Rancang Bangun Turbin Vortex dengan Casing berpenampang Spiral dan Lingkaran dengan Sudu berdiameter 32cm dan tinggi 90cm dengan 2 variasi Lubang Outlet dan 3 variasi jarak antara Sudu ke Outlet

(1)

RANCANG BANGUN TURBIN VORTEX DENGAN CASING

BERPENAMPANG LINGKARAN YANG MENGGUNAKAN

SUDU BERDIAMETER 32CM PADA 3 VARIASI JARAK

ANTARA

SUDU DAN SALURAN KELUAR

SKRIPSI

Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ENDI PRAMANA TARIGAN 100421021

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

KATA PENGANTAR

Puji Syukur Penulis Panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Rancang Bangun Turbin Vortex dengan Casing berpenampang Spiral dan Lingkaran dengan Sudu berdiameter 32cm dan tinggi 90cm dengan 2 variasi Lubang Outlet dan 3 variasi jarak antara Sudu ke Outlet”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1) Ekstensi pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan Skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, Doa dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirit dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu terimakasih, degan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga :

1. Bapak Ir. M . Syahril Gultom, MT Selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik

Mesin Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. M . Syahril Gultom,. MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

5. Kedua orang tua penulis, R. Tarigan, SE dan N.br Ginting,SST yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, doa, moril serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.

6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.

7. Seluruh Saudara penulis, Yuni Helvianika br Tarigan dan Vera Lolita br Tarigan yang selalu saling membantu demi mencapai cita-cita.

8. Rekan-rekan satu tim kerja, Bayu, Boy, Gibran, Stefanus, dan Musa yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan kritik.

(10)

9. Seluruh rekan mahasiswa Ekstensi angkatan 2010 yang telah bersama-sama melewati masa-masa selama kuliah di teknik Mesin Universitas Sumatra Utara.

10. Kepada Abangda Lilik yang selama ini telah memberikan nasehat dan masukan yang membuat penulis semakin bersemangat didalam menyelesaikan Skripsi ini.

12. Kepada Keluarga Besar Bengkel Las Putra Banjar yang telah bekerja sama dalam menyelesaikan .

Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih belum sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima Kasih .

Medan, 29 Maret 2014

(11)

ABSTRAK

Energi pada saat sekarang ini semakin berkurang akibat penggunaan energy fosil secara berlebihan di semua bidang, Ilmuwan di seluruh dunia menyadari hal ini dan mencoba berbagai energi alternatif. Salah satu sumber energi saat ini yang banyak dilakukan penelitian adalah arus air. Indonesia adalah Negara agraris yang menghasilkan air secara terus menerus, sehingga turbin air lebih diutamakan dari turbin angin karena angin di Indonesia relatif stabil. Microhydro ataupun picohydro yang dibuat biasanya memanfaatkan air terjun dengan head jatuh yang besar, sedangkan untuk aliran sungai dengan head jatuh yang kecil dimanfaatkan dengan optimal. Hal ini menjadi referensi untuk memanfaatan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran vortex. Tujuan dari rancang bangun ini adalah untuk mendapatkan rancangan casing turbin vortex, rancangan poros, rancangan sudu dan bantalan serta bahan- yang sesuai.

Turbin Vortex ini dirancang dengan debit air 0.0052 dan kecepatan air 1.44 m/s. Menggunakan casing berpenampang lingkaran berbahan Akrilik, dengan sudu berbahan seng. Hasil dari rancang bangun ini diharapkan akan bermanfaat untuk pengguna turbin vortex, sehingga didapat turbin vortex yang aman pada saat digunakan.

(12)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR... ... i

ABSTRAK... ... iii

DAFTAR ISI... ... iv

DAFTAR GAMBAR... ... viii

DAFTAR TABEL... ... x

BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang... ... 1

1.2Tujuan Penelitian…... ... 2

1.3Manfaat Penelitian... ... 2

1.4Batasan Masalah... ... 3

1.5Metodologi Penelitian... .... 3

1.6Sistem Penulisan ... ... 3

1.7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1Potensi Energi Air... .... 5

2.2Mesin-Mesin Fluida... .... 6

2.3Pengertian Turbin Air... .... 6

2.4Komponen – Komponen Turbin... .... 8

2.5Jenis-Jenis Turbin Air... .... 9

2.5.1 Turbin Impuls... ... 10

2.5.2 Turbin Reaksi... ... 13

2.6Klasifikasi Turbin... 16

2.6.1Klasifikasi Berdasarkan Ketinggian Jatuh Air... ... 16

2.6.2 Klasifikasi Berdasarkan Kecepatan Spesifik Turbin... ... 17

(13)

2.7Turbin Vortex (Pusaran Air)... ... 19

2.7.1 Cara Kerja Turbin Vortex... ... 20

2.7.2 Komponen Utama Turbin Vortex... ... 21

2.7.3 Keunggulan Turbin Vortex... ... 21

2.7.4 Pengaruh Turbin Vortex Pada Lingkungan... 21

2.7.5 Pengembangan Turbin Vortex di Air Sungai... ... 23

2.8 Aliran Vortex... ... 25

2.8.1 Aliran Vortex Bebas... ... 25

2.8.2 Aliran Vortex Paksa... ... 26

2.8.3 Aliran Vortex Kombinasi... ... 26

2.9 Penampang Air... ... 27

2.10 Lubang Masuk( Inlet area)... ... 28

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Umum... ... 29

3.2 Rancang Bangun Instalasi... ... 31

3.2.1 Rumah Turbin (Casing) ... 30

3.2.2 Poros Turbin ... 30

3.2.3 Sudu Turbin ... 30

3.2.4 Bantalan (Bearing) ... 32

3.2.5 Dudukan Bearing ... 32

(14)

3.2.7 Talang ... 33

3.3 Peralatan pengujian... ... 33

3.3.1 Hand Tachometer…………... ... 33

3.3.2 Timbangan Pegas………... ... 34

3.3.3 Pulley………... ... 34

3.3.4 Pompa Pengumpan……….. ... 35

3.4 Pelaksanaan Pengujian... ... 36

3.5 Penentuan Debit Aliran Air... ... 38

3.6 Analisa Segitiga Kecepatan ... 40

3.6.1 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk ... 42

3.6.2 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar ... 43

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Perhitungan Efisiensi Vortex Lingkaran Saluran Keluar 6cm (Ketinggian Sudu dan Saluran Keluar 2,4,6cm) ... 45

4.1.1 Efisiensi Turbin Lingkaran jarak Sudu dan Saluran Keluar Ketinggian 2cm ... 46

4.1.2 Efisiensi Turbin Lingkaran jarak Sudu dan Saluran Keluar Ketinggian 4cm ... 49

4.1.3 Efisiensi Turbin Lingkaran jarak Sudu dan Saluran Keluar Ketinggian 6cm ... 52

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan……… ... 55

(15)

5.2 Saran………... ... 55

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(16)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Sudu Turbin Pelton 11

Gambar 2.2 Turbin Pelton 11

Gambar 2.3 Turbin Crossflow 13

Gambar 2.4 Turbin Kaplan 14

Gambar 2.5 Turbin Francis 15

Gambar 2.6 Turbin Vortex 16

Gambar 2.7 Rumah Turbin Vortex 21

Gambar 2.8 Gravitasi Air Pembangkit Listrik Pusaran

Sebagai Bio Reaktor 23

Gambar 2.9 Gravitasi Water Vortex Power Plants 24

Gambar 2.10 Tipe – Tipe Vortex 27

Gambar 2.11 Beberapa Tipe Lubang Masuk 28

Gambar 3.1 Casing Lingkaran 30

Gambar 3.2 Sudu Turbin Vortex 32

Gambar 3.3 Bantalan (Bearing) 32

Gambar 3.4 Dudukan Turbin 32

Gambar 3.5 Instalasi Turbin Vortex Tampak Depan 33

(17)

Gambar 3.7 Timbangan Pegas 34

Gambar 3.8 Pulley 35

Gambar 3.9 Pompa Pengumpan 35

Gambar 3.10 Segitiga Kecepatan pada Konstruksi Jalan 40

Gambar 3.11 Segitiga Keceppatan pada Sisi Masuk dan Keluar 44

Gambar 4.1Grafik Torsi vs Efisiensi Ketinggian 2cm 47

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Kecepatan Sudut Ketinggian 2cm 48

Gambar 4.3 Grafik Kecepatan Sudut vs Daya Turbin Ketinggian 2cm 48

Gambar 4.4 Grafik Torsi vs Efisiensi Ketinggian 4cm 50

Gambar 4.5 Grafik Torsi vs Kecepatan Sudut Ketinggian 4cm 51

Gambar 4.6 Grafik Kecepatan Sudut vs Daya Turbin Ketinggian 4cm 51

Gambar 4.7 Grafik Torsi vs Efisiensi Ketinggian 6cm 53

Gambar 4.8 Grafik Torsi vs Kecepatan Sudut Ketinggian 6cm 54

(18)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin Air Berdasarkan Tinggi Jatuh Air 17

Tabel 2.2 Klasifikasi Berdasarkan Putaran Spesifik 18

Tabel 2.3 Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran Fluida 19

Tabel 3.1 Percobaan Aliran Debit Air Berdasarkan Tekanan Pompa Air 39

Tabel 4.1 Nilai Laju Aliran Massa Saluran Keluar 6 cm

Ketinggian 2,4,6cm 45

Tabel 4.2 Hasil Percobaan jarak sudu dan lubang buang Ketinggian 2cm 46

Tabel 4.3 Hasil Percobaan jarak sudu dan lubang buang Ketinggian 4cm 49

(19)

ABSTRAK

(20)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1.

