Uji Performansi Turbin Pelton Dengan 26 Sudu Pada Head 9,41 Meter Dan Analisa Perbandingan Menggunakan Variasi Bentuk Sudu

UJI PERFORMANSI TURBIN PELTON DENGAN 26 SUDU PADA HEAD 9,41 METER DAN ANALISA PERBANDINGAN MENGGUNAKAN
VARIASI BENTUK SUDU
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
BONA HALASAN NABABAN NIM. 080401038
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

UJI PERFORMANSI TURBIN PELTON DENGAN 26 SUDU PADA HEAD 9,41 METER DAN ANALISA PERBANDINGAN MENGGUNAKAN
VARIASI BENTUK SUDU
BONA HALASAN NABABAN NIM 080401038
Telah Disetujui Oleh:

ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk meneliti Turbin Pelton untuk Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) dengan variasi bentuk sudu dan variasi bukaan katup pada head 9,41 meter. Variasi bentuk sudu yang digunakan adalah bentuk sudu mangkok dan bentuk sudu setengah silinder sedangkan variasi bukaan katupnya adalah 60o, 75o, 90o. Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi perancangan, pembuatan, dan pengujian menggunakan dinamometer untuk mengetahui efisiensi dan karakteristik turbin. Turbin yang diuji memiliki nosel tunggal, dengan jumlah sudu 26 buah. Dari data pengujiaan pada sudu mangkok maupun sudu setengah silinder memiliki kecenderungan yang sama pada karakteristik grafiknya. Tetapi daya dan efisiensi yang dihasilkan turbin pada sudu mangkok lebih besar dibandingkan dengan sudu setengah silinder yaitu sebesar 228,96 Watt dan 41,83 % di bukaan katup 90° pada sudu mangkok dan sebesar 191.56 Watt dan 35 % di bukaan katup 90° pada sudu setengah silinder.
Kata Kunci : Turbin Pelton, sudu mangkok, sudu setengah silinder.

DAFTAR ISI

ABSTRAK ...................................................................................................... i

KATA PENGANTAR.................................................................................... iii

DAFTAR ISI................................................................................................... v

DAFTAR TABEL .......................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR...................................................................................... ix

DAFTAR SIMBOL ........................................................................................ xii

AKSARA YUNANI........................................................................................ xiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang..................................................................... 1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian ............................................ 1.3 Batasan Masalah .................................................................. 1.4 Metodologi Penelitian.......................................................... 1.5 Keluaran Skripsi .................................................................. 1.6 Sistematika Penulisan ..........................................................

1 4 5 5 6 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Turbin Air ............................................................................ 2.1.1 Klasifikasi Turbin Air .................................................... 2.1.2 Perbandingan Karakteristik Turbin Air.......................... 2.1.3 Head Turbin ...................................................................
2.2 Turbin Pelton .......................................................................

7 7 11 12 15

2.2.1 Pengenalan Turbin Pelton .............................................. 15 2.2.2 Karakteristik Grafik Turbin Pelton ................................ 19 2.3 Dinamometer ....................................................................... 21 2.4 Efisiensi Turbin ( )......................................................... 22 BAB III METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN

3.1 Umum .................................................................................. 24

3.2 Pengujian Turbin Pelton ...................................................... 25

3.3 Rancang Bangun Instalasi.................................................... 31

3.4 Spesifikasi Teknis Turbin Yang Digunakan ........................ 32

3.5 Peralatan Pengujian ............................................................. 33

BAB IV

3.5.1 Hand Tachometer............................................................ 3.5.2 Rollmeter ........................................................................ 3.5.3 Flow Meter Digital.......................................................... 3.5.4 Pompa Pengumpan ......................................................... 3.6 Pelaksanaan Pengujian.......................................................... HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN

33 34 34 35 36

4.1 Perhitungan Efisiensi Turbin Pelton Pada Head 9,41

Meter Denagn Menggunakan Satu Nosel

(Bukaan Nosel 90º)

Dengan Menggunakan 24 Sudu Mangkok .......................... 40

4.2 Grafik Hasil Pengujian Dengan 24 Sudu Mangkok

Bukaan Katub 90° ................................................................ 46

4.3 Perhitungan Efisiensi Turbin Pelton Pada Head 9,41

Meter Denagn Menggunakan Satu Nosel

(Bukaan Nosel 75º)

Dengan Menggunakan 24 Sudu Mangkok........................... 48 4.4 Grafik Hasil Pengujian Dengan 24 Sudu Mangkok
Bukaan Katub 75° ................................................................ 54 4.5 Perhitungan Efisiensi Turbin Pelton Pada Head 9,41
Meter Denagn Menggunakan Satu Nosel (Bukaan Nosel 60º) Dengan Menggunakan 24 Sudu Mangkok........................... 56 4.6 Grafik Hasil Pengujian Dengan 24 Sudu Mangkok Bukaan Katub 60° ................................................................ 62 4.7 Perhitungan Efisiensi Turbin Pelton Pada Head 9,41 Meter Denagn Menggunakan Satu Nosel (Bukaan Nosel 90º) Dengan Menggunakan 24 Sudu Setengah Silinder.............. 64 4.8 Grafik Hasil Pengujian Dengan 24 Sudu Setengah Silinder Bukaan Katub 90° .................................................. 66 4.9 Perhitungan Efisiensi Turbin Pelton Pada Head 9,41 Meter Denagn Menggunakan Satu Nosel (Bukaan Nosel 75º) Dengan Menggunakan 24 Sudu Setengah Silinder.............. 68 4.10 Grafik Hasil Pengujian Dengan 24 Sudu Setengah Silinder Bukaan Katub 75° .................................................. 70 4.11 Perhitungan Efisiensi Turbin Pelton Pada Head 9,41

