Pengaruh Variasi Sudut Datang Pipa Pancar dan Debit Air Terhadap Unjuk Kerja Turbin Arus Lintang Tingkat ke Dua

55 Pengaruh Variasi Sudut Datang Pipa Pancar dan Debit Air Terhadap Unjuk Kerja Turbin Arus Lintang Tingkat ke Dua Domingos de Sousa Freitas Latar Belakang Secara geografis kondisi Negara Timor Leste adalah perbukitan dan memiliki hutan dengan curah hujan yang tinggi dan kondisi topografi yang bergunung-gunung dengan aliran sungai yang berpotensi untuk dikembangkan sebagai pembangkit tenaga listrik.Potensi ini sebagian besar tersebar di daerah pedesaan, sementara diperkirakan masih banyak penduduk desa yang belum menikmati energi listrik sehingga sangat tepat untuk mengembangkan pembangkit tenaga listrik. Sesuai studi kelayakan yang telah dilakukan sebelumnya oleh Asia Development Bank (ADB), Bank Asia Pembangunan sudah mengidentifikasi ada lima lokasi hydropower yang berpotensi untuk mengembangkan hydro power di Timor Leste, jika dibangun maka kapasitasnya mencapai 80 MW dan suplai energy tahunan 434 Gwh. Yang sangat layak berdasarkan dari survey ini adalah perencanaan biaya pembangkitan untuk proyek hydropower di Ira Lalaro kapasitasnya 27 MW.Hasil yang diharapkan yaitu bahwa tingginya faktor kapasitas tahunan mencapai 80%. Selain itu masih ada beberapa tempat yang memiliki potensi lain untuk pengembangan mini dan micro hydro sehingga daerah pelosok bisa terjangkau oleh listrik, EDTL (The Electrification of East Timor), Power Sector Master Plan for Timor Leste; 2003. Lokasi yang bisa dibangun hydropower sesuai penelitian tersebut antara lain; Ira Lalaro (27MW), Gari Wai sudah dibangun mensuplai energy listrik dengan kapasitas (350KW); Baucau (300KW), Gleno (30-40MW), Belulic (14MW) dan Laclo I (9-10MW), Laclo II dan III (40MW) sesuai laporan studi kelayakan yang sudah dilakukan tahun 2005 penawaran dokumen untuk ranking proyek pada pertengahan tahun 2005 (EDTL 2003). Akhir-akhir ini, Micro hydro menarik perhatian karena sumber energinya bersih, dapat diperbaharui dan pengembangan kedepan cukup baik.Namun, tipe turbin harus sesuai dengan kondisi tempat dimana turbin ditempatkan dan juga perlu dikaji terhadap tipe turbin yang efektif. Disamping itu juga, biaya produksi relatif tinggi dengan struktur kompleks adalah kendala terbesar untuk mengembangkan Micro hydro. Turbin arus lintang (Cross-Flow) diadopsi karena memiliki struktur relatif sederhana (Yong-Do Choi). Telah banyak kajian sebelumnya dilakukan oleh para peneliti untuk turbin arus lintang (Cross-Flow) dengan tujuan untuk menentukan konfigurasi optimal turbin dengan metode eksperimen dan numerik. Yong-Do Choi, et el, menggunakan analisis CFD menganalisa pengaruh konfigurasi struktural turbin pada performace dan karakteristik alir internal dari model turbin arus lintang (Cross-Flow). Hasil menunjukkan bahwa bentuk nozzel, sudut runner blade dan jumlah runner blade sangat terkait dengan performace dan alir internal turbin, dimana lapisan udara dalam turbin berperan sangat penting dalam meningkatkan performace turbin. Mockmore, et el, telah menggunakan metode analisis teoritis satu dimensi dan eksperimen. Junichiro Fukutomi, ReiNakamura, kajian dalam penelitian ini adalah pengaruh sudut dan panjang inlet guide vane pada performance Turbin Cross Flow. Dengan memasang guide vane dari satu lembar dalam sisi divisi lidah dalam bagian isapan, performance Turbin Cross Flow menjadi lebih bertekanan tinggi dan efisiensi tinggi dibandingkan tanpa guide vane. Barglazan, M, penelitian yang dilakukan adalah selalu melakukan pengamatan dan modifikasi pada bagian mekanis turbin, dengan melakukan modifikasi pipa pancar. Penelitian yang lain adalah mengenai modifikasi radius sudu. Sedangkan penelitian-penelitian sebelumnya yang belum dilakukan adalah pengaruh variasi sudut datang pipa pancar yang langsung diarahkan pada tingkat kedua. Dari penjelasan diatas Penelitian yang akan penulis lakukan adalah Pengaruh variasi sudut datang pipa pancar dan debit air terhadap unjuk kerja turbin arus lintang tingkat kedua, dengan harapan mendapatkan efisiensi yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan turbin arus lintang yang telah dimanfaatkan saat ini.Turbin ini juga akan bekerja pada putaran yang lebih stabil. Kestabilan putaran ini 380

