Turbin aliran silang dengan jumlah sudu 18 untuk pembangkit listrik - USD Repository

Gratis

0
0
74
5 months ago
Preview
Full text

TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN JUMLAH SUDU

18 UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh :

  Amanda Rachma Jaya NIM : 035214028 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  

CROSSFLOW TURBINE WITH 18 BLADES

FOR GENERATOR

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

  By

  

Amanda Rachma Jaya

Student Number: 035214028

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

  

PERNYATAAN

  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.

LEMBAR PERNYATAAN PRESETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPERLUAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Amanda Rachma Jaya Nomor Mahasiswa : 035214028

  Demi perkembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul.................................. ....Turbin Crossflow Dengan Jumlah Sudu 18 Untuk Pembangkit Listrik..… Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan dalam internet atau media lain untuk keperluan akademis tanpa meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama masih tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis karya ilmiah ini. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

  

MOTTO

THE MAN WHO SAYS HE NEVER HAS TIME IS THE LAZIEST

  MAN.(Lichtenberg)

  Berusahalah untuk tidak menjadi manusia yang berhasil tapi berusahalah menjadi manusia yang berguna. (Einstein) Jalan menuju kebahagian itu tidak ditaburi bunga mawar yang harum, melainkan penuh duri dan pahit (William Shakespeare)

  SUKSES TIDAK DIUKUR DARI POSISI YANG DICAPAI SESEORANG DALAM HIDUP, TAPI DARI KESULITAN- KESULITAN YANG BERHASIL DIATASI KETIKA BERUSAHA MERAIH SUKSES ( BOOKER T WASHINGTON ) Pengetahuan tidaklah cukup; kita harus mengamalkannya.

  Niat tidaklah cukup; kita harus melakukannya. ( Johann Wolfgang Von Goethe )

PERSEMBAHAN

  Kupersembahkan karya ini untuk :

  ♥ Jesus Christ The Mighty God

♥ Papa, Mama, dan Eyang, terimakasih atas dukungan doa

dan cintanya sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini dan study saya ini dengan baik...

  ♥ Ade’ Mella dan ade’ Vendi, terimakasih selalu memberi

semangat sampai tugas akhir dan study saya ini dapat

selesai dengan baik... ♥ My Self...

  Terima kasihku untuk...... Jesus Christ The Mighty God, yang dengan Berkat, Rahmat, Karunia serta Bimbingan- Nya saya dapat menyelesaikan tugas akhir dan study saya ini dengan baik. Papa, Mama, Eyang, ade’ Mella, ade’ Vendi, terimakasih atas dukungan doa dan cintanya sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini dan study saya ini dengan baik. Teman-teman penghuni kontrakan Grinjing 12 Pappringan : Boe, mbendhil,

Kentung, Atenk, Mamang, Gepenk, Gembur, Cathy, Kemved, Santoz,

Samohunk, Panjul, itoes. Thanks atas kerjasama dan persahabatan kita… Moga kita semua dapat selalu kompak dan sukses. Teman-temanku semua : Celine, Gabux, Gery, Jaman, Pendex, Itoez, pak’ Aan, de’ Anyez, Mba Nicken, Mba Tutik, Mas Dwi, Little Diva, Mas Anton, Mela & Arlen, Erly, Tasha, de’ Dwita, Icha, juga Sonya ‘Jlex’, Tiar ’Pixy’, Herawati, Deasy, dll…..Thanks 4 Everything. Teman-temanku Teknik mesin ’03 : Danang ‘ucil’, Cebonx, Gepeng, Andre, Adhi, Ucok, Thomas, Uus, Anggoro, Agung, Galih, Putu, Moyo, Balung, Kharisma, Mamat, Steve, Roni, Gentong, Wilson, Gaband, Tikus, Paijo, Yosafat, Pur, Baskom, Endro, Anes, Ery, Heri, Ari, Tejo, dll....Juga Prast, Patkay, Tempe........ Kalo dah pada jadi orang yang sukses jangan lupa ya ma aq...

Temen-temen mahasiswa jurusan Teknik Mesin angkatan (

…,’99,’00,’01,’02,’03,’04,’05,’06,’07 ) Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  

INTISARI

  Akhir-akhir ini manusia dikhawatirkan dengan krisis energi bahan bakar fosil dan efek buruk pembakaran hidrokarbon yang terkandung dalam bahan bakar fosil. Akhirnya dikembangkan teknologi alternatif yang memanfatkan energi alam berupa energi air, angin dan surya sebagai sumber energi. Dalam hal ini penulis menggunakan energi air sebagai sumber energi alternatif untuk mendukung penelitian tenteng unjuk kerja turbin aliran silang (crossflow) yang menggunakan jumlah sudu 18 dan berbahan pipa besi yang dipotong menjadi 4 sebagai sudu, sehingga dapat diketahui berapa besar daya dan efisiensi yang paling baik.

  Saat ini aliran silang (crossflow) yang dirancang dan dibuat pada bagian sudunya sering dirancang dan dibuat dengan menggunakan plat yang dilengkung. Karena membuat turbin aliran silang (crossflow) dengan menggunakan plat yang dilengkung sulit. Maka penulis mencoba menyederhanakan perancangan, dengan membuat sudu turbin aliran silang (crossflow) dengan menggunakan pipa berdiameter 3 inci yang dipotong menjadi 4 bagian sebagai sudu.

  Dalam penelitian ini metode yang dilakukan yaitu dengan membuat turbin aliran silang (crossflow) dengan jumlah sudu 18 dan menguji turbin crossflow tersebut dengan variasi beban lampu yaitu lampu 10 watt, 20 watt, 30 watt, 35 watt, 45 watt, 55 watt, 65 watt. Pengujian dilakukan dengan cara menggerakkan turbin dengan bantuan aliran air dari bak setinggi 1,5 meter dan 1,3 meter kemudian mengukur putaran poros ketika tanpa beban dan ketika diberi beban. Dari data yang diperoleh maka dapat dihitung daya output dan efisiensi total.

  Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa Pada head 1,5 m dan debit

  3

  0,013 m /s, daya keluaran paling besar yaitu 15,19 watt dan efisiensi total yang paling besar adalah 7,60 % yang didapat saat alternator diberi beban lampu 45

  3

  watt. Dan pada saat head 1,3 m dan debit 0,012 m /s, daya keluaran paling besar yaitu 12,68 watt dan efisiensi total yang paling besar adalah 8,17 % yang didapat juga pada saat alternator diberi beban lampu 45 watt.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian untuk Tugas Akhir dengan judul

  

“Turbin Aliran Silang dengan Jumlah Sudu 18 untuk Pembangkit Listrik”.

  Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk merarih gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Melalui penyusunan tugas akhir ini mahasiswa diharapkan mampu mempunyai daya analisa yang baik serta membantu memperdalam ilmu yang telah diperoleh selama masa kuliah.

  Penulis menyadari bahwa dalam proses belajar di Program Studi Teknik Mesin, sejak awal studi sampai berakhirnya studi melibatkan banyak hal. Atas segala saran, bimbingan, dukungan dan bantuan, pada kesempatan ini dengan penuh kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :

  Romo Ir. Gregorius Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., Msc., selaku Dekan 1.

  Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Ketua 2.

  Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T sebagai Dosen Pembimbing Tugas 3.

  Akhir yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dalam penyelesaian

  4. Bapak Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

  Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama 5. kuliah di Universitas Sanata Dharma. Kepala Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas 6.

  Sanata Dharma yang telah memberikan ijin dan fasilitas yang dipergunakan serta karyawan yang telah membantu dalam penelitian ini.

  Semua pihak yang tidak bisa kami sebutkan satu persatu yang telah membantu 7. dan memberi masukan selama penyelesaian Tugas Akhir ini

  Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan serta jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini.

  Akhirnya harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak dan dapat dijadikan bahan kajian lebih lanjut.

