PENELITIAN TERHADAP POMPA SENTRIFUGAL DENGAN IMPELER SEMI TERBUKA SEBAGAI TURBIN AIR

PENELITIAN TERHADAP POMPA SENTRIFUGAL DENGAN

  IMPELER SEMI TERBUKA SEBAGAI TURBIN AIR No.712/TA/FT-USD/TM/SEPTEMBER/2006 TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh :

  Nama : Bernado Dwi Windrato NIM : 015214052 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007

  A RESEARCH ON SENTRIFUGAL PUMP WITH SEMI-

OPEN-IMPELLER AS WATER TURBINE

No.712/TA/FT-USD/TM/SEPTEMBER/2006

FINAL PROJECT

  

Presented as partial fulfillment of the requirements

to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

  Presented by :

  

Bernado Dwi Windrato

Student Number: 015214052

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

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

  Yogyakarta, 25 Januari 2007 Penulis

  Bernado Dwi Windrato

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul Penelitian Terhadap Pompa Sentrifugal Dengan Impeler Semi Terbuka Sebagai Turbin.

  Tugas ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan studi di jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam kesempatan kali ini penulis juga mengucapkan terimakasih kepada:

  1. Ir. Greg. Heliarko, SJ., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Yosep Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Bapak Yosep Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.

  4. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

  5. Seluruh dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mengajarkan berbagai pengetahuan kepada penulis.

  6. Ayah dan Bunda yang sangat saya sayangi, beserta kakak dan adik yang selalu mendukung saya, baik dalam materi maupun motivasi.

  7. Teman-teman kost serta rekan-rekan se-angkatan mengingatkan saya agar tetap bersyukur kepada Tuhan.

  9. Erythrina Hingganing Ayu yang telah memberi semangat.

  Tentu dalam membuat penelitian ini masih banyak kekurangan, maka penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun agar lebih baik dalam membuat tugas akhir, khususnya bagi rekan-rekan yang akan meneruskan penelitian ini.

  Penulis Bernado Dwi Windrato

  

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ..............................................iii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iv

HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................v

KATA PENGANTAR ........................................................................................ vi

DAFTAR ISI ......................................................................................................viii

DAFTAR LAMBANG ....................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR .........................................................................................xiii

ABSTRAK ......................................................................................................... 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 Turbin Air ...........................................................................................3

  2.2.1 Definisi Turbin Air ..............................................................3

  2.2.2 Perkembangan Turbin Air ....................................................4

  2.3 Pompa Sentrifugal ...............................................................................6

  2.3.1 Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal .........................................6

  2.3.2 Prinsip Dasar Turbin Francis ...............................................7

  2.4 Landasan Teori ....................................................................................8

  2.4.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya ................................8

  2.4.2 Daya yang Dihasilkan Turbin .............................................11

  2.4.3 Rem Blok Tunggal ..............................................................12

  2.5 Persamaan yang Digunakan ...............................................................13

  

BAB III Metode Penelitian ................................................................................17

  3.1 Sarana Penelitian ................................................................................17

  3.1.1 Sarana Pengujian .................................................................17

  3.1.2 Sarana Perhitungan .............................................................20

  3.2 Jalannya Penelitian .............................................................................20

  3.2.1 Tahap Penelitian ..................................................................21

  3.2.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian .............................................23

  3.3 Kendala Penelitian .............................................................................23

  

BAB IV Perhitungan dan Pembahasan ...........................................................25

  4.1 Data Penelitian ...................................................................................25

  4.1.1 Data pada Sarana Penelitian ................................................25

  4.1.2 Data Hasil Penelitian ...........................................................25

  4.2.1 Perhitungan Daya Air .........................................................29

  4.2.2 Perhitungan Daya Turbin ....................................................29

  4.3 Hasil Pengolahan dan Perhitungan Data ............................................32

  

BAB V Penutup ..................................................................................................38

  5.1 Kesimpulan ........................................................................................38

  5.2 Saran ..................................................................................................38

  

DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................40

  P daya air (W) _in P daya turbin (W) _out

• 3

  debit air (m /detik)

  V

  η efisiensi turbin _T

  f gaya gesek yang ditimbulkan rem (kg)

  gaya pelayanan (kg)

  F H head total air (m) l jarak engsel tuas sampai garis kerja Q (mm) ₂ c jarak engsel tuas sampai garis kerja f (mm)

  μ koefisien gesek

  

