BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Analisa. Dari hasil pengambilan data performasi turbin air dari modifikasi blower angin sentrifugal yang dilakukan di Belik (pemandian sumber air) yang beralamat di Tempuran, Tamantirto, Kasihan Bantul, dapat diasumsikan debit yang digunakan untuk menyuplai turbin air saat pengujian dianggap sesuai karena, pada bak penampung sebelum masuk kedalam pipa ketinggian airnya konstan. Gambar 4.1 adalah gambar instalasi turbin air hasil modifikasi blower angin sentrifugal saat pengujian dilakukan.
Gambar 4.1 Proses pengambilan data. 4.2. Hasil Penelitian. Percobaan turbin air dari modifikasi blower angin sentrifugal didapatkan hasil dan pengolahan data pada table 4.1. 38
39
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Variasi bukaan katup
Penuh
3/4
1/2
1/3
Debit (lpm) 130,289 176,835 223,943 235,719 242,449 125,803 165,059 204,315 221,699 238,523 120,195 144,309 168,423 171,227 172,349 93,837 94,3978 95,5194 97,7626 100,567
Kecepatan Brake putar Band Foce (rpm) (kgf) 770 0,018 570 1,36 370 2,67 185 3,69 0 4,71 720 0,018 535 0,98 350 1,87 175 2,82 0 3,78 590 0,018 435 0,43 275 0,81 135 1,32 0 1,83 285 0,018 215 0,36 140 0,4 70 0,47 0 0,58
4.3. Perhitungan Data Pengamatan Berdasarkan data yang diperoleh melalui pengujian maka perhitungan dapat dilakukan sebagai berikut : 1.
Besar Daya Hidrolik.( Pht )
Daya hidrolik adalah daya yang dimiliki oleh air yang mengalir dari tempat tinggi ke tempat yang rendah, dapat dicari dengan persamaan (3.1).
Diketahui :
Ph𝑡 = 𝜌 𝑥 𝑔 𝑥 𝑄 𝑥 𝐻
Densitas air (𝜌)
= 1000 kg/m3
40
Percepatan grafitasi (g)
= 9,81
Debit air (Q)
= 223,942
Tinggi jatuh air (H)
=3
m/𝑑𝑡 2
lpm = 0,00373 m3 /dt meter
𝑃ℎ𝑡 = 1000 kg/m3 x 9,81 m/𝑑𝑡 2 x 0,00373 m3 /dt x 3 m 𝑃ℎ𝑡 = 109,84 Watt
Jadi, daya yang dihasilkan oleh hidrolik air adalah sebesar 109,84 Watt 2.
Besar Daya Mekanik (𝑃𝑚 )
Daya Mekanik adalah daya yang dihasilkan oleh poros turbin, didapat dengan persamaan (3.2).
Diketahui :
𝑃𝑚 =
2𝑥𝜋𝑥𝑛 𝑇 60
Brake Band Force (BBF)
= 2,67 kgf = 26,192 Newton
Kecepatan putaran (n)
= 370 rpm
Diameter dalam pully (r)
= 2,75 cm = 0,0275 meter
Dimana torsi (T) didapat dari persamaan 2.5. T = BBF x r = 26,192 N x 0,0275 m = 0,72 N.m 𝑃𝑚 =
2.π x 370 rpm 60
x 0,72 Nm = 27,895 Watt
Maka, daya yang dihasilkan oleh turbin adalah sebesar 27,895 Watt 3.
Efisiensi Turbin (𝜂𝑡 )
Efisiensi turbin merupakan perbandingan daya mekanik yang dihasilkan oleh turbin dengan daya hidrolik yang digunakan untuk menggerakan turbin, dapat dihitung dengan persamaan (3.3).
