KAJI EKSPERIMENTAL PENGARUH SUDU PENGARAH TERHADAP EFISIENSI TURBIN CROSSFLOW DENGAN JUMLAH SUDU 30 Iman Hasrat Gule 1 , Ir.Husin Ibrahim,MT 2 1,2 Jurusan Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknik Harapan 2015 E-mail:
[email protected] Abstrak Turbin Crossflow terdiri dari nosel yang mempunyai penampang berbentuk persegi panjang dengan lengkungan pada bagian penutup atasnya yang berfungsi mengarahkan aliran ke sudu pada runner, sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Pengujian ini bertujuan untuk mengkaji eksperimental pengaruh sudu pengarah terhadap efisiensi turbin Crossflow skala laboratorium dengan jumlah runner 30. Langkah yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi pengujian dan pengambilan data untuk mengetahui karakteristik turbin. Turbin yang diuji mempunyai debit air yang bervariasi yaitu, Q= 0,015 m³.Q= 0,01375 m³.Q= 0,01250 m³.Q= 0,01125 m³ dan dan variasi bukaan sudu pengarah 1/4, 2/4, 3/4, 4/4, (bukaan penuh). Dari hasil pengujian diperoleh daya turbin (PT) maksimum 87,40 Watt pada bukaan sudu pengarah 2/4 dan Q= 0,015 m³ dengan putaran turbin 183 rpm dan efisiensi turbin (η T) maksimum 53,03 % pada bukaan sudu pengarah 2/4 dengan putaran turbin 119 rpm. Kata kunci : Turbin Crossflow, Sudu pengarah, Daya Turbin, Efisiensi Turbin. Abstract Crossflow turbine consists of a nozzle having a rectangular cross section with an arch on the cover of it that serves to direct the flow into the runner blade, resulting in the conversion of kinetic energy into mechanical energy. This test aims to assess the influence of experimental turbine blade referring to the efficiency of Crossflow laboratory scale with the number of blades 30 pieces. The first step in this research include testing and data collection to determine the characteristics of the turbine. Turbines that have tested the water flow Different ie 0,015 m³ / s, 0.01375 m³ / s, 0.01250 m³ / s, and a 0.01125 m³ / s and variations of the steering blade aperture 1/4, 2/4, 3/4 and 4/4 (full aperture). From the test results obtained by the power turbine (PT) Max imum Watt 87,40 in the opening quarter of the blade guides and Q = 0.015 m³ / s with a 183 rpm turbine and turbine efficiency (ηT) 53,03% at the maximum steering blade aperture 2 / 4 and Q = 0.01125 m³ / s with a turbine wheel 119 rpm. Keywords: Turbine Crossflow, blade Steering, Power Turbine, Turbine Efficie PENDAHULUAN Selama ini peranan energi fosil masih mendominasi pemanfaatan energi Indonesia. Diperlukan adanya perubahan paradigma pengelolaan energi yang mengedepankan diversifikasi dan konservasi energi sehingga peran Energi Baru Terbarukan (EBT) akan lebih maksimal. EBT diharapkan dapat menjadi penopang utama penyediaan energi nasional dimasa depan.
Pemerintah telah mengeluarkan Kebijakan Energi Nasional (KEN) seperti tertuang dalam Peraturan Pemerintah No. 79 tahun 2014. KEN mengamanatkan presentase pemanfaatan EBT dalam bauran energi nasional minimal sebesar 23% pada 2025 dan menjadi 31% pada tahun 2050. Dengan target tersebut pengembangan EBT dapat dioptimalkan sekaligus dapat memanfaatkan energi yang ramah
2
lingkungan dan mendukung pembangunan di daerah-daerah terpencil dan terisolasi [1]. Sustainable energy atau energi berkelanjutan adalah penyediaan energi untuk memenuhi kebutuhan energi saat ini tanpa mengorbankan ketersediaan energi untuk generasi yang akan datang demi memenuhi kebutuhan mereka [2]. Energi berkelanjutan mempunyai dua komponen utama, yaitu : energy efficiency (EE) dan renewable energy sources (RES) [3]. Efisiensi energi dapat didefenisikan sebagai suatu cara menggunakan energi (kWh) yang lebih sedikit untuk mencapai manfaat yang sama, atau menggunakan yang sama atau jumlah yang lebih rendah dari energi (kWh) tetapi mencapai manfaat yang lebih. Fokusnya cenderung pada peningkatan keuntungan