3

  ρ massa jenis air (kg/m )

  2 g percepatan gravitasi (m/detik )

  2 p tekanan pressure meter rata-rata (kg/cm )

  D diameter drum rem (mm) m massa aliotan air (kg/detik) n putaran poros turbin (rpm)

  l ₁ panjang tuas rem (mm) q waktu untuk mencapai 20 liter

  T torsi (kg.mm)

Table 4.1 Data variasi debit pertama .........................................................26Table 4.2 Data variasi debit kedua ............................................................26Table 4.3 Data variasi debit ketiga ............................................................27Table 4.4 Data variasi debit keempat ........................................................27Table 4.5 Data variasi debit kelima ...........................................................28Table 4.6 Hasil variasi data pertama .........................................................31Table 4.7 Daya air masuk .........................................................................32Table 4.8 Hasil data variasi debit pertama ................................................32Table 4.9 Hasil data variasi debit kedua ...................................................33Table 4.10 Hasil data variasi debit ketiga .................................................34Table 4.11 Hasil data variasi debit keempat .............................................35Table 4.12 Hasil data variasi debit kelima ................................................36Tabel 4.13 Efisiensi turbin ........................................................................37Gambar 2.1 Bagan aliran fluida didalam pompa sentrifugal ......................6Gambar 2.2 Bentuk energi pada aliran air ..................................................9Gambar 2.3 Macam-macam rem blok tunggal .........................................13Gambar 3.1 Skema alat penelitian ............................................................18Gambar 4.1 Grafik variasi debit pertama ..................................................31Gambar 4.2 Grafik variasi debit pertama ..................................................32Gambar 4.3 Grafik variasi debit kedua .....................................................33Gambar 4.4 Grafik variasi debit ketiga .....................................................34Gambar 4.5 Grafik variasi debit keempat .................................................35Gambar 4.6 Grafik variasi debit kelima ....................................................36Gambar 4.7 Grafik efisiensi vs P out ........................................................37

  

INTISARI

  Pemanfaatan energi air pada umumnya dilakukan pada daerah yang mempunyai aliran air dengan potensi yang besar saja. Sehingga pada kenyataannya diberbagai tempat yang mempunyai banyak potensi energi air kecil terabaikan. Padahal di Negara Indonesia yang mempunyai banyak aliran sungai kecil karena termasuk Negara kepulauan mempunyai potensi energi air yang besar. Di pihak lain pada masyarakat terpencil yang belum bisa menikmati adanya energi listrik untuk berbagai keperluan dikarenakan letaknya sangat butuh energi listrik tersebut. Sehingga diperlukan teknologi terapan untuk memanfaatkan potensi-potensi energi tersebut. Teknologi tersebut tidak harus memiliki efisiensi yang besar, tetapi yang penting teknologi itu harus mudah diterapkan dan diaplikasikan oleh masyarakat pada umumnya.

  Penggunaan pompa yang difungsikan menjadi turbin merupakan solusi teknologi alternative yang potensial, karena selain mudah didapat juga karena instalasi pompa sebagai turbin juga mudah. Menggunakan pompa sebagai turbin dilakukan dengan cara membalik saluran keluar pompa menjadi saluran masuk turbin dan saluran masuk pompa digunakan sebagai saluran keluar turbin. Pompa yang digunakan adalah pompa sirkulasi berjenis impeller semi terbuka. Penelitian dilakukan untuk mengetahui pengaruh debit air masukan terhadap prestasi turbin air. Dalam penelitian ini digunakan alat-alat pendukung. kerja pompa sebagai turbin air. Didapat efisiensi turbin maksimum 0,26 % pada debit air ₃ masukan 0,001423 m / det ik dan pada head H = 54,5 m.

  

PENDAHULUAN

Latar Belakang Masalah

1.1 Hydropower adalah salah satu hasil usaha pengembangan manusia untuk

  mendapatkan sumber energi alternatif baru khususnya energi listrik yang lebih mudah didapat dan diterapkan guna menghemat energi dari dalam perut bumi (fosil) yang saat ini keberadaannya semakin menipis dikarenakan ulah manusia yang mengeksploitasi habis-habisan baik itu untuk individu maupun untuk industri besar.

  Air adalah sumber energi utama yang digunakan untuk menggantikan fosil tersebut, berbeda dari pendahulunya (fosil) yang diklaim berdampak buruk bagi kesehatan manusia dan menimbulkan pencemaran lingkungan, air dapat mereduksi efek buruk yang ditimbulkan oleh fosil.

