TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 90 YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH

  TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN BUSUR SUDU 90 YANG DIBUAT DARI PIPA DIBELAH No.802/TA/FST-USD/TM/JANUARI/2009 TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin Disusun oleh :

  SARONO SUHARJO NIM : 055214006 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  

THE CROSSFLOW TURBINE WITH 90 OF

BLADE ANGLE THAT MADE FROM CUTTING

PIPE LENGTHWISE

No.802/TA/FST-USD/TM/JANUARI/2009

FINAL PROJECT

  

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

  

By

Sarono Suharjo

  

Student Number: 055214006

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

HALAMAN PERSEMBAHAN

  Tugas akhir ini saya persembahkan untuk :

  1. Bp. Harjono

  2. Ibu Sajinem

  3. Mbak Harsi

  4. Mas ukik

  5. Ika

  

MOTTO

SAY I CAN

Berusahalah selama kamu bisa, hidup tidak hanya untuk bermimpi

  

PERNYATAAN

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 12 Januari 2009 Penulis

  Sarono Suharjo

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tanggan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma: Nama : Sarono Suharjo Nomor Mahasiswa : 055214006 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul : …………………………………………………………………………………………...

  Turbin Aliran Silang Dengan Busur Sudu 90 yang Dibuat Dari Pipa Dibelah ..... .................................................................................................................................. beserta peragkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me- ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dam mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 12 Januari 2009 Yang menyatakan

  

INTISARI

  Energi air dimanfaatkan untuk menggerakkan Turbin Aliran Silang. Turbin Airan Silang ini digunakan untuk pembangkit listrik dengan bantuan alternator. Turbin Aliran Silang sudunya dibuat dari plat yang dilengkung. Hal ini sulit diaplikasikan di masyarakat sehingga dalam penelitian ini pembuatan sudunya disederhanakan yaitu dengan pipa besi berdiameter 1,25 inch yang dibelah dengan sudut busur sudu 90 .

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui daya maksimum yang dihasilkan oleh Turbin Aliran Silang dengan jumlah sudu 24. Tinggi air jatuh (head) dan kapasitas air (debit) sudah ditentukan. Turbin Aliran Silang tediri dari runner dan

  

nozzle . Diameter runner Turbin Aliran Silang sebesar 3,834 inch dan panjangnya

  4,038 inch. Sudunya dibuat dari pipa besi berdiameter 1,25 inch yang dibelah dengan sudut belah 90 . Dalam penelitian ini digunakan beberapa beban yang digunakan untuk mendapatkan daya turbin yaitu beban 10 watt, 15 watt, 25 watt, 40 watt, 60 watt, 100 watt. Adapun beberapa variasi yang digunakan dalam penelitian ini yaitu petama variasi debit, debit yang digunakan adalah 10,6 L/s, 9,3 L/s dan 8,3 L/s. Kedua adalah variasi tinggi nozzle, tinggi nozzle yang digunakan adalah 4 mm, 9 mm dan 14 mm.

  Dari hasil penelitian Turbin Aliran Silang dengan busur sudu 90 ini, dapat disimpulkan beberapa hal, antara lain bahwa pada variasi tinggi nozzle 4 mm daya keluaran paling besar adalah 15,4 watt, yang diperoleh pada debit 10,6 L/s dan putaran 720 rpm, pada variasi tinggi nozzle 9 mm daya keluaran paling besar adalah 28,86 watt, yang diperoleh pada debit 10,6 L/s dan putaran 809 rpm sedangkan pada variasi tinggi nozzle 14 mm daya keluaran paling besar adalah 22,28 watt, yang diperoleh pada debit 9,3 L/s dan putaran 780 rpm.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian untuk Tugas Akhir dengan judul “Turbin

  

Aliran Silang dengan Busur Sudu 90 Yang Dibuat Dari Pipa Dibelah”. Penulisan

  Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk merarih gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Melalui penyusunan tugas akhir ini mahasiswa diharapkan mampu mempunyai daya analisa yang tajam serta membantu memperdalam ilmu yang telah diperoleh selama masa kuliah.

  Penulis menyadari bahwa dalam proses belajar di Program Studi Teknik Mesin, sejak awal studi sampai berakhirnya studi melibatkan banyak hal. Atas segala saran, bimbingan, dukungan dan bantuan, pada kesempatan ini dengan penuh kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :

  1. Ir. Gregorius Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., Msc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  2. Budi Sugiharto, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  3. Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  4. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

  6. Kepala Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ijin dan fasilitas yang dipergunakan serta karyawan yang telah membantu dalam penelitian ini.

  7. Teman-teman mahasiswa khususnya angkatan 2005 Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.

  Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan serta jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini.

  Akhirnya harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak dan dapat dijadikan bahan kajian lebih lanjut.