Diketahui :
𝜂𝑡= 𝑃𝑚 𝑋100% 𝑃ℎ𝑡
Daya Hidrolik (𝑃ℎ𝑡 ) = 109,84 Watt
Daya Mekanik (𝑃𝑚 ) =: 27,895 Watt 27,895
ηt = 109,84 𝑥100% = 25,359 %
41
Jadi, Efisiensi yang dihasilkan oleh tubin adalah sebesar 25,359 % Data yang diperoleh dari perhitungan di atas, disajikan dalam tabel 4.2 berikut ini : Table 4.2 Data hasil perhitungan Variasi bukaan katup
Penuh (1)
3/4
1/2
1/3
Debit (Lpm)
Kecepat an Putar (rpm)
BBF (N)
Torsi (Nm)
Daya Mekanis (Watt)
Daya Air (Watt)
Efisiensi (%)
130,289 176,835 223,943 235,719 242,449 125,803 165,059 204,315 221,699 238,523 120,195 144,309 168,423 171,227 172,349 93,837 94,3978 95,5194 97,7626 100,567
770 570 370 185 0 720 535 350 175 0 590 435 275 135 0 285 215 140 70 0
0,176 13,341 26,192 36,198 46,205 0,176 9,613 18,344 27,664 37,081 0,176 4,218 7,946 12,949 17,952 0,176 3,531 3,924 4,61 5,689
0,005 0,367 0,72 0,995 1,271 0,005 0,264 0,504 0,761 1,02 0,005 0,116 0,219 0,356 0,494 0,005 0,097 0,108 0,127 0,156
0,403 21,895 27,883 19,267 0 0,377 14,783 18,463 13,939 0 0,309 5,281 6,304 5,03 0 0,149 2,183 1,583 0,93 0
63,91 86,74 109,84 115,62 118,92 61,71 80,96 100,22 108,74 116,99 58,95 70,78 82,61 83,98 84,53 46,03 63,91 86,74 109,84 115,62
0,29 12,30 12,72 8,39 0 0,28 8,81 9,14 6,42 0 0,24 3,53 3,69 2,91 0 0,14 2,06 1,48 0,58 0
4.4. Pembahasan Berdasarkan data yang diperoleh serta perhitungan yang telah dilakukan, dapat dibuat beberapa grafik yang terdiri atas 4 tipikal dari variasi bukaan katup. Besar bukaan katup akan mempengaruhi debit air yang digunakan untuk menyuplai turbin. Pada tipikal 1 merupakan variasi bukaan katup penuh yang diperlihatkan pada garis berwarna merah dengan marker (O). Tipikal 2 untuk bukaan katup ¾ putaran dengan warna biru ber-marker (Δ), tipikal 3 dengan
42
warna hijau dengan marker [X] untuk bukaan katup ½ putaran, dan tipikal 4 dengan warna hitam dengan marker [+] untuk bukaan 1/3 putaran. 4.4.1. Hubungan Kecepatan Putar dengan Debit
Debit vs Kecepatan putar 300
bukaan katup penuh bukaan katup 3/4 bukaan katup 1/2 bukaan katup 1/3
Debit (LpM)
250 200 150 100 50 0 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Kecepatan Putar (rpm)
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Debit dengan Kecepatan Putar. Hubungan kecepatan putar dengan debit pada gambar 4.2 memperlihatkan bahwa semakin besar kecepatan putar pada turbin maka debit yang mengalir akan semakin mengecil. Seperti yang terlihat pada tipikal I saat bukaan katup penuh, pada putaran tertinggi sebesar 770 rpm debit yang mengalir hanya 130,289 Lpm. Namun saat dibebani hingga turbin berhenti (0 rpm), debit yang mengalir meningkat menjadi 242,449 Lpm. Hal ini sama seperti kurva karakteristik turbin francis untuk kecepatan pada head satuan. Seperti yang dijelaskan pada dasar teori tentang klasifikasi turbin reaksi tentang turbin radial aliran masuk, gaya sentrifugal yang naik karena rpm naik cenderung mengurangi jumlah air yang mengalir melalui sudu, sehingga kecepatan air pada sisi masuk juga berkurang.
43
4.4.2. Hubungan Daya terhadap Kecepatan Putar Gambar 4.3 menunjukkan hubungan berbagai putaran dengan daya yang dihasilkan. Terlihat bahwa putaran rendah daya yang dihasilkan juga rendah. Akan tetapi dengan meningkatnya putaran, daya akan menurun setelah titik maksimum pada putaran tertentu. Hal ini dikarenakan besar daya dipengaruhi oleh kecepatan putar dan torsi. Maka, jika salah satunya mengalami penurunan, besar daya yang dihasilkan juga akan menurun. Gambar 4.3 juga serupa dengan kurva karakteristik turbin reaksi untuk kecepatan pada head satuan pada grafik perbandingan kecepatan putar dengan daya. dihasilkan yaitu
Daya maksimal yang dapat
sebesar 27,895 Watt pada kecepatan putar 370 rpm dengan
besar debit 223,942 Lpm dan tinggi jatuh air 3 meter.
