14
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian menjelaskan tahapan-tahapan yang akan dilakukan dalam pelaksanaan penelitian. Adapun tahapan-tahapan dalam menjalankan penelitian tugas akhir ini adalah sebagai berikut.
3.1.1 Studi Literatur
Studi literatur bisa dilakukan dengan mencari artikel ilmiah yang sesuai dengan tema yang diambil pada penelitian kali ini untuk menjadi dasar acuan dalam menentukan proses dalam penelitian tersebut.
3.1.2 Diagram Alir Perancangan Alat
Perancangan Archimedes Screw Turbine disederhanakan menjadi beberapa langkah perancangan. Langkah – langkah ini yang kemudian menjadi acuan dalam proses perancangan Archimedes Screw Turbine. Pada Gambar 3.11 merupakan diagram alir proses perancangan penelitian.
Mulai
Studi Literatur
15 Mencari Debit
𝑄 = 𝑃𝑤 𝜌 𝑔 ℎ
Mencari jari – jari Luar 𝑅𝑜 = 𝑅𝑖
𝜌 ∗
Mencari Panjang Turbin L = ℎ
Sin ө
Head Turbin h = 0.5 m Sudut Kemiringan
ө = 35°
Daya Aliran Air Pw = 25 Watt Efisiensi Turbin
η = 70%
16 Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Alat
3.1.3 Perancangan dan Pembuatan Archimedes Screw Turbine
Pada proses perancangan Archimedes Screw Turbine terdapat beberapa tahap yang dilakukan yakni perancangan desain turbin 2 sudu, desain kerangka dan turbin air, serta penggabungan rangkaian pengujian turbin Archimedean screw.
Pembuatan rangkaian penelitian dilakukan sebagai berikut:
a. Perancangan Desain Turbin 2 Sudu
Perancangan Archimedes Screw Turbine ini memiliki diameter turbin sebesar 142 mm, diameter dalam turbin sebesar 76,2 mm, panjang turbin sebesar 873 mm, dan jarak pitch ulir sebesar 119 mm. Adapun desain rancangan turbin Archimedean screw dua sudu ditunjukkan pada Gambar 3.2 sebagai berikut
Mencari jarak pitch 𝛬 =2 𝜋 𝑅𝑜 𝜆
𝐾 𝐾 = 𝑡𝑎𝑛 ө
Dimensi Perancangan Archimedes Screw Turbine Dua Sudu
Selesai
17 Gambar 3.2 Rancangan Turbin Archimedean Screw Dua Sudu
b. Pemilihan Komponen Penyusun Archimedes Screw Turbine
Untuk mendapatkan performa Archimedes Screw Turbine terbaik sangat dipertimbangkan aspek pemilihan komponen penyusun dalam proses pembuatan Archimedes Screw Turbine. Material poros yang digunakan pada penelitian ini berbahan dasar alumunium dan memiliki diameter sebesar 20 mm. Selain itu, komponen lainnya adalah bantalan (bearing), bearing digunakan untuk poros yang digunakan pada penelitian ini agar dapat berputar dengan baik tanpa memperhatikan adanya gesekan. Adaun bearing yang digunakan pada penelitian ini memiliki spesifikasi yang ditunjukkan pada Tabel 3.1 sebagai berikut.
Tabel 3.1 Spesifikasi Bearing
Spesifikasi Keterangan
Pada Prony Brake Pada Turbin
Tipe Ball bearing Pillow block bearing
Code 6909 UCP 204
Diameter Shaft 30 mm 20 mm
Serta terdapat rangka yang memiliki material baja ringan berfungsi sebagai penopang reservoir dan Archimedes Screw Turbine. Lintasan air pada Archimedes Screw Turbine menggunakan material pipa PVC untuk memudahkan proses pembuatan dan perakitan turbin pada penelitian ini.
18
c. Penggabungan Rangkaian Pengujian Archimedes Screw Turbine
Penelitian ini dilakukan dengan studi eksperimen dengan menggunakan model turbin dan rangkaian alat penelitian. Penggabungan (assembly) seluruh komponen yang telah dirancang pada penelitian ini menggunakan rivet, baut, dan mur. Kerangka yang digunakan pada penelitian ini disesuaikan dengan kondisi pada saat eksperimen dilakukan. Skema model Archimedes Screw Turbine serta rangkaian penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.3 sebagai berikut.