dibutuhkan untuk kualitas listrik yang dihasilkan generator jauh lebih baik, Namun juga antara kecepatan dan distribusi tekanan pada keluaran aliran, diuji dengan variasi sudut nozzel, debit air, dan beban. Daya output dievaluasi dari distribusi tekanan terhitung pada runner blade untuk mengkaji efek saluran pengarah pada runner turbin. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk Menstabilkan Putaran Turbin dan Meningkatkan efisiensi dari Turbin Cross Flow dengan mendesain saluran pengarah Pancaran Air (Water Jet) ke sudu masuk tingkat kedua. Penelitian Terdahulu Barglazan (2005), melakukan penelitian yang dikonsentrasikan pada bagian utama turbin arus lintang, khususnya radial runner dan bentuk nosel pemancar air. Juga dikembangkan sebuah perangkat lunak untuk merancang sebuah turbin arus lintang, dimana beberapa parameter harus dimasukkan dan masih ada beberapa perhitungan yang harus dilakukan dimana hasil perhitungan tersebut harus dimasukkan dalam masukkan perangkat lunak.Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan turbin arus lintang yang lebih efisien, tetapi penambahan efisiensi tidak terlalu signifikan. Sylvain ANTHEAUME, et al. (2007), penelitiannya mengenai pendekatan modeling innovatif untuk mengetahui efisiensi cross flow turbin air perkebunan. Tujuan dari penelitian ini adalah agar lebih memahami dan mengembankan teknologi yang cocok untuk perkebunan dengan tenaga hydroelectric laut atau sungai guna menaikkan air ke tower menggunakan turbin air cross flow atau jenis lain untuk mengetahui jenis turbin yang lebih efisien yang bisa menaikkan air ke tower. Yong-Do CHO,I et al. (2008), melakukan penelitian tentang turbin arus lintang (cross-flow) dengan proses simulasi CFD.Tujuan dari studi ini adalah untuk mengetahui pengaruh dari konfigurasi struktur turbin terhadap unjuk kerja dan karakterisitik aliran didalam turbin sebuah model turbin arus lintang dengan memanfaatkan analisis CFD.Hasil yang didapatkan adalah bahwa bentuk nosel, sudut sudu turbin dan jumlah sudu turbin sangat berhubungan dengan unjuk kerja dan karakteristik aliran didalam turbin. H. Muhammad, et al. (2009), tentang studi eksperimental perancangan turbin air terapung tipe helical blades untuk pembangkit tenaga listrik pada aliran bebas dan bekerja pada air dengan head rendah. Perencanaan mengcakup dengan mengikutsertakan strip dari sudu turbin.Effisiensi turbin yang dianalisa dengan menggunakan rumus empiris.Putaran turbin dihitung dengan variasi sudut trips (450, 90, dan 1350.Hasil yang diperoleh sangat baik memprediksi phenomena putaran dan efisiensi kerja turbin tipe jenis silang (cross flow turbine) dengan daun rotor silang (Gorlov Helical Turbine).Selanjutnya berdasarkan hasil pengujian perubahan sudut kemiringan strip pada blade rotor memiliki pengaruh terhadap putaran dan efisiensi turbin.Parameter umum yang mempengaruhi efisiensi turbin adalah; bentuk dari sudu turbin kurang bagus, seksi melintang dari turbin, dan kecepatan aliran air. C.A. Consul, et al. (2009), malakukan penelitian terhadap pengaruh kepadatan performance dari turbin cross flow. Tujuan dari penelitian adalah pengaruh kepadatan terhadap hidrodinamika yang umum terjadi pada pasang surut turbin cross flow.Aliran melewati dua dan empat sudu turbin yang disimulasikan pada suatu laboratorium Angka Reynold Tinggi, 0 (105).Hasil yang diperoleh kepadatan turbin adalah 0.019 dan 0.038. Turbin Arus Lintang Sampai saat ini, jenis turbin air yang umum dipakai ada dari jenis yang bukan arus lintang (non-cross flow).Dewasa ini perhatian dialihkan pada jenis turbin arus lintang terutama untuk proyek hidro kecil di negara yang kurang berkembang.Oleh sebab itu menarik sekali potensi dari turbin arus lintang ini untuk dipelajari. Bentuk desain yang sederhana, menyebabkan mudah untuk dimengerti cara kerjanya dan mudah pula dibuat di bengkel yang sederhana. The National Rural Electric Cooperative Association melaporkan

381

bahwa turbin jenis arus lintang sudah dipasang di beberapa daerah pedesaan dan daerah terpencil di Pakistan, Nepal, Peru, Philipina dan Thailand Karlis AD. (2000). Persamaan Bernoulli Untuk Fluida Ideal Persamaan Bernoulli untuk fluida ideal menyatakan hukum kekekalan energi pada fluida. Dalam mendapatkan persamaan Bernoulli terdapat asumsi-asumsi yang harus diperhatikan antara lain fluida dengan aliran steady, tidak memiliki viskositas (frictionless flow), massa jenis fluida (ρ) konstan (incompressible), sehingga tidak ada kehilangan energi selama fluida mengalir. Persamaan Bernouli dapat dinyatakan sebagai berikut: 1. +   22+    . konstan (Çengel 2001, 456)