  Yogyakarta, 20 Januari 2009 Penulis

  DAFTAR ISI

  Halaman Judul ................................................................................................... i Persetujuan Pembimbing ................................................................................... iii Halaman Pengesahan ......................................................................................... iv Persembahan Makalah ....................................................................................... v Motto.................................................................................................................. vi Pernyataan.......................................................................................................... vii Persetujuan Publikasi ......................................................................................... viii Intisari ................................................................................................................ ix Kata Pengantar ................................................................................................... x Daftar Isi ............................................................................................................ xii Daftar Gambar ................................................................................................... xvi Daftar Tabel ....................................................................................................... xviii

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1. Latar Belakang ...................................................................................... 1

  1.2. Rumusan Masalah................................................................................. 3

  1.3. Tujuan Penelitian .................................................................................. 4

  1.4. Batasan Masalah ................................................................................... 4

  BAB II DASAR TEORI

  2.2. Bagian Turbin Aliran Silang................................................................. 6

  2.3. Pergerakan Air Turbin Aliran Silang.................................................... 9

  2.4. Perancangan Turbin Aliran Silang ........................................................ 11

  2.4.1. Segitiga Kecepatan...................................................................... 11

  2.4.2. Perhitungan Dimensi Turbin ....................................................... 12

  2.5. Tinjauan Pustaka ................................................................................... 19

  BAB III METODE PENELITIAN

  3.1. Diagram Alir Penelitian ........................................................................ 22

  3.2. Bahan Penelitian.................................................................................... 23

  3.3. Peralatan Penelitian ............................................................................... 23

  3.4. Jalannya Penelitian................................................................................ 23

  3.4.1. Persiapan ..................................................................................... 23

  3.4.2. Pembuatan Alat ........................................................................... 24

  3.4.2.1. Desain Alat..................................................................... 24

  3.4.2.2. Perancangan Runner....................................................... 25

  3.4.2.3. Pembuatan Runner ......................................................... 32

  3.4.2.4. Pemasangan Runner ke Modul....................................... 33

  3.4.3. Uji Prestasi .................................................................................. 33

  3.4.4. Analisa Data ................................................................................ 35

  3.5. Kesulitan Penelitian............................................................................... 36

  3.6. Gambar Turbin ..................................................................................... 37

  4.1. Hasil Penelitian Untuk Jumlah Sudu 24 dan Busur Sudu 90 ............... 38

  4.1.1. Data Hasil Penelitian ................................................................... 38

  4.1.2. Perhitungan Data Hasil Penelitian Busur 90 .............................. 43

  4.2. Hasil Penelitian Untuk Jumlah Sudu 28 dan Busur Sudu 74 ............... 49

  4.3. Pembahasan........................................................................................... 52

  4.3.1. Pembahasan Daya untuk jumlah sudu 24 dan Busur Sudu 90 ... 52

  4.3.1.1. Daya Untuk Tinggi Nozzle 4 mm .................................. 52

  4.3.1.2. Daya Untuk Tinggi Nozzle 9 mm .................................. 53

  4.3.1.3. Daya Untuk Tinggi Nozzle 14 mm ................................ 54

  4.3.2. Pembahasan Daya untuk jumlah sudu 28 dan Busur Sudu 74 .. 56

  4.3.3. Efisiensi untuk jumlah sudu 24 dan Busur Sudu 90 ................. 57

  4.3.3.1. Efisiensi Untuk Tinggi Nozzle 4 mm............................. 57

  4.3.3.2. Efisiensi Untuk Tinggi Nozzle 9 mm............................. 59

  4.3.3.3. Efisiensi Untuk Tinggi Nozzle 14 mm........................... 60

  4.3.4. Efisiensi untuk jumlah sudu 28 dan Busur Sudu 74 ................. 62

  4.3.5. Perbandingan Daya Maksimal antara 2 Runner ......................... 63

  4.3.6. Perbandingan Efisiensi Maksimal antara 2 Runner ................... 64

  BAB V PENUTUP

  5.1. Kesimpulan............................................................................................ 66

  5.2. Saran...................................................................................................... 66

  LAMPIRAN

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Runner Turbin .............................................................................. .6Gambar 2.2 Alat Pengarah Nozzle................................................................... .7Gambar 2.3 Rumah Turbin .............................................................................. .7Gambar 2.4 Altenator....................................................................................... .9Gambar 2.5 Aliran Pergerakan Air .................................................................. 11Gambar 2.6 Defleksi Pada Pergerakan Air ...................................................... 11Gambar 2.7 Segitiga Kecepatan....................................................................... 12Gambar 2.8 Gabungan Segitiga Kecepatan ..................................................... 13Gambar 2.9 Kelengkungan Sudu ..................................................................... 14Gambar 2.10 Jarak Antar Sudu......................................................................... 15Gambar 2.11 Alur Pancaran Air ....................................................................... 16Gambar 3.1 Gambar Rangkaian Turbin......................................................... 37Gambar 4.1 Grafik Daya vs Putaran Pada Tinggi Nozzle 4 mm ....................... 59Gambar 4.2 Grafik Daya vs Putaran Pada Tinggi Nozzle 9 mm ....................... 60Gambar 4.3 Grafik Daya vs Putaran Pada Tinggi Nozzle 14 mm ..................... 61Gambar 4.4 Grafik Daya vs Putaran Pada Tinggi Nozzle 14 mm,

  Jumlah Sudu 28 dan Busur Sudu 74 ............................................. 63

Gambar 4.5 Grafik Efisiensi vs Putaran pada tinggi nozzle 4 mm .................... 64Gambar 4.8 Grafik Efisiensi vs Putaran, Jumlah Sudu 28 dan Busur

  Sudu 74 ........................................................................................ 69