akhir pengguna[2]. Energi terbarukan yaitu energi dari sumber yang tidak mengakibatkan menipisnya sumber daya bumi baik dari sumber pusat ataupun lokal [2]. Sumber energi terbarukan yang meliputi energi air, energi angin, energi surya, biomassa, energi panas bumi, energi pasang surut, dan energi gelombang, dipandang sebagai solusi untuk memenuhi kebutuhan energi saat ini dan generasi yang akan datang [3]. Pemanfaatan sumber energi terbarukan seperti tenaga air, dianggap sebagai salah satu sumber energi listrik yang paling diminati adalah karena sifatnya yang ramah lingkungan dan potensinya yang tersedia luas khususnya di Indonesia. Dalam lingkup listrik tenaga air, pembangkit skala kecil telah mendapatkan banyak perhatian dalam beberapa tahun terakhir. Berdasarkan data Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral [4], potensi tenaga air skala besar mencapai 75.000 MW, dan kapasitas terpasang baru sebesar 8.671 MW. Disisi lain, potensi skala mini dan mikro yang sudah teridentifikasi adalah 769,69 MW , dan kapasitas terpasang sudah sebesar 512 MW. Potensi sumber
energi tenaga air tersebar yaitu sebanyak 15.600 MW di Sumatera, 4.200 MW di Jawa, 21.600 di Kalimantan, 10.200 MW di Sulawesi, 620 MW di Bali-NTT-NTB, 430 MW di Maluku, dan 22.350 MW di Papua. Berdasarkan data yang diperoleh dari Badan Penelitian dan Pengembangan Propinsi Sumatera Utara tahun 2006 [5], dari hasil pendataan yang dilakukan memperlihatkan bahwa potensi tenaga air di Propinsi Sumatera Utara sebesar 1.876.606,5 kW. Dengan rincian skala besar 1.723.054 kW tersebar pada 23 lokasi, skala mini 143.019,9 Kw tersebar di 82 lokasi, dan skala mikro 6.532,69 kW tersebar pada 87 lokasi. Selain potensi tersebut, di Sumatera Utara banyak terdapat sungai-sungai kecil yang mengalir di pedesaan yang berpotensi sebagai pembangkit listrik tenaga pikohidro. Pikohidro adalah pembangkit listrik skala sangat kecil bertenaga air dengan daya terbangkit maksimum 5 kW yang sesuai diaplikasikan untuk listrik pedesaan. Pikohidro diakui sebagai pilihan yang layak untuk mengembangkan daerah terpencil berkaitan dengan perspektif ekonomi, lingkungan, dan sosial. Saat ini turbin crossflow banyak mendapat perhatian karena dapat diaplikasikan pada rentang aliran dan head yang lebih luas. Karakteristik tersebut membuat turbin crossflow banyak digunakan pada pembangkit listrik tenaga air skala kecil. Selain itu turbin crossflow juga mempunyai konstruksi yang sederhana dan ekonomis. Sejak munculnya turbin crossflow, banyak kemajuan telah dibuat melalui penelitian melalui metode percobaan laboratorium terutama pada parameter desain turbin seperti sudut datang, jumlah sudu, bukaan sudu pengarah, rasio diameter runner, lebar runner, dan lebar nosel. Rosyidin,A.M.; Sutikno,D. dkk [6] melakukan studi laboratorium yang bertujuan untuk menunjukkan serangkaian hasil pengujian turbin crossflow. Metode penelitian yang digunakan yaitu metode eksperimental nyata (true experimental research) yang secara langsung dikenakan pada objek yang diteliti dengan presentase
3
bukaan guide vane yaitu 20%, 40%, 60%, 80%, dan 100% (terbuka penuh). Efisiensi terbesar terdapat pada bukaan guide vane 80% dengan debit 0,2750 m3 /s yaitu 31,42%. Ho,L.Y.; Ha,K.B. [7] melakukan penelitian secara experimental dan numerical menggunakan CFD ANSYS CFX 13.0. Dengan bukaan guide vane yaitu : 0°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°, 10°, 11°, dan 15°. Dengan debit air 0,1 m3 /s, menyimpulkan bahwa efisiensi tertinggi diperoleh pada bukaan guide vane 7° yaitu 73,09% dengan putaran 500 rpm. Anil,G.; Chandran,A.T. dkk [8] dalam percobaan mereka, melakukan penyelidikan pada 25%, 50%, 75% dan 100% dari pembukaan guide vane. Pada 75% Data pembukaan guide vane dikumpulkan untuk head 5 sampai 40 meter, debit air 162 m3 /h, pada jumlah sudu runner 28 dan rentang kecepatan 300 rpm sampai 3000 rpm, efisiensi maksimum yang diperoleh adalah 44%. Penelitian ini merupakan pengembangan dari penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Rudi Panggabean dengan jumlah sudu 32 pada alat yang sama. Dari hasil penelitian sebelumnya diperoleh Daya Turbin maksimum 140,4 Watt, efisiensi turbin maksimum 32%, debit air dan tekanan yang konstan 1100 liter/menit dan 0,25 bar pada pembebanan yang sama 12 kg (F=117,72 N) tanpa sudu pengarah.Pengembangan yang dilakukan adalah dengan menambahkan sudu pengarah pada turbin crossflow. Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan informasi ilmiah yang bermanfaat berkaitan dengan bukaan sudu pengarah sebagai bahan pertimbangan dalam mendesain dan membuat turbin crossflow yang lebih optimal dan efisien. Perumusan dan Batasan Masalah Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode eksperimental yang langsung dikenakan pada objek yang akan diteliti, yaitu turbin crossflow dengan jumlah sudu 30. Pada penelitian ini bukaan sudu
pengarah dimulai dari bukaan 1/4, 2/4, 3/4, dan 4/4 (bukaan penuh). Pada masingmasing bukaan sudu diberikan debit air 900 l/m, 825 l/m, 750 l/m, 675 l/m, dan beban pengereman dimulai dari 1 kg, 2 kg, 3 kg, 4 kg, dan 5 kg. Turbin Air Turbin air adalah turbin dengan air sebagai fluida kerja. Air mengalir dari tempat yang lebih tinggi menuju tempat yang lebih rendah. Dalam hal tersebut air memiliki energi potensial. Dalam proses aliran di dalam pipa, energi potensial berangsur-angsur berubah menjadi energi kinetik. Di dalam turbin energi kinetik air diubah menjadi energi mekanis, dimana air memutar roda turbin. Klasifikasi Turbin Air Turbin air dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara, namun yang paling utama adalah klasifikasi turbin air berdasarkan cara turbin air tersebut merubah energy air menjadi energy puntir. Gambar 2.1 menjelaskan pembagian 2 jenis Turbin air berdasarkan klasifikasinya yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.
Turbin Impuls Turbin
Turbin Pelton Turbin Turgo Turbin
Crossflow Turbin Turbin Francis Turbin Reaksi Kaplan Gambar 2.1. Klasifikasi turbin air
Air
Proses Pembangkitan Energi Listrik Pembangkitan tenaga listrik sebagaian besar dilakukan dengan cara memutar generator sinkron sehingga didapat tenaga listrik dengan tegangan bolak balik tiga fasa. Energi mekanik yang diperlukan untuk memutar generator sinkron didapat dari mesin penggerak generator atau penggerak mula (prime mover). Mesin penggerak generator dalam praktiknya banyak digunakan : mesin
4
diesel, turbin uap, turbin air dan turbin gas. Energi yang didapat mesin-mesin penggerak generator ini didapat dari : 1. Proses pembakaran bahan bakar ( untuk mesin-mesin termal ) 2. Air terjun ( untuk turbin air ) Dengan demikian mesin penggerak generator sesungguhnya melakukan konversi energi primer menjadi energi mekanik penggerak generator, di tunjukan pada Gambar 2.9.
Energy (Fossil, Nuclear, Wind, Hidro, etc)
Mechanic al Energy Prime Mover
Persamaan 2.1 menunjukkan bahwa α1 harus dibuat sekecil mungkin untuk mencapai efisiensi maksimum. Mackmore dan Merryfield [4] menyarankan mengadopsi sudut α1 = 160 . Sudut masuk sudu tingkat pertama β1 dapat ditentukan dari α1 , V1 , dan u 1 pada persamaan 2.3 dan Gambar 2.4.
Electrical Energy Electric Generato r
Gambar 2.9. Diagram alir proses pembangkitan energi listrik Parameter Desain Turbin Crossflow Parameter utama desain turbin crossflow seperti diperlihatkan pada Gambar 2.13 meliputi : sudut datang α1 , sudut masuk sudu tingkat pertama β1 , sudut keluar sudu tingkat pertama β2 , lebar runner L, diameter luar runner D1 , diameter dalam runner D2 , jari-jari kelengkungan sudu ρb , sudut pusat kelengkungan sudu δ, jumlah sudu pada runner Nb , ketebalan pancaran nozzel S 0 , lebar nozzel B dan sudut kelengkungan nozzel λ.
