Uji Performansi Turbin Vortex Dengan Pengaruh Variasi Dimensi Sudu Dan Analisa Perbandingan Menggunakan Variasi Saluran BuangSyahril

UJI PERFORMANSI TURBIN VORTEX MENGGUNAKAN

VARIASI DIMENSI SUDU 1 & 3 DAN LUAS SALURAN

BUANG SERTA KETINGGIAN DARI DASAR CASING

TERHADAP PRESTASI TURBIN VORTEX

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SAUDARA VERY NANDO SIHOMBING

NIM. 080401094

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

Turbin vortex adalah turbin yang memanfaatkan pusaran air sebagai penggerak sudu turbin dengan head yang rendah dan bisa digunakan pada aliran sungai. Pada penelitian ini digunakan 3 dimensi sudu yang berbeda dengan bentuk casing lingkaran dan memiliki 3 variasi saluran buang. Penelitian ini dilakukan dengan memanfaatkan pompa sebagai sirkulator air dan menggunakan talang sebagai saluran masuk rumah turbin. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sudu dengan ukuran ke-2 memiliki efisiensi lebih tinggi dibandingkan dengan ukuran sudu yang lainnya dengan diameter saluran buang 7cm.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-Nya penulis akhirnya dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “UJI PERFORMANSI TURBIN VORTEX DENGAN PENGARUH

VARIASI DIMENSI SUDU DAN ANALISA PERBANDINGAN MENGGUNAKAN VARIASI SALURAN BUANG”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan stara-1 (S1) pada Departement Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Oleh karena itu dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

2. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departement Teknik Mesin Universitas Sumatra Utara.

3. Bapak Ir. A. Halim Nasution, MSc selaku dosen pembanding I dan Bapak Tulus B. Sitorus, ST.MT selaku dosen pembanding II yang memberi masukan kepada penulis.

4. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departement Teknik Mesin yang telah berjasa membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.

5. Kedua orangtua penulis, P. Sihombing dan U. Butar-butar yang sangat berjasa, yang memberikan kasih sayang yang tak terhingga dan doa kepada penulis.

6. Saudara kandung penulis Jenny Riana Sihombing, Adventina Sihombing dan Leonard Sihombing yang selalu memberikan dukungan.

7. Rekan seperjuangan Ferdy J. Marpaung, Irham Raft Seguin, Faisal Hajj yang telah bersama-sama untuk menyelesaikan skripsi ini. 8. Teman-teman dari Tim HORAS, Tim PELTON, Tim NACA, Tim

Hidram, Inkubator Team, Solar Dryer Team, dan M60 Group yang turut membantu dan mendukung untuk menyelesaikan skripsi ini. 9. Rekan-rekan mahasiswa stambuk 2008 yang tidak mungkin disebutkan

satu-persatu, para abang senior dan adik-adik junior semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa mungkin ada beberapa kesalahan dan kekeliruan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima kritik dan saran yang membangun untuk memperbaiki skripsi ini untuk kepentingan ilmu pengetahuan.Semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca dan akhir kata Penulis mengucapkan banyak terima kasih.

Medan, September 2013

DAFTAR ISI

ASBSTRAK ...i

KATA PENGANTAR ...ii

DAFTAR ISI ...iv

DAFTAR TABEL ...vii

DAFTAR GAMBAR ...ix

DAFTAR SIMBOL ...xiii

AKSARA YUNANI ...xiv

BAB I PENDAHULUAN ...1

1.1. Latar Belakang ...1

1.2. Tujuan Penelitian ...2

1.3. Manfaat Penelitian ...3

1.4. Batasan Masalah ...3

1.5. Metodologi Penelitian ...3

1.6. Sistematika Penulisan ...4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...6

2.1. Fluida ...6

2.2. Klasifikasi Fluida ...7

2.2.1. Fluida Statis dan Fluida Dinamis ...8

2.2.3. Aliran Seperated dan Unseperated ...10

2.2.4. Aliran Laminar dan Aliran Turbulen ...12

2.2.5. Aliran Vortex ...13

2.3. Turbin Air ...17

2.4. Klasifikasi Turbin Air ...20

2.4.1. Turbin Impuls ...22

2.4.2. Turbin Reaksi ...24

2.4.3. Perbandingan Karakteristik Turbin Air ...27

2.4.4. Performansi dan Efisiensi Turbin ...29

BAB III METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN ...31

3.1. Umum ...31

3.2. Rancang Bangun Instalasi...32

3.3. Pengujian Turbin Vortex ...37

3.4. Peralatan Pengujian ...38

3.4.1. Hand Tachometer ...38

3.4.2. Timbangan Pegas ...38

3.4.3. Pulley ...39

3.4.4. Gelas Ukur ...40

3.4.5. Flow Meter ...40

3.4.6. Pompa Pengumpan ...41

3.5. Pelaksanaan Pengujian ...42

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA ...46

4.1. Perhitungan efisiensi turbin vortex pada luas saluran buang 5,5 cm (bukaan katup 30°, 60°, dan 90°) dengan menggunakan 4 sudu ...46

4.1.1. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 30° ...47

4.1.2. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 60° ...48

4.1.3. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 90° ...49

4.2. Perhitungan efisiensi turbin vortex pada luas saluran buang 6 cm (bukaan katup 30°, 60°, dan 90°) dengan menggunakan 4 sudu ...51

IV.2.1. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 30°...51

IV.2.2. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 60°...56

IV.2.3. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 90°...60

IV.3. Perhitungan efisiensi turbin vortex pada luas saluran buang 7 cm (bukaan katup 30°, 60°, dan 90°) dengan menggunakan 4 sudu...64

IV.3.1. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 30°...64

IV.3.2. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 60°...67

IV.3.3. Efisiensi turbin vortex bukaan katup 90°...71

IV.4. Grafik perbandingan hasil pengujian turbin vortex menggunakan saluran buang 5,5 cm pada bukaan katup 30°, 60° dan 90°...75

IV.4.1. Perbandingan efisiensi turbin dengan torsi...75

IV.4.2. Perbandingan putaran turbin dengan torsi...76

IV.4.3. Perbandingan putaran dengan daya turbin...77 IV.5. Grafik perbandingan hasil pengujian turbin vortex menggunakan

saluran buang 6 cm pada bukaan katup 30°, 60° dan 90°...78

IV.5.1. Perbandingan efisiensi turbin dengan torsi...78

IV.5.2. Perbandingan putaran turbin dengan torsi...79

IV.5.3. Perbandingan putaran dengan daya turbin...80

IV.6. Grafik perbandingan hasil pengujian turbin vortex menggunakan saluran buang 7 cm pada bukaan katup 30°, 60° dan 90°...81

IV.6.1. Perbandingan efisiensi turbin dengan torsi...81

IV.6.2. Perbandingan putaran turbin dengan torsi...82

IV.6.3. Perbandingan putaran dengan daya turbin...83

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...84

V.1. Kesimpulan...84

V.2. Saran...85 DAFTAR PUSTAKA

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Saat ini penggunaan energi yang paling banyak digunakan di dunia adalah sumber energi fosil. Penggunaan energi tersebut secara terus menerus yang mengarah pada krisis energi membuat banyak orang untuk mencari sumber energi alternatif. Salah satu sumber energi yang saat ini sedang banyak dilakukan penelitian adalah arus air. Alih fungsi turbin angin menjadi turbin air perlu dilakukan studi lebih lanjut tentangnya. Massa jenis air yang hampir 1000 kali lipat massa jenis udara menyebabkan gaya dan torsi yang mempengaruhi turbin semakin besar.

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

referensi untuk memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran

vortex.

Seorang Peneliti dari Jerman Viktor Schauberger mengembangkan teknologi aliran vortex (pusaran) untuk diterapkan pada pemodelan turbin air. Aliran vortex yang juga dikenal sebagai aliran pulsating atau pusaran dapat terjadi pada suatu fluida yang mengalir dalam suatu saluran yang mengalami perubahan mendadak. Fenomena aliran vortex sering kali dijumpai pada pemodelan sayap pesawat, aliran vortex cendrung dianggap sebagai suatu kerugian dalam suatu aliran fluida. Dalam penelitiannya Viktor Schauberger, memanfaatkan aliran irigasi yang kemudian diubah menjadi aliran vortex (pusaran), yang kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan sudu turbin. Dari penelitian ini didapatkan efisiensi sebesar 75 % dengan tinggi air jatuh 0,6 m. Namun pada penelitiannya Viktor Schauberger tidak menjelaskan pengaruh tinggi sudu turbin. Bertolak dari kondisi tersebut di atas maka penyusun melakukan penelitian untuk melihatpengaruh tinggi sudu turbin terhadap performansi turbin.

I.2. Tujuan Penelitian

Tujuan dari pelaksanaan dan penulisan laporan ini adalah untuk mengetahui pengaruh luas saluran buang dan jarak sudu dari dasar

casingterhadap:

1. Torsi dan putaran poros maksimum yang dihasilkan turbin.

2. Daya optimal turbin yang dihasilkan.

I.3. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah menambah pengetahuan bahwa aliran sungai pun dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik secara optimal.

I.4. 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.

2. Tipe sudu yang digunakan adalah lengkung.

3. Diameter dan lebar turbin.

4. Jumlah sudu yang digunakan adalah 4

5. Tinggi sudu turbin adalah 78,3cm.

I.5. Metodologi Penelitian

Adapun metode pengumpulan data dalam skripsi ini adalah sebagai berikut:

1) Pengujian

Penulis melakukan pengujian langsung pada turbin air vortex untuk memperoleh data yang akan diolah.

a) Membaca dan mempelajari buku-buku literatur untuk dapat mengetahui dasar teori yang berhubungan dengan permasalahan yang dibahas.

b) Melakukan diskusi dengan dosen pembimbing dan sesama mahasiswa.

I.6. Sistematika Penulisan

Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam beberapa bagian, yaitu:

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan masalah yang berisi antara lain :latar belakang, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalahdan sistematika penulisan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi tentang dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisis permasalahan tersebut meliputi penjelasan mengenaiFluida, Hukum Bernoulli, Aliran vortex, Turbin air,Klasifikasi Turbin air dan performansi dan efisiensi.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi tentang beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian, prosedur pengujian, dan diagram alir pengujian.

