Mesin Fluida :Karakteristik Dan Effisiensi Turbin Cross Flow Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro (Uji Laboratorium)

(1)

TUGAS SARJANA

MESIN FLUIDA

KARAKTERISTIK DAN EFFISIENSI TURBIN CROSS FLOW UNTUK

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HYDRO (UJI

LABORATORIUM)

O L E H :

STEVEN HALIM

( 0 5 0 4 0 1 0 45 )

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

2010

(2)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan anugrah-Nya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini tepat pada waktunya.

Tugas sarjana ini merupakan salah satu persyaratan guna menyelesaikan pendidikan pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Sarjana ini adalah Karakteristik dan effisiensi turbin cross flow untuk pembangkit tenaga mikro hydro (Uji laboratorium).

Dalam mengerjakan tugas sarjana ini, penulis mendapat bantuan dan dukungan berupa materil dan spiritual yang diberikan oleh berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih setulus tulusnya kepada :

1. Orang tuaku yang menjadi teladan dan panutanku, yang selalu memotivasi dan memberi semangat bagi penulis.

2. Bapak Ir. Zamanhuri,MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Sarjana yang telah banyak memberikan arahan, bimbingan, dan nasehat serta telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

3. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Tulus B Sitorus, ST, MT, selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Mesin-Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak / Ibu Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

(3)

6. Seluruh Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pelayanan terbaik dalam akademis ataupun non-akademis (Bu Is, Bang Syawal, alm Bang Fauzi, dan semua yang turut membantu saya).

7. Seluruh Asisten Laboratorium Pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

8. Mbak Melani, Mbak Ari dan Bang Sidik atas kemurahan hatinya selalu siap membantu penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini di gedung S2 Teknik Mesin USU.

9. Rekan-rekan saya mahasiswa Mesin USU khususnya stambuk 2005.

10. Buat semua pihak yang ikut membantu penulis dalam menyelesaikan turbin air yang tidak dapat disebutkan oleh penulis satu persatu.

Terimakasih saya ucapkan atas perhatian dan dukungan dari semua pihak sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini.

Medan, 31 Mei 2010 Penulis,

STEVEN HALIM NIM.05 0401 045

(4)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL...i

LEMBAR PENGESAHAN...ii

SPESIFIKASI TUGAS...iii

LEMBAR BIMBINGAN TUGAS .. ...iv

LEMBAR EVALUASI SEMINAR ..v

ABSENSI PEMBANDING BEBAS ....vii

KATA PENGANTAR...viii

DAFTAR ISI...x

DAFTAR GAMBAR...xiii

DAFTAR GRAFIK ...xiv

DAFTAR SIMBOL...xv

ABSTRAK...xvi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...1

1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian...2

1.3 Batasan Penelitian...2

1.4 Metodologi Penulisan...2

1.5 Sistematika Penulisan...3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tenaga air...6

2.2 Sejarah Turbin...6

2.2.1 Turbin Impuls ...9

2.2.2 Turbin Reaksi ...12

(5)

2.4 Kecepatan Spesifik Turbin...18

2.5 Turbin Air Cross Flow...19

2.6 Klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Air...27

2.6.1 Berdasarkan Keadaan Lokasi dan Topografi...27

2.6.2 Klasifikasi Berdasarkan Keadaan hidraulik ...27

2.6.3 Klasifikasi Berdasarkan Bangunan Utama...28

2.6.4 Klasifikasi Berdasarkan Tinggi Tekan...29

2.6.5 Klasifikasi Berdasarkan Kapasitas Pembangkit...29

2.7 Head Loses...30

2.7.1 Head Loses Mayor...31

2.7.2 Head Loses Minor...35

2.8 Daya Air...36

2.9 Daya Listrik...37

2.10 DayaTurbin...37

2.11 Pemeliharaan (Maintenance)...38

2.12 Pengaruh Pada Lingkungan...39

BAB III INSTALASI DAN PERALATAN PENGUJIAN 3.1 Umum...40

3.2 Turbin Yang Di Uji...40

3.3 Instalasi Pengujian Turbin...41

3.4 Peralatan Untuk Pengujian...43

3.4.1 Hand Tachometer...43

3.4.2 Clamp Meter...43

3.4.3 Multitester...44

(6)

3.4.5 Dinamo...45 3.4.6 Instalasi Rangkaian Lampu...46 3.4.7 Pompa...47

BAB IV PELAKSANAAN DAN HASIL PENGUJIAN

4.1 Pelaksanaan Pengujian...49 4.2 Analisis Data Dan Perhitungan...50

BAB V KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan...58 5.2 Saran...58

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(7)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Turbin Pelton...10

Gambar 2.2 Turbin Pelton dengan banyak nozle ...10

Gambar 2.3 Turbin Impuls .11 Gambar 2.4 Sudu Turbin Turgo Dan Nozzle .12 Gambar 2.5 Skema Turbin reaksi ... 13

Gambar 2.6 Turbin Francis...14

Gambar 2.7 Turbin Kaplan Dengan Sudu Jalan Yang Dapat Diatur ...15

Gambar 2.8 Diagram Klasifikasi Turbin Air .16 Gambar 2.9 Perbandingan Karakteristik Turbin ... ...16

Gambar 2.10 Perbandingan bentuk sudu turbin berdasarkan kecepatan spesifik..19

Gambar 2.11 Konstruksi Turbin Turbin Ossberger atau Turbin Crossflow ..22

Gambar 2.12 Aliran Masuk Turbin Ossberger atau Turbin Crossflow ..23

Gambar 2.13 Turbin Aliran Silang Jenis Vertical...24

Gambar 2.14 Turbin Aliran Silang Jenis Horizontal...25

Gambar 3.1 Turbin Aliran Silang...41

Gambar 3.2 Sketsa Instalasi Turbin...42

Gambar 3.3 Hand Tachometer...43

Gambar 3.4 Clamp Meter...44

Gambar 3.5 Multi tester...45

Gambar 3.6 Dinamo .. .46

Gambar 3.7 Instalasi Rangkaian Lampu...47

(8)

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Grafik hubungan debit vs daya turbin...56 Grafik 4.2 Grafik hubungan debit vs daya listrik...57

(9)

DAFTAR SIMBOL

Simbol

Arti

Satuan

A

: Luas penampang

m

D

: Diameter pipa

m

F

: Koefisien gesekan

g

: Percepatan gravitasi

m/s

H

: Tinggi air jatuh

m

h

: Head loses

m

I

: Kuat arus

Ampere

L

: Panjang pipa

m

n

: turbin

rpm

n

generator

: Putaran generator

rpm

n

: Putaran turbin

rpm

P

: Daya air

Watt

P

: Daya turbin

Watt

P

: Daya listrik

Watt

Re

: Bilangan Reynold

Q

: Debit aliran

m

_/s

(10)

ABSTRAK

Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19 turbin air mulai dikembangkan.

Turbin air pada saat ini merupakan satu penghasil tenaga terbersih, menggantikan pembakaran bahan bakar fosil dan menghapuskan limbah nuklir. Turbin air menggunakan energi yang dapat diperbarui dan didesain untuk beroperasi dalam jangka waktu puluhan tahun.

Dalam pembahasan ini saya akan membahas karakteristik turbin cross flow untuk pembangkit listrik tenaga mikro hydro.

(11)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan listrik bagi Indonesia dari tahun ke tahun selalu meningkat. Untuk memenuhi kebutuhan listrik tersebut, Pemerintah melalui Perusahaan Listrik Negara (PLN) berupaya sekuat tenaga untuk membuat dan membangkitkan listrik dengan memanfaatkan potensi alam yang ada.

Pada saat ini pembangkit listrik yang di pakai dalam memenuhi kebutuhan listrik adalah Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD), Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) dan Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Pada PLTD dan PLTG dibutuhkan bahan bakar dalam jumlah banyak, yang mana suatu saat akan habis. Untuk mengurangi ketergantungan terhadap PLTD dan PLTG yang membutuhkan bahan bakar maka diciptakan PLTA yang hanya membutuhkan sumber daya air.

Daerah Indonesia banyak yang memiliki sungai dan air terjun (sumber daya air) maka pembangkit listrik yang banyak dibangun adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Untuk memenuhi kebutuhan listrik di perkotaan, PLN telah membangun PLTA berskala besar, akan tetapi pembangkit yang dibangun belum mampu memenuhi kebutuhan masyarakat perkotaan, apalagi untuk memenuhi daerah pedesaan yang jauh dari perkotaan

Pedesaan yang memiliki sungai ataupun air terjun, dapat memanfaatkan sumber daya air tersebut untuk memenuhi kebutuhan listriknya tanpa tergantung PLN. Untuk membangkitkan tenaga listrik di pedesaan yang memiliki sumber daya air, diperlukan PLTA yang sederhana dan dapat dibuat di bengkel kecil, mudah pengoperasian dan pemeliharaan nya. Salah satu PLTA yang sederhana adalahturbin aliran silang(Cross Flow Turbine).

(12)

1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian

Maksud dari penelitian ini adalah untuk memenuhi syarat lulus Sarjana. Tujuan penelitian ini adalah :

a. Untuk mengetahui karakteristik turbin Cross Flow.

b. Untuk mengetahui kemampuan turbin pada berbagai kapasitas aliran dan pembebanan yang berbeda, sehingga akan memberikan effisiensi atau kemampuan optimum dari turbin dalam menghasilkan energi listrik yang memadai.

1.3 Batasan Penelitian

Karena luasnya permasalahan ini, maka penelitian ini dibatasi pada :

a. Penelitian terhadap turbin jenisCross Flow Turbineyang ada di Laboratorium Mesin Fluida.

b. Perilaku turbin sebagai sumber pembangkit tenaga air dengan parameter debit, tinggi terjun, putaran turbin, putaran dinamo yang dipasang, voltase dan kuat arus (dari voltase dan kuat arus akan didapat kan daya).

1.4 Metodologi Penulisan

Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : a. Survey lapangan, berupa peninjauan terhadap turbin, yang dilakukan langsung ke Lab

Mesin Fluida.

b. Pengambilan data dari turbin cross flow di Lab Mesin Fluida

c. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian kajian dari buku buku dan tulisan yang berhubungan dengan penelitian Karakteristik Turbin Aliran Silang.

(13)

d. Diskusi, berupa Tanya jawab dengan Dosen Pembimbing yang telah ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin mengenai penelitian serta masalah masalah yang timbul selama penyusunan tugas sarjana.

e. Pembuatan instalasi pipa pada Turbin Aliran Silang

f. Pembuatan rangkain listrik dan pengukuran hasil daya dari dinamo.