Meter Denagn Menggunakan Satu Nosel (Bukaan Nosel 60º) Dengan Menggunakan 24 Sudu Setengah Silinder.............. 72 4.12 Grafik Hasil Pengujian Dengan 24 Sudu Setengah Silinder Bukaan Katub 60° .................................................. 74 4.13 Grafik Perbandingan Hasil Pengujian Turbin Dengan 24 Buah Sudu Mangkok Bukaan Katub 60°,75°,90°........................................................................... 76 4.14 Grafik Perbandingan Hasil Pengujian Turbin Dengan 24 Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katub 60°,75°,90°........................................................................... 78 4.15 Grafik Karakteristik Turbin Pelton Sudu Mangkok............. 81 4.16 Grafik Karakteristik Turbin Pelton Sudu Setengah Silinder................................................................................. 85 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan .......................................................................... 90 5.2 Saran .................................................................................... 92
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Komposisi sumber energi dari 10 negara konsumen energi terbesar dunia (dalam juta ton setara minyak) tahun 2005............
Tabel 1.2 Potensi Energi Terbarukan Untuk Pembangkit Listrik di Indonesia (Blue Print Pengelolaan Energi Nasional 2006-2025)..
Tabel 2.1 Kecepatan Spesifik Turbin............................................................. Tabel 4.1 Head Losses Minor pada Pipa 4 inci.............................................. Tabel 4.2 Head Losses Minor pada Pipa 2 inci.............................................. Tabel 4.3 Tabel Hubungan Antara Beban dengan Efisiensi Turbin 24
Buah Sudu Mangkok Bukaan Katup 90º ....................................... Tabel 4.4 Head Losses Minor pada Pipa 4 inci.............................................. Tabel 4.5 Head Losses Minor pada Pipa 2 inci.............................................. Tabel 4.6 Tabel Hubungan Antara Beban dengan Efisiensi Turbin 24
Buah Sudu Mangkok Bukaan Katup 75º ....................................... Tabel 4.7 Head Losses Minor pada Pipa 4 inci.............................................. Tabel 4.8 Head Losses Minor pada Pipa 2 inci.............................................. Tabel 4.9 Tabel Hubungan Antara Beban dengan Efisiensi Turbin 24
Buah Sudu Mangkok Bukaan Katup 60º ....................................... Tabel 4.10 Tabel Hubungan Antara Beban dengan Efisiensi Turbin 24
Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katup 90º ......................... Tabel 4.11 Tabel Hubungan Antara Beban dengan Efisiensi Turbin 24
Buah Sudu Mangkok Bukaan Katup 75º ....................................... Tabel 4.12 Tabel Hubungan Antara Beban dengan Efisiensi Turbin 24
Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katup 60º ..........................

1
2 11 42 43
45 50 51
53 58 59
61
65
69
73

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Turbin Cross Flow...................................................................... Gambar 2.2 Turbin Pelton.............................................................................. Gambar 2.3 Turbin Francis ............................................................................ Gambar 2.4 Turbin Propeler .......................................................................... Gambar 2.5 Perbandingan Karakteristik Turbin ........................................... Gambar 2.6 Diagram Bernoulli Untuk Turbin Air......................................... Gambar 2.7 Runner Turbin Pelton. ................................................................ Gambar 2.8 Sudu (Bucket). ........................................................................... Gambar 2.9 Nosel........................................................................................... Gambar 2.10 Rumah Turbin Pelton. .............................................................. Gambar 2.11 Gambar Debit vs Efisiensi (Q vs ɳ). ........................................ Gambar 2.12 Gambar Daya vs Efisiensi (P vs ɳ)........................................... Gambar 2.13 Gambar Kecepatan Turbin vs Daya Turbin (rpm vs P). .......... Gambar 2.14 Gambar Kecepatan Turbin vs Efisiensi (rpm vs ɳ). ................. Gambar 2.15 Dinamo Meter. ......................................................................... Gambar 3.1 Sudu dan Runner Turbin Pelton Sebelum Dirakit..................... Gambar 3.2 Turbin Pelton Setelah Dirakit.................................................... Gambar 3.3 Instalasi Pipa untuk Turbin Pelton. ........................................... Gambar 3.4 Hand Tachometer ....................................................................... Gambar 3.5 Rollmeter.................................................................................... Gambar 3.6 Flow Meter Digital ..................................................................... Gambar 3.7 Pompa Pengumpan..................................................................... Gambar 4.1 Grafik Beban (N) vs Efisiensi ( 24 Buah Sudu Mangkok
Bukaan Katup 90º ..................................................................... Gambar 4.2 Grafik Beban (N) vs Putaran (rpm) 24 Buah Sudu Mangkok
Bukaan Katup 90º ..................................................................... Gambar 4.3 Grafik Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 24 Buah
Sudu Mangkok Bukaan Katup 90º. ........................................... Gambar 4.4 Grafik Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 24 Buah Sudu
Mangkok Bukaan Katup 75º. ....................................................

8 9 10 11 12 14 16 17 18 18 19 20 20 21 22 26 26 32 33 34 35 36
46

47
48
54

Gambar 4.5 Grafik Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 24 Buah Sudu Mangkok Bukaan Katup 75º .....................................................
Gambar 4.6 Grafik Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 24 Buah Sudu Mangkok Bukaan Katup 75º. ...........................................
Gambar 4.7 Grafik Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 24 Buah Sudu Mangkok Bukaan Katup 60º. ....................................................
Gambar 4.8 Grafik Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 24 Buah Sudu Mangkok Bukaan Katup 60º. ....................................................
Gambar 4.9 Grafik Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 24 Buah Sudu Mangkok Bukaan Katup 60º ............................................
Gambar 4.10 Grafik Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 24 Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katup 90º.......................................
Gambar 4.11 Grafik Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 24 Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katup 90º.......................................
Gambar 4.12 Grafik Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 24 Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katup 90º. ............................
Gambar 4.13 Grafik Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 24 Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katup 75º.......................................
Gambar 4.14 Grafik Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 24 Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katup 75º.......................................
Gambar 4.15 Grafik Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 24 Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katup 75º. ............................
Gambar 4.16 Grafik Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 24 Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katup 60º.......................................
Gambar 4.17 Grafik Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 24 Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katup 60º.......................................
Gambar 4.18 Grafik Putaran Turbin (rpm) vs Daya Turbin (W) 24 Buah Sudu Setengah Silinder Bukaan Katup 60º. ............................
Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 24 Buah Sudu Mangkok Pada Bukaan 60º, 75º, 90º. ..............
Gambar 4.20 Grafik Perbandingan Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 24 Buah Sudu Mangkok Pada Bukaan 60º, 75º, 90º. ..............

55 56 62 63 64 66 67 68 70 71 72 74 75 75 76 77

Gambar 4.21 Grafik Perbandingan Putaran Turbin vs Daya Turbin 24 Buah Sudu Mangkok Pada Bukaan 60º, 75º, 90º. ..............
Gambar 4.22 Grafik Perbandingan Beban (N) vs Efisiensi Turbin (%) 24 Buah Sudu Setengah Silinder Pada Bukaan 60º, 75º, 90º ..
Gambar 4.23 Grafik Perbandingan Beban (N) vs Putaran Turbin (rpm) 24 Buah Sudu Setengah Silinder Pada Bukaan 60º, 75º, 90º .
Gambar 4.24 Grafik Perbandingan Putaran Turbin vs Daya Turbin 24 Buah Sudu Setengah Silinder Pada Bukaan 60º, 75º, 90º ..
Gambar 4.25 Grafik Perbandingan Debit vs Efisiensi Maksimal Turbin Pelton Sudu Mangkok Aktual dan Teori. ...............................
Gambar 4.26 Grafik Daya vs Efisiensi Pelton Sudu Mangkok Aktual dan Teori.................................................................................
Gambar 4.27 Grafik Kecepatan Turbin vs Efisiensi Pelton Sudu Mangkok Aktual dan Teori....................................................................
Gambar 4.28 Grafik Kecepatan Turbin vs Efisiensi Pelton Sudu Mangkok Aktual dan Teori.....................................................................
Gambar 4.29 Grafik Debit vs Efisiensi Maksimal Turbin Pelton Sudu Setengah Silinder Aktual dan Teori. ......................................
Gambar 4.30 Grafik Daya vs Efisiensi Turbin Pelton Sudu Setengah Silinder Aktual dan Teori .......................................................
Gambar 4.31 Grafik Kecepatan Turbin vs Daya Turbin Pelton Sudu Setengah Silinder Aktual dan Teori .......................................
Gambar 4.32 Grafik Kecepatan Turbin vs Efisiensi Turbin Pelton Sudu Setengah Silinder Aktual dan Teori.........................................
101