  Yogyakarta, 14 Februari 2008 Penulis

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL........................................................................................i LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................iii LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................iv PERNYATAAN...............................................................................................v HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI...................................................vi HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN..............................................vii

  INTISARI.........................................................................................................ix KATA PENGANTAR .....................................................................................x DAFTAR ISI....................................................................................................xii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................xv DAFTAR TABEL............................................................................................xvii

  BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang....................................................................................1

  1.1

  1.2 Rumusan Masalah...............................................................................3 Tujuan Perancangan............................................................................4

  1.3

  1.4 Batasan Masalah .................................................................................4

  BAB II DASAR TEORI Tinjauan Pustaka.................................................................................5 2.1.

  2.2. Klasifikasi Turbin ...............................................................................6 Klasifikasi Turbin Menurut Cara Kerja ...................................6 2.2.1.

  2.2.1.2. Turbin Reaksi...................................................................10 Klasifikasi Turbin Menurut Daya yang Dihasilkan .................13 2.2.2.

  2.3. Turbin Aliran Silang (Crossflow) .......................................................14 Prinsip Dasar Turbin Aliran Silang (Crossflow)......................14 2.3.1. Pemindahan Gaya ke Turbin....................................................15 2.3.2.

  2.3.3. Aliran Pergerakan Air pada Turbin..........................................17 Efisiensi....................................................................................19 2.3.4.

  2.3.5. Konstruksi Turbin Aliran Silang (Crossflow) ..........................21 Altenator .............................................................................................27 2.4.

  BAB III METODE PENELITIAN

  3.1 Sarana Penelitian.................................................................................30 Skema Pengujian Alat.........................................................................31

  3.2

  3.3 Tahap Penelitian .................................................................................32 Persiapan ..................................................................................32

  3.3.1

  3.3.2 Pelaksanaan Pengujian .............................................................33

  3.4 Perancangan Turbin Aliran Silang (Crossflow)..................................35 Perhitungan Turbin Aliran Silang (Crossflow) ........................35

  3.4.1 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Hasil pengujian ...................................................................................43 4.1.

  4.1.1. Data Pengujian .........................................................................43

  4.1.2. Perhitungan Data ......................................................................44 Perhitungan Daya Air (P

  4.1.2.1. in ) dengan Head 1,5 m ; Debit

  3

  0,013 m /s ........................................................................44

  4.1.2.2. Perhitungan Debit Air (P in ) dengan Head 1,3 m ; Debit 0,012 m

  4.1.3.2. Hasil Perhitungan dengan Head 1,3 m ; Debit 0,012 m

  5.1 Kesimpulan ........................................................................................51

  BAB V PENUTUP

  Pembahasan Tentang Efisiensi Hasil Pengujian..............49

  4.1.4.1. Pembahasan Tentang Daya Keluaran Hasil Pengujian ...47 4.1.4.2.

  /s ..................................................................................46 4.1.4. Analisa dan Pembahasan ..........................................................47

  3

  /s ..................................................................................46

  3

  3

  4.1.3.1. Hasil Perhitungan dengan Head 1,5 m ; Debit 0,013 m

  η)........................................45 4.1.3. Pengolahan dan Perhitungan Data............................................46

  ) ............45 4.1.2.4. Perhitungan Efisiensi Total (

  out

  4.1.2.3. Perhitungan Daya yang keluar dari Turbin (P

  /s ........................................................................44

  5.2 Saran .................................................................................................51 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................53

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema perubahan Head pada Turbin Pelton ....................................7Gambar 2.2 Skema irisan penampang nozzle dan ember sudu (atas) dan bagan kecepatan pada turbin Pelton (bawah)...................................8Gambar 2.3 Skema Turbin Aliran Ossberger.......................................................9Gambar 2.4 Bagan kecepatan pada Turbin Aliran Ossberger..............................10Gambar 2.5 Turbin Francis tipe horizontal ..........................................................11Gambar 2.6 Turbin Francis tipe vertikal ..............................................................11Gambar 2.7 Skema Turbin Francis dan Perubahan Headnya ..............................12Gambar 2.8 Skema dua jenis Turbin Propeller, poros vertikal (kiri) dan poros horizontal (kanan) ............................................................................13Gambar 2.9 Skema Turbin Aliran Silang (Crossflow).........................................14Gambar 2.10 Gaya aksi atau gaya dorong tumbukan ...........................................15Gambar 2.11 Gaya aksi atau gaya dorong tumbukan sudu jalan ..........................16Gambar 2.12 Gaya aksi atau gaya dorong tumbukan penampang sudut .............16Gambar 2.13 Aliran pergerakan air pada turbin...................................................18Gambar 2.14 Pergerakan aliran air pada turbin ..................................................18Gambar 2.15 Deflaksi pada pergerakan aliran air pada turbin.............................20Gambar 2.16 Gabungan diagram kecepatan pada turbin Aliran Silang................21Gambar 2.17 Diagram kecepatan pada turbin Aliran Silang ...............................22Gambar 2.18 Kelengkungan sudu .........................................................................23Gambar 2.20 Jarak antar sudu...............................................................................25Gambar 2.21 Alternator dengan magnet berputar dan kumparan tetap ................28Gambar 3.1 Diagram Alir Tahap penelitian........................................................34Gambar 4.1 Grafik daya keluaran (P out ) vs putaran alternator ............................47Gambar 4.2 Grafik efisiensi total vs putaran alternator ......................................49

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian.......................................................................43Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian.......................................................................43Tabel 4.3 Data Hasil Perhitungan ...................................................................46Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan ...................................................................46

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

1.1 Teknologi alat pembangkit energi pada saat ini sudah banyak macamnya,

  kegunaan dan manfaatnya. Penggunaan alat pembangkit energi ini mulai dimanfaatkan dari rumah tangga ataupun industri besar. Namun pada umumnya alat pembangkit energi mengunakan energi fosil sebagai energi dasar, energi fosil yang berupa gas bumi, minyak bumi dan batu bara mempunyai energi yang sangat besar. Sejak awal revolusi industri, bahan bakar fosil digunakan tanpa batas, hal ini dilakukan karena manusia belum berpikir keterbatasan energi fosil dan efek buruknya bagi lingkungan dalam bentuk polusi.

  Akhir-akhir ini manusia dikhawatirkan dengan krisis energi bahan bakar fosil dan efek buruk pembakaran hidrokarbon yang terkandung dalam bahan bakar fosil. Akhirnya dikembangkan pula berbagai bentuk energi alternatif untuk mencukupi energi dunia, baik dengan pengembangan teknologi tinggi berupa reaktor nuklir dan teknologi tenaga surya, maupun teknologi memanfatkan energi alam berupa energi air, angin dan gelombang.

  Air merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak terbatas jumlahnya, yang potensinya dapat digunakan sebagai energi alternatif baru untuk menggantikan pengunaan energi fosil yang sudah semakin menipis jumlahnya. sumber energi alternatif yang baru khususnya energi listrik. Dengan memanfaatkan energi air ini maka manusia juga dapat mengurangi efek buruk yang ditimbulkan oleh energi fosil yang berupa polusi. Walaupun saat ini belum dimungkinkan dan ditemukan alat yang bisa mengubah energi air yang berefisiensi lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh energi fosil, namun sudah banyak manusia yang beralih menggunakan energi alternatif yang minim polusi sebagai pengganti energi fosil.

  Indonesia adalah negara yang tiap tahunnya mempunyai curah hujan yang sangat tinggi, sehingga mempunyai potensi energi air yang besar. Energi itu telah dimanfaatkan dengan dibangunnya pembangkit listrik tenaga air (PLTA) di bendungan sungai-sungai besar di Indonesia. Pembangunan pembangkit energi skala besar itu jelas akan mencukupi kebutuhan energi dalam ruang lingkup yang luas dan konsekuensinya akan membutuhkan energi air yang besar juga. Pada prakteknya energi air yang termanfaatkan hanya energi air yang besar saja, sehingga diberbagai tempat yang mempunyai banyak potensi energi air kecil yang tidak termanfaatkan. Di lain pihak banyak kelompok masyarakat terpencil yang belum bisa menikmati energi listrik distribusi dari pusat. Sehingga diperlukan teknologi terapan untuk memanfaatkan potensi-potensi energi air tersebut.