1.5 Sistematika Penulisan

Penulisan ini disusun dalam lima bab. Secara garis besar masing masing bab akan membahas hal hal sebagai berikut :

Bab I Pendahuluanberisi penjelasan secara ringkas mengenai latar belakang permasalahan yang ada, maksud dan tujuan, pembatasan masalah, metodologi penulisan dan sistematika penulisan

Bab II Tinjauan Pustaka berisi penjelasan mengenai ketenaga airan di Indonesia, pemanfaatan potensi tenaga air pada jaringan irigasi, tipe turbin, head loses daya air, daya turbin, efisiensi turbin, pemeliharaan turbin dan dampak lingkungan.

Bab III Instalasi dan Peralatan Pengujian berisi penjelasan mengenai instalasi turbin aliran silang yang diuji, instalasi pengujian turbin aliran silang dan peralatan yang digunakan dalam pelaksanaan pengujian.

BAB IV Pelaksanaan dan Hasil Pengujian berisi penjelasan tentang pelaksanaan pengujiam, besaran besaran yang didapatkan, grafik hasil pengujian dan analisis hasil pengujian.

(14)

(15)

ABSTRAK

Dalam pembahasan ini saya akan membahas karakteristik turbin cross flow untuk pembangkit listrik tenaga mikro hydro.

(16)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

(17)

1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian

Maksud dari penelitian ini adalah untuk memenuhi syarat lulus Sarjana. Tujuan penelitian ini adalah :

a. Untuk mengetahui karakteristik turbin Cross Flow.

1.3 Batasan Penelitian

Karena luasnya permasalahan ini, maka penelitian ini dibatasi pada :

a. Penelitian terhadap turbin jenisCross Flow Turbineyang ada di Laboratorium Mesin Fluida.

1.4 Metodologi Penulisan

Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : a. Survey lapangan, berupa peninjauan terhadap turbin, yang dilakukan langsung ke Lab

Mesin Fluida.

b. Pengambilan data dari turbin cross flow di Lab Mesin Fluida

c. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian kajian dari buku buku dan tulisan yang berhubungan dengan penelitian Karakteristik Turbin Aliran Silang.

(18)

d. Diskusi, berupa Tanya jawab dengan Dosen Pembimbing yang telah ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin mengenai penelitian serta masalah masalah yang timbul selama penyusunan tugas sarjana.

e. Pembuatan instalasi pipa pada Turbin Aliran Silang

f. Pembuatan rangkain listrik dan pengukuran hasil daya dari dinamo.

1.5 Sistematika Penulisan

Penulisan ini disusun dalam lima bab. Secara garis besar masing masing bab akan membahas hal hal sebagai berikut :

Bab I Pendahuluanberisi penjelasan secara ringkas mengenai latar belakang permasalahan yang ada, maksud dan tujuan, pembatasan masalah, metodologi penulisan dan sistematika penulisan

BAB IV Pelaksanaan dan Hasil Pengujian berisi penjelasan tentang pelaksanaan pengujiam, besaran besaran yang didapatkan, grafik hasil pengujian dan analisis hasil pengujian.

(19)

(20)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industri untuk jaringan listrik. Sekarang lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin kini dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energi yang dapat diperbaharukan.

Kincir air sudah sejak lama digunakan untuk tenaga industri. Pada mulanya yang dipertimbangkan adalah ukuran kincirnya, yang membatasi debit dan head yang dapat dimanfaatkan. Perkembangan kincir air menjadi turbin modern membutuhkan jangka waktu yang cukup lama. Perkembangan yang dilakukan dalam waktu revolusi industri menggunakan metode dan prinsip ilmiah. Mereka juga mengembangkan teknologi material dan metode produksi baru pada saat itu.

Kata "turbine" ditemukan oleh seorang insinyur Perancis yang bernama Claude Bourdin pada awal abad 19, yang diambil dari terjemahan bahasa Latin dari kata "whirling" (putaran) atau "vortex" (pusaran air). Perbedaan dasar antara turbin air awal dengan kincir air adalah komponen putaran air yang memberikan energi pada poros yang berputar. Komponen tambahan ini memungkinkan turbin dapat memberikan daya yang lebih besar dengan komponen yang lebih kecil. Turbin dapat memanfaatkan air dengan putaran lebih cepat dan dapat memanfaatkan head yang lebih tinggi. (Untuk selanjutnya dikembangkan turbin impulse yang tidak membutuhkan putaran air).

Turbin turbin hidraulik berfungsi mengubah energi air menjadi energi kinetic, kemudian energi kinetic akan diubah menjadi energi listrik oleh generator. Hal ini menyebabkan setiap pembahasan tentang turbin hidraulik akan mengikutsertakan generator sebagai pembangkit listrik.

(21)

Air mengalir melalui turbin akan memberikan tenaga pada penggerak (runner) turbin dan membuat runner itu berputar. Poros dari penggerak turbin berhubungan dengan poros generator sehingga energi kinetic turbin menjadi input bagi generator dan diubah menjadi energi listrik. Jadi turbin turbin hidraulik menempati kunci dalam bidang teknik hidraulik dan memberikan kontribusi yang besar dari seluruh biaya proyek, terutama untuk PLTA skala besar.

2.1 Tenaga air

Tenaga air merupakan sumber daya energi yang penting setelah tenaga uap atau panas. Hampir 30% dari seluruh kebutuhan tenaga di dunia dipenuhi oleh pusat pusat listrik tenaga air. Banyak Negara yang hampir seluruh kebutuhan energinya berasal dari tenaga air. Penggunssn tenaga air sebagai sumber energi, terutama untuk pembangkit tenaga listrik, memiliki kelebihan dibanding sumber energi lainnya.

2.2 Sejarah Turbin

Ján Andrej Segner mengembangkan turbin air reaksi pada pertengahan tahun 1700. turbin ini mempunyai sumbu horizontal dan merupakan awal mula dari turbin air modern. Turbin ini merupakan mesin yang simpel yang masih diproduksi saat ini untuk pembangkit tenaga listrik skala kecil. Segner bekerja dengan Euler dalam membuat teori matematis awal untuk desain turbin.

Pada tahun 1820, Jean-Victor Poncelet mengembangkan turbin aliran kedalam. Pada tahun 1826, Benoit Fourneyon mengembangkan turbin aliran keluar. Turbin ini sangan efisien (~80%) yang mengalirkan air melalui saluran dengan sudu lengkung satu dimensi. Saluran keluaran juga mempunyai lengkungan pengarah. Pada tahun 1844, Uriah A. Boyden mengembangkan turbin aliran keluar yang meningkatkan performa dari turbin Fourneyon.

(22)

Bentuk sudunya mirip dengan turbin Francis. Pada tahun 1849, James B. Francis meningkatkan efisiensi turbin reaksi aliran kedalam hingga lebih dari 90%. Dia memberikan test yang memuaskan dan mengembangkan metode engineering untuk desain turbin air. Turbin Francis dinamakan sesuai dengan namanya, yang merupakan turbin air modern pertama. Turbin ini masih digunakan secara luas di dunia saat ini.

Turbin air aliran kedalam mempunyai susunan mekanis yang lebih baik dan semua turbin reaksi modern menggunakan desain ini. Putaran massa air berputar hingga putaran yang semakin cepat, air berusaha menambah kecepatan untuk membangkitkan energi. Energi tadi dibangkitkan pada sudu dengan memanfaatkan berat jatuh air dan pusarannya. Tekanan air berkurang sampai nol sampai air keluar melalui sirip turbin dan memberikan energi. Sekitar tahun 1890, bantalan fluida modern ditemukan, sekarang umumnya digunakan untuk mendukung pusaran turbin air yang berat. Hingga tahun 2002, bantalan fluida terlihat mempunyai arti selama lebih dari 1300 tahun Sekitar tahun 1913, Victor Kaplan membuat turbin Kaplan, sebuah tipe mesin baling-baling. Ini merupakan evolusi dari turbin Francis tetapi dikembangkan dengan kemampuan sumber air yang mempunyai head kecil.

Pada umumnya semua turbin air hingga akhir abad 19 (termasuk kincir air) merupakan mesin reaksi; tekanan air yang berperan pada mesin dan menghasilkan kerja. Sebuah turbin reaksi membutuhkan air yang penuh dalam proses transfer energi.

Pada tahun 1866, tukang pembuat gilingan di California, Samuel Knight menemukan sebuah mesin yang mengerjakan tuntas sebuah konsep yang berbeda jauh. Terinspirasi dari system jet tekanan tinggi yang digunakan dalam lapangan pengeboran emas hidrolik, Knight mengembangkan ceruk kincir yang dapat menangkap energi dari semburan jet, yang ditimbulkan dari energi kinetik air pada sumber yang cukup tinggi (ratusan kaki) yang dialirkan melalui sebuah pipa saluran. Turbin ini disebut turbin impulse atau turbin

(23)

tangensial. Aliran air mendorong ceruk disekeliling kincir turbin pada kecepatan maksimum dan jatuh keluar sudu dengan tanpa kecepatan.

Pada tahun 1879, Lester Pelton, melakukan percobaan dengan kincir Knight, dikembangkanlah desain ceruk ganda yang membuang air kesamping, menghilangkan beberapa energi yang hilang pada kincir Knight yang membuang sebagian air kembali melawan kincir. Sekitar tahun 1895, William Doble mengembangkan ceruk setengah silinder milik Pelton menjadi ceruk berbentuk bulat memanjang, termasuk sebuah potongan didalamnya yang memungkinkan semburan untuk membersihkan masukan ceruk. Turbin ini merupakan bentuk modern dari turbin Pelton yang saat ini dapat memberikan efisiensi hingga 92%. Pelton telah memprakarsai desain yang efektif, kemudian Doble mengambil alih perusahaan Pelton dan tidak mengganti namanya menjadi Doble karena nama Pelton sudah dikenal. Turgo dan turbin aliran silang merupakan desain turbin impulse selanjutnya.

Turbin air terdapat dalam suatu pembangkit listrik berfungsi untuk mengubah energi potensial yang dimiliki air menjadi energi kinetic. Selanjutnya energi kinetic ini akan dirubah menjadi energi elektrik melalui generator. Hal ini menyebabkan setiap pembahasan tentang turbin hidrolik akan mengikutsertakan generator sebagai pembangkit listrik.

Turbin hidraulik adalah suatu alat yang dapat menghasilkan torsi sebagai akibat gaya dinamik dan gaya tekan air, turbin hidraulik ini dapat dikelompokan menjadi dua tipe, yaitu :

1. Turbin Impuls (impuls turbine) adalah turbin yang memanfaatkan energi kinetic dari pancaran air yang berkecepatan tinggi untuk diubah menjadi energi gerak.

