KAJI EKSPERIMENT PERFORMA TURBIN PELTON TYPE FM 32 Sahran Fauji, Suryadimal, M.T1), Burmawi, M.Si2) Program Studi Teknik Mesin-Fakultas Teknologi Industri-Universitas Bung Hatta Jl. Gajah Mada No.19 Olo Nanggalo Padang 25143 Telp. 0751-7054257 Fax. 0751-7051341 Email :
[email protected] [email protected] [email protected]
ABSTRAK Turbin Pelton adalah turbin reaksi di mana pancaran air menumbuk roda yang terdapat sejumlah mangkok atau sudu - sudu. Pancaran air keluar dari nozzle dengan valve untuk mengatur aliran air. Nozzel turbin berada searah dengan piringan ranner. Air yang memutar sudu akan diteruskan menuju transmisi. Dari transmisi kemudian diteruskan menuju alternator DC. Dari alternator DC inilah akan dihasilkan energi listrik. Tujuan yang ingin di capai dalam penelitian ini adalah untuk menentukan performansi pada alat peraga turbin pelton type FM 32 modifikasi. Dari hasil percobaan yang di dapat, pada putaran pertama 3150 rpm dan debit 0,00038 mengalami kenaikan pada putaran kedua 3299 rpm dan debit 0,00042, pada putaran ketiga 3275 rpm dan debit 0,00032 mengalami penurunan. Jika debit aliran menggunakan watermeter semakin meningkat, maka putaran rata – rata turbin mengalami peningkatan. Dan jika debit aliran semakin menurun , maka putaran rata – rata turbin mengalami penurunan. !.Pendahuluan Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (Resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dan instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggian dari instalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Biasanya pembangkit listrik tenaga air yang dibangun berdasarkan kenyataan bahwa adanya air yang mengalir di suatu daerah dengan kapasitas dan ketinggian yang memadai. Istilah kapasitas mengacu kepada jumlah volume aliran air persatuan waktu
(Flow Capacity), sedangkan beda ketinggian daerah aliran sampai ke instalasi dikenal dengan istilah heed. Air maupun energi air dapat di manfaatkan sebagai penggerak mula yang ekonomis pada suatu pembangkit listrik. Pembangkit listrik jenis ini dapat digolongkan atas: Hidro electrik power (PLTA),Thermal power (PLTU),Atomic power (PLTN) PLTU dan PLTN memanfaatkan tenaga uap air untuk menggerakkan mesin penggerak mula suatu pembangkit, sedangkan PLTA memanfaatkan energi potensial atau energi kinetik air.
Untuk merubah energi potensial maupun kinetik air dibutuhkan peralatan misalnya turbin Pelton.Energi Potensial air dipengaruhi oleh ketinggiannya, sedangkan energi kinetik dipengaruhi oleh kecepatan air tersebut. Turbin Pelton merupakan turbin impuls, yaitu turbin yang digerakkan oleh energi kinetik air. Semprotan (jet) air yang berkecepatan tinggi mengenai buket runner dan setelah menggerakkan runner air keluar pada kecepatan rendah, yang berarti sebagian energinya tidak diserap oleh runner. Tekanan air masuk dan keluar sudu adalah tekanan atmosfir. Turbin pelton adalah merupakan contoh terbaik dari turbin impuls. Turbin tersebut dioperasikan oleh satu atau lebih jet (nozzle) air yang masuk ke center bucket pada sekeliling parameter dari runner. Tenaga berasal dari gaya air dari tekanan tinggi yang menumbuk buckets sehingga dinamai impuls turbin.
