Pengaruh satu dan dua sudu terhadap kinerja turbin archimedes screw
Zainuri Anwar1*, Ronaldo Siahaan2, Dianna Ratnawati3, Hasnul Azwan4
1Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya, Jl. Srijaya Negara, 30128, Indonesia
2Program Studi Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknologi Nasional, Jl Lintas Sumatra, 36361, Indonesia
3Pendidikan Vokasional Teknik Mesin, Universitas Sarjanawiyata Tamansiswa, Jl Batikan, 55167, Indonesia
4Universiti Teknologi MARA, Malaysia
* Corresponding Author. Email: [email protected] *; [email protected] ; [email protected] , [email protected]
Received: 4 April 2023; Revised: 5 May 2023; Accepted: 26 June 2023
Abstrak: Salah satu parameter yang mempengaruhi kinerja turbin adalah jumlah dan bentuk sudu penggerak turbin. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jumlah sudu turbin archimedes screw terhadap kinerja turbin. Tipe turbin yang digunakan pada penelitian ini adalah turbin archimedes dengan variasi satu dan dua sudu ulir. Pengujian turbin dilakukan di aliran sungai puri kedaton desa pematang gajah dengan debit aliran yang masuk turbin 0,043 m3/s. Beban poros yang diterima turbin divariasikan yaitu 30 kg, 40 kg, 50 kg dan kemiringan turbin terpasang 30°. Hasil pengujian menunjukkan bahwa tipe turbin double screw menghasilkan daya turbin 518 Watt dengan efisiensi tertinggi 80,5 %.
Kata kunci: Archimedes screw; Daya; Effisiensi
The effect of single and double blade on archimedes screw turbine performance
Abstract: One of the parameters that affect turbine performance is the amount and shape of the turbine blades.
This study aims to determine the effect of the amount of Archimedes screw turbine blades on turbine performance. The type of turbine used in this study is the Archimedes turbine with single and double screw balde. The turbine test was carried out in the Puri Kedaton river, Pematang Gajah village, with a flow rate entering the turbine of 0.043 m3/s. The shaft load received by the turbine is varied, namely 30 kg, 40 kg, 50 kg and the tilt of the turbine is installed 30°. The test results show that the double screw turbine type produces 518 Watt turbine power with the highest efficiency of 80,5%.
Keywords: Archimedes Screw; Efficiency; Power
How to Cite: Zainuri Anwar, Ronaldo Siahaan, Dianna Ratnawati (2023). Pengaruh satu dan dua sudu terhadap kinerja turbin archimedes screw. Jurnal Taman Vokasi, 11(1), 1-8.
doi:http://dx.doi.org/10.30738/jtv.v11i1.14632
PENDAHULUAN
Kota Jambi memiliki kontur dataran rendah yang dilalui aliran sungai Batanghari sehingga potensi aliran anak sungai atau drainasenya dapat dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit listrik tenaga air berskala (mikrohidro) dengan menggunakan turbin air. Aliran anak sungai di kota Jambi memiliki debit dan tekanan yang relatif kecil, sehingga pemilihan turbin yang sesuai dengan kondisi sungai adalah tipe turbin yang beroprasi pada tekanan rendah seperti turbin cross flow , kaplan, dan archimedes screw (Matalata, 2018). Turbin air jenis archimedes screw merupakan jenis turbin yang mempunyai kontruksi sudu penggerak berbentuk ulir / heliks. Turbin ini dapat beroprasi pada sebuah aliran sungai yang memiliki head rendah. Air yang melewati bucket memberikan gaya dorong ke sudu turbin sehingga turbin dapat berputar. Selain itu pengoperasian turbin ini tidak merusak ekosistem yang ada disekitar turbin seperti ikan dll (Piper et al., 2020) (Kozyn & David, 2017).
Kinerja turbin archimedes screw juga dipengaruhi oleh beberapa parameter diantaranya kemiringan turbin, jarak picth, jumlah ulir dan jumlah sudu (Anwar et al., 2021) (Rorres, 2000).