2. Turbin Reaksi (reaction turbine) adalah turbin yang mengkombinasikan energi potensial tekan dan kinetic untuk menghasilkan energi gerak.

(24)

Turbin impuls merubah aliran semburan air. Semburan turbin membentuk sudut yang membuat aliran turbin. Hasil perubahan momentum (impuls) disebabkan tekanan pada sudu turbin. Sejak turbin berputar, gaya berputar melalui kerja dan mengalihkan aliran air dengan mengurangi energi. Sebelum mengenai sudu turbin, tekanan air (energi potensial) dikonversi menjadi energi kinetik oleh sebuah nosel dan difokuskan pada turbin. Tidak ada tekanan yang dirubah pada sudu turbin, dan turbin tidak memerlukan rumahan untuk operasinya. Hukum kedua Newton menggambarkan transfer energi untuk turbin impuls. Turbin impuls paling sering digunakan pada aplikasi turbin tekanan sangat tinggi. Adapun jenis jenis turbin impuls adalah sebagai berikut :

1. Turbin Pelton

Salah satu turbin impuls yang dipergunakan adalah roda Pelton (Pelton Wheel) yang pertama kali dibuat oleh Lester Pelton. Energi potensial aliran air dari penampungan saat melalui pipa penstock diubah menjadi energi kinetic dalam pancaran air dengan sudu penggerak impuls, baik tunggal maupun ganda. Pancaran air mengenai sudu gerak dengan arah tangensial sehingga membentuk jejak melingkar sepanjang diameter sudu dan tekanan atmosfer.

Turbin pelton merupakan turbin impuls. 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.

(25)

Sumber:http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf

Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil.

Gambar 2.2 Turbin Pelton dengan banyak nozle.

Sumber.http://en.wikipedia.org/wiki/pelton_wheel

Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi.

Secara ringkas mengenai turbin impuls, dapat dilihat pada gambar berikut :

(26)

Pancaran air yang mengenai sudu penggerak (runner) diatur dengan menggunakan pipa jarum berbentuk gelembung (buble shape) dalam nozzle kedudukan atau posisi dari pancaran air yang mengenai runner turbin akan sangat berpengaruh dalam menghasilkan energi kinetic turbin. Turbin impuls biasanya digunakan untuk PLTA dengan head yang lebih besar dari 200 meter.

2. Turbin Turgo

Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle membentur sudu pada sudut 20o_{. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya}

dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.

Gambar 2.4 Sudu turbin turgo dan nozzle.

Sumber:http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf

3. Turbin Ossberger Atau Turbin Crossflow (Turbin Michell-Banki)

Tipe turbin impuls lainnya dalah turbin cross flow (Stapenhorst, 1978) yang biasa disebut sebagai turbin banki atau turbin Mitchell. Turbin ini akan di bahas lebih lanjut.

(27)

2.2.2 Turbin Reaksi (Reaction Turbine)

Turbin reaksi digerakkan dengan air, yang merubah tekanan sehingga melewati turbin dan menaikkan energi. Turbin reaksi harus menutup untuk mengisi tekanan air (pengisap) atau mereka harus sepenuhnya terendam dalam aliran air. Hukum ketiga Newton menggambarkan transfer energi untuk turbin reaksi. Turbin air yang paling banyak digunakan adalah turbin reaksi. Turbin reaksi digunakan untuk aplikasi turbin dengan head rendah dan medium.

Dalam pengoperasian turbin reaksi, ruang penggerak dan draft tube penuh dengan air. Hal ini dimaksudkan untuk memperoleh tinggi hidraulik yang besar.

Gambar berikut memperlihatkan skema dari turbin reaksi.

(28)

Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Proses ekspansi fluida kerja pada turbin reaksi terjadi pada sudu tetap dan sudu geraknya. Air mengalir memasuki roda turbin melalui sudu - sudu pengarah dengan tekanan yang tinggi. Pada saat air yang bertekanan tersebut mengalir kesekeliling sudu - sudu, runner turbin akan berputar penuh. Energi yang ada pada air akan berkurang ketika meninggalkan sudu. Energi yang hilang tersebut telah diubah menjadi energi mekanis oleh roda turbin. Dilihat dari konstruksinya, turbin reaksi ada dua jenis:

1. Turbin Francis.

Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan 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. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.

(29)

Gambar 2.6 Turbin Francis

Sumber.http://en.wikipedia.org/wiki/francis_turbine

2. Turbin Kaplan.

Tidak berbeda dengan turbin francis, turbin kaplan cara kerjanya menggunakan prinsip reaksi. Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip dengan baling-baling pesawat terbang. Bila baling-baling pesawat terbang berfungsi untuk menghasilkan gaya dorong, roda jalan pada kaplan berfungsi untuk mendapatkan gaya F yaitu gaya putar yang dapat menghasilkan torsi pada poros turbin. Berbeda dengan roda jalan pada francis, sudu-sudu pada roda jalan kaplan dapat diputar posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban turbin. Turbin kaplan banyak dipakai pada instalasi pembangkit listrk tenaga air sungai, karena turbin ini mempunyai kelebihan dapat menyesuaikan head yang berubah-ubah sepanjang tahun. Turbin Kaplan dapat beroperasi pada kecepatan tinggi sehingga ukuran roda turbin lebih kecil dan dapat dikopel langsung dengan generator. Pada kondisi pada beban tidak penuh turbin kaplan mempunyai efisiensi paling tinggi, hal ini dikarenakan sudu-sudu turbin kaplan dapat diatur menyesuaikan dengan beban yang ada.

(30)

Gambar 2.7 Turbin Kaplan dengan sudu jalan yang dapat diatur.

Sumber :http://202.90.195.156/bse/smk/smk12%20TeknikMesinIndustri%20Sunyoto.pdf

Turbin Air

Turbin impuls

Turbin reaksi

Turbin pelton Turbin turgo Turbin ossberger

Turbin francis

(31)

Gambar 2.8 Diagram klasifikasi turbin air.

2.3 Perbandingan Karakteristik Turbin

Perbandingan karakteristik turbin dapat kita lihat pada grafik head (m) vs flow (m3_{/s) di}

bawah ini.

Gambar 2.9 Perbandingan karakteristik Turbin.

Sumber :http://202.90.195.156/bse/smk/smk12%20TeknikMesinIndustri%20Sunyoto.pdf

Dapat dilihat pada grafik 2.1 turbin kaplan adalah turbin yang beroperasi pada head yang rendah dengan kapasitas aliran yang tinggi atau bahkan beroperasi pada kapasitas yang sangat rendah. Hal ini karena sudu sudu turbin kaplan dapat diatur secara manual atau otomatis untuk merspon perubahan kapasitas.

Berkebalikan dengan turbin kaplan, turbin pelton adalah turbin yang beroperasi pada head tinggi dengan kapasitas yang rendah. Untuk turbin francis mempunyai karakteristik

(32)

yang berbeda dengan yang lainnya yaitu turbin francis dapat beroperasi pada head yang rendah atau beroperasi pada head yang tinggi.

Pemilihan turbin kebanyakan didasarkan pada head air yang didapatkan dan kurang lebih pada rata-rata alirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakan untuk tempat dengan head rendah. Turbin Kaplan baik digunakan untuk semua jenis debit dan head, efisiensinya baik dalam segala kondisi aliran.

Turbin kecil (umumnya dibawah 10 MW) mempunyai poros horisontal, dan kadang dipakai juga pada kapasitas turbin mencapai 100 MW. Turbin Francis dan Kaplan besar biasanya mempunyai poros / sudu vertikal karena ini menjadi penggunaan paling baik untuk head yang didapatkan, dan membuat instalasi generator lebih ekonomis. Poros Pelton bisa vertikal maupun horisontal karena ukuran turbin lebih kecil dari head yang di dapat atau tersedia. Beberapa turbin impuls menggunakan beberapa semburan air tiap semburan untuk meningkatkan kecepatan spesifik dan keseimbangan gaya poros.

Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan tinggi head yang didapatkan adalah sebagai berikut ini :

1) Turbin Kaplan : 2 < H < 100 meter 2) Turbin Francis : 5 < H < 500 meter 3) Turbin Pelton : H < 30 meter 4) Turbin Banki : 2 < H < 200 meter

2.4 Kecepatan spesifik turbin

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

(33)

kriteria utama yang menunjukkan pemilihan jenis turbin yang tepat berdasarkan karakteristik sumber 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 turbin dapat diartikan sebagai titik efisiensi maksimum. Perhitungan tepat ini menghasilkan performa turbin dalam jangkauan head dan debit tertentu.

Kecepatan spesifik juga merupakan titik awal dari analisis desain dari sebuah turbin baru. Setelah kecepatan spesifik yang diinginkan diketahui, dimensi dasar dari bagian -bagian turbin dapat dihitung dengan mudah.

Keluaran turbin dapat diperkirakan berdasarkan dari test permodelan. Replika miniatur dari desain yang diusulkan, diameter sekitar satu kaki (0,3 m), dapat diuji dan hasil pengukuran laboratorium dapat digunakan sebagai kesimpulan dengan tingkat keakuratan yang tinggi.

Debit yang melalui turbin dikendalikan dengan katub yang besar atau pintu gerbang yang disusun diluar sekeliling pengarah turbin. Perubahan head dan debit dapat dilakukan dengan variasi bukaan pintu, akan menujukkan efisiensi turbin dengan kondisi yang berubah-ubah.

Kecepatan spesifik dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

4 3 . 65 ,3 H Q n n t s 

Dengan : nt= putaran turbin (rpm)

Q = kapasitas aliran (m3_/s)

H = tinggi air jatuh (m)

(34)

Perbandingan bentuk sudu turbin terhadap kecepatan spesifik turbin adalah sebagai berikut ini :

Gambar 2.10 Perbandingan bentuk sudu turbin berdasarkan kecepatan spesifik.

Sumber : European Community's Layman's Guidebook (on how to develop a small hydro site)

Berdasarkan gambar 2.9, semakin tinggi nsmaka bentuk sudu turbin akan semakin kecil dan

tinggi head semakin rendah

2.5 Turbin Air Cross - Flow

Turbin tipe ini dibuat pertama kali di Eropa. Nama cross flowdiambil dari kenyataan bahwa air melintasi kedua sudu gerak atau runner dalam menghasilkan putaran (rotasi). Sedangkan nama Banki (dari Hungaria) dan Mitchell (dari Austria) adalah nama ahli teknik yang mengembangkan prinsip prinsip turbin tersebut serta perhitungannya. Turbin cross flowini mempunyai arah aliran yang radial atau tegak lurus dengan sumbu turbin.

