POMPA SEBAGAI TURBIN AIR DENGAN IMPELER TERBUKA

   POMPA SEBAGAI TURBIN AIR DENGAN

  IMPELER TERBUKA TUGAS AKHIR NO : 785 / TA / FT-USD / TM / Februari / 2007 Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh :

  Nama : Yosafat Tri Hardi NIM : 035214030

  

PUMP AS WATER TURBINE WITH

OPEN IMPELER

FINAL PROJECT

NO : 785 / TA / FT-USD / TM / Februari / 2007

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

  By

  

Yosafat Tri Hardi

Student Number: 035214030

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, Maret 2007 Penulis

  Yosafat Tri Hardi

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan Tugas Akhir dengan judul “Pompa Sebagai Turbin Dengan Impeler Terbuka“. Adapun Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  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 yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Romo Ir. Gregorius Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., Msc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.

  2. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan dan Ketua Progran Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan

  5. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dan memberi masukan selama penyelesaian Tugas Akhir ini.

  Semoga Tuhan melimpahkan berkat dan rahmatNya atas segala kebaikan dan ketulusan yang telah diberikan.

  Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran demi penyempurnaan Tugas akhir ini. Akhirnya besar harapan penulis semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan bermanfaat bagi orang banyak.

  Yogyakarta, Januari 2007 Penulis

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL........................................................................................i LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................iii LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ..........................................................v KATA PENGANTAR .....................................................................................vi DAFTAR ISI....................................................................................................viii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................xi DAFTAR TABEL............................................................................................xii DAFTAR LAMPIRAN....................................................................................xiii

  INTISARI.........................................................................................................xiv

  BAB I PENDAHULUAN .........................................................................1

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

  1.2 Tujuan Penelitian ....................................................................2

  BAB II DASAR TEORI .............................................................................3

  2.1 Tinjauan Pustaka .....................................................................3

  2.2.4 Daya yang dihasilkan Turbin dan persamaan yang digunakan.............................................................7 BAB III METODE PENELITIAN...............................................................11

  3.1 Sarana Penelitian.....................................................................11

  3.1.1 Peralatan Penelitian.......................................................13

  3.2 Jalannya Penelitian..................................................................15

  3.2.1 Persiapan .......................................................................16

  3.2.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian.......................................17

  BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN .....................................20

  4.1 Data Penelitian ........................................................................20

  4.1.1 Data pada Sarana Penelitian..........................................20

  4.1.2 Data Hasil Penelitian.....................................................21

  4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data ..........................................23

  4.2.1 Perhitungan untuk Variasi Debit Pertama.....................23

  4.2.2 Perhitungan untuk Variasi Debit Kedua .......................26

  4.2.3 Perhitungan untuk Variasi Debit Ketiga .......................27

  4.2.4 Perhitungan untuk Variasi Debit Keempat ...................29

  4.2.5 Perhitungan Efisiensi Turbin ........................................31

  DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................35 LAMPIRAN ....................................................................................................36

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Jalannya tekanan dan kecepatan air dalam turbin Francis ............6Gambar 3.1 Rumah pompa dan impeler yang digunakan dalam penelitian

  ( dengan skala 1:1 ) ...........................................................................................11

Gambar 3.2 Jenis pompa yang digunakan..........................................................12Gambar 3.3 Skema Peralatan Penelitian ............................................................13Gambar 3.4 Skema alat ......................................................................................19Gambar 4.1 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada Debit Pertama ...........25Gambar 4.2 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada Debit Kedua ..............26Gambar 4.3 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada Debit Ketiga..............28Gambar 4.4 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada Debit Keempat ..........29Gambar 4.5 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada tiap variasi debit........30Gambar 4.6 Grafik Hasil Perhitungan Efisiensi Turbin.....................................31

  Gambar L.1 Dimensi Mekanisme Pengereman .................................................36

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefisien Gesek ...............................................................................9Tabel 4.1 Data Variasi Debit ...........................................................................20Tabel 4.2 Data Variasi Debit Pertama..............................................................21Tabel 4.3 Data Variasi Debit Kedua ................................................................21Tabel 4.4 Data Variasi Debit Ketiga ................................................................22Tabel 4.5 Data Variasi Debit Keempat ............................................................22Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Debit Pertama..................25Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Debit Kedua ....................26Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Debit Ketiga ....................27Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Daya Poros Keluaran Debit Keempat ................29Tabel 4.10 Perhitungan Efisiensi Turbin .........................................................31

  DAFTAR LAMPIRAN 1. Gambar L1 Dimensi Mekanisme Pengereman.