  Dalam hal ini penggunaan turbin sering digunakan untuk keperluan massal atau industri-industri yang berskala besar, pada sumber tenaga air yang kecil sangat jarang sekali turbin yang diproduksi, maka harga dari turbin tersebut sangat mahal dan tidak banyak pilihan terutama di Indonesia. Teknologi tersebut tidak mudah diterapkan dan diaplikasikan oleh masyarakat pada umumnya. Karena turbin aliran silang (crossflow) dapat beroperasi pada daya kurang dari 750 kW.

  Dan tinggi jatuh air dapat digunakan diatas 1 m sampai 200 m juga dalam

  3

  3

  kapasitas antara 0,02 m /s sampai dengan 7 m /s maka turbin aliran silang

  (crossflow) sangat cocok digunakan untuk pusat tenaga air yang kecil Rumusan Masalah

1.2 Selama ini energi air yang dimanfaatkan hanya energi air yang besar saja,

  sedangkan diberbagai tempat banyak mempunyai potensi energi air kecil yang belum dimanfaatkan. Dalam hal ini banyak kelompok masyarakat terpencil yang belum bisa menikmati energi listrik distribusi dari pusat. Sehingga diperlukan teknologi terapan untuk memanfaatkan potensi-potensi energi air kecil tersebut untuk memenuhi kebutuhan listrik untuk masyarakat terpencil.

  Saat ini aliran silang (crossflow) yang dirancang dan dibuat pada bagian sudunya sering dirancang dan dibuat dengan menggunakan plat yang dilengkung.

  Karena membuat turbin aliran silang (crossflow) dengan menggunakan plat yang dilengkung sulit. Maka perancang mencoba menyederhanakan perancangan, dengan membuat sudu turbin aliran silang (crossflow) dengan menggunakan pipa berdiameter 3 inci yang dipotong menjadi 4 bagian sehingga membentuk sudu.

  1.3 Tujuan Perancangan

  Perancangan yang dilakukan bertujuan merancang dan menguji unjuk kerja turbin aliran silang (crossflow) , sehingga dapat diketahui berapa besar daya dan efisiensi yang paling baik.

  Hasil pengujian ini diharapkan dapat memberikan tambahan pengetahuan tentang tenaga air atau hydropower, terutama yang berkaitan dengan pemanfaatan turbin aliran silang (crossflow) sebagai penghasil energi listrik.

  1.4 Batasan Masalah

  Agar penelitian ini tidak terlalu luas serta keterbatasan waktu yang tersedia dan tetap berada dalam jangkauan penulis, maka perlu adanya batasan masalah. Untuk itu pembahasan hanya berkisar pada perancangan dan pengujian turbin aliran silang (crossflow) dengan jumlah sudu 18 menggunakan bahan pipa berdiameter 3 inci yang dipotong menjadi 4 bagian sebagai sudu jalan.

BAB II DASAR TEORI Turbin air berfungsi untuk mengkonversi energi dari gerakan air menjadi

  energi mekanis. Energi mekanis ini kemudian ditransfer melalui suatu poros untuk mengoperasikan mesin atau generator. Energi puntiran yang dihasilkan oleh turbin diteruskan untuk memutar generator yang selanjutnya menghasilkan energi listrik. Turbin air digunakan pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA) untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan memanfaatkan aliran dan tinggi air jatuh. Daya mekanis ini kemudian ditransfer ke generator oleh suatu poros sehingga menghasilkan energi listrik.

2.1 Tinjauan Pustaka

  Untuk kasus pada penelitian ini penulis belum menemukannya dalam artikel, jurnal, maupun pada buku-buku mengenai penggunaan pipa berdiameter tertentu sebagai sudu pada turbin aliran silang. Hal ini menyebabkan kesulitan dalam melakukan perbandingan terhadap hasil penelitian.

  Sebagai pembanding, penelitian yang dilakukan oleh Orogeon State

  College hidraulics laboratory yaitu melakukan penelitian dengan turbin aliran

  3

  silang pada tinggi jatuh air 4,8768 m dan debit air 0,08495 m /s dapat menghasilkan daya 2237,1 watt Jurnal lain yang dapat dijadikan pembanding adalah tentang penggunaan turbin aliran silang (crossflow) adalah John Wiley & Sons pada tahun 1998. Dalam artikel itu ditulis bahwa jumlah sudu yang digunakan adalah 28 buah. Penelitian tersebut memvariasikan nozzle, head dan diameter runner yang berbeda. Dalam artikel itu tidak disebutkan dalam penggunaan debit air berapa namun disebutkan bahwa efisiensi yang paling baik yang dihasilkan pada penelitian itu yaitu sebesar 72 %.

2.2 Klasifikasi Turbin Klasifikasi Turbin Menurut Cara Kerja

2.2.1 Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk penyediaan

  kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya dikelompokan berdasarkan kegunaan tertentu, kapasitas aliran dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu turbin air diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara, tapi 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 turbin impuls dan turbin reaksi.

   Turbin Impuls

2.2.1.1 Turbin impuls disebut juga turbin tekanan sama atau turbin pancaran bebas

  karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir disekitarnya. Yang dimaksud turbin implus adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan menjadi energi kecepatan dari pancaran.air. Pancaran air akan membentur roda jalan turbin yang kemudian membalikkan arus air, sehingga menghasilkan perubahan pada daya dorongan yang disebabkan oleh roda jalan turbin. Pada roda jalan turbin tidak terjadi perubahan tekanan. Sebelum pancaran air membentur roda jalan turbin, tekanan air (energi potensial) dikonversi ke tenaga gerak (energi kinetik) oleh nossel dan dipusatkan pada roda jalan turbin.

  Yang termasuk turbin impuls antara lain:

  a. Turbin Pelton Yang menjadi ciri khusus dari turbin ini adalah nosel dan sudu roda jalan yang dirancang khusus. Pancaran air yang keluar dari nosel dengan kecepatan tinggi menghantam sudu di tengah-tengah. Bentuk sudunya seperti dua mangkuk yang berdimensi sama besar yang berdampingan. Biasanya turbin ini diaplikasikan pada head turbin yang tinggi.

Gambar 2.1 Skema perubahan Head pada turbin Pelton ( Fritz Dietzel, 1992,

  hal. 18 )

Gambar 2.2 Skema irisan penampang nozzle dan ember sudu (atas) dan bagan kecepatan pada turbin Pelton (bawah) (Fritz Dietzel, 1992, hal.

  18 dan 25)

  b. Turbin Aliran Ossberger (Crossflow) Turbin aliran Ossberger atau turbin crossflow terdiri dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel dan nossel. Pancaran air dialirkan dari nossel melewati sudu-sudu jalan yang berbentuk silinder, pertama-tama pancaran air dari nossel masuk ke turbin dan mengenai sudu-sudu sehingga terjadi konversi energi kinetic menjadi energi mekanis. Pancaran air masuk turbin melalui bagian atas, memberikan energi ke sudu kemudian masuk ke bagian dalam turbin dan keluar melalui bagian bawah turbin.

  Turbin ini mempunyai 2 (dua) tingkat kecepatan mirip dengan turbin uap. Aliran air yang lewat tingkat ke-2 menghasilkan daya kurang lebih 20% dari daya yang dihasilkan dari tingkat pertama, air tanpa ada kesulitan bisa meninggalkan roda jalan.

Gambar 2.3 Skema Turbin Aliran Ossberger ( Fritz Dietzel, 1992,

  hal. 36) Perkembangan selanjutnya turbin ini mengalami modifikasi yang dilakukan oleh Michell yang berasal dari Australia dan Bangki yang berasal dari Honggaria, dengan menambahkan pipa hisap pada sisi keluar dari turbin. Dengan modifikasi ini meningkatkan efisiensi dari turbin ini. Turbin ini sangat cocok pada pembangkit tenaga air bersekala kecil.

Gambar 2.4 Bagan kecepatan pada Turbin Aliran Ossberger (Fritz

  Dietzel, 1992, hal.37) Turbin Reaksi.

2.2.1.2 Berbeda dengan turbin impuls, pada turbin reaksi terjadi perbedaan

  tekanan aliran air pada sisi masuk dan sisi keluar dari sudu jalan tersebut. Karena perbedaan tekanan kerja yang terjadi pada sisi masuk dan sisi keluar dari sudu jalan turbin maka turbin ini disebut turbin reaksi. Turbin air reaksi terdiri dari beberapa tipe, yaitu: a. Turbin Francis Turbin Francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih.