  DAFTAR TABEL Tabel Untuk Jumlah Sudu 24 dan Busur Sudu 90

Tabel 4.1 Penelitian Tinggi Nozzle 4 mm, Debit 10,6 L/s ................................ 38Tabel 4.2 Penelitian Tinggi Nozzle 4 mm, Debit 9,3 L/s .................................. 39Tabel 4.3 Penelitian Tinggi Nozzle 4 mm, Debit 8,3 L/s .................................. 40Tabel 4.4 Penelitian Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 10,6 L/s ................................ 41Tabel 4.5 Penelitian Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 9,3 L/s .................................. 42Tabel 4.6 Penelitian Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 8,3 L/s .................................. 43Tabel 4.7 Penelitian Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 10,6 L/s .............................. 44Tabel 4.8 Penelitian Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 9,3 L/s ................................ 45Tabel 4.9 Penelitian Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 8,3 L/s ................................ 46Tabel 4.10 Perhitungan Tinggi Nozzle 4 mm, Debit 10,6 L/s........................... 47Tabel 4.11 Perhitungan Tinggi Nozzle 4 mm, Debit 9,3 L/s............................. 48Tabel 4.12 Perhitungan Tinggi Nozzle 4 mm, Debit 8,3 L/s............................. 49Tabel 4.13 Perhitungan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 10,6 L/s........................... 50Tabel 4.14 Perhitungan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 9,3 L/s............................. 51Tabel 4.15 Perhitungan Tinggi Nozzle 9 mm, Debit 8,3 L/s............................. 52Tabel 4.16 Perhitungan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 10,6 L/s ......................... 53Tabel 4.17 Perhitungan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 9,3 L/s ........................... 54

  Tabel Untuk Jumlah Sudu 28 dan Busur Sudu 74

Tabel 4.19 Perhitungan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 10,6 L/s ......................... 56Tabel 4.20 Perhitungan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 9,3 L/s ........................... 57Tabel 4.21 Perhitungan Tinggi Nozzle 14 mm, Debit 8,3 L/s ........................... 58

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Energi air adalah energi yang telah dimanfaatkan secara luas di Indonesia yang dalam skala besar telah digunakan sebagai pembangkit listrik. Beberapa perusahaan di bidang pertanian bahkan juga memiliki pembangkit listrik sendiri yang bersumber dari energi air. Di masa mendatang untuk pembangunan pedesaan termasuk industri kecil yang jauh dari jaringan listrik nasional, energi yang dibangkitkan melalui sistem mikrohidro diperkirakan akan tumbuh secara pesat.

  Selama ini ada semacam konsensus bahwa pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTM) harus mempunyai dampak ganda, baik untuk meningkatkan penyediaan dan pemerataan energi khususnya di daerah perdesaan maupun menjadikan wahana guna meningkatkan kemampuan industri dalam negeri untuk menangani pembangunan PLTM mulai dari tahap studi kelayakan, perencanaan, pembuatan mesin dan peralatan, sampai pemasangannya. Selain itu pola pengembangan PLTM diselaraskan dengan tingkat keberadaan yang berupa teknologi tepat guna di perdesaan. Teknologi perdesaan dalam pengembangan irigasi rakyat hampir sama polanya dengan diaplikasikan sejak dahulu dan diharapkan mempunyai dampak positip terhadap kreatifitas Pengontrol Beban Elektronika Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro dan dinamisme masyarakat pada pola hidup dalam rangka peningkatan kesejahteraan masyarakat perdesaan. Seperti diketahui bahwa

  

governor pada PLTM merupakan peralatan pengatur jumlah air yang masuk ke

  dalam turbin agar tenaga air yang masuk turbin sesuai dengan daya listrik yang dikeluarkan oleh pembangkit hingga putaran akan konstan. Penggunaan

  

governor tersebut kurang menguntungkan bila ditinjau secara ekonomis, karena

  harganya hampir sama bahkan melebihi harga turbin generator. Para produsen di dalam negeri masih belum sanggup bersaing dengan produksi luar negeri, baik dari segi kualitas maupun harganya. Untuk itu perlunya dibuat disain

  

Electronic Load Controller (ELC) sebagai pengontrol beban komplemen pada

PLTM dengan kapasitas sesuai yang dibutuhkan di lapangan.

  Dalam rangka mengatasi krisis energi tersebut banyak dikembangkan energi baru maupun yang terbarukan. Air merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak terbatas jumlahnya. Air juga memiliki potensi yang sangat besar dan dapat digunakan sebagai sumber energi yang dapat menggantikan penggunaan energi fosil. Air merupakan sumber energi yang bersih karena tidak menghasilkan polutan. Berbeda dengan sumber energi fosil air tidak mempunyai potensi merusak ozon maupun potensi pemanasan global.

  Pembangkit listrik tenaga air menggunakan turbin sebagai alat untuk generator listrik. Untuk daya yang kecil (mikrohidro/pikohidro) turbin aliran silang (crossflow) banyak digunakan. Sudu turbin crossflow biasanya dibuat dari pelat yang dilengkung. Pembuatan sudu tersebut tentu saja tidak mudah, apalagi bagi masyarakat kebanyakan. Geometri sudu turbin crossflow sebenarnya sama dengan geometri pipa yang dibelah dengan besar sudut busur tertentu. Oleh karena itu sudu turbin dapat dibuat dari pipa yang dibelah, sehingga pembuatannya lebih mudah. Pembuatan runner yang mudah akan membuat biaya yang dikeluarkan menjadi murah. Masyarakat akan dapat membuat sendiri sehingga masyarakat dapat berswadaya energi listrik. Sampai sekarang ini pemanfaatan pipa dibelah sebagai sudu turbin crossflow tidak banyak dilakukan sehingga informasi mengenai unjuk kerjanya kurang diketahui.

