KAJI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI DIAMETER NOZZLE DAN DIAMETER RUNNER TERHADAP DAYA DAN EFISIENSI MODEL TURBIN PLETON

KAJI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI DIAMETER NOZZLE DAN DIAMETER RUNNER TERHADAP DAYA DAN EFISIENSI MODEL TURBIN PLETON Supardi 1, Chandra Pramana 2 Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya

Abstract Pelton turbine is one type of impulse turbine, type of water turbine which works to change the available whole energy of water such as pressure, potential, and speed into kinetic energy to rotate turbines. Runner which consist of a number of blades is the main component on Pelton turbine when the turbine rotates because the force of water at high speed out of nozzle. Impulse reactions occur because the water jets hit the blades causing torque of turbine shaft causing runner will continue rotates for object hit the blades. Experimental assessment was conducted to investigate effect of nozzle diameter variations as a media to transmit water and runner diameter variations as the main media for generating mechanical energy in power and efficiency of the Pelton Turbine models in Fluid Laboratorium August 17, 1945 University of Surabaya as a prototype model of Micro Hydro Power Plant ( MHPP ). Stages of research was done by designing and planning some variation of the nozzle diameter and runner diameter with reference using head and flow capacity of available water pump. Specified parameters and variables used for experimental assessment is single nozzle with diameter 0,006 m and 0,009 m and runner with diameter 0,15 m, 0,17 m and 0,19 m. Blades used half cylinder shape with the specifications, width 0,036 m, length 0,027 m, depth 0,00081 m, blade gap width 0,001 m, and the distance of center water emmision to blade tip 0,00135 m. From the test results, variations of nozzle with diameter 0,006 m and runner with diameter 0,15 m produces the largest turbine power 49,53 watt, the best turbine efficiency of 87,97%, and the largest generator power 10,56 watt. Meanwhile, the variation nozzle with diameter of 0,009 m and runner with diameter 0,15 m, generating the best generator efficiency 52.43%. From the characteristics graph of Pelton turbines, found same trend with the theory that the efficiency of the turbine decreasing after reaching the maximum efficiency speed ratio of 0,46 and higher turbine efficiency directly proportional to turbine power produced. Keyword : Pelton Turbine, Nozzle, Runner, Power, Efficiency 1. PENDAHULUAN Dengan keadaan geografis daerah di Indonesia yang memiliki potensi air dengan head yang memadai untuk pembangkit berskala kecil, maka dikembangkan teknologi pembangkit berskala kecil yang biasa dikenal sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). PLTMH terdiri dari komponen utama yaitu reservoir, turbin air, generator listrik, dan instalasi perpipaan.Turbin air merupakan penggerak mula yang mengubah energi kinetik dari aliran air dengan kecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran roda turbin. Energi mekanik kemudian digunakan untuk memutar generator sehingga menghasilkan listrik.Turbin air yang biasa digunakan adalah jenis impuls, salah satunya adalah turbin pelton yang pertama kali dibuat oleh Alan Lester Pelton pada tahun 1875. Sistem mikrohidro telah dikembangkan di beberapa negara untuk memenuhi kebutuhan listrik di daerah pedalaman antara lain Peltric Set di Nepal, Columbian Alternator System di Kolombia, dan Pico Power Pack di Amerika. Ketiga sistem tersebut menggunakan turbin impuls sebagai penggerak ( Maher and Smith, 2001 ).

