PIKOHIDRO MENGGUNAKAN TURBIN TIPE ROTOR SEKRUP PARSIAL

  Yulianto dkk, Pikohidro Menggunakan Turbin, Hal 1-17

PIKOHIDRO MENGGUNAKAN TURBIN

TIPE ROTOR SEKRUP PARSIAL

₁₎

  

Yulianto

₂₎

Bambang Priyadi

₃₎

Tarmukan

  Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Malang

  

Abstrak

Untuk meningkatkan daya guna sumber energi terjun air pada aliran

datar yang tersedia cukup banyak, perlu dikembangkan alat konversi

energi berupa turbin dan generator. Sepasang perangkat ini berfungsi

untuk mengubah energi potensial air menjadi energi listrik. Untuk itu,

perlu adanya perancangan turbin yang efektif dan efisien jika diterapkan

pada aliran datar. Perancangan yang telah dibuat berupa turbin sekrup

yaitu turbin dengan rotor berbentuk sekrup unik dimasukkan dalam

sebuah pipa pesat unik sehingga dapat mengkonversi sebagian besar

energi terjun air menjadi energi mekanik secara efektif.

Pada penelitian ini dilakukan rancang bangun dan pengujian turbin

sekrup yang digunakan untuk memutar generator arus searah sehingga

menghasilkan listrik. Yang menjadi variabel penelitian adalah

karakteristik turbin meliputi sudut sudu, kecepatan putar, dan torsi.

_{o o o}

Pengujian dilakukan dengan mengubah sudut sudu 45 , 60 , dan 75

untuk kondisi tanpa beban dan berbeban dengan debit aliran konstan. _o

Hasil pengujian menunjukkan bahwa pada sudut sudu rendah (45 )

diperoleh putaran dan torsi lebih rendah, demikian juga pada sudut sudu

_o

yang terlalu besar (75 ). Hasil yang paling baik diperoleh pada sudut

_o

sudu 60 . Kelemahan turbin ini yaitu jatuhnya kecepatan putar akibat

pembebanan tidak diimbangi dengan naiknya torsi, tapi sebaliknya yaitu

justru mengakibatkan jatuhnya torsi. Dari hasil pengujian menunjukkan

bahwa pembebanan sebaiknya tidak menyebabkan jatuhnya kecepatan

putar sampai dibawah 50 % putaran tanpa beban agar diperoleh daya

output optimal.

  Kata-kata kunci: pikohidro, turbin sekrup, parsial, aliran datar.

  Jurnal ELTEK, Vol 16 Nomor 02, Oktober 2018 ISSN 1693-4024

Abstract

  

In order to increase the efficiency of energy sources plunging water on

the available flat flow, there is a need to develop an energy conversion

tool in the form of a turbine and generator. This pair of devices serves to

convert the potential energy of water into electrical energy. For this

reason, it is necessary to design turbines that are effective and efficient

if applied to flat flow. The design that has been made in the form of a

screw turbine is a turbine with a unique screw-shaped rotor inserted in

a unique rapid pipe so that it can convert most of the waterfall energy

into mechanical energy effectively.

In this research, the design and testing of screw turbines are used to

rotate direct current generators to produce electricity. The research

variables are turbine characteristics including blade angle, rotational

speed, and torque. The test is carried out by changing the blade angle of

_{o o o}

45 , 60 , and 75 for no-load and load conditions with a constant flow

rate. _o

The test results show that at a low blade angle (45 ) a lower rotation

and torque is obtained, as well as the angle of the blade that is too large

_{o o}

(75 ). The best results are obtained at the angle of the 60 blade. The

disadvantage of this turbine is that the fall in rotational speed due to

loading is not matched by an increase in torque, but on the contrary, it

results in a fall in torque. From the test results show that loading should

not cause a fall in the rotating speed to below 50% of the load without

load in order to obtain optimal output power.

  Keywords: pycohydro, screw turbine, partial, streamline flow.

