SEMINAR NASIONAL DAN TEKNOLOGI

SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015

SEMINAR NASIONAL DAN TEKNOLOGI

Kuta, 29 - 30 Oktober 2015

LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT UNIVERSITAS UDAYANA

UDAYANA UNIVERSITY PRESS 2015 Kuta, 29-30 Oktober 2015 | iii



Kuta, 29 - 30 Oktober 2015

Ni Made Ary Esta Dewi Wirastuti, S.T., MSc. PhD Prof. Dr. Drs. IB Putra Yadnya, M.A. Prof. Dr. Ir. I Gede Mahardika, M.S. Dr. Ni Ketut Supasti Dharmawan, SH., MHum., LLM. Prof. Dr. drh. I Nyoman Suarsana, M.Si Prof. Dr. Ir. I Gede Rai Maya Temaja, M.P. Ir. Ida Ayu Astarini, M.Sc., Ph.D Prof. Dr. Ir. Nyoman Gde Antara, M.Eng Dra. Ni Luh Watiniasih, MSc, Ph.D Prof. Dr. drh. Ni Ketut Suwiti, M.Kes. Prof. Dr. Ir. I Made Alit Karyawan Salain, DEA. Ir. I Nengah Sujaya, M.Agr.Sc., Ph.D. Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP, Ph.D dr. Ni Nengah Dwi Fatmawati, SpMK, Ph.D Dr. Agoes Ganesha Rahyuda, S.E., M.T. Putu Alit Suthanaya, S.T., M.Eng.Sc, Ph.D. I Putu Sudiarta, SP., M.Si., Ph.D. Dr. Ir. Yohanes Setiyo, M.P. Dr. P. Andreas Noak, SH, M.Si I Wayan Gede Astawa Karang, SSi, MSi, PhD. Dr. Drh. I Nyoman Suarta, M.Si l Udayana University Press, Lembaga Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat Universitas Udayana 2015, xli + 2191 hal, 21 x 29,7

iv | Kuta, 29-30 Oktober 2015


ENERGI BARU DAN TERBARUKAN PRODUKSI BIODIESEL DARI BIJI MALAPARI (PONGAMIA PINNATA (L.) PIERRE) Ni Luh Arpiwi ......................................................................................................................................1341 PENINGKATAN EFISIENSI TURBIN DENGAN PEMBAHARUAN DESAIN TURBIN BANKI UNTUK MIKRO HIDRO DI DAERAH TROPIS Lie Jasa, Ardyono Priyadi, Mauridhi Hery Purnomo ............................................................................1348 PEMANFAATAN PIKO HIDRO UNTUK MEMPERCEPAT PERTUMBUHAN IKAN AIR DERAS DI DUSUN PAGI DESA SENGANAN KECAMATAN PENEBEL KABUPATEN TABANAN I Putu Ardana, Lie Jasa ....................................................................................................................... 1336 MODEL DAN SIMULASI KATUP TEKAN MODEL PLAT, BOLA, DAN SETENGAH-BOLA PADA POMPA HYDRAM Made Suarda, Anak Agung Adhi Suryawan, I Nengah Suweden ........................................................... 1363 PENGUJIAN KARAKTERISTIK PENGERING ANYAMAN ATA DENGAN MENGGUNAKAN VARIAN BAHAN BAKAR BIOMASSA LIMBAH PERTANIAN SEBAGAGAI UPAYA MENINGKATKAN PRODUKTIVITAS. I.N. Suarnadwipa, I.W.B. Adnyana .......................................................................................................1371 PENERAPAN MOTEDE KONDENSASI PAKSA TIPE CROSSFLOW PADA PROSES PRODUKSI BAHAN BAKAR ALTERNATIF ARAK TERHADAP KUALITAS DAN KAPASITAS PRODUKSI IGK Sukadana, IGN. Putu Tenaya, IKG. Wirawan ..............................................................................1378 EVALUASI POTENSI SUMBER DAYA BIOMASSA DI BALI Made Sucipta, dan I Wayan Dana .........................................................................................................1391 CONTROLLING HARMFUL GAS HYDROGEN SULFIDE (H2S) BY DESULRUIZER IN SEWAGE TREATMENT PLANT (STP). CASE STUDY: PATRA JASA BALI RESORT &VILLAS INDONESIA Tjokorda Gde Tirta Nindhia, I Wayan Surata, I Dewa Gde Putra Swastika .........................................1396 PENYEDIAAN AIR BERSIH BANJAR CEBLONG DESA MENYALI DENGAN MENERAPKAN KINCIR AIR PENGGERAK POMPA AIR M. Sucipta, I N. Suarnadwipa, dan I W. Dana ......................................................................................1400 ARAK SEBAGAI PEREAKSI RAMAH LINGKUNGAN DALAM PEMBUATAN ENERGI BIODIESEL I Wayan Bandem Adnyana, Ni Made Suaniti ..........................................................................................1405 PENGARUH SUBSTITUSI UNSUR GD PADA STRUKTUR KRISTAL SUPERKONDUKTOR SISTEM BISMUTH FASE 2223 : BI2SR2(GD1-XCA1+X)CU3.05OZ Ida Bagus Alit Paramarta, I Gusti Agung Ayu Ratnawati ....................................................................1409