Berbagai penelitian telah dilakukan sebelumnya untuk meneliti pengaruh bentuk dan bahan sudu terhadap kinerja turbin pelton. Bono dkk. ( 2006 ) berhasil membuat turbin impuls memanfaatkan pipa galvanis sebagai bahan sudu. Turbin ini kemudian dikenal dengan turbin pipa belah dua. Keistimewaan turbin pipa belah dua adalah cara pembuatan yang sangat sederhana dibanding turbin lain. Kajian secara eksperimental terhadap kinerja turbin pelton akibat perubahan sudut outlet sudu dilakukan oleh Sahid dkk. (2007). Hasil uji menunjukkan bahwa sudut outlet sudu mempengaruhi kinerja turbin. Penelitian juga menghasilkan sudut 0

outlet optimum, yaitu 5 . Namun hasil yang berbeda ditunjukkan pada turbin pipa belah dua, dimana sudut 0

outlet optimum terjadi pada 0 yaitu 90,70 % ( Sahid, 2009 ). Sedikit berbeda dengan penelitian yang dilakukan sebelumnya, penelitian ini akan mengkaji secara eksperimental pengaruh dimensi dari diameter runner dan diameter nozzle terhadap daya dan efisiensi model turbin pelton yang ada di Lab Fluida Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya.

60

Mekanika Jurnal Teknik Mesin, Volume 1 No. 2, 2015

2. DASAR TEORI 2.1. Turbin Pelton 2.2.1 Pengenalan Turbin Pelton Turbin pelton merupakan pengembangan dari turbin impuls yang ditemukan oleh S.N. Knight (1872 ) dan N.J. Colena ( 1873 ) dengan memasang sudu sudu pada roda turbin. Setelah itu, turbin impuls dikembangkan oleh orang Amerika Lester G. Pelton ( 1880 ) yang melakukan perbaikan dengan penerapan mangkok ganda simetris, punggung membelah membagi jet menjadi dua paruh yang sama yang dibalikan menyamping. Pada turbin pelton putaran terjadi akibat pembelokan pada sudu ganda runner ( Gambar 2.1 ) oleh sebab itu, turbin pelton disebut juga sebagai turbin pancaran bebas.

ϕ = konstanta gesekan ( 0,43 – 0,48 ) ( Finnemore and Franzini, 2006 ) g = gravitasi ( m/s2 ) H = head ( m ) 2.2.2.2. Dimensi dan jumlah mangkuk / sudu Untuk mengetahui besarnya lebar bucket, serta jumlah bucket dalam dalam perancangan turbin pelton, digunakan persamaan berikut

( Persamaan 2.3 Jumlah mangkuk / sudu ) Dimana : D = diameter runner( m ) d = diameter nozzle( m ) Z = jumlah sudu ( pcs )

Gambar 2.2 Dimensi mangkuk / sudu turbin pelton Gambar 2.1 Prinsip dasar mangkok pada turbin pelton Turbin Pelton merupakan jenis turbin yang mengandalkan reaksi impuls dihasilkan dari daya hidrolisis. Semakin tinggi head yang dimiliki maka semakin baik untuk turbin jenis ini. Walaupun, kecepatan spesifik relatif kecil tapi memungkinkan untuk kecepatan yang tinggi dengan ketentuan jumlah nozzle yang banyak dalam meningkatkan daya yang lebih tinggi. Sehingga jika putaran dari generator yang dikopel ke turbin semakin tinggi, maka daya generator yang digunakan akan semakin tinggi. 2.2.2 Dimensi utama turbin pelton 2.2.2.1. Dimensi runner Untuk menentukan dimensi runner rata – rata dapat dicari dari kecepatan keliling, sebagai berikut :

L ( panjang sudu ) = ( 2,4 – 3,2 ) x d B ( lebar sudu ) = ( 2,8 – 3,4 ) x d C ( kedalaman sudu ) = ( 0,8 – 1 ) x d L ( jarak pusat pancaran air ke ujung sudu ) = ( 1,2 – 1,9 ) x d M ( lebar celah sudu ) = ( 0.18 – 0.20 ) x d β1( sudut pancaran air masuk ) = ( 5 0 - 80 ) β2 ( sudut pancaran air keluar / sudut pantul ) = ( 1600 - 1700 ) 2.2.2.3. Komponen Gaya Tangensial Dapat dilihat pada Gambar 2.3, jet air keluar dari nozzle suatu turbin pelton dengan kecepatan V membentur sudu belah dua untuk kemudian dibelokkan kecepatan relatifnya ( Vr ) melalui sudut buang sudu ( β2 ) sehingga menimbulkan gaya pada permukaan bucket yang nantinya digunakan untuk memutar poros turbin.