  2. Gambar Pompa Sentrifugal dengan Impeler Terbuka yang digunakan sebagai Turbin.

  

INTISARI

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan menyelidiki pengaruh variasi debit terhadap prestasi pompa sentrifugal impeler semi terbuka sebagai turbin air.

  Dalam penelitian ini, pompa yang digunakan sebagai turbin adalah pompa sentrifugal dengan impeler terbuka, dimana pompa ini merupakan pompa sirkulasi yang biasa digunakan pada kendaraan toyota kijang. Rumah pompa yang digunakan dalam penelitian terbuat dari bahan aluminium dan impeler yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari bahan besi . Impeler yang digunakan berdiameter 66 mm dan memiliki jumlah sudu sebanyak 8 sudu. Penelitian dilakukan dengan cara menggerakkan impeler dengan daya masukan air dan dihitung daya keluaran serta efisiensinya.

  Dari penelitian pompa sentrifugal dengan impeler terbuka yang difungsikan sebagai turbin ini diperoleh efisiensi tertinggi sebesar = 0,351%, η _T

• 3

  H

  dicapai pada debit air masuk V = 0,00146 m /detik dan pada head = 55 m.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah Tenaga air merupakan sumber energi yang tersedia secara terus menerus.

  Selain itu penggunaan tenaga air dapat memberikan kontribusi yang berarti dalam penghematan sumber energi. Di Negara berkembang seperti Indonesia, air memegang peranan yang sangat penting terutama pada daerah pedesaaan. Tetapi dalam prakteknya, potensi tenaga air yang ada di daerah pedesaan belum dimanfaatkan secara optimal.

  Salah satu faktor yang membatasi perkembangan pemanfaatan tenaga air ini, adalah sumber daya manusia yang kurang berkembang dan besarnya biaya investasi awal yang diperlukan Penggunaan pompa sebagai turbin dapat menjadi suatu alternatif untuk mengatasi besarnya biaya tersebut, karena pompa telah diproduksi secara massal dan banyak tersedia di pasaran, selain itu pompa yang digunakan sebagai turbin dapat berasal dari rongsokan pompa (dengan sedikit dilakukan rekondisi) Cara kerja dari pompa sebagai turbin ini sama dengan turbin yang ada pada umumnya, perbedaaannya adalah teknologi pompa sebagai turbin

1.2 Tujuan Penelitian

  Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja pompa yang digunakan sebagai turbin .Penelitian ini dilakukan dengan metode mengamati pengaruh variasi debit terhadap prestasi kerja pompa sentrifugal sebagai turbin dan mencari efisiensi terbaik dari variasi debit tersebut.

  Hasil penelitian ini diharapkan akan memberikan kontribusi dalam memperluas pengetahuan tenaga air atau hydropower, terutama dalam teknologi penggunaan pompa sebagai turbin.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

  Untuk kasus pada penelitian ini penulis belum menemukannya dalam jurnal, maupun pada buku-buku yang lengkap dan terperinci mengenai penggunaan pompa sebagai turbin, saya hanya mendapatkan artikel hasil pengujian laboratorium ITB .Hal ini menyebabkan kesulitan dalam melakukan perbandingan terhadap hasil penelitian.

  Artikel yang dapat dijadikan pembanding adalah tentang penggunaan pompa sebagai turbin adalah pengujian Pompa Sebagai Turbin (PST) dari pompa tipe aliran campuran dengan diameter bore 250 mm, dengan memodifikasi secara minimum dari ujung keluaran impeller pompa dapat memperbaiki efisiensi PST antara 2% hingga 6%. Modifikasi berupa pembulatan ujung impeller dengan r = 2 mm. Pengujian PST pada putaran 1000 rpm, mendapatkan efisiensi terbaik sebesar 82% dan daya 10 kW. Daya terbesar yang dapat dibangkitkan PST pada putaran 1000 rpm adalah 25 kW dengan efisiensi 75%, Putaran liar PST pada head 15 m berada pada kisaran 2500 rpm. PST dapat digunakan di PLTMH untuk