  Dengan adanya pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh dapat

Gambar 2.5 Turbin Francis tipe horizontal (Fritz Dietzel, 1992, hal.

  15)

Gambar 2.6 Turbin Francis tipe vertikal (Fritz Dietzel, 1992, hal. 15)Gambar 2.7 Skema Turbin Francis dan Perubahan Headnya (Fritz

  Dietzel, 1992, hal. 16) Pipa isap pada tubin ini mempunyai tugas yang mirip dengan sudu hantar yang terdapat pada pompa sentrifugal, yaitu mengubah energi kecepatan menjadi energi tekanan.

  b. Turbin Propeller /Kaplan Turbin jenis ini merupakan pengembangan dari turbin Francis, jika tinggi air jatuh semakin sedikit maka semakin sedikit belokan pada sudu jalan. Untuk memperbesar daya dengan head yang sedikit maka kapasitas aliran air harus besar yaitu dengan cara memperbesar luas dari penampang yang dilalui air.

Gambar 2.8 Skema dua jenis Turbin Propeller, poros vertikal (kiri) dan poros horizontal (kanan) (Fritz Dietzel, 1992, hal.

  61)

2.3 Klasifikasi Turbin Menurut Daya yang Dihasilkan

  Dari daya yang dihasilkan, turbin dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, yaitu:

  • Large Hydro-Power Interval daya yang dihasilkan turbin mencapai 50 MW keatas.
  • Medium Hydro-Power Interval daya yang dapat dihasilkan turbin antara 10 MW – 50 MW.
  • Small Hydro-Power Interval daya yang dapat dihasilkan turbin antara 1000 kW – 10 MW.
  • Mini Hydro-Power Interval daya yang dapat dihasilkan turbin antara 101 kW – 1000 kW.
  • Micro Hydro-Power Interval daya yang dapat dihasilkan turbin antara 3 kW – 100 kW.
  • Pico Hydro-Power Interval daya yang dapat dihasilkan turbin sampai dengan 3 kW.

2.4 Turbin Aliran Silang (Crossflow) Prinsip Dasar Turbin Aliran Silang (Crossflow)

2.4.1 Turbin Crossflow ditemukan oleh Michell-Banki. Turbin ini juga disebut

  dengan Turbin Ossberger. Turbin Crossflow termasuk turbin impuls. Turbin

  

crossflow terdiri dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan

  paralel dan nozzle. Pancaran air dari nosel masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Pancaran air masuk turbin melalui bagian atas, memberikan energi ke sudu kemudian masuk ke bagian dalam turbin dan keluar melalui bagian bawah turbin. Turbin mengambil energi air dua kali yaitu melalui sudu atas dan sudu bawah. Pada bagian atas turbin mengambil energi sebesar 72 % dan pada bagian bawah turbin mengambil energi sebesar 28 %.

Gambar 2.9 Skema Turbin Aliran Silang (crossflow)

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

   Pemindahan Gaya ke Turbin

  2.4.2

  a) Suatu plat yang tegak lurus terhadap pancaran air Pancaran air dengan kecepatan (v) yang memancar tegak lurus plat, akan menimbulkan suatu aksi atau gaya dorong/tumbukan. Maka akan ada gaya yang mencoba mendorong plat. Besarnya gaya F = m. v. Pancaran akan bebelok 90º menyebar kesamping pada bidang plat. Maka akan terjadi perubahan vektor kecepatan yang berarti perubahan momentum.

Gambar 2.10 Gaya aksi atau gaya dorong tumbukan.

  (Joe Cole, 2004 , hal. 2) b) Suatu Penampang konstruksi sudu jalan terhadap pancaran air.

  Pancaran air dengan kecepatan (v) yang memancar mengenai sudu jalan dengan konstruksi berbelok, akan menimbulkan suatu aksi atau gaya dorong (F) yang besarnya merupakan nilai dari kelipatannya.

Gambar 2.11 Gaya aksi atau gaya dorong tumbukan sudu jalan

  (Joe Cole, 2004, hal. 2) c) Suatu Penampang yang dengan sudut tertentu terhadap pancaran air.

  Jika pancaran air membentur satu sudu lengkung maka air akan dibelokkan sesuai sudut. Gaya (F) diuraikan berdasarkan komponen- komponennya yaitu sumbu x & y.

Gambar 2.12 Gaya aksi atau gaya dorong tumbukan penampang sudut

  tertentu (Joe Cole, 2004, hal. 3)

2.4.3 Aliran Pergerakan Air pada Turbin

  Pada gambar 2.12 diasumsikan bahwa pancaran air dari nozzle masuk kedalam runner pada titik A dengan sudut α yang bersinggungan dengan keliling

  runner .

  Kecepatan air sebelum memasuki runner dapat dihitung dengan persamaan:

  ½

  V

  1 =C (2gH) ( Mockmore, 2004, hal 6) ........................................ 2.1

  dengan :

  V 1 = Kecepatan absolut. H = Tinggi jatuh air C = Koefisien berdasarkan nozzle

  Dalam turbin berhubungan dengan komponen – komponen kecepatan yaitu: V = Kecepatan mutlak, karena daerah sekelilingnya adalah tetap diam tidak bergerak. v = Kecepatan relatif, karena berhubungan dengan bagian yang bergerak yaitu sudu jalan turbin. u = Kecepatan tangensial roda turbin.

  α adalah sudut antara kecepatan absolut dengan kecepatan sudu turbin dan β adalah sudut yang dibentuk antara garis yang menyinggung keliling lingkaran

  runner dengan kecepatan relatif

Gambar 2.13 Aliran pergerakan air pada turbin

  (Mockmore, 2004, hal. 6) Alur aliran pergerakan aliran air pada kenyataannya tidak seperti yang terdapat dalam gambar 2.12, akan tetapi terdapat defleksi sebesar

  θ seperti dalam gambar 2.13.

  2.4.4 Efisiensi

  β

  β

  2 ) ( Mockmore, 2004, hal 7) .................... 2.5

  Subtitusi persamaan 2.9, 2.10 dan 2.11 didapatkan persamaan: Hp output =( W Qu

  1 /g).(V 1 cos

  α

  1 - u 1 ).(1 +

  ψ cos β

  2 cos

  1 ) .................. 2.6

  α

  Secara teoritis daya input adalah HP =

  W

  QH/g =

  W

  QV

  1

  2

  / C

  2

  2 -u 1 ) /(cos

  1 = (V 1 cos

  Efisiensi ( ε) merupakan rasio perbandingan daya output dan daya input. Berdasarkan gambar 2.13 dapat diturunkan persamaan daya pengereman Daya pengereman

  α

  HP = (w.Q/g) (V

  1 cos

  α

  1 + V 2 cos

  α

  2 ) u 1 ( Mockmore, 2004, hal 7) ...... 2.2

  Pada rumus (2.8) dapat direduksikan dengan menggunakan segitiga kecepatan seperti ditunjukkan pada rumus (2.9).

  V

  2 cos

  2 = v 2 cos

  Dari diagram kecepatan pada gambar 2.13 didapatkan: v

  β

  2 - u

1 (

Mockmore, 2004, hal 7)

  ......... 2.3 Mengabaikan kecepatan air dalam ketinggian h

  2

  (gambar 2.12) yang memasuki bagian bawah. v

  2 =

  ψv

  1 ( Mockmore, 2004, hal 7)

  ....................................... 2.4 ψ = koefisien empiris yang nilainya (0,98)

  2g ( Mockmore, 2004, hal 8) .................... 2.7

Gambar 2.15 Defleksi pada pergerakan aliran air pada turbin

  (Banki, 2004, hal. 8) Efisiensi

  2

  u

  1 /V 1 )(1 + 2 / cos 1 ).(cos 1 - u 1 /V 1 ) ............................ 2.8

  ε = (2C ψ cos β β α Dengan

  = maka : β

  2 β

  1

  2

  u

  1 / V 1 ) (1 + 1 - u 1 / V 1 )

  ε = (2C ψ) (cos α u .V = cos /2

  1

  1

  1

  α

  2 Mockmore, 2004, hal 9) = 0,5 C (1 +

  1 ( ................. 2.9

  ε ψ ) cos2 α max Dimana efisiensi di atas benar apabila nilai

  ψ dan C merupakan satu kesatuan dimana tidak ada head loses dan tidak ada gesekan pada nosel dan sudu.

  o

  Nilai efisiensi maksimum tercapai pada sudut masuk

  1

  16 dengan nilai α ψ = 0.98 dan C =0.98.