( Persamaan 2.1 Diameter runner ) Dimana : D = diameter runner( m ) u = kecepatan keliling( rad/s ) n = kecepatan putaran turbin ( rpm ) Sedangkan untuk mencari kecepatan keliling, dapat dicari dengan persamaan : ( Persamaan 2.2 Kecepatan keliling pancaran )

Dimana

Gambar 2.3 Diagram gaya nozzle dan mangkuk

:

61

Kaji Eksperimental Pengaruh Variasi Diameter Nozzle Dan Diameter Runner Terhadap Daya Efisiensi Model Turbin Pelton (Supardi Dan Chandra Pramana)

Kecepatan relative (Vr) dapat dihitung dengan persamaan berikut : Vr = V – u ( Persamaan 2.4. Kecepatan relatif ) Dimana: V = Kecepatan pancaran nozzle( m/s ) u = Kecepatan keliling runner( m/s )

2.2. Kapasitas Aliran Kapasitas aliran adalah besaran yang menunjukan banyaknya fluida yang mengalir melewati luasan tertentu, Untuk mengukur debit air khususnya menggunakan 90 North Weir, caranya masukkan Weir kedalam air hingga batas dasar perairan, hitung ketinggian hingga batas air permukaan dan hitung menggunakan rumus:

Komponen gaya (F) yang diberikan pada bucket adalah: F = ρQ ( V - u )( 1 - cos β2 ) ( Persamaan 2.5. Komponen Gaya Tangensial ) Dimana : F = Gaya pancaran sudu (N) Vr = Kecepatan relatif fluida terhadap sudu (m/s) V = Kecepatan pancaran fluida (m/s) β2 = Sudut keluaran bucket (o) 2.2.3 Perencanaan Turbin Pelton Perencanaan terkait dengan Head rencana, jumlah dan diameter Nozzle yang digunakan serta diameter Runner yang akan digunakan. Grafik dibawah ini menunjukan hubungan antara beberapa dimensi utama pada turbin pelton yang memiliki keterkaitan stau dengan yang lain sehingga hanya diperlukan perencanaan beberapa dimensi utama tersebut untuk mengahasilkan ukuran yang lain.

( Persamaan 2.7. Kapasitas aliran fluida ) Dimana : Q = kapasitas aliranfluida (m3 / s) H = head ( m)

Gambar 2.5 900V Notch Weir 2.3. Prinsip Bernoulli Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut.

Gambar 2.4 Grafik hubungan dimensi utama pada perencanaan Turbin Pelton Grafik tersebut dapat disederhanakan menjadi persamaan berikut : √ ( Persamaan 2.6. Kecepatan Spesifik Turbin Pelton ) Dimana : Nt = Putaran turbin rencana (rpm) Q = Kapasitas alir (m3/s) H = Head (m)

Gambar 2.6. Prinsip Bernoulli Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli. Persamaan di atas dapat dinyatakan sebagai berikut: V2 V22 2 ( )=( 2) 2 2 ( Persamaan 2.8. Persamaan Bernoulli ) Dimana : P1, P2 = tekanan pada titik 1 dan 2 (N/ )

62


V1, V2 = kec. aliran pada titik 1 dan 2 (m/s) Z1, Z2 = beda ketinggian antara titik 1 dan 2

( Persamaan 2.11 Efisiensi Generator )

(m) γ g

= berat jenis fluida (N/m3) = percepatan gravitasi (m/ )

Persamaan di atas digunakan jika diasumsikan tidak ada kehilangan energi antara dua titik yang terdapat dalam aliran fluida, namun biasanya beberapa head losses terjadi diantara dua titik. Jika head losses tidak diperhitungkan maka akan menjadi masalah dalam penerapannya di lapangan. Jika head losses dinotasikan dengan “hl” maka persamaan Bernoulli di atas dapat ditulis menjadi persamaan baru, dirumuskan sebagai : V2 V22 2 ) =( s 2) 2 2 ( Persamaan 2.9. Persamaan Bernoulli dengan Head Losses)