(a)
(b)
Gambar 3.3 (a) Skema Model Archimedes Screw Turbine, (b)Skema Prony Brake
6
5
1
3 4
2
19 Gambar 3.3 menunjukkan skema model alat penelitian yang akan dibuat.
Dari skema yang ditunjukkan, bagian-bagian yang terdapat pada skema model diatas adalah sebagai berikut.
1. Reservoir V-Notch 2. Bak Penenang
3. Rangka Alat Penelitian 4. Lintasan Air
5. Archimedes Screw Turbine 6. Prony Brake
c. Spesifikasi dan Keterangan Alat
Adapun spesifikasi dan keterangan alat pada penelitian turbin Archimedean screw adalah sebagai berikut.
1. Prony Brake (Rem Torsi)
Prony brake (rem torsi) ialah alat yang digunakan untuk mencari nilai torsi yang dihasilkan oleh Archimedes Screw Turbine Dua sudu.
prony brake ditunjukkan pada Gambar 3.4 sebagai berikut.
Gambar 3.4 Prony Brake
2. Reservoir
Reservoir digunakan sebagai tempat untuk menampung air dan pengatur debit aliran yang dibutuhkan dalam melakukan pengujian penelitian.
Pada penelitian ini dibutuhkan dua reservoir untuk membantu proses penelitian pada saat pengujian berlangsung. Reservoir yang digunakan ialah reservoir v-notch yang digunakan untuk mengetahui
20 debit aliran air dan bak penenang sebagai tempat penampung air yang mampu menstabilkan aliran air. Adapun reservoir v-notch dan bak penenang air ditunjukkan pada Gambar 3.5 sebagai berikut.
(a) (b)
Gambar 3.5 Spesifikasi Reservoir (a) Reservoir V-Notch, (b) Bak Penenang
3. Lintasan Air
Lintasan air berfungsi sebagai tempat aliran air dilakukan pengujian berlangsung. Dalam penelitian ini lintasan air untuk menempatkan Archimedes Screw Turbine dua sudu, bentuk lintasan air ialah selubung yang dibuat dengan pipa PVC. lintasan air ditunjukkan pada Gambar 3.6 sebagai berikut.
Gambar 3.6 Lintasan Air
21 4. Pompa Air
Pompa air digunakan umtuk memindahkan air dari sumber air menuju reservoir. Adapun spesifikasi pompa yang digunkan ditunjukkan pada Tabel 3.2
Tabel 3.2 Spesifikasi Pompa Air Miura MC-70
Karakteristik Keterangan
Maximum Head 18,5 m
Maximum Capacity 1300 l/menit
Power Required 3 HP
Suction and Delivery Pipe 3 Inch
Factory :
3.1.2 Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian kali ini ialah sebagai berikut:
a. Baja Ringan
Baja ringan digunakan sebagai bahan dasar pembuatan rangka Archimedes Screw Turbine, tempat penampungan reservoir dan beberapa komponen lintasan turbin. Adapun Baja ringan ditunjukkan pada gambar 3.7 sebagai berikut.
Gambar 3.7 Baja Ringan
b. Pipa PVC
Pipa PVC digunakan sebagai bahan dasar pembuatan Archimedes Screw Turbine dua sudu dan lintasan turbin. Adapun pipa PVC ditunjukkan pada gambar 3.8 sebagai berikut.
22 Gambar 3.8 Pipa PVC
c. Plat Aluminium
Plat aluminium digunakan sebagai bahan dasar pembuatan sudu Archimedes Screw Turbine. Adapun Baja ringan ditunjukkan pada gambar 3.9 sebagai berikut.
Gambar 3.9 Plat Aluminium
23 d. Silinder Aluminium
Silinder aluminium digunakan sebagai poros turbin yang akan mentransmisikan putaran rotor ke prony brake. Adapun Silinder alumunium ditunjukkan pada gambar 3.10 sebagai berikut.