BAB IV : PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA DATA

Bab ini berisi tentang pembahasan dari data-data yang diperoleh yakni analisatorsi turbin, daya turbin dan efisiensi turbin

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil analisa dan saran untuk penyempurnaan hasil penelitian untuk penelitian berikutnya.

DAFTAR PUSTAKA

ABSTRAK

Turbin vortex adalah turbin yang memanfaatkan pusaran air sebagai penggerak sudu turbin dengan head yang rendah dan bisa digunakan pada aliran sungai. Pada penelitian ini digunakan 3 dimensi sudu yang berbeda dengan bentuk casing lingkaran dan memiliki 3 variasi saluran buang. Penelitian ini dilakukan dengan memanfaatkan pompa sebagai sirkulator air dan menggunakan talang sebagai saluran masuk rumah turbin. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sudu dengan ukuran ke-2 memiliki efisiensi lebih tinggi dibandingkan dengan ukuran sudu yang lainnya dengan diameter saluran buang 7cm.

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Saat ini penggunaan energi yang paling banyak digunakan di dunia adalah sumber energi fosil. Penggunaan energi tersebut secara terus menerus yang mengarah pada krisis energi membuat banyak orang untuk mencari sumber energi alternatif. Salah satu sumber energi yang saat ini sedang banyak dilakukan penelitian adalah arus air. Alih fungsi turbin angin menjadi turbin air perlu dilakukan studi lebih lanjut tentangnya. Massa jenis air yang hampir 1000 kali lipat massa jenis udara menyebabkan gaya dan torsi yang mempengaruhi turbin semakin besar.

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

referensi untuk memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran

vortex.

Seorang Peneliti dari Jerman Viktor Schauberger mengembangkan teknologi aliran vortex (pusaran) untuk diterapkan pada pemodelan turbin air. Aliran vortex yang juga dikenal sebagai aliran pulsating atau pusaran dapat terjadi pada suatu fluida yang mengalir dalam suatu saluran yang mengalami perubahan mendadak. Fenomena aliran vortex sering kali dijumpai pada pemodelan sayap pesawat, aliran vortex cendrung dianggap sebagai suatu kerugian dalam suatu aliran fluida. Dalam penelitiannya Viktor Schauberger, memanfaatkan aliran irigasi yang kemudian diubah menjadi aliran vortex (pusaran), yang kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan sudu turbin. Dari penelitian ini didapatkan efisiensi sebesar 75 % dengan tinggi air jatuh 0,6 m. Namun pada penelitiannya Viktor Schauberger tidak menjelaskan pengaruh tinggi sudu turbin. Bertolak dari kondisi tersebut di atas maka penyusun melakukan penelitian untuk melihatpengaruh tinggi sudu turbin terhadap performansi turbin.

I.2. Tujuan Penelitian

Tujuan dari pelaksanaan dan penulisan laporan ini adalah untuk mengetahui pengaruh luas saluran buang dan jarak sudu dari dasar

casingterhadap:

1. Torsi dan putaran poros maksimum yang dihasilkan turbin.

2. Daya optimal turbin yang dihasilkan.

I.3. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah menambah pengetahuan bahwa aliran sungai pun dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik secara optimal.

I.4. 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.

2. Tipe sudu yang digunakan adalah lengkung.

3. Diameter dan lebar turbin.

4. Jumlah sudu yang digunakan adalah 4

5. Tinggi sudu turbin adalah 78,3cm.

I.5. Metodologi Penelitian

Adapun metode pengumpulan data dalam skripsi ini adalah sebagai berikut:

1) Pengujian

Penulis melakukan pengujian langsung pada turbin air vortex untuk memperoleh data yang akan diolah.

a) Membaca dan mempelajari buku-buku literatur untuk dapat mengetahui dasar teori yang berhubungan dengan permasalahan yang dibahas.

b) Melakukan diskusi dengan dosen pembimbing dan sesama mahasiswa.

I.6. Sistematika Penulisan

Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam beberapa bagian, yaitu:

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan masalah yang berisi antara lain :latar belakang, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalahdan sistematika penulisan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi tentang dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisis permasalahan tersebut meliputi penjelasan mengenaiFluida, Hukum Bernoulli, Aliran vortex, Turbin air,Klasifikasi Turbin air dan performansi dan efisiensi.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi tentang beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian, prosedur pengujian, dan diagram alir pengujian.

BAB IV : PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA DATA

Bab ini berisi tentang pembahasan dari data-data yang diperoleh yakni analisatorsi turbin, daya turbin dan efisiensi turbin

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil analisa dan saran untuk penyempurnaan hasil penelitian untuk penelitian berikutnya.

DAFTAR PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Fluida

Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Semua zat cairitu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir darisatu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.

Fluida dibagi menjadi dua bagian yakni fluida statis (fluida diam)dan fluida dinamis (fluida bergerak). Fluida statis ditinjau ketika fluidayang sedang diam atau berada dalam keadaan setimbang. Fluidadinamis ditinjau ketika fluida sedang dalam keadaan bergerak.Fluida statis erat kaitannya dengan hidraustatika dan tekanan.Hidraustatika merupakan ilmu yang mempelajari tentang gayamaupun tekanan di dalam zat cair yang diam.Sedangkan tekanan didefinisikan sebagai gaya normal per satuan luaspermukaan.Setiap fluida selalu memberikan tekanan pada semua bendayang bersentuhan dengannya. Air yang dimasukan ke dalam gelasakan memberikan tekanan pada dinding gelas. Demikian jugaseseorang yang mandi dalam kolam renang atau air laut, air kolamatau air laut tersebut juga memberikan tekanan pada seluruh tubuhorang tersebut. Tekanan total air pada kedalaman tertentu, misalnya tekanan airlaut pada kedalaman 200 meter merupakan jumlah tekanan atmosferyang menekan

permukaan air laut dan tekanan terukur padakedalaman 200 meter. Jadi, selain lapisan bagian atas air menekanlapisan air yang ada di bawahnya, terdapat juga atmosfer (udara) yangmenekan permukaan air laut tersebut. Tekanan yang ditimbulkan oleh lapisan fluida yang ada di atasdapat dikatakan sebagai tekanan dalam karena tekanan itu sendiriberasal dari dalam fluida sedangkan tekanan atmosfer dapat kitakatakan tekanan luar karena atmosfer terpisah dari fluida. Tekananatmosfer (dalam kasus ini merupakan tekanan luar) bekerja padaseluruh permukaan fluida dan tekanan tersebut disalurkan padaseluruh bagian fluida. Oleh karena itu, tekanan total fluida padakedalaman tertentu selain disebabkan oleh tekanan lapisan fluida padabagian atas, juga dipengaruhi oleh tekanan luar.

2.2 Klasifikasi Fluida

Menurut Raswari (1986), fluida merupakan suatu zat/bahan yang dalam keadaan setimbang tak dapat menahan gaya atau tegangan geser (shear force). Dapatpula didefinisikan sebagai zat yang dapat mengalir bila ada perbedaan tekanan dan atau tinggi. Suatusifat dasar fluida nyata, yaitu tahanan terhadap aliran yang diukur sebagai tegangan geser yang terjadi pada bidang geser yang dikenai tegangan tersebut adalah viskositas atau kekentalan/kerapatan zat fluida tersebut.

Sehingga fluida terdiri dari cairan dan gas (atau fase uap). Perbedaan antara keadaan fluida dan solid jelas jika anda membandingkan perilaku fluida dan solid. Solid berdeformasi ketika tegangan geser diterapkan, tetapi deformasi yang tidak terus meningkat dengan waktu. Berikut pembagian klasifikasi aliran secara umum.

2.2.1 Fluida Statis dan Fluida Dinamis

Fluida statis atau sering disebut juga fluida diam,sedangkan fluida dinamis adalah fluida yang bergerak. Fluida Statis misalnya air didalam wadah,fluida dinamis misalnya pergerakan angin yang digerakkan kipas angin. Fluida statis biasanya dipengaruhi oleh hukum kontinuitas yang dipengaruhi oleh luas penampang dan juga Bernaouli’s law yang dipengaruhi oleh ketinggian dan tekanan dari fluida. Kedua hukum hanya dapat diterapkan di fluida statis yang sama – sama memeliki kecepatan alir dan massa jenis.

Fluida dinamis itu sendiri dipengaruhi oleh gaya Archimedes,misalnya gaya angkat pada kapal laut. Hukum Pascal juga berpengaruh dalam fluida dinamis ini,hukum Pascal secara singkat adalah tekanan terbagi banyak dan diteruskan kesegala arah,misalnya pompa hidrolik dan dongkrak.

2.2.2 Aliran Viscous dan Inviscid

Aliran viskous atau aliran fluida nyata adalah aliran yang dipengaruhi oleh viskositas. Adanya viskositas menyebabkan adanya tegangan geser dan kehilangan energy. Pada aliran ini terjadi gesekan antarai fluida dengan dasar/dinding saluran atau pipa. Gambar dibawah ini menampilkan percobaan aliran viskous melalui sebuah pilar berbentuk tabung.

Gambar 2.1 Percobaan Viskositas

Aliran invisid atau aliran fluida ideal adalah aliran yang tidak dipengaruhi viskositas/kekentalan sehingga aliran ini tidak memiliki tegangan geser dan kehilangan energi. Dalam kenyataannya aliran fluida ideal tidak ada. Konsep ini digunakan para peneliti terdahulu untuk membentuk persamaan aliran fluida dan pengaplikasiannya di lapangan ditambahkan faktor penyesuaian sesuai kondisi nyata.

2.2.3 Aliran Seperated and Unseperated

Aliran yang tidak terjadi separasi dapat terjadi pada aliran yang sangat lambat. Penjelasan mengenai fenomena ini ditampilkan melalui sketsa pada Gambar 2.3, mengilustrasikan sebuah percobaan sejumlah cairan sirup (viskositas tinggi) dengan suhu rendah yang melampaui flume dengan beda tinggi dasar tertentu dengan kecepatan sangat rendah. Saat mencapai pojok flume, cairan sirup tetap megikuti dasar flume, turun vertical dan tetap ‘menempel’ hingga akhir. Fenomena ini disebabkan momentum yang sangat kecil pada pojok dasar flume yang diakibatkan kecepatan yang sangat rendah.

