YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN RADIUS SUDU 0,875 INCI

(1)

YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH

DENGAN RADIUS SUDU 0,875 INCI

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

Yohanes Erwan Sutarja NIM : 055214029

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2009

(2)

WITH BLADE RADIUS 0,875 INCH

FINAL PAPER

Presented as Fulfillment of the Requirements For the Degree of Mechanical Engineers Mechanical Engineering Study Programme

By :

Yohanes Erwan Sutarja Student Number : 055214029

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

2009

(3)

(4)

(5)

Lari dan ikuti matahari hidupmu dengan

kemantapan dan warnailah jiwamu dengan

tantangan

Kupersembahkan teruntuk : Tuhan Yesus Kristus yang selalu membimbing dan menjadi pelita dalam kegelapan dunia, segenap keluarga besar di Sleman, Gunungkidul dan semua pihak yang telah mendukung serta mendoakan dengan ketulusan hati.

(6)

(7)

(8)

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 bilah pipa yang digunakan untuk pembangkit listrik.

Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin aliran silang. Sudu turbin dibuat dari pipa dengan diameter 1,75 inci. Diameter runner adalah 98 mm dengan panjang runner 104 mm. Jumlah sudu pada runner 18 buah dan busur sudu 740. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan debit dan tinggi bukaan nosel 9 mm, 14 mm, 19 mm. Untuk menghasilkan listrik, turbin dihubungkan dengan generator. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan generator pada kondisi generator diberi variasi pembebanan dari 10 W, 20 W, 30 W, 40 W, 50 W, 60 W, 70 W, 80 W, 90 W, dan 100 W. Pada setiap pembeban, putaran turbin diukur dengan tachometer.

Turbin Aliran Silang dengan busur sudu 74o dan jumlah sudu 18 mampu menghasilkan daya sebesar 68,9 watt pada variasi tinggi bukaan nosel 9 mm dan debit 8,2 l/s, dan memiliki efisiensi sebesar 17,26 % pada variasi tinggi nosel 14 mm dan debit 10,7 l/s. Semakin tinggi putaran poros, maka daya dan efisiensi yang dihasilkan juga akan semakin kecil.

Kata kunci : Turbin aliran silang, bilah pipa.

(9)

Puji Syukur penulis panjatkan kepada Allah Bapa yang Maha Kasih dan Yesus Kristus atas segala berkat dan bimbingan-Nya dalam penyusunan skripsi berjudul “TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 74o YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH DENGAN RADIUS SUDU 0,875 INCI”.

Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, sekaligus sebagai wujud harapan dan cita-cita penulis untuk selalu belajar tanpa batas.

Penyusunan skripsi ini tidak mungkin dapat terlaksana dengan baik tanpa adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak yang terkait. Pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma dan Dosen Pembimbing Tugas Akhir. 2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. yang telah banyak membantu kami dalam proses pengambilan data.

4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

(10)

Dharma yang telah memberikan ijin dan fasilitas yang dipergunakan.

7. Segenap karyawan Sekretariat Teknik Universitas Sanata Dharma dan semua karyawan dan staff Universitas Sanata Dharma.

8. Drs. Dwi Sujoko M.T., Guru STM Pembangunan yang telah membantu dalam pengelasan runner.

9. Nenekku Asmo Pawiro untuk segala petuah-petuah dan perhatian selama ini. 10. Bapak Mateus Sutardjo dan Ibu Indarti yang selalu mencurahkan tenaga,

pikiran, kasih sayang, doa serta dukungan dalam segala hal selama ini.

11. Adikku Petrus Santosa yang membuat lika-liku kehidupan ini benar-benar nyata.

12. Teman-teman Mudika Stasi Santo Thomas dan Mudika Gregorius Margokaton Seyegan yang telah mendukung dalam penyelesaian tugas akhir ini.

13. Teman-teman kelompok penelitian microhydro yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu yang telah banyak membantu selama pengambilan data dan penyusunan skripsi.

14. Teman-teman mahasiswa angkatan 2005 khususnya dan semua angkatan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma serta semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.

(11)

karena keterbatasan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca untuk menyempurnakan laporan ini. Akhir kata, semoga laporan ini dapat berguna bagi pembaca semua.

Penulis

(12)

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ... v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA. ... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH. ... vii

INTISARI... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI... xii

DAFTAR TABEL... xv

DAFTAR GAMBAR ... xvii

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

(13)

BAB II. DASAR TEORI ... 5

2.1. Tinjauan Pustaka ... 5

2.2. Turbin Air ... 6

2.2.1. Definisi Turbin Air... 6

2.2.2. Jenis-Jenis Turbin Air ... 7

2.3. Turbin Aliran Silang ... 8

2.3.1. Bagian Turbin Aliran Silang ... 9

2.4. Pergerakan Air Turbin Aliran Silang ... 13

2.5. Perancangan Turbin Aliran Silang ... 15

2.5.1. Segitiga Kecepatan... 15

2.5.2. Perhitungan Dimensi Turbin ... 16

BAB III. METODE PENELITIAN ... 24

3.1. Diagram Alir Penelitian ... 24

3.2. Pembuatan Alat ... 25

3.2.1. Desain Alat... 25

3.2.2. Rancangan Turbin Aliran Silang... 26

3.2.3. Pembuatan Turbin ... 33

A. Pembuatan Kerangka Turbin... 33

B. Pembuatan Roda Jalan (Runner) ... 34

C. Perakitan Turbin Aliran Silang... 36

3.2. Penelitian Alat... 38

3.3.1. Persiapan Alat ... 38

(14)