1.2 Rumusan Masalah

  Pemanfaatan energi potensial air belum maksimal, hal ini ditunjukan dengan tidak terdapatnya jaringan listrik untuk daerah terpencil. Maka, perlu diterapkan teknologi untum memanfaatkan potensi tersebut. Salah satunya adalah turbin crossflow

  Penelitian tentang informasi unjuk kerja dari turbin crossflow dengan sudu dibuat dari pipa dibelah.. Turbin akan dibuat dari pipa berdiameter 1,25 inchi yang dibelah menjadi tiga dengan besar busur sudu 90 .

  1.3 Tujuan Penelitian

  Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja turbin aliran silang dengan jumlah sudu 24 buah dengan besar busur sudu 90 . Turbin yang dibuat akan diketahui besar daya dan efisiensi total yang paling besar dalam menghasilkan listrik.

  1.4 Batasan Masalah

  Dalam penelitian yang dilakukan, ada beberapa turbin aliran silang yang digunakan. Penulis dalam melakukan penelitian membatasi pengertian turbin aliran silang sebagai berikut : Runner turbin terbuat dari pipa besi yang dibelah dengan busur sudu 90 dan jumlah sudu 24.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Pengertian Turbin Aliran Silang

  Turbin aliran silang (cross flow) dikembangkan oleh Michell (Australia) dan Bangki (Honggaria), sehingga turbin ini disebut juga turbin Michell-Bangki. Turbin aliran silang disebut juga turbin ossberger, yaitu arah aliran masuk air ke sudu turbin secara radial. Air dialirkan melewati sudu-sudu jalan yang berbentuk silinder, pertama-tama air dari luar masuk melalui sudu- sudu silinder dan kemudian kemudian dari dalam keluar melalui sudu-sudu.

  Aliran air yang melewati sudu ada dua tingkatan. Tingkatan pertama, air masuk melalui sudu atas. Daya yang dihasilkan lebih besar dari tingkat pertama yaitu 80 % dari tingkat kedua. Tingkat kedua, air keluar melalui sudu bagian bawah. Daya yang dihasilkan kurang lebih 20% dari daya yang dihasilkan pada tingkat pertama.

  Turbin lairan silang (cross flow) sangat baik digunakan untuk pusat tenaga air yang kecil dengan daya yang dihasilkan ± 750 KW. Ketinggian head yang bisa digunakan yaitu diatas 1 m sampai dengan 200 m. kapasitas aliran air

  2

  2

  0,02 m /detik sampai dengan 7 m /detik. Kecepatan putaran turbin aliran silang

• 1 -1

  antara 60 menit sampai 200 menit . Hal ini dipengarui oleh diameter daerah daya turbin yang disebut diatas, turbin aliran silang cocok digunakan untuk menggerakan penggilingan, penggergaji kayu, generator listrik kecil, pompa-pompa.

2.2 Bagian Turbin Aliran Silang

  Pada dasarnya turbin aliran silang terdiri dari tiga bagian utama, yaitu:

  1. Roda Jalan Turbin Aliran Silang terdiri dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel dan sebuah nosel. Ukuran nosel disesuaikan dengan ukuran runner turbin.

Gambar 2.1 Runner Turbin

  2. Alat Pengarah

Gambar 2.2 Alat Pengarah Nozzle

  3. Rumah Turbin

  Turbian aliran silang dapat digunakan untuk mengerakan generator listrik kecil. Untuk itu perlu adanya komponen tambahan yang disebut generator. Pada prinsipnya generator dapat juga disebut sebagai alternator, tetapi biasanya altenator lebih mengacu pada bentuk yang lebih kecil yang biasa digunakan pada otomotif. Altenator adalah suatu alat elektromekanikal yang mengkonversi daya mekanis menjadi energi elektrik.. Altenator memiliki 3 bagian yang penting, yaitu :

  1. Rotor Yang dimakud dengan rotor adalah bagian yang berputar yang menjadi satu dengan poros alternator yang terdapat magnet permanen atau lilitan induksi magnet. Pada rotor terdapat bagian yang berfungsi sebagai kutub magnet yang terletak pada sisi luar dari lilitan. Rotor ditumpu oleh dua buah bearing, pada bagian depannya terdapat puli.

  2. Stator Stator adalah bagian yang statis pada altenator yang berupa inti besi yang dibungkus dengan kawat tembaga. Bagian ini berupa lilitan yang berfungsi untuk menghasilkan arus bolak-balik (AC).

  3. Dioda Dioda mengkonversi arus bolak-balik yang dihasilkan oleh pasangan rotor dan stator menjadi arus searah.

Gambar 2.4 Altenator (Forcefield, 2003)

  Besarnya arus yang dihasilkan oleh altenator tergantung pada besarnya putaran . alternator dan kekuatan medan magnet Altenator menghasilkan listrik dengan prinsip yang sama pada DC generator, yakni adanya arus pengumpan yang disebut arus eksitasi saat terjadi medan magnet disekitar kumparan. Dari alternator dapat di ukur arus (I) dan tegangan keluaran (V) yang kemudian digunakan untuk menentukan besarnya daya yang dihasilkan

2.3. Pergerakan Air Turbin Aliran Silang

  Pada gambar 2.5 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk kedalam runner pada titik A dengan sudut α yang bersinggungan dengan keliling runner.