Gambar 2.3 Aliran Unseperated

Sedangkan aliran yang terjadi separasi ditampilkan sketsa pada Gambar Fluida dengan nilai viskositas kecil atau kecepatan tinggi menimbulkan momentum yang tinggi, sehingga sulit bagi aliran untuk ‘menempel’ pada dasar saluran. Pada Gambar 2.5 juga mengilustrasikan aliran rotasional.

Gambar 2.4 Aliran Seperated

Gambar 2.5 dibawah ini juga mengilustrasikan fenomena aliran pada klasifikasi ini. Pada bagian Gambar (A) dan Gambar (B) juga mengilustrasikan fenomena aliran viscous dan non-viskous di penjelasan sebelumnya. Gambar (C) aliran vortex bebas, gamabr (D) aliran laminar dan gambar (E) aliran turbulen.

2.2.4 Aliran Laminar dan Aliran Turbulen

Dengan teknologi sekarang,aliran laminar bisa diprediksi lebih baik dan akurat dengan menggunakan teknologi di laboraturium,tetapi berbeda dengan aliran turbulen,kecuali pada aliran sederhana sangat sulit menentukan detail dan permodelan dari aliran ini.

Misalnya pada pipa, pada sisi masuk bisa dikatakan molekul – molekul fluida masi tersusun rapi dan tidak acak. Tetapi setelah melewati titik kritis,gerakan fluida mulai acak. Daerah inilah disebut aliran turbulen.

Untuk aliran laminar kecepatan pada suatu titik akan tetap terhadap waktu. Sedangkan aliran turbulen kecepatannya akan mengindikasikan suatu fluktuasi yang acak. Dalam aliran turbulen, profil kecepatan pada suatu titik dihasilkan dari gerak acak partikel fluida berdasarkan waktu dalam jarak dan arah.

Gambar 2.6Perpindahan aliran dari laminar ke turbulen

Dari sudut pandang hidraulik, hal yang paling mudah untuk membedakannya adalah gerak partikel/distribusi kecepatannya seragam, lurus, dan sejajar untuk aliran laminer dan sebaliknya untuk aliran turbulen. Perubahan

dari laminer menuju turbulen atau zona transisi terjadi pada jarak tertentu dan zona transisi akan berakhir hingga terjadi kondisi ‘fully developed turbulence’.

Bilangan Reynold adalah bilangan tanpa dimensi yang dapat digunkan untuk membedakan aliran laminar dan turbulen yang merupan perbandingan gaya inersia dan gaya viskositas.

� =

�

�

Dimana: Re = Bilangan Reynold

U = Kecepatan Rata-Rata dari Fluida (m/s) L= Jari jari penampung air ( m )

ρ = Massa Jenis ( kg/m3₎ μ= Viskositas dinamik (kg/m.s)

Pada plat datar bilangan reynold nya adalahRe = 5 x 105 pada plat datar dan Re = 2 x 105 pada bola.

2.2.5 Aliran Vortex

Pusaran (Vortex) bentuk dalam cairan bergerak, termasuk cairan, gas, dan plasma. Beberapa contoh umum adalah asap cincin, whirlpool yang sering terlihat di bangun perahu, dayung, dan angin angin topan, Tornado dan badai debu. Pusaran membentuk di bangun dari pesawat dan yang menonjol fitur atmosfer Jupiter.

Dalam aliran fluida,aliran inibisa berarti menunjukkan putaran ataupun alur yang melingkar. Dalam defenisinya, aliran ratationalkecepatan vektornyaV≠

0, jika irratational kecepatan vektornya V= 0. Aliran vortex ini sendiri termasuk dalam perpaduan aliran irrotational.

Gambar 2.7Aliran vortex 2D

Untuk membedakan aliran ratational dan irratational,kecepatan aliran sama disemua tempat,dan makin meningkat secara teratur jika mendekati pusat.

Gambar 2.8Aliran rotational

Sedangkan aliran irratational,kecepatan total sama dengan nol,karena tiap aliran kecepatannya berbeda -beda.Dalam pusaran irrotational, cairan bergerak dengan kecepatan yang berbeda di berdekatan arus, jadi ada gesekan dan karena itu kehilangan energi seluruh vortex, terutama di dekat inti.Untuk alasan itu, irrotational pusaran juga disebut pusaran gratis.

Gambar 2.9Aliran irratational

Aliran vortex ini adalah aliran turbulen. Dikatakan aliran turbulen karena alirannya tidak teratur dan membentuk pusaran. Vorticity(kecepatan aliran vortex) sangat tinggi di daerah inti disekitar sumbu dan tekanan menukik tajam ke bawah menuju lubang buang,sehingga aliran vortex ini termasuk aliran rotational.

Gambar 2.10 Aliran vortex kecepatan tinggi

Aliran vortex bisa terjadi secara alami ataupun secara paksa.Aliran vortex

terjadi walaupun tidak adanya gaya yang dilakukan pada fluida tersebut.Karateristik dari vortex bebas adalah kecepatan tangensial dari partikel fluida yang berputar pada jarak tertentu dari pusatvortex. Hubungan kecepatan partikel fluida v terhadap jaraknya dari pusat putaran r dapat dilihat pada persamaan ini:

=

�

Dimana:

V = kecepatantangensialfluida (m s-1)

r = jari-jariputaranpartikelfluidadarititikpusat (m)

Dalam vortex bebas, tidak ada perubahan energi melintas pada aliran lurus, jadi persamaan di atassama dengan nol.Apabila suatu gaya diberikan pada suatu fluida dengan maksud membuat aliran fluida berputar. Hubungan kecepatan partikel fluida v terhadap jaraknya dari pusat putaran x dapat dilihat pada persamaan berikut:

= . �

� =

_�

ω

X

2

)

Sehingga :

� =

�

Dimana : Fc = gaya sentrifugal pada aliran vortex

W = berat partikel vortex

V = kecepatan tangensial

2.3Turbin Air

Tenaga air mulai digunakan oleh manusia sudah sekitar 2000 tahun yang lalu yaitu ketika bangsa Yunani dan Romawi sudah mengenal kincir air, yang mana mereka meletakkan kincir air itu secara horizontal( arah poros kincir horizontal ) di aliran sungai yang panjang.Kincir air ini digunakan tenaganya untuk menggiling jagung dengan menggunakan roda gigi. Tenaga air yang ditimbulkan oleh adanya energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh arus sungai yang mengalir tersebut yangakan memutar kincir air itu, oleh karena itu

beroperasi penggilingan.Penggilingan menjadi tugas yang utama dilakukan dengan tenaga air kemudian, dan pada perkembangannya kincir ini kemudian dikembangkan oleh bangsa-bangsa di Asia dan Eropa Timur pada masa setelah itu yaitu sekitar abad ke 4.

Gambar 2.11Kincir Air

Karena kincir air sudah terkenal di berbagai tempat di dunia pada waktu itu, makamanusia mulai memikirkan tentang bagaimanacara meningkatkan kegunaan dari tenaga air tersebut.Manusia mulai mengubah bentuk kincir air dari keadaan yang sebelumnya, hal ini merupakan suatu langkah yang penting bagi perkembangan teknologi kinci air pada waktu itu.Bentuk kincirpun mulai bervariasi ada yang dipasang secara horisontal dengan arah putaran roda dari kiri ke kanan. Pada awalnya, kincir air dipasang sedemikian sehingga pusat dari kincir tersebut berada di atas permukaan air dan arus air akan menggerakkan bagian bawah dari kincir tersebut sehingga kincir air dapat berputar. Kemudian, merekaakan mencelupkan kincir di bawah permukaan air yang melebihi dari orientasi yang sebelumnya.Pada abad ke 18, John Smeaton menguji kedua-duanya orientasi di atas dan menemukan bahwa kincir yang bekerja mendapatkan

efisiensi yang lebih tinggi. Pada abad sesudahnya para insinyur telah dapat menyempurnakan kincir air menemukan dua peningkatan, diantaranya adalah sudu dari kincir air yang dibengkokkan dapat bekerja lebih baik ,dan yang kedua adalah dapat diketahui posisi yang lebih tepat dari roda sehingga dihasilkan kincir air yang efisien.Pengembangan ini membantu orang-orang dalam penggunaan dari kincir air yang sudah mempunyai tenaga yang lebih dari sebelumnya.Tenaga yang lebih tersebut tidak hanya untuk menggiling hasil panen seperti jagung dan gandum, tetapi juga dapat digunakan sebagai tenaga untuk menggerakkan konveyor, sehingga masalah pengangkutan di dalam suatu pengilingan dapat diatasi dengan penggunaan tenaga kincir air.Pada abad ke 19, turbin air telah ditemukan, dan lambat laun mulai menggeser penggunaan dari kincir air.Manusia mulai meninggalkan kincir air karena melihat bahwa turbin air jauh lebih efisien dibanding dengan kincir air.Bagaimanapun, kincir air masih tersisa di seluruh dunia sampai hari ini.

Di negara-negara berkembang, kebutuhan serta kemungkinan untuk membuat turbin setempat kian meningkat.Peralatan, mesin-mesin, bahan dan tenaga terlatih maupun staf teknis yang diperlukan telah tersedia, yang belum ada hanyalah informasi dan know-hownya.Salah satu kategori mesin yang digunakan untuk memanfaatkan tenaga air yang bisa dibuat setempat adalah turbin air. Banyak dijumpai adanya tradisi maju di beberapa negara dalam memproduksi, memasang dan mengoperasikan penggilingan bertenaga air kecil.Di negara Nepal pada awal tahun 1970-antelah dibangun dan dipasang beberapa Turbin Aliran Silang (TAS) pertama. Beberapa selang kemudian dalam dekade yang sama sampai pada tahun 1990-an, TAS mulai menyebar lebih dari 600 penggilingan

bertenaga air.Turbin Aliran Silang (TAS) adalah model yang paling sederhana, sementara TAS memerlukan kisaran tinggi terjunnya rendah dan debit air yang dibutuhkan sangat besar.Air yang mengalir mempunyai energi yang dapat digunakan untuk memutar roda turbin, karena itu pusat-pusat tenaga air dibangun di sungai-sungai dan di pegunungan-pegunungan.Pusat tenaga air tersebut dapat dibedakan dalam dua golongan, yaitu pusat tenaga air tekanan tinggi dan pusat tenaga air tekanan rendah.