78 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

SIMBOL m g z P V Hl Heff Q V A n P Ns H d U b h t

F l ω C
Ƭ

DAFTAR SIMBOL
ARTI Massa percepatan gravitasi Selisih ketinggian Tekanan absolut Kecepatan Head loses pada pipa Head efektif Debit aliran Kecepatan aliran Luas penampang pipa Kecepatan turbin Daya Turbin Putaran spesifik Tinggi air jatuh Diameter pancaran air nosel Kecepatan tangensial Lebar sudu Tinggi sudu Kedalaman sudu Daya air Daya turbin Beban Panjang lengan dinamo meter Kecepatan sudut Koefisien kerugian pipa
Head losses mayor
Head losses minor
Torsi

SATUAN kg m/s2 m N/m2 m/s m m m3/s m/s m2 rpm kW rpm m m m/s m m m watt
watt
N m rad/s -
m
m
Nm

LAMBANG
γ ρ
υ
φ

AKSARA YUNANI
ARTI Efisiensi turbin Berat Jenis Massa Jenis
Viskositas Kinematik
Rasio Kecepatan

SATUAN
%
N/m3 kg/m3 m2/s -

ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk meneliti Turbin Pelton untuk Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) dengan variasi bentuk sudu dan variasi bukaan katup pada head 9,41 meter. Variasi bentuk sudu yang digunakan adalah bentuk sudu mangkok dan bentuk sudu setengah silinder sedangkan variasi bukaan katupnya adalah 60o, 75o, 90o. Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi perancangan, pembuatan, dan pengujian menggunakan dinamometer untuk mengetahui efisiensi dan karakteristik turbin. Turbin yang diuji memiliki nosel tunggal, dengan jumlah sudu 26 buah. Dari data pengujiaan pada sudu mangkok maupun sudu setengah silinder memiliki kecenderungan yang sama pada karakteristik grafiknya. Tetapi daya dan efisiensi yang dihasilkan turbin pada sudu mangkok lebih besar dibandingkan dengan sudu setengah silinder yaitu sebesar 228,96 Watt dan 41,83 % di bukaan katup 90° pada sudu mangkok dan sebesar 191.56 Watt dan 35 % di bukaan katup 90° pada sudu setengah silinder.
Kata Kunci : Turbin Pelton, sudu mangkok, sudu setengah silinder.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Kebutuhan akan energi hampir semua negara meningkat secara sinigfikan. Tetapi jika dilihat dari energi yang dapat dihasilkan sangat terbatas dan juga masih sangat mahal untuk mendapatkannya. Hal ini mengakibatkan krisis energi yang melanda dunia dewasa ini telah menarik perhatian para ahli untuk menemukan sumber-sumber energi baru yang lebih murah,yang tersedia dalam jumlah yang besar. Hal ini berkaitan dengan semakin banyak dan meningkatnya pemakaian penggunaan energi. Sumber energi yang sudah lazim dipergunakan adalah sumber energi minyak bumi, gas alam dan batubara, sedangkan sumber energi air, panas bumi, panas matahari dan nuklir maasih terus dikembangkan. Sebagaimana yang telah kita ketahui bahwa persedian sumber energi minyak bumi, gas alam dan batu bara sangat terbatas yang demikian apabila secara terus menerus kita gunakan sumber energi tersebut, maka suatu saat sumber energi tersebut akan habis.

Tabel 1.1 Komposisi sumber energi dari 10 negara konsumen energi terbesar dunia (dalam juta ton setara minyak) tahun 2005

NO Negara Minyak Gas Bumi

Batu Bara

Energi Energi Total Nuklir air

%

1 USA 937,6 582,0 564,3 187,9 59,8 2331,6 22,80

2 China 308,6 35,1 956,9 11,3 74,2 1386,2 13,60

3 Rusia 128,5 361,8 105,9 32,4 40,0 668,6 6,50

4 Jepang 241,5 64,9 120,8 64,8 22,6 514,6 5,00

5 India 119,3 28,9 204,8 3,8 19,0 375,8 3,70

6 Jerman 123,6 77,3 85,7 37,8 6,1 330,4 3,20

7 Kanada 99,6 80,5 30,5

20,5 76,4 307,5 3,00

8 Prancis 94,0 40,2 12,5

101,4 14,8 262,9 2,60

9 Inggis

80,8 88,2 38,1

18,1

1,7 226,9 2,20

10

Korea Selatan

104,8

28,4

53,1

29,6

1,3 217,2 2,10

20 Indonesia 54,7 30,3 22,2

- 2,5 109,6 1,10

(Sumber : http://www.kamusilmiah.com/lingkungan/meneropong-konsumsi-

energi-dunia-bagian-kedua/)

Dapat dimengerti bahwa jika banyak kasus tersedianya energi dengan harga murah telah mengakibatkan pemakaian yang tidak efisien dan dibeberapa tempat menyebabkan terjadinya kerusakan lingkungan (ekologi). Dari penelitianpenelitian yang telah dilakukan dapatlah disimpulkan bahwa salah satu sumber energi yang dapat memenuhi harapan terhadap tantangan di atas adalah air, dimana air dipergunakan dengan sistem- sistem dan peralatan-peralatan tertentu akan menghasilkan energi dalam jumlah yang besar dengan biaya yang rendah dan mempunyai dampak lingkungan (ekologi) yang minimal.
PLTMH adalah singkatan dari Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro, yaitu pembangkit listrik skala kecil (kurang dari 200 kW), yang memanfaatkan tenaga air sebagai sumber penghasil energi. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut clean energy karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi PLTMH dipilih karena konstruksinya sederhana, mudah dioperasikan, serta mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Secara ekonomi biaya operasi dan dan perawatannya relatif murah, sedangkan biaya investasinya cukup bersaing dengan pembangkit listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH mudah diterima masyarakat luas (bandingkan dengan PLT Nuklir). PLTMH biasanya dibuat dalam skala desa di daerah-daerah terpencil yang belum mendapatkan listrik dari PLN. Tenaga air yang digunakan dapat berupa aliran air pada sistem irigasi, sungai yang dibendung atau air terjun.
Tabel 1.2 Potensi Energi Terbarukan Untuk Pembangkit Listrik di Indonesia (Blue Print Pengelolaan Energi Nasional 2006-2025)
(Sumber : Perkembangan Konsumsi dan Penyediaan Energi Dalam Perekonomian Indonesia – Indonesian Jurnal of Agricultutal Econonics/IJAE)