2.2 Landasan Teori

  Air yang mengalir mempunyai energi yang dapat digunakan untuk memutar roda turbin, karena itu pusat-pusat tenaga air dibangun di sungai-sungai dan di daerah pegunungan-pegunungan. Pusat tenaga air tersebut dapat dibedakan dalam 2 golongan, yaitu pusat tenaga air tekanan tinggi dan pusat tenaga air tekanan rendah. Turbin yang saya buat merupakan turbin dengan pusat tegangan air tegangan tinggi jadi seperti yang ada seperti turbin francis.

2.2.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya

  Kaidah energi menyatakan bahwa suatu bentuk energi akan dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain. Air yang mengalir mengandung energi dan energi tersebut tersebut dapat diubah bentuknya, misalnya perubahan dari energi potensial (tekanan) ke dalam energi kinetis (kecepatan), atau sebaliknya.

  Arti selanjutnya dari dari kaidah kekekalan energi adalah apabila arus air dalam alirannya dilewatkan melalui turbin air, maka energi yang ada dalam air akan diubah menjadi bentuk energi yang lain. Aliran air pada suatu standar ketinggian tertentu mempunyai bentuk-bentuk energi sebagai berikut:

  m

2.2.2 Persamaan Bernoulli

  Pada suatu aliran air di dalam pipa, diambil suatu selisih ketinggian z antara tinggi air atas dan tinggi air bawah, maka menurut Bernoulli, besar energi aliran tersebut adalah: ₂

  p c

• Persamaan energi W = m ⋅ g ⋅ z m ⋅ m ⋅ (Nm)

  2 ρ

  Bila pada aliran tersebut diatas diambil suatu jumlah air tiap 1 kg untuk diperhitungkan, hal ini dinamakan “spesifik energi” satuannya dalam Nm/kg.

  Karena dibagi m akan didapat: ₂

  p c

• Persamaan spesifik energi w = g ⋅ z = kons tan (Nm/kg)

  2 ρ

  Kemudian dibagi lagi dengan percepatan gravitasi g, akan didapat salah satu ruas dari persamaan Bernoulli, yang mempunyai arti ketinggian: ₂

  p c

• Persamaan ketinggian H = z = kons tan (m)

  

g

  2 g ρ ⋅ ₂

  p c

  Dimana: z adalah ketinggian statis, dinamakan tinggi tekanan dan ρ ⋅ g 2 g dinamakan tinggi kecepatan.

  Fmemungkinkan energi tinggi jatuh bekerja di sudu jalan dengan semaksimum mungkin. Pada sisi sebelah ke luar roda jalan terdapat tekanan kerendahan (kurang dari 1 Atmosfir) dan kecepatan aliran air yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan aliran akan berkurang dan tekanannya akan kembali naik, sehingga air bisa dialirkan keluar lewat saluran air bawah dengan tekanan seperti keadaan sekitarnya. Jalannya tekanan dan kecepatan air ketika melewati dan berproses di dalam turbin secara informatif terdapat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Jalannya tekanan dan kecepatan air didalam satu turbin tekanan lebih ( Sumber : Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompressor, hal 44 ) air. Air yang masuk ke dalam turbin bisa dialirkan melelui pengisian air dari atas (turbin Schacht) atau melalui suatu runah yang berbentuk spiral (rumah keong).

  Roda jalan semuanya selalu bekerja. Daya yang dihasilkan turbin bisa diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah, dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam roda turbin bisa diperbesar atau diperkecil. Turbin Francis dilaksanakan dengan posisi poros vertikal atau horisontal.

2.2.4 Daya yang dihasilkan turbin

• Dari kapasitas air

  V dan tinggi air jatuh H dapat diperoleh daya yang dihasilkan turbin.