1. PENDAHULUAN

  Kebanyakan sungai-sungai berupa aliran datar atau mempunyai kemiringan terjun air yang kecil, tapi mempunyai debit yang cukup besar. Dengan mengandalkan debit air, aliran ini memiliki energi yang cukup untuk digunakan sebagai pembangkit listrik skala piko. Untuk mengkonversi tenaga air menjadi tenaga putar diperlukan turbin dengan desain yang tepat. Turbin yang umum digunakan berupa kincir air sehingga banyak energi air yang terabaikan dan tak bisa dikonversi ke energi mekanik. Turbin jenis lain adalah Archimedes screw generator (ASG) digunakan pada ketinggian terjun air yang rendah karena memiliki efisiensi lebih 80%, dengan harga yang kompetitif, dan tidak mempunyai pengaruh lingkungan yang cukup berarti. Pada

  2

  Yulianto dkk, Pikohidro Menggunakan Turbin, Hal 1-17

  ketinggian terjun air rendah (kurang dari 5 meter), ASG memiliki potensial terbesar dibandingkan jenis lainnya [1]. Parameter ASG yang berpengaruh terhadap hasilnya adalah diameter luar dan dalam dari ulir, kemiringan, jarak ulir, dan kondisi masukan dan keluaran. Disamping ketinggian terjuan air itu sendiri. Turbin Archimedes screw merupakan jenis turbin yang bekerja pada laju aliran air yang rendah dan dapat dimanfaatkan untuk pembangkit listrik level mikro. Keccepatan putar maksimum poros turbin di _o capai jika turbin pada elevasi sudut 30 [1]. Tekanan maksimum terjadi pada inlet turbin dengan satu sudu dan laju aliran pada sitem turbin Archimedes berbanding terbalik terhadap jumlah sudu. Semakin banyak jumlah sudu yang dimiliki turbin maka semakin berkurang laju aliran yang dihasilkan [2]. Kecepatan putar turbin screw tergantung pada jarak pitch, juga gesekanan yang terjadi antara air dan permukaan sudu [3].

  Dalam artikel ini ditawarkan jenis turbin yang dapat digunakan pada aliran datar dengan efisiensi yang baik, karena seluruh aliran air diumpankan ke turbin. Jenis turbin ini dinamakan turbin rotor sekrup parsial, yaitu sebuah rotor bentuk sekrup dilengkapi dengan potongan sudu-sudu yang dapat diatur sudutnya dimasukkan dalam pipa pesat sebagai nozzle. Sisi depan pipa pesat berupa corong sebagai kolektor atau pengkondisi aliran, dan sisi belakang berupa nozzle untuk memperoleh torsi dan kecepatan putar yang optimal. Kebanyakan turbin memiliki banyak kelemahan, kurang efisien, dan tidak kopatibel dengan ketinggian terjun air rendah dan debit besar. Penyelesaian yang ditawarkan adalah menggunakan turbin tenggelam, seluruh aliran air normal dialirkan ke dalam pipa kolektor dan nozzle yang dilengkapi dengan rotor berbetuk ulir unik. Sudu berbentuk sekrup sebagai rotor turbin dipasang di dalam pipa kolektor dan nozzle, sehingga seluruh aliran air dengan debit besar akan melalui pipa kolektor dengan aliran dipercepat dan menuju sisi nozzle dengan kecepatan optimal dan memutar rotor dengan torsi dan kecepatan optimal pula. Pada kondisi banjir, air meluber tanpa merusak atau mengganggu kerja turbin karena debit dan level terjun air tidak terlalu berubah.

  Jurnal ELTEK, Vol 16 Nomor 02, Oktober 2018 ISSN 1693-4024

  Untuk keperluan ini harus dirancang khusus bentuk turbin yang kemudian dinamakan turbin sekrup. Tujuan dari penelitian ini adalah rancang bangun turbin untuk pikohidro yang kompatibel dengan aliran datar. Turbin yang terdiri dari rotor berbentuk sekrup dimasukkan dalam pipa pesat atau nozzle. Bentuk unik turbin dan karakteristiknya yang akan menjadi temuan baru. Sudu yang panjang memiliki torsi total sepanjang sudu dan tidak ada energi yang terbuang percuma seperti halnya pada turbin lain. Turbin jenis ini sangat cocok diterapkan sebagai penggerak utama pada pembangkit listrik mikro/pikohidro (PLTM/PLTPH) dengan karakteristik aliran air datar (sungai-sungai/bukan air terjun) yang banyak dijumpai dan tersebar dari perkotaan sampai keseluruh pelosok. Di daerah tertentu yang telah terjangkau aliran listrik, PLTM/PLTPH dapat dikembangkan sebagai wisata mikrohidro atau juga sebagai saran pendidikan bagi khalayak.