xxx | Kuta, 29-30 Oktober 2015


PENINGKATAN EFISIENSI TURBIN DENGAN PEMBAHARUAN DESAIN TURBIN BANKI UNTUK MIKRO HIDRO DI DAERAH TROPIS Lie Jasa1), Ardyono Priyadi2) Mauridhi Hery Purnomo3) Teknik Elektro, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran Bali 80361 Telp/Fax : 0361-703315, E-mail : [email protected] 2,3 Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Sukolilo Surabaya 60111 1

ABSTRAK +(;:;.'4 +4+8-/ *;4/' 3+4/4-1': 9+)'8' 9/-4/B1'4 :+:'6/ 9;3(+8 +4+8-/ 3/4?'1 1+:+89+*/'44?' :+8(':'9 *'4 kapasitasnya semakin menurun. Sumber energi alternatif diperlukan untuk menambah kapasitas pasokan. Penelitian dan pemanfaatan sumber energi terbarukan oleh peneliti dunia sudah semakin berkembang. Air adalah salah satu sumber energi terbarukan yang potensinnya cukup besar di seluruh wilayah Indonesia. Untuk dapat memanfaatkan energi air sebagai pembangkit listrik diperlukan perangkat mikro hidro. Mikro hidro adalah pembangkit listrik tenaga air skala kecil dengan kapasitas ≤ 5 kVA. Masalah utama dari pembangkit listrik tenaga air adalah adanya debit air yang tidak kontinyu sepanjang tahun, karena terpengaruh oleh musim dan kelestarian lingkungan. Mikro hidro dapat beroperasi secara optimal sepanjang tahun diperlukan suplai air yang cukup dan turbin yang digunakan +B9/+4 $4:;1 3+3(;': :;8(/4 3/185 ./*85 *'6': (+1+80' 56:/3'2 */:+4:;1'4 52+. 6'8'3+:+8 /46;: 9+6+8:/ *+(/: air(Q), kecepatan aliran air(v) dan ketinggian(H). Sedangkan parameter desain yang berpengaruh adalah jumlah sudu, bentuk sudu, diameter turbin, rpm, lebar turbin, sudut nozzle, dan posisi nozzle. Penelitian ini bertujuan untuk 3+4+3;1'4 *+9'/4 :;8(/4 ?'4- +B9/+4 *+4-'4 9;*; (+4:;1 9+-/:/-' +4+2/:/'4 */2'1;1'4 3+2'2;/9:;*/2/:+8':;8 survei lokasi, pemodelan matematika, analisis Desain, simulasi dan ujicoba purwarupa dari beberapa model. Hasil yang didapatkan dari penelitian ini adalah turbin model sudu segitiga maksimum air yang tertahan pada sudu 9+(+9'8 1'2/<52;3+ #;8(/49;*;9+-/:/-'2+(/.