Keuntungan dari pengembangan PLTMH bagi masyarakat pedesaan dan desa terpencil antara lain:
1. Lokasi sumber daya air untuk PLTMH pada umumnya berada di wilayah pedesaan dan desa terpencil yang belum terjangkau jaringan listrik.
2. Penggunaan energi konvensional, seperti batu bara untuk pembangkit tenaga listrik di wilayah ini akan memerlukan biaya yang tinggi karena adanya tambahan biaya transportasi bahan bakar.
3. Mengurangi ketergantungan pada penggunaan bahan bakar fosil. 4. Meningkatkan kegiatan perekonomian, sehingga diharapkan dapat
menambah penghasilan masyarakat. Di Sumatera Utara contohnya, sudah dibangun dua buah PLTMH, masingmasing berlokasi di Asahan dan Tapanuli Tengah, yang dibangun pada tahun 2005 dan 2006. Dua PLTMH akan dibangun lagi di wilayah Pakpak Barat dan Humbang Hasundutan, Sumatera Utara. Pembangunan pembangkit listrik tenaga air tersebut merupakan realisasi pemerintah untuk mengurangi jumlah rumah tangga (RT) yang belum memperoleh sambungan listrik PLN, yang besarnya sekitar 500.000 rumah tangga. Pembangkit listrik tenaga mikro hidro tersebut akan menghasilkan listrik dengan kapasitas sebesar 30 hingga 40 kilowatt. Sebenarnya masih banyak daerah di Sumatera Utara yang berpotensi untuk dibangun pembangkit listrik tenaga mikro hidro, tetapi terkendala oleh teknologi dan biaya. Berdasarkan keseluruhan uraian di atas menunjukkan bahwa pembangkit listrik tenaga mikro hidro sangat sesuai digunakan di Indonesia. Potensi ini sangat banyak dan tidak digunakan dengan maksimal. Oleh karena itu, untuk mendapatkan manfaat dari sumber energi yang terbuang ini sangat dibutuhkan pengembangan teknologi PLTMH. Karena melihat potensi yang ada pengembangan teknologi ini bisa menjadi salah satu terobosan dalam memenuhi kebutuhan listrik di pedesaan dan desa terpencil sehingga ini melatarbelakangi skripsi ini.

1.2 MAKSUD DAN TUJUAN PENELITIAN Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1) Tujuan Umum Adapun tujuan umum dari pengujian turbin pada head 9,41 meter, menggunakan satu buah nosel, jumlah sudu 26 buah, bentuk mangkuk dan setengah silinder adalah : 1. Merancang bangun ulang dan memperbaiki instalasi dan pengujian yang dapat digunakan untuk menguji turbin Pelton saat beroperasi. Sistem pengujian ini direncanakan pada head 9,41 meter, menggunakan satu buah nosel, jumlah sudu 26 buah, bentuk sudu (mangkuk dan setengah silinder), diameter runner 300 mm dengan variasi bukaan katub 60°, 75°, dan 90°. 2. Turbin ini akan digunakan untuk menguji performansi dan mendapatkan nilai efisiensi efektif dari turbin Pelton yang ada di pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH). Dengan pengujian ini didapatkan data – data dalam kondisi di lapangan dimana kondisi pengujian turbin Pelton pada head 9,41 meter, menggunakan satu buah nosel, jumlah sudu 26 buah, bentuk sudu mangkuk dan setengah silinder dengan variasi bukaan katub 60°, 75°, dan 90°.
2) Tujuan Khusus Mengetahui karakteristik grafik turbin pelton dan membandingkan teori karakteristik grafik dengan hasil yang didapatkan. Adapun karektistik grafik turbin pelton diantaranya: 1. Rasio Kecepatan vs Efisiensi Turbin 2. Daya Turbin vs Efisiensi Turbin 3. Kecepatan Turbin vs Daya Turbin 4. Kecepatan Turbin vs Efisiensi Turbin

1.3 BATASAN MASALAH Karena luasnya permasalahan ini, maka pengujian ini dibatasi pada: 1. Pengujian turbin pelton terhadap penggunaan jumlah sudu 26 buah, bentuk sudu mangkuk dan setengah silinder dan variasi bukaan katub 60°, 75°, dan 90° dengan spesifikasi head (H) 9,41 meter dengan menggunakan satu buah nosel. 2. Pengujian perilaku turbin Pelton dengan parameter putaran turbin (rpm), debit air (l/s) torsi poros turbin (Nm), terhadap pembebanan tanpa beban, 1 Newton sampai dengan poros turbin berhenti (0 rpm).
1.4 METODOLOGI PENELITIAN 1. Studi Literatur Berupa studi kepustakaan dengan mempelajari buku-buku, jurnal-jurnal, artikel maupun karya-karya ilmiah yang terkait, baik yang bersumber dari elektronik maupun dari internet. 2. Diskusi Interaktif Melakukan diskusi dalam bentuk tanya-jawab antara mahasiswa dan dosen pembimbing menyangkut hal-hal yang berkaitan dengan rancang bangun ulang instalasi ini. 3. Rancang Bangun Instalasi Dan Alat Penelitian Meninjau (survey) lapangan tempat pengujian (dilakukan tempat pengujian di Laboratorium Mesin Fluida Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara) kemudian merancang bangun ulang dan memperbaiki sistem instalasi; berupa instalasi dudukan tempat penampung atas (TPA), instalasi penghubung antar TPA (empat unit tong), instalasi perpipaan, instalasi flowmeter digital dan instalasi transmisi poros penghubung antara poros turbin dengan poros dinamometer. 4. Pengujian dan Pengambilan Data Pengujian dilakukan beberapa kali (tiga kali pengujian dan pengambilan data) yang meliputi putaran poros turbin (rpm), debit air (l/s), dan torsi poros turbin sehingga data yang diperoleh lebih akurat.