• P

  

V g H (W) .......................................................( 2.4)

  = ⋅ ρ ⋅ ⋅ ⋅ η _T ( Fritz Dietzel, Turbin Pompa Dan Kompressor,1992, hal 2 )

• 3

  V = kapasitas air (m /detik)

  3

  ρ = massa jenis air (kg/m )

  2 g

  = percepatan gravitasi (m/detik ) = head total (m)

  H a. Persamaan untuk menghitung daya air ( )

  P _in

  2

  )) menjadi head

• Konversi satuan tekanan pressure meter ( (kg/cm p

  H

  ( (m))

  p . g . 10000 H = ...............................................................(2.5)

  ⋅ g ρ

  H

  dengan: = head total air (m)

  2

  = tekanan pressure meter rata-rata (kg/cm )

  p

  3

  ρ = massa jenis air (kg/m )

  2 = percepatan gravitasi (m/detik ) g

• Konversi satuan waktu untuk mencapai 20 liter ( (detik/20liter) menjadi q

  3

  debit (

  V (m /detik)

  1 ( q 20 )

  

V = ............................................................(2.6)

  1000

  3

  dengan: = debit air (m /detik)

  V

  = waktu untuk mencapai 20 liter (detik) q

• Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya air adalah:

  H = head total air (m)

  b. Persamaan untuk menghitung daya turbin ( ) _out

  P

  y Menghitung gaya gesek yang ditimbulkan rem ( ) f Persamaan yang digunakan untuk menghitung gesek yang ditimbulkan rem adalah:

• ⋅ =
₂ ¹ ................................................ ..........(2.8) ( Sularso,Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, 2004: hal 77) dengan: = gaya gesek yang ditimbulkan rem (kg) f

  c l l F f

  μ μ

  F = gaya pemberat (kg)

  μ = koefisien gesek drum rem dan tuas rem ₁

  l = panjang tuas rem (mm) ₂ l = jarak engsel tuas sampai garis kerja Q (mm) c = jarak engsel tuas sampai garis kerja (mm) f

Tabel 2.1 koefisien gesek

  ( Sumber : Franklin Miller Jr,College Physics, hal 78 ) y Menghitung torsi (

  T )

  Persamaan yang digunakan untuk menghitung torsi adalah:

  T ⋅ =

  .................................................................(2.9) dengan: T = torsi (kg mm)

2 D f

  y Menghitung daya turbin ( ) _out

  P

  Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya turbin adalah:

  n T P _out

  f = gaya gesek pengereman (kg) D = diameter drum rem (mm)

  = ₅

  10 74 ,

  9 ...................................................(2.10) dengan: = daya turbin (kW) _out

  P T = torsi (kg mm) n = putaran turbin (rpm)

  c. Persamaan untuk menghitung efisiensi turbin ( _T η )

  Persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi turbin adalah: % 100 × = _in ^out _T

  P P

  η .....................................................(2.11)

  × ⋅

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Sarana Penelitian

  Sarana atau materi penelitian adalah pompa sirkulasi dengan jenis impeler terbuka. Pompa model ini biasa digunakan sebagai pompa sirkulasi pada jenis kendaraan toyota kijang super.

Gambar 3.2 jenis pompa sentrifugal yang digunakan dengan skala 1:1

   Peralatan penelitian

  3.1.1 Skema dari peralatan penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.3.

  Pressure meter Neraca pegas Alat pengereman

  Turbin Selang air Kran air Landasan

  Pengukur debit

Gambar 3.3 Skema peralatan penelitian

  Peralatan penelitian ini dapat dikelompokkan sebagai berikut :

   Neraca pegas b.

  Neraca pegas digunakan untuk mengukur besarnya gaya pengereman pada poros pompa. Neraca pegas yang digunakan mempunyai skala minimum yang dapat dibaca sebesar 0,01 kg. Neraca pegas dipasang pada tuas rem bagian atas.

   Tachometer c.

  Tachometer digunakan untuk mengukur putaran poros keluaran turbin. Tachometer yang digunakan merupakan tachometer berjenis digital light tachometer, yang prinsip kerjanya dengan memancarkan sinar untuk membaca sensor yang berupa pemantul cahaya (alumunium foil) yang dipasang pada poros.

  d. Pressure gauge

  Pressure meter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur tekanan yang terjadi di pipa air keluaran. Pressure meter yang digunakan adalah pressure meter yang umum dipakai untuk mengukur tekanan udara

  2 kompresor dengan skala minimum yang dapat dibaca sebesar 0,1 kg/cm .

  e. Ember pengukur debit

  Pengukur debit digunakan untuk mengukur debit air yang dilewatkan di

   Kran pengatur variasi debit f.