Gambar 3.10 Silinder Aluminium
e. Lem Sealant
Lem sealant digunakan untuk menggabungkan beberapa komponen dari Archimedes Screw Turbine. Adapun lem sealant ditunjukkan pada gambar 3.11 sebagai berikut.
24 Gambar 3.11 Lem Sealant
f. Paku Rivet
Paku rivet digunakan untuk menggabungkan dua permukaan pada Archimedes Screw Turbine dan menggabungkan rangka dengan reservoir.
Adapun paku rivet ditunjukkan pada gambar 3.12 sebagai berikut.
Gambar 3.12 Paku Rivet
g. Karet Ban
Karet ban digunakan sebagai bahan dasar sistem pengereman pada Archimedes Screw Turbine. Adapun karet ban ditunjukkan pada gambar 3.13 sebagai berikut.
25 Gambar 3.13 Karet Ban
h. Container Plastik
Container Plastik digunakan sebagai tempat penampungan (reservoir) air. Adapun container plastik ditunjukkan pada gambar 3.14 sebagai berikut.
Gambar 3.14 Container Plastik
i. Kayu
Kayu digunakan sebagai bahan dasar pembuatan prony brake pada turbin. Adapun kayu ditunjukkan pada gambar 3.15 sebagai berikut.
26 Gambar 3.15 Kayu
3.1.4 Peralatan
Peralatan yang digunakan untuk membuat rangkaian pada penelitian ini adalah sebagai berikut.
a. Alat Potong Bahan
Alat potong bahan Terdiri gerinda potong, gergaji, gunting dan pisau cutter yang digunakan untuk memotong bahan-bahan dalam proses pembuatan alat penelitian Archimedes Screw Turbine. Adapun alat potong bahan ditunjukkan pada gambar 3.16 sebagai berikut.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 3.16 Alat Potong Bahan (a) Gerinda potong, (b) Gergaji, (c) Gunting, (d) Pisau Cutter
27 b. Alat Ukur Dimensi
Alat ukur dimensi Terdiri dari penggaris, roll meter, dan busur yang digunakan sebagai alat pengukur dimensi dalam membuat alat penelitian.
Adapun alat ukur dimensi ditunjukkan pada gambar 3.17 sebagai berikut.
(a) (b)
(c)
Gambar 3.17 Alat Ukur Dimensi (a) penggaris, (b) roll meter, (c) Busur
28 b. Alat Perkakas
Alat perkakas terdiri dari bor, tang rivet, palu, tang jepit, kunci pas dan kunci L yang digunakan untuk membantu proses pembuatan alat penelitian.
Adapun alat perkakas ditunjukkan pada gambar 3.18 sebagai berikut.
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Gambar 3.18 Alat Perkakas (a) Bor, (b) Tang Rivet, (c) Palu, (d) Tang Jepit, (e) Kunci pas, (f) Kunci L
29 d. Alat Perekat
Alat Perekat Terdiri dari lem sealent, paku rivet, lem super dan lakban yang digunakan untuk merekatkan bahan dan peralatan untuk membuat alat penelitian. Adapun alat perekat ditunjukkan pada gambar 3.19 sebagai berikut.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 3.19 Alat Perekat (a) Lem Sealant, (b) Paku Rivet, (c) Lem Super, (d) Lakban
Sedangkan peralatan yang digunakan untuk mendukung dalam melakukan pengujian pada penelitian ini yang memiliki keterangan tiap alat sebagai berikut :
30 a. Prony Brake
Prony brake digunakan sebagai alat pengukur torsi yang dihasilkan oleh turbin pada saat poros turbin dilakukan pengereman. Adapun prony brake ditunjukkan pada gambar 3.20 sebagai berikut.
Gambar 3.20 Prony Brake
b. Tachometer
Tachometer digunakan sebagai alat pengukur kecepatan putar turbin pada saat aliran air mengenai sudu Archimedes Screw Turbine. Adapun Tachometer ditunjukkan pada gambar 3.21 sebagai berikut.
