STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH JARAK SUDU TERHADAP LUBANG BUANG PADA KINERJA TURBIN AIR ALIRAN VORTEX MENGGUNAKAN RADIAL SWIRL BLADE
ABSTRAK
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH JARAK SUDU
TERHADAP LUBANG BUANG PADA KINERJA TURBIN AIR
ALIRAN VORTEX MENGGUNAKAN RADIAL SWIRL
BLADE
Oleh
Z.F ARIF B.S
Aliran vortex yang juga dikenal sebagai aliran pulsating atau pusaran dapat
terjadi pada suatu fluida yang mengalir dalam suatu saluran yang mengalami
perubahan mendadak. Laju kecepatan dan jumlah dari rotasi dari fluida yang
paling besar terjadi pada pusatnya dan secara progresif menurun sebanding
dengan jaraknya dari pusat. Hal ini menjadi referensi untuk mengubah aliran
sungai dengan head yang rendah menjadi sebuah aliran vortex, dimana dengan
perubahan ini kecepatan dari fluida meningkat. Radial swirl blade adalah sebuah
blade dengan bentuk lengkung, dengan dimensi yang sama blade ini akan
menghasilkan daya yang lebih besar dibandingkan dengan flat blade. Bentuk
profil lengkungan blade yang mengikuti pola vortex dimungkinkan untuk
memperbesar luas area bidang kontak air dengan blade sehingga energi yang
diterima pun akan lebih optimal.
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan tipe sudu radial swirl
blade dengan kelengkungan sudu 450, dimana diameter dan lebar sudu adalah 0,1
m dan 0,4 m dengan variasi jumlah sudu, yaitu : 3, 4, 6 buah. Variasi jarak sudu
terhadap lubang buang yang digunakan, yaitu : 0,03 m, 0,06 m, 0,09 m, 0,12 m.
Diameter lubang buang 0,12 m. Dimensi saluran yang digunakan adalah panjang
6,5 m lebar 0,25 m dan tinggi 0,5 m dengan diameter vortex basin sebesar 1 m.
Pada penelitian ini data yang diambil adalah data torsi dan putaran poros dengan
mempertahankan tinggi level air 0,2 m data tersebut diolah untuk mencari nilai
efisiensi.
Hasil analisis yang dilakukan diperoleh nilai efisiensi terbaik kondisi
aktual pada jumlah sudu 4 dengan jarak sudu terhadap lubang buang 0,09 m yaitu
sebesar 16,54 %, secara perhitungan teoritik nilai efisiensi terbaik pada jumlah
sudu 4 dengan jarak sudu terhadap lubang buang 0,09 m yaitu sebesar 59,34%.
Kata kunci : aliran vortex, radial swirl blade, jarak sudu terhadap lubang buang,
torsi, daya poros, efisiensi turbin.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pembangkit listrik tenaga air saat ini menjadi salah satu pilihan dalam
memanfaatkan sumber energi terbarukan. Namun pemanfaatan yang ada masih
menggunakan teknologi yang sedehana. Pembangkit Listrik jenis ini dalam proses
pembuatannya sangat ekonomis namun masih dalam skala kecil. Artinya
pembangkit-pembangkit ini hanya mampu mencukupi pemakaian energi listrik
untuk sejumlah rumah saja.
Jenis Pembangkit Listrik Tenaga Air ini sering
disebut Microhydro atau sering juga disebut Picohydro tergantung keluaran daya
listrik yang dihasilkan.
Microhydro ataupun Picohydro yang dibuat biasanya memanfaatkan air terjun
dengan head jatuh yang besar. Sedangkan untuk aliran sungai dengan head jatuh
yang kecil belum termanfaatkan dengan optimal. Hal ini menjadi referensi untuk
memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran vortex. Aliran
vortex yang juga dikenal sebagai aliran pulsating atau pusaran dapat terjadi pada
suatu fluida yang mengalir dalam suatu saluran yang mengalami perubahan
mendadak.
Radial swirl blade adalah sebuah blade dengan bentuk lengkung. Bentuk profil
lengkungan blade yang mengikuti pola vortex dimungkinkan untuk memperbesar
2
luas area bidang kontak air dengan blade sehingga energi yang diterima pun akan
lebih optimal. Radial Swirl Blade dengan diameter sudu yang sama blade ini akan
menghasilkan daya yang lebih besar dibandingkan dengan flat blade.
B. Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari pelaksanaan dan penulisan laporan tugas akhir ini adalah untuk
mengetahui pengaruh jarak sudu terhadap lubang dan variasi jumlah sudu
terhadap:
1. Torsi dan putaran poros maksimum yang dihasilkan turbin.
2. Daya optimal turbin yang dihasilkan.
3. Efisiensi turbin air
Sedangkan manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah agar dapat
memberikan informasi kepada khalayak umum bahwa aliran sungai dengan head
rendah pun dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik secara optimal, terlebih
dengan penggunaan tipe sudu radial swirl blade pada turbin air aliran vortex.
C. Batasan Masalah
Dalam penulisan laporan tugas akhir ini ada beberapa batasan masalah yang
diberikan agar penelitian ini lebih terarah, yaitu:
1. Pengamatan kinerja turbin dianalisa terhadap aliran vortex.
3
2. Tipe sudu yang digunakan adalah Radial Swirl Blade.
3. Variasi jarak sudu dengan lubang buang adalah 3 cm, 6 cm, 10 cm, 12 cm.
4. Tinggi level air dikondisikan konstan pada level 20 cm
5. Pengujian dilakukan dalam skala laboratorium.
6. Penelitian yang dilakukan adalah untuk mengetahui torsi maksimum dan
efisiensi turbin air aliran vortex dengan tipe sudu radial swirl blade.
7. Parameter yang digunakan yaitu: jumlah sudu, jarak sudu terhadap lubang
buang.
D. Sistematika Penulisan
Laporan penelitian Tugas Akhir ini menggunakan standar penulisan karya ilmiah
yang diterapkan oleh Universitas Lampung antara lain :
BAB I
:
PENDAHULUAN
Terdiri dari latar belakang, tujuan, batasan masalah, hipotesa, dan
sistematika penulisan.
BAB II
:
TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan tentang Fluida, Hydropower, Hukum Bernoulli, Aliran
vortex, Turbin air, Radial Swirl Balde, Perhitungan turbin.
4
BAB III
:
METODOLOGI
Berisi beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian, prosedur
pengujian, dan diagram alir pengujian.
BAB IV
:
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisikan pembahasan dari data-data yang diperoleh pada
pengujian Torsi turbin dan Putaran sudu.
BAB V
:
SIMPULAN DAN SARAN
Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang
ingin disampaikan dari penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Dari hasil penelitian yang dilakukan terhadap Turbin air aliran vortex dengan
menggunakan Radial Swirl Blade, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Torsi tertinggi turbin didapat pada jumlah sudu 4 dan jarak sudu terhadap
lubang buang 0,09 m sebesar 1,0244 Nm.
2. Daya aktual terbesar turbin yang didapat pada penelitian ini adalah sebesar
7.448 watt.
3. Efisiensi terbaik didapat pada jumlah sudu 4 sebesar 16,54% dengan jarak
sudu terhadap lubang buang sebesar 0,09 m.
4. Variasi jarak sudu terhadap lubang berpengaruh terhadap efisiensi turbin,
jarak terbaik pada kondisi aktual didapat pada jarak sudu terhadap lubang
buang sebesar 0,09 m.
5. Pebedaan yang mencolok pola grafik pada perhitungan aktual dengan
perhitungan teoritik dikarenakan sedikitnya variabel yang diketahui. Hal
ini terjadi karena profil vortex dan profil kecepatan fluida yang tidak
diketahui.
67
B. Saran
Dari hasil penelitian ini untuk penelitian selanjutnya, penulis memberikan
beberapa saran sebagai berikut:
1. Perlu diteliti lebih lanjut pangaruh laju aliran terhadap kinerja turbin.
2. Adanya penelitian yang khusus membahas mengenai potensi dan profil
vortex, sehingga didapat variabel yang mendukung kajian teoritik.
3. Perlu adanya kajian yang mendalam mengenai perhitungan teoritik untuk
mengetahui besarnya tekanan dan gaya yang bekerja pada dinding
belakang sudu turbin
4. Perlu dikaji lebih lanjut mengenai sudut kelengkungan sudu, sehingga
didapat kelengkungan efektif untuk menghasilkan efisiensi terbaik.