Latar Belakang

Energi pada saat sekarang ini semakin berkurang akibat penggunaan energi fosil secara berlebihan di semua bidang, ilmuwan diselurah dunia menyadari hal ini dan mencoba berbagai energi alternatif. Salah satu sumber energy saat ini yang banyak dilakukan penelitian adalah arus air. Penggunaan berbagai macam turbin semakin maju. Indonesia adalah negara agraris yang menghasilkan air secara terus menerus, sehingga turbin air lebih diutamakan dari turbin angin karena angin di indonesia relatif stabil. Alih fungsi turbin angin menjadi turbin air perlu dilakukan studi lebih lanjut. Massa jenis air yang hampir 1000 kali lipat massa jenis udara menyebabkan gaya dan torsi yang mempengaruhi turbin semakin besar.

Pembangkit listrik tenaga air saat ini menjadi salah satu pilihan dalam memanfaatkan sumber energi terbaru, namun pemanfaatan yang ada masih menggunakan teknologi yang sederhana. Pembangkit Listrik jenis ini dalam proses pembuatannya sangat ekonomis, tapi masih dalam skala kecil. Artinya pembangkit-pembangkit ini hanya mampu mencukupi pemakaian energi listrik untuk sejumlah rumah saja. Jenis Pembangkit Listrik Tenaga Air ini sering disebut Microhydro atau sering juga disebut Picohydro tergantung keluaran daya listrik yang dihasilkan.

Microhydro ataupun Picohydro yang dibuat biasanya memanfaatkan air terjun dengan head jatuh yang besar. Sedangkan untuk aliran sungai dengan head jatuh yang kecil belum termanfaatkan dengan optimal. Hal ini menjadi referensi untuk memanfaatkan aliran sungai dengan mengubahnya menjadi aliran vortex.

Seorang Peneliti dari Jerman Viktor Schauberger mengembangkan teknologi aliran vortex (pusaran) untuk diterapkan pada pemodelan turbin air. Aliran vortex yang juga dikenal sebagai aliran pulsating atau pusaran dapat terjadi

(21)

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

Penelitian tentang “turbin vortex” belum sempurna, bukan dikarenakan Indonesia kekurangan penemu tetapi pengaplikasiannya belum banyak sehingga dapat dijadikan tolak ukur. Oleh karena itu perlu dibuat penganalisaan disamping pembuatan turbin vortex itu sendiri, agar nantinya effisiensi dari turbin air didapat maksimal.

I.2. Tujuan Penelitian

Tujuan dari pelaksanaan dan penulisan laporan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh luas saluran buang dan jarak sudu dari dasar casing terhadap:

1. Torsi dan putaran poros maksimum yang dihasilkan turbin.

2. Daya optimal turbin yang dihasilkan.

3. Efisiensi turbin.

I.3. Manfaat Penelitian

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

(22)

I.4.

Batasan Masalah

Dalam penulisan laporan tugas akhir ini ada beberapa batasan masalah yang diberikan agar penelitian ini lebih terarah, yaitu:

1. Pengamatan kinerja turbin dianalisa terhadap aliran vortex,pada casing rumah sudu Spiral dan Lingkaran

2. Tipe sudu yang digunakan adalah lengkung.

3. Diameter Casing Turbin 90 cm dan Tinggi Casing Turbin 100 cm

4. Jumlah sudu yang digunakan adalah 8

5. Tinggi sudu turbin adalah 90 cm.

I.5. Metodologi Penelitian

Adapun metode pengumpulan data dalam skripsi ini adalah sebagai berikut:

1) Pengujian

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

2) Studi Pustaka

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

b) Melakukan diskusi dengan dosen pembimbing dan sesama mahasiswa.

I.6.

Sistematika Penulisan

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

(23)

BAB I : PENDAHULUAN

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

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

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

BAB III : METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN

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

BAB IV : PENGOLAHAN DATA DAN ANALISA DATA

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

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

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

(24)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Potensi Energi Air

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 listri. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun ataupun aliran air disungai. Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik.

Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air. Banyaknya sungai dan danau air tawar yang ada di Indonesia merupakan modal awal untuk pengembangan energi air ini. Namun eksploitasi terhadap sumber energi yang satu ini juga harus memperhatikan ekosistem lingkungan yang sudah ada. Pemanfaatan energi air pada dasarnya adalah pemanfaatan energi potensial gravitasi. Energi mekanik aliran air yang merupakan transformasi dari energi potensial gravitasi dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin atau kincir. Umumnya turbin digunakan untuk membangkitkan energi listrik sedangkan kincir untuk pemanfaatan energi mekanik secara langsung. Untuk aliran yang melewati turbin, maka besar daya yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan :

P = ρ.g.Q.Heff.ŋt dimana : P = daya air (watt) ρ = massa jenis air (kg/m

) Q = debit aliran (m3/det2) g = gravitasi bumi (m/det2) Heff = head efektif (m)

(25)

2.2 Mesin – Mesin Fliuda

Mesin-mesin fluida adalah mesin-mesin yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis menjadi energi fluida ( energi potensial dan energi mekanis ) atau sebaliknya yaitu merubah energi fluida menjadi energi mekanis sesuai dengan pengertian diatas, maka klasifikasi mesin-mesin fluida secara umum adalah :

1. Mesin-mesin tenaga

Mesin-mesin tenaga merupakan mesin fluida yang dapat merubah energi fluida menjadi energi mekanis. Yang termasuk dalam kelompok ini adalah turbin air dan kincir air

2. Mesin-mesin kerja

Mesin-mesin kerja merupakan mesin fluida yang dapat merubah energi mekanis menjadi energi fluida. Yang termasuk dalam kelompok ini adalah pompa, blower, kolpresor, dan fan.

Sesuai dengan spesifikasi tugas yang diberikan maka dalam tulisan ini akan dibahas mengenai turbin air secara khusus.

2.3 Pengertian Tubin Air

Turbin air yaitu suatu mesin yang dipergunakan untuk mengamil tenaga air untuk diubah menjadi tenaga listrik, jadi berfungsi untuk mengubah tenaga air menjadi tenaga mekanis, sedangkan tenaga mekanis ini diubah menjadi tenaga listrik oleh generator.

Turbin adalah mesin penggerak dimana energi fluida kerja dipergunakan langsung untuk memutar sudu turbin. Bagian turbin yng bergerak dinamakan rotor atau sudu turbin, sedangkan bagian yang tidak berputar dinamakan stator atau rumah turbin. Secara umum, turbin adalah alat mekanika yang terdiri dari poros dan sudu-sudu. Sudu tetap ataupun stationary blade, tidak ikut berputar bersama poros, dan berfungsi mengarahkan aliran fluida. Sedangkan sudu putar atau rotary blade, mengubah arah dan kecepatan aliran fluida sehingga timbul gaya

(26)

yang memutar poros. Air biasnya dianggap sebagai fluida yang tak kompresibel, yaitu fluida yang secara virtual massa jenisnya tidak berubah dengan tekanan.

Ada beberapa kesamaan teori dari turbin air dan pompa air, dengan perbedaan utama energi transfer yang berkebalikan. Turbin air mengubah energi potensial dari air menjadi energi mekanis putaran poros. Sedangkan pompa air mengubah energi mekanis putaran poros menjadi gerak aliran air.

Turbin konvensional, dalam kelompok mesin penggerak mula atau prime movers ada tiga macam yaitu :

1. Turbin air dengan media kerja air.

2. Turbin gas dengan media kerja gas panas yang bertekanan. 3. Turbin uap dengan media kerja uap.

Ketiga macam turbin tersebut mempunyai kemiripan dalam konstruksi, namun beda dalam termodinamikanya, karena fluida kerjanya yang tidak sama.

Teori turbin air bertujuan terutama untuk mendapatkan kerja optimum dalam pemanfaatan energi air pada suatu kondisi oprasi tertentu. Dasar kerja turbin air sangat sederhana ini sudah ditemukan sebelum dimulainya tahun masehi. Teknologi turbin air merupakan perkembangan dari kincir air (water wheel). Perbedaan utama antara kinci air dan turbin air adalah bahwa kincir air hanya mengubah kecepatan aliran, sedangkan turbin air mengubah arah dan kecepatan aliran.

Pada saat sekarang, penggunaan turbin air lebih banyak digunakan dibandingkan kincir air. Hal ini disebabkan karena turbin air mempunyai keuntungan-keuntungan antara lain :

1. Ruang yang diperlukan lebih kecil.

2. Dapat beroperasi dengan kecepatan yang lebih tinggi.

3. Mampu membangkitkan daya yang lebih besar dengan ukuran yang relatif kecil.

4. Daerah putaran (rpm) yang lebih luas, sehinga memungkinkan hubungan langsung dengan generator.

(27)

5. Mampu memanfaatkan beda ketinggian permukaan air dari yang sangat rendah sampai yang ekstrim tinggi.

6. Dapat bekerja terendam didalam air.

7. Mempunyai efisiensi yang relatif lebih baik.

8. Dapat dikontruksikan dengan poros mendatar maupun tegak.

2.4 Komponen-komponen Turbin

1. Stator

Stator turbin terdiri dari dua bagian, yaitu casing dan sudu diam (fixed blade). Namun untuk tempat kedudukan sudu-sudu diam yang pendek dipasang diapragma.

a. Casing

Casing atau shell adalah suatu wadah berbentuk menyerupai sebuah tabung dimana rotor ditempatkan. Pada ujung casing terdapat ruang besar mengelilingi poros turbin disebut exhaust hood, dan diluarcasing dipasang bantalan yang berfungsi untuk menyangga rotor.

b. Sudu Tetap

Sudu merupakan bagian dari turbin dimana konversi energi terjadi. Sudu terdiri dari bagian akar sudu, badan sudu dan ujung sudu. Sudu kemudian dirangkai sehingga membentuk satu lingkaran penuh.