Dimana : V I

= Voltage generator (Volt) = Kuat arus (Ampere)

2.5. Rasio Kecepatan Rasio kecepatan turbin adalah perbandingan antara kecepatan keliling linier turbin pada ujung diameter nominalnya dibagi dengan kecepatan teoritis air.Dalam perancangan turbin pelton, rasio kecepatan turbin perlu ditentukan untuk melihat kecenderungan dari karakteristik efisiensi yang dihasilkan oleh turbin pelton berikut. Rasio kecepatan dapat dicari melalui persamaan berikut :

(

Persamaan di atas digunakan untuk menyelesaikan banyak permasalahan tipe aliran, biasanya untuk fluida inkompressibel tanpa adanya penambahan panas atau energi yang diambil dari fluida.Namun, persamaan ini tidak dapat digunakan untuk menyelesaikan aliran fluida yang mengalami penambahan energi untuk menggerakkan fluida oleh peralatan mekanik, misalnya pompa, turbin dan peralatan lainnya. 2.4. Daya dan Efisiensi Perhitungan daya dan efisiensi pada Turbin Pelton dibagi menjadi beberapa bagian sebagai berikut : 2.4.1. Daya dan Efisiensi Turbin Efisiensi turbin ditentukan oleh perbandingan dayaoutput yang dihasilkan putaran sudu turbin dengan daya input turbin atau daya yang diperlukan untuk memutar sudu turbin. Dalam bentuk persamaan adalah sebagai berikut : =

ρ

Q ( Persamaan 2.10 Efisiensi Turbin )

Dimana : T = Torsi poros turbin = F x r (N.m) F = Gaya tangensial poros turbin r = Jari-jari runner (m) ω = Kecepatan keliling ⁄ Nt = Putaran poros (rpm)

( Persamaan 2.12 Rasio Kecepatan ) Dimana : = Rasio kecepatan N = Kecepatan putar turbin pelton( RPM ) D = Dia. nominal turbin dari ujung sudu ( m ) H = Tinggi jatuh air ( m )

Gambar 2.7 Grafik hubungan rasio kecepatan dan efisiensi turbin pada Turbin Pelton III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Flowchart Penelitian Kaji eksperimental ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh variasi diameter nozzle dan diameter runner serta pengembangan terhadap design yang telah ada sebelumnya pada model Turbin Pelton di Lab. Fluida Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya

2.4.2. Daya dan Efisiensi Generator Efisiensi generator ditentukan oleh perbandingan daya output generator yang didapat dari pengukuran tegangan dan kuat arus listrik yang dihasilkan generator dengan daya output yang dihasilkan poros turbin. Dalam bentuk persamaan adalah sebagai berikut :

63

Kaji Eksperimental Pengaruh Variasi Diameter Nozzle Dan Diameter Runner Terhadap Daya Efisiensi Model Turbin Pelton (Supardi Dan Chandra Pramana)   Diagram 3.1 Flowchart Penelitian 

untuk diameter runner 0.15 m dengan jarak 0.085 m dari pusat sudu untuk diameter runner 0.17 m dengan jarak 0.095 m dari pusat sudu untuk diameter runner 0.19 m dengan jarak 0.105 m dari pusat sudu

Gambar 3.1 Ilustrasi set up nozzle dan runner d.

3. 4.