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH JARAK SUDU
TERHADAP LUBANG BUANG PADA KINERJA TURBIN AIR
ALIRAN VORTEX MENGGUNAKAN RADIAL SWIRL
BLADE
Oleh
Z.F ARIF B.S
Aliran vortex yang juga dikenal sebagai aliran pulsating atau pusaran dapat
terjadi pada suatu fluida yang mengalir dalam suatu saluran yang mengalami
perubahan mendadak. Laju kecepatan dan jumlah dari rotasi dari fluida yang
paling besar terjadi pada pusatnya dan secara progresif menurun sebanding
dengan jaraknya dari pusat. Hal ini menjadi referensi untuk mengubah aliran
sungai dengan head yang rendah menjadi sebuah aliran vortex, dimana dengan
perubahan ini kecepatan dari fluida meningkat. Radial swirl blade adalah sebuah
blade dengan bentuk lengkung, dengan dimensi yang sama blade ini akan
menghasilkan daya yang lebih besar dibandingkan dengan flat blade. Bentuk
profil lengkungan blade yang mengikuti pola vortex dimungkinkan untuk
memperbesar luas area bidang kontak air dengan blade sehingga energi yang
diterima pun akan lebih optimal.
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan tipe sudu radial swirl
blade dengan kelengkungan sudu 450, dimana diameter dan lebar sudu adalah 0,1
m dan 0,4 m dengan variasi jumlah sudu, yaitu : 3, 4, 6 buah. Variasi jarak sudu
terhadap lubang buang yang digunakan, yaitu : 0,03 m, 0,06 m, 0,09 m, 0,12 m.
Diameter lubang buang 0,12 m. Dimensi saluran yang digunakan adalah panjang
6,5 m lebar 0,25 m dan tinggi 0,5 m dengan diameter vortex basin sebesar 1 m.
Pada penelitian ini data yang diambil adalah data torsi dan putaran poros dengan
mempertahankan tinggi level air 0,2 m data tersebut diolah untuk mencari nilai
efisiensi.
Hasil analisis yang dilakukan diperoleh nilai efisiensi terbaik kondisi
aktual pada jumlah sudu 4 dengan jarak sudu terhadap lubang buang 0,09 m yaitu
sebesar 16,54 %, secara perhitungan teoritik nilai efisiensi terbaik pada jumlah
sudu 4 dengan jarak sudu terhadap lubang buang 0,09 m yaitu sebesar 59,34%.
Kata kunci : aliran vortex, radial swirl blade, jarak sudu terhadap lubang buang,
torsi, daya poros, efisiensi turbin.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pembangkit listrik tenaga air saat ini menjadi salah satu pilihan dalam
memanfaatkan sumber energi terbarukan. Namun pemanfaatan yang ada masih
menggunakan teknologi yang sedehana. Pembangkit Listrik jenis ini dalam proses
pembuatannya sangat ekonomis namun masih dalam skala kecil. Artinya
pembangkit-pembangkit ini hanya mampu mencukupi pemakaian energi listrik
untuk sejumlah rumah saja.
Jenis Pembangkit Listrik Tenaga Air ini sering
disebut Microhydro atau sering juga disebut Picohydro tergantung keluaran daya
listrik yang dihasilkan.
Microhydro ataupun Picohydro yang dibuat biasanya memanfaatkan air terjun
dengan head jatuh yang besar. Sedangkan untuk aliran sungai dengan head jatuh
yang kecil belum termanfaatkan dengan optimal. Hal ini menjadi referensi untuk
memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran vortex. Aliran
vortex yang juga dikenal sebagai aliran pulsating atau pusaran dapat terjadi pada
suatu fluida yang mengalir dalam suatu saluran yang mengalami perubahan
mendadak.
Radial swirl blade adalah sebuah blade dengan bentuk lengkung. Bentuk profil
lengkungan blade yang mengikuti pola vortex dimungkinkan untuk memperbesar
2
luas area bidang kontak air dengan blade sehingga energi yang diterima pun akan
lebih optimal. Radial Swirl Blade dengan diameter sudu yang sama blade ini akan
menghasilkan daya yang lebih besar dibandingkan dengan flat blade.
B. Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari pelaksanaan dan penulisan laporan tugas akhir ini adalah untuk
mengetahui pengaruh jarak sudu terhadap lubang dan variasi jumlah sudu
terhadap:
1. Torsi dan putaran poros maksimum yang dihasilkan turbin.
2. Daya optimal turbin yang dihasilkan.
3. Efisiensi turbin air
Sedangkan manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah agar dapat
memberikan informasi kepada khalayak umum bahwa aliran sungai dengan head
rendah pun dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik secara optimal, terlebih
dengan penggunaan tipe sudu radial swirl blade pada turbin air aliran vortex.
C. Batasan Masalah
Dalam penulisan laporan tugas akhir ini ada beberapa batasan masalah yang
diberikan agar penelitian ini lebih terarah, yaitu:
1. Pengamatan kinerja turbin dianalisa terhadap aliran vortex.
3
2. Tipe sudu yang digunakan adalah Radial Swirl Blade.
3. Variasi jarak sudu dengan lubang buang adalah 3 cm, 6 cm, 10 cm, 12 cm.
4. Tinggi level air dikondisikan konstan pada level 20 cm
5. Pengujian dilakukan dalam skala laboratorium.
6. Penelitian yang dilakukan adalah untuk mengetahui torsi maksimum dan
efisiensi turbin air aliran vortex dengan tipe sudu radial swirl blade.
7. Parameter yang digunakan yaitu: jumlah sudu, jarak sudu terhadap lubang
buang.
D. Sistematika Penulisan
Laporan penelitian Tugas Akhir ini menggunakan standar penulisan karya ilmiah
yang diterapkan oleh Universitas Lampung antara lain :
BAB I
:
PENDAHULUAN
Terdiri dari latar belakang, tujuan, batasan masalah, hipotesa, dan
sistematika penulisan.
BAB II
:
TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan tentang Fluida, Hydropower, Hukum Bernoulli, Aliran
vortex, Turbin air, Radial Swirl Balde, Perhitungan turbin.
4
BAB III
:
METODOLOGI
Berisi beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian, prosedur
pengujian, dan diagram alir pengujian.
BAB IV
:
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisikan pembahasan dari data-data yang diperoleh pada
pengujian Torsi turbin dan Putaran sudu.
BAB V
:
SIMPULAN DAN SARAN
Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang
ingin disampaikan dari penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Dari hasil penelitian yang dilakukan terhadap Turbin air aliran vortex dengan
menggunakan Radial Swirl Blade, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Torsi tertinggi turbin didapat pada jumlah sudu 4 dan jarak sudu terhadap
lubang buang 0,09 m sebesar 1,0244 Nm.
2. Daya aktual terbesar turbin yang didapat pada penelitian ini adalah sebesar
7.448 watt.
3. Efisiensi terbaik didapat pada jumlah sudu 4 sebesar 16,54% dengan jarak
sudu terhadap lubang buang sebesar 0,09 m.
4. Variasi jarak sudu terhadap lubang berpengaruh terhadap efisiensi turbin,
jarak terbaik pada kondisi aktual didapat pada jarak sudu terhadap lubang
buang sebesar 0,09 m.
5. Pebedaan yang mencolok pola grafik pada perhitungan aktual dengan
perhitungan teoritik dikarenakan sedikitnya variabel yang diketahui. Hal
ini terjadi karena profil vortex dan profil kecepatan fluida yang tidak
diketahui.
67
B. Saran
Dari hasil penelitian ini untuk penelitian selanjutnya, penulis memberikan
beberapa saran sebagai berikut:
1. Perlu diteliti lebih lanjut pangaruh laju aliran terhadap kinerja turbin.
2. Adanya penelitian yang khusus membahas mengenai potensi dan profil
vortex, sehingga didapat variabel yang mendukung kajian teoritik.
3. Perlu adanya kajian yang mendalam mengenai perhitungan teoritik untuk
mengetahui besarnya tekanan dan gaya yang bekerja pada dinding
belakang sudu turbin
4. Perlu dikaji lebih lanjut mengenai sudut kelengkungan sudu, sehingga
didapat kelengkungan efektif untuk menghasilkan efisiensi terbaik.