+B9/+49/*/('4*/4-1'4*+4-'435*+29;*;('2/4-('2/4pada sudut nozzle 17,5o dan posisi nozzle 35o. Kata kunci: Mikro hidro, Turbin Sudu segitiga, Banki, Nozzle ABSTRACT %582*+4+8-?*+3'4*/4)8+'9+*9/-4/B)'4:2?(;::.+2/3/:+*'<'/2'(/2/:?5,5/2+4+8-?8+95;8)+9'4*:.+)'6')/:? decreases. Alternative energy resources needed to increase capacity supply. Research and utilization of renewable energy resources by the world researchers is growing. Water is one of the renewable energy resources, is a large potential in all regions of Indonesia. To be able to harness the energy of water as a power generation needs a micro-hydro device. Micro hydro is a small capacity hydroelectric power station with scale ≤ 5 kVA. The main /99;+5,.?*85+2+):8/)62'4:9/9:.+=':+8C5=/945:)54:/4;5;9:.85;-.5;::.+?+'8/4C;+4)+*(?:.+9+'9549'4* the environment. Micro hydro can operate optimally throughout the year required adequate water supply and to ;9+ :;8(/4+ +,B)/+4:2? #5)8+':+ '3/)85.?*85:;8(/4+ )'4 =581 56:/3'22?*+:+83/4+* (?/46;: 6'8'3+:+899;). '9 =':+8 */9).'8-+ :.+ 96++* 5, =':+8 C5= < '4* .+/-.: %./2+ :.+ *+9/-4 6'8'3+:+89 :.': /4C;+4)+ +B)/+4)?'8+:.+4;3(+85,(2'*+9(2'*+9.'6+*/'3+:+85,:;8(/4+863=/*:.:;8(/4+:.+'4-2+5,:.+45@@2+ '4*:.+45@@2+659/:/54#./99:;*?'/39:5B4*'4+,B)/+4::;8(/4+*+9/-4=/:.(2'*+:8/'4-;2'89.'6+#.+9:;*?='9 conducted through literature studies, site survey, mathematical modeling, design analysis, simulation and testing of prototypes several models. The results of this study is the turbine models triangular blade, the water suspended /4(2'*+3'>/3;3 :/3+9:.+<52;3+5, #;8(/4+5,:8/'4-;2'8(2'*+358++,B)/+4::.'4:.+35*+25,:.+ propeller blade at an angle 17,5o nozzle and nozzle position 35o. Keyword : micro hydro, turbine blade triangular, bamki, Nozzle.

1.

PENDAHULUAN Saat ini, dunia mengalami krisis energi, karena seiring berjalannya waktu energi minyak bumi jumlahnya semakin terbatas. Tidak semua negara di dunia memiliki cadangan energi minyak yang cukup untuk memenuhi kebutuhannya sendiri. Konsumsi energi minyak bumi terus meningkat sedangkan kapasitas produksi minyak cenderung menurun. Untuk menutupi kekurangan sumber energi minyak, dibutuhkan