3.3.2. Variabel yang Diukur... 41

3.3.3. Variabel yang Divariasikan... 41

3.3.4. Pengambilan Data ... 41

3.3.5. Pengolahan dan Analisa Data... 43

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 44

4.1. Hasil Penelitian ... 44

4.1.1. Data Hasil Penelitian... 44

4.2. Perhitungan Data... 47

4.3. Pembahasan Data ... 53

4.3.1. Pembahasan Daya Keluaran Hasil Penelitian ... 53

4.3.2. Pembahasan Efisiensi Total Hasil Penelitian... 55

BAB V. PENUTUP... 59

5.1. Kesimpulan ... 59

5.1. Saran... 60

DAFTAR PUSTAKA ... 61 LAMPIRAN

(15)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Pengelompokan Turbin ... 7 Tabel 4.1. Data Penelitian pada Tinggi Nosel 9 mm dan Debit 8,2 l/s

Tekanan 10 Psi ... 44 Tabel 4.2. Data Penelitian pada Tinggi Nosel 9 mm dan Debit 7,9 l/s

Tekanan 8,5 Psi ... 45 Tabel 4.3. Data Penelitian pada Tinggi Nosel 14 mm dan Debit 10,7 l/s

Tekanan 5 Psi ... 46 Tabel 4.5. Data Penelitian pada Tinggi Nosel 19 mm dan Debit 12 l/s

Tekanan 3 Psi ... 46 Tabel 4.7. Perhitungan pada Tinggi Nosel 9 mm dan Debit 8,2 l/s

Tekanan 8,5 Psi ... 48 Tabel 4.9. Perhitungan pada Tinggi Nosel 14 mm dan Debit 10,7 l/s

Tekanan 5 Psi ... 50

(16)

Tabel 4.10. Perhitungan pada Tinggi Nosel 14 mm dan Debit 9,5 l/s

Tekanan 5 Psi ... 50 Tabel 4.11. Perhitungan pada Tinggi Nosel 19 mm dan Debit 12 l/s

Tekanan 3 Psi ... 52

(17)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Turbin Crossflow... 8

Gambar 2.2 Runner dari Cihanjuang ... 9

Gambar 2.3. Alat Pengarah ... 10

Gambar 2.4. Rumah Turbin ... 10

Gambar 2.5. Generator... 12

Gambar 2.6. Aliran Pergerakan Air pada Turbin Crossflow... 14

Gambar 2.7. Defleksi Pada Pergerakan Air pada Turbin Crossflow... 14

Gambar 2.8. Segitiga Kecepatan pada Turbin Crossflow... 15

Gambar 2.9. Gabungan Segitiga Kecepatan pada Turbin Aliran Silang... 16

Gambar 2.10. Kelengkungan Sudu ... 18

Gambar 2.11. Jarak Antar Sudu ... 19

Gambar 2.12. Alur Pancaran Air... 20

Gambar 3.1. Alat Uji Turbin ... 39

Gambar 3.2. Urutan Kerja Alat Uji Turbin Aliran Silang... 40

Gambar 3.3. Diagram Alir Pengambilan Data ... 42

Gambar 4.1. Grafik Daya vs Putaran Poros dengan Tinggi Nozzle 9 mm dan Variasi Debit... 53

Gambar 4.2. Grafik Daya vs Putaran Poros dengan Tinggi Nozzle 14 mm dan Variasi Debit ... 53

(18)

Gambar 4.3. Grafik Daya vs Putaran Poros dengan Tinggi Nozzle 19 mm

dan Variasi Debit... 54 Gambar 4.4. Grafik Efisensi Total vs Putaran Poros Dengan Tinggi

Nozzle 9 mm dan Variasi Debit... 55 Gambar 4.5. Grafik Efisensi Total vs Putaran Poros Dengan Tinggi

Nozzle 14 mm dan Variasi Debit... 56 Gambar 4.6. Grafik Efisensi Total vs Putaran Poros Dengan Tinggi

Nozzle 19 mm dan Variasi Debit... 56

(19)

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG MASALAH

Listrik sudah menjadi kebutuhan sehari-hari yang digunakan oleh manusia. Beberapa contoh yang merupakan penghasil/pembangkit listrik adalah sebagai berikut : Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga Gas Bumi (PLTG), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD), dan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Dari semuanya itu ada sebagian yang menggunakan minyak bumi, batu bara dan gas alam.

Permasalahan yang dihadapi saat ini adalah tentang ketersediaan sumber energi yang tidak dapat diperbarui dewasa ini. Akhir-akhir ini manusia dikhawatirkan dengan krisis menipisnya dan mahalnya energi bahan bakar fosil dan efek buruk hasil pembakaran dari bahan bakar fosil berupa polutan yang berpotensi merusak ozon dan potensi pemanasan global. Dan untuk mengatasi hal itu maka dikembangkan berbagai bentuk energi alternatif dengan memanfatkan energi alam berupa energi surya, air, dan angin.

Air merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak terbatas jumlahnya. Air juga memiliki potensi yang sangat besar dan dapat digunakan sebagai sumber energi yang dapat menggantikan penggunaan energi fosil. Air merupakan sumber

(20)

energi yang bersih karena tidak menghasilkan polutan, selain itu air juga 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 25 % dari potensi yang bisa mencapai 75000 MW. Di Indonesia terdapat 1315 kawasan yang berpotensi menjadi sumber energi tenaga air, dan daerah-daerah tersebut tersebar di seluruh kepulauan Indonesia. Daerah-daerah yang diprediksi memiliki potensi tersebut, antara lain : Papua 22371 MW, Kalimantan 21611 MW, Sumatera 15804 MW, Sulawesi 10203 MW, Jawa 4531 MW, Nusa Tenggara (Bali, NTB dan NTT) 674 MW dan Maluku 430 MW. Data-data di atas merupakan sumber pembangkit tenaga air dengan kapasitas besar, belum termasuk sumber-sumber pembangkit tenaga air dengan kapasitas kecil. Untuk memanfaatkan potensi tersebut diperlukan suatu teknologi terapan agar masyarakat kecil dapat menyediakan energi listrik secara swadaya.