Turbin air cross flow adalah sebuah turbin air radial dimana aliran air masuk dan keluar rotor melalui lingkaran peripheral rotor yang sama. Turbin air cross flow pertama kali diperkenalkan oleh A.G.M.Mitchell dan D.Banki pada awal abad ini (Mosonyi,1966).

(35)

Penemuan turbin ini sangat didasarkan pada usaha untuk mencari jenis turbin baru yang lebih kecil, sederhana dan lebih murah dibandingkan dengan jenis turbin yang lainnya. Sebagai hasilnya, turbin air cross flow yang hanya memerlukan proses pembuatan yang sederhana, sepertinya dapat memenuhi kita, meskipun belum ada pembangkit daya yang besar yang perna dibangun dengan menggunakan turbin jenis ini. Turbin air cross flow sangat terkenal untuk pembangkit daya ukuran kecil hingga sedang. Untuk jangkauan daya yang dapat dihasilkan, turbin air cross flow telah dapat menggantikan tempat mesin konversi daya air yang lain, seperti kincir air yang sederhana sampai turbin impuls dan reaksi yang rumit pembuatannya.

Meskipun turbin air cross flow telah dipergunakan secara luas diseluruh dunia selama ini, teori dasar yang terperinci, khususnya yang melibatkan aliran didalamnya, terlihat belum dikembangkan secara baik hingga saat ini. Suatu perbedaan yang kontras dibandingkan dengan upaya yang sama untuk turbin jenis lain.

Turbin air cross flow yang selama ini dibuat termasuk jenis turbin air impuls radial. Turbin ini aliran air masuk ke turbin melalui sebuah pipa pencar dengan penampang segi empat. Aliran melewati sudu gerak turbin sebanyak duta kali dengan arah relative tegak lurus poros turbin. Dalam hal ini tidak ada aliran arah aksial, sehingga tidak terdapat gaya gaya yang bekerja dalam arah poros turbin.

Air masuk roda gerak turbin ke sudu gerak tingkat pertama dari arah luar roda menuju kearah tegak lurus poros, kemudian aliran air melalui bagian tengah roda gerak yang kosong dan airnya akan mengenai sudu gerak untuk kedua kalinya dan kemudian keluar turbin. Diantara tingkat pertama dan tingkat kedua aliran membentuk jet pada daerah terbuka dengan tekanan yang sama dengan tekanan atmosfer. Aliran yang terjadi secara fisik harus memenuhi prinsip kekekalan massa.

(36)

Pada turbin impuls pelton beroperasi pada head relatif tinggi, sehingga padaheadyang rendah operasinya kurang efektif atau efisiensinya rendah. Karena alasan tersebut, turbin pelton jarang dipakai secara luas untuk pembangkit listrik skala kecil. Sebagai alternatif turbin jenis impuls yang dapat beroperasi pada head rendah adalah turbin crossflow atau turbin impuls aliran ossberger. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 10 litres/sec hingga 10000 litres/sec dan head antara 1 s/d 200 m. Komponen komponen utama konstruksi turbin crossflow adalah sebagai berikut :

1. Rumah Turbin

2. Alat Pengarah (distributor) 3. Roda Jalan

4. Penutup 5. Katup Udara 6. Pipa Hisap 7. Bagian Peralihan

Aliran air dilewatkan melalui sudu sudu jalan yang berbentuk silinder, kemudian aliran air dari dalam silinder ke luar melalui sudu-sudu. Jadi perubahan energi aliran air menjadi energi mekanik putar terjadi dua kali yaitu pada waktu air masuk silinder dan air keluar silinder. Energi yang diperoleh dari tahap kedua adalah 20 %nya dari tahap pertama.

(37)

Gambar 2.11 Konstruksi turbin ossberger atau turbin crossflow.

Air yang masuk sudu diarahkan oleh alat pengarah yang sekaligus berfungsi sebagai nosel seperti pada turbin pelton. Prinsip perubahan energi adalah sama dengan turbin impuls pelton yaitu energi kinetik dari pengarah dikenakan pada sudu-sudu pada tekanan yang sama. Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik 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.

Gambar 2.12 Aliran masuk turbin ossberger atau turbin crossflow.

Turbin aliran silang yang pertama disebut turbin banki, ini berbentuk skripsi yaitu tahun 1949 oleh State University di Oregon. Sedangkan publikasi mengenai rancangan bangunan baru dimulai tahun 1967 oleh suatu badan yang diberi nama VITA. Namun demikian, jauh sebelumnya turbin jenis ini telah diproduksi oleh suatu pabrik yakni

(38)

turbin ini bereffisiensi 74% - 84% dan menjamin operasinya 80%. Apabila diperhatikan dengan cermat bagian bagian dan rakitan turbinnya masih terlalu rumit untuk memperoleh daya yang kecil.

Turbin aliran silang ini akhirnya lebih akrab kepada masyarakat pedesaan dengan segala aspek kesederhanaannya. Hal ini telah dibuktikan oleh beberapa badan kerja sama SKAT Switzerland/BYS Nepal, GATE Jerman/BEW Nepal, GATE Jerman/CITA Equador dan ATD Pakistan, semenjak tahun 1975 lebih dari 500 unit telah dipasang dinegara ketiga tersebut.

Turbin aliran silang yang direncanakan ini dirancang dengan menggunakan rumah turbin yang sedemikian rupa dalam bentuk yang sederhana sehingga mudah diangkut dan dipasang. Pada turbin ini digunakan sebuah katup (valve) yang berbentuk khusus yang berfungsi untuk mengatur arah dan kapasitas aliran air. Menurut arah aliran airnya turbin ini dapat dibedakan atas dua jenis yaitu :

1) Turbin aliran silang jenis vertical

Dimana air dialirkan melaului pipa pesat dengan posisi vertical terhadap rumah turbin dan mendorong karangan sudu hingga roda jalan turbin berputar dan ini berlangsung secara kontinu.

Gambar 2.13 Turbin Aliran Silang Jenis Vertical. 2) Turbin aliran silang jenis horizontal

Dimana aliran air dialirkan melalui pipa pesat dalam posisi horizontal terhadap rumah turbin dan menyembur / mendorong karang sudu hingga roda jalan turbin berputar.

(39)

Gambar 2.14 Turbin Aliran Silang Jenis Horizontal

Studi yang mendalam terhadap pembangkit tenaga jenis cross flow untuk PLTA skala kecil belum banyak dilakukan orang, karena tipe ini dianggap sederhana dan effisiensi nya relatif rendah. Penelitian pada akhir akhir ini dilakukan terhadap pembangkit listrik yang berskala besar, mengingat secara ekonomi makro, pembangkit listrik besarlah yang dianggap sangat menguntungkan untuk dikembangkan. Tetapi bila kita berbicara kemampuan masyarakat dalam keikutsertaan mengumpulkan air dari sumber tenaga yang tersebar di jaringan irigasi dan sungai sungai kecil di Indonesia, maka justru kita harus mengembangkan tipe cross flow itu agar dapat dimanfaatkan oleh masyarakat yang terbatas pengetahuan dan teknologinya. Tipe cross flow ini sudah jelas kesederhanaannya dan dapat diproduksi oleh bengkel bengkel biasa yang ada dimasyarakat.

Masalahnya dalam mendisain atau mendimensi tipe cross flow ini perlu ada pedoman petunjuk, panduan dan bahkan spesifikasi jenis jenis tertentu yang telah diketahui perilakunya yang berkaitan dengan :

1. Kesedian debit dan tinggi muka air di suatu lokasi tertentu, untuk mengetahui ketersediaan air pada suatu daerah aliran baik untuk tujuan khusus seperti pembuatan bendungan untuk keperluan pembangkit tenaga listrik atau untuk keperluan irigasi maupun untuk tujuan yang lebih umum seperti pembuatan masterplan konservasi sumberdaya air, perkiraan tentang ketersediaan air

Gambar 2.14 Turbin Aliran Silang Jenis Horizontal

Masalahnya dalam mendisain atau mendimensi tipe cross flow ini perlu ada pedoman petunjuk, panduan dan bahkan spesifikasi jenis jenis tertentu yang telah diketahui perilakunya yang berkaitan dengan :

Gambar 2.14 Turbin Aliran Silang Jenis Horizontal

Masalahnya dalam mendisain atau mendimensi tipe cross flow ini perlu ada pedoman petunjuk, panduan dan bahkan spesifikasi jenis jenis tertentu yang telah diketahui perilakunya yang berkaitan dengan :

(40)

amatlah penting. Oleh karena itu masalah data data topografi dari suatu sungai yang berkesinambungan harus dimiliki.

Disamping itu cara lain untuk merencanakan PLTA skala kecil perlu diketahui ketersedian air yang ada agar PLTA tersebut dapat berfungsi terus menerus sepanjang waktu, serta lokasi penempatan turbin agar sesuai dengan yang direncanakan sehingga didapat debit serta tinggi muka air yang memadai. Ketersediaan air di sungai dalam jangka waktu yang panjang dapat diperkirakan dengan mengadakan pegamatan taraf muka air pada beberapa lokasi pengamatan. Dengan demikian debit pada sungai tersebut akan dipergunakan untuk menggerakan turbin.

2. Daya yang dapat dihasilkan

Berdasarkan debit yang ada pada PLTA tersebut akan menghasilkan daya dengan menggunakan rumus :

P = QgH

Dimana :

P = Daya (kW)

 = Massa jenis air (kg/m3₎ Q = Debit (m3_/s)

g = Percepatan gravitasi (m/s2₎ H= Perbedaan ketinggian (m)

 = efisiensi

3. Pembangkit listrik atau dinamo

Pembangkit listrik atau dinamo ini diusahakan yang mudah diperoleh di pasar atau yang dapat dibuat lokal

(41)

Ukuran dan bentuk detail turbin dibuat agar mudah di desain dan dipasang dilapangan

5. Efisiensi turbin

Efisiensi turbin di dapat dari membandingkan output dan input yang terpakai 6. Pengoperasian dan Pemeliharaan

Pengoperasian dan pemeliharaan PLTA skala kecil ini mampu dilakukan oleh tenaga/ teknisi menegah

2.6 Klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Air

Klasifikasi pembangkit listrik tenaga air ini dapat digolongkan berbagai kriteria, antara lain :

2.6.1 Berdasarkan Keadaan Lokasi dan Topografi

Berdasarkan lokasi topografi, pemilihan instalasi untuk pembangkit listrik tenaga air yang berlokasi didaerah pedalaman atau dipegunungan akan sangat berbeda dengan instalasi pembangkit listrik didaerah dataran rendah. Misalnya bangunan utamanya, untuk daerah pegunungan bangunan utama yang biasanya bendungan atau dam, sedangkan untuk daerah dataran rendah cukup dengan bendungan biasa. Selain itu jaringan transmisinya di daerah pegunungan akan memerlukan jaringan transmisi yang sangat panjang untuk disalurkan ke konsumen sedang untuk dataran rendah relatif dekat dengan daerah pemungkiman. Oleh karena itu pengetahuan tentang lokasi dan topografi untuk suatu PLTA sangat penting dalam perencanaan.