  Kecepatan air sebelum memasuki runner dapat dihitung dengan persamaan:

  V

  1

  =C (2gH)

  ½

  (Banki, 2004, hal 6) …….................................2.1 dengan :

  V

  1 = Kecepatan absolut.

  H = Head ketinggian C = Koefisien berdasarkan nosel

  Dalam turbin berhubungan dengan komponen – komponen kecepatan yaitu: V = Kecepatan mutlak v = Kecepatan relatif u = Kecepatan tangensial roda turbin. α adalah sudut antara kecepatan absolut dengan kecepatan keliling lingkaran runner dan

  β adalah sudut antara kecepatan relatif dengan kecepatan keliling lingkaran runner. Dengan indek 1 menandakan kecepatan masuk dan indek 2 menandakan kecepatan keluar sudu jalan turbin.

Gambar 2.5 Aliran pergerakan air pada Turbin Aliran Silang

  (Mockmore, 2004, hal. 6) Alur pergerakan air pada kenyataannya tidak seperti yang terdapat dalam

gambar 2.5 karena terdapat defleksi sebesar θ seperti dalam gambar 2.6.Gambar 2.6 Defleksi pada pergerakan air pada Turbin Aliran Silang

2.4. Perancangan Turbin Aliran Silang

2.4.1 Segitiga Kecapatan Sudut ditentukan oleh nilai ,V , dan u .

  β α

  1

  1

  1

  1 Gambar 2.7 Segitiga kecepatan pada Turbin (Mockmore,2004, hal.8)

  Jika u = ½ V cos ……....................................................................2.2 α

  1

  1

  1

  maka tan = 2 tan ...........................................................................2.3 β α

  1

  1 o

  jika = 16 α

  1 o o o

  maka =29 ,50 atau 30 atau nilai pendekatan.

  β

  1

  (Mockmore, 2004, hal 10) ' adalah sudut sudu keluar sisi atas pada keliling dalam runner. β

2 Dengan asumsi v = v dan = untuk membuat aliran pancaran air

  1

  2

  1

  2

  α α

  

o

radial maka besarnya ' = 90 .

  β

Gambar 2.8 Gabungan segitiga kecepatan pada Turbin Aliran

  Silang (Mockmore, 2004, hal 11)

   Perhitungan Dimensi Turbin

  2.4.2

  a. Diameter Luar runner (D )

  1 ½

  D1 = 862H /N (Mockmore, 2004, hal 14) ...................2.4 dengan : H = head ketinggian (ft) N = putaran turbin (rpm)

  b. Panjang Turbin (L) 144 Q L = (Mockmore, 2004, hal 15 )…. _{1 2}

  2.5 D × Ck × ( ₁ 2 gH ) Q = Debit aliran air (cfs) C= Koefisien nosel = 0,98 k = Faktor koreksi = 0,087 c. Perbandingan panjang dan diameter turbin

  LD

  1

  = 210,6Q/H ^{2 1} (Mockmore, 2004, hal 17) ..................2.6

  d. Jari-jari kelengkungan sudu ( ρ)

  ρ = 0,3261 r

  1 (Mockmore, 2004, hal 15) ...............................2.7

  dengan : r

  1

  = jari-jari luar runner (in)

  e. Lebar velk radial (a ) a = 0,17D

  1 (Mockmore, 2004, hal 12) ...............................2.8 f. Jarak antar sudu (t) Jarak antar sudu meliputi jarak antar sudu pancaran air masuk (s

  1

  ), jarak sudu pancaran air keluar (s

  

2

  ) dan jarak antar sudu (t) (gambar 2.14) s

  1 = kD 1 (Mockmore, 2004, hal 14) ...............................2.9

  s

  2 = t(r 2 /r 1 ) (Mockmore, 2004, hal 11) .............................2.10

  t = s

  1

  /sin β

  1

  (Mockmore, 2004, hal 10) .............................2.11 g. Jumlah sudu (n) n = /t (Mockmore, 2004, hal 17) .............................2.12

  1

  л D

  h. Jarak pancaran dari poros (y ) (gambar 2.17)

  1

  y

  1 = (0,1986-0,945k) D 1 (Mockmore Banki, 2004, hal 14)..2.13

  i. Jarak pancaran dari keliling dalam (y

  2 ) (gambar 2.17)

  y = (0,1314-0,945k) D (Mockmore, 2004, hal 14) ....2.14

  2

  1 Gambar 2.11 Alur pancaran air (Mockmore, 2004, hal. 13)

  j. Efisiensi maksimal turbin jika u = ½ V cos α

  1

  1

  1

  ψ = koefisien empiris yang nilainya sekitar (0,98) (Mockmore, 2004, hal)

  2

  2

  (1 +

  1 (Mockmore, 2004, hal 9)…2.15

  ε max = 0,5 C ψ ) cos α k. Nosel

  Nozle pada turbin crossflow berbentuk persegi panjang. Ukuran nozle ditentukan dengan : A = Q/V (Mockmore, 2004, hal 17) .............................2.16