  Air merupakan salah satu sumber energi yang dapat dikatakan bisa mengungguli dan menggantikan keberadaan dari produk-produk yang dihasilkan fosil (minyak bumi, batu bara, gas alam, dan lain-lain), walaupun saat ini belum dimungkinkan dan ditemukan alat yang bisa mengubah energi air yang berefisiensi (dari energi yang dihasilkan) lebih besar dari energi fosil, tetapi sejalan perkembangan zaman manusia sadar akan dampak tidak baik jika memakai energi fosil sehingga lebih tertarik untuk mengembangkan energi air.

  Dewasa ini banyak sekali telah dikembangkan berbagai alat untuk menghasilkan energi baru berasal dari air, sebagai contoh adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), PLTA dibangun untuk memenuhi kebutuhan listrik yang kian dibutuhkan, teruskan untuk menggerakkan generator dan dari situlah listrik dihasilkan.

  Untuk saat ini di Indonesia khususnya sering sekali terjadi pemadaman listrik yang dikarenakan tidak sebandingnya hasil listrik dan kebutuhan listrik, padahal jika dilihat dari letak geografis dan keadaan yang terdiri dari pulau-pulau Indonesia memiliki banyak sungai-sungai yang itu bisa dimanfaatkan untuk pembankit tenaga listrik mini yang dikhususkan untuk masyarakat di sekitarnya.

  . Oleh karena itu diperlukan suatu teknologi terapan untuk mengatasi hal tersebut agar masyarakat kecil juga dapat menikmati listrik.

   Tujuan Penelitian

1.2 Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui prestasi pompa jika

  dijadikan turbin, mengamati unjuk kerja dari setiap variasi debit air masukan; dan mencari efisiensi terbaik dari variasi debit tersebut.

  Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan tambahan pengetahuan tentang tenaga air atau hydropower, terutama yang berkaitan dengan pemanfaatan pompa sebagai turbin.

DASAR TEORI

  2.1 Tinjauan Pustaka

  Karena keterbatasan dalam pencarian yang dilakukan oleh penulis maka untuk saat ini penulis hanya menemukan sebuah jurnal yang bisa dijadikan pembanding untuk penelitian ini, yaitu jurnal tentang penggunaan pompa sebagai turbin, ini adalah Project report – Huai Kra Thing Micro-hydro project oleh Chris Greacen. Dalam artikel itu ditulis tentang laporan penggunaan pompa sebagai turbin untuk membangkitkan listrik. Dilaporkan bahwa listrik yang dibangkitkan dapat mencapai 1,6 kW, dengan masukan head 20 m dan debit 10 l/detik, yang jika dikalkulasi maka efisiensi yang terjadi sebesar 81 %.

  2.2 Turbin Air

2.2.1 Definisi Turbin Air Turbin air adalah salah satu komponen dari pembangkit listrik tenaga air (PLTA).

  Turbin air sendiri berfungsi sebagai pengubah energi mekanik dalam hal ini puntiran / putaran menjadi energi listrik dengan bantuan komponen lainnya, energi ini diambil dari air yang memanfaatkan aliran, tinggi air jatuh dan cara lainnya. Energi puntiran yang dihasilkan oleh turbin diteruskan untuk memutar generator yang selanjutnya menghasilkan energi listrik.

  Perkembangan turbin air sulit untuk ditelusuri karena banyaknya acuan yang terdapat dalam berbagai jurnal dan kadang tidak saling mendukung satu dengan yang lain. Perkembangan turbin air mulai terlihat pada abad-19:

  1. Pada tahun 1826 Benoit Fourneyron mengembangkan sebuah turbin air berefisiensi 80%. Air diarahkan menyimpang melalui turbin runner sehingga turbin runner berputar (turbin aliran keluar).

  2. Pada tahun sebelumnya sekitar tahun 1820, Jean- Victor Poncelete mendisain turbin air aliran dalam, dengan menggunakan prinsip yang sama dia mendapat U.S.paten di tahun 1838.

  3. Pada tahun 1848 James B. Francis mengembangkan disain turbin air aliran dalam untuk mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi (90%). Yang disebut turbin Francis.

2.2.3 Jenis-jenis Turbin Air

  Turbin air dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara, tapi secara umum turbin air dikelompokkan menurut cara turbin tersebut merubah dari energi air menjadi energi punter. Berdasarkan klasifikasi ini turbin air dibagi menjadi dua yaitu : 1. Turbin impuls.