2. KAJIAN PUSTAKA

2.1 Ketersediaan Sumber Daya Air

  Konsumsi energi di Indonesia selalu meningkat lebih dari 7 % per tahun[4,5]. Salah satu alternatif untuk mengatasinya adalah memanfaatkan energi terbarukan, salah satunya dengan memanfaatkan energi tenaga air yang jumlahnya sangat berlimpah. Indonesia memiliki lebih dari 6000 sungai besar.

  Sedangkan ketersediaan jumlah air permukaan rata-rata di Indonesia sebesar 88,3 ribu m3/s atau setara dengan 2,78 triliun m3/tahun [6]. Masalahnya adalah menentukan metoda agar sebagian pasokan air ini bisa dimanfaatkan untuk energi pembangkit listrik.

  Pembangkit listrik bukan mengkonversi air menjadi energi listrik, tapi mengkonversi enersi potensial air menjadi energi listrik. Karena itu yang perlu diperhatikan adalah cara memanfaatkan enersi potensial air untuk menghasilkan listrik tanpa terlalu mengganggu manfaat air untuk kebutuhan yang lainnya. Sehingga tidak terjadi konflik kepentingan antara ketersediaan sumber air dengan pemenuhan kebutuhan energi. Pemenuhan untuk irigasi dan pembangkitan listrik konvensional harus selaras.

  4

  Yulianto dkk, Pikohidro Menggunakan Turbin, Hal 1-17

2.2 Turbin Pembangkit Listrik Skala Piko

  Banyak model peralatan yang digunakan untuk konversi enersi kinetik atau potensial air menjadi enersi mekanik pada Pembangkit Listrik Tenaga Piko/Mikrohidro (PLTPH). Perangkat ini dinamakan turbin, dengan berbagai prinsip dan bentuk konstruksinya. Berikut ini beberapa macam turbin yang telah dipertimbangkan dalam perancangan turbin sekrup parsial.

  Turbin propeller (gambar 1) dengan jumlah sudu sekitar 3-6 tersusun paralel, yang dipasang pada ujung pipa pesat. Untuk pengaturan kecepatan putar dan peningkatan efisiensi, turbin propeller telah dikembangkan dengan posisi sudu dapat diatur yang kemudian disebut turbin kaplan. Dari kedua tipe turbin inilah telah diterapkan pada turbin Vortex, yang implementasinya dipasang vertikal sehingga memiliki efisiensi yang baik.

  

Gambar 1. Turbin Propeller, Kaplan, dan Vortex

  Turbin Turgo dan turbin Francis mengandalkan sudu-sudu yang dipasang paralel. Sudu-sudu dimasukkan dalam rumah sudu yang menyerupai pipa pesat. Daya tekan dan daya hisap enersi potensial/kinetik air dikonversi menjadi enersi mekanik dalam sudu-sudu tersebut. Kecepatan putar yang tinggi diperoleh dari jumlah sudu paralel yang banyak. Turbin Pelton, mempunyai prinsip kerja pancaran dari nozzel membentur sudu.

  Pada turbin Francis semua sudu terbenam air, air dialirkan kedalam rumah berbentuk ulir, pada sisi intake, enersi potensial air digunakan untuk memberikan daya tekan dan pada sisi tail menghasilkan daya isap pada rotor turbin. Pada turbin pelton, energi yang masuk ke sudu berupa energi kinetik. Disamping

  Jurnal ELTEK, Vol 16 Nomor 02, Oktober 2018 ISSN 1693-4024

  untuk mengubah enersi potensial menjadi energi kinetik, juga untuk mengatur kapasitas air yang masuk ke turbin digunakan

  

Nozzel. Debit bisa diatur dengan menggeser posisi jarum sudu.

  Bentuknya berupa pelek dengan sejumlah sudu berbentuk elipsoida di sekelilinnya.

  Turbin yang paling sederhana adalah model kincir yaitu roda diputar oleh aliran air. Jenis ini memiliki efisiensi yang cukup tinggi disamping murah, sederhana, mudah dan juga tidak begitu berdampak pada lingkungan [2,7].