Gambar 2.13. Parameter desain turbin crossflow (a) tamapak samping; (b) tampak atas; (c) geometri sudu Pernyataan mendasar untuk efisiensi maksimum turbin crossflow diturunkan oleh Donat Banki (Mackmore dan Merryfield 1949) sebagai : η max = cos 2 α1
(2.2)
Gambar 2.14. Lintasan air melalui turbin crossflow
Gambar 2.15. Diagram kecepatan Mackmore dan Merryfield [4] menyarankan hubungan antara nilai α1 dan β1 sebagai berikut : tan β1 = 2 tan α1 Jika α1 = 160 Maka β1 = 290 83' atau 300 . Untuk menentukan sudut keluar sudu tingkat pertama β2 , beberapa peneliti diantaranya Mackmore dan Merryfield [4], Desai dan Aziz [6], Totapally dan Aziz [7], Olgun [8] Kaunda et al. [9] Sammartano et al. [10] menggunakan nilai optimum β2 adalah π/2. Diameter runner dapat ditentukan dari persamaan berikut :
5
dengan mengambil nilai C = 0,98 dan k = 0,0875 diperoleh : (24) Jika
sebelumnya (25)
dan (26)
sehingga diperoleh
maka atau (27) (2.13) dengan C adalah koefisien kecepatan yaitu antara 0,95 sampai 0,98. Untuk C = 0,98 dan α1 = 160 , diperoleh :
(2.8) Dalam menentukan lebar runner L, dapat diperoleh dari persamaan untuk menghitung debit air yang keluar dari nosel, yaitu sebagai berikut : Q= V1 Anosel (2.9) Sebelumnya Mackmore dan Merryfield [4] menyarankan menggunakan persamaan berikut untuk menentukan luas penampang nozzel Anosel = S o L (2.10) Dengan S o = k D1 (2.11) k adalah konstanta dengan nilai antara 0,075 sampai 0,01.Dengan mensubsitusikan persamaan 2.9 dan 2.10 kedalam persamaan 2.8 diperoleh :
Dengan : Q = debit air (m3 /s) H = head (m) Dengan mengetahui nilai Q dan H akan diperoleh produk L dan D sebagai nilai konstan. Lebar pelek radial adalah perbedaan antara jari-jari luar dan jari-jari dalam runner. Daerah ini dimulai dari jarijari luar dan berakhir di satu bagian. Ruang ini berisi sejumlah sudu. Mackmore dan Merryfield [4] memberikan : (2.14) Mackmore dan Merryfield [4], jarijari kelengkungan sudu dapat ditentukan dari lingkaran yang pusatnya terletak di persimpangan dua garis tegak, satu ujungnya ke arah kecepatan relatif v1 pada titik A dan ujung lainnya bersinggungan dengan pinggir bagian dalam yang berpotongan di titik B (Gambar 2.5).
atau (2.12) Persamaan 2.7 dan 2.11 kemudian disubsitusikan untuk memperoleh persamaan yang digunakan untuk menentukan nilai L.
Gambar 2.16. Kelengkungan sudu
6
Dari segitiga AOC dan BOC, OC secara bersaman adalah : Dengan :
sehingga diperoleh
Jika ; dan 0
cos β1 = cos 30 = 0,866 maka ρb =0,326 r1 (2.15) Menentukan sudut pusat kelengkungan sudu δ, Mackmore dan Merryfield [4] dari persamaan 2.5 memberikan :
(2.16) Jumlah sudu pada runner Nb , diperoleh dari rumus yang diberikan oleh Mackmore dan Merryfield [4] yaitu :
Khosrowpanah 1984; Akerkar 1989) melaporkan bahwa nosel dengan sudut kelengkungan 900 adalah yang paling optimum. Teori Pengujian Turbin Daya Hidrolis Daya hidrolis adalah daya yang dihasilkan oleh air yang mengalir dari suatu ketinggian. Dalam hal ini daya hidrolis diperoleh dari daya air yang dihasilkan oleh pompa. Daya hidrolis dilambangkan dengan PH . Daya hidrolis dirumuskan sebagai berikut: PH = ρ g Q H (2.19) Dengan : ρ = massa jenis air (kg/m3 ) g = gaya gravitasi (m/s 2 ) Q = debit air (m3 /s) H = head (m) Besarnya debit air dan head masing-masing diperoleh dengan menggunakan alat ukur yang terpasang pada pipa. 1.Daya Turbin Daya turbin adalah daya yang dibangkitkan oleh turbin air dengan mengubah energi kinetik air menjadi energi mekanik berupa putaran poros turbin. Daya turbin dilambangkan sebagai PT. Besarnya daya turbin dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut:
(2.17) Dengan t adalah jarak masing-masing sudu, yaitu : (2.20) (2.18)
Desai dan Aziz [6] melakukan penyelidikan pengaruh lebar nozzel terhadap efisiensi turbin crossflow. Dalam penelitiannya mereka melaporkan bahwa lebar nozzel yang optimum diperoleh pada L/B = 1,5 jika dibandingkan dengan 1, 2, atau 3. Desai dan Aziz [6] pada penelitiannya mengadopsi sudut kelengkungan nosel λ = 900 . Dimana peneliti sebelumnya (Nakase et al. 1982;
Dengan : N=putaran turbin (rpm) T= torsi pada poros (Nm) 2.Efesiensi Turbin Efisiensi turbin merupakan perbandingan antara output dan input atau antara daya turbin dengan daya hidrolis. Besarnya efisiensi turbin dapat dirumuskan sebagai berikut :
(2.21)
7
Pembuatan Sudu Pengarah Dalam penelitian ini akan dibuat sudu pengarah yang berfungsi sebagai pengarah pancaran air. Bahan dari sudu pengarah dibuat dari plat stainles steel dengan ketebalan 3 mm, dimensi sudu pengarah mengikuti lebar runner, sudu pengarah ini dilengkapi dengan baut disampingnya agar memudahkan untuk membuka sudu. Pada Gambar 3.1 menampilkan turbin sebelum menggunakan sudu pengarah .