Jika persamaan diatas dibagi dengan percepatan gravitasi (g) maka akan didapat salah satu ruas dari persamaan Bernoulli yang mempunyai arti Head.Head adalah energi fluida tiap satuan berat fluida. Sehingga persamaan Head-nya menjadi 2. . +   22. +

= Total head (H) = konstan (Çengel, 2001:456)

dengan : P = Tekanan statis fluida (N/m2) V = Kecepatan fluida (m/s) g = Percepatan gravitasi (m/s2) z = Elevasi terhadap datum yang sama(m) ρ = Massa jenis fluida (kg/m3)

Persamaan Kontinuitas Merupakan suatu persaman matematis mengenai jumlah netto massa fluida mengalir dalam permukaan terbatas sama dengan massa dalam permukaan itu. Volume fluida masuk adalah sama dengan volume fluida pada aliran keluar. 3. ρ.V.A = konstan (Çengel, 2001:520)  = ρ1.A1.V1 = ρ2.A2.V2 (Çengel, 2001:524)

4.   = massa alir (kg/s) ρ = massa jenis (kg/m3) A = Luas penampang (m2) V = Kecepatan rata-rata pada penampang (m/s)

Unjuk kerja meliputi daya dan efisiensi. Rumusan dari unjuk kerja adalah : 382

Brake Horse Power (BHP) =  2  .  . 60  ,  ( ) dengan : n = Kecepatan putar turbin (rpm) T = Torsi (Nm) Water Horse Power (WHP)

=  

 ,   32 =    .  .  .   3600  ,  (

)

dengan : V = Volume (m3) t = Waktu (s) ρ = Massa jenis air (kg/m3) g = Percepatan gravitasi (m/s2) Q = Debit air (m3/s) H = Head drop turbin (m) Effisiensi

η=

 .100%

Metode Penelitian Penelitian ini menggunakan metode penelitian eksperimental (true experimental research). Dalam hal ini perangkat penelitian dibuat dalam skala laboratorium. Adapun literatur buku dan jurnal ilmiah yang relevan dengan masalah yang diteliti diperlukan sebagai bahan pendukung. Variabel Penelitian Variabel yang digunakan dalam penelitian ini ada tiga macam yaitu: Variabel bebas (independent variable) Variabel bebas adalah variabel yang bebas ditentukan nilainya oleh peneliti sebelum melakukan penelitian. Dalam penelitian ini variabel bebas yang digunakan adalah: • Debit Air Dengan variasi debit air sebesar : 2 liter/s, 3 liter/s, 3.5 liter/s, dan 4 liter/s Variabel terikat (dependent variable) Variabel terikat adalah variabel hasil yang besarnya tidak dapat ditentukan oleh peneliti, nilai dari variabel ini tergantung pada nilai dari variabel bebasnya. Variabel terikat yang diamati dalam penelitian ini adalah: • Efisiensi Variabel terkontrol Variabel terkontrol adalah variabel yang ditentukan oleh peneliti, dan nilainya dikondisikan konstan. Variabel yang dikontrol dalam penelitian ini adalah: 383

• Variasi sudut pipa pancar; 30°, 45°, 60o, dan 70o Peralatan penelitian Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah : 1. Runner Turbin Arus Lintang Runner meliputi 3 bagian utama, yaitu poros turbin, cakram turbin diameter luar 20 cm, diameter dalam 11cm, dengan bahan plat baja setebal 4mm, dan sudu yang berjumlah 20 buah, panjang sudu 2 cm, tebal sudu 2 mm, dengan bahan plat baja dipasang sekeliling cakram. Sedangkan plat penutup sudu terbuat dari akrilik yang transparan, setebal 3mm. Gambar 1 – Runner Turbin Arus Lintang

2. Nosel/Pipa Pancar Gambar 2 – Pipa Pancar dan pancaran air

Nosel yang dipakai mempunyai ukuran penampang 2 x 2cm2, terbuat dari akrilik setebal 1 mm.

384

3. Rumah turbin, rumah turbin dibutuhkan untuk melindungi pancaran air yang dihasilkan saat terjadinya putaran runner. Gambar 3 – Rumah Turbin

Gambar 4 – Instalasi Penelitian

Gambar 5 – Sudut Pipa Pancar 300

385

Hasil dan Pembahasan Hasil pengolahan data pada pengujian pengaruh variasi sudut datang pipa dan debit air pada unjuk kerja turbin arus lintang tingkat kedua ini dapat diperlihatkan dalam bentuk grafik hubungan antara variasi sudut datang pipa pancar dan debit air dengan efisiensi dari turbin arus lintang pada tingkat kedua. Tabel 1 – Variasi debit air

