generator dikencang dengan pengatur yang ada dan baut dipasang.

3. Pemasangan pompa dan pipa saluran air

Pompa yang digunakan ada dua buah dan dipasang paralel. Pompa

dipasang pada tempat yang telah ditentukan. Saluran hisap pompa harus

dipasang sejajar dengan lubang pada bak penampungan. Saluran buang

pipa dibuat dua, satu untuk masuk nosel dan satu untuk pembuangan ke

bak. Pemasangan pipa harus sejajar dengan masukan nosel dan tegak

(57)

4. Pemasangan rangkaian listrik

Rangkaian listrik yang digunakan sederhana, hanya menghubungkan

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

beban. Pemasangan dilakukan menurut skema yang ada.

3.3. Penelitian Alat

3.3.1. Persiapan Alat

1. Peralatan yang digunakan :

a. Roda jalan turbin aliran silang yang sudunya dibuat dari pipa besi yang

dibelah. Diameter pipa untuk sudu 1,25 inch. Diameter roda jalan adalah

98 mm dengan panjang runner 104 mm. Jumlah sudu yang digunakan

adalah 20. Besar busur sudu 950.

b. Rumah turbin yang terdapat nosel yang penampangnya berbentuk persegi

panjang.

c. Pompa air berkapasitas 600 liter/menit, daya 327 watt, putaran 1500 rpm,

dan head maksimum 22 meter.

d. Alternator untuk membangkitkan listrik yang dapat menghasilkan

tegangan dan arus.

e. Lampu sebagai beban dengan daya masing-masing lampu 10, 15, 25, 40,

(58)

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

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

air.

h. Multimeter, digunakan untuk mengukur arus dan tegangan yang

dihasilkan oleh generator.

2. Skema Alat

(59)

3. Cara Kerja

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 10 l/s dan head 22 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 mengalirkan air yang ditampung pada sebuah bak

dengan kapasitas 240 liter. Air akan dipompa menuju ke nosel melalui pipa

penstock berdiameter 2 inchi. Untuk mengatur debit dipasang dua buah kran pada

sisi buang dan sisi masuk nosel. Sedangkan untuk mengatur nosel menggunakan

kontrol yang terdapat pada rumah turbin.

Air yang masuk ke nosel akan menyembur mengenai sudu-sudu turbin. Air

akan memutar turbin dan akan kembali dalam bak penampungan. Turbin yang

berputar akan menggerakan puli turbin dan selanjutnya akan menggerakan puli

generator dan memutar generator. Generator yang berputar akan menyebabkan

terjadinya perbedaan medan magnet sehingga menghasilkan listrik. Arus listrik

akan disalurkan menuju PHB (Panel hubung Bagi). Dari PHB arus akan dialirkan

(60)

3.3.1. Variabel yang Diukur

1. Putaran generator

2. Tegangan yang dihasilkan generator

3. Arus yang dihasilkan generator

4. Tekanan pompa

3.3.2. Variabel yang Divariasi

1. Debit air : 10,6 l/s, 9,3 l/s, 8,3 l/s.

2. Tinggi nosel : 4 mm, 9 mm, 14 mm.

3. Beban alternator : 10, 15, 25, 40, 60, 100 watt

3.3.3. Pengambilan Data

Langkah pengambilan data yang harus dilakukan

1. Atur pemasangan kabel-kabel yang menghubungkan generator, beban,

dan multimeter dan siapkan rangkaian lampu 10, 15, 25, 40, 60, 100

watt untuk beban alternator

2. Pasang roda jalan busur sudu 95o pada rumah turbin.

3. Isi bak penampunngan dengan air.

(61)

5. Hidupkan pompa air pertama (saluran hisapnya sejajar dengan lubang

keluar air pada bak). Sebelumnya tutup kran yang menuju ke roda jalan

dan buka penuh kran yang menuju pembuangan.

6. Hidupkan pompa kedua, tetapi sebelumnya hubungkan saluran hisap

pompa kedua dengan saluran buang pompa pertama yang sudah nyala.

7. Atur debit pada keluaran 10,6 l/s dengan cara membuka kran menuju

roda jalan dan menutup kran menuju pembuangan.