1348 | Kuta, 29-30 Oktober 2015


sumber energi baru dan terbarukan sebagai pengganti. Belakangan ini sumber energi terbarukan(Agar and Rasi, 2008) mulai banyak dikembangkan oleh para peneliti dunia di berbagai negara. Renewable energy yang dikembangkan diantaranya bersumber dari energi angin, surya, biomassa, air, panas bumi dan arus laut. Masing-masing sumber energi baru dan terbarukan masih memiliki kelemahan terutama masalah keberlanjutan pasokan bila dibandingkan dengan energi minyak selama ini. Survei lokasi dari beberapa tempat menunjukkan bahwa, masing-masing lokasi memiliki karakteristik dan data lapangan yang berbeda-beda. Artinya setiap lokasi yang potensial dibangun mikro hidro harus dirancang secara khusus(Jasa et al., 2011). Sehingga mikro hidro tidak bisa diproduksi secara masal dan dipasang dibanyak tempat dengan desain parameter yang sama. Berdasarkan latar belakang ini, ingin dikembangkan model turbin mikro hidro yang dapat bekerja optimal di setiap lokasi. Masing-masing lokasi terkadang memiliki debit air yang besar, namun ketinggiannya rendah atau sebaliknya memiliki ketinggian yang tinggi namun debit airnya kecil(Muller, 1899). Selama ini belum pernah ditemukan lokasi yang ideal untuk dibangun pembangkit mikro hidro secara langsung, tanpa melakukan desain khusus turbin yang akan digunakan(Jasa et al., 2012). Melalui penelitian ini ingin ditemukan parameter desain turbin sudu segitiga dan cross flow yang tepat, untuk dapat meningkatkan efisiensi dari sebuah mikro hidro. Parameter ditemukan dengan melakukan proses pelacakan parameter turbin seperti: sudut sudu, posisi sudu, kelengkungan sudu, volume sudu, bentuk sudu, sudut nozzle dan posisi nozzle. Dengan meningkatnya efisiensi turbin, maka efisiensi sistem secara keseluruhan akan meningkat pula. Parameter input (masukan) dari turbin berupa ketinggian (H), debit air (Q), kecepatan aliran air (V1), sedangkan parameter desain yang mungkin diubah-ubah adalah lebar turbin (W), diameter turbin (D1), sudut kelengkungan sudu (β1), sudut nozzle (αN) dan jumlah sudu (N). Semua parameter tersebut digunakan untuk menentukan besarnya efisiensi yang dihasilkan dari turbin mikro hidro. Penelitian yang dilakukan oleh Sakurai(Sakurai et al., 2009), adalah melakukan ujicoba terhadap purwarupa model turbin air dalam skala laboratorium. Metode yang dilakukan oleh Sakurai tersebut, memungkinkan proses penelitian dilakukan di laboratorium tanpa harus di lokasi. Penelitian pada disertasi ini dilakukan dengan mengadopsi metode yang dilakukan oleh Sakurai dengan cara membuat model purwarupa dari model turbin mikro hidro. Data pengukuran dari purwarupa dapat diambil dengan cara mengubah-ubah posisi nozzle, arah sudut nozzle, bentuk sudu dan kelengkungan sudu. Selanjutnya data hasil pengukuran dianalisis untuk menemukan model turbin yang optimal. Penelitian dilakukan dengan membedakan parameter seperti: bentuk sudu, volume sudu, dan kelengkungan sudu, selanjutnya data hasil pengukuran dianalisis dan diambil kesimpulan. Parameter dari turbin mikro hidro yang mempengaruhi besarnya efisiensi adalah diameter turbin (D1), lebar turbin (W), jumlah sudu (N), sudut kelengkungan sudu (β1), sudut nozzle (αN) dan sudut posisi nozzle (θN). Dalam hal ini parameter masukan berupa debit air (Q), kecepatan aliran air (V1), ketinggian (H). Adapun permasalahannya adalah : (1). Menemukan parameter turbin sudu segitiga yang optimal agar mendapatkan volume air yang maksimal. Semakin besar volume air yang dapat tertahan pada sudu turbin, semakin besar torsi yang dihasilkan. (2). Menemukan parameter sudut posisi (θN) dan sudut nozzle (αN) untuk turbin sudu segitiga yang menentukan nilai efisiensi maksimal yang dihasilkan turbin, termasuk menemukan distribusi air pada masing-masing sudu. (3). Menemukan parameter sudut serang (α1), sudut kelengkungan sudu (β1), dan sudut nozzle (αN) turbin cross flow untuk menghasilkan desain turbin yang efisien dari suatu lokasi. Parameter masukan berupa ketinggian (H), kecepatan aliran air (V1) dan debit air (Q). Sudut serang (α1) dan sudut kelengkungan sudu (β1) digunakan sebagai dasar untuk mendesain turbin cross flow yang optimal. 2. 2.1.