Daya vs Kecepatan Putar 30
bukaan katup penuh bukaan katup 3/4 bukaan katup 1/2 bukaan katup 1/3
25
Daya
20 15 10 5 0 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Kecepatan Putar Gambar 4.3. Grafik Hubungan Kecepatan Putar dengan Daya 4.4.3. Hubungan Kecepatan Putar dengan Efisiensi Hubungan kecepatan putar dengan efisiensi tidak jauh berbeda dengan hubungan kecepatan putar dengan daya. Hal ini dapat dibuktikan melalui gambar 4.4. Pada kecepatan putar rendah, daya yang dihasilkan akan kecil. Namun dengan
44
meningkatnya kecepatan putar, daya akan menurun setelah mencapai titik maksimalnya pada kecepatan putar tertentu.
Efisiensi vs Kecepatan Putar 30
bukaan katup penuh bukaan katup 3/4 bukaan katup 1/2 bukaan katup 1/3
Efisiensi (%)
25 20 15 10 5 0 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Kecepatan Putar (rpm)
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Kecepatan putar dengan Efisiensi. Seperti yang terlihat pada gambar 4.4, efisiensi yang dapat dihasilkan pada turbin yaitu sebesar 25,395 % pada tinggi jatuh air 3 meter, debit yang mengalir sebesar 223,942 Lpm dan pada kecepatan putar 370 rpm. Kecepatan putar dan jumlah debit yang digunakan untuk menggerakkan turbin akan mempengaruhi daya yang dihasilkan. Maka, efisiensi dapat dipengaruhi oleh besarnya kecepatan putar karena, efisiensi turbin dihasilkan dari pehitungan presentase antara daya mekanis yang dihasilkan turbin dengan daya hidrolis yang dihasilkan air. Kurva karakteristik turbin reaksi untuk kecepatan pada head satuan menunjukkan hal serupa dengan bentuk parabolik. 4.5.
Perbandingan dengan studi lainnya Dari penelitian tentang alih fungsi mesin-mesin kerja (pompa air) yang
digunakan sebagai mesin-mesin tenaga (turbin air) yang sudah dilakukan oleh peneliti sebelumnya. Daya dan efisiensi yang dihasilkan pada masing-masing penelitian bervariasi, hal ini dapat dilihat pada tabel 4.3.
45
Tabel 4.3. Perbandingan Tinjauan Penelitian
No.
Peneliti (Tahun)
Judul
Daya
Kecepatan
Maksimal
Putar
(watt)
(rpm)
144, 876
Head
Debit
Efisiensi
(m)
(Lpm)
(%)
1315
23
204
21,98
12
1080
18
37
11,01
40
2899,8
39
2466,7
2,54
27,895
370
3
223,942
25,395
Kaji Eksperimental Kinerja Turbin Air Hasil
1.
Gatot
Modifikasi Pompa
Suwoto
Sentrifugal yang
(2014)
Digunakan Untuk Pembangkit Listrik Teaga Mikro Hidro
Harison B. 2.
Situmorang dkk (2014)
3.
Unjuk Kerja Pompa Air Simizhu Type Ps-128 BIT yang Difungsikan Sebagai Turbin Air
Pugliese
Experimental
Francesco
Characterization of Two
dkk
Pumps As Turbines for
(2016)
Hydropower Generation Kajian Eksperimental
4.
Aditya Yoga P (2016)
Performasi Blower Angin Sentrifugal yang Difungsikan Sebagai Turbin Air
Dari berbagai penelitian yang telah dilakukan, terlihat bahwa alih fungsi mesin-mesin kerja yang digunakan sebagai mesin-mesin tenaga dapat diterapkan dengan sedikit penyesuaian. Meskipun daya yang dihasilkan dan efisiensi turbin tergolong kecil, namun hal ini dapat membantu pemenuhan kebutuhan listrik untuk daerah yang belum terjamah listrik.