Beberapa penelitian sebelumnya yang telah dilakukan menyebutkan bahwa sudut kemiringan turbin ulir yang paling efektif berkisar 32°(Harja et al., 2014) (Setyono & Ulum, 2018). selain itu tekanan air juga mempengaruhi kinerja dari turbin. Semakin tinggi tekanan air yang melewati turbin maka kinerja turbin semakin meningkat (Putra, 2018) (Sistiawan & Gunoto, 2019).
perlambatan putaran dan penurunan tekanan hidrostatik fluida. Selain itu, kemiringan sudut turbin yang besar mengakibatkan aliran fluida melimpah dan keluar dari jalur kanal sehingga mengurangi volume air pada bucket, yang menyebabkan daya turbin menjadi tidak optimal (Harja et al., 2014) (Eva Kurnia Yulyawan, Indro Wicaksono, Indah Noor Dwi Kusuma Dewi, Ahlan, 2022). Semakin tinggi jarak pitch ratio volume air yang dapat ditampung pada bucket akan meningkat, sehingga gerakan fluida yang mendorong sudu akan semakin kuat. Sedangkan semakin banyak jumlah sudu maka gaya dorong gerakan air yang menggerakan sudu turbin menjadi melemah dikarenakan jumlah air dalam bucket sedikit. (Nurdin et al., 2018) (Sistiawan & Gunoto, 2019). Akan tetapi, penelitian yang dilakukan oleh Eva dkk menyebutkan bahwa turbin screw yang memiliki dua ulir menghasilkan tegangan listrik yang lebih besar dibandingkan satu ulir (Eva Kurnia Yulyawan et al. 2022).
Berdasarkan permasalahan tersebut penulis melakukan variasi jumlah sudu ulir untuk mengetahui pengaruh terhadap kinerja dari turbin archimedes screw. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan efesiensi terbaik turbin screw berdasarkan jumlah sudu turbin dengan jarak picth yang sama.
a) Energi fluida
Air memiliki energi potensial yang dapat berubah menjadi energi kinetik ketika bergerak.
Ketika air mengalir melalui sudu turbin, energi kinetik akan diubah menjadi energi mekanik melalui mekanisme turbin (Putra, 2018) (Nugroho & fathulloh, ST., 2019) (Sutopo et al., 2020). Energi mekanik gerak selanjutnya diubah menjadi energi listrik menggunakan generator (Çengel & Cimbala, 2018) (Hamdani et al., 2019). Untuk menghitung energi dari air yang melewati turbin menggunakan persamaan sbb:
Pair= ρ g Q H (1) Dimana : Pair= Daya hidrolis air (watt) ρ = Massa jenis air (kg/m3) Q = Debit air (m3/s) H = Ketinggian (m) b) Energi mekanis turbin
Energi mekanis turbin didapatkan dari torsi pada poros turbin (Piper et al., 2020). Untuk mendapatkan nilai torsi dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan besar momen gaya :
T= Fx r (2) Dimana: T= Torsi (N/m)
F= Gaya Pembebanan (N) R= Jari-jari poros turbin (r) c) Efesiensi Turbin
Efesiensi turbin merupakan rasio antara daya aktual keluaran turbin terhadap daya fluida yang mengalir melalui turbin:
(3) Dimana:
ƞturbin = Efisiensi turbin
Wshaft = Daya aktual turbin (Watt) Wfluid = Daya fluida (Watt)
METODE
Metode yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan cara eksperimen dimana pengujian dilakukan di aliran sungai yang memiliki debit air konstan dengan head 1m. Sungai ini terletak di desa Pematang Gajah provinsi Jambi. Turbin air yang digunakan adalah turbin archimedes screw dengan memvariasikan sudu turbin. Terdapat dua tipe turbin yaitu tipe single sudu dengan jumlah sudu ulir 8 dan double sudu dengan jumlah ulir 16 buah. Jumlah sudu pada turbin tipe double memiliki sudu lebih banyak, akan tetapi jarak picth pada kedua tipe turbin ini sama sehingga memiliki goemetri yang sama. Perbedaan sudu turbin pada turbin archimedes screw dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Turbin single dan double sudu
Turbin screw yang digunakan pada penelitian ini memiliki dimensi dengan panjang poros 1200 mm, diameter posros 50 mm, diameter sudu 210 mm dan jarak picth 120 mm. Material yang digunakan dalam pembuatan turbin ini adalah plat PVC tebal 3 mm. Jarak picth pada sudu turbin ini memiliki jarak yang sama sehingga volume air yang tertampung pada bucket memiliki kesamaan antara turbin single sudu dan double sudu (Harja et al., 2014). Akan tetapi, jumlah bucket pada turbin double sudu lebih banyak dibandingkan single sudu.