KAJIAN PUSTAKA MIKRO HIDRO Pemilihan Jenis turbin Mikro hidro biasanya dibangun pada daerah yang memiliki potensi pembangkit energi listrik dalam kapasitas kecil lebih kecil dari 10 kW. Dalam pemilihan jenis turbin yang digunakan untuk pembangkit Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1349


mikro hidro seperti tampak pada Gambar 1, untuk kapasitas lebih kecil dari 10 kW maka turbin yang dapat dipilih diantaranya turbin jenis overshot wheel, undershot wheel, archimedes screw, kaplan atau propeller dan cross flow. Hal ini ditentukan oleh potensi dari lokasi yang direncanakan air dengan debit air (Q) yang berkisar antara 1-10m3/s dengan ketinggian (H) berkisar 1 - 30m. Dalam penelitian ini model turbin yang didesain adalah model overshot wheel dan cross flow. Pertimbangannya karena mikro hidro tidak membutuhkan debit air yang besar, jarang ada lokasi yang memiliki ketinggian (H) yang tinggi dan untuk mengurangi biaya investasi. Pertimbangannya akan sangat berbeda bila dibandingkan dengan perencanaan sebuah pembangunan PLTA dengan bendungan yang besar dan ketinggian yang dapat disesuaikan. Sebuah pembangkit listrik mikro hidro lokasinya cenderung tersebar pada daerah pengunungan yang memiliki beda ketinggian. Air yang mengalir diantara celah-celah bukit mulai dari hulu debitnya kecil, semakin kebawah makin besar setelah melalui penggabungan dari beberapa celah lereng bukit. Konsep dari aliran air ini mengalir sepanjang waktu, tidak ada genangan yang menampung air dalam volume yang besar. Sehingga turbin yang dirancang adalah memiliki ketinggian dibawah 10 m dan kapasitas daya lebih kecil dari 5kW, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 berwarna merah.

Gambar 1. Aplikasi pemilihan jenis turbin(Paish, 2002),(Williamson et al., 2014)

2.2

Parameter Disain Turbin Sudu Segitiga Turbin sudu segitiga adalah turbin air yang memiliki sudu-sudu berbentuk segitiga yang dipasang pada bagian tepi dari piringan roda(Jasa et al., 2012). Air yang mengalir melalui pipa pesat (penstock) akan mengisi sudu-sudu yang menyebabkan turbin berputar searah jarum jam seperti terlihat pada Gambar 2. Jari-jari luar turbin (r1), sedangkan jari-jari dalam (r2), sedangkan selisih jari-jari r1 dan r2 adalah a. Dalam hal ini a adalah panjang sisi miring dari sudu segitiga. Sedangkan t adalah jarak atara sudu yang diukur pada tepi lingkaran luar. Dimana jarak antar sudu dapat dihitung dari keliling lingkaran luar roda dibagi dengan jumlah sudu N maka : (1) Dimana t adalah jarak antar sudu, r1 jari-jari lingkaran luar dan N adalah jumlah sudu. Pada Gambar 2 adalah contoh turbin dengan sudu berbentuk segitiga yang ada pada mikro hidro di dusun Gambuk Pupuan Tabanan. 1350 | Kuta, 29-30 Oktober 2015


a

1 2 3 4

r2

5

r1

6 7 a

8

Sudut antar sudu

9

t

Jarak antar sudu

Volume sudu

10 11

POROS TURBIN

12 SUDU SEGITIGA ARAH PUTARAN

Gambar 2. Model Turbin Air Sudu Segitiga(Jasa et al., 2014)

Sedangkan besarnya sudut antar sudu dapat dihitung dengan 2π/N = 360/N. Misalkan desain turbin air dengan jumlah sudu (N) sebanyak 32, masing-masing menempati posisi sudut mulai dari 0o sampai dengan 360o. Maka jarak antar sudu dibuat dengan sudut kelipatan 11.25o. Nilai sudut 11.25o didapatkan dari nilai satu putaran kincir air 360o dibagi dengan jumlah sudu (N) 32. 2.3