Turbin type FM 32 di beli pada tahun 2005 sampai pada tahun 2013 tidak pernah digunakan dalam praktikum.Sehingga turbin mengalami kerusakan pada komponen dan tidak dapat di fungsikan kembali.Dari kendala tersebut maka dilakukan perbaikan pada turbin pelton type FM 32 dan modifikasi sehingga mendapatkan performansi turbin. I. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Umum Sistem Pembangkit
Pembangkitan listrik tenaga air adalah suatu bentuk perubahan energi dari air dengan ketinggian dan debit tertentu (energi potensial menjadi energi mekanik) dengan bantuan turbin. Dengan bantuan turbin air dan generator daya yang di hasilkan adalah suatu persentase hasil perkalian tinggi terjun air dan debit air. Oleh karena itu keberhasilan dalam perencanaan sistim pembangkitan listrik tenaga air tergantung dari debit dan tinggi jatuhnya potensi air sebagai pembangkit secara produktif. Sebagai perbandingan dengan memanfaatkan potensi yang ada maka sebuah sungai pada umumnya kemiringan di hulu sungai lebih curam dan memiliki tinggi terjun yang besar, sedangkan di hilir sungai tinggi terjun rendah dan memiliki debit yang besar. Adapun faktor yang menentukan ukuran, dimensi dan peralatan mesin adalah debit air. Sedangkan untuk tinggi terjun air tinggi dan debit kecil memerlukan peralatan, permesinan dan dimensi yang kecil pula, dan untuk tinggi terjun air yang rendah dan debit besar memerlukan peralatan, permesinan dan dimensi yang besar. Maka dari itu bagian hulu sungai merupakan lokasi yang efektif dan ekonomis dibandingkan hilir sungai. 2.2 Komponen – Komponen utama pengujian turbin pelton type FM 32 Kompresor 1) Sudu Turbin 2) Nozzel 3) Rumah Turbin 4) Poros Penghubung 5) Generator 6) Pompa
II. 2.1
Metodologi Penelitian Diagram Alir Penelitian
3.1 Diagram Alir Penelitian 2.2 Data Alat Ukur Alat yang digunakan dalam pengujian yaitu : a) Ampere Meter Arus Searah b) Pressure Gauge c) Ampermeter d) Water Meter PDAM e) Stopwatch f) Slang Fleksibel g) Multi Meter 2.3
Pengolahan Data Setelah menentukan peralatan yang di butuhkan dalam eksperiment perancangan alat uji turbin pelton type FM 32 yang telah di tentukan,maka dilanjutkan ke tahap perencanaan ,perencanaan
tersebut di bagi menjadi tiga bagian yaitu : Prosedur Pengujian 1.Pemeriksaan keadaan turbin 2 .Hidupkan motor listrik 3 .Buka katup 4 .Buka katup nozzel 5 .Catat pressure guage A 6 .Catat pressure guage B 7 .Catat arus(Ampere meter) 8 .Catat tegangan(volt meter) 9 .Catat putaran poros turbin 10.Catat putaran poros generator mini arus searah (DC) 11.Hidupkan lampu yang dibutuhkan 12.Ulangi prosedur percobaan no.4 hingga 11 13.Ulangi prosedur percobaan no.3 hingga 11 Catatan : Jika Ampere Meter dan Volt Meter tidak berfungsi dengan maksimal gunakan Multimeter.
3.4 Waktu Dan Tempat Penlitian Waktu : Bulan Mai – Juli 2014 Tempat : Penelitian dilakukan pada laboratoruim Prestasi Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri
Kampus
Bung Hatta.
III
Universitas
= 1,030.(2.3,14.3150)/60 III. Analisa data.