5. Evaluasi Melakukan evaluasi akhir dalam bentuk kesimpulan dan saran serta revisi dari hasil proses penelitian rancang bangun ulang instalasi pembangkit listrik mikro hidro menggunakan turbin Pelton yang telah dilakukan.
1.5 KELUARAN SKRIPSI Keluaran skripsi ini diharapkan akan menghasilkan: 1. Alat pengujian Turbin Pelton yang dapat dioperasikan dengan penggunaan satu buah nosel, penggunaan 26 buah sudu dengan bentuk (mangkuk dan setengah silinder) pada bukaan katub 60°, 75°, 90°, dan penggunaan pada head 9,41 meter. 2. Buku skripsi akan digunakan sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik dari Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
1.6 SISTEMATIKA PENULISAN
Laporan ini adalah buku skripsi yang terdiri atas beberapa bab, yaitu: BAB I merupakan pendahuluan yang meliputi latar belakang penulisan, maksud dan tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penelitian, keluaran skripsi serta sistematika penulisan. BAB II adalah tinjauan pustaka yang berisi teori dasar turbin air, turbin pelton dan dinamometer. BAB III berisikan tentang metodologi dan alat penelitian berisi sistematika atau alur (flow) proses pengujian yang dilakukan. BAB IV menunjukkan hasil pengujian dan analisa, menampilkan hasil pengujian dalam bentuk hitungan rumus dan grafik-grafik. BAB V adalah kesimpulan dan saran, merupakan hasil akhir yang diperoleh dari perhitungan dan pembahasan di bab sebelumnya serta saran untuk pembahasan selanjutnya.

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 TURBIN AIR
Turbin air termasuk dalam kelompok mesin-mesin fluida yaitu, mesin-mesin yang berfungsi untuk merubah energi fluida (energi potensial dan energi kinetis air) menjadi energi mekanis atau sebaliknya. Mesin ini berfungsi untuk merubah energi fluida menjadi energi mekanis pada poros. misalnya : turbin air, turbin uap, turbin gas, kincir air, kincir angin dan lainnya. Pompa, kompresor, blower, fan dan lain-lain berfungsi untuk mengubah energi mekanis pada poros menjadi energi fluida (energi potensial dan energi kinetis). (Sihombing, Edis. 2009)
Menurut Sejarahnya turbin-turbin air yang sekarang berasal dari kincir-kincir air pada zaman abad pertengahan yang dipakai untuk memecah batubara dan pabrik gandum. Salah satu kincir air tersebut dapat dilihat di Aungrabad, India yang telah berumur 400-an tahun. (Susatyo, Anjar. 2006)
Walaupun banyak terdapan desain turbin hidrolik dengan masing-masing keistimewaannya, secara umum hampir semua turbin dapat diklasifikasikan dalam dua tipe dasar-turbin impuls dan turbin reaksi. Secara umum turbin impuls merupakan mesin dengan head yang tinggi, dan laju aliran yang rendah, sedangkan turbin reaksi merupakan mesin dengan head yang rendah dan laju aliran yang tinggi. (Munson, Bruce. 2005)
2.1.1 KLASIFIKASI TURBIN AIR Turbin air dapat dikelompokkan dengan berbagai cara. Jenis turbin dapat digolongkan menjadi tiga sesuai dengan range dari head-nya, yaitu :
 Turbin dengan head rendah.  Turbin dengan head medium.  Turbin dengan head tinggi.
Sedangkan menurut cara kerjanya, maka terdapat dua jenis turbin yaitu :

1. Turbin Impuls (aksi). 2. Turbin Reaksi. 1. Turbin Impuls (aksi).
Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya 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. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton dan turbin Cross Flow. (Luknanto, Joko, 2007)
1) Turbin Cross Flow
Gam bar 2.1 Turbin Cross Flow (Sumber : http://anakranto.wordpress.com/2010/07/21/pembangkit-listrik-
tenaga-mikro-hidro/) Salah satu jenis turbin impuls ini juga disebut Turbin Michell-Banki yang merupakan penemunya. Turbin ini dapat dioperasikan pada debit 10 liter/sec–20 liter/sec dan heah antara 1-200 m. Turbin Cross Flow mengunakan nosel persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Runner turbin terbuat dari

beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. (Sihombing, Edis. 2009)
2) Turbin Pelton
Gambar 2.2 Turbin Pelton (Sumber : Dokumentasi) Turbin Pelton merupakan salah satu jenis turbin impuls. Lester Pelton (182919080 sebagai penemu turbin Pelton adalah seorang ahli teknik pertambangan Amerika yang hidup pada masa eksploitasi emas di California. Efisiensi yang diperoleh oleh turbin Pelton akan lebih tinggi jika turbin dioperasikan pada head yang lebih tinggi yang akan diubah menjadi suatu kecepatan relative yang tinggi pada sisi keluar nosel. (Munson, Bruce. 2005.)
2. Turbin Reaksi Turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi puntir dalam bentuk putaran. Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu.
Turbin ini terdiri dari sudu pengarah dan sudu jalan dan kedua sudu tersebut semuanya terendam di dalam air. Air dialirkan ke dalam sebuah terusan atau dilewatkan ke dalam sebuah cincin yang berbentuk spiral (rumah keong).

Perubahan energi seluruhnya terjadi di dalam sudu gerak. Contoh turbin reaksi adalah turbin Francis dan turbin Propeler (Kaplan). (Luknanto, Joko, 2007)
1) Turbin Francis Turbin Francis merupakan slah satu turbin reaksi. Turbin ini dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis mempunyai sudu pengarah air masuk secara tangensial. Sudu pengarah ini dapat berupa sudut pengarah yang tetap maupun yang dapat diatur sudutnya. (Sihombing, Edis. 2009)
Gambar 2.3 Turbin Francis (Suber : http://hydropowerplantsttpln.blogspot.com/2012/02/pelatihan-di-
bandung.html/) 2) Turbin Propeler (Kaplan) Turbin Kaplan (Propeler) adalah salah satu turbin reaksi aliran aksial. Turbin ini tersusun seperti propeller pada perahu. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu. . (Sihombing, Edis. 2009)

Gambar 2.4 Turbin Propeler (Suber : http://hydropowerplantsttpln.blogspot.com/2012/02/pelatihan-di-
bandung.html/) 2.1.2 Perbandingan Karakteristik Turbin Air
Kecepatan spesifik dari sebuah turbin juga dapat diartikan sebagai kecepatan ideal, persamaan geometris turbin, yang menghasilkan satu satuan daya tiap satu satuan head. Perhitungan tepat ini menghasilkan performa turbin dalam jangkauan head dan debit tertentu. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air adalah sebagai berikut:
Tabel 2.1 Kecepatan Spesifik Turbin
(sumber: www.scribd.com/doc/32235908/Prinsip-Kerja-Dan-Macam-MacamTurbin)