Sudu-sudu tetap dipasang melingkar pada dudukan berbentuk piringan yang disebut diapragma. Pemasangan sudu-sudu tetap ini pada diapragma menggunakan akar berbentuk T sehingga memberi posisi yang kokoh pada sudu.

Diapragma terdiri dari dua bagian (atas dan bawah) dan dipasang pada alur-alur yang ada didalam casing. Setiap baris dari rangkaian sudu-sudu tetap ini membentuk suatu lingkaran penuh dan ditempatkan langsung didepan setiap baris dari sudu-sudu gerak

(28)

2. Rotor

Rotor adalah bagian yang berutar terdiri dari poros dan sudu-sudu gerak yang terpasang mengelilingi rotor. Jumlah baris sudu gerak pada rotor sama dengan jumlah baris sudu diam pada casing. Pasangan antara sudu diam dan sudu gerak disebut tingkat (stage).

a. Poros

Poros dapat berupa silinder panjang yang solid (pejal) atau berongga (hollow). Pada umumnya poros turbin sekarang terdiri dari silinder panjang yang solid. Sepanjang poros dibuat alur-alur melingkar yang biasa disebut akar (root) untuk tempat dudukan, sudu-sudu gerak (moving blade).

b. Sudu Gerak

Sudu gerak adakah sudu-sudu yang dipasang di sekeliling rotor membentuk suatu piringan. Dalam suatu rotor turbin terdiri dari beberapa baris piringan dengan diameter yang berbeda-beda, banyaknya baris sudu gerak biasanya disebut banyaknya tingkat.

c. Bantalan

Bantalan berfungsi sebagai penyangga rotor sehingga membuat rotor dapat stabil/lurus pada posisinya didalam casing dan rotor dapat berputar dengan aman dan bebas. Adanya bantalan yang menyangga turbin selain bermanfaat untuk menjaga rotor turbin tetap pada posisinya juga menimbulkan kerugian mekanik karena gesekan. Sebagai bagian yang berputar, rotor memiliki kecenderungan untuk bergerak baik dalam arah radial maupun dalam arah aksial. Karena itu rotor harus ditumpu secara baik agar tidak terjadi pergeseran radial maupun aksial yang berlebihan. Komponen yang dipakai untuk keperluan ini disebut bantalan (bearing).

2.5 Jenis – Jenis Turbin

Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin

(29)

Impuls dan turbin Reaksi. Turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.

Sebelum berkembang menjadi turbin Pelton dan turbin Crossflow (jenis impuls), dan turbin Francis dan turbin Kaplan (jenis reaksi) seperti yang banyak ditemukan saat sekarang, beberapa jenis turbin dengan kontruksi yang relative sederhana telah mengawalinya. Di samping itu juga telah dilakukan upaya penyempurnaan dengan memodifikasi rancangan dari turbin-turbin yang sudah mapan seperti turbin Pelton, turbin Crossflow, turbin Francis, dan turbin Kaplan. Beberapa jenis turbin air dapat disebut seperti turbin Banki, turbin Fourneyron, turbin Girard, turbin Turgo, turbin Jonval, turbin Thomson, turbin Deriaz, turbin Heber, turbin Schwan-Krug. Turbin-turbin tersebut dinamakan sesuai dengan nama penemunya. Walaupun dari segi kepentingan tidak begitu besar artinya, namun dari kepentingan akademik, beberapa jenis turbin air ini perlu juga dikenal.

2.5.1 Turbin Impuls

Pada turbin impuls energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nosel. Air keluar nosel yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu tubir. Setelah membentur sudu turbin arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impuls). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekananya adalah sama dengan tekanan atmosfil sekitarnya. Beberapa contoh dari turbin impuls tubin pelton dan turbin crossflow.

1. Turbin Pelton.

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.

(30)

Gambar 2.1 Sudu Tubin Pelton

Sumber :

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

Gambar 2.2 Turbin Pelton

(31)

2. Turbin Crossflow (Turbin Michell-Banki).

Pada turbin impuls pelton beroperasi pada head relatif tinggi, sehingga pada head yang 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 20 litres/sec hingga 10 m3/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.

(32)

Gambar 2.3 Turbin Crossflow

Sumber

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.

Ciri utama tubin impuls adalah tekanan jatuh hanya terjadi pada sudu tetap, dan tidak terjadi pada sudu berputar. Turbin impuls disebut turbin tak bertekanan karena sudu gerak beroperasi pada tekanan atmosfer. Banyak turbin air jenis impuls yang pernah dibuat, namun yang masih banyak ditemukan pada saat sekarang adalah turbin pelton dengan bentuk bucket yang terbelah ditengah. Posisi poros dapat dibuat tegak (vertika) atau mendatar (horizontal).

2.5.2 Turbin Reaksi

Pada turbin reaksi, energi yang tersedia pada saluran masuk hanya sebagaian saja yang dirubah menjadi energi kinetik sedangkan sisanya tetap dalam bentuk energi tekan. Ketika air mengalir melalui rod gerak/runner terjadi perubahan energi tekan menjadi energi kinetik secara berangsur-angsur. Tekanan

(33)

pada sisi masuk roda gerak lebih tinggi dibandingkan tekanan pada sisi keluar roda gerak turbin, dimana tekanan tersebut bervariasi terhadap laju aliran fluida yang melalui turbin. Selanjutnya agar perubahan tekanan ini dapat terjadi, maka roda/runner dalam hal ini harus tertutup dari udara luar dan seluruhnya terisi air selama turbin beroperasi. Beberapa contoh dari turbin reaksi adalah turbin fancis, turbin kapla, dan turbin vortex

1. 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 listrik 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.

Gambar 2.4 Turbin Kaplan dengan sudu jalan yang dapat diatur.

(34)

2. 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

Gambar 2.5 Turbin Francis

Sumber.

3. Turbin Vortex (Pusaran Air)

Turbin vortex merupakan turbin yang memanfaatkan pusaran air sebagai media perantara energi terhadap sumbu vertikal sehingga terjadi perbedaan tekanan antara bagian sumbu dan sekelilingnya. Turbin air ini dioperasikan pada daerah yang memiliki head yang rendah dan memanfaatkan pusaran gravitasi air sehingga akan menimbulkan perbedaan tekanan air dengan bagian sumbu. Hal ini ditemukan oleh insinyur Austria Franz Zotloterer ketikan mencoba untuk menemukan cara untuk menganginkan air tanpa sumber daya eksternal.

(35)

Gambar 2.6 Turbin Vortex

Sumber :

Ciri utama turbin reaksi pada semua jenis turbin , baik turbin uap, turbin gas dan turbin air, adalah sebagian dari tekanan jatuh terjadi pada sudu tetap dan sebagian lagi pada sudu berputar. Persamaan kontinuitas dapat digunakan pada perhitungan aliran melalui sudu berputar, karena seluruh fluida kerja memenuhi seluruh saluran sudu. Karena fluda masuk sudu berputar melalui seluruh tepi seksi masuk, maka untuk daya dan putran yang sama, diameter nominalnya relatif lebih kecil dibandingkan turbin impuls.

KonzKl.EmmeRossei_110131[1].doc / WWK Energie GmbH

2.6 Klasifikasi Turbin

Pemilihan turbin kebanyakan didasarkan pada head air yang yang didapatkan dan pada rata-rata alirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakan untuk tempat dengan head rendah.

2.6.1 Klasifikasi Berdasarkan Ketinggian Jatuh Air

Pemakaian jenis turbin dibedakan atas ketinggian air jatuh, dimana untuk ketinggian air jatuh tertentu maka berbeda pula jenis turbin yang digunakan. Pada tabel berikut dapat dilihat jenis turbin yang digunakan menurut tinggi air jatuh.

(36)

Tabel 2.1 Klasifikasi Turbin air berdasarkan tinggi jatuh air

Ketinggian Air Jatuh (m) Jenis Turbin

Tinggi tekan sangat rendah (<2m)

Turbin Vortex

Tinggi tekan rendah (<15) Turbin

Baling-baling/Kaplan Tinggi tekan menengah

(16-70)

Turbin Kaplan/Francis

Tinggi tekan tinggi (71-500)

Turbin Francis/Pelton

Tinggi tekan sangat tinggi (>500)

Turbin Pelton

Sumber : M. M. Dhandekar, K. N Sharma, “Pembangkit Listrik Tenaga Air” hal. 394

2.6.2 Klasifikasi Berdasarkan 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 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.

(37)

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 :

ns =

n√Pt

H5/4

Dimana :

n = Putaran turbin (rpm)

ns = Putaran spesifik (rpm)

H = Tinggi effektif (m)

Pt = Daya turbin

Tabel 2.2 Klasifikasi berdasarkan putaran spesifik

PENGGERAK

KECEPATAN SPESIFIK (RPM)

Lambat Sedang Cepat

Pelton 4 – 5 16 – 30 31 – 70

Francis 60 –

150

151 - 250

251 – 400

Kaplan 300 –

450

451 – 700

701 – 1100

(38)

2.6.3 Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran Fluida

Pada tabel berikut dapat dilihat pemakaian jenis turbin berdasarkan arah alirannya.

Tabel 2.3 Jenis-jenis turbin berdasarkan arah alirannya

Jenis Turbin Arah Aliran

Francis Radikal atau gabungan

Pelton Tangensial

Kaplan Aksial

Vortex Vertikal

2.7 Turbin Vortex ( Pusaran Air)

Turbin vortex adalah turbin yang mengubah energi kinetik dari vortex (pusaran) menjadi torsi. Vortex atau pusaran sendiri didefenisikan sebagai aliran fluida yang bergerak disepanjang lintasan melengkung atau aliran massa fluida yang bergerak melingkar.