2.4.5 Konstruksi Turbin Aliran Silang (Crossflow)

  Sudut sudu masuk sisi atas pada keliling luar runner 1 , yang dapat dilihat β pada gambar 2.12 dan 2.14. Sehingga sudut

  1 dapat ditentukan oleh nilai 1 ,V 1 ,

  β α jika u

  1 = ½ V 1 cos

  2004, hal 10)

Gambar 2.17 Diagram kecepatan pada turbin Aliran Silang

  .

  2 '=90 o

  β

  dan α 1 = α 2, untuk membuat aliran pancaran air radial maka besarnya

  2

  v

  1 =

  asumsi v

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

  2004, hal. 11) β

Gambar 2.16 Diagram kecepatan pada turbin Aliran Silang (Mockmore,

  atau nilai pendekatan (Mockmore,

  α

  o

  atau 30

  o

  ,50

  1 =29 o

  maka β

  α 1 = 16 o

  apabila

  1

  α

  1 = 2 tan

  maka tan β

  1

  (Mockmore,2004,hal. 11)

  a. Diameter Luar runner (D

  1 ) ½ Mockmore, 2004, hal 14)

  D

  1 = 862H /N ( ............................... 2.10

  dengan : H = head ketinggian (inci) N = putaran turbin (rpm)

  b. Panjang Turbin (L)

  

½ ½

Mockmore, 2004, hal 15)

  L = 144QN/862 H Ck(2gH) ( .... 2.11 dengan : Q = Debit aliran air (cfs) C = Koefisien nozzle = 0.98 k = Faktor koreksi = 0.087 c. Perbandingan panjang dan diameter turbin

  ½

  LD

  1 = 210.6Q/H ( Mockmore, 2004, hal 17) ........................... 2.12

  d. Jari-jari kelengkungan sudu ( ρ)

  ( Mockmore, 2004, hal 15) ............................... 2.13

  1

  ρ = 0.3261 r dengan : r = jari-jari luar runner (in)

  1

  e. Lebar velk radial (a )

  Nilai lebar velk radial dapat ditentukan dari persamaan 2.6 dengan mengabaikan tebal sudu. a

  1 Mockmore, 2004, hal 12) ................................ 2.14

  = 0,17D (

  f. Jarak antar sudu Meliputi Jarak antar sudu pancaran air masuk (s

  1 ), Jarak sudu

  pancaran air keluar (s ) dan jarak antar sudu (gambar 2.18)

  2

  s

  1 = kD 1 ( Mockmore, 2004, hal 14) ............................................. 2.15 Mockmore, 2004, hal 11)

  s

  2 = t(r 2 /r 1 ) ( ............................................ 2.16

  t =s

  1 /sin 1 ( Mockmore, 2004, hal 10) ............................................ 2.17

  β

Gambar 2.18 Kelengkungan sudu (Mockmore, 2004, hal. 16)

  g. Jumlah sudu (n) n = /t ( Mockmore, 2004, hal 17) ................................... 2.18

  1

  л D

  h. Jarak pancaran dari poros (y

  1 ) (gambar 2.19)

  i. Jarak pancaran dari keliling dalam (y

  2 ) (gambar 2.19)

  y

  2 = (0.1314-0.945k) D 1 (Mockmore, 2004, hal 14) ................ 2.20

  j. Efisiensi maksimal turbin jika u

  1 = ½ V 1 cos

  1

  α maka tan

  1 = 2 tan

  1

  β α ψ = koefisien empiris yang nilainya sekitar (0,98)

  (Mockmore, 2004, hal 7) ............................................................... 2.21

  2 = 0,5 C (1 +

  1 (Mockmore, 2004, hal 9) ........ 2.22

  ε ψ ) cos2 α max k. Nosel

  Meliputi penampang nozzle (A) dan tinggi pancaran air nosel (s o ) A = Q/V

  1 ( Mockmore, 2004, hal 17)..................................... 2.23 Mockmore

  So = A / L ( , 2004, hal 17) .................................... 2.24

Gambar 2.19 Alur pancaran air dari sisi turbin ( Mockmore , 2004, hal. 13)

  l. Sudut pusat sudu jalan (gambar 2.20) Tan ½

  1 /(sin 1 +r 2 /r 1 ) .............................................................. 2.25

  δ = cosβ β

Gambar 2.20 Jarak antar sudu ( Mockmore , 2004, hal. 9)

  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) ............................................................................. 2.26
  • T = momen puntir rencana (kg.mm)

  Pd

  5

  • σ B
  • Sf
  • 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 jika beban kejutan atau tumbukan besar.

  • a

  1. Rotor Yang dimakud rotor adalah bagian yang berputar yang menjadi satu dengan poros alternator yang terdapat magnet permanent atau lilitan

  mekanis menjadi energi elektrik. Pada prinsipnya generator dapat juga disebut sebagi altenator, tetapi biasanya altenator lebih mengacu pada bentuk yang lebih kecil yang biasa digunakan pada otomotif. Fungsi utama dari altenator adalah sebagai baterei pada kendaraan, dan pada saat mesin motor berputar, altenator bertugas memberi tenaga kepada semua komponen elektrik yang lain. Altenator memiliki 4 bagian yang penting, yaitu :

  Altenator adalah suatu alat elektromekanikal yang mengkonversi daya

  τ ............................................................ 2.29

  5 [ T Cb Kt a × × ×

  ] 1 ,

  s = 3 1

  ) ............................................................ 2.28

  2

  (kg/mm

  × σ

  Sf Sf B

  2 1 (

  τ = )

  1 dan Sf 2 = faktor keamanan

  )

  2

  = kekuatan tarik bahan (kg/mm

  • d s = diameter minimal poros (mm) d

2.5 Altenator

  induksi magnet, pada rotor terdapat bagian yang berfungsi sebagai kutub magnet yang terletak pada sisi luar dari lilitan. Bagian lain dari rotor adalah slip ring yang terletak pada bagian belakang berfungsi sebagai penyalur listrik ke kumparan rotor. Rotor ditumpu oleh dua buah bearing, pada bagian dengannya terdapat puli.

  2. Stator Bagian 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 yang digunakan sebagai baterei yang kemudian dapat menggerakan semua komponen elektrik yang ada pada kendaraan.

  4. Pengatur Tegangan Pada bagian ini dapat mengontrol jumlah voltase yang diberikan oleh altenator.

  Arus yang dihasilkan pada altenator dapat diperoleh dengan dua cara yaitu, magnet berputar didalam coil (lilitan) atau coil berputar pada medan magnet yang diciptakan oleh magnet. Besarnya arus yang dihasilkan oleh altenator tergantung pada kecepatan baling-baling, kekuatan medan magnet, dan ukuran dari coil . Semakin tegak lurus medan magnet terhadap lilitan coil, maka semakin besar arus elektrik dan keluaran energinya.

  Altenator menghasilkan listrik dengan prinsip yang sama pada DC

  generator, yakni adanya arus pengumpan yang disebut arus eksitasi saat terjadi medan magnet disekitar kumparan.

Gambar 2.21 Altenator dengan magnet berputar dan kumparan tetap

   Arus yang keluar (I) dari altenator dan tegangan yang keluar (V) dari altenator dapat diukur untuk mengetahui energi listrik yang dihasilkan yaitu :

  P = V x I .................................................................................. 2.30 dengan : P = Daya listrik (kW) V = Tegangan listrik (volt) I = Arus listrik (ampere) Kemudian setelah daya telah diketahui maka untuk menghitung torsi yang digunakan poros alternator digunakan rumus :

  Pout T =

  9 , 55 .......................................................................... 2.31

  n

  Dengan : T = Torsi poros alternator (N.m) n = Kecepatan putar poros alternator (rpm)

BAB III METODE PENELITIAN Metode penelitian adalah langkah-langkah atau cara-cara penelitian suatu

  masalah, kasus, atau gejala atau fenomena dengan jalan ilmiah untuk menghasilkan jawaban yang rasional. Metode penelitian yang digunakan adalah metode experimental laboratorium, yaitu mengadakan suatu percobaan untuk mendapatkan data-data hasil penelitian.