(42)

Klasifikasi berdasarkan keadaan hidraulik adalah pengelompokkan yang ditinjau dari aliran air yang digunakan untuk menggerakkan turbin. Berdasarkan hal tersebut pengelompokkan dapat dibagi atas :

a. Pembangkit listrik tenaga air konvensional, adalah pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air secara gravitasi yang diperoleh dengan memanfaatkan aliran air sungai.

b. Pembangkit listrik tenaga pompa, adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan putaran air dengan menggunakan pompa yang dilakukan pada saat pemakaian listrik tidak terlalu tinggi, sehingga tenaga listrik yang tidak terpakai dapat digerakan untuk menggerakkan pompa.

c. Pembangkit listrik tenaga pasang surut, adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan aliran air laut akibat adanya pasang surut.

2.6.3 Klasifikasi berdasarkan Bangunan Utama (Patty.G.F)

Pengelompokkan ini berdasarkan pada lokasi bangunan atau konstruksi utama dari bangunan pembangkit listrik tenaga air, yang terbagi atas :

a. Pembangkit pada aliran sungai. Pembangkit untuk kelompok ini harus menjamin kondisi pengaliran sungai tetap lancar dan aliran sungai tidak terganggu oleh konstruksi pembangkit tenaga listrik. Biasanya kelompok ini adalah pembangkit listrik dengan tinggi tekan air yang rendah.

b. Pembangkit listrik dengan bendungan di lembah. Dalam kelompok ini bendungan merupakan bangunan utama untuk kolam penampung air (reservoir), sehingga dihasilkan tinggi tekan air untuk pembangkit listrik, pada kelompok ini termasuk pembangkit listrik dengan tinggi air menegah dan tinggi.

(43)

c. Pembangkit listrik pada sudetan. Kelompok ini memperoleh air dengan cara mengalihkan aliran air sungai melalui sebuah atau lebih saluran pengalih atau sudetan menuju bangunan pembangkit listrik yang berada didekat kolam penampung. Biasanya kelompok ini digunakan untuk pembangkit dengan tinggi tekan air rendah atau menegah.

d. Pembangkit listrik dengan mengambil ketinggian dari sungai lain. Pembangkit listrik untuk kelompok ini diperoleh jika tekan air yang dialirkan melalui sebuah sistem terowongan menuju sungai lain atau kolam yang lebih rendah yang kemudian digunakan untuk pembangkit listrik tenaga air.

2.6.4 Klasifikasi Berdasarkan Tinggi Tekan

Berdasarkan tinggi tekan air yang diperoleh untuk pembangkit tenaga listrik dikelompokkan sebagai berikut :

Klasifikasi menurut Mosonyi :

a. Tinggi tekan air kecil, besar tinggi tekan < 15 m

b. Tinggi tekan air menengah, besar tinggi tekan 15 - 50 m c. Tinggi tekan air tinggi, besar tinggi tekan > 50 m Klasifikasi menurut PLN :

a. Tinggi tekan air kecil, besar tinggi tekan < 15 m

b. Tinggi tekan air menengah, besar tinggi tekan 15 - 50 m c. Tinggi tekan air tinggi, besar tinggi tekan > 50 m Klasifikasi menurut M.M.Dandkear dan K.N. Sharma :

a. Tinggi tekan air rendah, besar tinggi tekan < 15 m b. Tinggi tekan air menengah, besar tinggi tekan 15 - 70 m c. Tinggi tekan air tinggi, besar tinggi tekan > 71 - 250 m d. Tinggi tekan air sangat tinggi, besar tinggi tekan > 250 m

(44)

2.6.5 Klasifikasi berdasarkan Kapasitas Pembangkit

Berdasarkan besarnya kapasitas yang dihasilkan dari pembangkit tenaga listrik, dapat dikelompokkan sebagai berikut :

Klasifikasi menurut Mosonyi :

a. Kapasitas kecil, dengan output < 100 kW

b. Kapasitas rendah, dengan output 100 1000 kW c. Kapasitas menegah, dengan output 1001 - 10.000 kW d. Kapasitas tinggi, dengan output > 10.000 kW

Klasifikasi menurut M.M.Dandkear dan K.N. Sharma : a. Kapasitas kecil, dengan output < 5 MW b. Kapasitas rendah, dengan output 5 100 MW c. Kapasitas menegah, dengan output 101 - 1000 MW d. Kapasitas tinggi, dengan output > 1000 MW

Klasifikasi menurut SCAT (Swiss centre of Appropriete Technology) : a. Kapasitas mikro, dengan output < 100 kW

b. Kapasitas mini, dengan output 101 500 kW c. Kapasitas kecil, dengan output 501 - 1000 kW d. Kapasitas besar, dengan output > 1.000 kW

2.7 Head Loses

Perubahan tekanan dalam aliran fluida terjadi karena adanya perubahan ketinggian, perubahan kecepatan akibat perubahan penampang dan gesekan fluida. Pada aliran tanpa gesekan perubahan tekanan dapat dianalisa dengan persamaan Bernoulli yang memperhitungkan perubahan tekanan ke dalam perubahan ketinggian dan perubahan

(45)

kecepatan. Sehingga perhatian utama dalam menganalisa kondisi aliran nyata adalah pengaruh dari gesekan. Gesekan akan menimbulkan penurunan tekanan atau kehilangan tekanan dibandingkan dengan aliran tanpa gesekan. Berdasarkan lokasi timbulnya kehilangan, secara umum kehilangan tekanan akibat gesekan atau kerugian ini dapat digolongkan menjadi 2 yaitu: kerugian mayor dan kerugian minor.

Kerugian mayor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan aliran fluida pada sistem aliran penampang tetap atau konstan. Kerugian mayor ini terjadi pada sebagian besar penampang sistem aliran makanya dipergunakan istilah mayor . Sedangkan kerugian minor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan yang terjadi pada katup-katup, sambungan T, sambungan L dan pada penampang yang tidak konstan. Kerugian minor meliputi sebagian kecil penampang sistem aliran, sehingga dipergunakan istilah minor . Kerugian ini untuk selanjutnya akan disebutkan sebagaihead loss.

Istilah Head Loss muncul sejak diawalinya percobaan-percobaan hidrolika abad ke sembilan belas, yang sama dengan energi persatuan berat fluida. Namun perlu diingat bahwa arti fisik dari head loss adalah kehilangan energi mekanik persatuan massa fluida. Sehingga satuan head loss adalah satuan panjang yang setara dengan satu satuan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu satuan massa fluida setinggi satu satuan panjang yang bersesuaian.

Untuk menentukan factor gesekan ( f ) dapat diperoleh dari diagram moody dengan terlebih dahulu mengetahui bilanganReynold( Re dimana:





Re Dengan:

(46)

 = Viskositas kinematik, dimana harganya 1.02 x 10-6 _m2_{/s untuk tekanan 1 atm}

pada suhu 200_C

V = kecepatan aliran masuk pipa (m/s)

D = Diameter pipa (m)

2.7.1 Head Loses Mayor

Dengan mempergunakan persamaan keseimbangan energi dan asumsi aliran berkembang penuh (fully developed) sehingga koefisien energi kinetik 1 = 2 dan

penampang konstan maka :





p p _{g z} _z _h

l 1 2

2 1

 _ _ _



di mana :

hl: head loss mayor

Jika pipa horisontal, maka z2 = z1, maka :

p p _h

l 1 2 _

 atau p / = hl

Jadi head loss mayor dapat dinyatakan sebagai kerugian tekanan aliran fluida berkembang penuh melalui pipa penampang konstan.

Untuk aliran laminer , berkembang penuh, pada pipa horisontal, penurunan tekanan dapat dihitung secara analitis, diperoleh :

(47)

DV DL D D LV DLQ p    

 128 ( /4) 32

128

4 2

4  

 

dimana :

: kekentalan atau viskositas fluida

sehingga dengan memasukkan konsep angka Reynold maka head loss menjadi :

2 Re64 64

32 2 V2

DL VD V DL D V DL hlmayor                

Untuk aliran turbulen, penurunan tekanan tidak dapat dihitung secara analitis karena pengaruh turbulensi yang menimbulkan perubahan keacakan sifat fluida. Perubahan sifat fluida yang acak tersebut belum dapat didekati dengan fungsi matematis yang ada saat ini. Perhitungan head loss didasarkan pada hasil percobaan dan analisa dimensi. Penurunan tekanan untuk aliran turbulen adalah fungsi dari angka Reynold, Re, perbandingan panjang dan diameter pipa, L/D serta kekasaran relatif pipa, e/D.

Head loss mayor dihitung dari persamaan Darcy-Weisbach :

g V DL f hlmayor 2 2  dimana :

f = Koefisien gesekan

L = Panjang pipa (m)

D = Diameter pipa (m)

V = Kecepatan aliran masuk pipa (m/s)

(48)

Dengan menggunakan hasil percobaan dari L.F. Moody yang memperkenalkan Diagram Moody, yaitu diagram koefisien gesek fungsi angka Reynold dan kekasaran relatif pipa. Diagram Moody ditampilkan pada Lampiran. Nilai kekasaran relatif pipa merupakan fungsi diameter pipa dan bahan pipa dapat ditentukan secara empiris dari grafik pada tabel

Tabel 2.1Kekasaran relatif ( e ) dalam berbagai bahan pipa

Pipeline Material

Absolute roughness, e

ft mm

Glass and various plastics ( e.g.,PVC and PE pipes

Drawn turbings (e.g., copper or aluminum pipes or turbings

Commercial steel or wrought iron Cast iron with asphalt lining Galvanized iron Cast Iron Wood stave Concrete Riveted steel 0

(hydraulically smooth ) 5 x 10-6

1.5 x 10-4

4 x 10-4

5 x 10-4

8.5 x10-4

6 x 10-4_{-3 x 10}-3

1 x 10-3_{-1 x 10}-2

3 x 10-3_{-3 x 10}-2

(hydraulically smooth 1.5 x 10-3

4.6 x 10-2

0.12 0.15 0.25 0.18-0.9 0.3-3.0 0.9-9.0 Pump Handbook, Igor J. Karasik, William C.Krutzsc, Waren H. Frase, Joseph Messina

untuk aliran laminer nilai koefisien gesek hanya fungsi angka Reynold, tidak dipengaruhi oleh kekasaran permukaan pipa. Namun dengan semakin tingginya angka Reynold koefisien gesekan hanya merupakan fungsi dari kekasaran relatif saja. Pada kondisi ini medan aliran dikatakan mencapai kekasaran penuh.