Gambar 5.1 – Pengaruh variasi debit air terhadap efisiensi dari unjuk kerja turbin arus lintang dengan tiap-tiap variasi sudut datang pipa pancar pada turbin arus lintang tingkat kedua 386

Gambar 5.1 yang diperlihatkan tersebut diatas adalah grafik pengaruh variasi debit air terhadap efisiensi dari unjuk kerja turbin arus lintang dengan tiap-tiap variasi sudut datang pipa pancar pada turbin arus lintang tingkat kedua, dari grafik diatas dapat dilihat bahwa dengan membuat pipa pancar diarahkan ke tingkat kedua akan mempengaruhi pola aliran di dalam runner karena jet keluaran yang langsung diarahkan ke tingkat kedua, sehingga torsi yang diberikan pada tingkat kedua akan meningkat sehingga efisiensinya lebih besar. Disini, pengujian yang dilakukan dengan variasi sudut datang pipa pancar dan debit air.Pengujian yang dilakukan ada 4 perbedaan bukaan katup 25%, 50% 75% dan 100% dan tentunya setiap pembukaan katup dari minimum hingga bukaan katup maksimum ada terjadi perbedaan laju aliran dan debit air yang dihasilkan. Dari masing-masing bukaan katup dari minimum dapat menghasilkan debit air yang terkecil dan bukaan katup maksimum pada beban 1 efisiensi turbin terjadi Peningkatan. Peningkatan efisiensi juga sebanding dengan kenaikan variasi debit air. Pada debit air yang bervariasi bukaan katup minimum hingga maksimum. Pada bukaan katup maksimum terdapat kecenderungan peningkatan efisiensi pada tiap-tiap pengujian.ini disebabkan karena pada variasi sudut pipa pancar menyebabkan perubahan arah jet keluaran tingkat kedua yang bervariasi pula. Akibatnya momentum akan bertambah, dan torsi yang diberikan pada tingkat kedua ini juga akan meningkat, sehingga terjadi peningkatan pada daya turbin, semakin besar debit air yang diberikan akan meningkatan putaran turbin, maka akan semakin tinggi pula pembebanan yang harus diberikan, sehingga efisiensinya akan meningkat. Dari grafik 5.1 terlihat bahwa dari variasi sudut air masuk sudu sebesar 30° pada bukaan katup maksimum efisiensinya meningkat dibandingkan dengan sudut air masuk sudu lebih besar atau lebih kecil dari 300. Hal ini disebabkan energi kecepatan air masuk sudu runner lebih banyak termanfaatkan karena air menumbuk tepat bagian depan sudu akibatnya torsi yang diberikan pada tingkat kedua ini juga akan meningkat sehingga efisiensi juga akan meningkat. Oleh sebab itu dengan membuat pipa pancar yang diarahkan ketingkat kedua akan menghasilkan torsi yang lebih stabil dan efisiensi turbin arus lintang (Cross Flow–Banki) meningkat, kestabilan putaran ini dibutuhkan untuk kualitas listrik yang dihasilkan generator jauh lebih baik. 387

Pengaruh variasi debit air terhadap unjuk kerja turbin arus lintang tingkat kedua pada beban 2 dapat dijelaskan dengan melalui gambar grafik berikut ini. Gambar 5.2 – Pengaruh variasi debit air terhadap efisiensi dari unjuk kerja turbin arus lintang dengan tiap-tiap variasi sudut datang pipa pancar pada turbin arus lintang tingkat kedua

Gambar 5.2 yang diperlihatkan tersebut diatas adalah grafik pengaruh variasi debit air terhadap efisiensi dari unjuk kerja turbin arus lintang dengan tiap-tiap variasi sudut datang pipa pancar pada turbin arus lintang tingkat kedua, dari grafik diatas dapat dilihat bahwa dengan membuat pipa pancar diarahkan ke tingkat kedua akan mempengaruhi pola aliran di dalam runner karena jet keluaran yang langsung diarahkan ke tingkat kedua, sehingga torsi yang diberikan pada tingkat kedua akan meningkat sehingga efisiensinya lebih besar. Disini, pengujian yang dilakukan dengan variasi sudut datang pipa pancar dan debit air.Pengujian yang dilakukan ada 4 perbedaan bukaan katup 25%, 50% 75% dan 100% dan tentunya setiap pembukaan katup dari minimum hingga bukaan katup maksimum ada terjadi perbedaan laju aliran dan debit air yang dihasilkan. Dari masing-masing bukaan katup dari minimum dapat menghasilkan debit air yang terkecil dan pada bukaan katup maksimum pada beban 2 efisiensi turbin terjadi Peningkatan. Peningkatan efisiensi juga sebanding dengan kenaikan variasi debit air. Pada debit air yang bervariasi bukaan katup minimum hingga maksumum. Pada bukaan katup maksimum terdapat kecenderungan peningkatan efisiensi pada tiap-tiap pengujian.ini disebabkan karena pada variasi sudut pipa pancar menyebabkan perubahan arah jet keluaran tingkat kedua yang bervariasi pula. Akibatnya momentum akan bertambah, dan torsi yang diberikan pada tingkat kedua ini juga akan meningkat, sehingga terjadi peningkatan pada daya turbin, semakin besar debit air yang diberikan akan meningkatan putaran turbin, maka akan semakin tinggi pula pembebanan yang harus diberikan, sehingga efisiensinya akan meningkat. Dari grafik 5.2 terlihat bahwa dari variasi sudut air masuk sudu sebesar 30° pada bukaan katup maksimum efisiensinya meningkat dibandingkan dengan sudut air masuk sudu lebih besar atau lebih kecil dari 300. Hal ini disebabkan energi kecepatan air masuk sudu runner lebih banyak termanfaatkan dan terarah karena air menumbuk tepat bagian depan sudu akibatnya torsi yang diberikan pada tingkat kedua ini juga akan 388