2.4 KlasifikasiTurbin Air

Turbin air dapat dikelompokkan dengan berbagai cara.Menurut H. Grengg, jenis turbin dapat digolongkan menjadi tiga sesuai dengan range dari head-nya, yaitu :

1. Turbin dengan head rendah. 2. Turbin dengan head medium. 3. Turbin dengan head tinggi.

Sedangkan menurut cara kerjanya, maka terdapat dua jenis turbin yaitu :

1. Turbin Impuls (aksi). 2. Turbin Reaksi.

High Head

Medium Head

Low Head

Impulse Turbine

Pelton

Turgo

Cross Flow

Multi-Jet Pelton

Turgo

Cross Flow

Reaction Turbine

Francis

Propeller

Kaplan

Vortex

Table 2.1 Pengelompokan Turbin

(d)

Gambar 2.12 Klasifikasi Turbin Air.(a) Turbi Francis (b) Turbin Kaplan (c) Turbin Pelton (d) Turbin Crossflow

2.4.1 Turbin Impuls

Turbin impuls adalah turbin air yang carakerjanya dengan merubah seluruh energi air (yang teridiri dari energi potensial-tekanan-kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Atau dengan kata lain, energi potensial air diubah menjadi energi kinetik.

Pada turbin impuls energi potensial air dirubah menjadi energi kinetik pada nosel. Air keluar nosel yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu turbin arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impuls). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya.

Beberapa contoh dari turbin impuls adalah:

 Turbin Pelton

Gambar 2.13 Turbin Pelton

Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nosel. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.

Turbin Crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 liter / det hingga 10m3 _/ det dan head antara 1 s/d 200m. Turbin Crossflow menggunakan nosel persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetis menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya ( lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.

2.4.2 Turbin Reaksi

Pada turbin reaksi, energi yang tersedia pada saluran masuk hanya sebagian saja yang dirubah menjadi energi kinetik sedangkan sisanya tetap dalam bentuk energi tekan. Ketika air mengalir melalui roda gerak / runner terjadi perubahan energi tekan menjadi energi kinetik secara berangsur-angsur. Tekanan pada sisi masuk roda gerak lebih tinggi dibandingkan tekanan pada sisi keluar roda gerak turbin, dimana tekanan tersebut bervariasi terhadap laju aliran fluida yang melalui turbin. Selanjutnya agar perubahan tekanan ini dapat terjadi, maka roda gerak / runner dalam hal ini harus tertutup dari udara luar dan seluruhnya terisi air selama turbin beroperasi.

Beberapa contoh dari Turbin Reaksi adalah:

 Turbin Francis

Bagian – bagian utama dari turbin francis adalah

 Rumah spiral yang menerima air dari pipa pesat dan mengarahkan air

 Bagian turbin yang berputar (runner).

 Pipa pelepas air (draft-tube) yang meneruskan air dari turbin ke

saluran pembuangan.

Gambar 2.15 Turbin Francis

Turbin ini dipasang diantara sumber tekanan air tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya.

Turbin Kaplan dan Propeller merupakan turbin reaksi aliran aksial. Turbin ini terususun dari propeller seperti pada perahu. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu.

 Turbin Vortex

Gambar 2.17 Turbin Vortex

Turbin pusaran air (vortex) merupakan turbin yang memanfaatkan pusaran air sebagai media perantara energi terhadap sumbu vertikal sehingga terjadi perbedaan tekanan antara bagian sumbu dan sekelilingnya. Turbin pusaran air (vortex) ini dioperasikan pada daerah yang memiliki head yang rendah dan memanfaatkan pusaran gravitasi air sehingga akan menimbulkan perbedaan tekanan air dengan bagian sumbu.

Turbin pusaran air (vortex) merupakan salah satu turbin yang sangat spesial, karena dapat beroperasi pada daerah yang memiliki head yang sangat rendah. Turbin pusaran air (vortex) bekerja pada head rendah dengan ketinggian air jatuh antara 0,7 m– 1,4 m.

2.4.3 PerbandinganKarakteristikTurbin Air

Kecepatan spesifik dari sebuah turbin juga dapat diartikan sebagai

kecepatan ideal, persamaan geometris turbin, yang menghasilkan satu satuan daya tiap satu satuan head.Kecepatan spesifik tubin diberikan oleh perusahaan (dengan penilaian yang lainnya) dan dan selalu dapat diartikan sebagai titik efisiensi maksimum. Perhitungan tepat ini menghasilkan performa turbin dalam jangkauan head dan debit tertentu.

Kecepatan spesifik setiap turbin mempunyai kisaran (range) tertentu berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air adalah sebagai berikut:

Turbin Pelton 12 < ns< 25

Turbin Francis 60 < ns< 300

Turbin Crossflow 40 < ns< 200

Turbin Propeller 250 < ns< 1000

Tabel 2.2 KecepatanSpesifikTurbin

Kecepatan spesifik (ns), menunjukkan bentuk dari turbin itu dan tidak berhubungan dengan ukurannya. Hal ini menyebabkan desain turbin baru yang diubah skalanya dari desain yang sudah ada dengan performa yang sudah diketahui. Kecepatan spesifik merupakan kriteria utama yang menunjukkan pemilihan jenis turbin yang tepat berdasarkan karakteristik sumber air.

Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin, maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah, bahkan dimensi dasar turbin dapat diestimasi (diperkirakan).

a) Berdasarkan Arah Aliran

Jenis Turbin Arah Aliran

Francis Radial atau Gabungan

Pelton Tangensial

Kaplan Aksial

Deriaz Diagonal

Tabel 2.3Jenis Turbin berdasarkan Arah Aliran

b) Berdasarkan Tenaga yang Dihasilkan

Besar tenaga kuda (P) yang dihasilkan oleh sebuah turbin dapat dinyatakan sebagai berikut:

= ℎ� dimana:

� = daya guna / efisiensi menyeluruh dari turbin

= tinggi tekan efektif

= satuan berat dari air, dimana dalam keadaan normal diambil 1000 kg/m3

c) Berdasarkan Kecepatan Spesifik

Kecepatan Spesifik Jenis Turbin

10 – 35 Pelton dengan 1 nosel

35 – 60 Pelton dengan 2 atau beberapa nosel

60 – 300 Francis

300 – 100 Kaplan

Tabel 2.4Jenis Turbin Berdasarkan Kecepatan Spesifik

2.4.4 Performansi dan Efisiensi Turbin

Performansi pada turbin merupakan daya mekanik yang dihasilkan dari sebuah turbin. Untuk mendapatkan nilai tersebut maka data yang diperlukan adalah kecepatan sudut (� ) dan torsi (T).

= . �

( Sumber : W. Paryatmo, 2007 ) Dimana :

P = Daya turbin ( Watt ) T = Torsi ( Nm )

Untuk menghitung Torsi ( T ) adalah :

T = F . l ( Sumber : J.B. Winther,1975 ) F = m . g

Dimana :

l = panjang lengan ( m ) m = massa/beban ( kg ) g = gravitasi

Untuk menghitung kecepatan sudut adalah : ω = 2 � ( Sumber : Streeter Victor,1979 )

Dimana :

ω = kecepatan sudut (rad/s) n = putaran turbin (rpm )

Untuk efisiensi turbin dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

ɳ = � ��

�� x 100% ( Sumber : W. Paryatmo, 2007 )

Dimana :

� �� = Daya turbin ( Watt )

BAB III

METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN

3.1 UMUM

Turbin pusaran air (vortex) merupakan turbin yang memanfaatkan pusaran air sebagai media perantara energi terhadap sumbu vertikal sehingga terjadi perbedaan tekanan antara bagian sumbu dan sekelilingnya. Turbin pusaran air (vortex) ini dioperasikan pada daerah yang memiliki head yang rendah dan memanfaatkan pusaran gravitasi air sehingga akan menimbulkan perbedaan tekanan air dengan bagian sumbu.

Turbin pusaran air (vortex) merupakan salah satu turbin yang sangat spesial, karena dapat beroperasi pada daerah yang memiliki head yang sangat rendah. Turbin pusaran air (vortex) bekerja pada head rendah dengan ketinggian air jatuh antara 0,7 m– 1,4 m. Sebagai simulasi atau pengkondisian dari air mengalir yang berada di alam. Dalam uji eksperimental turbin vortex ini, dibuat turbin vortex, adapun beberapa pekerjaan yang dilakukan adalah:

 Pembuatan rumah turbin (casing) dari bahan batako.

 Pembuatan sudu dari bahan besi plat.

 Pembuatan dudukan turbin dari bahan besi siku.

 Pembuatan poros dari bahan stell 42.

Ditambah beberapa instalasi yang mendukung turbin vortex. Adapun penambahan beberapa instalasi yang dilakukan adalah:

 Instalasi saluran perpipaan untuk air masuk.

 Instalasi dudukan talang.

 Instalasi dudukan pengujian Turbin vortex.

 Instalasi saluran buangan air pada Turbin vortex.

Aliran air yang digunakan berasal dari tempat penampungan bawah yang terletak di bawah bakkemudian dipompakan ke talang oleh satu unit pompa pengumpan. Kapasitas aliran (debit) air yang akan diumpankan dapat diatur melalui sebuah katup pengatur (gate valve) sesuai dengan kebutuhan.Aliran air yang mengalir melalui talang memiliki energi potensial sehingga akan membentuk pusaran yang akan menggerakkan sudu turbin vortex sebagai energi input. Zat cair yang keluar setelah menabrak sudu akan keluar tepat dibawah turbin vortex melalui saluran buangan dari rumah turbin (casing).

3.2 Rancang Bangun Instalasi

Rancang bangun instalasiuji eksperimental Turbin Vortex terdapat pada

rooftop lantai empat. Instalasi yang terdapat pada turbin vortex adalah bak atau rumah turbin (casing) dengan diameter dalam 0,8 m,diameter luar 1 m dan tinggi 1 m(diukur dari lubang keluaran tempat penampungan bawah ke permukaan bak . Panjang talang, diukur dari tepi dalam bak ke katup pengatur air masuk (gate valve).Adapun tujuan rancang bangun instalasi pipa adalah sebagai bentuk simulasi dari suatu aliran sungai.

Adapun elemen yang meliputi perancangan turbin vortex adalah :

 Rumah turbin ( casing )

Rumah turbin berbentuk lingkaran yang terbuat dari beton dengan diameter luar 1 m , diameter dalam 0,8 m dan tingginya 0,97 m dan memiliki lubang saluran buang pada dasar bak.