(21)

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 kurang diketahui.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Informasi tentang unjuk kerja turbin crossflow dengan sudu dibuat dari pipa yang dibelah tidak diketahui. Pada penelitian ini akan dibuat turbin crossflow dengan sudu dari pipa yang dibelah. Turbin tersebut akan diteliti unjuk kerjanya pada berbagai variasi debit, tinggi nozzle dan variasi beban.

1.3 TUJUAN DAN MANFAAT 1.3.1 Tujuan

a. Membuat turbin crossflow dengan menggunakan sudu dari pipa yang dibelah untuk pembangkit listrik agar mudah dibuat oleh masyarakat. b. Mengetahui daya dan efisiensi total terbaik dari turbin crossflow dengan

(22)

1.3.2 Manfaat

a. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik tenaga air mikrohidro.

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

c. Mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi yang semakin menipis dan mahal.

d. Mengurangi polusi dan pemanasan global.

(23)

DASAR TEORI

2.1 TINJAUAN PUSTAKA

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 di dalam turbin, rasio lebar, dan diameter runner, rasio

diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur runner maupun nozzle.

Penelitian tentang turbin crossflow banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat

dari plat yang dilengkung. Turbin crossflow yang dilengkapi dengan saluran pengarah

di dalam runner-nya 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 nozzle.

Penambahan saluran di dalam runner 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

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

(24)

dibuat berbeda. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar yang digunakan

adalah 0,75, 0,65, 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 yang biasa

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).

2.2 TURBIN AIR 2.2.1 Definisi Turbin Air

Turbin air adalah suatu mesin berputar yang mengkonversi energi dari suatu

gerakan aliran air menjadi energi mekanis. Energi mekanis ini kemudian ditransfer

(25)

digunakan pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) untuk mengubah energi

mekanik menjadi energi listrik, dengan memanfaatkan aliran dan tinggi air jatuh. Air

di bawah tekanan tinggi di dalam dam dilepaskan ke dalam suatu saluran dimana

akan menggerakkan impeler turbin sehingga menyebabkan putaran yang cepat. Daya

mekanis ini kemudian ditransfer ke generator oleh suatu poros dan 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 Jenis-Jenis Turbin Air

Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk penyediaan

kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya dikelompokkan berdasarkan kegunaan

tertentu, kapasitas aliran, dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu, turbin air

diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara. Secara umum turbin air dikelompokkan

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 Pengelompokan Turbin

Head Tinggi Head Sedang Head Rendah Turbin Impuls Turbin Pelton

Turbin Turgo

Turbin Crossflow Turbin Pelton Multi Jet Turbin Turgo

Turbin Crossflow

(26)

2.3 TURBIN ALIRAN SILANG

Gambar 2.1 Turbin Crossflow

(Sumber : http://europa.eu.int/en/com/dg17/hydro/layman2.pdf)

Turbin aliran silang (crossflow) 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 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

(27)

Turbin aliran silang (crossflow) 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 m2/detik

sampai dengan 7 m2/detik. Kecepatan putaran turbin aliran silang antara 60 rpm

sampai 200 rpm. Hal ini dipengarui oleh diameter roda jalan. Aliran turbin aliran

silang sangat besar yaitu mencapai 87,7 %. Dengan daerah daya turbin yang disebut

di atas, turbin aliran silang cocok digunakan untuk menggerakan penggilingan,

penggergaji kayu, generator listrik kecil, pompa-pompa.

2.3.1 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.

(28)

2. Alat Pengarah

Alat pengarah pada turbin sering disebut dengan nozzle. Nozzle pada turbin aliran

silang berbentuk persegi panjang. Ukuran nozzle disesuaikan dengan ukuran

runner turbin.

Gambar 2.3 Alat Pengarah

3. Rumah Turbin

Rumah turbin digunakan untuk memasang turbin agar dapat berputar. Rumah

turbin dilengkapi dengan bantalan agar poros turbin dapat berputar tanpa adanya

gesekan dan berputar pada posisi yang sama.

(29)

Turbin aliran silang dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik

kecil. Untuk itu perlu adanya komponen tambahan yang disebut generator. Generator

berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik.

Generator arus bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator, generator AC

(alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena

jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator.

Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub

magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator.

Generator memiliki 3 bagian yang penting, yaitu :

a. Rotor

Rotor adalah bagian yang berputar yang menjadi satu dengan poros alternator

yang terdapat magnet permanen atau lilitan induksi magnet. Pada rotor

terdapat bagian yang berfungsi sebagai kutub magnet yang terletak pada sisi

luar dari lilitan. Rotor ditumpu oleh dua buah bearing, pada bagian depannya

terdapat puli. Rotor berfungsi menghasilkan medan magnet yang

menginduksikan ke stator.

b. Stator

Stator adalah bagian yang statis pada altenator yang berupa inti besi yang

dibungkus dengan kawat tembaga. Bagian ini berupa lilitan yang berfungsi

(30)

c. Dioda

Dioda mengkonversi arus bolak-balik yang dihasilkan oleh pasangan rotor

dan stator menjadi arus searah.