meningkat sehingga efisiensi juga akan meningkat. Oleh sebab itu dengan membuat pipa pancar yang diarahkan ketingkat kedua akan menghasilkan torsi yang lebih stabil dan efisiensi turbin arus lintang (Cross Flow–Banki) meningkat, kestabilan putaran ini dibutuhkan untuk kualitas listrik yang dihasilkan generator jauh lebih baik. Pengaruh variasi debit air terhadap unjuk kerja turbin arus lintang tingkat kedua pada beban 3 dapat dijelaskan dengan melalui gambar grafik berikut ini. Gambar 5.3 – Pengaruh variasi debit air terhadap efisiensi dari unjuk kerja turbin arus lintang dengan tiap-tiap variasi sudut datang pipa pancar pada turbin arus lintang tingkat kedua

Gambar 5.3 yang diperlihatkan tersebut diatas adalah grafik pengaruh variasi debit air terhadap efisiensi dari unjuk kerja turbin arus lintang dengan tiap-tiap variasi sudut datang pipa pancar pada turbin arus lintang tingkat kedua, dari grafik diatas dapat dilihat bahwa dengan membuat pipa pancar diarahkan ke tingkat kedua akan mempengaruhi pola aliran di dalam runner karena jet keluaran yang langsung diarahkan ke tingkat kedua, sehingga torsi yang diberikan pada tingkat kedua akan meningkat sehingga efisiensinya lebih besar. Disini, pengujian yang dilakukan dengan variasi sudut datang pipa pancar dan debit air.Pengujian yang dilakukan ada 4 perbedaan bukaan katup 25%, 50% 75% dan 100% dan tentunya setiap pembukaan katup dari minimum hingga bukaan katup maksimum ada terjadi perbedaan laju aliran dan debit air yang dihasilkan. Dari masing-masing bukaan katup dari minimum dapat menghasilkan debit air yang terkecil dan pada bukaan katup maksimum pada beban 3 efisiensi turbin terjadi Peningkatan. Peningkatan efisiensi juga sebanding dengan kenaikan variasi debit air. Pada debit air yang bervariasi bukaan katup minimum hingga maksimum. Pada bukaan katup maksimum terdapat kecenderungan peningkatan efisiensi pada tiap-tiap pengujian.ini disebabkan karena pada variasi sudut pipa pancar menyebabkan perubahan arah jet keluaran tingkat kedua yang bervariasi pula. Akibatnya momentum akan bertambah, dan torsi yang diberikan pada tingkat kedua ini juga akan meningkat, sehingga terjadi peningkatan pada daya turbin, semakin besar debit air yang diberikan akan meningkatan putaran turbin, maka akan semakin tinggi pula pembebanan yang harus diberikan, sehingga efisiensinya akan meningkat. 389

Dari grafik 5.3 terlihat bahwa dari variasi sudut air masuk sudut sebesar 30° pada bukaan katup maksimum efisiensinya meningkat dibandingkan dengan sudut air masuk sudu lebih besar atau lebih kecil dari 300. Hal ini disebabkan energi kecepatan air masuk sudu runner lebih banyak termanfaatkan karena air menumbuk tepat bagian depan sudut akibatnya torsi yang diberikan pada tingkat kedua ini juga akan meningkat sehingga efisiensi juga akan meningkat. Oleh sebab itu dengan membuat pipa pancar yang diarahkan ketingkat kedua akan menghasilkan torsi yang lebih stabil dan efisiensi turbin arus lintang (Cross Flow–Banki) meningkat, kestabilan putaran ini dibutuhkan untuk kualitas listrik yang dihasilkan generator jauh lebih baik. Pengaruh variasi debit air terhadap unjuk kerja turbin arus lintang tingkat kedua pada beban 4 dapat dijelaskan dengan melalui gambar grafik berikut ini. Gambar 5.4 – Pengaruh variasi debit air terhadap efisiensi dari unjuk kerja turbin arus lintang dengan tiap-tiap variasi sudut datang pipa pancar pada turbin arus lintang tingkat kedua