2.
Gambar 3.3Pompa Flowmeter
Alat ini digunakan untuk mengukur debit air yang mengalir pada pipa. Bahan utama alat inia dalah acrylic dengan system unit pembacaan GPM (galon per minute) dan LPM (liter per minute) dengan Range pembacaan (375 – 1250 LPM). Contoh Flowmeter ditunjukkan pada gambar 3.4 di bawah ini.
Gambar 3.1. Nosel Tanpa Sudu Pengarah Pada gambar 3.2 Menampilkan turbin lengkap dengan sudu pengarah yang berfungsi sebagai pengarah pancaran air. 3.
Gambar 3.2 Nosel Yang Dilengkapi Sudu Pengarah Alat Penelitian Alat yang digunakandalam penelitian ini terdiri atas : 1. Pompa Pompa berfungsi sebagai penggerak turbin, pompa ini menggunakan pompa pengerak motor bakar 1 silinder 4 langkah bermerek honda dengan kapasitas output 1100 liter/menit berfungsi untuk memindahkan air melalui pipa sebagai sumber tenaga airyang ditunjukkan pada gambar 3.3 di bawah ini :
Gambar 3.4Flowmeter Pressure gauge
Pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan air dalam pipa, untuk mengetahui head (ketinggian) air yang dihasilkan dari pompa dan air yang masuk kedalam turbin. Tipe yang digunakan adalah tipe yamamoto, system pembacaan jarum analog dengan range (0 – 1 bar) dan ketelitian 0,1 bar, contoh pressure gauge ditunjukkan pada gambar 3.5 di bawah ini.
Gambar 3.5Pressure gauge
8
4.
Turbin
Turbin berfungsi sebagai tempat pemasangan runner turbin dan nosel.Selain itu rumah turbin berfungsi untuk menghindari sisa pancaran air mengarah keberbagai arah. Dibuat dari bahan besi plat 8 mm untuk dinding casing dan bahan plat 3 mm untuk tutup atas, dan dipadukan dengan acrylic transparan agar dapat melihat laju air dan putaran runner. System bukaan nozel di desain dengan paduan roda gigi dan poros ulir untuk memudahkan pembagian bukaan nozel. Contoh casing ditunjukkan pada gambar 3.6 di bawah ini.
5.
Gambar 3.6 Turbin Hidrolic brake
Alat ini berfungsi untuk mengukur torsi dan putaran poros, dynamometer menggunakan system pengereman fluida dan output pembacaan digital LED, system unit untuk torsi (N.m) dan putaran (rpm).Jika pembebanan diberikan maka akan mengeluarkan hasil yang di tampilkan pada layar LED. Contoh dynamometer ditunjukkan pada gambar 3.7 di bawahini.
Gambar 3.7Hidrolic brake
ANALISA DAN PEMBAHASAN Pengujian Daya Turbin Pada bagian ini peneliti melakukan eksperimen pada bukaan sudu pengarah 1/4, 2/4, 3/4, 4/4 (bukaan penuh) untuk mengetahui pengaruhnya terhadap daya turbin Pengujian bukaan sudu pengaruh dilakukan dengan debit air yang berbeda, yaitu pada debit .Q= 0,015 m³. Q= 0,01375 m³.Q=0,01250 m³.Q= 0,01125 m³. Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Daya TurbinPada Q= 0,015 m³ Hubungan daya turbin terhadap putaran turbin pada kondisi pengujian Q= 0,015 m³ dapat dilihat pada gambar 4.1
Gambar 4.1 Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Daya Turbin Pada Q= 0,015 m³ Gambar 4.1 Memperlihatkan daya turbin yang lebih baik dengan melakukan perubahan bukaan sudu pengarah pada turbin cross flow . Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 1/4 , daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 141 rpm dengan nilai 77,98 Watt. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 2/4, daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 183 rpm dengan nilai 95,77 Watt. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 3/4, daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 172 rpm dengan nilai 90,01 Watt. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 4/4 (bukaan penuh), daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 141 rpm dengan nilai 73,79Watt. Bersarkan hasil pengujian dan perhitungan, daya maksimum turbin pada
9
Q= 0,015 m³ diperoleh pada bukaan katup 2/4 sebesar 95,77 Watt Memiliki daya turbin yang lebih baik di bandingkan dengan bukaa katup 1/4, 3/4, 4/4 (bukaan penuh) Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Daya Turbin Pada Q= 0,01375 m³ Hubungan daya turbin terhadap putaran turbin pada kondisi pengujian Q= 0,01375 m³ dapat dilihat pada gambar 4.2.