3.1 Sarana Penelitian

  Sarana penelitian yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

  a. Turbin Aliran Silang (Crossflow)

  Perancangan dan pembuatan turbin crossflow ini dibuat sendiri oleh penulis.

  b. Pompa Air

  Pompa air digunakan sebagai sumber tenaga untuk memompa air menuju bak penampungan. Air yang ada di bak penampungan kemudian dialirkan dengan selang menuju kearah turbin melalui nozzle hingga memutar turbin. Spesifikasi pompa yang digunakan:

  Jenis pompa air : pompa air model ns-100 Debit maksimal : 449 US gpm Head maksimal : 82 feet

  Daya maksimal : 10 HP Putaran maksimal : 2000 rpm c.

   Alternator Alternator digunakan untuk mengukur putaran poros yang dihasilkan oleh turbin aliran silang (crossflow).

  d. Multimeter

  Multimeter digunakan untuk mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan oleh turbin aliran silang (crossflow).

  e. Lampu

  Pada pengujian ini lampu yang digunakan sebagai beban, yaitu 10 watt, 20 watt, 30 watt, 35 watt, 45 watt, 55 watt, 65 watt.

3.2 Skema Pengujian Alat

3.3 Tahap Penelitian

  Penelitian ini dilaksanankan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan dan tahap pelaksanaan pengujian.

3.3.1 Persiapan

  1. Persiapan Pengujian Runner di pasang pada kontruksi yang sudah disiapkan. Profil siku

  dirangkai dengan mur-baut menjadi rangka pendukung yang akan mendukung nossel dan altenator. Pada poros runner dihubungkan pada sabuk dan puli ke bagian altenator. Pada setiap penelitian diberi beban berupa lampu yang divariasikan. Bagian atas dan samping dari altenator diberi penutup yang terbuat dari fiber untuk mencegah air membasahi altenator .

  2. Pengujian Awal

  Setelah rangkaian turbin aliran silang (crossflow) ini sudah selesai dirakit, maka rangkaian turbin aliran silang (crossflow) ini perlu diuji coba untuk mengetahui apakah runner dapat berputar dengan baik atau tidak. Pompa air disiapkan untuk memompa air ke bak penampungan.

  Melalui bak penampungan air dialirkan melalui pipa dan melewati nossel menuju runner, air disemprotkan pada bagian atas sudu. Setelah turbin dapat berputar dengan baik maka pengujian dapat dilaksanakan.

3.3.2 Pelaksanaan Pengujian

  Pengujian pertama dilakukan pada head 1,5 m. Yang dilakukan pertama 1. yaitu menentukan debit air pada head 1,5 m. Setelah mendapatkan debit yang diinginkan maka pengujian selanjutnya dapat dilakukan.

  Pengujian dilakukan dengan melakukan variasi jumlah beban. Data yang 2. diambil pada saat percobaan adalah tegangan dan arus yang dihasilkan pada saat dikenai masing masing beban daya lampu.

  3. Pada pengujian pertama, pada alternator diberi beban lampu 10 watt kemudian pompa air dijalankan hingga memutar turbin. Kemudian diukur dengan menggunakan tachometer untuk mengukur putaran yang dihasilkan dan multimeter untuk mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan.

  4. Pengujian dilakukan kembali untuk variasi jumlah beban lampu 20, 30, 35, 45, 55, 65 watt dengan cara yang sama.

  5. Untuk pengujian yang kedua dilakukan untuk head 1,3 m. Seperti pada pengujian sebelumnya, pertama ditentukan terlebih dahulu sampai pada debit yang stabil pada ketinggian 1,3 m.

  6. Kemudian dilakukan pengujian sama seperti metode pengujian pertama.

STUDY LITERATUR PERANCANGAN ALAT PERSIAPAN PEMBUATAN ALAT PERSIAPAN AWAL PENGUJIAN AWAL PELAKSANAAN PENGUJIAN ANALISA DAN PEMBAHASAN

Gambar 3.1. Diagram alir tahap penelitian

3.4 Perancangan Turbin Aliran Silang ( Crossflow)

  Dalam merancang sebuah turbin aliran silang (crossflow) diperlukan parameter yang diketahui sebagai dasar perancangan untuk perhitungan parameter-parameter lain.

  Dalam perancangan ini terdapat parameter yang diketahui yaitu : Tinggi tekan / head (H) = 1,5 meter

  = 4,921 ft Kapasitas aliran / Debit (Q) = 336,75 US gpm

  = 0,750285 cfs = 21,245 L /s

  3

  = 0,021 m / s Asumsi :

  Koefisien nosel (C) = 0,98 Faktor koreksi (k) = 0,087 Sudut masuk ( ) = 30º

  1

  β Sudut keluar (

  2 ') = 90° (untuk membuat aliran

  β pancaran air radial) Perancangan turbin aliran silang (crossflow) dengan sudu jalan yang terbuat dari pipa berdiameter 3 inci.

3.4.1 Perhitungan Turbin Aliran Silang (Crossflow)

  Sudu jalan turbin aliran silang (crossflow) terbuat dari pipa dengan diameter 3 inci, sehingga dapat diketahui : a. Jari-jari kelengkungan sudu turbin ( ρ)

  3

  in ρ =

  2

  = 1,5 in = 0,0381 m ρ

  Diamater turbin (D b.

  1 )

  = 0,3261 r

  1

  ρ ( 2 )

  x ρ

  D

  1 =

  , 3261 ( x

  2 1 , 5 ) =

  , 3261 = 9,1996 in = 0,23367 m

  c. Panjang Turbin (L)

  Q

  LD

  1 = 210,6 2 1 H Q

  L = 210,6 2 1 D H 1

  , 750285

  L = 210,6 1

  ⎛ ⎞ 2 9 , 1996 x

4 , 92126

⎜⎜ ⎟⎟

  ⎝ ⎠

  L = 7,7424 in = 0,196657 m

  d. Lebar sudu (a ) a = 0,17 D

  1

  a = 0,17 × 9,1996 a = 1,5639 in = 0,0397 m e. Jarak antar sudu pancaran air masuk (s

  1 )

  s

  1 = k D

  1

  s = 0,087 × 9,1996

  1

  s

  1 = 0,8003 in = 0,0203 m

  Jarak antar sudu (t) f.

  o

  dengan sudut masuk (

  1 ) =30

  β

  s 1

  t = sin β 1

  , 8003

  t =

  sin 30 °

  t = 1,6007 in = 0,0406 m Jarak antar sudu pancaran air keluar (s g.

  2 )

  dengan :

  D 1

  r =

  1

  2

  9 , 1996

  r

  1 =

  2

  r

  1 = 4,5998 in = 0,116835 m

  r = r - a

  2

  1

  r

  2 = 4,5998 - 1,5639

  r = 3,0358 in = 0,0771093 m

  2

  maka ⎛ r2 s

  2 = t

  ⎜⎜ ⎟⎟

  r 1

  ⎝ ⎠

  3 , 0358 ⎛ ⎞ s

  2 =1,6007

  ⎜ ⎟ 4 , 5998 ⎝ ⎠ s

  2 =1,0565 in = 0,0268351 m

  Jumlah sudu (n) h.

  D

  ⎛ ⎞ 1 n = л ⎜ ⎟

  t

  ⎝ ⎠ 9 , 1996 ⎛ ⎞ n = 3,14 ⎜ ⎟

  1 , 6007 ⎝ ⎠

  ≈

  n = 18,046 18 buah sudu i. Jarak pancaran dari poros (y )

  1

  y

  1 = (0,1986-0,945k) D

  1 ×

  y

  1 = (0,1986-0,945 0,087) 9,1996

  y

  1 = 1,0706 in = 0,0271932 m

  Jarak pancaran dari keliling dalam (y j.