Gambar 2.5 Generator

Besarnya arus yang dihasilkan oleh motor induksi tergantung pada besarnya

putaran alternator dan kekuatan medan magnet. Altenator menghasilkan listrik

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

disebut arus eksitasi saat terjadi medan magnet disekitar kumparan. Dari alternator

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

(31)

2.4 PERGERAKAN AIR TURBIN ALIRAN SILANG

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

tersedia yaitu (Dietzel, 1996, hal. 2) :

H Q g

P_in =ρ⋅ ⋅ ⋅ ...2.1 Dengan :

Pin : Daya yang tersedia (W).

ρ : Massa jenis air (kg/m3)

g : Percepatan gravitasi (m/s2)

Q : Debit air (m3/s)

H : Tinggi air jatuh (m)

Pada gambar 2.6 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk ke dalam

runner pada titik A dengan membentuk sudut α terhadap kecepatan kelilingnya.

Kecepatan air memasuki runner (V1) dihitung dengan (Mockmore, 1949, hal 6) :

(

)

12

1 C 2 g H

V = ⋅ ⋅ ⋅ ...2.2

Dengan :

V1 = Kecepatan absolut.

C = Koefisien berdasarkan nosel

α adalah sudut antara kecepatan absolut dengan kecepatan keliling lingkaran

(32)

lingkaran runner. Dengan indek 1 menandakan kecepatan masuk dan indek 2

menandakan kecepatan keluar sudu jalan turbin.

Gambar 2.6 Aliran pergerakan air pada Turbin Crossflow (Sumber : Mockmore, 1949, hal. 6)

Alur pergerakan air pada kenyataannya tidak seperti yang terdapat dalam

(gambar 2.6) karena terdapat defleksi sebesar θ seperti dalam (gambar 2.7).

(33)

2.5 PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG 2.5.1 Segitiga Kecepatan

Sudut β1 ditentukan oleh nilai α1, V1, dan u1.

Gambar 2.8 Segitiga kecepatan pada Turbin Crossflow (Sumber : Mockmore, 1949)

Jika u1 = ½ V1 cos α1 ...2.3

maka tan β2 = 2 tan α1...2.4

jika α1 = 16o, maka β1 = 29o, 30o atau 50o atau nilai pendekatan. (Mockmore,

1949, hal 10).

Β2’ adalah sudut sudu keluar sisi atas pada keliling dalam runner. Dengan

asumsi v1 = v2 dan α1 = α2, untuk membuat aliran pancaran air radial maka besarnya

(34)

Gambar 2.9 Gabungan Segitiga Kecepatan Pada Turbin Aliran Silang (Sumber : Mockmore, 1949)

2.5.2 Perhitungan Dimensi Turbin

(35)

Dengan :

c. Panjang dan diameter turbin

(36)

Gambar 2.10 Kelengkungan sudu (Sumber : Mockmore, 1949)

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 2.10)

1

s (Mockmore, 1949, hal 11) ...2.11

1

(37)

Gambar 2.11 Jarak antar sudu (Sumber : Mockmore, 1949)

g. Jumlah sudu (n)

t D

n=π⋅ 1 _{(Mockmore, 1949, hal 17) ...2.13}

h. Jarak pancaran dari poros (y1) (gambar 2.11)

(

)

2 945

, 0 1986 , 0

1 1

d D

k

(38)

i. Jarak pancaran dari keliling dalam (y2 ) (gambar 2.11)

(

1

2 0,1314 0,945 k D

y = − ⋅

)

⋅ (Mockmore, 1949, hal 14) ...2.15

Gambar 2.12 Alur pancaran air (Sumber : Mockmore, 1949)

j. Efisiensi maksimal turbin

Jika ₁ ₁ cos ₁ 2

1 _α

⋅ ⋅ = V u

maka tan β1 = 2 tan α1

ψ = Koefisien empiris yang nilainya sekitar (0,98). (Mockmore, 1949, hal 9).

(

)

1

2 2

max 1 cos

2

1 _ψ _α

(39)

k. Nosel

Meliputi penampang nosel (A) dan tinggi pancaran air nosel (so)

1

m. Perhitungan poros

Parameter-parameter yang digunakan dalam perhitungan poros sebagai berikut ;

(40)

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 1,5-3,0

ds = diameter minimal poros (mm)

(41)

o. Perhitungan Daya Keluaran (Pout)

Pout = V x I ...2.25

Dimana :

V = Tegangan (volt)

I = Arus (ampere)

p. Perhitungan Torsi Guna Turbin (T)

n P

T = × out

55 ,

9 ...2.26

Dimana :

n = Putaran

q. Perhitungan Efisiensi Total (η)

% 100

× =

in out

P P

(42)

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

(43)

3.2 PEMBUATAN ALAT

3.2.1 Desain Alat

Pada tahapan ini, gambar kerja dibuat. Sebelum membuat gambar kerja,

terlebih dahulu dibuat sketsa alat dan menentukan ukuran alat yang akan dibuat.

Alat uji turbin juga akan digunakan pada pelaksanaan uji prestasi. Penelitian

akan dilaksanakan dengan membuat sebuah runner dengan diameter dan panjang

yang sama dengan runner bawaan dari alat uji turbin. Sedangkan perbedaannya

terletak pada jumlah sudu, sudut sudu, bahan sudu dan proses manufacturingrunner.

Runner bawaan dari alat uji turbin akan dilepas, dan digantikan dengan runner

yang akan dibuat sendiri. Sedangkan komponen lain seperti rumah runner, generator,

transmisi belt, dan puli, panel-panel listrik dan nosel 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 pompa berkapasitas 10 liter/detik dan head 21 m.

Pompa mengalirkan air yang ditampung pada sebuah bak air kapasitas 240

liter. Air tersebut dipompakan menuju ke nozzle melalui pipa penstock berdiameter 2

inch. Untuk mengatur debit dan head masuk nosel , dipasang dua buah kran pada pipa

(44)

rumah runner, kemudian masuk kembali ke dalam bak penampung. Poros runner

dihubungkan ke poros generator menggunakan transmisi sabuk dan puli.