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.
Gambar 2.5 Daerah penggunaan dari beberapa jenis konstruksi turbin yang berbeda.
(sumber : http:// Europa.eu.int./en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf) 2.1.3. Head Turbin
Head turbin dapat juga disebut sebagai tinggi jatuh air dan sering dinotasikan sebagai H. Head turbin dapat ditentukan berdasarkan persamaan Bernoulli. Menurut persamaan Bernoulli besar energi aliran adalah :
(Nm)

dimana notasi : m = massa g = kecepatan gravitasi bumi z = selisih ketinggian (tinggi air atas – tinggi air bawah) P = tekanan v = kecepatan
Jika pada aliran tersebut m = 1 kg, maka energi spesifiknya :
()
Bila energi spesifik tersebut dibagi dengan gravitasi maka ketinggian :
(m)
dimana : z adalah ketinggian dari suatu tempat yang dipakai sebagai
standar (Head Potensial)
adalah Head Tekan
adalah Head Kecepatan
(sumber : Situmorang, Parade. 2008. Sistem Perpipaan Perancangan Distribusi Aliran Pada Setiap Pipa Air Bersih. Medan: USU)
Hal ini sesuai dengan Bunyi Persamaan Bernoulli : “ Pada tiap saat dan tiap posisi yang ditinjau dari suatu aliran di dalam pipa tanpa gesekan yang tidak bergerak, akan mempunyai jumlah energi ketinggian tempat, tekanan dan kecepatan yang sama besarnya”

Gambar 2.6 Diagram Bernoulli Untuk Turbin Air. (sumber: Husain, Zoeb. 2008. Basic Fluid Mechanic and Hidraulyc Machines.
Hyderabad: BS Publications) Persamaan momentum untuk pipa yang dialiri fluida, dimana sifat fluida konstan sebagai berikut:
(sumber : Husain, Zoeb. 2008. Basic Fluid Mechanic and Hidraulyc Machines. Hyderabad: BS Publications)
Persamaan kontinuitas : Q=V×A Keterangan: Q = debit aliran (m3/detik) V = kecepatan aliran (m/s) A = luas penampang pipa (m2)
Head losses yang terjadi pada saluran pipa: 1. Mayor Loses yang terjadi akibat gesekan aliran dalam satuan pipa

2. Minor Loses yang terjadi akibat adanya perlengkapan (equipment) pipa, seperti belokan (elbow), valve, saringan dan peralatan lainnya.
(sumber : Situmorang, Parade. 2008. Sistem Perpipaan Perancangan Distribusi Aliran Pada Setiap Pipa Air Bersih. Medan: USU)
2.2 TURBIN PELTON Pemilihan jenis turbin umumnya didasarkan pada besarnya kecepatan
spesifik dari kondisi kerjanya. Kecepatan spesifik adalah kecepatan turbin model (turbin dengan bentuk sama tetapi skalanya berlainan). Kecepatan spesifik dipakai sebagai tanda batasan untuk membedakan tipe roda turbin dan dipakai sebagai suatu besaran yang penting dalam merencanakan turbin air.
Persamaan kecepatan spesifik dinyatakan sebagai :
dimana : n = Kecepatan turbin pada efisiensi maksimum, (rpm) P = Daya Turbin, (kW) Ns = Putaran spesifik, (rpm) H = Tinggi air jatuh, (meter) (sumber : www.scribd.com/doc/32235908/Prinsip-Kerja-Dan-Macam-MacamTurbin)
2.2.1 Pengenalan Turbin Pelton Turbin Pelton termasuk dalam kelompok jenis turbin Impuls. Karakteristik
umumnya adalah pemasukan sebagian aliran air ke dalam runner pada tekanan atmosfir. Pada turbin Pelton puntiran terjadi akibat pembelokan pancaran air pada mangkok ganda runner. Oleh karena itu maka turbin Pelton juga disebut Turbin Pancaran Bebas. Penyempurnaan terbesar yang dilakukan Pelton (sebagai penemu turbin) yakni dengan menerapkan mangkok ganda simetris. Bentuk ini pada

dasarnya masih tetap berlaku. Punggung pembelah membagi jet menjadi dua paruh yang sama, yang dibelokkan menyamping. Pada dasarnya turbin terdiri atas bagian – bagian : Runner, Nosel dan Rumah Turbin. (Sihombing, Edis. 2009)
a. Runner Runner turbin Pelton terdiri atas cakra dan sejumlah sudu yang terpasang disekelilingnya. Cakra dipasang ke poros dengan sambungan pasak. Runner kebanyakan merupakan coran tunggal dari baja dengan kandungan 13% Cr. Runner Pelton terbesar memiliki garis tengah lebih dari 5 meter dan berat lebih dari 40 Ton. Selain itu ada pula runner yang antara cakra dengan sudunya terpisah, dimana pemasangan mangkok ke cakra runner ada bermacam macam cara.
Gambar 2.7 Runner Turbin Pelton (sumber : Dokumentasi)
b. Sudu (Bucket) Pembuatan sudu dari belahan pipa atau konstruksi las dengan bahan plat baja sama sekali tidak dianjurkan, karena kekokohannya kurang dan efisiensinya

rendah. Sudu bisa dibuat dari beragam bahan. Demikian pula halnya bila runner dicor sebagai satu kesatuan. Selain bahan dari baja tuang yang mengandung unsur Cr 13% dipakai juga bahan dan cara lain, termasuk besi tuang atau paduan seperti kuningan atau almunium atau pencetakan injeksi plastik diperkuat dengan serat gelas.

a) Setengah Silinder

b) Mangkuk

Gambar 2.8 Sudu (Bucket)

(sumber : Dokumentasi)

c. Nosel Nosel merupakan bagian dari turbin, didalam nosel tekanan air dirubah menjadi kecepatan. Nosel terdiri atas bagian selubung serupa hidung yang dipasang pada belokan pipa, dan jarum nosel yang bisa digerakkan didalam belokan pipa. Kerucut jarum dan selubung, yang cepat aus, dibuat dari bahan bermutu tinggi serta mudah untuk diganti.

Gambar 2.9 Nosel (sumber : Dokumentasi) d. Rumah Turbin Rumah turbin pelton selain sebagai tempat nosel terpasang, juga berfungsi menangkap dan membelokkan percikan aliran air ke luar sudu hingga runner maupun pancaran tidak terganggu. Rumah turbin dapat dibuat sederhana dengan konstruksi las dari plat baja.
Gambar 2.10 Rumah Turbin Pelton (sumber : Dokumentasi)

2.2.2 Karakteristik Grafik Turbin Pelton Adapun karateristik grafik turbin pelton dibagi dalam 2 jenis yaitu:
1. Karakteristik Grafik Turbin Untuk Head Tetap
a. Grafik Rasio Kecepatan vs Efisiensi Maksimal (φ vs ɳ)
Pada grafik 2.12 ini dijelaskan bahwa pada nilai efisiensi maksimal terdapat pada Φ = 0,46, setelahnya mengalami penurunan nilai efisiensi.