  Jenis Archimedes screws pada gambar 3 adalah jenis turbin dengan sudu-sudu berbentuk ulir yang panjang dimasukkan dalam pipa. Turbin ini bukan teknologi yang paling efisien, tapi sederhana, kuat, dan ramah ikan. Pada turbin ini, ikan dan puing- puing kecil bisa melewati tanpa menyebabkan kerusakan. Pada gambar 3, juga ditunjukkan turbin sekrup termodifikasi untuk menyesuaikan kondisi aliran sungai. Turbin ini terdiri dari rumah sebagi kolektor dan rumah sebagai nozzle. Pada sudu-sudu berupa ulir dilengkapi dengan pengkondisi pra aliran dan sudu pengatur kecepatan putar. Prioritas utama untuk mendapatkan enersi terletak pada debit aliran air disamping ketingggian terjun air.

  Turbin Ulir Turbin Sekrup

Gambar 3. Turbin Ulir[8,9] dan Turbin Skerup[9]

3. METODE

  Secara garis besar metode penelitian ini melalui rancang bangun turbin yang kompatibel dengan kondisi yang dibutuhkan, yaitu diperuntukkan pada sungai-sungai yang umumnya memiliki aliran datar (ketinggian terjun air yang rendah) tapi memiliki debit air yang cukup. Hasil rancang bangun turbin diuji-cobakan dilapangan untuk mengetahui unjuk kerjanya, meliputi kecepatan putar dan torsi yang dihasilkan pada debit konstan. Berikut ini langkah-langkah metodologi penelitian yang telah dilakukan.

  6

  Yulianto dkk, Pikohidro Menggunakan Turbin, Hal 1-17

3.1 Rancang Bangun Turbin

  Turbin terdiri dari rotor berbentuk sekrup dengan diameter tertentu dilengkapi dengan sudu-sudu parsial yang dapat diatur _{o o o} sudut kemiringannya (45 ,60 , dan 75 ). Rotor dimasukkan dalam pipa pesat yang terdiri dari dua bagian, yaitu (1) sisi depan sebagi kolektor/ pengkondisi aliran dan (2) sisi belakang sebagai nozzle untuk mendapatkan kecepatan aliran air yang memadai. Pada gambar 4 ditunjukkan sketsa hasil rancangan.

  

Gambar 4. Sketsa Turbin Hasil Rancangan

  Realisasi turbin dibuat dengan spesifikasi mekanik seperti ditunjukkan pada tabel 1. Pada gambar 5 ditunjukkan bentuk fisik turbin yang telah dibuat.

  

Tabel 1. Spesifikasi Mekanik Turbin Hasil Rancang-Bangun

  1. Diameter intake penstock : 40 cm

  2. Diameter outake penstock : 30 cm

  3. Diameter rotor : 15 cm

  4. Panjang rotor : 47 cm

  5. Panjang corong depan : 35 cm

  6. Jumlah sudu : 6 biji

  7. Sudut sudu : 45 , 60 , 75

  8 Susunan sudu : Paralel, 2 putaran

  Jurnal ELTEK, Vol 16 Nomor 02, Oktober 2018 ISSN 1693-4024

3.2 Sistem Diagram Blok Pengujian

  8 Gambar 5. Bentuk Fisik dan Pembuatan Turbin

  Sistem perangkat uji-coba terdiri dari tiga bagian, yaitu: (1) turbin sebagai penggerak utama, (2) generator untuk konversi ke energi listrik, dan (3) beban untuk pengujian unjuk-kerja berbeban. Diagram blok sistem ditunjukkan pada gambar 6.

  

Gambar 6. Diagram Blok Pengujian

  Penjelasan Diagram Blok Sistem 1)

  Beban Lampu, untuk mengetahui daya output dengan cara mengukur tegangan dan arus. 2)

  Beban Mekanik, untuk mengukur torsi statis yaitu torsi pada saat turbin ditahan sampai berhenti. 3)

  RPM Meter untuk mengukur kecepatan putar pada setiap perlakuan beban ^{BEBAN LAPU TURBIN GENERATOR BEBAN MEKANIK}

  Ket: Beban lampu: untuk mengukur torsi dinamis. Beban mekanik: untuk mengukur torsi statis _{RPM METER}

  Yulianto dkk, Pikohidro Menggunakan Turbin, Hal 1-17

3.3 Langkah-langkah Pengujian

  3.3.1 Pengujian Torsi Dinamis _o

  Pengujian dimulai dengan sudut sudu diatur pada 45 , debit air dipertahankan konstan, ditunggu beberapa saat dibiarkan turbin sampai berputar stabil, diukur besarnya kecepatan putar turbin, tegangan dan arus yang terjadi pada generator. Diulangi perlakuan ini tapi terlebih dahulu dipasang beban berupa lampu dengan nilai daya tertentu. Diulang lagi tapi terlebih dahulu menambah beban lampu dengan daya yang lebih besar. Demikian seterusnya sehingga sampai beban lebih atau tegangannya jatuh mendekati nol. Setiap perlakuan selalu diamati kondisi dan perubahan aliran air. Langkah berikutnya dilakukan dengan cara _o yang sama untuk memeperoleh data dengan sudut sudu 60 dan _o 75 .