Generator berfungsi mengubah energi mekanis menjadi tenaga listrik arus

bolak-balik. Besarnya arus yang dihasilkan oleh generator tergantung pada besarnya

putaran generator dan kekuatan medan magnet. Listrik yang dihasilkan oleh generator

kemudian diukur saat pengambilan data.

3.2.2 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 :

Head (H) = 4,5 meter

= 14,765 ft

Debit (Q) = 8 L/s

= 0,283 cfs

Diameter pipa untuk sudu (d1) = 1,75 inch

Koefisien nosel (C) = 0,98

Faktor koreksi (k) = 0,087

Sudut masuk (α1) = 16º

Sudut busur sudu (β2) = 900

(45)

Perhitungan :

Perancangan Turbin Aliran Silang dengan sudu jalan yang terbuat dari pipa

berdiameter 1,75 in (0,146 ft).

a. Kecepatan pancaran nosel (V)

H

inc h _{(pada penelitian ini diameter}_runner_{3,858 inch)}

684 , 2

1 =

(46)

d. Panjang dan diameter runner (LD1)

inch (pada penelitian ini panjang runner 4,095 inch) 763

N 1234,1 rpm (pada perhitungan menggunakan D1 = 3,86 inch didapat

(47)

(48)

i. Jumlah sudu (n)

n ≈18 (Dari perancangan telah ditentukan jumlah sudu 18 buah).

j. Lebar sudu (a)

a inch (pada penelitian ini radial rim width 0,95 inch)

k. Diameter dalam runner (D2)

D inch (pada penelitian ini diameter dalam runner 1,96 inch)

l. Jarak pancaran air dari pusat poros (y1)

y1 = (0,1986 – 0,945 x k) x D1

= (0,1986 – 0,945 x 0,087) x 2,684

(49)

m. Daya yang tersedia (Pin)

o. Perhitungan Poros

(50)

2

= 13,353 mm (Diameter poros perancangan menggunakan 25 mm).

p. Geometri Turbin Aliran Silang dalam pembuatan

(51)

Jumlah sudu (n) = 18 buah

Sudut busur sudu (δ) = 740

Sudut masuk pancaran air (α) = 160

3.2.3 Pembuatan Turbin

A. Pembuatan Kerangka Turbin

Sebelum membuat turbin aliran silang terlebih dahulu membuat kerangka

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

penampungan air, unit rangkaian kelistrikan dan unit turbin. Pembuatan kerangka

didasarkan pada perancangan yang telah ada. Proses pembuatan kerangka turbin :

1. Mengukur rangka dudukan generator, pulley, rumahan runner 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. Pengecatan kerangka turbin

9. Bak penampungan air dicat.

(52)

B. Pembuatan Roda Jalan (runner)

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

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

Tahapan yang dilakukan penulis dalam membuat runner yaitu :

1. Pembuatan Sudu

Sudu turbin dibuat dari pipa yang dibelah. Pipa yang digunakan berdiameter

44,45 mm, panjang pipa untuk sudu 104 mm, dan tebal 2 mm. Pipa yang akan dibelah

diberi mal dan digaris. Tujuannya untuk memudahkan dalam pembelahan. Pipa

dibelah dengan menggunakan mesin sekrap. Pipa dibelah menjadi empat bagian

dengan besar busur sudu 740. Jumlah sudu yang digunakan dalam pembuatan turbin

18 buah.

2. Pembuatan Piringan

Piringan runner dibuat dari plat besi dengan diameter 98 mm dan tebal 5 mm

dan berjumlah 2 buah. Piringan yang dibuat menyerupai piringan pada runner 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.

(53)

telah ditetapkan. Bagian tengah poros yang digunakan dalam penelitian kali ini dibuat

kecil dengan diameter 10 mm. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya

pancaran air terhambat oleh poros sehingga aliran tidak silang.

4. Penggambaran Alur Sudu

Proses penggambaran menggunakan program SolidWork. Gambar digunakan

untuk membuat alur sudu pada piringan runner sehingga memudahkan pembuatan

dengan mesin CNC. Selain itu, pemasangan sudu dengan menggunakan pengerjaan

mesin CNC bertujuan agar sudu yang dipasang pada kedua piringan dapat presisi.

Setelah itu langkah selanjutnya adalah pengelasan sudu.

5. Perakitan Roda Jalan (runner)

Komponen runner 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 oleng. Kemudian piringan yang sudah di mal dengan seng

kemudian dipasangi sudu satu persatu dengan cara di las listrik. Runner yang sudah

jadi, dilakukan finishing dengan mesin bubut. Tujuannya agar permukaan turbin rata

(54)

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 pulley turbin

dan juga antara poros generator dengan poros pulley generator.

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

antara nozzle dengan penstock.

3. Flat belt selalu lepas pada saat beroperasi.

Langkah-langkah pemasangan turbin aliran silang :

1. Pemasangan unit turbin dan unit pulley 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 sealan agar tidak terjadi kebocoran

pada sambungan. Selanjutnya baut dipasang.

Setelah rumah turbin dipasang, pulley turbin dipasang. Pemasangan pulley

(55)

2. Pemasangan unit generator dan unit pulley generator

Pemasang pertama yang dilakukan yaitu pemasangan pulley generator. Pulley

generator harus dipasang simetris dengan pulley turbin dan pulley generator diatur

agar sabuk tidak kendur. Tujuannya agar pada saat pulley berputar sabuk tidak lepas.

Selanjutnya baut dipasang.