Pengujian dilakukan dengan memvariasikan beban poros yaitu 30 kg, 40 kg dan 50 kg, hal ini bertujuan untuk mengetahui daya mekanis turbin.
Gambar 2. Sudut kemiringan turbin
Turbin screw dipasang dengan sudut kemiringan 30 drajat dari permukaan air. Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya efisiensi tertinggi terdapat pada sudut kemiringan turbin 30 - 35 drajat dari permukaan air (Amir, 2018) (Anwar et al., 2021). Air dalirkan melalui tunnel agar debit air yang
tunnel. Pengambilan data putaran turbin dilakukan sebanyak tiga kali pada setiap tipe turbin dengan variasi jumlah sudu menggunakan tachometer digital. Data putaran dan gaya pembebanan poros yang didapat selanjutnya dianalisa untuk mendapatkan torsi pada poros dan efesiensi mekanik turbin.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian turbin dilakukan untuk mendapatkan daya fluida masuk turbin, putaran turbin, torsi, dan efisiensi turbin. Pengujian dilakukan sebanyak tiga kali percobaan untuk mendapatkan hasil yang akurat.
Gambar 3. Pengujian turbin di aliran sungai
Gambar 3 menunjukkan proses pengambilan data turbin yang terpasang di aliran sungai. Data yang didapat dari pengujian turbin screw kemudian dilakukan perhitungan dan dianalisa untuk mengetahui kinerja dari turbin tersebut. Berikut adalah data hasil pengujian turbin
Tabel 1. Hasil pengujian turbin Tipe Turbin Beban
(Kg)
Putaran (Rpm)
Torsi (N.m)
P.out (Watt)
Eff (%)
Single Screw
30 1095 3,74 367 52
40 1006 4,98 412 64
50 850 6,22 435 67
Double Screw
30 1452 3,74 446 69
40 1148 4,98 471 73
50 1011 6,22 518 80
Dari tabel 1 dapat dilihat bahwa jumlah sudu mempengaruhi putaran turbin yang dihasilkan dari jumlah debit air masuk yang sama yaitu 0,8 m/s dengan pembebanan poros turbin konstan menghasilkan daya air 643 watt. Putaran turbin tertinggi terdapat pada turbin tipe double screw/ sudu yaitu 1452 Rpm dengan pembebanan poros 30 kg (Setyono & Ulum, 2018) (Irwanto, 2021). Kondisi ini terjadi karena gaya hidlolis yang mendorong sudu turbin lebih banyak sehingga putaran turbin menjadi lebih cepat.
a) Efisiensi turbin
Efisiensi turbin diperoleh dari perbandingan daya masuk fluida dan daya mekanik turbin. Hasil pengujian turbin meneunjukkan efisiensi turbin yang dapat dilihat pada grafik 4.
Gambar 4. Efisiensi turbin Archimedes screw tipe single dan double sudu
Dari grafik 4 dapat dianalisa bahwa nilai efisiensi tertinggi berada pada double sudu ulir yaitu 80,5 %, sedangkan effisiensi terendah berada pada single sudu yaitu 52 %. Hal ini membuktikan bahwa selisih effisiensi dari kinerja turbin terhadap jumlah sudu berada disekitar 25% dari effisiensi terendah. Sehingga tipe turbin screw yang lebih effesien adalah turbin tipe double screw.
Turbin yang mempunyai sudu lebih banyak dengan jarak pitch yang sama akan memiliki jumlah bucket yang sebanding dengan jumlah sudu sehingga gaya hidrolis fluida yang mendorong sudu lebih lebih meningkat (Anwar et al., 2021) (Eva Kurnia Yulyawan, Indro Wicaksono, Indah Noor Dwi Kusuma Dewi, Ahlan, 2022). Pada setiap bucket menghasilkan gaya dorong yang berbanding lurus dengan gaya fluida yang mengalir. Kondisi ini yang membuat daya , putaran, dan efisiensi turbin dengan tipe double sudu semakin meningkat dibandingkan dengan turbin tipe single sudu.
SIMPULAN
Peningkatan kinerja turbin archimedes screw terjadi pada jenis turbin double sudu dengan efisiensi turbin mencapai 80,5 %. Kondisi ini terjadi dikarenakan turbin double sudu memiliki 16 jumlah bucket yang lebih banyak dibandingkan dengan turbin dengan single sudu sehingga menyebabkan gaya dorong fluida yang mendorong sudu dua kali lebih besar. Peningkatan gaya dorong fluida tersebut akan meningkatkan daya dan efisinsi turbin.