Mengingat perhitungan head loss adalah perhitungan yang cukup panjang dan kenyataan aplikasi program komputer telah digunakan pada perencanaan suatu sistem perpipaan maka dibutuhkan persamaan matematika untuk menentukan koefisien gesek sebagai fungsi dari angka Reynold dan kekasaran relatif. Salah satunya adalah persamaan

(49)

Blasius yang dapat digunakan pada aliran turbulen, pipa halus dengan angka Reynold, Re < 105 _{yaitu :}

f  0 3164, _{0 25} Re ,

2.7.2 Head Loses Minor

Besarnya kerugian akibat adanya kelengkapan pipa dapat diperoleh dengan persamaan:

g V nK

hl or ₂

min 



Dimana:

hLminor = Kerugian head akibat kelengkapan pipa sepanjang jalur pipa isap

n = Jumlah kelengkapan pipa

K = Koefisien kerugian akibat kelengkapan pipa

Koefisien k dapat ditentukan melalui table koefisien kerugian minor di lampiran. Head loses total di dapat dari :

HLtotal= hL mayor+ hLminor

Head Turbin didapat dari pengurangan Head Statis turbin terhadap Head loses total, HTotal= H - HLtotal

(50)

Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air. Head adalah beda ketinggian antara muka air pada tempat penampungan atas dengan poros turbin air.

Total energi yang tersedia dari tempat penampungan atas adalah merupakan energi potensial air yaitu :

mgh

E



dengan

m = Massa air (kg)

h = Head turbin(m)

g = Percepatan gravitasi (m/s2₎

Daya merupakan energi tiap satuan waktu

_











t

E

_{, sehingga persamaan diatas dapat}

dinyatakan sebagai :

gh t m t

E _ _{Dengan mensubsitusikan P terhadap}

_











t

E

_{dan mensubsitusikan}

_

_Q

terhadap













t

m

_{maka :}

Qgh Pa 

dengan

Pa = Daya (watt)

Q = Kapasitas aliran (m3_/s)



= Massa jenis air (kg/m3₎

h = Head turbin (m)

Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat diperoleh dari aliran air datar. Dalam hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik yaitu :

(51)

2

1 _mv

E



dengan

v = kecepatan aliran masuk pipa (m/s) Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut :

2

1 _Qv

P





atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas

Q



Av

maka : 3

2

1 _Av

P





dengan

A = luas penampang pipa (m2₎

2.9 Daya Listrik

Daya listrik yang terbangkitkan dihitung dengan rumus

Pl= V.I Pl= Daya listrik (Watt)

V = Tegangan (Volt) I = Arus (Ampere)

2.10 Daya Turbin

Daya turbin dapat dihitung dengan rumus Pt =

  p. g.cos

P _\

Dimana :

Pl = Daya listrik (Watt)  = Effisiensi pulley

(52)

 = Effisiensi generator



cos

2.11 Efisiensi Turbin

Efisiensi turbin didapatkan dari perbandingan nilai daya air dan daya turbin yaitu: % 100 x P P t a t   Dimana : t

 = Efisiensi turbin (%) Pa `= Daya air (Watt)

Pt= Daya Turbin (Watt)

2.11 Pemeliharaan (maintenance)

Turbin didesain untuk bekerja dalam jangka waktu puluhan tahun dengan sangat sedikit pemeliharaan pada elemen utamanya, interval pemeriksaan total (overhaul) dilakukan dalam jangka waktu beberapa tahun. Pemeliharaan dilakukan pada sudu, pengarah dan part lain yang bersentuhan dengan air termasuk pembersihan, pemeriksaan dan perbaikan part yang rusak.

Keausan umumnya terjadi pada lubang akibat kavitasi, retakan dan pengikisan dari benda padat yang tercampur dalam air. Elemen baja diperbaiki dengan pengelasan, umumnya dengan las stainless steel. Area yang berbahaya dipotong atau digerinda, kemudian dilas sesuai dengan bentuk aslinya atau dengan profil yang diperkuat. Sudu turbin tua mungkin akan mempunyai banyak tambahan stainless steel hingga akhir penggunaannya. Prosedur pengelasan yang rumit mungkin digunakan untuk mendapatkan kualitas perbaikan terbaik.

(53)

Elemen lainnya yang membutuhkan pemeriksaan dan perbaikan selama pemeriksaan total yaitu : bantalan, kotak paking dan poros, motor servo, sistem pendingin untuk bantalan dan lilitan generator, cincin seal, elemen sambungan gerbang dan semua permukaan.

2.12 Pengaruh Pada Lingkungan

Turbin air mempunyai pengaruh yang sangat positif, yaitu : turbin air adalah salah satu penghasil tenaga terbersih, menggantikan pembakaran bahan bakar fosil dan menghapuskan limbah nuklir. Turbin air menggunakan energi yang dapat diperbarui dan didesain untuk beroperasi dalam jangka waktu puluhan tahun.

(54)

BAB III

INSTALASI DAN PERALATAN PENGUJIAN

3.1 Umum

Pengujian pemanfaatan turbin air cross flow dilakukan di Laboratorium Mesin Fluida, Departemen Teknik Mesin USU. Aliran yang digunakan berasal dari bak penampungan yang dipompa.

Dalam sistem instalasi ini, secara garis besar dapat dibagi menjadi dua bagian sebagai berikut:

 Instalasi saluran buatan dengan kapasitas aliran air yang bisa diatur

 Instalasi turbin, instalasi dynamo, instalasi tempat penampungan air dan instalasi rangkaian pengujian daya turbin

Aliran air berasal dari bak penampungan yang mempunyai posisi lebih tinggi dari posisi turbin. Kapasitas aliran air (debit) yang akan diberikan pada saluran buatan, diatur dengan menggunakan katub yang terletak pada pipa penghubung sebelum turbin. Katub pengatur debit dioperasikan dengan cara dibuka atau ditutup.

Aliran air akan memberikan energi air yang akan diberikan pada turbin sebagai energi input. Kemudian energi air ini oleh turbin dipergunakan untuk menggerakan roda turbin yang mana akan menghasilkan daya poros turbin. Selanjutnya daya poros turbin ini akan diubah menjadi energi listrik oleh dinamo.

3.2 Turbin yang di uji

Turbin yang di uji merupakan turbin yang berada di Laboratorium Mesin Fluida, Departemen Teknik Mesin USU.

(55)

Gambar 3.1 Turbin Aliran Silang

3.3 Instalasi Pengujian Turbin

Pada sistem ini, air yang jatuh ke turbin berasal dari tempat penampungan atas. Air yang berada di tempat penampungan atas berasal dari tempat penambungan bawah, yang air nya dipompa naik ke atas.

Aliran air dari tempat penampungan atas kemudian di jatuhkan mengenai turbin melalui saluran buatan. Debit aliran air yang jatuh dapat ubah ubah. Instalasi pengujian turbin ditunjukkan pada gambar sebagai berikut:

(56)

Gambar 3.2 Sketsa Instalasi Pengujian

Keterangan gambar :

1. Tempat Penampungan Atas 2. Turbin

3. Tempat Penampungan Bawah 4. Instalasi Pipa

5. Dinamo

6. Rangkaian Listrik 7. Pompa

(57)

3.4 Peralatan Untuk Pengujian 3.4.1 Hand Tachometer

Alat ini digunakan untuk mengukur putaran turbin dan dinamo. Pada pengujian ini Hand Tachometer yang digunakan adalah Krisbow.

Gambar 3.3 Hand Digital TachoMeter

3.4.2 Clamp Meter

Antara dinamo dan instalasi lamu dihubungkan dengan kabel masuk ke mcb dipisahkan antara kabel positif dan negatif. Clamp Meter ini digunakan untuk mengukur besarnya arus listrik (Ampere) yang dibangkitkan oleh dinamo. Dalam pengujian ini Clamp Meter yang digunakan adalah Krisbow.

(58)

Gambar 3.4 Clamp Meter

3.4.3 Multi Tester

Antara dinamo dan instalasi lamu dihubungkan dengan kabel masuk ke mcb dipisahkan antara kabel positif dan negatif. Multi Tester digunakan untuk mengukur besarnya tegangan listrik (Volt) yang dibangkitkan oleh dinamo. Dalam pengujian ini, Multi Tester yang digunakan adalah Sunwa.

(59)

Gambar 3.5 Multitester

3.4.4 Meteran

Meteran adalah alat yang digunakan untuk mengukur tinggi muka air pada tempat penampung atas dan tempat penampungan bawah.

3.4.5 Dinamo

(60)

Gambar 3.6 Dinamo

3.4.6 Instalasi Rangkaian Lampu

Pada instalasi ini digunakan 15 buah bola lampu yang identik dan memiliki hambatan yang sama. Pada masing masing lampu dipasang sakelar untuk menghidupkan lampu. Pada instalasi ini juga dilengkapi dengan MCB (Mini Circuit Breaker), yang berfungsi untuk menghindari putusnya lampu bila daya yang dihasilkan berlebih.

(61)

Gambar 3.7 Rangkaian Listrik

3.4.7 Pompa

Pompa digunakan untuk menaikkan air dari tempat penampungan bawah ke tempat penampungan atas

(62)

(63)

BAB IV

PELAKSANAAN DAN HASIL PENGUJIAN

4.1 Pelaksanaan Pengujian

Pelaksanaan pengujian turbin cross flow pada saluran buatan ini dilakukan di Laboratorium Mesin Fluida, Departemen Teknik Mesin USU.

Pengambilan data yang dilakukan adalah :

1. Pengambilan data tinggi air pada tempat penampungan atas dan tempat penampungan bawah

2. Pengambilan data putaran poros turbin dan dinamo dengan Hand Tachometer. 3. Pengambilan data tegangan listrik dengan mengunakan Multi Tester

4. Pengambilan data arus listrik dengan menggunakan Clamp Meter

Prosedur pengujian:

1. Pompa di hidupkan

2. Keran dibuka sesuai keinginan

3. Setelah aliran sudah konstan maka dilakukan pengamatan terhadap :

a. Tinggi muka air pada tempat penampungan atas dan tempat penampungan bawah

b. Pengukuran putaran pada turbin maupun dinamo dengan Hand Tachometer c. Pengukuran tegangan dengan Multitester

d. Pengukuran arus listrik dengan Clamp Meter

e. Setelah selesai dilakukan pembebanan dengan cara menyalakan 1 bola lampu, 2 bola lampu sampai 15 bola lampu dan dilakukan pengukuran seperti langkah langkah sebelum nya.