Generator selanjutnya dipasang. Saat pemasangan generator, poros pada

generator harus lurus seperti rumah turbin dan pulley turbin. Jika sudah lurus,

generator dikencangkan 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 nozzle dan satu untuk pembuangan ke bak. Pemasangan pipa harus sejajar

dengan masukan nozzle dan tegak lurus agar tidak terjadi kebocoran.

4. Pemasangan rangkaian listrik

Rangkaian listrik yang digunakan sederhana, hanya menghubungkan

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

(56)

3.3 PENELITIAN ALAT

3.3.1 Persiapan Alat

1. Peralatan yang digunakan

a. Runner turbin aliran silang yang sudunya dibuat dari pipa besi yang

dibelah. Diameter pipa untuk sudu 1,75 inch. Diameter runner adalah 98

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

18. Besar busur sudu 740.

b. Rumah turbin yang terdapat nozzle yang penampangnya berbentuk persegi

panjang.

c. 2 buah pompa air berkapasitas 600 liter/menit, daya 327 watt, dan head

maksimum 22 meter.

d. Generator untuk membangkitkan listrik yang dapat menghasilkan

tegangan dan arus.

e. Lampu sebagai beban dengan daya masing-masing lampu 10, 20, 30, 40,

50, 60, 70, 80, 90 dan 100 watt.

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

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

h. Tang ampere yang digunakan untuk mengukur arus yang menuju ke

beban.

i. Alat ukur rpm (tachometer).

(57)

2. Cara Kerja Alat

Gambar 3.1 Alat Uji Turbin

Turbin aliran 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. Penambahan pompa dikarenakan pada saat uji coba turbin

dengan satu buah pompa, debit dan head yang dihasilkan tidak terlalu besar untuk

(58)

Gambar 3.2 Urutan kerja alat uji turbin

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 ke nozzle melalui pipa penstock

berdiameter 2 inch. Untuk mengatur debit dipasang dua buah kran pada sisi buang

dan sisi masuk nozzle. Sedangkan untuk mengatur nozzle menggunakan kontrol yang

terdapat pada rumah turbin.

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

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

berputar akan menggerakan pulley turbin dan selanjutnya akan menggerakkan pulley

generator dan memutar generator. Generator yang berputar akan menyebabkan

terjadinya perbedaan medan magnet sehingga menghasilkan listrik. Arus listrik akan Pompa Air

Turbin Generator

Nozzle

PHB

Konsumen (Lampu) Bak Penampungan

(59)

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

beban. Beban akan bekerja jika tegangan yang dihasilkan mencukupi.

3.3.2 Variabel yang Diukur

1. Putaran generator.

2. Tegangan yang dihasilkan generator.

3. Arus yang dihasilkan generator.

4. Tekanan pompa.

3.3.3 Variabel yang Divariasi

1. Debit air : kran bukaan penuh, tengah dan kecil.

2. Tinggi bukaan nozzle : 9 mm, 14 mm, 19 mm.

3. Beban generator : 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 dan 100 watt.

3.3.4 Pengambilan Data

Pada penelitian ini, turbin yang akan dibuat dirancang untuk memanfaatkan

tenaga air yang memiliki head 4,5 meter dan debit 8 l/s. Sudu dibuat dari pipa hitam

berdiameter 1,75 inch, yang dibelah dengan sudut 74o dan jumlah sudu 18 buah.

Pada saat pengambilan data, dilakukan variasi tinggi nozzle 9 mm dengan

debit 8,2 l/s pada bukaan penuh, 7,9 l/s pada bukaan tengah, 7 l/s pada bukaan kecil.

(60)

tengah, 8,6 l/s pada bukaan kecil, dan tinggi nozzle 19 mm dengan debit 12 l/s pada

bukaan penuh, 11,3 l/s pada bukaan tengah, 9,6 l/s pada bukaan kecil. Untuk variasi

beban generatornya adalah 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 dan 100 watt.

(61)

3.3.5 Pengolahan dan Analisis Data

Setelah pengambilan data dilakukan, maka dilakukan pengolahan data sebagai

berikut :

1. Hitung potensi daya air untuk tiap variasi debit dan ketinggian nozzle.

2. Hitung daya yang dihasilkan generator untuk tiap variasi beban generator,

tinggi bukaan nozzle dan debit.

3. Hitung efisiensi total untuk tiap variasi beban generator, tinggi bukaan

nozzle dan debit.

4. Analisis dilakukan dengan membuat grafik hubungan putaran turbin

dengan daya dan grafik hubungan putaran turbin dengan efisiensi total

(62)

4.1 HASIL PENELITIAN

Pengujian menggunakan turbin aliran silang dengan busur sudu 74o dan

jumlah sudu 18 yang dibuat dari pipa dibelah, runner yang digunakan ini adalah

runner yang dibuat oleh peneliti. Data yang diperoleh dari sarana penelitian

adalah dengan variasi tinggi bukaan nozzle, debit, dan variasi beban.

4.1.1 Data Penelitian

Data yang diperoleh dari penelitian dengan variasi debit dan bukaan nozzle

sebagai berikut :

Tabel 4.1. Data penelitian pada tinggi nozzle 9 mm dan debit 8,2 l/s tekanan 10 Psi

(63)

Tabel 4.2.Data penelitian pada tinggi nozzle 9 mm dan debit 7,9 l/s tekanan 8,5 Psi

Keterangan: beban 70, 80, 90 dan 100 watt tidak didapatkan data.

Pada tinggi nozzle 9 mm bukaan kecil yaitu dengan debit 7 l/s dan tekanan 6,5

Psi tidak didapatkan data.