Gambar 3.1 Rumah turbin

 Sudu turbin ( blade )

Sudu turbin terbuat dari besi plat datar 4 mm yang dilengkungkan dengan menggunakan rolling dengan r = 15.Sudu turbin ada 4 buah dengan 2 variasi dimensi.Sudu 2 memiliki tinggi 78,3 cm dan lebar 23,2 cm.Sedangkan sudu 3 memiliki tinggi 78,3 cm dan lebar 13,5 cm.

 Dudukan turbin

Dudukan turbin terbuat dari besi siku yang sudah dilas.

Gambar 3.3 Dudukan turbin

 Poros turbin

Poros yang digunakan terbuat dari bahan besi steel 42.Dengan diameter 2 cm dan tinggi poros 1,3 m.

 Saluran buang

Saluran buang terbuat dari baja dan diletakkan di bagian tengah dasar rumah turbin.Saluran buang yang digunakan ada 3 jenis dengan diameter yang berbeda,yaitu 5,5 cm , 6 cm dan 7 cm.

Gambar 3.5 Saluran buang

 Talang

Talang yang digunakan terbuat dari plastik dengan panjang 80 inchi dengan lebar 12,9 cm.

 Bantalan ( bearing )

Bantalan yang digunakan adalah P204dengan jumlah 2 buah dan bantalan ini dibautkan di dudukan turbin.

Gambar 3.7 Bantalan

 Pipa, elbow, katup pengatur dan pompa

Pipa yang digunakan adalah pipa 2 inchi dengan panjang keseluruhan 6,7 m.Elbow yang digunakan ada 4 buah dan katup pengatur bola 1 buah.Pompa yang digunakan 1 buah dengan kapasitas Omaks 800 L/min.

3.3

PENGUJIAN TURBIN VORTEX

Turbin Vortex yang digunakan dalam uji eksperimental turbin vortex menggunakan jumlah sudu sebanyak 4 sudu dengan tinggi 78,3 cm dan lebar 27,5 cm.

Gambar 3.9 Sudu dan poros turbin vortex sebelum dirakit.

3.4

PERALATAN PENGUJIAN

3.4.1 Hand Tachometer

Alat ini digunakan untuk mengukur putaran (rpm) poros turbin vortex. Dalam uji eksperimental turbin vortex pada debit1, debit2 dan debit 3, hand tachometer yang digunakan adalah Krisbow KW06-303 dengan spesifikasi: Ketelitian (akurasi) : ± 0,05% + 1 digit

Range : autorange

Sampling time : 0,8 s (over 60 rpm)

Gambar 3.11 Hand Tachometer.

3.4.2 Timbangan Pegas

Timbangan Pegasdigunakan untuk mengukur besarnya momen puntir (kilogram) yang dihasilkan melalui pulleypada poros dengan cara melingkarkan tali pada pulley kemudian diikatkan ke timbangan pegas. Dalam uji eksperimental turbin vortex pada debit1, debit2 dan debit 3, timbangan pegas yang digunakan adalah PROHEXmade in china dengan spesifikasi 25 kilogram.

Gambar 3.12Timbangan Pegas.

3.4.3 PULLEY

Pulley digunakan untuk mengukur besarnya momen puntir (kilogram) yang dihasilkan oleh putaran sudu melalui poros dengan cara dihubungkan ketimbangan pegas menggunakan tali. Dalam uji eksperimental turbin vortex pada debit1, debit2 dan debit 3, pulley yang digunakan memiliki spesifikasi diameter 18 cm.

3.4.4 Gelas Ukur

Gelas ukur digunakan untuk mengetahui debit air masuk melalui talang ke bak. Dalam uji eksperimental turbin vortex pada debit1, debit2 dan debit 3.

Gambar 3.14Gelas Ukur.

3.4.5 Flow Meter

Flow meter adalah alat untuk mengukur jumlah atau laju aliran dari suatu fluida yang mengalir dalam pipa atau sambungan terbuka. Alat ini terdiri dari primary device, yanf di sebut sebagai alat utama dan secondary device (alat bantu skunder). Flow meter umumnya terdiri dari dua bagian, yaitu alat utama dan alat bantu skunder. Alat utama menghasilkan suatu sinyal yang yang merespon terhadap aliran karena laju aliran tersebut telah terganggu. Alat utamanya merupakan sebuah orifis yang mengganggu laju aliran, yaitu menyebabkan

terjadinya penurunan tekanan. Alat bantu skunder menerima sinyal dari alat utama lalu menampilkan, merekam, dan mentranmisikannya sebagai hasil pengukuran dari laju aliran.

Gambar 3.15Flow meter.

3.4.6 Pompa Pengumpan

Pompa ini digunakan untuk mengumpankan air dari tempat penampungan bawah ke talang. Dalam uji eksperimental turbin vortex pada debit1, debit2 dan debit 3, pompa pengumpan yang digunakan adalah pompa sentrifugal 2 (dua) inchi dengan daya motor penggerak (P) 0,75 kW, putaran (n) 1440 rpm ?dan dihubungkan secara direct drive.

3.5

PELAKSANAAN PENGUJIAN

Uji eksperimental turbin vortexdengan menggunakan jumlah sudu sebanyak 4 sududilakukan di rooftop lantai empat, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Pengukuran-pengukuran yang dilakukan tehadap penelitian ini meliputi:

1. Pengukuran putaran (rpm) poros turbin vortex dengan menggunakan

HandTachometer.

2. Pengukuran momen puntir (kilogram) dengan menggunakan Timbangan Pegas.

3. Pengukuran debit air dengan menggunakan stopwatch.

Sebelum dilakukan pengujian turbin vortex dan pengambilan data, terlebih dahulu dilakukan pemeriksaan (checking) terhadap beberapa instalasi dan peralatan, yang meliputi:

1. Pemeriksaan debit air di dalam tempat penampungan bawah.

2. Pemeriksaan pipa penghubung antara pompa pengumpan dan talang. 3. Pemeriksaan katup (valve).

4. Pemeriksaan poros turbin vortex serta pemperian pelumas pada bearing. 5. Pemeriksaan tali danpulley.

6. Pemeriksaan pompa pengumpan.

Setelah prosedur pemeriksaan terhadap beberapa instalasi dan peralatan di atas selesai dilakukan dan pemeriksaan dipastikan dalam kondisi standby, maka

prosedur pengujian pun dapat dimulai. Adapun prosedur pengujian uji eksperimental turbin vortex dengan jumlah sudu 4 sudu ini adalah sebagai berikut:

1. Pengujian pertama dilakukan dengan jumlah 4 sudu. 2. Katup pada sisi masuk talang dibuka 30°.

3. Hidupkan pompa pengumpan.

4. Dilakukan monitoring terhadap ketinggian air di dalam tempat penampungan bawah.

5. Setelah ketinggian air di bak konstan, maka dilakukan pengujian serta pengambilan data terhadap:

a. Pengukuran putaran (rpm) pada poros Turbin Vortex dengan menggunakan Hand Tachometer.

b. Pengukuran momen puntir (kilogram) dengan menggunakan

Timbangan Pegas.

6. Pengukuran terhadap beberapa variabel di atas dilakukan terhadap debit 1, debit 2, debit 3 dan lubang buang 5,5 6 dan 7.

7. Setiap pengambilan data dilakukan sebanyak sepuluh kali untuk mendapatkan data pengujian yang lebih akurat.

8. Setelah pengukuran pada turbin vortex selesai, maka dilakukan penggantian lubang buang. Kemudian dilakukan pengujian kembali seperti prosedur diatas.

Besaran-besaran yang diukur dan dicatat meliputi:

1. Putaran poros Turbin Vortex (rpm) 2. MomenPuntir Turbin Vortex (kilogram) 3. Debit air masuk (Q)

Dari besaran-besaran di atas dapat dihitung besaran turunan lainnya seperti:

1. Daya Air

2. Daya Turbin Vortex 3. Efisiensi Turbin Vortex

Setelah pengujian di atas, dilakukan pengujian debit air dengan prosedur sebagai berikut:

1. Katup menuju talang pada turbin dibuka.

2. Pompa pengumpan dihidupkan dan air dipompakan dari tempat penampungan bawah ke talang.

3. Secara bersamaanstopwatch dihidupkan.

4. Segera setelah stopwatch dihidupkan selama sepuluh detik, pompa pengumpan dan stopwatch dimatikan. Pencatatan data dilakukan, meliputi waktu t(detik) dan volume air dalam ember penampungan (m3).

5. Dari data yang diperoleh, maka perhitungan debit air pun dapat dilakukan. Dengan cara volume air yang ditampung ke ember dibagi waktu (t) yang diperoleh.

Flowchart Uji eksperimental turbin vortex.

Survey tempat pengujian akan dilakukan

Rancang bangun instalasi Uji eksperimental turbin vortex

Pengambilan data hasil pengujian Pelaksanaan pengujian

Perhitungan dan analisa hasil

pengujian

Penulisan laporan hasil pengujian

BAB IV

HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 PERHITUNGAN EFISIENSI TURBIN VORTEX DENGAN

MENGGUNAKAN SUDU 1 PADA DIAMETER SALURAN BUANG 5,5 CM (BUKAAN KATUP 30°, 60°, DAN 90°) DENGAN KETINGGIAN 0,1 CM DARI DASAR CASING.

 Kapasitas Aktual pada saluran buang 5,5 cm dengan variasi bukaan katup 30°, 60°, dan 90°

Bukaan katup 30° Q = 0,0035� ⁄

Bukaan katup 60° Q = 0,0044� ⁄

Bukaan katup 90° Q = 0,0053� ⁄

Untuk menghitung kecepatan aliran air digunakan rumus : = _�

A = 0,002 m²

Misalkan pada bukaan katup 30° : = ,_,

= , �⁄

Dengan cara yang sama didapatkan nilai kecepatan aliran dengan variasi bukaan katup 30°, 60°, dan 90° seperti tabel 4.1.