3.2. Langkah Pengujian Setelah model turbin pelton selesai dirancang, dilakukan pengujian untuk meneliti pengaruh variasi besarnya diameter nozzle dan diameter runner terhadap daya dan efisiensi model turbin pelton tersebut. Adapun tahapan utnuk melakukan pengujiannya sebagai berikut : 1. Mengisi bak reservoir dengan air hingga volume 0.081 m3 2. Melakukan proses set up pada : a. Vertikal ujung nozzle dengan pusat sudu terbawah pada posisi tegak lurus dengan nozzle, harus center tepat pada pusat sudu dengan cara mengendorkan dan mengencangkan kembali baut – baut adjuster pada support pompa air. b. Horizontal ujung nozzle dengan pusat sudu terbawah pada posisi tegak lurus dengan nozzle, harus center tepat pada pusat sudu dengan cara mengendorkan dan mengencangkan kembali baut – baut adjuster pada support pompa air. c. Jarak ujung nozzle dengan pusat sudu terbawah pada posisi tegak lurus dengan nozzle harus tepat, tidak terlalu mundur maupun maju Note :

5. 6.

Pengecekan kelistrikan pada panel, pastikan saklar dan lampu dalam keadaan baik. Gunakan tegangan rumah 220 volt untuk menggunakan pompa air. Menghidupkan saklar pompa air Sesaat setelah pompa air dihidupkan poros turbin akan berputar. Lakukan pengukuran beberapa variable berikut : a. Tinggi permukaan air pada notch weir untuk mengetahui besar debit aliran. Dapat menggunakan mistar. b. Kecepatan putaran poros turbin. Menggunakan hand tachometer. Lakukan hal yang sama untuk variasi 2 diameter nozzle dan 3 diameter runner. Setelah dilakukan pengukuran sebelumnya, nyalakan saklar masing – masing pembebanan lampu secara berurutan per 1 beban lampu untuk dilakukan pengukuran sebagai berikut : a. Kecepatan putaran poros turbin. Menggunakan hand tachometer. b. Kuat arus generator. Menggunakan amperemeter pada panel. c. Tegangan generator. Menggunakan voltmeter pada panel.

4 HASIL DAN PEMBAHASAN Data awal yang ditentukan untuk penelitian model Turbin Pelton sebagai berikut : 1. Pompa air Lakoni, kapasitas aliran maksimal 40 liter / menit, head pompa maksimal 30 m. 2. Diameter pipa air yang digunakan 1 inch 3. Diameter nozzle turbin pelton dengan 2 variasi : a. 6 mm b. 9 mm 4. Diameter runner turbin pelton dengan 3 variasi : a. Diameter luar 88.5 mm dengan jumlah sudu turbin pelton 22 buah

64


b.

Diameter luar 108.5 mm dengan jumlah sudu turbin pelton 24 buah c. Diameter luar 119.5 mm dengan jumlah sudu turbin pelton 26 buah Geometri sudu turbin pelton ( sesuai gambar kerja pada lampiran ) a. Lebar sudu 36 mm b. Kedalaman sudu 8.1 mm c. Lebar celah sudu 10.8 mm d. Panjang sudu 27 mm e. Jarak pusat pancaran air ke ujung celah sudu 13.5 mm f. Sudut pancaran air masuk sudu 5o g. Sudut pancaran air keluar sudu 165o

5.

6. 7. 8. 9.

Generator set yang terdiri dari kumparan / lilitan dan magnet sepeda motor jenis Suzuki RC Lampu yang digunakan sebagai beban masing – masing 10 watt Sudut notch weir yang digunakan untuk mengukur kapasitas aliran 90o Bearing yang digunakan UCP 202 J Set Screw Lock.

Dengan menggunakan persamaan dan data yang ditentukan sebelumnya, didapat hasil pengujian sebagai berikut :

Tabel 4.1 Hasil Pengujian dnozzle = 0.006 m

Variabel D = 0.15 m (m3/s)

Q

D = 0.17 m

dnozzle = 0.009 m D = 0.19 m

D = 0.15 m

D = 0.17 m

0,00044

0,00053

Vnozzle (m/s)

15,63

8,32

Hp

(m)

11,51

4,07

Pair

(watt)

56,29

21,17

Nt

(RPM)

D = 0.19 m

1250

1140

1050

850

770

710

9,81

10,14

10,44

6,67

6,85

7,06

(N)