DAFTAR RUJUKAN
Amir. (2018). Kemiringan Optimum Model Turbin Ulir 2 Blade. Jurnal Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Tangerang, 2(1), 1–8.
Anwar, Z., Parsaroan, B. S., & Sunarso, E. (2021). Rancangan Bangun Turbin Mikrohidro Tipe Archimedes Screw Dengan Kapasitas Daya 560 Watt. Journal of Electrical Power Control and Automation (JEPCA), 4(1), 29. https://doi.org/10.33087/jepca.v4i1.43
Çengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2018). Fluid Mechanics Fundamentals and Applications (4th ed.).
Eva Kurnia Yulyawan, Indro Wicaksono, Indah Noor Dwi Kusuma Dewi, Ahlan, W. (2022).
Pengaruh Jumlah Ulir Pada Prototipe Turbin Archimedes Screw Untuk Pembangkit Energi Hijau dan Terbarukan. 12(2), 9–16.
Hamdani, Tharo, Z., & Anisah, S. (2019). Perbandingan Performansi Pembangkit Listrik Tenaga Surya Antara Daerah Pegunungan Dengan Daerah Pesisir. Semnastek Uisu, 189–194.
Harja, H. B., Abdurrahim, H., Yoewono, S., & Riyanto, H. (2014). Penentuan Dimensi Sudu Turbin Dan Sudut Kemiringan Poros Turbin Pada Turbin Ulir Archimedes. 36(1), 26–33.
Irwanto. (2021). LINK AND MATCH PENDIDIKAN KEJURUAN DENGAN DUNIA USAHA DAN INDUSTRI DI INDONESIA. Paper Knowledge . Toward a Media History of Documents.
Kozyn, A., & David, W. (2017). A power loss model for Archimedes screw generators. Renewable Energy, 108, 260–273. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.02.062
Matalata, H. (2018). Listrik mikro hidro berdasarkan Potensi debit andalan sungai batanghari kota jambi. 1(1), 1–6.
Nugroho, A. B., & fathulloh, ST., M. (2019). Analisa perbandingan sifat mekanik material frp ( fiberglass reinforced plastics ) berbahan serat gelas woven roving dengan multiaxial. politeknik perkapalan negeri surabaya.
Nurdin, A., Magister, P., Mesin, J. T., Maret, U. S., Mesin, J. T., & Maret, U. S. (2018). Kajian Teoritis Uji Kerja Turbin Archimedes Screw Pada Head Rendah. 9(2), 783–796.
Piper, A. T., Rosewarne, P. J., Wright, R. M., & Kemp, P. S. (2020). The impact of an Archimedes screw hydropower turbine on fi sh migration in a lowland river. Ecological Engineering, 118(April 2018), 31–42. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2018.04.009
Putra, I. G. W. (2018). View of Analisa Pengaruh Tekanan Air Terhadap Kinerja PLTMH dengan Menggunakan Turbin Archimedes Screw.pdf. 17(3).
Rorres, C. (2000). The Turn of the Screw : Optimal Design of an Archimedes Screw. Journal of Hydraulic Engineering ·, 72–80. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2000)126
Setyono, G., & Ulum, M. (2018). Variasi Putaran Turbin terhadap Performa Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Air Menggunakan Oscillating Water Column ( Variation of Turbine Rotation on the Performance of a Water Wave Power Plant Using an Oscillating Water Column ). Jurnal Saintek, 15(2), 58–60. kopertis7.go.id/uploadjurnal/5_SaintekV15No2Des2018.pdf
Sistiawan, Y. A. T., & Gunoto, P. (2019). PERANCANGAN PEMBANGIT LISTRIK TENAGA HYBRIDE (TENAGA SURYA DAN TENAGA ANGIN) DENGAN KAPASITAS 20 W.
SIGMA TEKNIKA. https://doi.org/10.33373/sigma.v2i1.1806
Sutopo, S., Setiadi, B. R., Nurtanto, M., Purnomo, S., Handoyono, N. A., & Johan, A. B. (2020).
Enhancing of Student Collaboration in Thinking, Pairing, and Sharing on Energy Conversion Learning. International Journal of Higher Education. https://doi.org/10.5430/ijhe.v9n4p199