Tanaman pusaran air gravitasi yang dibangun langsung diatas sungai. Tingkat tinggi air minimal 0.7 m dan maksimum 2 m. Turbin pusaran air gravitasi “teknologi bersih” spesifikasi karena fakta bahwa 97 % dari produksi listrik bebad CO2. Turbin air jenis vortex ini baik bagi lingkungan karena tidak menimbulkan ancaman bagi kehidupan air seperti ikan dan udang, karena merekan dapat melewati hilir rotor dan hulu. Efesiensi pembersihan peningkatan

(39)

mikro-organisme alami berkat kadar oksigen yang lebih tinggi dihasilkan dari aerasi rutin air

Pada tahun 2003, gravitasi air pembangkit listrik pusaran oleh Austria Insinyur DI Franz Zotlöterer dikembangkan. Paten pertama dikeluarkan pada tahun 2004 pendirian perusahaan Zotlöterer untuk perencanaan dan konstruksi pembangkit listrik pusaran air gravitasi. 2005, sebuah pabrik percontohan pertama 7.5 kW tenaga listrik dan Pembangkit listrik tahunan sekitar 43.000 kWh di Obergrafendorf di Lower Austria didirikan. Pada tahun 2009 pilot plant dengan gravitasi untuk pembangkit listrik pusaran air dioptimalkan Turbin Zotlöterer turbin, dan Generator kuat dilengkapi dimana tenaga listrik untuk bisa meningkat menjadi 10 kW. Diikuti antara tahun 2007 dan 2010 lainnya Air pembangkit listrik pusaran gravitasi di Indonesia, Swiss, Irlandia dan di Austria.

2.7.1 Cara Kerja Turbin Vortex

Sistem PLTA pusaran air adalah sebuah teknologi baru yang memanfaatkan energi yang terkandung dalam pusaran air yang besar dengan diciptakan melalui perbedaan head rendah di sungai.

Cara kerja turbin Vortex :

1. Air Sungai dari tepi sungai disalurkan dan dibawake tangki sirkulasi. Tangki sirkulasi ini memiliki suatu lubang lingkaran pada dasarnya.

2. Tekanan rendah pada lubang dasar tangki dan kecepatan air pada titik masuk tangki sirkulasi mempengaruhi kekuatan aliran vortex.

3. Energi potensial seluruhnya diubah menjadi energy kinetic rotasi diinti vortex yang selanjutnya diekstraksi melalui turbin sumbu vertikal.

(40)

Gambar 2.7 Rumah Turbin Vortex

Sumber :

2.7.2 Komponen Utama Turbin Vortex

Komponen utama pada turbin vortex sama dengan turbin-turbin lain hanya saja turbin vortex lebih mudah dalam pemasangannya dan pemeliharaannya. Turbin ini kuat dan dibangun untuk terakhir, dengan maksimum rak-hidup 50-100 tahun. Beberapa bagian diantaranya sebagai berikut : Rumah (casing), Poros, Sudu (Moving Blades), dan Bantalan (Bearing)

2.7.3 Keunggulan Turbin Vortex

1. Baik dikembangkan pada daerah yang memiliki sumber air dengan debit yang cukup besar namun hanya memiliki head yang rendah.

2. Tidak memerlukan sistem kontrol yang sangat rumit seperti turbin lainnya. 3. Tekanan air yang terjadi tidak merusak ekologi, dalam hal ini dampak

terhadap kehidupan air (ikan) dan microorganisme lainya tetap terjaga. 4. Tidak membutuhkan draft tube, sehingga dapat mengurangi pengeluaran

untuk penggalian pemasangan draft tube.

5. Memiliki efisiensi yang tinggi, dengan variasi debit yang besar dan sangat baik untuk debit air yang kecil.

6. Tidak memerlukan jaring- jaring halus sebagai pencegah masuknya puing-puing kedalam turbin, sehingga dapat mengurangi biaya perawatan.

2.7.4 Pengaruh Turbin Vortex pada lingkungan

Turbin air mempunyai pengaruh positif dan negatif bagi lingkungan.

(41)

1. Turbin adalah salah satu penghasil tenaga terbersih, menggantikan pembakaran bahan bakar fosil dan menghapuskan limbah nuklir. 2. Turbin menggunakan energi yang dapat diperbarui dan didesain untuk

beroperasi dalam jangka waktu puluhan tahun.

3. Turbin memproduksi sumber energi listrik dunia dengan jumlah yang besar.

Adapun pengaruh negatif dari pembangunan turbin adalah : putaran sudu atau gerbang pengarah dari turbin air dapat mengganggu ekologi natural sungai, membunuh ikan, menghentikan migrasi dan menggangu mata pencaharian manusia. Contohnya: suku Indian Amerika di Northwest Pasific mempunyai mata pencaharian memancing ikan salmon, tapi pembangunan secara agresif menghancurkan jalan hidupnya.

Berbeda dengan turbin vortex (pusaran air), bukan saja didorong oleh teknologi sederhana dan dapat diandalkan. Turbin vortex adalah teknologi bersih karena fakta bahwa 97% dari produk listrik bebas CO2, dan turbin vortex juga baik bagi lingkungan air. Kontruksi turbin vortex mengembalikan badan air (misalnya sungai) dimana turbin dibangun dan kecepatan aliran maksimum 1,5-1,8 m/s, maka turbin tidak menimbulkan ancaman bagi populasi ikan. Karena ikan mampu melawati hilir rotor dan hulu (lihat gambar 2.8) . Keuntungan selanjutnya adalah efesiensi pembersih peningkatan mikro-organisme alami berkat kadar oksigen yang lebih tinggi dihasilkan dari aerasi rutin air.

(42)

Gambar 2.8 Pembangkit Listrik Tenaga Pusaran Air Sebagai Bio-reaktor

Sumber :

2.7.5 Pengembangan turbin vortek di Air Sungai

Pengembangan sungai kita dipengaruhi oleh peradaban modern abad ke-20 . Di daerah padat penduduk sebagian besar sungai diatur dengan rapi. Di masa lalu sungai berliku-liku alami . Hari ini sungai lurus dan diatur . Sungai-sungai diatur lebih dalam ke tanah dan pada musim kemarau juga air tanah masuk ke sungai . Dalam hal regulasi mengukur megurangi kapasitas asimilatif alami sungai . Aerasi dan biodegradasi daerah banyak dari sungai alam hilang .

(43)

Gambar 2.9 Gravitation Water Vortex Power Plants (GWVPPs)

Sumber : http://www.zotloeterer.com/

Dengan turbin vortex yang proses pemurnian air alami juga dapat diaktifkan dalam sungai diatur. Dalam jarak didefinisikan pada turbin sungai dapat ditempatkan untuk menganginkan air. Semakin banyak tanaman air menghasilkan area biodegradasi , yang mengurangi zat berbahaya dalam air sungai. Jadi turbin vortex ekologis lumayan menghasilkan listrik, tanaman air, mikroba dan ikan.

Sebaliknya pembangkit listrik tenaga air konvensional tidak memiliki efek positif terhadap sungai. Karena tingkat tekanan air besar melewati turbin tidak ada makhluk air bisa bertahan, tapi turbin vortex adalah sistem hidrolik terbuka tanpa tingkat tekanan air yang tinggi. Gravitasi Vortex Air ( GWV ) dengan tabung udara di tengah memungkinkan bahwa banyak udara dapat diserap oleh air. Turbin vortex adalah modus dasar air mengalir dan menunjukkan proses aerasi alami air di sungai .

Untuk alasan ini kualitas ekologi positif tenaga air dengan turbin vortex benar-benar berbeda dengan pembangkit listrik tenaga air tradisional, yang menghancurkan kehidupan di sungai, karena perbedaan besar tingkat tekanan air di sekitar turbin hidro konvensional .

(44)

Pengetahuan ini menunjukkan kepada kita, bahwa sungai-sungai diatur dan pembangkit listrik tenaga air tradisional bertanggung jawab untuk degenerasi mikroba dan ikan - ikan di sungai kita, karena itu turbin vortex merupakan modul penting di dunia modern kita .

2.8 Aliran vortex

vortex adalah massa fluida yang partikel-partikelnya bergerak berputar dengan garis arus (streamline) membentuk lingkaran konsentris. Gerakan vortex berputar disebabkan oleh adanya perbedaan kecepatan antara lapisan fluida yang berdekatan. Dapat diartikan juga sebagai gerak alamiah fluida yang diakibatkan oleh parameter kecepatan dan tekanan. Vortex sebagai pusaran yang merupakan efek dari putaran rotasional dimana viskositas berpengaruh didalamnya.