5,047

4,761

4,502

1,715

1,53

1,312

(rad/s)

130,8

119,32

109,9

88,9

80,59

74,3

Pturbin (watt)

49,53

48,28

47,01

11,44

10,48

9,26

87,97

85,77

83,49

54,04

49,5

43,75

8,8

7,4

6,9

6

5,2

4,7

1,2

1,2

1,2

1

1

1

10,6

8,88

8,28

6

5,2

4,7

21,32

18,38

17,61

52,43

52,43

50,73

urunner (m/s) Ft

turbin

(%)

Vukur (volt) Iukur

(A)

Pgen (watt) gen

(%)

65


Daya Poros ( Watt )

50 40

49.53

49.3

0.15

0.17

47.01

30 20 10 0 0.13

0.19

0.21

Diameter Runner ( m ) Diameter Nozzle 0.006 m Grafik 4.1 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0.006 m dan 3 Diameter Runner terhadap Daya Mekanik / Poros Turbin

Daya Poros ( Watt )

50 40 30 20 10 11.44

9.97

9.26

0.15

0.17

0.19

0 0.13

0.21

Diameter Runner ( m ) Diameter Nozzle 0.009 m Grafik 4.2 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0.009 m dan 3 Diameter Runner terhadap Daya Mekanik / Poros Turbin

Efisiensi Turbin ( % )

100 90 80

87.97

87.58

0.15

0.17

83.49

70 60 50 40 0.13

0.19

0.21

Diameter Runner ( m ) Diameter Nozzle 0.006 m 66


Grafik 4.3 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0,006 m dan 3 Diameter Runner terhadap Efisiensi Turbin


100 90 80

70 54.05

60

47.11

50

43.75

40 0.13

0.15

0.17

0.19

0.21

Diameter Runner ( m ) Diameter Nozzle 0.009 m Grafik 4.4 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0,009 m dan 3 Diameter Runner terhadap Efisiensi Turbin

Daya Generator ( Watt )

12 10 8 6 4 2 0 0

10

20

30

Beban ( Watt ) Diameter Nozzle 0.006 m Diameter Nozzle 0.006 m Diameter Runner 0.15 m Diameter Runner 0.17 m Diameter Nozzle 0.006 m Diameter Runner 0.19 m

40

Grafik 4.5 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0.006 dan 3 Diameter Runner terhadap Daya Generator dan Beban Generator

Daya Generator ( Watt )

12 10 8 6 4 2 0 0

10

20

30

40

Beban ( Watt ) Diameter Nozzle 0.009 m Diameter Runner 0.15 m

Diameter Nozzle 0.009 m Diameter Runner 0.17 m

67


Efisiensi Generator ( % )

Grafik 4.6 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0.009 dan 3 Diameter Runner terhadap Daya Generator dan Beban Generator 25 20 15 10 5 0 0

10

20

30

40



Grafik 4.7 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0.006 dan Diameter Runner terhadap Efisiensi Generator dan Beban Generator

Efisiensi Generator ( % )

55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

10

20

30

40



Grafik 4.8 Perbandingan Pengaruh Variasi Diameter Nozzle 0.009 dan Diameter Runner terhadap Efisiensi Generator dan Beban Generator


100 Runner 0.15 m

90

Runner 0.17 m

80

Runner 0.19 m

70 60 50 40 0.72

0.73

0.74

0.75

0.76

0.77

0.78

Rasio Kecepatan ( ϕ ) 68


Grafik 4.9 Perbandingan Efisiensi Turbin vs Rasio Kecepatan Aktual Hasil Pengujian pada diameter 0.006 m


100 90 80 70 60

Runner 0.17 m Runner 0.15 m

50

Runner 0.19 m

40

0.87

0.88

0.89

0.9

0.91

0.92

0.93

Rasio Kecepatan ( ϕ ) Grafik 4.10 Perbandingan Efisiensi Turbin vs Rasio Kecepatan Aktual Hasil Pengujian pada diameter nozzle 0.009 m