  Pengatur variasi debit berupa kran air yang dipasang pada saluran air sebelum masuk turbin.

3.2 Jalannya Penelitian

  Penelitian ini dilaksanakan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan dan tahap pelaksanaan penelitian

3.2.1 Persiapan Percobaan Awal a.

  Percobaan awal pertama dilakukan adalah mengukur tekanan air yang akan dipakai sebagai sumber energi untuk memutar poros turbin dengan menggunakan pressure gauge. Pada pengukuran tekanan ini digunakan pressure gauge untuk mengukur tekanan udara, sehingga pada pengukuran ini jangan sampai air masuk ke dalam pressure gauge. Untuk menghindari masuknya air ke dalam pressure gauge, digunakan selang sebagai penghubung pipa saluran air dengan pressure gauge. Pada pengukuran tekanan ini juga dipastikan bahwa selang tidak bocor, sehingga pembacaan pressure gauge dapat dilakukan dengan baik. Setelah

  pressure gauge terpasang pada selang yang sudah terhubung pada pipa dilakukan untuk memastikan tekanan air yang terjadi, karena saluran air yang digunakan untuk masukan turbin merupakan saluran air kampus yang mendistribusi air pada taman kampus . Percobaan awal ini pada awalnya dilakukan pada malam hari dimana kegiatan sudah tak berjalan, pada pengukuran tekanan air yang dilakukan pada malam hari ini didapatkan tekanan yang kurang stabil, hal ni dibuktikan dengan putaran turbin sering naik turun dalam bukaan kran yang tetap, setelah diukur ternyata terjadi

  2

  perbedaan tekanan air yang berkisar antara 1-2 kg/cm . perbedaan yang terjadi ini terlalu besar sehingga sangat berpegaruh pada hasil pengamatan yang mengasumsikan tekanan air adalah tetap. Sehingga penulis berinisiatif untuk melakukan pengukuran tekanan air pada pagi hari dimana kegiatan kampus juga belum berjalan tetapi dengan sumber air yang berbeda. Pada pengukuran pagi hari yang dilakukan beberapa kali ternyata tekanan air pada pagi hari adalah cenderung tetap dan lebih besar dibandingkan beberapa hari sebelumnya .

   Persiapan Pendahuluan b.

  Peralatan dirangkai terlebih dahulu. Turbin yang akan dicoba dirangkai dengan alat pengereman, neraca pegas diikatkan pada tuas debit. Selang yang dipasang pada saluran masukan turbin dipasang pada pipa air sumber yang sudah memiliki kran.

  Setelah peralatan terpasang dan dipastikan tidak ada kebocoran air pada saluran maupun pada turbin, kran air dibuka penuh untuk beberapa saat.

  Hal ini dilakukan agar turbin benar-benar sudah terisi air, jangan sampai ada udara yang terjebak diantara saluran maupun sudu turbin.

3.2.2 UUUUUUUTahap pelaksanaan penelitian

  (1) Pengukuran tekanan air dilakukan pada awal dan akhir penelitian, hal ini dilakukan untuk mengetahui rata-rata tekanan air yang terjadi.

  (2) Pengukuran debit air. Pengukuran debit dilakukan dengan mengisi ember bervolume 20 liter dan diukur waktunya dengan stopwatch. Lama waktu yang diperlukan untuk mengisi ember bervolume 20 liter ini dicatat, kemudian dikonversi untuk mendapatkan debit air

  (3) Pengukuran putaran poros turbin. Pengukuran putaran poros dilakukan pada saat poros turbin tanpa beban , beban penuh dan variasi 5 beban.