= 1,030.19782/60 = 339,59
4.1 Tabel Percobaan
Efisiensi
4.3 Pengolahan Data Turbin 4.2.1 Debit Aliran Air 0,00038 m3/s Bukaan Katup 1 Nozzel 1
Energi Air
Nw = (F1 – F2).s.g = (1,4 - 0,7).0,05m.9,81m/s² = 0,343 Nm Momen Puntir Mp = (F1 + F2).s.g = (1,4 + 0,7).0,05m.9,81m/s² =1,030Nm Putaran Poros Rata – Rata (N)
= 99,005% 4.2.2 Debit Aliran Air 0,00042 m3/24s Bukaan Katup 1 Nozzel 1/4
Energi Air
Nw = (F1 – F2).s.g = (1,9 - 0,8).0,05m.9,81m/s² = 0,539 Nm Momen Puntir Mp = (F1 + F2).s.g = (1,9 + 0,8).0,05m.9,81m/s² = 1,324 Nm Putaran Poros Rata – Rata (N)
N = 3150 rpm Daya Poros Np = Mp.(2. .N)/60
N = 3299,75 rpm
Daya Poros N = 3275 rpm Np = Mp.(2. .N)/60
Daya Poros
= 1,324.(2.3,14.3299,75)/60 Np = Mp.(2. .N)/60 = 457,27 = 1,324.(2.3,14.3275)/60
Efisiensi = 453,854
Efisiensi
= 84,836% 4.2.3 Debit Aliran Air 0,00032 m3/s = 132,316% Bukaan Katup 1 Nozzel 1/2 4.2.4 Debit Aliran Air 0,00018
Energi Air m3/s Bukaan Katup 1 Nozzel 3/4 Nw = (F1 – F2).s.g = (1,7 - 1).0,05m.9,81m/s² = 0,343 Nm
Energi Air
Nw = (F1 – F2).s.g = (1 – 0,4).0,05m.9,81m/s²
Momen Puntir = 0,294 Nm
Mp = (F1 + F2).s.g
Momen Puntir
= (1,7 + 1).0,05m.9,81m/s² Mp = (F1 + F2).s.g = 1,324 Nm = (1 + 0,4).0,05m.9,81m/s²
Putaran Poros Rata – Rata = 0,686 Nm
(N)
Putaran Poros Rata – Rata
Mp = (F1 + F2).s.g = (1,8+ 1,2).0,05m.9,81m/s²
(N)
= 1,471 Nm
Putaran Poros Rata – Rata
(N)
N = 2937,25 rpm
Daya Poros
Np = Mp.(2. .N)/60 = 0,686.(2.3,14.2937,25)/60
= 210,898
N = 2651,5 rpm Daya Poros
Np = Mp.(2. .N)/60
Efisiensi
= 1,471.(2.3,14.2651,5)/60 = 408,237
Efisiensi
= 71,734% 4.2.5 Debit Aliran Air 0,00033 m3/s Bukaan Katup 1/2 Nozzel 1
Energi Air
Nw = (F1 – F2).s.g = (1,8 – 1,2).0,05m.9,81m/s² = 0,294 Nm
Momen Puntir
= 138,856% 4.2.6 Debit Aliran Air 0,00034 m3/s Bukaan Katup 1/2 Nozzel 1/4
Energi Air
Nw = (F1 – F2).s.g
= (1,4 – 0,8).0,05m.9,81m/s²
4.2.7 Debit Aliran Air 0,00025 m3/s
= 0,294 m/s²
Bukaan Katup 1/2 Nozzel 1/2
Momen Puntir
Mp = (F1 + F2).s.g
Energi Air Nw = (F1 – F2).s.g
= (1,4+ 0,8).0,05m.9,81m/s²
= (1,4 – 0,8).0,05m.9,81m/s²
= 1,079 Nm
= 0,294 Nm
Putaran Poros Rata – Rata
Momen Puntir Mp = (F1 + F2).s.g
(N)
= (1,4+ 0,8).0,05m.9,81m/s² = 1,079 Nm Putaran Poros Rata – Rata (N)
N = 2837 rpm
Daya Poros
Np = Mp.(2. .N)/60 = 1,079.(2.3,14.2837)/60 = 320,397
Efisiensi
N = 2932,5 rpm Daya Poros Np = Mp.(2. .N)/60 = 1,079.(2.3,14.2932,5)/60 = 331,182 Efisiensi
= 108,978%
= 112,646% 4.2.8 Debit Aliran Air 0,000171 = 104,459% m3/s Bukaan Katup 1/2 Nozzel 3/4 4.3 Pengolahan Data Dinamo DC Energi Air 12 Volt Nw = (F1 – F2).s.g 4.3.1