Gambar 4.2 Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Daya Turbin Pada Q= 0,01375 m³ Gambar 4.2 Memperlihatkan daya turbin yang lebih baik dengan melakukan perubahan bukaan sudu pengarah pada turbin cross flow. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 1/4 , daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 150 rpm dengan nilai 78,50 Watt. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 2/4, daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 148 rpm dengan nilai 77,45 Watt. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 3/4, daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 167 rpm dengan nilai 87,40 Watt. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 4/4 (bukaan penuh), daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 126 dengan nilai 65,94 Watt. Bersarkan hasil pengujian dan perhitungan, daya maksimum turbin pada Q= 0,01375 m³ diperoleh pada bukaan katup 3/4 sebesar 87,40 Watt Memiliki daya turbin yang lebih baik di bandingkan dengan bukaa katup 1/4, 2/4, 4/4 (bukaan penuh) Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Daya Turbin Pada Q= 0,01250 m³ Hubungan daya turbin terhadap putaran turbin pada kondisi pengujian Q= 0,01250 m³ dapat dilihat pada gambar 4.3
Gambar 4.3 Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Daya Turbin Pada Q= 0,01250 m³ Gambar 4.3 Memperlihatkan daya turbin yang lebih baik dengan melakukan perubahan bukaan sudu pengarah pada turbin cross flow. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 1/4 , daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 125 rpm dengan nilai 51,29 Watt. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 2/4, daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 125 rpm dengan nilai 69,60 Watt. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 3/4, daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 173 rpm dengan nilai 81,12Watt. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 4/4 (bukaan penuh), daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 115 rpm dengan nilai 52,33 Watt. Bersarkan hasil pengujian dan perhitungan, daya maksimum turbin pada Q= 0,0125 m³ diperoleh pada bukaan katup 3/4 sebesar 81,12 Watt Memiliki daya turbin yang lebih baik di bandingkan dengan bukaa katup 1/4, 2/4, 4/4 (bukaan penuh) Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Daya TurbinPada Q= 0,01125 m³ Hubungan daya turbin terhadap putaran turbin pada kondisi pengujian Q= 0,01125 m ³dapat dilihat pada gambar 4.4
10
Gambar 4.4 Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Daya Turbin Pada Q= 0,01125 m³ Gambar 4.4 Memperlihatkan daya turbin yang lebih baik dengan melakukan perubahan bukaan sudu pengarah pada turbin cross flow. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 1/4 , daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 98 rpm dengan nilai 43,44 Watt. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 2/4, daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 119 rpm dengan nilai 59,66 Watt. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 3/4, daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 121 dengan nilai 53,38 Watt. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 4/4 (bukaan penuh), daya turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 95 dengan nilai 42,91 Watt. Bersarkan hasil pengujian dan perhitungan, daya maks imum turbin pada Q= 0,01125 m³ diperoleh pada bukaan katup 1/4 sebesar 66,99 Watt. Memiliki daya turbin yang lebih baik di bandingkan dengan bukaa katup 2/4, 3/4, 4/4 (bukaan penuh) Pengujian Efisiensi Turbin Pada bagian ini peneliti melakukan eksperimen pada bukaan sudu pengarah 1/4, 2/4, 3/4, 4/4 (bukaan penuh) untuk mengetahui pengaruhnya terhadap efisiensi turbin Pengujian bukaan sudu pengaruh dilakukan dengan debit air yang berbeda, yaitu pada debit air. 0,015 m³. 0,01375 m³. 0,01250 m³. 0,01125 m³.