(64)

Besaran yang diamati adalah : 1. Putaran poros turbin (nt)

2. Putaran poros dinamo (nd)

3. Tegangan listrik (V) 4. Arus listrik (I) 5. Nyala lampu (watt)

6. Tinggi muka air pada tempat penampungan bawah (h1)

7. Tinggi muka air pada tempat penampungan atas (h2)

Dari besaran besaran diatas dapat dihitung besaran lainnya : 1. Head Turbin

2. Debit aliran 3. Daya hidrolisis 4. Daya Turbin 5. Effisiensi

4.2 Analisis data dan perhitungan nya

Dari besaran besaran yang langsung didapat dari pengamatan pembacaan kemudian dihitung besaran besaran yang diperlukan untuk mengetahui karakteristik turbin yang diuji.

Contoh perhitungan :

1. Perhitungan debit air dan kecepatan aliran Q = V.A

(65)

d = 0.1016 m A = 2

1__D _{= 0.0081 m}2

Maka V = 1.955 m/s

2. Perhitungan Bilangan Reynold





Dik : V = 1.955 m/s d = 0.1016 m

 = harganya 1.02 x 10-6_m2_{/s untuk tekanan 1 atm pada suhu 20}0_C

Maka Re = 194780.13 3. Perhitungan Head loses

Head loses terbagi dua yaitu: head loses mayor dan heal loses minor. Head loses mayor

g V dL f hlmayor 2 2 

Dik : L = 11.12 m d = 0.1016 m V = 1.955 m/s

f = 0.01582 (didapat dari diagram moody) Maka hlmayor= 0.33742 m

Head loses minor

g V nK

hl or ₂

min 



(66)

g = 9.81 m/s2

K = 2.32

koefisien gesekan dalam instalasi terdapat 2 buah elbow 900_{, 1 buah}

katub bola, sisi masuk pipa, sisi keluar pipa.



2 elbow 900 _0.51 _1.02

1 katub bola 0.05 0.05 Sisi masuk pipa 0.25 0.25 Sisi keluar pipa 1 1

Jumlah 2.32

Harga k berdasarkan ketentuan yang terdapat pada lampiran

Maka hlminor= 0.452159 m

Head loses total = hlmayor+ hlminor

= 0.33742 m + 0.452159 m = 0.789579 m

4. Daya Listrik

Pl= V.I Dik : V = 113 Volt

I = 1.48 A MakaPl=167.24 Watt 5. Daya Turbin

Pt =

  p. g.cos

l P

Dik : Pl = 167.24 Watt

(67)

 = 0.9



cos = 0.8 Maka Pt = 244.503 Watt 6. Daya Air

Qgh Pa 

Dik : = 1000 kg/m3 Q = 0.01586 m3_/s

g = 9.81 m/s2

h = 10.04 m Maka Pa= 1562.245 Watt

7. Effisiensi Turbin

% 100

x PPa

t t 



Dik : Pa = 1562.245 Watt

P = 244.503 Watt Makat = 15.6507 %

(68)

Dari hasil perhitungan didapatkan tabel dan grafik yang ditunjukkan sebagai berikut :

Tabel 4.1 Hasil perhitungan turbin pada berbagai putaran

400 rpm

Q V I Plistrik Pt Pa turbin

15.86 123.657 1.323 163.005 238.3118 1562.245 15.254

14.9 107.0195 1.262 134.616 196.808 1454.336 13.532

14.2 119.198 0.892 106.23 155.307 1374.984 11.295

13.5 86.363 0.288 24.656 36.047 1308.316 2.755

350 rpm

Q V I Plistrik Pt Pa turbin

15.86 103.1 1.589 163.5 239.124 1562.245 15.306

14.9 102.774 1.3026 133.774 195.575 1454.336 13.448

14.2 100.3876 1.136 112.658 166.167 1374.984 12.085

13.5 78.334 0.657 51.461 75.235 1308.316 5.75

300 rpm

Q V I Plistrik Pt Pa turbin

15.86 73.95 1.9 142.05 207.67 1562.245 13.123

14.9 74.16 1.564 115.809 168.312 1454.336 11.64

14.2 73.655 1.379 101.34 148.1577 1374.984 10.77

13.5 66.516 0.938 62.125 90.82 1308.316 6.892

250 rpm

Q V I Plistrik Pt Pa turbin

15.86 39 2.3844 142.05 207.67 1562.245 8.692

14.9 41.61 2.145 89.26 130.49 1454.336 8.972

14.2 44.418 2.04 90.927 132.934 1374.984 9.668

(69)

Tabel 4.2 Hasil perhitungan generator pada berbagai putaran

1200 rpm

Q V I Plistrik Pt Pa turbin

15.86 143.26 0.992 142.05 207.67 1562.245 13.293

14.9 143.709 0.76 108.162 158.132 1454.336 10.873

14.2 134.167 0.579 77.485 113.282 1374.984 8.238

13.5 94.246 0.00178 0.15661 0.228 1308.316 0.0178

1100 rpm

Q V I Plistrik Pt Pa turbin

15.86 142.929 1.208 157.558 230.3482 1562.245 13.293

14.9 128.86 1.001 128.147 187.349 1454.336 12.882

14.2 122.287 0.834 101.529 148.434 1374.984 10.795

13.5 94.232 0.179 15.817 23.12 1308.316 1.767

1000 rpm

Q V I Plistrik Pt Pa turbin

15.86 112.09 1.49 166.901 244.0083 1562.245 15.619

14.9 112.002 1.351 129.574 189.435 189.435 13.025

14.2 108.125 1.066 114.93 168.026 1374.984 12.22

13.5 82.952 0.452 37.49 54.82 1308.316 4.19

900 rpm

Q V I Plistrik Pt Pa turbin

15.86 93.089 1.7 157.989 230.978 1562.245 14.785

14.9 94.253 1.483 119.272 174.375 1454.336 11.99

14.2 94.446 1.175 110.544 161.614 1374.984 11.753

13.5 77.74 0.674 52.277 76.428 1308.316 5.841

800 rpm

Q V I Plistrik Pt Pa turbin

15.86 72.211 1.9 138.668 202.732 1562.245 12.977

14.9 74.773 1.556 116.2197 168.912 1454.336 11.683

14.2 73.89 1.375 101.391 148.232 1374.984 10.78

13.5 67.06 10.909 61.989 90.628 1308.316 6.927

700 rpm

Q V I Plistrik Pt Pa turbin

15.86 49 2.25 110.19 161.0965 1562.245 10.311

14.9 48.688 2.036 99.114 144.905 1454.336 9.963

14.2 54.119 1.84 99.594 145.606 1374.984 10.589

(70)

0 50 100 150 200 250 300

13 13,5 14 14,5 15 15,5 16

Da ya L is tr ik (W at t) Debit (L/s)

Hubungan Debit vs Daya Listrik

1200 rpm 1100 rpm 1000 rpm 900 rpm 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

13 13,5 14 14,5 15 15,5 16

Da ya T ur bi n (W at t) Debit (L/s)

Hubungan Debit vs Daya Turbin

400 rpm 350 rpm

(71)

BAB V

KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pengujian dan perhitungan yang telah dilakukan pada turbin cross flow dapat diambil beberapa kesimpulan :

1. Kondisi optimum turbin cross flow yang diuji adalah sebagai berikut : a. Efisiensi maksimum ( maks) = 15.6507 %

b. Daya turbin = 244.503 Watt c. Kecepatan putaran dynamo = 1005 rpm d. Kecepatan putaran turbin = 373 rpm e. Head turbin effektif = 1083 cm f. Kapasitas Aliran = 15.86 L/s

2. Rendahnya efisiensi turbin cross flow ini terutama disebabkan oleh adanya kerugian kerugian (kehilangan energi) karena kebocoran pada rumah turbin, gesekan serta tumbukan air baik pada bak penampung, turbin sendiri serta pada pulley V-Belt sampai ke dinamo.

3. Dari kurva yang didapat, kita dapat menetukan daya turbin pada putaran yang bervariasi dan debit yang bervariasi

5.2 Saran

Dari hasil penelitian, penulis memberi saran agar pada pembuatan turbin lebih teliti, agar effisiensi yang didapatkan lebih tinggi dan mempunyai nilai jual.

(72)

DAFTAR PUSTAKA

1) Dietzel Fritz, Turbin Pompa dan Kompresor , Cetakan Ke-Lima, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1996.

2) Steeter LV dan Wylie B, Mekanika Fluida , edisi ke-8, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1993. 3) Sularso.K.Suga, Elemen Mesin , PT Pradya Parahita, Jakarta, 1983.

4) Frank White, Fluid Mechanic ,MacGraw-Hill Inc. USA

5) Munson, Bruce. R, Young, Donald, F. Okiishi, Theodore, H, Fundamentals of Fluid Mechanics , eifth edition, USA, 2006

6) Warnick, C.C, Hydropower Engineering , Prentice Hall, Inc, New York, 1984.

7) M. Edy Sunarto, Alex Arter, Ueli Meler, Pedoman Rekayasa Tenaga Air , Jakarta, 1991. 8) Ir. Sularso, Pompa Dan Kompressor , Cetakan ketiga, PT. Pradya Paramita, Jakarta,

1987.