Debit
Aliran
Air
= (1 – 0,4).0,05m.9,81m/s² 0,00038
m3/s Bukaan Katup 1
= 0,196 Nm Nozzel 1 Momen Puntir
Putaran Poros Rata – Rata (N)
Mp = (F1 + F2).s.g = (1,4+ 0,8).0,05m.9,81m/s² = 0,686 Nm Putaran Poros Rata – Rata (N) N = 5497,75 rpm Daya Dinamo
N = 2851,5 rpm
P = 4,3.0,04.0,8 =0,1376
Daya Poros Np = Mp.(2. .N)/60 = 0,686.(2.3,14.2851,5)/60 = 204,741 Efisiensi
4.3.2 Debit Aliran Air 0,00042 m3/s Bukaan Katup 1 Nozzel 1/4 Putaran Poros Rata – Rata (N)
4.3.4 Debit Aliran Air 0,00018 m3/s Bukaan Katup 1 Nozzel 3/4 Putaran Poros Rata – Rata (N)
N = 6379,25 rpm Daya Dinamo
N = 5704,25 rpm P = 4,4.0,04.0,8 Daya Dinamo =0,1408 4.3.3 Debit Aliran Air 0,00025 m3/s Bukaan Katup 1/2 Nozzel 1/2 Putaran Poros Rata – Rata (N)
P = 4,1.0,04.0,8 =0,1312 4.3.5 Debit Aliran Air 0,00033 m3/s Bukaan Katup 1/2 Nozzel 1 Putaran Poros Rata – Rata (N)
N = 6242,5 rpm Daya Dinamo
N = 4882,75 rpm P = 4,4.0,04.0,8 Daya Dinamo =0,1408
P = 3,9.0,03.0,8 =0,0936 P = 3,9.0,03.0,8 4.3.6 Debit Aliran Air 0,00034 m3/s =0,0936 Bukaan Katup 1/2 Nozzel 1/4 4.2.8 Debit Aliran Air 0,00017 m3/s Putaran Poros Rata – Rata (N) Bukaan Katup 1/2 Nozzel 3/4 Putaran Poros Rata – Rata (N)
N = 5383 rpm Daya Dinamo N = 5532,75 rpm
P = 4,0.0,04.0,8
Daya Dinamo
=0,128 4.3.7 Debit Aliran Air 0,00025 m3/s P = 3,9.0,03.0,8 Bukaan Katup 1/2 Nozzel 1/2 =0,0936 Putaran Poros Rata – Rata (N) 4.5. Grafik percobaan
N = 5417,25 rpm Daya Dinamo
dan
analisa
hasil
turbin
Grafik 4.1. Grafik terhadap debit dengan putaran. Dari hasil percobaan yang di dapat, dapat kita lihat pada putaran pertama 3150 rpm dan debit 0,00038 mengalami kenaikan pada putaran kedua 3299 rpm dan debit 0,00042, pada putaran ketiga 3275 rpm dan debit 0,00032 mengalami penurunan. Jika debit aliran menggunakan watermeter semakin meningkat, maka putaran rata – rata turbin mengalami peningkatan. Dan jika debit aliran semakin menurun , maka putaran rata – rata turbin mengalami penurunan.
Grafik 4.2.hubungan antara moment puntir dengan putaran. Dari hasil percobaan yang dilakukan bahwa moment puntir pada putaran 3150 rpm dan momen puntir 1,03 mengalami kenaikan pada putaran 3299 dan momen puntir
1,324,dan pada putaran 3275 dan momen puntirnya tidak mengalami perubahan,pada grafik di atas dapat kita lihat bahwa jika putaran rata- rata tidak mengalami peningkatan yang signifikan maka momen puntirnya tidak akan mengalami perubahan.