Tabel 4.3. Data penelitian pada tinggi nozzle 14 mm dan debit 10,7 l/s tekanan 5 Psi

No Beban

(64)

Tabel 4.4.Data penelitian pada tinggi nozzle 14 mm dan debit 9,5 l/s tekanan 5 Psi

Pada tinggi nozzle 14 mm bukaan kecil yaitu dengan debit 8,6 l/s dan tekanan

3,5 Psi tidak didapatkan data.

Tabel 4.5. Data penelitian pada tinggi nozzle 19 mm dan debit 12 l/s tekanan 3 Psi

Keterangan: beban 60, 70, 80, 90 dan 100 watt tidak didapatkan data.

No Beban

Tabel 4.6.Data penelitian pada nozzle 19 mm dan debit 11,3 l/s tekanan 3 Psi

No Beban

Keterangan: beban 40, 50, 60, 70, 80, 90 dan 100 watt tidak didapatkan data.

(65)

4.2 PERHITUNGAN DATA

Berdasarkan data hasil penelitian, maka pengolahan data yang dapat dilakukan

sebagai berikut :

1. Perhitungan data tinggi bukaan nozzle 9 mm

Contoh perhitungan untuk bukaan penuh debit 8,2 l/s, tinggi bukaan

nozzle 9 mm dengan beban 10 watt,

a. Daya yang tersedia (Pin)

Tekanan pompa = 10 Psi

= 7,03 m H2O

Head (H) = 7,03 m

Debit (Q) = 8,2 l/s

= 0,0082 m3/s

Daya tersedia (Pin) = ρ x g x Q x H

= 1000 x 9,81 x 0,0082 x 7,03

= 565,51 Watt

b. Daya keluaran total (Pout)

Daya total (Pout) = V x I

= 185 x 0,21

= 38,85 Watt

c. Perhitungan effisiensi total

Effisiensi total (η) = ×100%

in out

(66)

= 100%

Hasil perhitungan untuk beban yang lain dituliskan dalam table berikut :

Tabel 4.7.Perhitungan pada tinggi nozzle 9 mm dan debit 8,2 l/s tekanan 10 psi

No Arus

Tabel 4.8.Perhitungan pada tinggi nozzle 9 mm dan debit 7,9 l/s tekanan 8,5 psi

No Arus

Pada tinggi nozzle 9 mm bukaan kecil yaitu dengan debit 7 l/s dan tekanan 6,5

(67)

Contoh perhitungan untuk debit 10,7 l/s, tinggi bukaan nozzle 14 mm

dengan beban 10 watt.

a. Daya yang tersedia (Pin)

c. Perhitungan effisiensi total

(68)

Hasil perhitungan untuk beban yang lain dituliskan dalam tabel berikut:

Tabel 4.9.Perhitungan pada tinggi nozzle 14 mm dan debit 10,7 l/s tekanan 5 Psi

No Arus

Tabel 4.10.Perhitungan pada tinggi nozzle 14 mm dan debit 9,5 l/s tekanan 5 Psi

No Arus

3,5 Psi tidak didapatkan data.

Contoh perhitungan untuk debit 12 l/s, tinggi bukaan nozzle 14 mm

(69)

d. Daya yang tersedia (Pin)

f. Perhitungan effisiensi total

(70)

Hasil perhitungan untuk beban yang lain dituliskan dalam tabel berikut:

Tabel 4.11.Perhitungan pada tinggi nozzle 19 mm dan debit 12 l/s tekanan 3 Psi

No Arus

Tabel 4.12.Pehitungan pada tinggi nozzle 19 mm dan debit 11,3 L/s tekanan 3 Psi

No Arus

(71)

4.3. PEMBAHASAN DATA

4.3.1Pembahasan Daya Keluaran Turbin Aliran Silang Dengan Busur Sudu 74o dan Jumlah Sudu 18.

0

770 780 790 800 810 820 830 840 850

Putaran poros generator (rpm)

D

debit 8,2 l/s debit 7,9 l/s

Gambar 4.1 Grafik Daya vs Putaran Poros Generator dengan tinggi nozzle 9 mm dan variasi debit.

0

790 800 810 820 830 840

D

(72)

0

765 770 775 780 785 790 795 800

D

debit 12 l/s debit 11,3 l/s

Gambar 4.3 Grafik Daya vs Putaran Poros Generator dengan tinggi nozzle 19 mm dan variasi debit.

Dari data hasil penelitian dengan menggunakan variasi tinggi bukaan nosel 9

mm dengan variasi debit yang bekerja adalah 8,2 l/s, 7,9 l/s didapat grafik yang

menghasilkan daya maksimal terbesar sebesar 68,9 watt pada variasi tinggi bukaan

nosel 9 mm dengan debit 8,2 l/s. Dari data hasil penelitian dengan menggunakan

variasi tinggi bukaan 14 mm dengan variasi debit 10,7 l/s, 9,5 l/s didapat grafik yang

menghasilkan daya maksimal terbesar sebesar 63,7 watt pada variasi tinggi bukaan

nosel 14 mm dengan debit 10,7 l/s. Dan untuk variasi tinggi bukaan nosel 19 mm

dengan variasi debit 12 l/s, 11,3 l/s didapat grafik yang menghasilkan daya maksimal

terbesar sebesar 39 watt pada variasi tinggi bukaan nosel 19 mm dengan debit 12 l/s.

Pada tinggi bukaan nosel 9 mm dengan variasi debit 7 l/s, tinggi bukaan nosel

14 mm dengan variasi debit 8,6 l/s dan tinggi bukaan nosel 19 mm dengan variasi

debit 9,6 l/s tidak didapatkan data tegangan dan arus karena tombol on pada PHB

(73)

ini dikarenakan daya yang masuk generator tidak sesuai sehingga PHB tidak dapat

bekerja dengan baik. Sehingga tidak didapatkan grafik perbandingan putaran poros

dengan daya.