  3.3.2 Pengujian Torsi Statis

  Turbin dibebani dengan pemberat berlengan yang dipasang pada pulley terkopel generator. Pemberat berlengan digeser menjauh dari poros turbin sampai turbin berhenti dalam kondisi setimbang. Perkalian antara pemberat dan panjang lengan merupakan torsi statis dari turbin. Langkah berikutnya dilakukan dengan cara yang sama untuk memeperoleh data dengan sudut _{o o} sudu 60 dan 75 .

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian dan Pengambilan Data

  Mesin hasil rancangan diterapkan secara langsung di sungai aliran datar dengan debit aliran dan ketinggian terjun air yang relatif konstan. Pemasangan dilakukan dengan teliti untuk meminimalkan aliran air yang bocor. Turbin yang telah dikopel dengan generator dapat menghasilkan putaran dan tegangan terinduksi pada generator. Pada gambar 7 ditunjukkan proses ujicoba dan pengambilan data, serta ditunjukkan aliran turbulensi di dalam turbin. Lalu dilakukan pengujian beberapa tahap _o meliputi: (1) sudut sudu 45 , generator tanpa beban dan berbeban, _o

  (2) sudut sudu 60 , generator tanpa beban dan berbeban, dan (3)

  Jurnal ELTEK, Vol 16 Nomor 02, Oktober 2018 ISSN 1693-4024 _o

  sudut sudu 75 , dalam kondisi generator tanpa beban dan berbeban.

  Gambar 7. Pengujian Turbin

  Pada tabel 2, ditunjukkan data yang diperoleh dalam pengujian mesin dalam tiga kondisi sudut sudu. Dalam pengambilan data ini banyak temuan-temuan yang semula belum dipahami dan _o bermunculan disini. Antara lain, pada pengujian sudut sudu 45 ternyata debit air yang tersedia hanya sampai pada level setengah (50 %) dari ketinggian turbin, berarti kecepatan aliran air cukup tinggi, tapi sebaliknya ternyata putaran turbin yang diperoleh sangat rendah demikian juga torsinya. Pada tahap berikutnya _o dilanjutkan pengujian pada sudut sudu 60 diperoleh hasil: putaran meningkat dan level air juga meningkat menjadi ¾ ketinggian turbin (sebut 75 %), ini berarti kecepatan aliran air menurun, tapi kecepatan turbin dan torsi justru meningkat. Dugaan awal untuk _o sudut sudu 75 pasti kecepatan putar turbin dan torsi akan meningkat lagi. Kenyatannya tidak benar, yang dihasilkan adalah level air penuh (100 %) atau kecepatan aliran menurun, diikuti dengan kecepatan putar dan torsi turbin juga menurun.

  Turbulensi di dalam turbin hampir tidak tampak. Pengujian menggunakan butiran foam warna yang dimasukkan di dalam turbin untuk mengetahui arah aliran menjadi gagal total dan tidak dilanjutkan karena foam menjadi gangguan yang fatal dikawatirkan dapat memecahkan turbin. Dari sini dapat dibayangkan jika seekor ikan masuk dalam turbin dipastikan akan hancur berantakan. Perkiraan awal, turbin ini dapat digunakan

  10

  Yulianto dkk, Pikohidro Menggunakan Turbin, Hal 1-17

  pada air kotor (tercampur butiran sampah atau kerakol), dalam kenyataanya tidak dapat kecuali air keruh (butiran halus, misalnya pasir halus).