  2 )

  y = (0,1314-0,945k) D

  2

  1

  y

  2 = (0,1314-0,945 × 0,087) 9,1996

  y

  2 = 0,4525 in = 0,0114935 m

  k. Luas penampang nozzle (A) ⎛ Q

  A = ⎟⎟ ⎜⎜

  V 1

  ⎝ ⎠ dengan:

  ½

  V = C (2gH)

  1 ½ × ×

  V

  1 = 0,98 (2 32,2 4,92126)

  2

  2 maka : ⎛ Q

  A = ⎟⎟ ⎜⎜

  V 1

  ⎝ ⎠ , 750285

  ⎛ ⎞ A = ⎜ ⎟ 17 , 446

  ⎝ ⎠

2 A = 0,043 ft

  2

  2 A = 0,043 × 144 = 6,1926 in = 0,003995 m

  Tinggi pancaran air nozzle(So) l.

  A ⎛ ⎞

  So =

  ⎜ ⎟ L

  ⎝ ⎠

  6 , 1926 ⎛ ⎞

  So = ⎜ ⎟ 7 , 7422 ⎝ ⎠

  So = 0,7998 in = 0,0203 m m. Kecepatan putar (N) 1

  862 ⎛ ⎞ 2 D

  1 = H

  ⎜ ⎟

  N

  ⎝ ⎠ 1 ⎛ 862 ⎞ 2 N = H

  ⎜⎜ ⎟⎟

  D 1

  ⎝ ⎠ 1

  ⎛ ⎞ 2 N = ⎜ 862 ⎟ 4 , 9215 9 , 1996

  ⎝ ⎠

  N = 207,867 rpm Sudut pusat sudu jalan ( n.

  δ )

  1 cos β 1 Tan

  δ =

  2

  ⎛ r2

  1 ⎜⎜ ⎟⎟

  • sin β

  r cos

  30

  1 °

  Tan δ =

  2 ⎛

  3 , 0358 ⎞

  30 ⎜ ° ⎟ 4 , 5998 ⎝ ⎠

  • sin

  o

  = 73,48 δ

  Efisiensi turbin maksimal o.

  2

  2

  = 0,5 C (1 +

  1 )

  ε ψ ) (cosα max

  2

  2

  = 0,5 × 0,98 (1 + 0,98 ) (cos 16º) ε max

  = 0,087 = 87 % ε max p. Daya maksimal yang disediakan

  QHe

  HP = 8 ,

  8 , 750285 × 4 , 92126 × ,

  87 HP = 8 ,

  8 HP = 0,3650 hp = 272,180 watt q. Perhitungan Poros

  P = 0,1996 kW n = 207,687 rpm fc = 1,0

  • Pd = fc×P

  Pd = 1,0 × 0,1996 Pd = 0,1996 kW

  • 5 Pd

  T = 9,74×10 ×

n

  • a

  1 ,

  Jarak antar sudu luar turbin (S

  f. Jarak antar sudu (t) = 1,6007 in = 0,0406 m g.

  1 ) = 0,8003 in = 0,0203 m

  Jarak antar sudu dalam turbin (S

  Lebar sudu (a) = 1,5639 in = 0,0397 m e.

  c. Panjang turbin (L) = 7,7424 in = 0,1966 m d.

  1 ) = 9,1996 in = 0,2336 m

  Diameter turbin (D

  a. Jari-jari kelengkungan sudu = 1,5 in = 0,0381 m b.

  Geometri Turbin Aliran Silang ( Crossflow)

  × × × d s = 14,3665 mm = 0,0143665 m Dalam perancangan ini menggunakan diameter poros 0,018 m.

  5 [

  2 83 , 4 1 ,

  Cb = 1,5 (Sularso,2004,hal. 8)

  2 Kt = 2,0 (Sularso,2004,hal. 8)

  τ = 4,83 kg/mm

  58 × a

  6 (

  τ = ) , 2 ,

  1 = 6,0 ; Sf 2 = 2,0 (Sularso,2004,hal. 8)

  (Sularso,2004,hal. 330) Sf

  2

  = 58 kg/mm

  T = 936,074 kg.mm σ B

  × 207 687 , 1996 ,

  

5

   T = 9,74×10

  • d s =
  • 3 1 ] 074 , 936 5 ,

      2 ) = 1,0565 in = 0,0268 m i. Jarak pancaran dari poros (y

      1 ) = 1,0706 in = 0,0271 m j.

      Jarak pancaran dari keliling (y

      2 ) = 0,4525 in = 0,0114 m

      k. Luas penampang nozzle(A) = 0,043 ft

      2

      = 0,0039 m

      2 l.

      Tinggi pancaran air nozzle (So) = 0,7998 in = 0,0203 m m.

      Kecepatan putar (N) = 207,867 rpm n. Sudut pusat sudu jalan (

      δ ) = 73,48

      o o.

      Efisiensi turbin maksimal = 87 % p. Daya yang disediakan = 0,365 HP = 272,18 watt q.

      Diameter poros yang digunakan = 0,018 m

    BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

    4.1 Hasil Penelitian Data Penelitian

    4.1.1 Data yang diperoleh dari sarana pengujian adalah variasi tinggi jatuh air

      (head) dan debit air, hasilnya sebagai berikut :

      3

    a. Pada Head 1,5 m dan debit 0,013 m /s

    Tabel 4.1. Data hasil penelitian

      beban putaran

      V I

    (watt) (rpm) (volt) (ampere)

    0 1026 11.24 0 10 978

      10.13

      0.71 20 921 9.29 1.25 30 885 8.58 1.55 35 868 8.24 1.78 45 839 7.83 1.94 55 802 7.4 1.97 65 780 7.1 2

      3 Pada Head 1,3 m dan debit 0,012 m

      b. /s

    Tabel 4.2. Data hasil penelitian

      beban putaran

      V I

    (watt) (rpm) (volt) (ampere)

    0 858 9.42 0 10 825 8.64 0.67

      20 791 7.76 1.15 30 766 7.41 1.45 35 753 7.23 1.69 45 727 7.01 1.81 55 700 6.6 1.89

    4.1.2 Perhitungan Data Perhitungan data dikerjakan menggunakan software Microsoft excel.

      P

      P in = 0,209613 Hp = 156,3087 Watt

      x

      8 26509 , , 4 432488

      8 QH P in = 8 ,

      = 8 ,

      in

      8 QHe P

      = 8 ,

      in

      Dengan mengambil satu satu contoh perhitungan disetiap pembahasan yang merupakan perwakilan dari data hasil pengujian. Dan untuk hasil perhitungan yang lainnya ditampilkan dalam bentuk tabel dan grafik.

      4.1.2.1 Perhitungan Daya Air (P in ) dengan Head 1,5 m ; Debit 0,013 m

      4.1.2.2 Perhitungan Daya Air (P in ) dengan Head 1,3 m ; Debit 0,012 m

      P in = 0,26771 Hp = 199,631 Watt

      8 92126 , , 4 478708 x

      8 QH P in = 8 ,

      8 QHe P in = 8 ,

      = 8 ,

      in

      P

      3 /s

      3 /s

      4.1.2.3 Perhitungan Daya yang keluar dari Turbin (P out )

      4.1.2.4 Perhitungan Efisiensi Total ( η)

      7 ×

      1923 ,

      η = % 100 199 631 ,

      P P

      % 100 × in out

      η =

      T = 0,070232 Nm

      Dari data penelitian maka daya output yang berupa daya listrik setiap pembebanan dapat langsung didapat : P out = V x I P out = 10.13 x 0.71 P out = 7,1923 Watt

      9 ×

      

    978

    1923 , 7 55 ,

      9 T =

      × 55 ,

      n P out

      T =

      Dengan mengasumsikan kecepatan putar alternator sama dengan kecepatan poros turbin dan rugi-rugi di altenator diabaikan maka dapat dicari torsi yang terima altenator (torsi guna turbin) :

      η = 3,60279175 %

    4.1.3 Pengolahan dan Perhitungan Data

      3 /s

      65 684 6.15 1.92 11.808 7.554282 0.164863

      1.69 12.2187 7.817031 0.154965 45 727 7.01 1.81 12.6881 8.117334 0.166673 55 700 6.6 1.89 12.474 7.980362 0.170181

      0.67 5.7888 3.703441 0.06701 20 791 7.76 1.15 8.924 5.709215 0.107742 30 766 7.41 1.45 10.7445 6.873898 0.133956 35 753 7.23

      V I Daya(Pout) Efisiensi Torsi

    (watt) (rpm) (volt) (ampere) (watt) (%) (Nm)

    0 858 9.42 0 10 825 8.64

      Pin = 0.209613 HP P in = 156.3087 watt beban putaran

    Tabel 4.4. Data hasil perhitungan

      Setelah seluruh data hasil pengujian dimasukkan pada program Microsoft Excel , hasilnya seperti yang ditunjukkan pada tabel-tabel berikut ini.