Gambar 3.21 Tachometer
31 c. Pompa Air
Pompa air digunakan umtuk memindahkan air dari sumber air menuju reservoir. Adapun pompa air ditunjukkan pada gambar 3.22 sebagai berikut.
Gambar 3.22 Pompa Air d. Timbangan
Timbangan digunakan sebagai alat ukur untuk pembebanan pada Prony Brake Adapun timbangan ditunjukkan pada gambar 3.23 sebagai berikut.
Gambar 3.23 Timbangan
32
3.1.5 Metode Pengambilan Data
Pengambilan data dilaksanakan secara eksperimen ditunjukkan pada Gambar 3.29 menggunakan alat ukur yang digunakan untuk mendukung penelitian yaitu tachometer (alat pengukur kecepatan putar turbin) dan prony brake (alat pengukur torsi). Hasil data yang didapatkan pada nilai torsi berupa pembebanan dan nilai kecepatan putar turbin yang dihasilkan. Adapun proses pengambilan data ditunjukkan pada gambar 3.24 sebagai berikut.
Gambar 3.24 Proses Pengambilan Data
3.2 Metode Analisis Penelitian
Metode analisis pada penelitian turbin Archimedean screw dilakukan dengan eksperimen terlebih dahulu sehingga didapatkan nilai-nilai yang akan digunakan untuk menghitung parameter yang diperlukan dengan menggunakan
33 Persamaan 2.1 sampai Persamaan 2.13. Penyajian data hasil penelitian berupa tabel, grafik, dan kesimpulan.
3.3 Variabel Penelitian
Variabel penelitian adalah sebuah ketetapan dari seorang penulis dalam mendapatkan informasi terkait hasil penelitian yang dilakukan, lalu diambil kesimpulan. Pada penelitian ini variabel yang dimaksud adalah variabel kontrol, variabel independent, dan variabel dependent.
3.3.1 Variabel Kontrol
Variabel kontrol adalah variabel yang bisa dikendalikan atau dapat dibuat konstan sehingga pengaruh variabel independent (variabel bebas) terhadap variabel dependent (variabel terikat) tidak dipengaruhi oleh faktor luar. Variabel kontrol dalam penelitian tugas akhir ini dapat dilihat pada Tabel 3.1 sebagai berikut.
Tabel 3.1 Variabel Kontrol
Variabel Variasi Nilai
Jumlah Sudu 2 buah
Jarak Pitch Ulir 119 mm
Jari-Jari Dalam Turbin 38 mm
Jari-Jari Turbin 71 mm
Panjang Turbin 873 mm
3.3.2 Variabel Independent
Variabel independent adalah variabel yang menjadi penyebab atau timbulnya perubahan variabel dependent, disebut juga variabel yang mempengaruhi atau variabel bebas. Variabel independent pada penelitian kali ini ditunjukkan pada Tabel 3.2 sebagai berikut.
34 Tabel 3.2 Variabel Independent
Variabel Variabel Nilai
Debit 140 L/menit, 280 L/menit, 420 L/menit, 560 L/menit
3.3.3 Variabel Dependent
Variabel dependent adalah variabel yang di antaranya akan berubah terhadap faktor penentu atau yang bisa disebut dengan variabel terikat.
Variabel dependent dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Tabel 3.3 Variabel dependent
Variabel Variasi Nilai
Daya Turbin Watt
Efisiensi Turbin %
3.4 Diagram Alir Pengambilan Data Penelitian
Dalam penelitian “Studi Ekperimen Pengaruh Debit Terhadap Performa Archimedes Screw Turbine Dua Sudu” digunakan diagram alir pengambilan data penelitian seperti ditunjukkan pada Gambar 3.12 sebagai berikut.
Persiapan Alat Penelitian Mulai
35 Tidak
Tidak
Ya Ya
Gambar 3.12 Diagram Alir Pengambilan Data Menyalakan Pompa Air
Pengaturan Debit
Penambahan Beban 20 gram
Apakah Turbin Masih Berputar ? Pencatatan RPM Poros Turbin
Selesai Apakah Ketinggian
Head Reservoir V- Notch Sesuai ?