  

Tabel 2 Data Hasil Pengujian

Sudut Perlakuan N Turbin N Generator Tegangan Arus Output

Sudu (rpm) (rpm) Output (v) (A) _o

  45 Tanpa Beban 94,8 252,8 _o

  60 Tanpa Beban 225,0 600,0 _o

  10 60 450 6,0 0,6

Repeatable 345,5 4,0 1,5

Berbeban 281,0 4,0 1,4

  281,5 3,0 1,5 209 2,0 1,8 _o 208 1 1,9

  75 Tanpa Beban - 325 7,0 _o

  75 Berbeban 261.6 5,0 1,1 210 3,0 0,9 194 3,0 1,0 180 2,0 1,2 140 1.5 1,6 145

  1 0,1 N : kecepatan putar

4.2 Analisis dan Pembahasan

  _o

  Pengujian pada sudut 45 merupakan penelitian awal sebagai dasar dalam pengujian tahap berikutnya. Pengujian-pengujian pendahuluan ini dapat digunakan untuk mengetahui kendala di _o lapangan. Sebagai misal yaitu pengujian pada sudut 45 , memberikan petunjuk bahwa kecepatan putar turbin masih dibawah standar yaitu 94,8 rpm, data ini menyerupai dengan hasil pengujian pada penelitian sebelumnya[9] yang tanpa membandingkan kecepatan putar pada berbagai sudut sudu. Tapi hasil ini memberikan informasi bahwa ukuran turbin hampir tidak mempengaruhi kecepatan putar jika dibuat pada sudut sudu yang sama, dan dengan debit air yang sama. Data ini juga memberikan _o keyakinan bahwa pada sudut sudu 45 menghasilkan kecepatan putaran 94,8 rpm dengan catatan lokasi yang sama (kemiringan dan debit yang sama).

  Kecepatan putaran 94,8 rpm masih terlalu rendah untuk memutar generator, yang ditargetkan dengan kecepatan putar

  Jurnal ELTEK, Vol 16 Nomor 02, Oktober 2018 ISSN 1693-4024

  sebesar 1500 rpm. Peningkatan kecepatan putar digunakan pulley dengan diameter 11/16. Jadi jika kecepatan putar yang diperoleh sebesar 94,8 rpm, maka kecepatan putar turbin (16/11) x 94,8 = _o 139 rpm. Pada sudut sudu 45 ternyata tinggi jatuh air hanya separuh tinggi turbin. Ini menunjukkan bahwa pada debit yang sama, air mengalir dengan cepat tanpa diimbangi dengan kenaikan torsi sehingga dapat dikatakan banyak energi yang tidak dikonversi menjadi energi mekanik pada poros turbin. Dari pengujian ini, kecepatan putar turbin tidak memadai, hanya menghasilkan tegangan yang sangat rendah dan tidak sesuai dengan kebutuhan putaran generator.

  Sedangkan cara pengujian torsi statis digunakan pemberat berlengan. Posisi pemberat dimulai dari posisi lengan terpendek (terdekat dengan pulley), kemudian digeser menjauh sampai mencapai kondisi setimbang atau labil. Besar torsi statis adalah hasil perkalian pemberat dengan panjang lengan pada kondisi stimbang. Dari pengambilan data ini diperoleh kesimpulan bahwa pada sudut 45 , banyak energi yang tidak di konversi menjadi energi mekanik pada poros turbin. Alasan-alasan diperoleh dari pengamatan, yaitu: (1) level air intake pada posisi terendah. Ini dapat dibuktikan dari kombinasi hasil pengamatan, yaitu: (1) putaran turbin rendah, (2) torsi rendah, dan (3) tegangan yang dihasilkan generator juga rendah. Nilai-nilai ini tidak dianalisis lebih lanjut karena terbukti sistem memiliki unjuk kerja yang kurang efisien.

  Sehingga dari penelitian pendahuluan ini dilakukan modifikasi menjadi: (1) ukuran perbandingan pulley menjadi 8/3, dan (2) _o mengubah sudut sudu menjadi 60 . Hasil uji coba menunjukkan hasil putaran yang diperoleh telah dilipatkan menjadi 600 rpm atau _o putaran turbin sekitar 225 rpm. Perubahan sudut dari 45 menjadi _o 60 dapat meningkatkan putaran yang signifikan dari 139 rpm menjadi 225 rpm. Pada tabel 2 ditunjukkan hasil pengujian pada berbagai sudut sudu. Pada sudut sudu 60 dengan tanpa dilakukan perubahan debit, diperoleh hasil seperti ditunjukkan pada tabel 3.