Pergerakan aliran fluida dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu: 1. Translasi murni atau translasi irrotasional

2. Rotasi murni atau translasi rotasional

3. Distorsi atau deformasi murni, baik angular ataupun linier

Aliran irrotasional terjadi apabila elemen fluida di setiap titik tidak mempunyai kecepatan sudut netto terhadap titik tersebut. Sebaliknya aliran rotasional terjadi apabila elemen fluida mempunyai kecepatan sudut netto. Gerak vortex dapat dikategorikan sebagai dalam aliran rotasional. Vortex digambarkan sebagai aliran yang bergerak dan berputar terhadap sumbu vertical sehingga terjadi perbedaan tekanan antara bagian sumbu dan sekelilingnya

Berdasarkan klasifikasi aliran berputar yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari maka aliran vortex dapat dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu :

2.8.1 Aliran vortex Bebas

Aliran vortex terjadi walaupun tidak adanya gaya yang dilakukan pada fluida tersebut. Karateristik dari vortex bebas adalah kecepatan tangensial dari partikel fluida yang berputar pada jarak tertentu dari pusatvortex. Hubungan kecepatan

(45)

partikel fluida v terhadap jaraknya dari pusat putaran r dapat dilihat pada persamaan ini:

� = � 2�� Dimana:

V = kecepatan tangensial fluida (m s-1)

r = jari-jari putaran partikel fluida dari titik pusat (m)

� = sirkulasi

2.8.2 Aliran Vortex Paksa

Apabila suatu gaya diberikan pada suatu fluida dengan maksud membuat aliran fluida berputar. Hubungan kecepatan partikel fluida v terhadap jaraknya dari pusat putaran r dapat dilihat pada persamaanberikut:

� =�.�< Dimana:

� = kecepatan sudut r = jari-jari putaran (m)

2.8.3 Aliran Vortex Kombinasi

Aliran Vortex Kombinasi adalah vortex dengan vortex paksa pada inti pusatnya dan distribusi kecepatan yang sesuai dengan vortex bebas pada luar intinya. Jadi untuk sebuah votex kombinasi dapat dilihat pada persamaan berikut:

Vθ = ωr r ≤ r0

Vθ =�

� r < r0

Dimana :

K dan �= konstanta ro = jari-jari inti pusat

(46)

Sebuah konsep matematika yang biasanya berhubungan dengan gerakan vortex adalah sirkulasi. Sirkulasi didefenisikan sebagai sebuah integral garis dari komponen tangensial kecepatan yang diambil dari sekeliling kurva tertutup di medan aliran. Konsep sirkulasi sering digunakan untuk mengevaluasi gaya-gaya pada terbentuk pada benda-benda yang terendam dalam fluida yang bergerak.

Gambar 2.10 Tipe-tipe Vortex

Sumbe

Tipe vortex 1 merupakan awal aliran air berputar di permukaan. Tipe 2 putaran air mulai menunjukkan adanya cekungan kedalam di bagian tengah pusaran. Tipe 3 pusaran air mulai membentuk kolom udara (vortex) yang bergerak menuju oulet. Tipe 4 kekuatan vortex mampu menarik material apung masuk ke dalam pusaran. Tipe 5 adalah vortex dimana gelembung-gelembung udara pecah di ujung pusat pusaran yang masuk konstruksi silinder. Tipe 6 vortex dengan lubang udara penuh menuju outlet.

2.9 Penampang Air

Penampang merupakan saluran yang digunakan mengalirakan air dari reservoar atas menuju turbin. Panjang Penampang air adalah :

(47)

2.10 Lubang masuk (Inlet area)

Ada beberapa tipe dari lubang masuk (Inlet area), yaitu : lubang masuk tipe involute, lubang masuk tipe ramp dan lubang masuk tipe scroll. Berbagai tipe tersebut dimaksudkan untuk lebih memaksimalkan kinerja dari turbin. Dengan konstruksi lubang masuk dengan tipe involute, lubang masuk tipe ramp dan lubang masuk tipe scroll dapat mengurangi efek dari turbulensi yang terjadi disekitar dinding lubang masuk dan daerah antara lubang masuk.

Gambar 2.11 Beberapa tipe dari lubang masuk (Inlet area)

(48)

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

3.1 Umum

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

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

 Pembuatan sudu dari bahan Seng.  Pembuatan poros dari bahan S45 C-D.

 Pembuatan dudukan turbin dari bahan besi siku.  Pembuatan rumah turbin (casing) dari bahan akrilik .  Pembuatan saluran buang dari bahan akrilik

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

 Instalasi saluran perpipaan untuk air masuk.  Instalasi dudukan talang.

 Instalasi dudukan pengujian Turbin vortex.  Instalasi saluran buangan air pada Turbin vortex.

 Aliran air yang digunakan berasal dari tempat penampungan bawah yang terletak di bawah bak kemudian dipompakan ke talang oleh satu unit pompa pengumpan. Aliran air yang mengalir melalui talang memiliki energi

(49)

potensial sehingga akan membentuk pusaran yang akan menggerakkan sudu turbin vortex sebagai energi input. Zat cair yang keluar setelah menabrak sudu akan keluar tepat dibawah turbin vortex melalui saluran buangan dari rumah turbin (casing).

3.2 Rancang Bangun Instalasi

Rancang bangun instalasi uji eksperimental Turbin Vortex terdapat pada rooftop lantai empat Teknik Mesin USU.

Adapun elemen yang meliputi perancangan turbin vortex adalah :

3.2.1 Rumah turbin ( casing )

Rumah turbin berbentuk Spiral dan lingkaran yang terbuat dari Akrilik dengan diameter 0,9 m dan tingginya 1 m (diukur dari saluran keluaran tempat penampungan bawah ke permukaan bak) dan memiliki lubang saluran buang pada dasar bak.

Gambar 3.1 Casing Lingkaran

3.2.2 Poros turbin

Poros yang digunakan terbuat dari bahan besi S45 C-D. Dengan diameter 1,9 cm dan tinggi poros 1,50 m.

3.2.3 Sudu turbin

Sudu turbin ada 8 buah dengan tinggi sudu cm 0,9 m dan 3 variasi lebar sudu. Ukuran – ukuran utama sudu roda jalan yang akan dihitung terdiri dari beberapa bagian yaitu:

(50)

 Diameter Sudu Roda Jalan Pada Sisi Masuk

Diameter sudu roda jalan sisi masuk (D1) dan diameter roda jalan sisi keluar (D2) direncanakan adalah :

D1 = 0,32 m

D2 = 0,08 m

ϕ = 30o  Jarak Antara Sudu

Jarak antara sudu dapat ditentukan dengan persamaan :

L = � .�1

�

Dimana : D1 = Diameter sudu pada sisi masuk

z = Jumlah sudu (direncanakan 8)

maka :

L = 3,14 .0,32

=

0,12 m

 Tebal Sudu Roda Jalan

Sudu roda jalan dalam perancangan ditentukan dengan menggunaka bahan seng dengan ketebalan 0.20 mm.

 Tinggi Roda Jalan

Tinggi roda jalan dapat ditentukan dengan dengan persamaan :

Hrj = tinggi turbin – tinggi penampang

(51)

Gambar 3.2 Sudu Turbin Vortex

3.2.4 Bantalan ( bearing )

Bantalan yang digunakan adalah P204 dengan jumlah 2 buah dan bantalan ini dibautkan di dudukan turbin.

Gambar 3.3 Bantalan

3.2.5 Dudukan turbin

Dudukan turbin terbuat dari besi siku yang sudah dilas.

(52)

3.2.6 Saluran buang

Saluran buang terbuat dari akrilik dan diletakkan di bagian tengah dasar rumah turbin. Saluran buang yang digunakan adalah diameter 6 cm.

3.2.7 Talang

Talang yang digunakan terbuat dari plastik dengan panjang 2 m. Pipa yang digunakan adalah pipa 2 inchi dengan panjang keseluruhan 3,7 m.

Gambar 3.5 Instalasi Turbin Vortex Tampak Depan.

3.3

Peralatan Pengujian

3.3.1 Hand Tachometer

Alat ini digunakan untuk mengukur putaran (rpm) poros turbin vortex. Dalam uji eksperimental turbin vortex pada debit, hand tachometer yang digunakan adalah Krisbow KW06-303 dengan spesifikasi:

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

Range : autorange

(53)

Gambar 3.6 Hand Tachometer.

3.3.2 Timbangan Pegas

Timbangan Pegas digunakan untuk mengukur besarnya momen puntir (kilogram) yang dihasilkan melalui pulley pada poros dengan cara melingkarkan tali pada pulley kemudian diikatkan ke timbangan pegas. Dalam uji eksperimental turbin vortex pada debit, timbangan pegas yang digunakan adalah PROHEX made in china dengan spesifikasi 25 kilogram.

Gambar 3.7 Timbangan Pegas.

3.3.3 Pulley

Pulley digunakan untuk mengukur besarnya momen puntir yang dihasilkan oleh putaran sudu melalui poros dengan cara dihubungkan ketimbangan pegas menggunakan tali. Dalam uji

(54)

eksperimental turbin vortex pada debit, pulley yang digunakan memiliki spesifikasi diameter 18 cm.

Gambar 3.8 Pulley.

3.3.4 Pompa

Pompa ini digunakan untuk mengumpankan air dari tempat penampungan bawah ke talang. Dalam uji eksperimental turbin vortex pada debit, pompa pengumpan yang digunakan adalah pompa sentrifugal 2 (dua) inchi dengan daya motor penggerak (P) 0,75 kW, keluaran air maksimal (Omaks) 311 L/min setelah melewati talang sepanjang 2 meter.

(55)

3.4 PELAKSANAAN PENGUJIAN

Uji eksperimental turbin vortex dengan menggunakan jumlah sudu

sebanyak 8 sudu dilakukan di rooftop lantai empat, Departemen Teknik Mesin,

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Pengukuran-pengukuran yang

dilakukan tehadap penelitian ini meliputi:

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

Tachometer.

2. Pengukuran momen puntir (kilogram) dengan menggunakan Timbangan

Pegas.

Sebelum dilakukan pengujian turbin vortex dan pengambilan data, terlebih

dahulu dilakukan pemeriksaan (checking) terhadap beberapa instalasi dan

peralatan, yang meliputi:

1. Pemeriksaan debit air di dalam tempat penampungan bawah.

2. Pemeriksaan pipa penghubung antara pompa pengumpan dan talang.

3. Pemeriksaan poros turbin vortex serta pemberian pelumas pada bearing.

4. Pemeriksaan tali dan pulley.

5. Pemeriksaan pompa pengumpan.

Setelah prosedur pemeriksaan terhadap beberapa instalasi dan peralatan di

atas selesai dilakukan dan pemeriksaan dipastikan dalam kondisi standby, maka

prosedur pengujian pun dapat dimulai. Adapun prosedur pengujian uji

eksperimental turbin vortex dengan jumlah sudu 8 adalah sebagai berikut:

1. Pengujian pertama dilakukan pada rumah turbin (casing) berpenampang

(56)

2. Hidupkan pompa pengumpan.

3. Dilakukan monitoring terhadap ketinggian air di dalam rumah sudu

(casing).