Gambar 5.4 yang diperlihatkan tersebut diatas adalah grafik pengaruh variasi debit air terhadap efisiensi dari unjuk kerja turbin arus lintang dengan tiap-tiap variasi sudut datang pipa pancar pada turbin arus lintang tingkat kedua, dari grafik diatas dapat dilihat bahwa dengan membuat pipa pancar diarahkan ke tingkat kedua akan mempengaruhi pola aliran di dalam runner karena jet keluaran yang langsung diarahkan ke tingkat kedua, sehingga torsi yang diberikan pada tingkat kedua akan meningkat sehingga efisiensinya lebih besar. Disini, pengujian yang dilakukan dengan variasi sudut datang pipa pancar dan debit air.Pengujian yang dilakukan ada 4 perbedaan bukaan katup 25%, 50% 75% dan 100% dan tentunya setiap pembukaan katup dari minimum hingga bukaan katup maksimum ada terjadi perbedaan laju aliran dan debit air yang dihasilkan. Dari masing-masing bukaan katup dari minimum dapat menghasilkan debit air yang terkecil dan pada bukaan katup maksimum pada beban 4 efisiensi turbin terjadi Peningkatan. Peningkatan efisiensi juga sebanding dengan kenaikan variasi debit air. Pada debit air yang bervariasi bukaan katup minimum hingga maksimum. Pada bukaan katup maksimum terdapat kecenderungan 390

peningkatan efisiensi pada tiap-tiap pengujian.Ini disebabkan karena pada variasi sudut pipa pancar menyebabkan perubahan arah jet keluaran tingkat kedua yang bervariasi pula. Akibatnya momentum akan bertambah, dan torsi yang diberikan pada tingkat kedua ini juga akan meningkat, sehingga terjadi peningkatan pada daya turbin, semakin besar debit air yang diberikan akan meningkatan putaran turbin, maka akan semakin tinggi pula pembebanan yang harus diberikan, sehingga efisiensinya akan meningkat. Dari grafik 5.4 terlihat bahwa dari variasi sudut air masuk sudu sebesar 30° menghasilkan efisiensi tertinggi jika dibandingkan dengan sudut air masuk sudu lebih besar atau lebih kecil dari 300. Hal ini disebabkan energi kecepatan air masuk sudu runner lebih banyak termanfaatkan karena air menumbuk tepat bagian depan sudu akibatnya torsi yang diberikan pada tingkat kedua ini juga akan meningkat sehingga efisiensi juga akan meningkat. Oleh sebab itu dengan membuat pipa pancar yang diarahkan ketingkat kedua akan menghasilkan torsi yang lebih stabil dan efisiensi turbin arus lintang (Cross Flow–Banki) meningkat, kestabilan putaran ini dibutuhkan untuk kualitas listrik yang dihasilkan generator jauh lebih baik. Pengaruh variasi sudut datang pipa pancar terhadap unjuk kerja turbin arus lintang tingkat kedua pada beban 1 dapat dijelaskan dengan melalui gambar grafik berikut ini. Gambar 5.5 – Pengaruh variasi debit air terhadap efisiensi dari unjuk kerja turbin arus lintang dengan tiap-tiap variasi sudut datang pipa pancar pada turbin arus lintang tingkat kedua.

Dari Gambar 5.5 dapat dilihat bahwa dengan adanya supply air yang dipompakan melewati pipa pancar mengakibatkan adanya pancaran air yang mengenai sudu turbin akan timbuk gaya dorong atau tumbukan. Pancaran air ini akan menumbuk dan mendorong turbin sehingga turbin tersebut berputar. Arah dari pancaran air tersebut akan belok, dengan demikian terjadi perubahan besaran air yang bergerak. Pancaran air yang mengenai sudu turbin itu menggerakkan roda turbin cross flow dengan kecepatan u. Sehingga pada sudut nosel yang sama dan pada bukaan katup yang bervariasi terdapat kecenderungan peningkatan efisiensi pada tiap-tiap pengujian dengan variasi sudut pipa pancar, juga terjadi peningkatan putaran dan debit air Q (liter/s) tetapi mengakibatkan tekanan (Bar) menurun hal ini disebabkan karena pada variasi sudut pipa pancar menyebabkan perubahan arah keluar tingkat pertama (dapat dijelaskan dengan segitiga 391