  12

  Yulianto dkk, Pikohidro Menggunakan Turbin, Hal 1-17 _o Tabel 3. Data Hasil Pengujian pada Sudut Sudu 60

  No Variabel Hasil

  1. Putaran turbin 225 rpm

  2. Putaran generator 600 rpm

  3. Ketinggian air di dalam pipa pesat 75 %

  4. Kecepatan aliran = 0,86 m/ 0,86 m/s ₂

  5. Penampang outtage = 0,071 m2 0,071 m

  6. Debit 46 l/s

  Kecepatan aliran air menjadi lebih rendah yang dapat dibuktikan dari kenaikan level air menjadi 75% dari ketinggian turbin, tetapi putaran dan torsi turbin menjadi lebih tinggi. Ini membuktikan adanya kenaikan efisiensi dalam konversi energi terjun air menjadi energi putaran pada poros turbin. Walaupun putaran yang dihasilkan lebih tinggi dibanding dengan posisi sudu _o 45 , tapi kecepatan putar 600 rpm masih kurang memiliki kecepatan untuk menghasilkan tegangan yang lebih tinggi. _o Harapannya pada sudut sudu 75 akan mencapai target kecepatan putar, tapi kenyataannya justru sebaliknya. Kecepatan putar yang dibutuhkan adalah 1500 rpm. Karena itu disamping diperlukan perubahan sudut sudu untuk mempercepat putaran turbin juga diperlukan perubahan perbandingan pulley. Untuk mengubah perbadingan pulley harus diperhatikan torsi yang dihasilkan harus mencukupi. Perubahan perbandingan pulley diubah menjadi 8/3, hasilnya dari 225 rpm menjadi 600 rpm. Perbandingan ini dipertimbangkan berdasarkan pemikiran (1) tetap menjaga tidak terjadinya slip pada pulley, (2) ketersediaan komponen yang ada dipasaran dan mudah diperoleh, dan (3) meningkatkan kecepatan putar generator. Untuk mendapatkan putaran yang di kehendaki, seharusnya perbandingan pulley dengan rasio 6,67.

  Pengujian juga menunjukkan bahwa dengan pembebanan, kecepatan putar turbin jatuh cukup besar. Anehnya di sini yaitu dengan penambahan beban menyebabkan turunnya kecepatan

  Jurnal ELTEK, Vol 16 Nomor 02, Oktober 2018 ISSN 1693-4024

  putar disertai dengan turunnya torsi (daya) walaupun debit air dipertahankan konstan. Pada gambar 8 ditunjukkan kurva pembebanan menggunakan generator dc. _{si or T Sudut sudu 60 o}

  Kecepatan Putar

Gambar 8. Kurva Torsi vs Kecepatan Putar

  Ketika tanpa beban, kecepatan putar mencapai 600 rpm, tapi ketika dibebani, putaran menjadi berkurang sangat drastis. Pengurangan kecepatan putar turbin ini tidak disertai dengan naiknya torsi, tapi justru sebaliknya. Kecepatan putaran turun disertai dengan turunnya torsi, artinya debit air juga turun. Seperti halnya pada sebuah enginee, jika putaran turun mesin tidak bisa menghisap bahan bakar lebih banyak, sehingga daya juga akan turun. Pada turbin ini, jika putaran turun, tidak bisa menambah debit air sehingga daya turun. Salah satu cara untuk menambah debit air adalah dengan menambahkan ketinggian terjun air akan memiliki tekanan hidrostatis yang lebih besar. Dari kurva pada gambar 11, dapat diamati bahwa jatuhnya kecepatan putar dibatasi pada kisaran di dekat 50 % dari kecepatan putar tanpa beban. _o

  Pengaturan sudut sudu 75 mempunyai kasus simetri dengan _{o o} sudut sudu 45 . Jika pada sudut sudu 45 , aliran air dilewatkan begitu saja dengan konversi energi yang rendah, sebaliknya untuk _o sudut sudu 75 , aliran air ditahan sehingga menghasilkan putaran dan torsi yang rendah, sehingga total dayanya lebih rendah _o dibanding dengan kondisi sudut sudu 60 . Pada putaran generator

  14

  Yulianto dkk, Pikohidro Menggunakan Turbin, Hal 1-17

  261 rpm menghasilkan daya 5,5 watt, dan pada kecepatan putar generator 166 rpm menghasilkan daya sekitar 2,3 watt. Ini berbeda _o jika dibandingkan dengan sudut sudu 60 , yaitu menghasilkan putaran 346 rpm dengan daya sebesar 6 watt pada debit air yang sama. Besar daya ini bukan kapasitas turbin, tapi daya pengujian untuk mendapatkan karakteristik turbin secara mudah. Dari sini dapat disimpulkan bahwa sudut sudu yang paling tepat dengan _o efisiensi tertinggi adalah pada sudut sudu 60 . Perlu dicatat bahwa pengujian yang telah dilakukan di atas adalah pada debit air rata- rata yang sama dengan ketinggian terjun air yang berubah yang disebabkan oleh perubahan sudut sudu. Disamping itu pengujian dilakukan pada level air yang rendah.