8. Ukur dan catat tekanan yang dihasilkan pompa.

9. Pasang beban 10 watt.

10.Ukur dan catat putaran turbin.

11.Ukur dan catat tegangan dan arus listrik yang dihasilkan generator

12.Ulangi langkah 9 s/d 10 untuk beban 15, 25, 40, 60, 100 watt.

13.Ulangi langkah 4 s/d 11 untuk variasi ketinggian nozzle 9 mm dan 14

mm dan variasi debit 9,3 l/s dan 8,3 l/s.

14.Matikan pompa.

3.3.4. Pengolahan dan Anilisi Data

Setelah pengambilan data dilakukan, maka dilakukan pengolahan data

sebagai berikut :

1. Hitung potensi daya air dengan persamaan 2.1 untuk tiap variasi debit

(62)

2. Hitung daya yang dihasilkan alternator dengan persamaan 2.25 untuk

tiap variasi beban alternator, ketinggian nosel, debit.

3. Hitung efisiensi total dengan persamaan 2.27 untuk tiap variasi beban

alternator, ketinggian nosel, debit.

4. Hitung putaran spesifik turbin untuk tiap variasi dengan menggunakan

persamaan 2.28.

5. Analisis dilakukan dengan membuat grafik hubungan putaran turbin

dengan daya dan grafik hubungan putaran turbin dengan efisiensi untuk

tiap variasi beban generator, ketinggian nosel, debit dan busur sudu.

3.4 Kesulitan Penelitian

Peneliti menyadari bahwa dalam penelitian dan penulisan Tugas Akhir ini

masih terdapat beberapa kelemahan dan kekurangan, hal ini terjadi karena beberapa

faktor berikut :

1. Faktor Internal

a. Keterbatasan pengetahuan penulis akan pembuatan roda jalan turbin

aliran silang sehingga roda jalan yang dibuat oleng dan hasil penelitian

(63)

2. Faktor Eksternal

a. Pada saat roda jalan sudah jadi, alat uji turbin belum sepenuhnya jadi,

sehingga penulis harus menyelesaikan alat uji sebelum melakukan

pengujian. Pembuatan alat uji memerlukan waktu yang cukup lama.

b. Keterbatasan waktu bekerja di labaoratorium sehingga untuk

menyelesaikan alat harus ditunda pengerjaannya.

c. Alat-alat yang dimiliki laboratorium teknik mesin kurang lengkap dan

terbatas, sehingga untuk menggunakan satu macam alat harus

bergantian.

d. Alat ukur yang dimiliki sangat terbatas dan tidak dapat bekerja dengan

baik. Sehingga dalam penelitian penulis harus mencari dan meminjam

alat dari prodi lain.

e. Tidak adanya skema tentang rangkaian listrik dan buku tentang PHB

(64)

4.1. Data Hasil Penelitian

Data yang diperoleh dari hasil penelitian dengan varisai debit, ketinggian

nosel, dan beban hasilnya sebagai berikut :

1. Tinggi nosel 4 mm

Untuk penelitian tinggi nosel 4 mm, tidak diperoleh data yang sesuai

untuk perhitungan data.

2. Tinggi nosel 9 mm

(65)

Tabel 4.2 Data Penelitian untuk Debit 9,3 l/s dan Tekanan 8 Psi

Tabel 4.3 Data Penelitian untuk Debit 10,6 l/s dan Tekanan 5 Psi Beban

Tabel 4.4 Data Penelitian untuk Debit 9,3 l/s dan tekanan 4,5 Psi

(66)

4. Turbin Cihanjuang

Data yang digunakan yaitu data yang mempunya daya paling besar.

Daya terbesar dari turbin ini terjadi pada tinngi nosel 14 mm, tekanan 3 Psi

dan debit 10,6 L/s.

Tabel 4.5 Data Penelitian untuk Debit 10,6 l/s dan Tekanan 5 Psi Beban

Berdasarkan data hasil penelitian, maka pengolahan data yang dapat

dilakukan sebagai berikut :

1. Ketinggian nosel 9 mm

a. Perhitungan untuk debit 10,6 l/s, contoh untuk beban 10 Watt.