4. Setelah ketinggian air di rumah sudu (casing) konstan, maka dilakukan

pengujian serta pengambilan data terhadap:

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

menggunakan Hand Tachometer.

b. Pengukuran momen puntir (kilogram) dengan menggunakan

Timbangan Pegas.

5. Pengukuran terhadap beberapa variabel di atas dilakukan terhadap

ketinggian antara sudu dan saluran keluar dengan jarak 2cm,4cm, dan 6cm

dengan saluran keluar 6 cm.

6. Setiap pengambilan data dilakukan sebanyak sepuluh kali untuk

mendapatkan data pengujian yang lebih akurat.

Besaran-besaran yang diukur dan dicatat meliputi:

1. Putaran poros Turbin Vortex (rpm)

2. Momen Puntir Turbin Vortex (kilogram)

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

1. Torsi Turbin Vortex

2. Daya Turbin Vortex

(57)

Flowchart Uji ekperimental turbin vortex.

3.5 PENENTUAN DEBIT ALIRAN AIR

Debit aliran air dalam rancangan ini ditentukan berdasarkan tekanan pompa air serta luas penampang pipa. Dengan metode uji langsung sebanyak 10 kali.

Survey tempat pengujian akan dilakukan

Rancang bangun instalasi Uji eksperimental turbin vortex

Pengambilan data hasil pengujian Pelaksanaan pengujian

Perhitungan dan analisa hasil

pengujian

Penulisan laporan hasil pengujian

(58)

Tabel 3.1 Percobaan Aliran Debit Air Berdasarkan Tekanan Pompa Air. Percobaan Liter/Menit

1 312

2 315

3 313

4 312

5 312

6 307

7 306

8 307

9 312

10 312

Untuk mendapatkan nilai rata-rata debit air, dengan menggunakan rumus :

Q = q1 + q2 + q3 +...+ qn

Dimana :

Q = Debit rata-rata (m3/s)

Konversi satuan volume : ( 1 liter = 1 dm³ = 1.000 cm³ = 1.000.000 mm³ = 0.001 m)

Maka :

Q = 312 +315 +313+312+312+307+306+307+312+312

= 310,8 liter/menit ≈ 311 ℓ/m = 5,2 ℓ/s

= 5,2 dm3/s

(59)

3.6 ANALISA SEGITIGA KECEPATAN

Kecepatan air yang mengalir melalui sudu runner dan kecepatan tangensial akibat perputaran runner akan membentuk hubungan segitiga kecepatan, hubungan segitiga kecepatan ini dapat terjadi pada sisi masuk dan sisi keluar runner. Penggunaaan segitiga kecepatan pada kontruksi runner dapat dilihat pada gambar 3.10 berikut ini :

Gambar 3.10 Segitiga Kecepatan Pada Kontruksi Roda jalan

Keterangan gambar :

U = Kecepatan sekeliling roda jalan

V = Kecepatan absolud fluida

(60)

Vr = Kecepatan relatif fluida

Vf = Kecepatan aliran

α

= Sudut yang dibuat oleh kecepatan absolud dengan kecepatan tangensial

θ = sudut yang terbentuk oleh kecepatan relatif dengan kecepatann tangensial

V2, Vw2, Vr2, Vf2,β dan ϕ = Nilai- nilai yang sesuai pada sisi keluar.

- Kecepatan segitiga pada inlet akan menjadi garis lurus di mana :

Vr1 = V1 – U1 = V1 – U

Vw1 = V1

α = 0 dan θ = 0

- Dari segitiga kecepatan pada outlet, dimana :

Vr2 = KVr1

Dimana, K = sudu gesekan co-efisien, sedikit kurang dari satu. Idealy ketika permukaan casing yang sangat halus dan kerugian energi akibat dampak di splitter diabaikan, k = 1

Kekuatan yang diberikan oleh air dalam arah gerakan diberikan sebagai

F = ρaV1(Vw1 + Vw2) ...(lit 1 hal 1058)

[ρ dan a adalah Kepadatan massa dan area (a = �

4 d

) respecitively]

Energi yang masuk pada inlet adalah dalam bentuk energi kinetik : 1

2mV1

Energi kinetik (E.K) dari penampang per kedua = 1

(61)

Efisiensi hidrolik,

ɳ

h =

�� .�.��

=

�� 1(��1+��2)� 1

2 (�� 1)�1

=

2(�_�1+��2)� �12

Dari inlet dan outlet segitiga kecepatan :

Vw1 = V1

Vr1 = V1 – u1 = V1 – u

Vw2 = Vr2 cos ϕ – u2 = Vr2 cos ϕ – u = KVr1 cos ϕ – u = K(V1 – u) cos ϕ – u

Substitusikan nilai-nilai Vw1 and Vw2 :

ɳ

h =

2[�₁+ �(�−�) cos ϕ−�]�

�12

=

2[(�1−�)(1+�cos ϕ)�]

�12

Efisiensi hidrolik akan maksimum untuk memberikan nilai V1:

�

�� (ɳh) = 0

�

��

�

2(�₁−�)(1+cos ϕ)u

�12

�

= 0

2(1+�cos ϕ)

�12

x �

�� (V1u – u2) = 0

2(1+�cos ϕ)

�12 ≠

0 , �

�� (V1u – u2) = 0 V1 – 2u = 0 or u = �₂1

3.6.1 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk

(62)

V1 =

�

2 .� .�

V1 =

1.89

0.5652 = 3,34 m/s

- Kecepatan sekeliling roda jalan pada sisi masuk (U1)

U1 =

�1

2 =1,67

- Kecepatan relatif pada sisi masuk (Vr1)

Vr1 = V1 – U = 3,34 – 1,67 = 1,67 m/s

- Kecepatan air memutar roda jalan (Vw1)

Vw1 = V1 = 3,34 m/s

Karena air bergerak dalam arah yang sama seperti di baling-baling, Oleh karena itu segitiga kecepatan pada sisi masuk akan menjadi garis lurus, seperti pada gambar 3.11

3.6.2 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar

Karena sudu licin, sehingga analisa segitiga pada sisi keluar :

- Kecepatan relatif pada sisi keluar (Vr2)

Vr2 = Vr1 = 1,67 m/s

- Kecepatan sekeliling roda pada sisi keluar (V2)

U2 = U1 = 1,67

- Kecepatan air memutar roda pada sisi keluar (Vw2)

Vw2 = Vr2 cos ϕ – u = 1,67 cos 60 – 1,67

(63)

- Kecepatan air keluar (Vf2) Vf2 = V2 sin

ϕ

= 3,34 . sin 60 = 2,89 m/s

Dari hasil perhitungan diatas maka dapat digambar segitiga kecepatan pada sisi keluar roda jalan seperti pada gambar 3.11.

(64)

BAB IV

HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1PERHITUNGAN EFISIENSI TURBIN VORTEX CASING

BERPENAMPANG LINGKARAN DENGAN DIAMETER SALURAN KELUAR 6 CM (DENGAN KETINGGIAN ANTARA SUDU DAN SALURAN KELUAR 2, 4, 6 CM)

Tabel 4.1 Nilai Laju Aliran Massa pada jarak antara Sudu dan Saluran keluar 2, 4, 6 cm

Rumah Sudu Lingkaran

Ketinggian 2

Sudu = 3 ,Do = 6 Cm Putaran

(min-max)(rpm)

Tinggi air (min-max)(Cm)

Beban (min-max)(Kg)

122.7 81 0

118.6 80 0.5

114.6 79 0.7

109.7 77 1.2

104.9 74 1.5

96 69 1.8

87.1 65 2.1

70.4 64 2.2

53.7 62 2.3

33.9 48 2.5

Ketinggian 4

124.6 82 0

120.4 80 0.5

119.8 77 0.7

115.3 75 1.2

110.5 72 1.5

103.2 69 1.8

97.6 66 2.1

78.3 63 2.2

67.1 60 2.3

38.4 46 2.5

Ketinggian 6

131.7 88 0

122 83 0.3

105.2 77 0.7

96.2 74 1.2

79.2 72 1.5

60.1 68 1.8

(65)

23.8 47 2.2

14.8 40 2.3

10.2 36 2.4

4.1.1 EFISIENSI TURBIN VORTEX DENGAN JARAK ANTARA SUDU DAN SALURAN KELUAR KETINGGIAN 2 CM

Daya Air : Pair =

2 ṁv

Pair = 1

2. 5.2. (3.34

2₎

�_�� = 29.004 watt Kecepatan sudut(ω): ω = 2

�

ω = 2

�

87.1 60

ω = 9.1164 rad/s Maka daya turbin; PT = T . ω

=1.89 Nm . 9.1164 rad/s = 17.23watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �� =

17.23

29.004 x 100 % �� = 59.404 %

Dengan cara yang sama maka di dapat data sebagai berikut : Tabel 4.2 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu

dan saluran keluar ketingggian 2 cm Rumah Turbin Lingkaran Ketinggian

Sudu = 3 ,Do = 6 Cm

ω

(rad/s)

Torsi (Nm)

Daya Turbin (Watt)

Daya Air

(66)

12.8426 0 0 29.00456 0 12.41346667 0.45 5.58606 29.00456 19.25924751 11.9948 0.63 7.556724 29.00456 26.05357227 11.48193333 1.08 12.400488 29.00456 42.75358082 10.97953333 1.35 14.82237 29.00456 51.10358509 10.048 1.62 16.27776 29.00456 56.12138229

9.116466667 1.89 17.230122 29.00456 59.40487289

7.368533333 1.98 14.589696 29.00456 50.30138709 5.6206 2.07 11.634642 29.00456 40.11314773 3.5482 2.25 7.98345 29.00456 27.52480989

Gambar 4.1 Grafik Torsi vs Efisiensi pada jarak sudu dan saluran keluar Ketinggian 2cm.

