SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
1350 | Kuta, 29-30 Oktober 2015 mikro hidro seperti tampak pada Gambar 1, untuk kapasitas lebih kecil dari 10 kW maka turbin yang dapat
dipilih diantaranya turbin jenis overshot wheel, undershot wheel, archimedes screw, kaplan atau propeller dan cross flow. Hal ini ditentukan oleh potensi dari lokasi yang direncanakan air dengan debit air Q yang
berkisar antara 1-10m
3
s dengan ketinggian H berkisar 1 - 30m. Dalam penelitian ini model turbin yang didesain adalah model overshot wheel dan cross flow.
Pertimbangannya karena mikro hidro tidak membutuhkan debit air yang besar, jarang ada lokasi yang memiliki ketinggian H yang tinggi dan untuk mengurangi biaya investasi. Pertimbangannya akan sangat
berbeda bila dibandingkan dengan perencanaan sebuah pembangunan PLTA dengan bendungan yang besar dan ketinggian yang dapat disesuaikan. Sebuah pembangkit listrik mikro hidro lokasinya cenderung
tersebar pada daerah pengunungan yang memiliki beda ketinggian. Air yang mengalir diantara celah-celah bukit mulai dari hulu debitnya kecil, semakin kebawah makin besar setelah melalui penggabungan dari
beberapa celah lereng bukit. Konsep dari aliran air ini mengalir sepanjang waktu, tidak ada genangan yang menampung air dalam volume yang besar. Sehingga turbin yang dirancang adalah memiliki ketinggian
dibawah 10 m dan kapasitas daya lebih kecil dari 5kW, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 berwarna merah.
Gambar 1. Aplikasi pemilihan jenis turbinPaish, 2002,Williamson et al., 2014
2.2 Parameter Disain Turbin Sudu Segitiga
Turbin sudu segitiga adalah turbin air yang memiliki sudu-sudu berbentuk segitiga yang dipasang pada bagian tepi dari piringan rodaJasa et al., 2012. Air yang mengalir melalui pipa pesat penstock akan
mengisi sudu-sudu yang menyebabkan turbin berputar searah jarum jam seperti terlihat pada Gambar 2. Jari-jari luar turbin r
1
, sedangkan jari-jari dalam r
2
, sedangkan selisih jari-jari r
1
dan r
2
adalah a. Dalam hal ini a adalah panjang sisi miring dari sudu segitiga. Sedangkan t adalah jarak atara sudu yang diukur
pada tepi lingkaran luar. Dimana jarak antar sudu dapat dihitung dari keliling lingkaran luar roda dibagi dengan jumlah sudu N maka :
1 Dimana t adalah jarak antar sudu, r
1
jari-jari lingkaran luar dan N adalah jumlah sudu. Pada Gambar 2 adalah contoh turbin dengan sudu berbentuk segitiga yang ada pada mikro hidro di dusun Gambuk
Pupuan Tabanan.
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1351
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
r
1
r
2
a
SUDU SEGITIGA
POROS TURBIN
ARAH PUTARAN
Sudut antar sudu
t
Jarak antar sudu
Volume sudu
a
Gambar 2. Model Turbin Air Sudu SegitigaJasa et al., 2014
Sedangkan besarnya sudut antar sudu dapat dihitung dengan 2πN = 360N. Misalkan desain turbin air dengan jumlah sudu N sebanyak 32, masing-masing menempati posisi sudut mulai dari 0o sampai
dengan 360
o
. Maka jarak antar sudu dibuat dengan sudut kelipatan 11.25
o
. Nilai sudut 11.25
o
didapatkan dari nilai satu putaran kincir air 360
o
dibagi dengan jumlah sudu N 32.
2.3 Parameter Disain Turbin Model Banki
Turbin Banki terdiri dari dua bagian utama turbin yaitu nozzle dan runner. Nozzle merupakan bagian yang diam sedangkan runner merupakan bagian yang bergerak. Runner dibuat dari dua buah piringan sejajar
yang digabungkan oleh sederetan sudu melengkung di bagian tepi. Teori tentang turbin BankiMockmore and Merryfield, 1949 ditulis pada bulletin series no.25 Engineering Experiment station Oregon state
system of higher Education Februari 1949. Pada penelitian dilakukan eksperimen dengan membuat model analisis matematika dan model eksperimen. Tujuan pembuatan modul eksperimen ini adalah untuk
membandingkan daya keluaran, besarnya efisiensi dan RPM dari setiap model. Data parameter dari modul eksperimen turbin dibuat sama seperti; diameter turbin D
1
, lebar turbin W, jumlah sudu N, debit air Q dan beban generator, kecuali sudut kelengkungan sudu.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Efisiensi turbin sudu segitiga didapatkan dari perbandingan daya keluaran dan daya masukan. Persamaan daya masukan turbin adalah
H Q
g P
in
r 2
Dimana ρ adalah density air kgm
3
, g adalah gaya gravitasi ms
2
, Q adalah debit air m
3
s dan H adalah ketinggian m. Volume air maksimal yang tertahan pada turbin adalah sama dengan luasan LAM
1
m
2
persamaan luasan dikalikan dengan lebar turbin W m didapatkan V
LAM1
m
3
lalu dikalikan dengan kecepatan aliran air saat masuk ke turbin v
1
ms. Dalam hal ini sebanding dengan debit air Q m
3
s dikalikan dengan Hm maka didapatkan persamaan 3
1 2
2 2
1 2
1 in
3 Kecepatan anguler ω dalam rads dari roda dihitung dari jumlah putaran per menit RPM dari
turbin, maka didapatkan 4