9) http://www.google.co.id/url?sa=t&source=web&ct=res&cd=1&ved=0CAYQFjAA&url= http%3A%2F%2Fagungchynta.files.wordpress.com%2F2007%2F03%2Fpemanfaatan-

tenaga-air.doc&rct=j&q=pemanfaatan+tenaga+air&ei=gMapS6WNG8qxrAe07Mj7AQ&usg=A FQjCNF5DnQnzg5PwxfbKdcqRLIQkWPvMA

(73)

(74)

Effisiensi Percobaan 1 Q = 15,86 L/s

Banyak

Lampu h

Putaran

V I Head Plistrik Pt Pa Eff Pt vs Pa

Dinamo Turbin

0 57 1506 565 208 0 1083 0 0 1562,2451 0

1 57 1395 523 185 0,35 1083 64,75 94,66374 1562,2451 6,05946824

2 57 1298 480 163 0,69 1083 112,5 164,4298 1562,2451 10,5252261

3 57 1206 441 144 0,98 1083 141,1 206,3158 1562,2451 13,2063654

4 57 1076 411 128 1,26 1083 161,3 235,7895 1562,2451 15,092989

5 57 1005 373 113 1,48 1083 167,2 244,5029 1562,2451 15,6507408

6 57 930,3 341,4 99,5 1,63 1083 162,2 237,1126 1562,2451 15,1776812

7 57 875 326 87,8 1,76 1083 154,5 225,9181 1562,2451 14,4611198

8 57 825,1 305 78,4 1,84 1083 144,3 210,9006 1562,2451 13,4998402

9 57 789 295 69,5 1,96 1083 136,2 199,152 1562,2451 12,747811

10 57 752 280 61,7 2,02 1083 124,6 182,2135 1562,2451 11,6635639

11 57 726 272 55,4 2,12 1083 117,4 171,7076 1562,2451 10,9910799

12 57 708 267 51 2,22 1083 113,2 165,5263 1562,2451 10,595413

13 57 692 260 47 2,28 1083 107,2 156,6667 1562,2451 10,028303

14 57 680 255 42 2,34 1083 98,28 143,6842 1562,2451 9,19729017

(75)

Effisiensi Percobaan 2 Q = 14,9 L/s

Banyak

Lampu h

Putaran

V I Head Plistrik Pt Pa Eff Pt vsPa

Dinamo Turbin

0 39 1460 544 191 0 1065 0 0 1454,336 0

1 39 1368 506 167 0,33 1065 55,11 80,57 1454,336 5,5399959

2 39 1246 470 150 0,65 1065 97,5 142,54 1454,336 9,8012992

3 39 1129 427 134 0,93 1065 124,62 182,19 1454,336 12,527568

4 39 1031 386 116,7 1,17 1065 136,539 199,62 1454,336 13,725739

5 39 934 348 102 1,31 1065 133,62 195,35 1454,336 13,432304

6 39 855 320 84 1,44 1065 120,96 176,84 1454,336 12,159643

7 39 804 304 76 1,54 1065 117,04 171,11 1454,336 11,76558

8 39 774 284 66,8 1,66 1065 110,888 162,12 1454,336 11,147143

9 39 736 275 59,2 1,78 1065 105,376 154,06 1454,336 10,593043

10 39 722 268 54,6 1,9 1065 103,74 151,67 1454,336 10,428582

11 39 705 262 49,8 2,02 1065 100,596 147,07 1454,336 10,112528

12 39 687 255,4 45,8 2,08 1065 95,264 139,27 1454,336 9,5765227

13 39 671 250,6 42 2,14 1065 89,88 131,4 1454,336 9,0352899

14 39 653 245 38,4 2,19 1065 84,096 122,95 1454,336 8,4538467

(1)

DAFTAR PUSTAKA

1) Dietzel Fritz, Turbin Pompa dan Kompresor , Cetakan Ke-Lima, Penerbit Erlangga,

Jakarta, 1996.

2) Steeter LV dan Wylie B, Mekanika Fluida , edisi ke-8, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1993.

3) Sularso.K.Suga, Elemen Mesin , PT Pradya Parahita, Jakarta, 1983.

4) Frank White, Fluid Mechanic ,MacGraw-Hill Inc. USA

5) Munson, Bruce. R, Young, Donald, F. Okiishi, Theodore, H, Fundamentals of Fluid

Mechanics , eifth edition, USA, 2006

6) Warnick, C.C, Hydropower Engineering , Prentice Hall, Inc, New York, 1984.

7) M. Edy Sunarto, Alex Arter, Ueli Meler, Pedoman Rekayasa Tenaga Air , Jakarta, 1991.

8) Ir. Sularso, Pompa Dan Kompressor , Cetakan ketiga, PT. Pradya Paramita, Jakarta,

1987.

9)

http://www.google.co.id/url?sa=t&source=web&ct=res&cd=1&ved=0CAYQFjAA&url=

http%3A%2F%2Fagungchynta.files.wordpress.com%2F2007%2F03%2Fpemanfaatan-

tenaga-air.doc&rct=j&q=pemanfaatan+tenaga+air&ei=gMapS6WNG8qxrAe07Mj7AQ&usg=A

FQjCNF5DnQnzg5PwxfbKdcqRLIQkWPvMA

10)

www.microhydropower.net

(2)

LAMPIRAN

(3)

Effisiensi Percobaan 1 Q = 15,86 L/s

Banyak Lampu h

Putaran

V I Head Plistrik Pt Pa Eff Pt vs Pa Dinamo Turbin

0 57 1506 565 208 0 1083 0 0 1562,2451 0 1 57 1395 523 185 0,35 1083 64,75 94,66374 1562,2451 6,05946824 2 57 1298 480 163 0,69 1083 112,5 164,4298 1562,2451 10,5252261 3 57 1206 441 144 0,98 1083 141,1 206,3158 1562,2451 13,2063654 4 57 1076 411 128 1,26 1083 161,3 235,7895 1562,2451 15,092989 5 57 1005 373 113 1,48 1083 167,2 244,5029 1562,2451 15,6507408 6 57 930,3 341,4 99,5 1,63 1083 162,2 237,1126 1562,2451 15,1776812 7 57 875 326 87,8 1,76 1083 154,5 225,9181 1562,2451 14,4611198 8 57 825,1 305 78,4 1,84 1083 144,3 210,9006 1562,2451 13,4998402 9 57 789 295 69,5 1,96 1083 136,2 199,152 1562,2451 12,747811 10 57 752 280 61,7 2,02 1083 124,6 182,2135 1562,2451 11,6635639 11 57 726 272 55,4 2,12 1083 117,4 171,7076 1562,2451 10,9910799 12 57 708 267 51 2,22 1083 113,2 165,5263 1562,2451 10,595413 13 57 692 260 47 2,28 1083 107,2 156,6667 1562,2451 10,028303 14 57 680 255 42 2,34 1083 98,28 143,6842 1562,2451 9,19729017 15 57 659 246 36,6 2,42 1083 88,57 129,4912 1562,2451 8,28879106

(4)

Q = 14,9 L/s Banyak

Lampu h

Putaran

V I Head Plistrik Pt Pa Eff Pt vsPa Dinamo Turbin

0 39 1460 544 191 0 1065 0 0 1454,336 0 1 39 1368 506 167 0,33 1065 55,11 80,57 1454,336 5,5399959 2 39 1246 470 150 0,65 1065 97,5 142,54 1454,336 9,8012992 3 39 1129 427 134 0,93 1065 124,62 182,19 1454,336 12,527568 4 39 1031 386 116,7 1,17 1065 136,539 199,62 1454,336 13,725739 5 39 934 348 102 1,31 1065 133,62 195,35 1454,336 13,432304 6 39 855 320 84 1,44 1065 120,96 176,84 1454,336 12,159643 7 39 804 304 76 1,54 1065 117,04 171,11 1454,336 11,76558 8 39 774 284 66,8 1,66 1065 110,888 162,12 1454,336 11,147143 9 39 736 275 59,2 1,78 1065 105,376 154,06 1454,336 10,593043 10 39 722 268 54,6 1,9 1065 103,74 151,67 1454,336 10,428582 11 39 705 262 49,8 2,02 1065 100,596 147,07 1454,336 10,112528 12 39 687 255,4 45,8 2,08 1065 95,264 139,27 1454,336 9,5765227 13 39 671 250,6 42 2,14 1065 89,88 131,4 1454,336 9,0352899 14 39 653 245 38,4 2,19 1065 84,096 122,95 1454,336 8,4538467 15 39 640 240 35 2,25 1065 78,75 115,13 1454,336 7,9164339

(5)

Effisiensi Percobaan 3 Q = 14,2

L/s Banyak

Lampu h

Putaran

V I Head Plistrik Pt Pa Eff Pt vs Pa Dinamo Turbin

0 25 1391 515 167 0 1051 0 0 1374,984 0 1 25 1274 477,4 142 0,31 1051 44,02 64,357 1374,984 4,680543522 2 25 1189 444 133 0,62 1051 82,46 120,56 1374,984 8,767778711 3 25 1081 402,2 120 0,88 1051 105,6 154,39 1374,984 11,22820073 4 25 985,5 363,8 106 1,1 1051 116,6 170,47 1374,984 12,39780497 5 25 859,7 322 89 1,21 1051 107,7 157,44 1374,984 11,45042553 6 25 813 303,6 76 1,34 1051 101,8 148,89 1374,984 10,82840873 7 25 761,1 290,7 67,6 1,48 1051 100 146,27 1374,984 10,63786957 8 25 749,4 276,7 63 1,63 1051 102,7 150,13 1374,984 10,91878724 9 25 710,3 267 56 1,76 1051 98,56 144,09 1374,984 10,47965401 10 25 698,8 260 53,9 1,85 1051 99,72 145,78 1374,984 10,60246246 11 25 686,6 255 48,6 1,93 1051 93,8 137,13 1374,984 9,973321702 12 25 671,3 249,5 44 2,06 1051 90,64 132,51 1374,984 9,637538956 13 25 647,5 246 40,8 2,11 1051 86,09 125,86 1374,984 9,153535455 14 25 642,2 240,9 36 2,2 1051 79,2 115,79 1374,984 8,421150544 15 25 620,6 227 32 2,26 1051 72,32 105,73 1374,984 7,689616255

(6)

Q = 13,5 L/s Banyak

Lampu h

Putaran

V I Head Plistrik Pt Pa Eff Pt vs Pa Dinamo Turbin

0 20 1201 442,6 94,3 0 1046 0 0 1308,3158 0 1 20 1083 412,7 88 0,21 1046 18,48 27,018 1308,3158 2,06506283 2 20 1001 373,9 83 0,45 1046 37,35 54,605 1308,3158 4,17370653 3 20 907,8 351,5 78,6 0,65 1046 51,09 74,693 1308,3158 5,70909415 4 20 843,6 312 71,6 0,85 1046 60,86 88,977 1308,3158 6,80085085 5 20 761 291,7 63 1 1046 63 92,105 1308,3158 7,03998691 6 20 723,5 275,8 55,7 1,12 1046 62,384 91,205 1308,3158 6,97115148 7 20 708 259,7 50,6 1,2 1046 60,72 88,772 1308,3158 6,78520643 8 20 678 247 46,6 1,33 1046 61,978 90,611 1308,3158 6,92578268 9 20 643,4 238,7 40,5 1,42 1046 57,51 84,079 1308,3158 6,42650234 10 20 611 235,6 36,8 1,48 1046 54,464 79,626 1308,3158 6,08612456 11 20 605,6 223,3 33,5 1,53 1046 51,255 74,934 1308,3158 5,72753221 12 20 573 221,7 30 1,58 1046 47,4 69,298 1308,3158 5,29675206 13 20 569 215,4 26,6 1,63 1046 43,358 63,389 1308,3158 4,84507544 14 20 559 212 23 1,68 1046 38,64 56,491 1308,3158 4,31785864 15 20 549 208,1 20,8 1,74 1046 36,192 52,912 1308,3158 4,04430486