Dari gambar 4.1 Torsi vs Efisiensi didapat hubungan antara efisiensi dengan torsi, dimana torsi yang digunakan mulai dari 0 sampai 2.25 Nm (turbin berhenti). Dari grafik di atas didapat data bahwa efisiensi maksimum turbin vortex pada ketinggian 2cm jarak antara sudu dan saluran keluar adalah sebesar 59.404%.

R² = 0.987

-10 0 10 20 30 40 50 60 70

0 0.5 1 1.5 2 2.5

ketinggian 2cm

ketinggian 2cm Poly. (ketinggian 2cm)

Torsi (Nm)

E

fisie

n

si

(%)

(67)

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Kecepatan sudut (ω) pada jarak sudu dan saluran keluar

Ketinggian 2cm.

Dari gambar 4.2 Torsi vs Kecepatan Sudut, didapat hubungan antara putaran dengan torsi dimana torsi yang digunakan mulai dari 0 sampai 2.25 Nm (turbin berhenti). Sehingga didapat hasil grafik di atas adalah semakin besar torsi yang digunakan semakin kecil putaran yang diperoleh. Dan sebaliknya semakin kecil torsi yang digunakan semakin besar putaran yang diperoleh.

Gambar 4.3 Grafik Kecepatan sudut (ω) vs Daya Turbin pada jarak sudu dan saluran keluar Ketinggian 2cm.

R² = 0.989

0 2 4 6 8 10 12 14

0 1 2 3

ketinggian 2cm

ketinggian 2cm Poly. (ketinggian 2cm)

Torsi (Nm)

K

ec

.Sudut

(Rad

/s

)

R² = 0.991 0

5 10 15 20

0 5 10 15

ketinggian 2cm

ketinggian 2cm Poly. (ketinggian 2cm)

Kec.Sudut (Rad/s)

D

aya

T

urbi

n (W

at

t)

(68)

Dari gambar 4.3 Kecepatan Sudut vs Daya Turbin di dapat hubungan antara putaran turbin dengan daya turbin. Dari grafik di atas di dapat data bahwa daya turbin maksimum di dapat pada ω = 9.116 rad/s

4.1.2 EFISIENSI TURBIN VORTEX DENGAN JARAK ANTARA SUDU DAN SALURAN KELUAR KETINGGIAN 4 CM

Maka Daya Air :

P_air =1

2 ṁv

P_air = 1

2. 5.2. (3.34

2₎

�_�� = 29.004 watt

Kecepatan Sudut (ω) :

ω = 2

�

� 60

ω = 2

�

97.6 60

ω = 10.215 rad/s Maka daya turbin; PT = T . ω

= 1.89 Nm . 10.215 rad/s = 19.307 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �� =

19.307

29.004 x 100 % �_� = 66.566 %

Tabel 4.3 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu dan saluran keluar ketinggian 4 cm

Rumah Turbin Lingkaran Ketinggian

Sudu = 3 ,Do = 6 Cm

ω

(rad/s)

Torsi (Nm)

Daya Turbin (Watt)

Daya Air

(Watt) Efisiensi (%)

(69)

12.60186667 0.45 5.67084 29.00456 19.55154638 12.53906667 0.63 7.899612 29.00456 27.23575879 12.06806667 1.08 13.033512 29.00456 44.93607902 11.56566667 1.35 15.61365 29.00456 53.83170784 10.8016 1.62 17.498592 29.00456 60.33048596

10.21546667 1.89 19.307232 29.00456 66.56619511

8.1954 1.98 16.226892 29.00456 55.94600297 7.023133333 2.07 14.537886 29.00456 50.12276001 4.0192 2.25 9.0432 29.00456 31.17854572

Gambar 4.4 Grafik Torsi vs Efisiensi pada jarak antara sudu dan saluran keluar ketinggian 4 cm Dari gambar 4.4 Torsi vs Efisiensi di dapat hubungan antara efisiensi dengan torsi, dimana torsi yang digunakan mulai dari 0 sampai 2.25 Nm (turbin berhenti). Dari grafik di atas didapat data bahwa efisiensi maksimum turbin vortex pada jarak antara sudu dan saluran keluar ketinggian 4 cm adalah sebesar

66.566%.

R² = 0.991

-10 0 10 20 30 40 50 60 70

0 0.5 1 1.5 2 2.5

ketinggian 4cm

ketinggian 4cm Poly. (ketinggian 4cm)

Torsi (Nm)

E

fisie

n

si (

%

)

(70)

Gambar 4.5 Grafik Torsi vs Kecepatan Sudut pada jarak antara sudu dan lubang saluran keluar ketinggian 4 cm.

Dari gambar 4.5 Torsi vs Kecepatan Sudut, di dapat hubungan antara putaran turbin dengan torsi, dimana torsi yang digunakan mulai dari 0 sampai 2.25 Nm (turbin berhenti). Sehingga didapat hasil dari grafik di atas adalah semakin besar torsi yang digunakan semakin kecil putaran turbin yang diperoleh. Dan sebaliknya semakin kecil torsi yang digunakan semakin besar putaran turbin yang diperoleh.

Gambar 4.6 Grafik Kecepatan Sudut vs Daya Turbin pada jarak antara sudu dan saluran keluar ketinggian 4 cm

Dari gambar 4.6 Kecepatan Sudut vs Daya Turbin di dapat hubungan antara putaran turbin dengan daya turbin. Dari grafik diatas di dapat data bahwa daya turbin maksimum di dapat pada ω = 10.215 rad/s

R² = 0.988

0 2 4 6 8 10 12 14

0 1 2 3

ketinggian 4cm

ketinggian 4cm Poly. (ketinggian 4cm)

Torsi (Nm)

K

ec

.Sudut

(Rad

/s

)

R² = 0.992 -5 0 5 10 15 20 25

0 5 10 15

ketinggian 4cm

ketinggian 4cm Poly. (ketinggian 4cm)

Kec.Sudut (Rad/s)

D

aya

T

urbi

n (W

at

t)

(71)

4.1.3 EFISIENSI TURBIN VORTEX DENGAN JARAK ANTARA SUDU DAN SALURAN KELUAR KETINGGIAN 6 CM

Maka Daya Air :

P_air =1

2 ṁv

Pair = 1

2. 5.2. (3.44 2₎

�_�� = 29.044 wat Kecepatan Sudut (ω) :

ω = 2

�

� 60

ω = 2

�

96.2 60

ω = 10.068 rad/s Maka daya turbin; PT = T . ω

= 1.08 Nm . 10.068 rad/s = 10.874 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �� = _29.00410.874 x 100 %

�_� = 37.492 %

Tabel 4.4 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu dan saluran keluar ketinggian 6 cm

Rumah Turbin Lingkaran

Ketinggian 6

Sudu = 3 ,Do = 6 Cm

ω

(rad/s)

Torsi (Nm)

Daya Turbin (Watt)

Daya Air

(Watt) Efisiensi (%)

13.7846 0 0 29.00456 0

12.76933333 0.27 3.44772 29.00456 11.88682056 11.01093333 0.63 6.936888 29.00456 23.91654278

(72)

8.2896 1.35 11.19096 29.00456 38.58345033 6.290466667 1.62 10.190556 29.00456 35.13432371 4.008733333 1.89 7.576506 29.00456 26.12177533 2.491066667 1.98 4.932312 29.00456 17.00529848 1.549066667 2.07 3.206568 29.00456 11.05539267 1.0676 2.16 2.306016 29.00456 7.950529158

Gambar 4.7 Grafik Torsi vs Efisiensi pada jarak antara sudu dan saluran keluar ketinggian 6 cm Dari gambar 4.7 Torsi vs Efisiensi di dapat hubungan antara efisiensi dengan torsi, dimana torsi yang digunakan mulai dari 0 sampai 2.16 Nm (turbin berhenti). Dari grafik di atas didapat data bahwa efisiensi maksimum turbin vortex pada jarak antara sudu dengan lubang outlet ketinggian 6 cm adalah sebesar 37.492%.

R² = 0.992 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 1 2 3

ketinggian 6cm

ketinggian 6cm Poly. (ketinggian 6cm)

Torsi (Nm)

E

fisie

n

si

(73)

Gambar 4.8 Grafik Torsi vs Kecepatan Sudut (ω) pada jarak antara sudu dan saluran keluar ketinggian 6 cm

Dari gambar 4.8 Torsi vs Kecepatan Sudut, di dapat hubungan antara putaran turbin dengan torsi, dimana torsi yang digunakan mulai dari 0 sampai 2.16 Nm (turbin berhenti). Sehingga didapat hasil dari grafik di atas adalah semakin besar torsi yang digunakan semakin kecil putaran turbin yang diperoleh. Dan sebaliknya semakin kecil torsi yang digunakan semakin besar putaran turbin yang diperoleh.