Grafik 4.3. hubungan antara daya poros dengan putaran. Dari hasil percobaan di dapatkan grafik hasil yang mana grafik di atas menunjukkan bahwa setiap pergantian besaran putaran maka daya poros mengalami perubahan daya.
Grafik 4.4. hubungan efisiensi dengan putaran. Dari grafik diatas menunjukkan efisiensi dari turbin mengalami perubahan pada saat putaran poros semakin tinggi,terlihat dari mulai putaran 3150 rpm dan
efisiensi 99,005 sampai 3275 rpm dan efisiensi 132,316.
mengalami kenaikan pada tekanan 1,324 , maka dapat kita ketahui semakin besar debit aliran air maka terhadap tekanan pada air juga mengalami peningkatan, begitu juga pada debit aliran jika turun maka tekanan air juga mengalami penurunan.
4.6.Grafik Dan Analisa Percobaan Dinamo 12 Volt
Hasil
Grafik 4.5. hubungan antara daya air dengan putaran. Dari grafik diatas didapat di lihat dari putaran rata – rata turbin pertama 3299 rpm dan daya air 0,539 terjadi penurunan pada putaran rata – rata turbin kedua 3275 dan daya air 0,343 dan pada putaran rata – rata turbin ketiga 2937,25 dan daya air 0,294 juga mengalami penurunan, maka dapat kita lihat jika putaran rata – rata turbin mengalami penurunan maka daya air juga mengalami penurunan.
Grafik 4.6.hubungan debit IV. aliran dengan tekanan air. Dari grafik di atas dapat di lihat dari tekanan air 1,030
Grafik 4.7. hubungan antara debit aliran terhadap putaran dynamo. Dari hasil percobaan yang di dapat, grafik menunjukan bahwa pada putaran rata- rata dinamo mengalami peningkatan yang signifikan, terlihat pada putaran rata – rata dinammo 5383 rpm dan debit 0,00034 Q=m3/s. jika putaran rata – rata dynamo meningkat seperti pada putaran 5417,25 terjadi penurunan pada debit aliran air yaitu 0,00025, apabila putaran rata – rata dinamo meningkat maka debit aliran air akan mengalami penurunan. Kesimpulan dan saran. 4.1 Kesimpulan. Dari hasil percobaan turbin pelton type FM 32 disimpulkan sebagai berikut:
Semakin tinggi putaran rata – rata turbin 3299 rpm membuat debit aliran semakin menurun,begitu juga pada momen puntir. Setiap pergantian putaran poros rpm maka daya poros mengalami perubahan daya . Efisiensi turbin mengalami perubahan pada saat putaran poros semakin tinggi. Semakin tinggi putaran poros maka terjadi penurunan daya air. 5.2.Saran Dari pengujian turbin pelton type FM 32 daya arus yang dihasilkan masih belum mendapatkan hasil yang maksimal ,karena generator yang di gunakan yaitu generator arus searah (DC) 12 volt.Untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimal generator yang digunakan harus generator voltase yang lebih besar. DAFTAR PUSTAKA Buku Penuntun Praktikum Prestasi Mesin,Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknologi Industri,Universitas Bung Hatta,Padang 2005
air.htmlhttp://www.academia.edu/74 20789/PRINSIP_KERJA_GENERA TOR_SINKRON http://elektronikadasar.web.id/instrument/amperemeter-arus-searah-dc/ Sumber http://eprints.undip.ac.id/26342/ Sumber http://kurniabudiharjo.blogspot.com/ 2014/03/turbinSumber :Turbin Pompa dan Kompresor. Fritz Dietzel 1980. Sumber : http://aliefworkshop.com/category/ic t-for-all/page/2/ Sumber :Pedoman Study Kelayakan Sipil Dirjen ESDM 2009