  1 So = A / L (Mockmore, 2004, hal 17) .............................2.17

  l. Sudut pusat sudu jalan (gambar 2.12) Tan ½

  1 /(sin 1 + r 2 /r 1 ) .............................................2.18

  δ = cosβ β m. Perhitungan poros

  Parameter-parameter yang digunakan dalam perhitungan poros sebagai berikut ;

• P = daya yang ditransmisikan (kW)
• Fc = faktor koreksi (Sularso, 2004, hal. 7)
• n = putaran poros (rpm)

  Pd = fc×P (kW) .........................................................2.19

• T = momen puntir rencana (kg.mm)

  5 Pd

  = 9,74 × 10 × ..............................................2.20 T ..

  

n

  2 ^B

• = kekuatan tarik bahan (kg/mm )

  σ

• Sf dan Sf = faktor keamanan

  1

  2

• Cb = faktor Cb nilainya 1,2 sampai 2,3. Jika diperkirakan tidak terjadi pembebanan lentur maka Cb = 1.
• Kt = faktor Kt dipilih 1,0 jika beban dikenakan secara halus;

  1,0-1,5 jika dikenakan sedikit beban kejutan atau tumbukan; dan 1,5-3,0 jika beban kejutan atau tumbukan besar.

  2

  σ _B τ = (kg/mm ) .......................................2.21 _a

  Sf

  1 Sf ×

  2

  ( )

• d = diameter minimal poros (mm)

  s _{3 1}

  ⎡ ⎤ 5 , 1 d s = × Kt × Cb × T ..............................................2.22

  ⎢ ⎥ τ _a

  ⎣ ⎦ n. Perhitungan Daya yang tersedia (P ) P = QHe/8,8

  in

  P = QHe/8,8 (HP) …..............................................................2.23 Q = Debit air (cfs) H = Tinggi air jatuh (head) (feet) o. Perhitungan Daya Keluaran (P out )

  P out = V x I .............................................................................2.24 V = Tegangan (volt) p. Perhitungan Efisiensi Total ( η)

  η = % 100

  × _in ^out

  P P

  .....................................................................2.26

2.5. Tinjauan Pustaka

  Unjuk kerja turbin crossflow dipengaruhi oleh banyak parameter antara lain adalah jumlah sudu, sudut pancaran air masuk, sudut keluar, posisi pancaran air masuk, lintasan aliran air di dalam turbin, rasio lebar dan diameter runner, rasio diameter dalam dan diameter luar serta manufaktur runner maupun nozle. Penelitian tentang turbin crossflow banyak dilakukan untuk sudu yang dibuat dari plat yang dilengkung. Turbin crossflow yang dilengkapi dengan saluran pengarah di dalam runnernya pernah dibuat dan diuji (Olgun, 2000). Saluran pengarah dibuat dengan tujuan untuk mengumpulkan dan mengarahkan air yang keluar dari sudu atas agar dapat menuju sudu bawah dengan lebih baik. Tiga bentuk saluran telah dibuat dan diuji dengan berbagai variasi posisi saluran pengarah serta variasi bukaan nozle. Penambahan saluran didalam runner ternyata tidak menaikkan efisiensi tetapi justru menurunkan efisiensi turbin crossflow sebesar 5 %.

  Penelitian terhadap pengaruh perbandingan diameter dalam dan diameter luar runner juga telah dilakukan (Olgun, 1998). Dalam penelitian ini digunakan 4 buah runner. Runner yang diuji mempunyai jumlah sudu 28 buah, diameter luar 170 mm, dan lebar 114 mm. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar untuk tiap runner dibuat berbeda. Perbandingan diameter dalam dan diameter luar yang digunakan adalah 0,75; 0,67; 0,58; dan 0,54. Sudut efisiensi tertinggi dicapai pada perbandingan 0,75 dan terendah pada perbandingan 0,54 dengan perbedaan sebesar 3%. Efisiensi tertinggi yang bisa dicapai adalah sebesar 72%.

  Penelitian terhadap pengaruh sudut nozle menunjukkan bahwa efisiensi akan semakin besar jika sudut nozle semakin besar (Khosrowpanah, 1988).

  Penelitian ini menggunakan 3 buah runner dengan jumlah sudu 20, 15 dan 10 serta 1 buah runner dengan diameter setengah dari diameter runner yang lain, sedangkan jumlah sudunya 20. Dari penelitian ini juga didapatkan bahwa efisiensi tertinggi dari tiap runner dicapai pada kecepatan spesifik yang sama.

  Semakin banyak jumlah sudu akan memberikan efisiensi yang semakin tinggi, namun jumlah sudu tersebut ada batasnya. Untuk sudut nozle tertentu efisiensi maksimum dicapai pada jumlah sudu tertentu. Ada jumlah sudu optimum untuk sudut nozle tertentu (Joshi,1995).