100 Runner 0.17 m

90 80

Runner 0.15 m

Runner 0.19 m

70 60 50

45

46

47

48

49

50

Daya Turbin ( watt ) Grafik 4.11 Perbandingan Efisiensi Turbin vs Daya Turbin Aktual Hasil Pengujian pada diameter nozzle 0.006 m

69



100 90 80 70 Runner 0.15 m

60 Runner 0.19 m

50

Runner 0.17 m

40 7

8

9

10

11

12

Daya Turbin ( watt ) Grafik 4.12 Perbandingan Efisiensi Turbin vs Daya Turbin Aktual Hasil Pengujian pada diameter nozzle 0.009 m

70


Grafik Performa Turbin ditunjukkan pada Grafik 4.1 hingga Grafik 4.4 yang menunjukkan pengaruh variasi diameter nozzle dengan 3 diameter runner dan juga sebaliknya terhadap daya dan efisiensi model Turbin Pelton. Dari grafik dapat dilihat memiliki kecenderungan yang sama yaitu diameter runner terkecil ( 0,15 m ) menghasilkan daya terbesar dan efisiensi terbaik. Grafik Performa Generator disajikan pada Grafik 4.5 hingga Grafik 4.8 yang menunjukkan pengaruh variasi diameter nozzle dengan 3 diameter runner dan juga sebaliknya terhadap daya dan efisiensi Generator model Turbin Pelton. Dari grafik dapat dilihat memiliki kecenderungan yang sama yaitu pasangan variasi diameter runner dan diameter runner menghasilkan daya dan efisiensi Generator terbaik saat beban 20 watt dan menurun saat beban ditambah. Hal ini disebabkan karena belum adanya alat yang digunakan untuk menjaga voltase pada sistem Generator. Grafik Karakteristik Turbin Pelton dengan Head dan Bukaan Katub Tetap disajikan pada Grafik 4.9 dan 4.10 untuk Rasio Kecepatan vs Efisiensi Turbin, serta pada Grafik 4.11 dan 4.12 untuk Daya Turbin vs Efisiensi Turbin. Dari grafik dapat dilihat memiliki kecenderungan yang sama dengan teori yang sudah ada yaitu efisiensi turbin akan terus naik sebanding dengan kenaikan rasio kecepatannya, hingga mencapai efisiensi maksimal ( 100 % ) pada rasio kecepatan 0.46. setelah mencapai efisiensi maksimal, efisiensi turbin akan cenderung turun berbanding terbalik dengan rasio kecepatannya. Begitu juga dengan Grafik Daya Turbin vs Efisiensi Turbin yaitu untuk setiap variasi diameter nozzle dan diameter runner memiliki kecenderungan yang sama yaitu semakin tinggi efisiensi turbin akan semakin besar pula daya yang dihasilkan. 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari pengujian yang telah dilakukan pada model Turbin Pelton di Lab Fluida Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya dapat disimpulkan bahwa variasi diameter nozzle dan diameter runner berpengaruh terhadap Daya dan Efisiensi sebagai berikut : 1. Model turbin pelton dengan variasi diameter nozzle 0.006 m dan diameter runner 0.15 m menghasilkan daya mekanik / output turbin terbesar yaitu 49.53 watt dengan efisiensi turbin terbaik 87.97 %. 2. Model turbin pelton dengan variasi diameter nozzle 0.006 m dan diameter runner 0.15 m menghasilkan daya generator / hasil pengukuran terbesar yaitu 10.56 watt. 3. Model turbin pelton dengan variasi diameter nozzle 0.009 m dan diameter runner 0.15 m

4.

5.

menghasilkan efisiensi generator terbaik yaitu 52.43 % Pada pengujian model turbin pelton, efisiensi turbin terbaik yaitu 87.97 % dengan rasio kecepatan 0.74 kemudian turun hingga 83.49 % dengan kenaikan rasio kecepatan 0.76. Pada pengujian model turbin pelton, efisiensi turbin mengalami kenaikan untuk diameter nozzle 0.006 m dan 0.009 dipasangkan dengan ketiga variasi diameter runner dari keadaan awalnya.