Tabel 4.1 Nilai debit air dan kecepatan air pada bukaan katup 30°,60°, dan 90°

Bukaan katup Q (m3/s) V(m/s)

30° 0,0035 1,75

60° 0,0044 2,2

90° 0,0053 2,65

Untuk menghitung laju aliran massa ( m ), digunakan rumus : m = ρ . Q

Misalkan pada bukaan katup 30°: m = ρ . Q

= ��/� . , m /s = 3,5 kg/s

Dengan cara yang sama didapatkan nilai laju aliran massa dengan variasi bukaan katup 30°, 60°, dan 90° seperti tabel 4.2

Tabel 4.2 Nilai laju aliran massa pada bukaan katup 30°, 60°, dan 90°

4.1.1 EFISIENSI TURBIN VORTEXBUKAAN KATUP 30°

P_air= ṁv P_air= . , . , _�� = 5.359375 watt Misalkan pada torsi 0,213368 Nm

ω = 2 � ω = 2 ,

ω = 0,962933 rad/s Maka daya turbin:

PT = T .ω

= 0,213368 Nm. 0,962933 rad/s = 0,205459 watt

Bukaan katup Q (m3/s) m ( kg/s )

30° 0,0035 3,5

60° 0,0044 4,4

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �_� = ,

. x 100 %

�_�= 3,833631 %

Dengan cara yang sama maka di dapat datasebagai berikut :

Tabel 4.3 Hasil perhitungan percobaan pada bukaan 30° diameter saluran buang 5,5 cm.

Putaran (rpm) ω (rad/s) Torsi (Nm) P air (watt) P turbin (watt) Efisiensi (%) 43,5 4,553 0,001422 5,359375 0,006476 0,120843

9,2 0,962933 0,213368 5,359375 0,205459 3,833631 1,2 0,1256 0,320051 5,359375 0,040198 0,750058

0 0 0,355613 5,359375 0 0

4.1.2 EFISIENSI TURBIN VORTEXBUKAAN KATUP 60°

P_air= ṁv P_air= . , . , _�� = 10.648 watt

Misalkan pada torsi 3,192333 Nm ω = 2 �

ω = 2 ,

ω = 3,192333 rad/s Maka daya turbin:

= 3,192333 Nm . 3,192333 rad/s = 1,135234 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �_� = ,

. x 100 %

�_� = 10,66147 %

Tabel 4.4 Hasil perhitungan percobaan pada bukaan 60° diameter saluran buang 5,5 cm

Putaran (rpm) ω (rad/s) Torsi (Nm) P air (watt) P turbin (watt) Efisiensi (%) 52,5 5,495 0,002134 10,648 0,011725 0,11011 30,5 3,192333 0,355613 10,648 1,135234 10,66147 7,5 0,785 0,711225 10,648 0,558312 5,243347

0 0 0,924593 10,648 0 0

4.1.3 EFISIENSI TURBIN VORTEXBUKAAN KATUP 90°

P_air = ṁv P_air = . , . , _�� = 18.609625 watt

Misalkan pada torsi 0,355613 Nm ω = 2 �

ω = 2 , ω = 3,85 rad/s Maka daya turbin;

= 0,355613 Nm . 3,85 rad/s = 1,369725 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �_� = ,

. x 100 %

�_� = 7,360302 %

Tabel 4.5 Hasil perhitungan percobaan pada bukaan 90° diameter saluran buang 5,5 cm

Putaran (rpm)

ω (rad/s)

Torsi (Nm)

P air (watt)

P turbin (watt)

Efisiensi (%) 53,6 5,610133 0,002845 18,60963 0,01596 0,085764 36,8 3,851733 0,355613 18,60963 1,369725 7,360302 14,3 1,496733 0,711225 18,60963 1,064514 5,720234 2,8 0,293067 1,066838 18,60963 0,312655 1,680069

4.2 PERHITUNGAN EFISIENSI TURBIN VORTEX DENGAN MENGGUNAKAN SUDU 1 PADA DIAMETER SALURAN BUANG 6 CM (BUKAAN KATUP 30°, 60°, DAN 90°) DENGAN KETINGGIAN 0,1 CM DARI DASAR CASING.

 Kapasitas Aktual pada saluran buang 6 cm dengan variasi bukaan katup 30°, 60°, dan 90°

Bukaan katup 30° Q = 0,0035� ⁄

Bukaan katup 60° Q = 0,0044� ⁄

Bukaan katup 90° Q = 0,0053� ⁄

4.2.1 EFISIENSI TURBIN VORTEXBUKAAN KATUP 30°

P_air= ṁv P_air= . , . , _�� = 5.359375 watt Misalkan pada torsi 0,355613 Nm

ω = 2 � ω = 2 ,

ω = 1,203667 rad/s Maka daya turbin;

PT = T . ω

= 0,355613 Nm . 1,203667 rad/s = 0,530768 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �_� = ,

�_� = 9,903548 %

Dengan cara yang sama maka di dapat datasebagai berikut :

Tabel 4.6 Hasil perhitungan percobaan pada bukaan 30° diameter saluran buang 6 cm

Putaran (rpm) ω (rad/s) Torsi (Nm) P air (watt) P turbin (watt) Efisiensi (%) 46,2 4,8356 0,001422 5,359375 0,006878 0,128343 11,5 1,203667 0,355613 5,359375 0,530768 9,903548 1,2 0,1256 0,44096 5,359375 0,058064 1,083418

0 0 0,462296 5,359375 0 0

4.2.2 EFISIENSI TURBIN VORTEXBUKAAN KATUP 60°

P_air= ṁv P_air= . , . , _�� = 10.648 watt

Misalkan pada torsi 0,355613 Nm ω = 2 �

ω = 2 ,

ω = 4,4274 rad/s

Maka daya turbin;

PT = T . ω

= 1,574439 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �_� = ,

. x 100 %

�_� = 14,78624 %

Tabel 4.7 Hasil perhitungan percobaan pada bukaan 60° diameter saluran buang 6 cm

Putaran (rpm) ω (rad/s) Torsi (Nm) P air (watt) P turbin (watt) Efisiensi (%) 53,3 5,578733 0,002845 10,648 0,015871 0,149051 42,3 4,4274 0,355613 10,648 1,574439 14,78624 18,5 1,936333 0,711225 10,648 1,377169 12,93359 4,2 0,4396 1,066838 10,648 0,468982 4,404412

0 0 1,102399 10,648 0 0

4.2.3 EFISIENSI TURBIN VORTEXBUKAAN KATUP 90°

P_air= ṁv P_air= . , . , _�� = 18.609625 watt

Misalkan pada torsi 0,711225 Nm ω = 2 �

ω = 2 ,

ω = 3,2028 rad/s Maka daya turbin;

PT = T . ω

= 0,711225 Nm . 3,2028 rad/s = 2,277911 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �_� = ,

. x 100 %

�_� = 12,2405 %

Tabel 4.8 Hasil perhitungan percobaan pada bukaan 90°diameter saluran buang 6 cm

Putaran (rpm)

ω (rad/s)

Torsi (Nm)

P air (watt)

P turbin (watt)

Efisiensi (%) 54,7 5,725267 0,003556 18,60963 0,02036 0,109404 44,6 4,668133 0,355613 18,60963 1,660047 8,920365 30,6 3,2028 0,711225 18,60963 2,277911 12,2405 7,6 0,795467 1,066838 18,60963 0,848634 4,560187 2,1 0,2198 1,351328 18,60963 0,297022 1,596065

4.3 PERHITUNGAN EFISIENSI TURBIN VORTEX DENGAN MENGGUNAKAN SUDU 1 PADA DIAMETER SALURAN BUANG 7 CM (BUKAAN KATUP 30°, 60°, DAN 90°) DENGAN KETINGGIAN 0,1 CM DARI DASAR CASING.

 Kapasitas Aktual pada saluran buang 5,5 cm dengan variasi bukaan katup 30°, 60°, dan 90°

Bukaan katup 30° Q = 0,0035� ⁄

Bukaan katup 60° Q = 0,0044 � ⁄

Bukaan katup 90° Q = 0,0053� ⁄

4.3.1 EFISIENSI TURBIN VORTEXBUKAAN KATUP 30°

P_air = ṁv P_air = . , . , _�� = 5.359375 watt Misalkan pada torsi 0,355613 Nm

ω = 2 � ω = 2 ,

ω = 1,423467 rad/s Maka daya turbin;

PT = T . ω

= 0,355613 Nm . 1,423467 rad/s = 0,506203 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah : �_� = ,

�_� = 9,445179 %

Dengan cara yang sama maka di dapat datasebagai berikut ;

Tabel 4.9 Hasil perhitungan percobaan pada bukaan 30°diameter saluran buang 7 cm

Putaran (rpm) ω (rad/s) Torsi (Nm) P air (watt) P turbin (watt) Efisiensi (%) 48,3 5,0554 0,000711 5,359375 0,003596 0,067089 13,6 1,423467 0,355613 5,359375 0,506203 9,445179 2,2 0,230267 0,476521 5,359375 0,109727 2,047381

0 0 0,497858 5,359375 0 0

4.3.2 EFISIENSI TURBIN VORTEXBUKAAN KATUP 60°

P_air = ṁv P_air = . , . , _�� = 10.648 watt

Misalkan pada torsi 0,355613 Nm ω = 2 �

ω = 2 ,

ω = 3,9564 rad/s

Maka daya turbin;

PT = T . ω

= 1,406945 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �_� = ,

. x 100 %

�_� = 13,21324 %

Tabel 4.10 Hasil perhitungan percobaan pada bukaan 60°diameter saluran buang 7 cm

Putaran (rpm) ω (rad/s) Torsi (Nm) P air (watt) P turbin (watt) Efisiensi (%) 58,6 6,133467 0,001422 10,648 0,008725 0,081936 37,8 3,9564 0,355613 10,648 1,406945 13,21324 3,6 0,3768 0,711225 10,648 0,26799 2,516807

0 0 1,13796 10,648 0 0

4.3.3 EFISIENSI TURBIN VORTEXBUKAAN KATUP 90°

P_air = ṁv P_air = . , . , _�� = 18.609625 watt

Misalkan pada torsi 0,711225 Nm ω = 2 �

ω = 2 ,

ω = 3,2656 rad/s Maka daya turbin;

PT = T . ω

= 2,322576 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �_� = ,

. x 100 %

�_� = 12,48051 %

Tabel 4.11 Hasil perhitungan percobaan pada bukaan 90°diameter saluran buang 7 cm

Putaran (rpm)

ω (rad/s)

Torsi (Nm)

P air (watt)

P turbin (watt)

Efisiensi (%) 60,8 6,363733 0,002134 18,60963 0,013578 0,072963 46,9 4,908867 0,355613 18,60963 1,745654 9,380384 31,2 3,2656 0,711225 18,60963 2,322576 12,48051 8,2 0,858267 1,066838 18,60963 0,915631 4,920202 2,3 0,240733 1,42245 18,60963 0,342431 1,840075

0 0 1,493573 18,60963 0 0

4.4 SEGITIGA KECEPATAN PADA TURBIN VORTEX

Sebelum dan sesudah menumbuk sudu, kecepatan air pada sudu turbin vortex akan mengalami perbedaan. Kecepatan pada masing – masing vector dapat diuraikan pada segitiga kecepatan.