Gambar 2.11 Grafik Rasio Kecepatan vs Efisiensi (φ vs ɳ)
(sumber : Khurmi, R.E. 1984. A Text Book Of Hydraulic Machine. Ram Nagar, Newdelhi: S. Chand and Company LTD)

Maka :

(Luknanto, Joko, 2007)

Dimana : N = Putaran Turbin (rpm) D = Diameter Turbin (m) H = Head Efektif (m)

b. Grafik Daya Turbin vs Efisiensi (P vs ɳ) Pada gambar grafik 2.13 dijelaskan bahwa semakin tinggi efisiensi semakin tinggi juga daya yang dihasilkan.
Gambar 2.12 Grafik Daya Turbin vs Efisiensi (P vs ɳ) (sumber : Khurmi, R.E. 1984. A Text Book Of Hydraulic Machine. Ram Nagar,
Newdelhi: S. Chand and Company LTD) 2. Karakteristis Grafik Turbin Untuk Variasi Bukaan Katup a. Grafik Kecepatan Turbin vs Daya Turbin (rpm vs P) Pada gambar grafik 2.14 dijelaskan bahwa daya turbin akan semakin naik jika rpm juga naik. Dan variasi bukaan katub penuh menjadi daya tertinggi dan rpm tertinggi.
Gambar 2.13 Grafik Kecepatan Turbin vs Daya Turbin (rpm vs P) (sumber : Khurmi, R.E. 1984. A Text Book Of Hydraulic Machine. Ram Nagar,
Newdelhi: S. Chand and Company LTD)

b. Grafik Kecepatan Turbin vs Efisiensi (rpm vs ɳ) Pada gambar grafik 2.14 dijelaskan bahwa nilai efisiensi turbin akan semakin naik jika rpm juga naik. Dan variasi bukaan katub penuh menjadi daya tertinggi dan rpm tertinggi.
Gambar 2.14 Grafik Kecepatan Turbin vs Efisiensi (rpm vs ɳ) (sumber : Khurmi, R.E. 1984. A Text Book Of Hydraulic Machine. Ram Nagar,
Newdelhi: S. Chand and Company LTD)
2.3 DINAMOMETER Dinamometer adalah instrumen untuk mengukur daya, kerja atau daya yang
dilakukan oleh manusia, mesin dan hewan. Dinamometer tidak mengukur daya secara langsung, tetapi dinamometer memberikan cara menentukan besarnya torsi yang mampu dihasilkan oleh suatu motor atau mesin. Torsi ditentukan sebagai hasil dari penggunaan suatu beban dengan dinamometer. Unit beban yaitu bagian dari dinamometer yang menyediakan beban, harus dapat bebas bergerak pada arah putaran poros. Panjang lengan torsi diukur dari pusat poros hingga dimana lengan torsi memberikan gaya pada timbangan. Sedangkan kecepatan poros unit daya yang diuji ditentukan menggunakan alat yang dinamakan tachometer. (sumber : http://yefrichan.wordpress.com/2011/01/03/cara-mengukur-horsepowerhp/) Cara mengkonversi pengukuran torsi kedaya : HP (horse power) = (gaya x jarak)/(waktu x 33.000) Rumus yang diberikan oleh james Watt, untuk mengukur daya HP dari “daya putaran”yaitu : kW = (Torsi (N.m) x RPM)/9549

HP =(Torsi (lb.ft) x RPM)/5252 HP = 2πn x T/60
Gambar 2.15 Dinamometer (sumber : Dokumentasi)
2.4 EFISIENSI TURBIN ( ) Efisiensi turbin dapat dihitung dengan mengunakan rumus:
= x 100 %
Dimana daya air dapat dihitung dengan rumus : Pair = ρ× g × × Q dimana:  = massa jenis air (1000 kg/m3) g = gaya gravitasi (9,81 m/s2)
= head efektif (m) Q = kapasitas air (m3/s)
Daya turbin dapat dihitung dengan rumus :
PT = Т × ω

Dimana ; PT = Daya Turbin (Watt) Т = Torsi (Nm)
ω = Kecepatan Sudut ( rad/s)
(Susatyo, Anjar. 2006)

BAB III
METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN
3.1 UMUM Turbin Pelton merupakan turbin impuls (turbin tekanan rata), yang
memanfaatkan gaya gravitasi untuk kecepatan air jatuhnya, seperti pada air terjun. Pada uji eksperimen turbin Pelton, prinsip kerja turbin Pelton, yaitu diberi jatuhan air dari ketinggian (head) tertentu untuk memutar sudu turbin Pelton. Putaran sudu diteruskan untuk memutar dinamometer sehingga dihasilkan torsi (Nm). (Munson, Bruce. 2005)
Uji performansi turbin Pelton pada head 9,41 meter, 26 buah sudu, dan analisa perbandingan menggunakan variasi bentuk sudu (mangkuk dan setengah silinder) dilakukan di Laboratorium Mesin Fluida, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Sebagai simulasi atau pengkondisian dari air terjun yang berada di alam. Adapun beberapa pekerjaan yang dilakukan dalam uji performansi turbin pelton ini adalah:
 Pembuatan sudu (bucket) dari bahan kuningan scrap.  Pembuatan runner untuk 24 sudu dan 26 sudu dari bahan stell 42.  Pembuatan poros dari bahan stell 42.  Pembuatan dudukan turbin dari bahan besi siku.  Pembuatan dudukan dinamometer dari bahan besi siku.  Pembuatan rumah turbin (casing) dari bahan acrylic.
Ditambah beberapa instalasi yang telah ada pada lantai dua dengan ketinggian 5,21 meter dan lantai tiga laboratorium dengan ketinggian 9,41 meter. Adapun penambahan beberapa instalasi yang dilakukan adalah:
 Instalasi saluran perpipaan untuk lantai dua.  Instalasi saluran perpipaan untuk lantai tiga.  Instalasi dudukan nosel.  Instalasi Flowmeter Digital pada pipa di lantai dua.