Perhitungan daya

(67)

• Daya yang tersedia (Pin)

Kecepatan spesifik (nq)

nq = ₀_,₇₅

• Daya yang dihasilkan generator (Pout)

Arus pengukuran (I) = 0,3 x 200 mA

= 0,06 A

Tegangan terukur (V) = 165 Volt

(68)

= 165 x 0,06

= 9,9 Watt

Perhitungan effisiensi total

Effisiensi total (η) = ×100%

Hasil perhitungan untuk beban yang lain dituliskan dalam tabel berikut :

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan untuk Debit 10,6 L/s dan Tinggi Nosel 9 mm Tegangan

b. Perhitungan untuk debit 9,3 l/s, contoh untuk beban 10 Watt.

Perhitungan daya

Daya yang dihitung ada dua macam :

Tekanan pompa = 8 Psi

(69)

Head (H) = 5,63 m

nq = ₀_,₇₅

= 0,04 A

Daya (Pout) = V x I

= 155 x 0,04

(70)

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan untuk Debit 9,3 l/s dan Tinggi Nosel 9 mm Tegangan

3. Ketinggian nosel 14 mm

a. Perhitungan untuk debit 10,6 l/s, contoh untuk beban 10 Watt.

Perhitungan daya

(71)

= 3,5154 m H2O

nq = ₀_,₇₅

= 0,06 A

Daya (Pout) = V x I

(72)

= 9,3Watt

Effisiensi total (η) = ×100%

b. Perhitungan untuk debit 9,3 l/s, contoh untuk beban 10 Watt.

Perhitungan daya

Tekanan pompa = 4,5 Psi

(73)

Head (H) = 3,16 m

nq = ₀_,₇₅

= 0,04 A

Daya (Pout) = V x I

= 140 x 0,04

(74)

Tabel 4.9 Hasil Perhitungan untuk Debit 9,3 l/s dan Tinggi Nosel 14 mm Tegangan 125 0,08 288,64 10,0 3,46 15,87

4. Turbin Aliran Silang Cihanjuang

Perhitungan untuk debit 10,6 l/s, contoh untuk beban 10 Watt.

Perhitungan daya

Tekanan pompa =3,5 Psi

(75)

Head (H) = 2,46 m

= 0,1 A

Daya (Pout) = V x I

= 185 x 0,1

= 18,5 Watt

(76)

(Volt)

Arus (A)

(Watt)

Pout

(Watt)

Effisiensi (%)

185,0 2,5 255,88 18,50 5,06

180,0 3,0 255,88 21,60 5,91

177,5 4,5 255,88 31,95 8,74

170,0 5,0 255,88 34,00 9,30

160,0 8,0 255,88 51,20 14,01

(77)

4.3. Pembahasan Data

4.3.1. Pembahasan tentang daya yang dihasilkan alternator dengan putaran

turbin secara keseluruhan

1. Untuk debit 10,6 l/s

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Daya Keluaran dengan Putaran Generator untuk Debit 10,6 l/s

Daya terbesar untuk debit 10 l/s terjadi pada tinggi nosel 9 mm dan

putaran 791 rpm yaitu 19,2 watt. Daya maksimum terjadi saat lampu

diberi beban 60 watt. Tinggi nosel 14 mm, daya terbesar yang dapat

dihasilkan turbin yaitu 14,5 pada putaran 796,7 rpm saat lampu diberi

(78)

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Daya Keluaran dengan Putaran Generator untuk Debit 9,3 l/s

Daya terbesar untuk debit 9,3 l/s terjadi pada tinggi nosel 9 mm

dan putaran 793,4 rpm yaitu 16,8 watt. Daya maksimum terjadi saat lampu

diberi beban 60 watt. Tinggi nosel 14 mm, daya terbesar yang dapat

dihasilkan turbin yaitu 10 watt pada putaran 780,2 rpm saat lampu diberi

(79)

Pembahasan untuk kedua grafik diatas :

Pada tinggi nosel 9 mm selalu memiliki daya yang lebih besar dari

pada ketinggian 14 mm. Hal ini dikarenakan semakin kecil sudut nosel

maka daya yang dihasilkan akan makin baik. Akan tetapi, sudut terkecil

dari nosel agar turbin dapat bekerja dengan baik mempunyai batas. Pada

penelitian ini, batas terkecil dari sudut nosel yaitu pada ketinggian 4 mm.