5. PENUTUP

  Dari hasil rancang bangun dan pengujian pada debit air konstan dengan level terjun air sedikit berubah disebabkan _o pengaruh pemasangan turbin ternyata sudut sudu 60 memiliki torsi output yang paling besar dibandingkan dengan sudut sudu _{o o o} 45 dan 75 . Penambahan sudut sudu lebih besar dari 60 meneyebabkan kecepatan putar menurun diikuti dengan menurunnya torsi. Penambahan sudut sudu lebih besar diperlukan penambahan debit/ ketinggian terjun air untuk mendapatkan daya output yang lebih optimal. Untuk menjaga efisiensi optimal konversi energi pada turbin sebaiknya jatuh kecepatan putar berbeban tidak lebih dari 50 % kecepatan putar tanpa beban.

  Penurunan kecepatan putar turbin diakibatkan oleh pembebanan justru menyebabkan penurunan torsi, bukan sebaliknya. Pembebanan dapat menyebabkan menurunnya debit air yang melalui turbin dan meningkatkan level terjun air. Dengan rancangan tertentu, kondisi ini dapat digunakan sebagai umpan balik dalam pengendalian kecepatan putar pada kondisi perubahan beban.

  Jurnal ELTEK, Vol 16 Nomor 02, Oktober 2018 ISSN 1693-4024

UCAPAN TERIMA KASIH

  Penulis mengucapkan terima-kasih kepada Ristek DIKTI sebagai penyedia dana, kepada Direktur dan UPT P2M Politeknik Negeri Malang yang telah memberi kesempatan kepada kami, dan pimpinan wisata Sumberawan yang menyediakan lokasi sehingga terlaksananya penelitian ini.

6. DAFTAR PUSTAKA

  [1] A. Shappy, P. Knapp, J. Mullowney, C. Delaney, 2013, Optimization of an

  Archimedean Screw, Saint Michael’s College

  [2] Bachtiar A.N., Jauhar, Gamindra, 2015, “Rancang Bangun Kincir Air Sistem Knock Down Untuk Pemenuhan Energi Listrik Bagi Mayarakat Terisolir Di Sumatera Barat”, Jurnal Teknik Mesin, STTI, Padang, Indonesia, 5(2): 88-96.

  [3] C. Rorres, 2000, The Turn of The Screw Optimal Design of an Archimedes Screw, Journal of Hydraulic Engineering, p. 72- 80.

  [4] Siregar A., Syukri M., Sara I.D., Syahrizal, dan Gapy M, 2015, “Rancang Bangun Prototipe PLTPH Menggunakan Turbin Open Flume, Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2015”, 23 - 24 November 2015, Banda Aceh, Indonesia. Hal. 66 -71.

  [5] Radhika, Rendy Firmansyah, Waluyo Hatmoko, “ Perhitungan Ketersediaan Air Permukaan Di Indonesia Berdasarkan Data Satelit’, Jurnal Sumber Daya Air, 2017.

  [6] Sukamta S., Kusmantoro A., 2013; “Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Jantur Tabalas Kalimantan Timur”, Jurnal Teknik Elektro, Semarang, Indonesia 5(2): 58-03.

  [7] Syukri M., Halid R., Sukma H., 2012, “Rancangbangun Pembangkit Listrik Tenaga Pikohidro Sistem Terapung, Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2012”, 12-14 November 2012, Banda Aceh, Indonesia, Hal. A63 – A70. [8] Zulkiffli Saleh, M. Fauzan Syafitra, 2016, “Analisis

  Perbandingan Daya Pada Saluran Pembawa Untuk Suplai

  16

  Yulianto dkk, Pikohidro Menggunakan Turbin, Hal 1-17

  Turbin Ulir Archimides”, Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) . [9] Yulianto, Tarmukan, Bambang Priyadi, 2017, “Implementasi

  Turbin Rotor Sekrup Untuk Aliran Datar”, Prosiding Seminar Teknologi Elektro Terapan 1 (Jurusan Teknik Elektro vol. 2017)