      4.1.3.1 Hasil Perhitungan dengan Head 1,5 m ; Debit 0,013 m

      65 780 7.1 2 14.2 7.113113 0.173859

      10.13 0.71 7.1923 3.602792 0.070232 20 921 9.29 1.25 11.6125 5.816974 0.120412 30 885 8.58 1.55 13.299 6.661781 0.143509 35 868 8.24 1.78 14.6672 7.347144 0.161373 45 839 7.83 1.94 15.1902 7.609127 0.172904 55 802 7.4 1.97 14.578 7.302462 0.173591

      V I Daya(Pout) Efisiensi Torsi

    (watt) (rpm) (volt) (ampere) (watt) (%) (Nm)

    0 1026 11.24 0 10 978

      P in = 0.26771 HP P in = 199.6313 watt beban putaran

    Tabel 4.3. Data hasil perhitungan

      3 /s

      4.1.3.2 Hasil Perhitungan dengan Head 1,3 m ; Debit 0,012 m

    4.1.4 Analisa dan Pembahasan

      Pada pembahasan ini data-data yang diolah dengan perhitungan komputasi disajikan dalam bentuk grafik-grafik. Dari grafik-grafik tersebut penulis mencoba menjabarkan hasil dari percobaan yang dilakukan.

    4.1.4.1 Analisa dan Pembahasan Tentang Daya Keluaran Hasil Pengujian

      2

      4

      6

      8

      10

      12

      14

      16 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 putaran alternator (rpm) P out ( w a tt ) head 1,5 m ; debit 0,013 m3/s head 1,3 m ; debit 0,012 m3/s

    Gambar 4.1 Grafik daya keluaran (P out ) vs putaran alternator

      Dari data hasil pengujian dengan menggunakan head 1,5 m dan debit 0,013 m

      3

      /s didapat grafik yang melengkung, mulai saat tanpa beban sampai dengan saat beban 65 watt. Pada grafik dapat dilihat bahwa daya maksimal yang dihasilkan adalah sebesar 15,19 watt. Daya maksimal tersebut didapat pada saat

      

    altenator di beri beban lampu 45 watt dan putaran altenatornya 839 rpm. Dan setelah mencapai titik puncak, daya yang dihasilkan akan kembali menurun saat diberi beban yang lebih besar lagi.

      Dan dari data hasil pengujian dengan menggunakan head 1,3 m dan debit

      3

      0,012 m /s didapat pula grafik yang melengkung, mulai saat tanpa beban sampai dengan saat beban 65 watt. Pada grafik juga dapat dilihat bahwa daya maksimal yang dihasilkan sebesar 12,68 watt. Dan daya maksimal ini didapat pada saat

      

    altenator di beri beban lampu 45 watt dan putaran altenatornya 727 rpm. Dan

      setelah mencapai titik puncak, daya yang dihasilkan akan kembali menurun saat diberi beban yang lebih besar lagi.

      Dari gambar 4.2 ditunjukkan perbandingan 2 buah grafik daya keluaran vs putaran altenator antara data hasil pengujian pada head 1,5 m dan debit

      3

      3

      0,013m /s dengan data hasil pengujian pada head 1,3 m dan debit 0,012 m /s. Dari perbandingan tersebut didapat bahwa semakin besar head dan debitnya maka putaran yang dihasilkan semakin besar sehingga daya yang dihasilkan juga semakin besar.

    4.1.4.2 Analisa dan Pembahasan Tentang Efisiensi Hasil Pengujian

      3

      /s. Dari

      3

      /s dengan data hasil pengujian pada head 1,3 m dan debit 0,012 m

      3

      Dari gambar 4.2 ditunjukkan perbandingan 2 buah grafik efisiensi total vs putaran altenator antara data hasil pengujian pada head 1,5 m dan debit 0,013 m

      /s didapat grafik yang menghasilkan efisiensi total maksimal sebesar 8,11 %. Efisiensi maksimal tersebut didapat pada saat altenator di beri beban lampu 45 watt dan putaran altenatornya 727 rpm.

      3

      Dari data hasil pengujian dengan menggunakan head 1,3 m dan debit 0,012 m

      /s didapat grafik yang menghasilkan efisiensi total maksimal sebesar 7,60 %. Efisiensi maksimal tersebut didapat pada saat altenator di beri beban lampu 45 watt dan putaran alternatornya 839 rpm.

      1

      2

      η) vs putaran alternator Dari data hasil pengujian dengan menggunakan head 1,5 m dan debit

    Gambar 4.2 Grafik efisiensi total (

      10 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 putaran alternator (rpm) e fis ie n s i t o ta l ( % ) head1,5 m ; debit0,013 m3/s head 1,3 m ; debit 0,012 m3/s

      9

      8

      7

      6

      5

      4

      3

      0,013 m menghasilkan efisiensi total yang lebih besar daripada head 1,5 m dan debit 0,013

      3

      m /s. Hal ini disebabkan karena terjadi selisih daya yang tersedia (P in ) antara

      3

      pengujian pada head 1,5 m dan debit 0,013 m /s dengan pengujian pada head 1,3

      3

      3

      m dan debit 0,012 m /s. Yaitu pada saat head 1,5 m dan debit 0,013 m /s daya air tersedia (P in ) yang dihasilkan sebesar 199,63 watt sedangkan pada saat head 1,3

      3

      m dan debit 0,012 m /s daya air tersedia (P in ) yang dihasilkan sebesar 156,30 watt.

    BAB V PENUTUP

      5.1 Kesimpulan

      Dari hasil penelitian turbin aliran silang (crossflow) ini, dapat disimpulkan beberapa hal, antara lain:

      3

      1. Pada head 1,5 m dan debit 0,013 m /s, daya keluaran paling besar yaitu 15,19 watt dan efisiensi total yang paling besar adalah 7,60 % yang didapat saat altenator diberi beban lampu 45 watt.

      3

      2. Pada head 1,3 m dan debit 0,012 m /s, daya keluaran paling besar yaitu 12,68 watt dan efisiensi total yang paling besar adalah 8,17 % yang didapat saat altenator diberi beban lampu 45 watt.

      5.2 Saran

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

      1. Melakukan penelitian dengan jumlah debit air masukan lebih bervariasi dan dengan head yang lebih tinggi untuk mendapatkan hasil data yang lebih bervariasi.

      2. Melakukan penelitian dengan jumlah beban yang berbeda agar dapat dilihat perbandingan efisiensinya.

      3. Dalam membuat runner hendaknya dibuat dengan tingkat kerapian dan presisi semaksimal mungkin (dibalancing) agar runner dapat berputar maksimal.

      4. Dalam membuat konstruksi turbin aliran silang (crossflow) ini hendaknya perancang membuat dengan lebih tekun dan lebih teliti karena konstruksi sangat berpengaruh pada hasil pengujiannya.

    DAFTAR PUSTAKA

      Sularso dan Kiyokatsu Suga, Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin, cetakan ke-11, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 2004 Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, cetakan ke-5, Penerbit Erlangga,

      Jakarta, 1996 Mockmore, The Banki Water Turbine, 1949 Joe Cole, Crossflow Turbine Abstract, 2004 Altenator, The Free Encyclopedia Micro Hydropower Basics, http://www.microhydropower.net/intro.html

      

    Pompa Air yang digunakan dalam penelitian

    Runner hasil perancangan yang telah dibuat

      

    Konstruksi alat yang digunakan saat penelitian

    Konstruksi alat yang digunakan dalam penelitian

Dokumen baru