kecepatan), karena gaya yang bekerja pada fluida kerja sehingga menyebabkan terjadinya perubahan kecepatan dan momentum akan bertambah, dan torsi yang diberikan pada tingkat kedua ini juga akan meningkat, sehingga meningkatkan daya pada turbin, semakin besar debit air yang diberikan pada putaran yang bervariasi, maka akan semakin tinggi pula torsi yang harus diberikan, sehingga efisiensinya akan meningkat. Dari grafik 5.5 terlihat bahwa dari variasi sudut air masuk sudu sebesar 30° menghasilkan efisiensi tertinggi jika dibandingkan dengan sudut air masuk sudu lebih besar atau lebih kecil dari 300.Hal ini disebabkan energi kecepatan air masuk sudu runner lebih banyak termanfaatkan.Namun disini ada terjadi suatu perubahan pada sudut nosel 450 pada beban F1 (N) putaran turbin dan debit air menurun dan efisiensinya juga menurun tetapi penurunannya efisiensinya tidak signikan. Pada sudut nosel 600, dan 700 memiliki efisiensi yang paling kecil jika dibandingkan dengan variasi sudut yang lain. Hal ini disebabkan karena pada sudut air masuk sebesar 60° dan 700 debit air (liter/s) menurun sehingga torsi yang dihasilkan kecil, karena aliran air masuk mengenai sudu bukan menambah torsi tetapi justru membebani, karena jet air justru menumbuk bagian belakang sudu.Inilah yang diduga menjadi salah satu penyebab ketidak stabilan putaran turbin. Pengaruh variasi sudut datang pipa pancar terhadap unjuk kerja turbin arus lintang tingkat kedua pada beban 2 dapat dijelaskan dengan melalui gambar grafik berikut ini. Gambar 5.6 – Pengaruh variasi debit air terhadap efisiensi dari unjuk kerja turbin arus lintang dengan tiap-tiap variasi sudut datang pipa pancar pada turbin arus lintang tingkat kedua

Dari Gambar 5.6 dapat dilihat bahwa pada sudut nosel yang sama dan pada bukaan katup yang bervariasi terdapat kecenderungan peningkatan efisiensi pada tiap-tiap pengujian dengan variasi sudut pipa pancar, juga terjadi peningkatan putaran dan debit air Q (liter/s) tetapi mengakibatkan tekanan (Bar) menurun hal ini disebabkan karena pada variasi sudut pipa pancar menyebabkan perubahan arah keluar tingkat pertama 392

(dapat dijelaskan dengan segitiga kecepatan), karena gaya yang bekerja pada fluida kerja sehingga menyebabkan terjadinya perubahan kecepatan dan momentum akan bertambah, dan torsi yang diberikan pada tingkat kedua ini juga akan meningkat, sehingga meningkatkan daya pada turbin, semakin besar debit air yang diberikan pada putaran yang bervariasi, maka akan semakin tinggi pula torsi yang harus diberikan, sehingga efisiensinya akan meningkat. Dari grafik 5.6 terlihat bahwa dari variasi sudut air masuk sudu sebesar 30° menghasilkan efisiensi tertinggi jika dibandingkan dengan sudut air masuk sudu lebih besar atau lebih kecil dari 300.Hal ini disebabkan energi kecepatan air masuk sudu runner lebih banyak termanfaatkan.Namun disini ada terjadi suatu perubahan pada sudut nosel 450 pada beban F2 (N) putaran turbin dan debit air menurun dan efisiensinya juga menurun tetapi penurunannya efisiensinya tidak signikan. Pada sudut nosel 600, dan 700 memiliki efisiensi yang paling kecil jika dibandingkan dengan variasi sudut yang lain. Hal ini disebabkan karena pada sudut air masuk sebesar 60° dan 700 debit air (liter/s) menurun sehingga torsi yang dihasilkan kecil, karena aliran air masuk mengenai sudu bukan menambah torsi tetapi justru membebani, karena jet air justru menumbuk bagian belakang sudu.Inilah yang diduga menjadi salah satu penyebab ketidak stabilan putaran turbin. Gambar 5.7 – Pengaruh variasi debit air terhadap efisiensi dari unjuk kerja turbin arus lintang dengan tiap-tiap variasi sudut datang pipa pancar pada turbin arus lintang tingkat kedua

Gambar 5.8 – Pengaruh variasi debit air terhadap efisiensi dari unjuk kerja turbin arus lintang dengan tiap-tiap variasi sudut datang pipa pancar pada turbin arus lintang tingkat kedua 393