5.2. Saran Model turbin pelton yang ada di Lab Fluida Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya saat ini masih sangat memungkinkan untuk dilakukan pengembangan untuk lebih menyempurnakan desain yang sudah ada. Beberapa pengembangan yang masih dapat dilakukan terkait : 1. Sistem perpipaan yang dapat dibuat lebih rapi dan ringkas sehingga diharapkan rugi – rugi lebih dapat diperkecil kembali. 2. Dapat digunakan variasi bukaan katup input nozzle dengan menambahkan butterfly valve. 3. Cover dari rumah turbin dapat dibuat lebih bersih dan ringkas sehingga diharapkan proses putaran turbin dapat dilihat dan diteliti lebih mudah. 4. Dapat digunakan pompa air dengan kapasitas aliran / debit air yang lebih besar dari kapasitas saat ini sehingga diharapkan daya dan efisiensi yang dihasilkan dapat semakin besar dan baik. Upaya pengembangan ini model turbin pelton di Lab Fluida Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya dapat terus dilakukan, supaya Mahasiswa/I sebagai pemakai alat uji diharapkan dapat melakukan pengujian praktikum menggunakan alat uji yang sebaik mungkin. Selain itu, pengembangan dari penelitian yang telah dilakukan dapat membantu Mahasiswa/I untuk lebih berpikir luas tentang kemungkinan pengembangan alat uji turbin pelton ini.

6 DAFTAR PUSTAKA Bono dan Indarto. 2008. Karakterisasi Daya Turbin Pelton Mikro Dengan Variasi Bentuk Sudu. Jurnal Penelitian. Yogyakarta: Pascasarjana Universitas Gadjah Mada. Dugdale. R.H. 1981. Fluid Mechanics. Third Edition. London: George Godwin. Ltd. Diterjemahkan oleh: Ir. Priambodo. 1986. Mekanika Fluida. Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga.

71


Flender. Technical Handbook. Giles, Renald V. B.S., M.S. in C.E. 1977. Theory and Problem of Fluid Mechanics and Hidraulics ( SIMetric ). Second Edition. New York: McGraw-Hill. Inc. Diterjemahkan oleh Ir. Hermawan Widodo Soemitro. 1990. Mekanika Fluida dan Hidraulika. Edisi Kedua ( SI-Metrik ). Jakarta: Erlangga. Mudji Sartono, B. Elemen Mesin. Surakarta: ATMI Press. Streeter, Victor L and Wylie, E. Benjamin. 1985. Fluids Mechanics. Eighth Edition. New York: McGraw-Hill.Inc. Diterjemahkan oleh Prijoko Arko, M.S.E. 1988. Mekanika Fluida. Edisi Kedelapan. Jilid 2. Jakarta: Erlangga.

Sudibyo, B. Kekuatan Dan Tegangan Ijin. Surakarta: ATMI Press. Sudibyo, B. Poros Penyangga dan Poros Transmisi. Surakarta: ATMI Press. Sularso dan Kiyokatsu Suga. 1994. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Cetakan Kedelapan. Jakarta: Pradnya Paramita Susatyo, Anjar. 2003. Perancangan Turbin Pelton. Jurnal Penelitian. Bandung: Pusat Penelitian Informatika – LIPI Sutomo dan Arief Budiman. 2014. Eksperimental Bentuk Sudu Turbin Pelton Setengah Silinder Pada Variasi Sudut Keluaran Air Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Picohydro. Jurnal penelitian. Madiun: Fakultas Teknik Universitas Merdeka Madiun

72

KAJI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI DIAMETER NOZZLE DAN DIAMETER RUNNER TERHADAP DAYA DAN EFISIENSI MODEL TURBIN PLETON

Recommend Documents