Semakin besar putaran poros, maka daya yang terjadi akan makin

kecil. Hal ini karena penurunan tegangan akibat beban diikuti dengan

kenaikan arus. Perbandingan antara penurunan tegangan lebih kecil

dibanding dengan perbandingan kenaikan arus. Daya yang dihasilkan oleh

turbin memiliki batas maksimum. Setelah mencapai batas maksimum,

maka daya akan turun. Kenaikan dan penurunan daya seperti dasar teori

(Mock More, hal 20).

Turbin yang digunakan dalam penelitian tidak menghasilkan daya

yang baik karena debit yang digunakan tidak masuk dalam daerah

penggunaan turbin aliran silang yang baik. Pada buku fritz dietzel turbin

akan bekerja dengan baik jika pada debit minimal 0,02 m3/s. Sedangkan

pada penelitian, debit yang digunakan hanya 0,0106 m3/s. Putaran spesifik

untuk debit 10 l/s tidak masuk dalam daerah turbin aliran silang dan pada

(80)

4.3.2. Pembahasan tentang effisiensi turbin dengan putran turbin secara

keseluruhan

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran Generator untuk Debit 10,6 l/s

Efisiensi terbesar untuk debit 10,6 l/s terjadi pada tinggi nosel 14

mm dan putaran 796,7 rpm, yaitu 3,97 %. Efisiensi maksimum terjadi saat

lampu diberi beban 25 watt. Tinggi nosel 9 mm, efisiensi terbesar yang

dapat dihasilkan turbin yaitu 2,92 % pada putaran 793,4 rpm saat lampu

(81)

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran Generator untuk Debit 10,6 l/s

Daya terbesar untuk debit 9,3 l/s terjadi pada tinggi nosel 14 mm

dan putaran 780,2 rpm yaitu 3,46 %. Efisiensi maksimum terjadi saat

lampu diberi beban 40 watt. Tinggi nosel 9 mm, daya terbesar yang dapat

dihasilkan turbin yaitu 3,27 % pada putaran 793,4 rpm saat lampu diberi

beban 60 watt.

Pembahasan untuk kedua grafik diatas :

Efisiensi terbesar selalu terjadi pada tinggi nosel 14 mm. Semakin

(82)

tekanan yang dihasilkan, maka daya yang tersedia makin besar. Sehingga

efisiensi akan turun jika daya yang tersedia makin besar.

Semakin besar putaran poros maka efisiensi yang dihasilkan makin

kecil. Hal ini dikarenakan efisiensi bergantung pada daya yang dihasilkan

turbin. Semakin besar daya turbin, maka efisiensi makin besar. Karena

daya yang tersedia tetap sedangkan daya yang dihasilkan turbin selalu

berubah-ubah tergantung pada kenaikan arus maupun penurunan

tegangan. Efisiensi merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan

dengan daya yang tersedia. Efisiensi yang terjadi pada turbin memiliki

batas maksimum. Setelah mencapai batas maksimum, maka efisiensi akan

turun. Kenaikan dan penurunan efisiensi seperti pada dasar teori (Mock

(83)

4.3.3. Pembahasan tentang perbandingan antara turbin Cihanjuang dengan dan

turbin busur sudu 950

1. Daya dan putaran poros

Gambar 4.5 Grafik Hubungan Daya Keluaran dengan Putaran Generator untuk Turbin Cihanjuang dan Turbin Busur 950

Turbin dari cihanjuang memiliki daya yang lebih besar. Hal ini

disebabkan karena besar busur sudu untuk sudut nosel 16 adalah 740. Pada

turbin cihanjuang besar busur sudu adalah 740, sehingga daya yang

dihasilkan akan lebih baik. Selain itu, jumlah sudu turbin cihanjuang lebih

banyak. Semakin banyak jumlah sudu, maka daya yang dihasilkan makin

(84)