Gambar 4.1 Segitiga kecepatan turbin vortex.

Dimana pada segitiga aliran masuk:

AC = V = kecepatanabsolut air memasukisudu BC = Vr = kecepatanrelatif air memasukisudu EC = Vf = kecepatanaliranmemasukisudubergerak AB = v = kecepatan linier sudu yang bergerak

AE = Vw = kecepatanpusarpadasisimasuksudu yang bergerak α = sudutantara air dansudu yang memasukisudu

β = sudutantarakecepatanrelatifdengansudu

Pada segitiga aliran keluar : HF = Vr1

HG = V1 HD = Vf1

Pada sudu 3,bukaan 60°, saluran buang 7 cm dan ketinggian 0,1 cm dari dasar casing.

Dik : Dturbin = 0,289 m

Pair = 10,6 watt

n = 126,5 rpm

Kecepatanaliranmasuk (V) = 2,2 m/s α = 49°

Dari segitiga masuk : sin 49 ° = Vf

V

0,75 = Vf ,

Vf = 2,2 . 0,75 Vf = 1,66 m/s tan 49 ° = �

� Vw = ,

,

Vw = 1,44 m/s

Vr =π. D . n

= , . , . , = 1,91 m/s

sin β = Vf

Vr

= ,

, sin β = 0,869 β = 60,4 °

Dari segitiga keluar : Vr= Vr1

Lengkungsudu = 31° sehingga ɸ = 59°

sehingga dapat digambarkan segitiga keluarnya:

Dari segitiga keluar : Vr= Vr1 = 1,91 m/s sin 59° = Vf

Vr

Vf1 = 1,91 . 0,857 Vf1 = 1,63 m/s tan 59° = Vf

v

v = ,_,

v = ,9 m/s

Dari analisa segitiga kecepatan keluar dan masuk didapat gaya yang terjadi pada sudu.

Dari segitiga masuk :

 Padasaat air memasukisudu V = 2,2 m/s F = m . V

= 4,4 . 2,2 = 9,68 N

Energi air yang diberikan terhadap sudu : = �

= . , . ,

= 10,6 joule = 10,6 watt Daya yang dihasilkan turbin = 4,7 watt Dari segitiga keluar :

 Pada saat air meninggalkan sudu V1 = 0,97 m/s Energi air yang keluar :

= �

= . , . .9

4.5 GRAFIK PERBANDINGAN HASIL PENGUJIAN TURBIN VORTEX MENGGUNAKAN SUDU 1, SALURAN BUANG 5,5 CM PADA BUKAAN KATUP 30°, 60° DAN 90° DENGAN KETINGGIAN 0,1 CM DARI DASAR CASING.

4.5.1 Pebandingan Efisiensi Turbin dengan Torsi

Gambar 4.28Grafik Efisiensi vs Torsi pada bukaan 30°, 60°dan 90°

Dari gambar 4.28 Efisiensi Turbin vs Torsi di dapat perbandingan antara efisiensi dengan torsi pada bukaan 30°, 60° dan 90°. Dari grafik di atas di dapat data bahwa efisiensi maksimum pada percobaan turbin vortex mengunakan saluran buang 5,5 pada bukaan 60° sebesar 10,66147 %.

0 2 4 6 8 10 12

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

E fi si e n si Tu rb in ( % )

Torsi ( Nm )

Efisiensi vs Torsi

4.5.2 Perbandingan Putaran Turbin dengan torsi

Gambar 4.29Grafik Putaran vs Torsi pada bukaan 30°, 60°dan 90°

Dari gambar 4.29 Putaran Turbin vs Torsi di dapat hubungan antara putaran turbin dengan torsi pada bukaan 30°, 60° dan 90°, dimana torsi yang di gunakan mulai dari 0 sampai turbin berhenti. Sehingga di dapat hasil dari grafik di atas adalah semakin besar torsi yang di gunakan semakin kecil putaran turbin yang di peroleh. Dan sebaliknya semakin kecil torsi yang digunakan semakin besar putaran turbin yang diperoleh pada bukaan katup 30°, 60° dan 90°.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

0 10 20 30 40 50 60

To

rsi

(

N

m

)

Putaran ( rpm )

Torsi vs Putaran

4.5.3 Perbandingan Putaran dengan Daya Turbin

Gambar 4.30Grafik Putaran Turbin vs Daya Turbin pada bukaan 30°, 60°dan 90°

Dari grafik 4.30 putaran turbin vs daya turbin di dapat hubungan antara putaran turbin dengan daya turbin pada bukaan katub bukaan 30°, 60° dan 90°. Dari grafik di atas di dapat data bahwa daya turbin maksimum di dapat pada bukaan katup 60° putaran 36,8 rpm dengan besar daya 1,369725 watt.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 10 20 30 40 50 60

D

ay

a

Tu

rb

in

(

Watt

)

Putaran (rpm)

Daya Turbin vs Putaran

4.6 GRAFIK PERBANDINGAN HASIL PENGUJIAN TURBIN VORTEX MENGGUNAKAN SUDU 1, SALURAN BUANG 6 CM PADA BUKAAN KATUP 30°, 60° DAN 90° DENGAN KETINGGIAN 0,1 CM DARI DASAR CASING.

4.6.1 Pebandingan Efisiensi Turbin dengan Torsi

Gambar 4.31Grafik Efisiensi vs Torsi pada bukaan 30°, 60°dan 90°

Dari gambar 4.31 Efisiensi Turbin vs Torsi di dapat perbandingan antara efisiensi dengan torsi pada bukaan 30°, 60° dan 90°. Dari grafik di atas di dapat data bahwa efisiensi maksimum pada percobaan turbin vortex mengunakan saluran buang 6 pada bukaan 60° sebesar 14,78624 %.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

E fi si e n si Tu rb in ( % )

Torsi ( Nm )

Efisiensi vs Torsi

4.6.2 Perbandingan Putaran Turbin dengan torsi

Gambar 4.32Grafik Putaran vs Torsi pada bukaan 30°, 60°dan 90°

Dari gambar 4.32 Putaran Turbin vs Torsi di dapat hubungan antara putaran turbin dengan torsi pada bukaan 30°, 60° dan 90°, dimana torsi yang di gunakan mulai dari 0 sampai turbin berhenti. Sehingga di dapat hasil dari grafik di atas adalah semakin besar torsi yang di gunakan semakin kecil putaran turbin yang di peroleh. Dan sebaliknya semakin kecil torsi yang digunakan semakin besar putaran turbin yang diperoleh pada bukaan katup 30°, 60° dan 90°.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 10 20 30 40 50 60

To

rsi

(

N

m

)

Putaran ( rpm )

Torsi vs Putaran

4.6.3 Perbandingan Putaran dengan Daya Turbin

Gambar 4.33Grafik Putaran Turbin vs Daya Turbin pada bukaan 30°, 60°dan 90°

Dari grafik 4.33 putaran turbin vs daya turbin di dapat hubungan antara putaran turbin dengan daya turbin pada bukaan katub bukaan 30°, 60° dan 90°. Dari grafik di atas di dapat data bahwa daya turbin maksimum di dapat pada bukaan katup 60° putaran 30,6 rpm dengan besar daya 2,277911 watt.

0 0.5 1 1.5 2 2.5

0 10 20 30 40 50 60

D

ay

a

Tu

rb

in

(

Watt

)

Putaran (rpm)

Daya Turbin vs Putaran

4.7 GRAFIK PERBANDINGAN HASIL PENGUJIAN TURBIN VORTEX MENGGUNAKAN SUDU 1, SALURAN BUANG 7 CM PADA BUKAAN KATUP 30°, 60° DAN 90° DENGAN KETINGGIAN 0,1 CM DARI DASAR CASING.

4.7.1 Pebandingan Efisiensi Turbin dengan Torsi

Gambar 4.34Grafik Efisiensi vs Torsi pada bukaan 30°, 60°dan 90°

Dari gambar 4.34 Efisiensi Turbin vs Torsi di dapat perbandingan antara efisiensi dengan torsi pada bukaan 30°, 60° dan 90°. Dari grafik di atas di dapat data bahwa efisiensi maksimum pada percobaan turbin vortex mengunakan saluran buang 7 pada bukaan 60° sebesar 13,21324 %.

0 2 4 6 8 10 12 14

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

E fi si e n si Tu rb in ( % )

Torsi ( Nm )

Efisiensi vs Torsi

4.7.2 Perbandingan Putaran Turbin dengan torsi

Gambar 4.35 Grafik Putaran vs Torsi pada bukaan 30°, 60°dan 90°

Dari gambar 4.35 Putaran Turbin vs Torsi di dapat hubungan antara putaran turbin dengan torsi pada bukaan 30°, 60° dan 90°, dimana torsi yang di gunakan mulai dari 0 sampai turbin berhenti. Sehingga di dapat hasil dari grafik di atas adalah semakin besar torsi yang di gunakan semakin kecil putaran turbin yang di peroleh. Dan sebaliknya semakin kecil torsi yang digunakan semakin besar putaran turbin yang diperoleh pada bukaan katup 30°, 60° dan 90°.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 10 20 30 40 50 60 70

To

rsi

(

N

m

)

Putaran ( rpm )

Torsi vs Putaran

4.7.3 Perbandingan Putaran dengan Daya Turbin

Gambar 4.36Grafik Putaran Turbin vs Daya Turbin pada bukaan 30°, 60°dan 90°

Dari grafik 4.36 putaran turbin vs daya turbin di dapat hubungan antara putaran turbin dengan daya turbin pada bukaan katub bukaan 30°, 60° dan 90°. Dari grafik di atas di dapat data bahwa daya turbin maksimum di dapat pada bukaan katup 90° putaran 31,2 rpm dengan besar daya 2,322576 watt.