Gambar 4.5 Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Efisiensi Turbin Pada Q= 0,015 Gambar 4.5 Memperlihatkan efisiensi turbin yang lebih baik dengan melakukan perubahan bukaan sudu pengarah pada turbin cross flow. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 1/4 , efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 141 rpm dengan nilai 25,99%. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 2/4, efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 183 rpm dengan nilai 31,92%. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 3/4, efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 172 rpm dengan nilai 30,00%. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 4/4 (bukaan penuh), efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 141 dengan nilai 24,60%. Bersarkan hasil pengujian dan perhitungan, efisiensi maksimum turbin pada Q= 0,015 m³ pada bukaan katup 2/4 sebesar 31,92% Memiliki efisiensi turbin yang lebih baik di bandingkan dengan bukaa katup 1/4, 3/4, 4/4 (bukaan penuh)
Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Efisiensi Turbin Pada Q= 0,015 m³ Hubungan efisiensi turbin terhadap putaran turbin pada kondisi pengujian Q= 0,015 m³ dapat dilihat pada gambar 4.5
Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Efisiensi Turbin Pada Q= 0,01375 m³ Hubungan efisiensi turbin terhadap putaran turbin pada kondisi pengujian Q= 0,01375 m³ dapat dilihat pada gambar 4.6
11
Gambar 4.6 Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Efisiensi Turbin Pada Q= 0,01375 m³ Gambar 4.6 Memperlihatkan efisiensi turbin yang lebih baik dengan melakukan perubahan bukaan sudu pengarah pada turbin cross flow. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 1/4 , efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 150 rpm dengan nilai 38,06%. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 2/4, efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 148 rpm dengan nilai 37,55%. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 3/4, efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putran turbin 167 rpm dengan nilai 42,37%. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 4/4 (bukaan penuh), efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 126 rpm dengan nilai 31,97%. Berdarkan hasil pengujian dan perhitungan, efisiensi maksimum turbin pada Q= 0,01375 m³ diperoleh pada bukaan katup 3/4 sebesar 42,37% Memiliki efisiensi turbin yang lebih baik di bandingkan dengan bukaa katup 1/4, 2/4, 4/4 (bukaan penuh) Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Efisiensi Turbin Pada Q= 0,01250 m³ Hubungan efisiensi turbin terhadap putaran turbin pada kondisi pengujian Q= 0,01250 m³ dapat dilihat pada gambar 4.7
Gambar 4.7Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Efisiensi Turbin Pada Q= 0,01250 m³ Gambar 4.7 Memperlihatkan efisiensi turbin yang lebih baik dengan melakukan perubahan bukaan sudu pengarah pada turbin cross flow. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 1/4 efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 125 rpm dengan nilai 27,35%. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 2/4, efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 125 rpm dengan nilai 37,12%. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 3/4, efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 173 rpm dengan nilai 43,26%. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 4/4 (bukaan penuh), efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 115 rpm dengan nilai 27,91%. Berdarkan hasil pengujian dan perhitungan, efisiensi maksimum turbin pada Q= 0,01250 m³ diperoleh pada bukaan katup 3/4 sebesar 43,26% Memiliki efisiensi turbin yang lebih baik di bandingkan dengan bukaa katup 1/4, 2/4, 4/4 (bukaan penuh) Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Efisiensi Turbin Pada Q= 0,01125 m³ Hubungan efisiensi turbin terhadap putaran turbin pada kondisi pengujian Q= 0,01125 m³ dapat dilihat pada gambar 4.8
12
1.
Gambar 4.8Pengaruh Bukaan Sudu Pengarah Terhadap Efisiensi Turbin Pada Q= 0,01125 m³ Gambar 4.8 Memperlihatkan efisiensi turbin yang lebih baik dengan melakukan perubahan bukaan sudu pengarah pada turbin cross flow. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 1/4 , efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 98 rpm dengan nilai 38,61%. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 2/4, efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 119 rpm dengan nilai 53,03%. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 3/4, efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 121 rpm dengan nilai 47,45%. Untuk pengujian dengan bukaan sudu pengarah 4/4 (bukaan penuh), efisiensi turbin terbesar diperoleh pada putaran turbin 95 rpm dengan nilai 38,15%. Bersarkan hasil pengujian dan perhitungan, efisiensi maksimum turbin pada Q= 0,01125 m³ diperoleh pada bukaan katup 2/4 sebesar 53,03% Memiliki efisiensi turbin yang lebih baik di bandingkan dengan bukaa katup 1/4, 3/4, 4/4 (bukaan penuh) KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil analisaterhadap pengujian turbin Crossflow skala laboratorium menggunakan runner dengan jumlah sudu 30 buah, dengan kapasitas air, bukaan sudu pengarah dan torsi yang bervariasi, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
2.
3.