Gambar 4.9 Grafik Kecepatan Sudut (ω) vs Daya Turbin pada jarak antara sudu dan saluran keluar ketinggian 6 cm

Dari gambar 4.9 Kecepatan Sudut (ω) vs Daya Turbin di dapat hubungan antara putaran turbin dengan daya turbin. Dari grafik diatas di dapat data bahwa daya turbin maksimum di dapat pada ω = 10.068 rad/s

R² = 0.997 0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 0.5 1 1.5 2 2.5

ketinggian 6cm

ketinggian 6cm Poly. (ketinggian 6cm)

Torsi (Nm)

K

ec

.Sudut

(R

ad/

s)

R² = 0.982 0 2 4 6 8 10 12

0 5 10 15

ketinggian 6cm

ketinggian 6cm Poly. (ketinggian 6cm)

Kec.Sudut (Rad/s)

D

ay

a

T

urbi

n (W

at

t)

(74)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

KESIMPULAN

Dari uji eksperimental pembangkit listrik mikro hidro menggunakan turbin vortex dengan casing berpenampang Lingkaran yang menggunakan sudu berdiameter 32 cm, Tinggi 90 cm, 3 variasi jarak antara Sudu dan Saluran Keluar dengan Saluran Keluar berdiameter 6 cm. Maka di dapat kesimpulan:

1. Diperoleh tingkat efisiensi maksimum yang terdapat pada jarak antara Sudu dan Saluran keluar Ketinggian 2 cm dengan data sebagai berikut:

a. Efisiensi Maximum = 59.4040 %

b. Daya Turbin = 17.230 watt

ω

= 9.116 rad/s

2. Diperoleh tingkat efisiensi maksimum terdapat pada jarak antara Sudu dan Saluran keluar Ketinggian 4 cm dengan data sebagai berikut:

a. Efisiensi Maximum = 66.566 %

b. Daya Turbin = 19.307 watt

ω

= 10.215 rad/s

3. Diperoleh tingkat efisiensi maksimum terdapat pada jarak antara Sudu dan Saluran keluar Ketinggian 6 cm dengan data sebagai berikut:

a. Efisiensi Maximum = 37.492 %

b. Daya Turbin = 10.874 watt

ω

= 10.068 rad/s

5.2

SARAN

1. Untuk rancang bangun pembangkit listrik mikro hidro menggunakan turbin vortex dengan casing berpenampang Lingkaran (dengan spesifikasi :

(75)

diameter casing 0,9 meter, tinggi 1meter, dan jumlah sudu 8) berikutnya di harapkan melakukan penelitian terhadap jumlah sudu. Misalnya dengan membandingkan data yang di hasilkan dengan mengunakan 10 sampai 12 sudu.

2. Untuk rancang bangun pembangkit listrik mikro hidro menggunakan turbin vortex dengan casing berpenampang Lingkaran (dengan spesifikasi; diameter rumah sudu (casing) 0,9 meter, tinggi 1 meter, dan jumlah sudu 8) berikutnya di harapkan melakukan penelitian dengan menggunakan casing dengan tinggi 0,4 meter sampai 0,5 meter.

3. Untuk rancang bangun pembangkit listrik mikro hidro menggunakan turbin vortex dengan casing berpenampang Lingkaran (dengan spesifikasi : diameter rumah sudu (casing) 0,9 meter, tinggi 1 meter, jumlah sudu 8) berikutnya di harapkan menggunakan peralatan pengujian yang lebih presisi.

(76)

DAFTAR PUSTAKA

1. Rajput Rames, “A Textbook of Fluida Mechanics and Hydraulic Machine”, Part-II, Rajput. Company, 2000.

2. M.M Dandekar dan K.N. Sharman, “Pembangkit Listrik Tenaga Air”. UI-Press, Jakarta,1991.

3. Warnik,C.C, “HydroPower Engineering”, Prentice Hall, Inc, New York,1989. 4. Victor.L.Streeter and Benjamin, “Mekanika Fluida”, Erlangga, Jakarta, 1993. 5. Sularso, Kiyokatsu Suga,”Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin”,

Cetakan ke-sepuluh, Pradnya Paramitha, Jakarta, 2002.

8. http://202.90.195.156/bse/smk/smk12%20TeknikMesinIndustri%20Sunyoto.p dz

10.KonzKl.EmmeRossei_110131[1].doc / WWK Energie GmbH 11.http://www.ceb.cam.ac.uk/pages/ofm-facilities-and-equipment.html

12.

13.

14.

15.

16.

(1)

4.1.3 EFISIENSI TURBIN VORTEX DENGAN JARAK ANTARA SUDU DAN SALURAN KELUAR KETINGGIAN 6 CM

Maka Daya Air :

P_air =1

2 ṁv 2

Pair = 1

2. 5.2. (3.44 2₎ �_�� = 29.044 wat Kecepatan Sudut (ω) :

ω = 2

�

� 60 ω = 2

�

96.2

60 ω = 10.068 rad/s Maka daya turbin; PT = T . ω

= 1.08 Nm . 10.068 rad/s = 10.874 watt

Sehingga Efisiensi Turbin adalah �� = _29.00410.874 x 100 %

�_� = 37.492 %

Tabel 4.4 Hasil perhitungan percobaan pada jarak antara sudu dan saluran keluar ketinggian 6 cm

Rumah Turbin Lingkaran

Ketinggian 6

Sudu = 3 ,Do = 6 Cm

ω

(rad/s)

Torsi (Nm)

Daya Turbin (Watt)

Daya Air

(Watt) Efisiensi (%)

13.7846 0 0 29.00456 0

12.76933333 0.27 3.44772 29.00456 11.88682056 11.01093333 0.63 6.936888 29.00456 23.91654278

(2)

Gambar 4.7 Grafik Torsi vs Efisiensi pada jarak antara sudu dan saluran keluar ketinggian 6 cm

Dari gambar 4.7 Torsi vs Efisiensi di dapat hubungan antara efisiensi dengan torsi, dimana torsi yang digunakan mulai dari 0 sampai 2.16 Nm (turbin berhenti). Dari grafik di atas didapat data bahwa efisiensi maksimum turbin vortex pada jarak antara sudu dengan lubang outlet ketinggian 6 cm adalah sebesar 37.492%.

R² = 0.992

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 1 2 3

ketinggian 6cm

Poly. (ketinggian 6cm)

Torsi (Nm)

E

fisie

n

si

(3)

Gambar 4.8 Grafik Torsi vs Kecepatan Sudut (ω) pada jarak antara sudu dan saluran keluar ketinggian 6 cm

Gambar 4.9 Grafik Kecepatan Sudut (ω) vs Daya Turbin pada jarak antara sudu dan saluran keluar ketinggian 6 cm

R² = 0.997 0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 0.5 1 1.5 2 2.5

ketinggian 6cm

Poly. (ketinggian 6cm)

Torsi (Nm)

K

ec

.Sudut

(R

ad/

s)

R² = 0.982 0 2 4 6 8 10 12

0 5 10 15

ketinggian 6cm

ketinggian 6cm Poly. (ketinggian 6cm)

Kec.Sudut (Rad/s)

D

ay

a

T

urbi

n (W

at

t)

(4)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

KESIMPULAN

1. Diperoleh tingkat efisiensi maksimum yang terdapat pada jarak antara Sudu dan Saluran keluar Ketinggian 2 cm dengan data sebagai berikut:

a. Efisiensi Maximum = 59.4040 %

b. Daya Turbin = 17.230 watt

ω

= 9.116 rad/s

2. Diperoleh tingkat efisiensi maksimum terdapat pada jarak antara Sudu dan Saluran keluar Ketinggian 4 cm dengan data sebagai berikut:

a. Efisiensi Maximum = 66.566 %

b. Daya Turbin = 19.307 watt

ω

= 10.215 rad/s

3. Diperoleh tingkat efisiensi maksimum terdapat pada jarak antara Sudu dan Saluran keluar Ketinggian 6 cm dengan data sebagai berikut:

a. Efisiensi Maximum = 37.492 %

b. Daya Turbin = 10.874 watt

ω

= 10.068 rad/s

5.2

SARAN

1. Untuk rancang bangun pembangkit listrik mikro hidro menggunakan turbin vortex dengan casing berpenampang Lingkaran (dengan spesifikasi :

(5)

diameter casing 0,9 meter, tinggi 1meter, dan jumlah sudu 8) berikutnya di

harapkan melakukan penelitian terhadap jumlah sudu. Misalnya dengan membandingkan data yang di hasilkan dengan mengunakan 10 sampai 12

sudu.

2. Untuk rancang bangun pembangkit listrik mikro hidro menggunakan turbin vortex dengan casing berpenampang Lingkaran (dengan spesifikasi;

diameter rumah sudu (casing) 0,9 meter, tinggi 1 meter, dan jumlah sudu 8)

berikutnya di harapkan melakukan penelitian dengan menggunakan casing dengan tinggi 0,4 meter sampai 0,5 meter.

3. Untuk rancang bangun pembangkit listrik mikro hidro menggunakan turbin vortex dengan casing berpenampang Lingkaran (dengan spesifikasi :

diameter rumah sudu (casing) 0,9 meter, tinggi 1 meter, jumlah sudu 8)

berikutnya di harapkan menggunakan peralatan pengujian yang lebih presisi.

(6)

DAFTAR PUSTAKA

1. Rajput Rames, “A Textbook of Fluida Mechanics and Hydraulic Machine”, Part-II, Rajput. Company, 2000.

2. M.M Dandekar dan K.N. Sharman, “Pembangkit Listrik Tenaga Air”. UI-Press, Jakarta,1991.

Cetakan ke-sepuluh, Pradnya Paramitha, Jakarta, 2002.

8. http://202.90.195.156/bse/smk/smk12%20TeknikMesinIndustri%20Sunyoto.p dz

10.KonzKl.EmmeRossei_110131[1].doc / WWK Energie GmbH 11.http://www.ceb.cam.ac.uk/pages/ofm-facilities-and-equipment.html

12.

13.

14.

15.

16.