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

  PENGOLAHAN PENGAMBILAN DATA TURBIN ALIRAN SILANG PENELITIAN TURBIN ALIRAN SILANG PEMBUATAN TURBIN ALIRAN SILANG PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG STUDI PUSTAKA MULAI SELESAI

  3.2 Bahan Penelitian

  Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

  a. Pipa hitam diameter 1,25 inch, panjang 1 m

  b. Plat tebal 15 mm x 100 mm x 100 mm, 2 buah

  c. Besi poros diameter 30 mm x 300 mm

  3.3 Peralatan Penelitian

  a. Alat uji turbin

  b. Tachometer

  c. Peralatan kerja bangku

  d. Alat ukur ( roll meter, jangka sorong, siku )

  e. Mesin Bubut, mesin Skrap, Mill, Bor

  f. Gergaji besi

  g. Las asetelin

  3.4 Jalannya Penelitian

3.4.1 Persiapan

  Tahap awal dari penelitian ini adalah studi pustaka. Pada tahap ini, bahan- bahan yang akan digunakan sebagai referensi yang kemudian dikumpulkan. Referensi yang akan dikumpulkan berasal dari berbagai sumber, namun kebanyakan berasal dari internet. Referensi ini berupa hasil penelitian lembaga lain dan buku-buku acuan.

  Tahapan selanjutnya adalah pembuatan jadwal kerja yang akan digunakan sebagai pedoman untuk mencapai efisiensi waktu yang maksimal.

3.4.2 Pembuatan Alat Desain Alat

3.4.2.1 Pada tahapan ini, gambar kerja dibuat. Sebelum membuat gambar kerja, terlebih dahulu dibuat sketsa alat.

  Alat uji turbin ini juga digunakan pada pelaksanaan uji prestasi. Penelitian akan dilaksanakan dengan membuat sebuah runner bawaan dari alat uji turbin. Sedangkan perbedaannya terletak pada besarnya busur sudu, bahan sudu, dan proses manufakturing runner.

  Runner bawaan dari alat uji turbin akan dilepas, dan digantikan dengan runner yang akan dibuat sendiri. Sedangkan kmponen lain seperti rumah runner, generator, sabuk dan puli, panel-panel listrik dan nosel akan tetap dipakai dalam rangkaian ini.

  Penelitian ni tidak dilakukan di lapangan, melainkan disimulasikan dengan menggunakan peralatan-peralatan yang telah direncanakan dan dipersiapkan oleh kelompok studi Rekayasa Tenaga Air. Untuk menggantikan laju aliran sungai, digunakan dua pompa yang masing-masingnya berkapasitas 10 L/s.

  Pompa mengalirkan air yang ditampung pada sebuah bak air berkapasitas 240 liter. Air tersebut dipompakan menuju ke nosel melalui pipa penstock berdiameter 2 inch. Untuk mengatur debit dan head masuk nosel, dipasang dua buah kran pada pipa penstock. Air yang masuk ke nosel akan digunakan untuk memutar runner di dalam

  Untuk pembuatan Runner, dipakai sudu dari pipa yang dibelah. Perancangan dan perhitungannya sebagai berikut : a. Data perancangan :

  rumah runner, kemudian masuk kembali ke dalam bak penampung. Poros runner dihubungkan ke poros generator menggunakan transmisi sabuk dan puli. Generator akan menghasilkan listrik. Listrik yang dihasilkan kemudian diukur saat pengambilan data.

3.4.2.2 Perancangan Runner

• Debit ( Q ) = 10,6

  s L

  3

  /s

• Head (H) = 4,5 m

  = 14,76 ft

• Koefisien nosel (C) = 0,98
• Faktor koreksi (k)

  = 0,087

• Sudut masuk (

  α) = 16º

  2

• Gravitasi (g) = 32,18 ft/s
• Diameter pipa sudu (d

  1 ) = 1,25 inch

  = 0,37 cfs = 0,0106 m b. Velocity of jet nozzle (V) V = C 2 . g . h

  2 32 ,

  3 14 ,

  76 V = 0,98 × × V = 30,211 ft/s

  c. Radius Sudu ( ρ)

  ρ = 0,5 d

  1

  ρ = 0,5 . 1,25 ρ = 0,625 inch

  d. Diameter runner (D

  1 )

  ρ = 0,326 . r

  1

  r

  1 = 0,625 / 0,326

  D = 3,834 inch

  1

  e. Panjang dan diameter runner (LD _{1 2} 1 ) LD

  1 = 210 . Q/H _{1 2} LD 1 = 210 . 0,283 / (14,76)

  LD

  1 = 15,485 inch f. Panjang runner (L) L = 15,485/D

1 L = 15,485/3,834

  L = 4,038 inch

  g. Kecepatan putar runner (N) _{1 2} N = 862 . H / D ₁

  1 ₂ N = 862 . (14,76) / 3,834

  N = 863,796 rpm

  h. Lebar nozzle (s ) A = Q / V A = 0,283 / 30,211

2 A = 0,009 ft

  S = A / L S = 0,009 . 144 / 4,038 S = 0,321 inch i. Jumlah sudu (n) n = 24 buah j. Jarak sudu pada runner (s

  1 ,t)

  n =

  1 / t

  π . D 24 = 3,14 . 3,834 / t t = 0,502 inch S = t . sin

  1

  1

  β

• 1

  S

  1 = 0,502 . sin ( tan ( 2 . tan 16 ))

  S

  1 = 0,25 inch

  k. Diameter dalam runner (D

  2 )