Daya turbin maksimum dari seluruh pengujian diperoleh sebesar 95,77 Watt dengan Q=900 l/m,torsi 5 Nm pada bukaan sudu pengarah 2/4. Debit air dan variasi bukaan sudu pengarah berpengaruh pada daya turbin.Semakin besar debit air, maka daya yang dihasilkan juga semakin besar. Efisiensi maksimum dari seluruh pengujian diperolehsebesar 53,03 % dengan Q=675 l/m, torsi 5 Nm pada bukaan sudu pengarah 2/4.Efisiensi turbin yang dihasilkanmeningkat seiringdengan semakin kecilnya debit air. Dari pengujian yang dilakukan pada desain turbin yang menggunakan sudu pengarah, daya turbin dan efisiensi turbin yang diperoleh dapat divarisikan sesuai dengan debit air dan bukaan sudu pengarah. Efisiensi maksimum turbin crossflow dengan sudu pengarah meningkat menjadi 53,03 % dibandingkan dengan efisinsi maksimum turbin crossflow tanpa sudu pengarah yang hanya sebesar 31 %.
Saran Untuk lebih menyempurnakan pembahasan mengenai pengujian ini, maka sebaiknya : 1. Dilakukan penelitian pada pompa agar debit air yang dihasilkan tetap konstan pada pembacaan alat ukur flowmeter dan pressure gauge 2. Dilakukan proses pendinginan pada mesin pomp auntuk menjaga tenaga (power) yang dihasilkan oleh pompa. Karena kondisi mesin pompa dalam keadaan panas yang diberi beban secara continue akan mengurangi tenaga dari pompa.
13
3.
Dilakukan perawatan terhadap komponen – komponen instalasi pengujian turbin Crossflow, khususnya pada pompa untuk menjaga kerusakan pada impeller pompa dan pada disk brake dynamomter agar sistem pengereman selalu merata saat melakukan pemberian beban.
Performance Enhancement by CFD code” Journal of Current Research in Hydraulic Turbines, CRHT-III, (2014): Korea Maritime & Ocean University [8]
Candran, A Tamil., Anil, G., &Chandapillai, Jacob “Development and Testing of A Cross Flow Turbin” IGHEM-2010, Oct. 21-23, 2010, AHEC, IIT Roorkee, India
[9]
Panggabean, R. “Pengujian Unjuk Kerja Turbin Crossflow Skala Laboratorium Dengan Jumlah Sudu 32” teknik mesin, Sekolah Tinggi Teknik Harapan, Medan.
[10]
Olgun, H. “Investigation of the Performance ofa Cross-Flow Turbine”. International Journal ofEnergy Resources, Vol.22 (1998): 953-964.
[11]
Kaunda, C.S., Kimambo, C.Z., Nielsen, T.K. “Experimental Study on a Simplified Crossflow Turbine”. International Journal of Energy and Environment,Volume 5, N0.2 (2014): 155-182.
[12]
Sammartano, V., Arico, C., Carravetta, A., Fecarotta, O., Tucciarelli, T. “Bank-MichellOptimal Design by Computational Fluid Dynamic Testing and Hydrodynamic Analysis”. Energies, Volume 6 (2013): 2362-2385.
[13]
Durgin W, Fay W. Some fluid flow characteristics of a Crossflow type hydraulic turbine. In Proceedings of American Society of Mechanical Engineers (ASME), Winter Annual Meeting on small hydropower fluid machinery, New Orleans, USA, 1984.
DAFTAR PUSTAKA [1] BadanPengkajiandanPenerapanTek nologi (BPPT).,Outlook Energi Indonesia, 2015. [2]
[3]
[4]
Lemaire, X. “Glossary of Terms in Sustainable Energy Regulation”. Renewable Energy and Efficiency Partnership. Warwick Business School, UK, 2004. Obrecht, M., and Denac, M. “A Sustainable Energy Policy for Slovenia: Considering the Potential of Renewable and Investment costs”. Journal of Renewable and Sustainable Energy 5, 032301 (2013). KementrianEnergidanSumberDaya Mineral
[5]
Harahap,S. “AnalisisPemanfaatanSumberdayaEn ergiAlternatifUntukPenyediaanEnergi Masyarakat di Sumatera Utara”. BadanPenelitiandanPengembanganP ropinsi Sumatera Utara, 2006.
[6]
Rosyidin, A. Mhd., “Pengaruhbukaan Guide Vane terhadapunjukkerjaturbin cross flow tipe C4-20 padainstalasi PLTMH ANDUNGBIRU”teknikmesin., universitasBrawijaya, Malang.
[7]
Ho, Lee Young., & Ha, Kim Byung. “Numerical & Experimental Analysis of a Cross- flow Turbine with its