  Pada saat poros turbin berputar tanpa beban diukur putaran porosnya dengan tachometer, kemudian turbin diberi beban pada rem sampai tidak dapat berputar, dimana beban maksimum yang terbaca pada neraca pegas

  (4) Penelitian diulangi kembali untuk variasi debit yang lain, dimana pengukuran dilakukan dengan cara yang sama. Pada penelitian ini variasi debit yang dilakukan penulis sebanyak 4x

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

4.1.1 Data pada sarana penelitian

  Data yang diperoleh dari sarana penelitian adalah sebagai berikut:

a. Data air yang didapat

• tekanan pressure meter

  2

  awal : p = 5,5 kg/cm ₁

  2

  akhir : p = 5,6 kg/cm ₂

  3

  ρ = 1000 kg/m

• massa jenis air :
Tabel 4.1 Tabel variasi debit
• 3

  No q (detik/20liter) (m /detik)

  V

  1 15,85 0,00126 2 14,96 0,00133 3 14,03 0,00142 4 13,65 0.00146

   Mekanisme pengereman b.

4.1.2 Data hasil penelitian a. Data variasi debit pertama

  Data yang diperoleh pada saat pengujian turbin dengan variasi debit pertama adalah sebagai berikut:

Tabel 4.2 Data variasi debit 0,00126 m

  ³

  /detik Variasi debit 1 ( ) = 0,00126 m

• V

  3 /detik No F (gram) n (rpm)

  90 stop 1 15 640 2 30 520 3 45 340 4 60 106 5 75

  31 Tanpa beban 717 b.

   Data variasi debit kedua

  Data yang diperoleh pada saat pengujian turbin dengan variasi debit kedua adalah sebagai berikut:

Tabel 4.3 Data variasi debit 0,00133 m

  ³

  /detik

Tanpa beban 1028 Data variasi debit ketiga c.

  Data yang diperoleh pada saat pengujian turbin dengan variasi debit ketiga adalah sebagai berikut: ₃ Tabel 4.4 Data variasi debit 0,00142 m /detik ₃

• Variasi debit 3 (

  V ) = 0,00142 m /detik No F (gram) n (rpm) 300 stop

  1 50 1203 2 100 890 3 150 798 4 200 455 5 250 298 Tanpa beban 1600

d. Data variasi debit keempat

  Data yang diperoleh pada saat pengujian turbin dengan variasi debit keempat adalah sebagai berikut: ₃

  m /detik

Tabel 4.5 Data variasi debit 0,00146

  ₃

• Variasi debit 4 ( ) = m /detik

  V 0.00146 No F (gram) n (rpm)

   Pengolahan dan Perhitungan Data

  4.2

• 3

   Perhitungan untuk variasi debit pertama

4.2.1 V = 0,00126 m /detik Perhitungan daya air (P

  a. in )

  Dengan menggunakan (Pers. 3.1), maka diperoleh head :

  p . g . 10000 H =

  ⋅ g ρ 5 ,

  5 . 9 , 81 . 10000 = 1000 ⋅

  9 ,

  81 = 55 m

  Dengan menggunakan (Pers. 3.2), maka diperoleh debit air :

  1 ( q 20 )

  V =

  1000

  1 ( 15 ,

  85 20 ) =

  1000

  3

  = 0,00126 m /detik Dengan menggunakan (Pers. 3.3), maka diperoleh daya air :

• ρ

  P = _in V ⋅ ⋅ g ⋅ H = , 00126 ⋅ 1000 ⋅

9 ,

81 ⋅

  55

b. Perhitungan daya turbin

  Dengan menggunakan (Pers. 3.4), maka diperoleh gaya gesek yang ditimbulkan rem :

• ⋅ =
₂ ¹

  c l l F f

  μ μ

  24 100 2 , 435 2 ,

  015 , ⋅ +

  ⋅ ⋅ =

  = 0,0124kg Dengan menggunakan (Pers. 3.5), maka diperoleh torsi poros :

  T ⋅ =

2 D f

  n T P _out

  × ⋅

  = ₅

  10 74 ,

  9 640

  10 74 , 9 280 , ₅

  × ⋅

  = = 0,000184 kW

  2 , 45 0124 ⋅ =

  = 0,280 kg mm Dengan menggunakan (Pers. 3.6), maka diperoleh daya poros :

c. Perhitungan efisiensi turbin

  0.15

  /s

  3

  0,00126 m

Gambar 4.1 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada variasi debit

  0.35 200 400 600 800 Putaran (rpm) Day a Ke lu ar an ( W )