Parameter Disain Turbin Model Banki Turbin Banki terdiri dari dua bagian utama turbin yaitu nozzle dan runner. Nozzle merupakan bagian yang diam sedangkan runner merupakan bagian yang bergerak. Runner dibuat dari dua buah piringan sejajar yang digabungkan oleh sederetan sudu melengkung di bagian tepi. Teori tentang turbin Banki(Mockmore and Merryfield, 1949) ditulis pada bulletin series no.25 Engineering Experiment station Oregon state system of higher Education Februari 1949. Pada penelitian dilakukan eksperimen dengan membuat model analisis matematika dan model eksperimen. Tujuan pembuatan modul eksperimen ini adalah untuk membandingkan daya keluaran, besarnya efisiensi dan RPM dari setiap model. Data parameter dari modul eksperimen turbin dibuat sama seperti; diameter turbin (D1), lebar turbin (W), jumlah sudu (N), debit air (Q) dan beban generator, kecuali sudut kelengkungan sudu. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN " Efisiensi turbin sudu segitiga didapatkan dari perbandingan daya keluaran dan daya masukan. Persamaan daya masukan turbin adalah

Pin

r gQH

(2)

Dimana ρ adalah density air (kg/m3), g adalah gaya gravitasi (m/s2), Q adalah debit air (m3/s) dan H adalah ketinggian (m). Volume air maksimal yang tertahan pada turbin adalah sama dengan luasan LAM1 (m2) persamaan luasan dikalikan dengan lebar turbin W (m) didapatkan VLAM1 (m3) lalu dikalikan dengan kecepatan aliran air saat masuk ke turbin v1 (m/s). Dalam hal ini sebanding dengan debit air Q (m3/s) dikalikan dengan H(m) maka didapatkan persamaan (3) in

1 2

2 1

2 2

1

(3)

Kecepatan anguler ω dalam (rad/s) dari roda dihitung dari jumlah putaran per menit (RPM) dari turbin, maka didapatkan (4) Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1351


Torsi dari poros turbin τ (Nm) dihasilkan dari gaya F dari air yang menabrak sudu dari turbin (N) dan lengan momen (m) yang mana dalam kasus ini jari-jari roda r. Gaya F adalah sama dengan perbedaan massa yang ditentukan dari beban dua kuadrat waktu sama dengan percepatan gravitasi maka torsi (5) Maka persamaan (6) (7) (8) Dengan mensubstitusi persamaan (8) dengan persamaan (7) dan persamaan (3) maka didapatkan persamaan

h=

( n (V LAM 3 ) (r1 + r2 ) ⎞ ⎛ 60 ( 2r1 r 2 + r12 − 3r22 )v1 ⎟ ⎜W ⎠ ⎝ 8

(9)

Bila persamaan VLAM3 disubstitusikan kepersamaan (9) untuk turbin sudu segitiga dimana Maka didapatkan

⎛ n (r12 − r22 ) (r1 + r2 ) h = 2.245 ⎜⎜ 2 2 ⎝ N v1 2r1r 2 + r1 − 3r2

(

⎞ ⎟⎟ ⎠

)

(10)

Dimana n adalah RPM putaran per menit yang direncanakan, r1 jari-jari luar turbin(m), r2 jari-jari dalam turbin(m), N adalah jumlah sudu, v1 adalah kecepatan aliran air saat masuk ke dalam turbin (m/s). " Efisiensi sebuah turbin Banki dapat dihitung berdasarkan perbandingan daya keluaran dengan daya masukkan. Berikut adalah persamaan daya untuk turbin adalah sebagai berikut : (11)

Gambar 3. Diagram kecepatan dari turbin )8599C5= (Perera and Borges, n.d.)