Dari Gambar 5.7 dan 5.8 dapat dilihat bahwa dari tiap-tiap variasi sudut air masuk sudu dapat dilihat bahwa dengan adanya supply air yang dipompakan melewati pipa pancar mengakibatkan adanya pancaran air yang mengenai sudu turbin akan timbul gaya dorong/tumbukan. Pancaran air ini akan menumbuk dan mendorong turbin sehingga turbin tersebut berputar. Arah dari pancaran air tersebut akan belok, dengan demikian terjadi perubahan besaran air yang bergerak. Pancaran air yang mengenai sudu turbin itu menggerakkan roda turbin cross flow dengan kecepatan u. Sehingga pada sudut nosel yang sama dan pada bukaan katup yang bervariasi terdapat kecenderungan peningkatan efisiensi pada tiap-tiap pengujian dengan variasi sudut pipa pancar, juga terjadi peningkatan putaran dan debit air Q (liter/s) tetapi mengakibatkan tekanan (Bar) menurun hal ini disebabkan karena pada variasi sudut pipa pancar menyebabkan perubahan arah keluar tingkat pertama (dapat dijelaskan dengan segitiga kecepatan), karena gaya yang bekerja pada fluida kerja sehingga menyebabkan terjadinya perubahan kecepatan dan momentum akan bertambah, dan torsi yang diberikan pada tingkat kedua ini juga akan meningkat, sehingga meningkatkan daya pada turbin, semakin besar debit air yang diberikan pada putaran yang bervariasi, maka akan semakin tinggi pula torsi yang harus diberikan, sehingga efisiensinya akan meningkat. Dari grafik 5.7 dan 5.8 terlihat bahwa dari variasi sudut air masuk sudu sebesar 30° menghasilkan efisiensi tertinggi jika dibandingkan dengan sudut air masuk sudu lebih besar atau lebih kecil dari 300.Hal ini disebabkan energi kecepatan air masuk sudu runner lebih banyak termanfaatkan.Namun disini ada terjadi suatu perubahan pada sudut nosel 450 pada beban F1 (N) putaran turbin dan debit air menurun dan efisiensinya juga menurun tetapi penurunannya efisiensinya tidak signikan. Pada sudut nosel 600, dan 700 memiliki efisiensi yang paling kecil jika dibandingkan dengan variasi sudut yang lain. Hal ini disebabkan karena pada sudut air masuk sebesar 60° dan 700 debit air (liter/s) menurun sehingga torsi yang dihasilkan kecil, karena aliran air masuk mengenai sudu bukan menambah torsi tetapi justru membebani, karena jet air justru menumbuk bagian belakang sudu.Inilah yang diduga menjadi salah satu penyebab ketidak stabilan putaran turbin. 394

Kesimpulan Dari penelitian pengaruh variasi sudut datang pipa pancar dan debit air terhadap unjuk kerja turbin arus lintang tingkat kedua, dapat disimpulkan bahwa besar sudut pipa pancar mempengaruhi unjuk kerja (Torsi, Daya dan Efisiensi) turbin arus lintang: 1. Pancaran air yang keluar dari pipa pancar menumbuk dan mendorong turbin sehingga turbin berputar 2. Torsi yang diberikan pada tingkat kedua meningkat dan efisiensi juga meningkat dan peningkatan efisiensi juga sebanding dengan kenaikan variasi debit air. 3. Semakin besar debit air yang diberikan akan meningkatkan putaran turbin dan semakin tinggi pula pembebanan yang harus diberikan sehingga mempengaruhi efisiensinya juga meningkat, pada variasi sudut air masuk sudu sebesar 30 Derajat beban 4 (N) dan debit air 0,228(ltr/s) menghasilkan efisiensi tertinggi dari turbin arus lintang pada tingkat kedua 4. Pada sudut nosel 450, 600, dan 700 memiliki efisiensi yang paling kecil jika dibandingkan dengan variasi sudut yang lain. Hal ini disebabkan karena debit air (liter/s) menurun sehingga torsi yang dihasilkan kecil, karena aliran air masuk mengenai sudu bukan menambah torsi tetapi justru membebani, karena jet air justru menumbuk bagian belakang sudu.Inilah yang diduga menjadi salah satu penyebab ketidak stabilan putaran turbin. Saran Dari hasil penelitian ini dapat dilanjutkan pengujian dengan berbagai variasi yang lain serta terdapat saransaran yang harus diperhatikan yaitu : 1. Dapat dilanjutkan penelitian mengenai pengaruh variasi sudut pipa pancar pada unjuk kerja turbin arus lintang dengan penambahan axial deflector. 2. Dapat dilanjutkan penelitian mengenai pengaruh variasi sudut pipa pancar pada unjuk kerja turbin arus lintang dengan menggunakan dua buah pipa pancar. Ucapan Terima Kasih Ucapan terima kasih penulis haturkan kepada Universitas Brawijaya Malang khususnya kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Rudy Soenoko, M.Eng.Sc. Bapak Dr. Eng. Yudy Surya Irawan, ST., M.Eng., Bapak Ir. Jusuf Haurissa, ST., Atas segala dukungan dan motivasi kepada penulis sehingga penelitian ini bisa terlaksana dengan baik dan sukses.

Daftar pustaka Muhammad, A. 2009, ‘Studi Eksperimental Perancangan Turbin Air Terapung Tipe Helical Blades’, Jurnal Penelitian Enjiniring, 12(2): 165-168. Arismunandar 2004, Penggerak Mula Turbin; Edisi Ketiga Cetakan Kesatu Bandung Penerbit, ITB, Bandung. Barglazan, M. 2005, About Design Optimization of Cross-Flow Hydraulic Turbines, The Politechnica University of Timisoara, New York. Çengel, Yunus A. and Turner, Robert H. 2001, Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences, Mcgraw-Hill Companies Inc, New York. Central Intelligence Agency 2010, ‘The World Fact book-Country Report for Timor Leste’, https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/geos/tt.html, viewed 1 May 2012. Haimerl, L.A. 1960, The Cross Flow Turbine, Lal Jagdish, Jerman Barat. Inversin, A.R. 1986, Microhydro Power Source Book, NRECA International Foundation, Washington DC. EDTL (The Electrification of East Timor) 2003, Power Sector Master Plan for Timor Leste, EDTL, Dili

395