2. Efisiensi dan putaran poros

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran Generator untuk Turbin Cihanjuang dan Turbin Busur 950

Turbin cihanjuang memiliki efisiensi yang lebih besar dan lebih

baik. Karena efisiensi sangat tergantung pada daya yang dihasilkan oleh

turbin. Telah diketahui bahwa daya turbin cihanjuang lebih besar,

(85)

69

5.1. Kesimpulan

Dari penelitian turbin aliran silang yang telah dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

1. Pada variasi tinggi nozzle 9 mm daya keluaran paling besar adalah 19,2 watt, yang diperoleh pada debit 10,6 l/s dan putaran 792,9 rpm.

2. Pada variasi tinggi nozzle 14 mm daya keluaran paling besar adalah 14,5 watt, yang diperoleh pada debit 10,6 l/s dan putaran 785,4 rpm.

3. Pada tinggi nosel 9 mm dan efisiensi total yang paling besar adalah 3,97%, yang diperoleh pada debit 9,3 l/s dan putaran 796,7 rpm.

4. Pada tinggi nosel 14 mm dan efisiensi total yang paling besar adalah 3,46%, yang diperoleh pada debit 9,3 l/s dan putaran 780,2 rpm.

5. Pada ketiga variasi ketinggian nosel, ketinggian nosel 9 mm merupakan ketinggian nosel yang baik.

(86)

5.2. Saran

1. Dalam pembuatan runner hendaknya menggunakan piringan yang sudah dimal dengan mesin CNC. Pemasangan sudu dengan menggunakan mal bertujuan agar pemasangan sudu mudah dan sudu dapat presisi.

2. Pada ujung piringan sebaiknya dibuat lebih tipis ketebalannya dibanding pada dasar piringan. Tujuannya untuk menghindari gesekan antara rumah turbin dengan runner.

3. Pengelasan pada runner sebiknya dilakukan sekali dan tidak berkali-kali agar poros tidak bengkong dan turbin tidak oleng.

4. Jika ingin membuat runner yang dimensinya sama dengan cihanjuang sebaiknya melakukan pengukuran yang teliti dan tepat agar turbin dapat masuk dalam rumah turbin dan tidak terjadi gesekan.

5. Menggunakan flow meter agar besar debit yang digunakan dalam penelitian dapat diatur dengan tepat dan benar.

6. Mengurangi belokan saluran air dalam alat penelitian agar rugi-rugi dapat diperkecil.

7. Sebelum melakukan pengambilan data hendaknya periksalah alat ukur yang ada supaya data yang diperoleh dapat maksimal.

(87)

Dietzel, Fritz , 1996, Turbin Pompa dan Kompresor, cetakan ke-5, Penerbit 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.

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,

(88)

(89)

a. Tinggi nosel 4 mm

Tabel Data Penelitian untuk Debit 10,6 l/s dan Tekanan 13.8 Psi

NO Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus

(x 200 mA) Putaran Keterangan

1 10 60 0,1 743,6 tidak kuat

Tabel Data Penelitian untuk Debit 9,3 l/s dan Tekanan 13 Psi

NO Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus

(90)

(Watt) (Volt) (x 200 mA)

NO Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus

1 10 155 0,2 800,6

NO Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus

(91)

(Watt) (Volt) (x 200 mA)

Tabel Data Penelitian untuk Debit 9,3 l/s dan Tekanan 4,5 Psi

NO Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus

1 10 140 0,2 785,8

NO Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus

(92)

a. Tinggi nosel 4 mm

NO Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus

1 10 160 0,3 808,2

NO Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus

(93)

1 10 135 0,3 772,5

NO Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus

1 10 190 0,6 861,1

NO Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus

(94)

1 10 160 0,3 807,2

NO Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus

1 10 185,0 0,5 856,3

Tabel Data Penelitian untuk Debit 9,3 l/s dan Tekanan 4,1Psi

NO Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus

(95)

1 10 150 0,4 806,8 2 15 148 0,6 791,3 3 25 142 0,8 782,6 4 40 135 0,9 780,1

(96)

(97)

(98)

(99)

(100)

(101)

(102)

(103)