0 0.5 1 1.5 2 2.5

0 10 20 30 40 50 60 70

D

ay

a

Tu

rb

in

(

Watt

)

Putaran (rpm)

Daya Turbin vs Putaran

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

KESIMPULAN

Dari uji eksperimental pembangkit listrik mikro hidro menggunakan turbin vortex (dengan spesifikasi; tinggi 78,3 cm dan lebar 27,5, mengunakan 4 sudu) didapat beberapa kesimpulan:

1. Diperoleh tingkat efisiensi maksimum terdapat pada penggunaan saluran buang 5,5 cm dengan data sebagai berikut:

a. Efisiensi Maximum = 10,66147 %

b. Beban Efektif = 1,369725 watt

c. Putaran PorosTurbin = 36,8 rpm d. Debit air rata-rata = 0,0044� ⁄

2. Diperoleh tingkat efisiensi maksimum terdapat pada penggunaan saluran buang 6 cm dengan data sebagai berikut:

a. Efisiensi Maximum = 14,78624 %

b. Beban Efektif = 2,277911 watt

c. Putaran PorosTurbin = 30,6 rpm d. Debit air rata-rata = 0,0044� ⁄

3. Diperoleh tingkat efisiensi maksimum terdapat pada penggunaan saluran buang 7 cm dengan data sebagai berikut:

a. Efisiensi Maximum = 13,21324 %

b. Beban Efektif = 2,322576 watt

c. Putaran PorosTurbin = 31,2 rpm d. Debit air rata-rata = 0,0044� ⁄

5.2

SARAN

1. Untuk uji performansi pembangkit listrik mikro hidro menggunakan turbin vortex (dengan spesifikasi :head (H) 0,8 meter, kapasitas (Q) 0,0044m3/sekon, dan menggunakan jumlah sudu 4) berikutnya di harapkan melakukan penelitian terhadap jumlah sudu yang lebih akurat. Misalnya dengan membandingkan data yang di hasilkan dengan mengunakan 8 sudu sampai dengan 10 sudu.

2. Untuk uji performansi pembangkit listrik mikro hidro menggunakan turbin vortex (dengan spesifikasi :head (H) 0,8 meter, kapasitas (Q) 0,0044m3/sekon, dan menggunakan jumlah sudu 4) berikutnya di harapkan melakukan penelitian dengan menggunakan rumah turbin berbentuk spiral.

3. Untuk uji performansi pembangkit listrik mikro hidro menggunakan turbin vortex (dengan spesifikasi : head (H) 0,8 meter, kapasitas (Q) 0,0044m3/sekon, dan menggunakan jumlah sudu 4) berikutnya di harapkan melakukan penelitian menggunakan peralatan pengujian yang lebih presisi.

DAFTAR PUSTAKA

Fritz Dietzel,Dakso Sriyono.1990.Turbin pompa dan compressor.Jakarta : Erlangga.

Husain,Zoeb.2008.Basic Fluid Mechanic and Hidraulyc Machines.Hyderabad : BS Publications.

Kanginan,Marthen.2002.FISIKA.Jakarta : Erlangga.

L.V.Steeter dan Wylie B.1993.Mekanika Fluida.Edisi Kedelapan.Jakarta : Erlangga.

Munson,Bruce.2005.Mekanika Fluida,Edisi Keempat Jilid 2.Jakarta : Erlangga.

Sihombing,Edis.2009.Pengujian Sudu Lengkung Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai.Medan : USU.

Winther,J.B.1975.Dynamometer Handbook Of Basic Theory And Aplications.Cleveland,Ohio : Eaton Corporation.

http://water turbine-wikipedia,the free envyclopedia.html.

www.zotloterer.com

Sudu 2 Bukaan 30° Ketinggian3 Lubang Buang 6 cm Putaran

(rpm) ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

61.5 6.437 0.003556 5.359375 0.022891 0.427117

12.5 1.308333 0.355613 5.359375 0.46526 8.68123

1.2 0.1256 0.711225 5.359375 0.08933 1.666796

Sudu 2 Bukaan 60° Ketinggian3 Lubang Buang 6 cm

Putaran

(rpm) ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

71.8 7.515067 0.004267 10.648 0.032069 0.301178

51.2 5.358933 0.355613 10.648 1.905704 17.89729

2.4 0.2512 0.78946 10.648 0.198312 1.862437

Sudu 2 Bukaan 90° Ketinggian 3 Lubang Buang 6 cm

Putaran

(rpm) ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

71.8 7.515067 0.004979 18.60963 0.037414 0.201048

58.7 6.143933 0.355613 18.60963 2.184859 11.74048

19.8 2.0724 0.711225 18.60963 1.473943 7.920325

1 0.104667 1.066838 18.60963 0.111662 0.600025

Sudu 2 Bukaan 30 ° Ketinggian 1 Lubang Buang 7 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

66 6.908 0.004267 5.359375 0.029479 0.550043

Sudu 2 Bukaan 60 ° Ketinggian 1 Lubang Buang 7 cm Putaran

(rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

75 7.85 0.004979 10.648 0.039082 0.367034

56.4 5.9032 0.355613 10.648 2.099252 19.71499

20 2.093333 0.711225 10.648 1.488831 13.98226

1.2 0.1256 1.066838 10.648 0.133995 1.258403

Sudu 2 Bukaan 90 ° Ketinggian 1 Lubang Buang 7 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

77 8.059333 0.00569 18.60963 0.045856 0.24641

64 6.698667 0.355613 18.60963 2.38213 12.80052

23.1 2.4178 0.711225 18.60963 1.7196 9.240379

1.8 0.1884 1.066838 18.60963 0.200992 1.080044

Sudu 2 Bukaan 30 ° Ketinggian 2 Lubang Buang 7 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

65.2 6.824267 0.004267 5.359375 0.029122 0.543376

14 1.465333 0.355613 5.359375 0.521091 9.722978

1 0.104667 0.782348 5.359375 0.081886 1.527897

Sudu 2 Bukaan 60 ° Ketinggian 2 Lubang Buang 7 cm

Putaran (rpm)

74.1 7.7558 0.004979 10.648 0.038613 0.36263

55.4 5.798533 0.355613 10.648 2.062031 19.36543

19.2 2.0096 0.711225 10.648 1.429278 13.42297

1.1 0.115133 1.066838 10.648 0.122829 1.153536

Sudu 2 Bukaan 90 ° Ketinggian 2 Lubang Buang 7 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

76.2 7.9756 0.00569 18.60963 0.04538 0.24385

63.2 6.614933 0.355613 18.60963 2.352353 12.64052

22.4 2.344533 0.711225 18.60963 1.667491 8.960367

1.6 0.167467 1.066838 18.60963 0.17866 0.960039

Sudu 2 Bukaan 30 ° Ketinggian 3 Lubang Buang 7 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

64 6.698667 0.004267 5.359375 0.028586 0.533375

12.9 1.3502 0.355613 5.359375 0.480148 8.95903

1 0.104667 0.782348 5.359375 0.081886 1.527897

Sudu 2 Bukaan 60 ° Ketinggian 3 Lubang Buang 7 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

73.1 7.651133 0.004979 10.648 0.038092 0.357736

54.1 5.662467 0.355613 10.648 2.013644 18.91101

18.2 1.904933 0.711225 10.648 1.354836 12.72386

Sudu 2 Bukaan 90 ° Ketinggian 3 Lubang Buang 7 cm Putaran

(rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

75 7.85 0.00569 18.60963 0.044665 0.24001

62.1 6.4998 0.355613 18.60963 2.31141 12.42051

21.3 2.2294 0.711225 18.60963 1.585605 8.520349

1.4 0.146533 1.066838 18.60963 0.156327 0.840034

Sudu 1 Bukaan 30 ° Ketinggian 1 Lubang Buang 5,5cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

43.5 4.553 0.001422 5.359375 0.006476 0.120843

9.2 0.962933 0.213368 5.359375 0.205459 3.833631

1.2 0.1256 0.320051 5.359375 0.040198 0.750058

Sudu 1 Bukaan 60 ° Ketinggian 1 Lubang Buang 5,5 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

52.5 5.495 0.002134 10.648 0.011725 0.11011

30.5 3.192333 0.355613 10.648 1.135234 10.66147

7.5 0.785 0.711225 10.648 0.558312 5.243347

Sudu 1 Bukaan 90 ° Ketinggian 1 Lubang Buang 5,5 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

53.6 5.610133 0.002845 18.60963 0.01596 0.085764

14.3 1.496733 0.711225 18.60963 1.064514 5.720234

2.8 0.293067 1.066838 18.60963 0.312655 1.680069

Sudu 1 Bukaan 30 ° Ketinggian 1 Lubang Buang 6 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

46.2 4.8356 0.001422 5.359375 0.006878 0.128343

11.5 1.203667 0.355613 5.359375 0.530768 9.903548

1.2 0.1256 0.44096 5.359375 0.058064 1.083418

Sudu 1 Bukaan 60 ° Ketinggian 1 Lubang Buang 6 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

53.3 5.578733 0.002845 10.648 0.015871 0.149051

42.3 4.4274 0.355613 10.648 1.574439 14.78624

18.5 1.936333 0.711225 10.648 1.377169 12.93359

Sudu 1 Bukaan 90 ° Ketinggian 1 Lubang Buang 6 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

54.7 5.725267 0.003556 18.60963 0.02036 0.109404

44.6 4.668133 0.355613 18.60963 1.660047 8.920365

30.6 3.2028 0.711225 18.60963 2.277911 12.2405

7.6 0.795467 1.066838 18.60963 0.848634 4.560187

(rpm)

48.3 5.0554 0.000711 5.359375 0.003596 0.067089

13.6 1.423467 0.355613 5.359375 0.506203 9.445179

2.2 0.230267 0.476521 5.359375 0.109727 2.047381

Sudu 1 Bukaan 60 ° Ketinggian 1 Lubang Buang 7 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

58.6 6.133467 0.001422 10.648 0.008725 0.081936

37.8 3.9564 0.355613 10.648 1.406945 13.21324

3.6 0.3768 0.711225 10.648 0.26799 2.516807

Sudu 1 Bukaan 90 ° Ketinggian 1 Lubang Buang 7 cm

Putaran (rpm)

ω rad/s Torsi(Nm) P air(watt) P turbin(watt) Efisiensi(%)

60.8 6.363733 0.002134 18.60963 0.013578 0.072963

46.9 4.908867 0.355613 18.60963 1.745654 9.380384

31.2 3.2656 0.711225 18.60963 2.322576 12.48051