  0.30

  0.25

  0.20

Tabel 4.6 Tabel hasil perhitungan daya poros keluaran variasi debit

  0,00126 m

  0.05

  0.00

  717 0.000 0.000 0.000 0.000 Variasi Debit 0,00126 m3/detik

  2 30 520 0.030 0.025 0.560 0.299 3 45 340 0.045 0.037 0.840 0.293 4 60 106 0.060 0.049 1.120 0.121 5 75 31 0.075 0.062 1.400 0.044

  Pout (W) 90 0.090 0.074 1.681 0.000 1 15 640 0.015 0.012 0.280 0.184

  Variasi debit 1 q : 15.85 detik/20 liter F (gram) n (rpm) F (kg) f (kg) T(kg mm)

  /detik

  

3

  0.10 Selanjutnya Dengan menggunakan (Pers. 3.7), maka diperoleh efisiensi turbin :

  P _out

  η = × 100 % _T

  P _in

  , 299 = × 100 % 680 ,

  80 = 0,044 %

• 3

   Perhitungan untuk variasi debit kedua

4.2.2 V = 0,00133m /detik

Tabel 4.7 Tabel hasil perhitungan daya poros keluaran variasi debit

  

3

  0,00133m /detik

  Variasi debit 2 q : 14.96 detik/20 liter T(kg Pout

F (gram) n (rpm) F (kg) f (kg) mm) (W)

180 0 0.18 0.149 3.362 0.000

  

1 30 940 0.03 0.025 0.560 0.540

2 60 912 0.06 0.049 1.120 1.049

3 90 846 0.09 0.074 1.681 1.460

4 120 585 0.12 0.099 2.241 1.346

5 150 137 0.15 0.124 2.801 0.394

0 1028 0.00 0.000 0.000 0.000

  Variasi De bit 0,00133m3/detik

  1.60 )

1.40 W

• V

  /detik

  300 0.300 0.249 5.603 0.000

1 50 1203 0.050 0.041 0.934 1.153

2 100 890 0.100 0.083 1.868 1.706

3 150 798 0.150 0.124 2.801 2.295

4 200 455 0.200 0.166 3.735 1.745

5 250 298 0.250 0.207 4.669 1.428

  Variasi debit 3 q : 14.03 detik/20 liter F (gram) n (rpm) F (kg) f (kg) T(kg mm) Pout (W)

  /detik

  3

  0,00142 m

Tabel 4.8 Tabel hasil perhitungan daya poros keluaran variasi debit

  3

  Dari hasil perhitungan dan grafik didapatkan bahwa daya keluaran terbesar P out = 1,460 W, daya inilah yang dipakai sebagai daya poros pada saat variasi kedua.

  = 0,00142 m

  = 0,20 %

  1 × =

  460 ,

  η % 100 721 27 ,

  P P

  Selanjutnya Dengan menggunakan (Pers. 3.7), maka diperoleh efisiensi turbin : % 100 × = _in ^out _T

4.2.3 Perhitungan untuk variasi debit ketiga

  

Variasi Debit 0,00142 m3/detik

  2.50 ) W

  2.00 ( an

  1.50 ar lu

  1.00 Ke a y a

  0.50 D

  0.00 200 400 600 800 1000 1200 1400 Putaran (rpm)

Gambar 4.3 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada variasi debit 3

  Dari hasil perhitungan dan grafik didapatkan bahwa daya keluaran terbesar P out = 2,295 W, daya inilah yang dipakai sebagai daya poros pada saat variasi ketiga.

  Selanjutnya Dengan menggunakan (Pers. 3.7), maka diperoleh efisiensi turbin :

  P _out

  100 % η = × _T

  P _in

  2 , 295 100 % = ×

  776,13

• 3

4.2.4 Perhitungan untuk variasi debit keempat

  V = 0.00146 m /detik

Tabel 4.9 Tabel hasil perhitungan daya poros keluaran variasi debit

  3

  0.00146 m /detik

  Variasi debit 4 q : 13.65 detik/20 liter T(kg Pout F (gram) n (rpm) F (kg) f (kg) mm) (W) 330 0.330 0.274 6.164 0.000

  

1 55 1335 0.055 0.045 1.027 1.408

2 110 1067 0.110 0.091 2.054 2.250

3 165 885 0.165 0.137 3.081 2.800

4 220 658 0.220 0.182 4.109 2.776

5 275 448 0.275 0.228 5.136 2.362

1750 0.000 0.000 0.000 0.000

  