1352 | Kuta, 29-30 Oktober 2015


Diagram kecepatan dari turbin cross flow dapat digambarkan pada Gambar 3. Keadaan 1 pada Gambar 3 adalah saat air memasuki sudu di titik A dan meninggalkan sudu di titik B. Pada kondisi ini dapat digambarkan diagram kecepatannya. Keadaan 2 adalah saat air memasuki sudu di titik C dan meninggalkan sudu di titik D. Dalam hal ini diasumsikan air selama berada pada didalam roda antara titik B dan C, dianggap tidak mengalami rugi-rugi ketinggian. Semua air yang keluar di B semuanya masuk di C. Sehingga segitiga di titik B dan di titik C dianggap sama. Yang tersisa adalah segitiga kecepatan di titik A dan di titik D digambarkan sebagai kecepatan yang mempengaruhi daya yang dihasilkan tubin. Dalam hal ini adalah kecepatan sentrifugal (U1) dikalikan dengan kecepatan air dan sudut cosinus dari sudut serang (α1) saat di A dan sudut serang (α2) saat di D maka didapatkan persamaan daya seperti persamaan 11. Dengan mengacu pada persamaan (8) maka persamaan efisiensi turbin Banki sebagai berikut. 2

1

1

2

1

1

1 1

(12)

Dari analisis matematis terhadap desain turbin Banki pendekatan konstruksi yang dilakukan, dan membandingkan dengan Metode yang diusulkan oleh Nuno H.P(Perera and Borges, n.d.). Persamaan efisiensi turbin cross flow dengan Metode LAM akan menghasilkan efisiensi lebih tinggi dibandingkan dengan metode Banki dan Metode Nuno. Perbandingan diperlihatkan pada Gambar 4. Selama ini Banki mengusulkan sudut α1 = 16o dipakai secara komersial, terbukti secara analisis matematis dan eksperimen sudut 14o dan 15o menghasilkan nilai efisiensi yang lebih tinggi, Seperti ditunjukkan tanda lingkaran merah pada Gambar 4.

0<10@ %4@10=38=60=4QA84=A8<4B>340=:8DA!"0A0

Jadi persamaan efisiensi sebagai keterbaruan dari dari penelitian ini yang ditemukan adalah (13) Untuk membandingkan hasil simulasi dengan data eksperimen dilakukan ujicoba terhadap model mini turbin. Model Banki dibuat dengan sudut α1=16o, hasil uji coba diperlihatkan pada Gambar 5,

Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1353


Gambar 5. RPM keluaran model Banki dengan sudut α1= 16o pada QN=0o (Jasa, 2015)

4.