  D

  2 = 2,399 inch

  l. Radial Rim width (a) a = (D

  1 – D 2 ) / 2

  a = (3,834 – 2,399) / 2 m. Daya air (P air ) P = QHe / 8,8

  air

  P air = 0,37 . 14,764 / 8,8 P air = 0,474 HP n. Efisiensi turbin

  U

  1 = ( V 1 . cos

  α ) / 2 U

  1 = ( 30,211 . cos 16 ) / 2

  U = 14,52 ft/s

  1 u ⎛ u ⎞ ^{2 1 1}

  2 C 1 cos −

• =

  T ( ψ ) α

  η ¹ ⎜⎜ ⎟⎟

  V ₁ V _{1 2} ⎝ ⎠ 14 ,

  52 ⎛ 14 , 52 ⎞ 2 × , 98 × ( 1 , + T = 98 ) cos 16 −

  η ⎜ ⎟ 30 , 211 30 , 211

  ⎝ ⎠

  T = 0,878

  η o. Daya turbin maksimum ( P turbin , P d ) P turbin = P air .

  η P turbin = 0,474 . 0,878 p. Torsi ( T ) T =

9 T =

  N P _d × × ⁵

  10 74 ,

  863 796 , 31 , 10 74 ,

  9 ⁵ × × T = 349,55 N q. Bahan poros

2 Sf

  1

  3

  σ

  r. Diameter poros _{3 1}

  2

  a = 0,833 kg/mm

  τ

  10 ×

  4

  = 3 Sf

  a =

  σ τ

  B = 10 kg/mm

  = _{2 1} Sf Sf ^B

  a

  τ

  2 = 4

  ×

  1 ₃ ⎡ 5 , 1 ⎤

  d =

  

55

, 833 ⎢⎣ ⎥⎦

  s × 1 , 5 × 1 × 349 ,

  d = 14,75 mm ( dipilih 25 mm )

  s

  s. Geometri turbin Diameter pipa untuk sudu (d ) = 1,250 inch = 31,750 mm

  1 Radius sudu (r 1 ) = 0,625 inch = 15,875 mm

  Diameter runner (D

  1 ) = 3,834 inch = 97,393 mm

  Panjang runner (L) = 4,038 inch = 102,58 mm Radial rim width (a) = 0,718 inch = 18,237 mm Diameter dalam = 2,399 inch = 60,950 mm Lebar nosel (S ) = 0,321 inch = 8,1354 mm Jarak sudu pada piringan (t) = 0,502 inch = 12,751 mm Diameter poros = 0,984 inch = 25,000 mm Sudut busur sudu (

  90 δ) =

  Sudut masuk ( =

  16 α)

   Pembuatan Runner

3.4.2.3 Setelah perancangan selesai, dilanjutkan dengan pembuatan runner. Langkah

  pertama adalah pembuatan sudu. Pipa hitam dipotong-potong dengan panjang 103 mm, kemudian dibelah dengan sudut 90 sebanyak 24 buah. Pembelahan dilakukan dengan mesin skrap.

  Pembuatan alat dilanjutkan dengan membuat piringan dan poros runner. Piringan dan poros dibentuk dengan mesin bubut. Poros dibubut dengan beberapa ukuran diameter yang berbeda. Pada bagian yang akan dilas dengan piringan, diameter poros 28 mm. sedangkan pada bagian luar piringan (baik kanan piringan maupun bagian kiri dari piringan) berdiameter 25 mm. Diameter poros antara dua piringan dibuat 10 mm.

  Untuk piringan dibuat 2 buah, satu untuk sebelah kanan dan satu untuk sebelah kiri. Piringan ini dibentuk mirip dengan contoh turbin yang sudah ada. Setelah piringan ini dibentuk maka piringan tersebut dilas dengan poros.

  Untuk pengelasan sudu dilakukan secara bertahap. Sebelum dilakukan pengelasan terlebih dahulu dibuat mal piringan yang pada bagian tepinya telah dibuat alur untuk menempelkan sudu pada piringan supaya dapat urut dan teratur. Setelah itu mal ditempel pada piringan dengan dilas. Setelah mal ditempel pada piringan maka sudu dapat dilas dengan posisi sesuai dengan mal. Untuk pengelasan dilakukan dengan

  Setelah semua sudu dilas, dilakukan finishing dengan gerinda tangan. Hal ini dilakukan agar sisa pengelasan dapat diratakan. Untuk mengetahui baik buruknya hasil pengerjaan maka dilakukan balancing geometri dengan mesin bubut.

3.4.2.4 Pemasangan Runner ke Modul

  Runner kemudian dipasang ke alat uji turbin. Setelah selesai dipasang, rumah bantalan yang berada disebelah kanan dan kiri rumah runner dipasang. Setelah itu dilakukan pemasangan kopling transmisi sabuk dan puli.

  Setelah semua bagian-bagian terpasang, maka penelitian dilanjutkan dengan uji prestasi.

3.4.3 Uji Prestasi

  Pada tahap ini dilakukan pengambilan data untuk mengetahui unjuk kerja dari modul mikrohidro.

  Variabel yang divariasikan :

  a. Debit air, yaitu : 10,6 L/s, 9,3 L/s, 8,3 L/s c. Lebar nozzle : 4 mm, 9 mm, 14 mm Variabel yang diukur :

  a. Head air

  b. Tegangan yang dihasilkan generator

  c. Arus yang dihasilkan generator

  d. Putaran Generator Langkah penelitian :