 Instalasi dudukan pengujian Turbin Pelton.  Instalasi saluran buangan air pada Turbin Pelton.  Instalasi dinamometer.
Aliran air yang digunakan berasal dari tempat penampungan bawah (TPB) terletak di lantai satu laboratorium - dipompakan ke tempat penampungan atas (TPA) oleh satu unit pompa pengumpan. Kapasitas aliran (debit) air yang akan diumpankan dapat diatur melalui sebuah katup pengatur (gate valve) sesuai dengan kebutuhan. Gaya gravitasi menyebabkan fluida cair mengalir dari satu tempat yang relatif tinggi menuju tempat yang relatif lebih rendah. Aliran air yang jatuh dari TPA melalui pipa memiliki energi potensial sehingga akan menimbulkan daya air yang diberikan kepada Turbin Pelton sebagai energi input. Kemudian daya air ini akan masuk melalui nosel pada Turbin Pelton dan menabrak sudu yang kemudian memutar runner Turbin Pelton. Maka zat cair mendorong sudu-sudu agar dapat berputar sehingga daya runner akan diberikan untuk memutar poros turbin pelton. Zat cair yang keluar setelah menabrak sudu akan disalurkan keluar Turbin Pelton melalui saluran buangan dari rumah turbin.
Dari uraian di atas, jelas bahwa penggunaan turbin Pelton dapat mengubah energi potensial fluida menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Selanjutnya daya poros ini akan diteruskan oleh suatu sistem transmisi dengan poros penghubung ke dinamometer untuk mendapatkan torsi (Nm) dan putaran (rpm) pada poros turbin.
3.2 PENGUJIAN TURBIN PELTON
Turbin Pelton yang digunakan dalam uji performansi turbin pelton pada head 9,41 meter, 26 buah sudu dan analisa perbandingan menggunakan variasi bentuk sudu (mangkuk dan setengah silinder) ini di uji di Laboratorium Mesin Fluida, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Gambar 3.1 Sudu dan Runner Turbin Pelton Sebelum Dirakit (sumber : Dokumentasi)
Gambar 3.2 turbin pelton setelah dirakit. (sumber : Dokumentasi)
 Pemilihan Turbin berdasarkan pada kecepatan Spesifik dan Putaran Turbin Untuk 1 nosel :

Dimana :

(sumber: www.scribd.com/doc/32235908/Prinsip-Kerja-Dan-Macam-MacamTurbin)
Sehingga:
Untuk 1 nosel :

Dari perhitungan diatas dapat ditabelkan sebagai berikut :

Putaran (

300 500 750 1000

( 4,24 7,05 10,575 14,1

Dari perhitungan diatas bahwa data kecepatan putaran diambil berdasarkan putaran poros turbin yang diperkirakan akan didapatkan pada saat pengujiaan turbin pelton tersebut. Dan untuk perencanaan turbin pelton diambil untuk putaran yang 300 rpm.

 Kecepatan air keluar nosel ( V ) Kecepatan keluar nosel adalah kecepatan air yang dipancarkan nosel. dimana :
(Husain, Zoeb. 2008) Diketahui : Ketinggian air jatuh maksimal ( ) = 9,41 m Sehingga :
 Diameter Nosel (jet) Optimal (d) Diameter jet untuk 1 nosel adalah dimana :

(Bono dan Indarto, 2008) Diameter nosel adalah:
Maka diameter nosel yang di rancang adalah 0,023 meter atau sama dengan 0,9 inci.
 Kecepatan Tangensial (U) (Susatyo, Anjar. 2006)
dimana :
 Diameter Lingkaran Tusuk (D) (Susatyo, Anjar. 2006)
dimana :

Sehingga:
Maka diameter lingkaran tusuk yang akan digunakan adalah 0,42 meter.  Jumlah Sudu (Bucket) (Z)
(Bono dan Indarto, 2008) Sehingga :
 Ukuran Sudu a. Lebar Sudu (b)

(Susatyo, Anjar. 2006) Sehingga :
Maka lebar sudu yang akan digunakan adalah 0,06 m. b. Tinggi Sudu (h)
(Susatyo, Anjar. 2006) Sehingga:
Maka tinggi mangkok yang akan digunakan adalah 0,06 m. c. Kedalaman Sudu (t)
(Susatyo, Anjar. 2006) Sehingga:
Maka kedalam mangkok yang akan digunakan adalah 0,0199 m.

3.3 RANCANG BANGUN INSTALASI Rancang bangun instalasi pemipaan uji eksperimental Turbin Pelton
terdapat pada lantai dua,dan lantai tiga. Ketinggian instalasi yang terdapat pada lantai dua adalah 5,21 meter dan pada lantai tiga adalah 9,41 meter (diukur dari lubang keluaran tempat penampungan atas ( TPA ) ke poros mulut nosel . Panjang pipa, diukur dari lantai dua ke Turbin Pelton adalah 6,31 meter, sedangkan untuk lantai tiga adalah sepanjang 11,62 meter. Adapun tujuan rancang bangun instalasi pipa adalah sebagai bentuk simulasi dari suatu aliran sungai atau aliran air terjun dengan ketinggian H.
Gambar 3.3 Instalasi Pipa untuk Turbin Pelton (sumber : Dokumentasi)

3.4 SPESIFIKASI TEKNIS TURBIN PELTON YANG DIGUNAKAN

Turbin yang dirakit adalah Turbin Pelton Mikro, dengan data untuk perencanaan adalah :

Type atau Jenis

: Turbin Pelton Mikro

Jumlah Nosel

: 1 ( satu )

Posisi Poros

: Horizontal (mendatar)

Head Kapasitas Air Efektif

: 9,41 m : 5,8 L/s = 0,0058 m3/s

Jumlah Sudu Turbin : 26 sudu

Bentuk Sudu

: Mangkuk dan Setengah Silinder

3.5 PERALATAN PENGUJIAN 3.5.1 Hand Tachometer Alat ini digunakan untuk mengukur putaran (rpm) poros turbin Pelton dan
poros generator. Dalam uji performansi turbin pelton pada head 9,41 meter, 26 buah sudu, dan analisa perbandingan menggunakan variasi bentuk sudu (mangkuk dan setengah silinder) ini hand tachometer yang digunakan adalah Krisbow KW06-303 dengan spesifikasi :

Ketelitian (akurasi) : ± 0,05% + 1 digit

Range

: autrange

Sampling time

: 0,8 s (over 60 rpm)

Gambar 3.4 Hand Tachometer
Gambar 3.4 Hand Tachometer (sumber : Dokumentasi)
3.5.2 Rollmeter. Rollmeter dalam uji performansi turbin Pelton pada head 9,41 meter, 26 buah sudu dan analisa perbandingan menggunakan variasi bentuk sudu (mangkuk dan setengah silinder) ini digunakan untuk mengukur panjang dalam instalasi pipa, instalasi dudukan turbin pelton dan mengukur tinggi permukaan air pada tempat penampungan atas (TPA) dan tempat penampungan bawah (TPB).
Gambar 3.5 Rollmeter. (sumber : Dokumentasi) 3.5.3 Flow Meter Digital Flowmeter adalah alat untuk mengukur jumlah atau laju aliran dari suatu fluida yang mengalir dalam pipa atau sambungan terbuka. alat ini terdiri dari primary device, yang disebut sebagai alat utama dan secondary device (alat bantu

sekunder. Alat utama menghasilkan suatu signal yang merespons terhadap aliran karena laju aliran tersebut telah terganggu. Alat utamanya merupakan sebuah orifis yang mengganggu laju aliran, yaitu menyebabkan terjadinya penurunan tekanan. Alat bantu sekunder menerima sinyal dari alat utama lalu menampilkan, merekam, dan/atau mentrasmisikannya sebagai