Semakin besar putaran poros, maka daya yang terjadi akan makin kecil. Hal

ini disebabkan arus yang dihasilkan semakin besar dan terjadi penurunan tegangan

karena bertambahnya beban. Setelah tercapai daya maksimum maka daya akan turun.

Kenaikan dan penurunan daya seperti dasar teori (Mock More, hal 20).

Debit air yang dipakai dalam penelitian ini tidak memenuhi kriteria daerah

penggunaan yang baik turbin crossflow ini. Debit yang baik adalah 0,02 m3/detik

sampai 7 m3/detik (Fritz Dietzel, 1996, hal 38), sedangkan yang dipakai dalam

penelitian debit maksimum hanya 0,012 m3/detik.

4.3.2Pembahasan Efisiensi Total Turbin Aliran Silang Dengan Busur Sudu 74o dan Jumlah Sudu 18.

0

770 780 790 800 810 820 830 840 850

Ef

(74)

0 5 10 15 20

790 800 810 820 830 840

Ef

Gambar 4.5 Grafik Efisiensi Total vs Putaran Poros Generator dengan tinggi nozzle 14 mm dan variasi debit.

0

765 770 775 780 785 790 795 800

Ef

debit 12 l/s debit 11,3 l/s

Gambar 4.6 Grafik Efisiensi Total vs Putaran Poros Generator dengan tinggi nozzle 19 mm dan variasi debit.

Dari data hasil penelitian dengan menggunakan variasi tinggi bukaan nosel 9

(75)

menghasilkan efisiensi total maksimal terbesar sebesar 12,18 % pada variasi tinggi

bukaan nosel 9 mm dengan debit 8,2 l/s. Dari data hasil penelitian dengan

menggunakan variasi tinggi bukaan 14 mm dengan variasi debit 10,7 l/s, 9,5 l/s

didapat grafik yang menghasilkan efisiensi total maksimal terbesar sebesar 17,26 %

pada variasi tinggi bukaan nosel 14 mm dengan debit 10,7 l/s. Dan untuk variasi

tinggi bukaan nosel 19 mm dengan variasi debit 12 l/s, 11,3 l/s didapat grafik yang

menghasilkan efisiensi total maksimal terbesar sebesar 16,12 % pada variasi tinggi

bukaan nosel 19 mm dengan debit 11,3 l/s.

Pada tinggi bukaan nosel 9 mm dengan variasi debit 7 l/s, tinggi bukaan nosel

14 mm dengan variasi debit 8,6 l/s dan tinggi bukaan nosel 19 mm dengan variasi

debit 9,6 l/s tidak didapatkan data tegangan dan arus karena tombol on pada PHB

tidak bisa mengunci, sehingga data arus dan tegangan juga tidak bisa diperoleh. Hal

ini dikarenakan daya yang masuk generator tidak sesuai sehingga PHB tidak dapat

bekerja dengan baik. Sehingga tidak didapatkan grafik perbandingan putaran poros

dengan efisiensi.

,

Pada penelitian ini daya keluaran total tertinggi dihasilkan pada bukaan nozzle

9 mm sedangkan effisiensi total tertinggi dihasilkan pada bukaan nozzle 14 mm.

Seharusnya effisiensi total tertinggi terjadi pada saat daya keluaran total tertinggi

juga, Hal ini disebabkan dalam perhitungan besar daya pompa, debit yang digunakan

kurang akurat. Debit yang seharusnya digunakan lebih kecil, karena semakin tinggi

(76)

terjadi penurunan. Untuk mengatasi masalah ini seharusnya dalam pengukuran debit

digunakan alat yaitu flowmeter.

Efisiensi yang terjadi pada turbin memiliki batas maksimum. Setelah tercapai

effisiensi maksimum maka effisiensi akan turun. Kenaikan dan penurunan efisiensi

(77)

PENUTUP

5.1. KESIMPULAN

Dari hasil pengambilan data penelitian turbin aliran silang dengan variasi debit, tinggi bukaan nozzle dan beban, maka dapat disimpulkan :

1. Turbin aliran silang dengan busur sudu 74o dan jumlah sudu 18 buah, menghasilkan daya paling tinggi sebesar 68,9 watt. Daya paling besar terjadi pada saat debit sebesar 8,2 L/s dan bukaan tinggi nozzle 9 mm.

2. Turbin aliran silang dengan busur sudu 74o dan jumlah sudu 18 buah, menghasilkan efisiensi paling tinggi 17,26%. Efisiensi paling tinggi terjadi pada saat debit sebesar 10,7 L/s dan bukaan tinggi nozzle 14 mm.

3. Turbin penelitian dengan busur sudu 74o dan jumlah sudu 18 buah untuk saat ini belum bisa diterapkan dalam masyarakat. Hal ini disebabkan karena daya keluaran total dan efisiensi total masih kecil.

(78)

5.2. SARAN

Beberapa saran yang penting untuk penelitian pada bidang sejenis dengan penelitian ini atau yang ingin mengembangkan penelitian ini:

1. Dalam membuat runner hendaknya dibuat dengan tingkat kerapian dan presisi semaksimal mungkin agar runner tidak terjadi oling saat berputar.

2. Konstruksi alat uji turbin sebaiknya dibuat efektif, yaitu dengan cara dikurangi belokan pipa saluran agar tidak terjadi rugi-rugi yang besar.

3. Ukuran rumah turbin dan runner sebaiknya dibuat presisi untuk menghindari gesekan antara rumah turbin dan runner.

(79)

Dietzel, F., 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, C. A., 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, International Journal of Energy Research, Volume 22 Issue 11 , Pages 935 – 964

(80)

(81)