Variasi Debit 0.00146 m3/detik

  3.00 )

  2.50 W (

  2.00 aran

  1.50 u

  1.00

  0.50 Daya Kel

  0.00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Putaran (rpm) Selanjutnya Dengan menggunakan (Pers. 3.7), maka diperoleh efisiensi turbin : % 100 × = _in ^out _T

  P P

  η % 100

  797,73 8 ,

  2 × =

  = 0.351%

  0.00

  0.50

  1.00

  1.50

  2.00

  2.50

  3.00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Putaran ( rpm ) D aya K el u ar an ( w )

  Debit 0.00126 m3/s Debit 0.00133m3/s Debit 0.00142 m3/s Debit 0.00146 m3/s

Gambar 4.5 Grafik Daya Keluaran versus Putaran pada tiap variasi debit

4.2.5 Perhitungan efisiensi turbin

Tabel 4.10 Tabel perhitungan efisiensi turbin

  0.25

  a) Dari grafik daya keluaran versus putaran untuk berbagi variasi debit

  Dari hasil perhitungan dan grafik-grafik di atas dapat dilihat bahwa :

Gambar 4.6 Grafik hasil perhitungan efisiensi turbin

  3 /d e ti k )

  V (m

  Efisiensi (%)

  0.40 0.00125 0.00130 0.00135 0.00140 0.00145 0.00150

  0.35

  0.30

  0.20

  P

  0.15

  0.10

  0.05

  0.00

  

Efisiensi

  727,88 1,46 0,200 776,13 2,29 0,295 797,73 2,8 0,351

  (W) η (%) 687 0,29 0,042

  out

  (W) P

  in

4.3 Pembahasan

  c) Efisiensi turbin maksimum dari penelitian ini adalah 0,351 % pada debit

• 3

  air masuk V = 0,00146 m /detik dan head H = 55 m. Efisiensi yang dihasilkan turbin ini kurang baik diakibatkan oleh bentuk

  d) impeler pompa tersebut kurang cocok untuk jumlah masukan debit yang besar.

  e) Hal lain yang membuat data perhitungan ini kurang baik, karena alat pengukur yang saya gunakan belum ditera secara baik sehingga mengakibatkan kurang ketelitian dalam pembacaan alat.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan

  Dari penelitian mengenai prestasi turbin air dengan variasi debit air masuk dapat disimpulkan: (1) Semakin besar debit air masuk, maka semakin besar pula efisiensi turbin yang dihasilkan.

  (2) Didapatkan efisiensi turbin maksimum η = 0,351 %, pada debit air masuk _T

• ₃

  H = V = 0,00146 m /detik dan pada head 55 m.

  (3) Kenaikan daya keluaran sebanding dengan kenaikan debit masuk

   Saran

  5.2 Beberapa saran yang penting untuk berbagai pihak yang ingin

  mengembangkan penelitian pada bidang sejenis dengan penelitian ini :

  1. Menyediakan alat sebagai pemberi masukan air turbin yang mempunyai rentang debit yang luas, sehingga apabila melakukan penelitian pengaruh

  3. Meneliti prestasi dari jenis-jenis pompa yang lain yang difungsikan sebagai turbin.

  4. Sebaiknya menggunakan pompa yang baru dalam artian masih layak tuk digunakan, agar tidak kesulitan dalam pemodifikasian,sehingga dapat dihasilkan effisiensi yang baik.

  5. Merancang lubang masukan air dari sudut yang berbeda agar putaran sudu dapat lebih optimal 6. mencoba bentuk sudu yang berbeda agar dapat mengatahui bentuk sudu apa yang cocok digunakan dengan debit aliran tertentu.

DAFTAR PUSTAKA

  Miller Franklin Jr, College Physics, Harcourt, Brace and Company, New York, 1959

  Sriyono, D.; Dietzel Fritz., Turbin, Pompa, dan Kompresor, cetakan ke-4, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1993.

  Sularso.; Suga Kiyokatsu, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, cetakan ke-11, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 2004 Sularso.; Tahara Haruo, Pompa & Kompresor, cetakan ke-8, PT. Pradnya

  Paramita, Jakarta, 2004