KESIMPULAN Efisiensi tertinggi dari turbin sudu segitiga dengan parameter masukan berupa ketinggian (H), kecepatan aliran air (v), dan debit air (Q), maka besarnya efisiensi akan ditentukan dari komposisi parameter desain: RPM yang diinginkan, lebar turbin (W), diameter luar dan dalam turbin, serta jumlah sudu (N). Luasan LAM1 adalah luasan yang terbentuk dari π/8 dikalikan dengan luas bangun dari dua kali r 1 dan r2, ditambah r12, dikurang dengan tiga kali r22. Luasan LAM2 adalah luasan yang terbentuk dari selisih kuadrat r1 dan kuadrat r2 dikalikan π dibagi dengan jumlah sudu (N). Sedangkan volume air maksimal yang tertahan pada sudu turbin segitiga adalah sebesar 5,36 kali volume LAM3. Dimana volume LAM3 adalah jari-jari kuadrat lingkaran luar dikurangi jari-jari kuadrat lingkaran dalam dari turbin dikalikan π dibagi dengan jumlah sudu (N). Turbin sudu segitiga Efisiensi dari turbin Banki dengan parameter masukan berupa ketinggian (H), kecepatan aliran air (v), dan debit air (Q), maka besarnya nilai efisiensi akan ditentukan oleh komposisi: sudut serang (α 1), sudut kelengkungan sudu (β1), koefisien nozzle (Cn), koefisien rotor (Cr), dan blade jet velocity rasio (U1/V0). Metode LAM untuk turbin cross flow akan menghasilkan efisiensi lebih tinggi dari pada metode Banki, pada sudut serang (α1) >14o dengan blade jet velocity rasio (U1/V0)=0,9. Sedangkan metode Banki akan menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi dari Metode LAM bila sudut serang (α 1) <14o , dengan blade jet velocity rasio (U1/V0)=0,5. Metode LAM dan metode Banki akan menghasilkan efisiensi yang sama pada saat sudut serang (α1)=14o. Selama ini Banki justru memilih sudut serang (α1) 16o dalam desain komersial turbin cross flow, dengan alasan air dari jet-nozzle bisa memasuki sudu turbin dengan mudah. Ucapan Terimakasih Penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada Kementrian Ristek Dikti atas dukungan pendanaan penelitian Hibah Disertasi Doktor melalui LPPM Universitas Udayana tahun anggaran 2015 dengan surat perjanjian penugasan pelaksanaan no. 311-107/UN14.2/PNL.01.03.00/2015 tanggal 30 Maret 2015. DAFTAR PUSTAKA Agar, D., Rasi, M. (2008). On the use of a laboratory-scale Pelton wheel water turbine in renewable energy education. Renew. Energy 33, 1517–1522. doi:10.1016/j.renene.2007.09.003 Jasa, L. (2015). Investigasi Sudut Nozzle dan Sudut kelengkungan Sudu Turbin Air Untuk Peningkatan Efisiensi Mikro Hidro. Disertasi Program Doktor Teknik Elektro ITS, Surabaya. Jasa, L., Ardana, P., Setiawan, I.N. (2011). Usaha Mengatasi Krisis Energi Dengan Memanfaatkan Aliran Pangkung Sebagai Sumber Pembangkit Listrik Alternatif Bagi Masyarakat Dusun Gambuk – Pupuan-Tabanan, in: Proceding Seminar Nasional Teknologi Industri XV. Presented at the Seminar Nasional Teknologi Industri XV, ITS, Surabaya, pp. B0377–B0384. Jasa, L., Priyadi, A., Purnomo, M.H. (2014). An Alternative Model of Overshot Waterwheel Based on 1354 | Kuta, 29-30 Oktober 2015


a Tracking Nozzle Angle Technique for Hydropower Converter | Jasa | International Journal of Renewable Energy Research (IJRER). Ilhami Colak 4, 1013–1019. Jasa, L., Priyadi, A., Purnomo, M.H. (2012). PID Control for Micro-Hydro Power Plants based on Neural Network. ACTAPRESS. doi:10.2316/P.2012.769-039 Jasa, L., Priyadi, A., Purnomo, M.H. (2012). Designing angle bowl of turbine for Micro-hydro at tropical area, in: 2012 International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis (CMD). Presented at the 2012 International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis (CMD), pp. 882–885. doi:10.1109/CMD.2012.6416292 Mockmore, C.A., Merryfield, F. (1949). The Banki Water Turbine. Bull. Ser. No25. Muller, G. (1899). Water Wheels as a Power Source, Renewable Energy. Paish, O. (2002). Small hydro power: technology and current status. Renew. Sustain. Energy Rev. 6, 537–556. doi:10.1016/S1364-0321(02)00006-0 Perera, N.H.., Borges, J.E., n.d. A study on the efficiency of a Cross-Flow Turbine based on experimental Meaurements, in: Recent Advanced in Mechanical Engineering. pp. 63–72. Sakurai, T., Funato, H., Ogasawara, S. (2009). Fundamental characteristics of test facility for micro hydroelectric power generation system. Presented at the International Conference on Electrical Machines and Systems, 2009. ICEMS 2009, pp. 1 –6. doi:10.1109/ICEMS.2009.5382836 Williamson, S.J., Stark, B.H., Booker, J.D. (2014). Low head pico hydro turbine selection using a multicriteria analysis. Renew. Energy, World Renewable Energy Congress – Sweden, 8–13 May, 2011, Linköping, Sweden 61, 43–50. doi:10.1016/j.renene.2012.06.020

Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1355

SEMINAR NASIONAL DAN TEKNOLOGI

Recommend Documents