  Yang dimaksud turbin implus adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air (yang terdiri dari energi potensial + tekanan + sehingga menjadi energi puntir. Contoh: turbin Pelton.

  2. Turbin reaksi.

  Yang dimaksud dengan turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi puntir.

  Turbin air reaksi dibagi menjadi dua jenis yaitu: a. Francis.

  Dengan contoh turbin francis itu sendiri yang dikembangkan oleh

  James B. Francis pada tahun 1848, yang juga disebut turbin aliran dalam.

  b. Propeller Jenis ini saat pertama kali dikembangkan dirancang dan dibuat dengan sudu yan tidak dapat diatur atau fixed blade, tetapi karena sudu tidak dapat diatur, maka efesiensinya berkurang jika digunakan pada kisaran debit yang lebar. Oleh karena itu maka dikembangkanlah jenis baru dengan sudu yang dapat diatur atau adjustable blade, contoh dari turbin ini antara lain: Kaplan, Nagler, Bulb, Moody

2.3 Pompa Sentrifugal

2.3.1 Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal

  impeller (baling-baling) untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi.

  .

Gambar 2.1. Bagan aliran fluida di dalam pompa sentrifugal (Sularso 2004, hal 4)

  Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeler di dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeller, oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah impeler keluar melalui saluran di antara sudu-sudu. Di sini head tekanan zat cair manjadi lebih tinggi. Demikian pula head kecepatannya bertambah besar karena zat cair mengalami percepatan. Zat cair yang keluar dari impeller ditampung oleh saluran berbentuk volut (spiral) di sekeliling impeler dan disalurkan ke luar pompa melalui nosel. Di dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan.

  Jadi impeler pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair sehingga energi yang dikandungnya menjadi bertambah besar. Selisih energi per satuan berat atau head total zat cair antara flens isap dan flens keluar pompa desebut head total pompa. Dari uraian di atas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan kontinyu.

2.3.2 Prinsip Dasar Turbin Francis

  Turbin Francis adalah turbin reaksi, yang berarti bahwa air yang bekerja pada turbin karena adanya perbedaan tekanan yang melewati turbin, dan memberikan energi.

  Pada dasarnya turbin butuh aliran air untuk mengubah energi. Turbin terletak diantara air yang mempunyai tekanan tinggi dan air yang bertekanan rendah untuk keluarannya. Air yang masuk ke dalam turbin bisa dialirkan melalui pengisian air dari atas (turbin Schacht) atau melalui suatu rumah yang berbentuk spiral (rumah keong). Roda jalan semuanya selalu bekerja. Biasanya menggunakan dam.

  Inlet berbentuk spiral dan terdapat baling-baling pengarah agar aliran menuju runner menyimpang. Aliran radial bekerja pada baling-baling runner sehingga runner berputar.

  Pergerakkan air yang melewati runner seperti putaran yang memotong jari-jari. Dan selanjutnya beraksi pada runner. Jika dibayangkan seperti bola dengan benang yang berayun mengelilingi lingkaran, jika benang yang didorong pendek maka bola berputar cepat.

  Fungsi tambahan dari tekanan air adalah membantu aliran air masuk ke turbin dengan memanfaatkan energi air.

  Pada keluarannya air keluar lewat runner lanjutan yang berbentuk seperti cangkir,meninggalkan turbin tanpa putaran dan sangat sedikit menimbulkan energi kinetik maupun energi potensial. Keluaran turbin dibuat khusus agar dapat mengurangi aliran pada air dan mengurangi energi kinetik.

  Pipa isap pada turbin ini mempunyai tugas yang mirip dengan sudu hantar yang terdapat pada pompa sentrifugal, yaitu sama-sama mengubah energi kecepatan menjadi energi tekanan.

  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.

2.4 Landasan Teori

2.4.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya

  Hukum Newton menyatakan tentang kekekalan energi, yang berarti energi tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan tetapi dapat diubah menjadi energi lain.

  Dengan melihat kaidah hukum itu maka air yang mengalir mengandung energi dan energi tersebut dapat diubah bentuknya, misalnya perubahan dari energi potensial (tekanan) kedalam energi kinetik (kecepatan), atau sebaliknya.

  Arti selanjutnya 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.

Gambar 2.2. Bentuk energi pada aliran air (Fritz Dietzel 1992, hal 4)

  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:

  Energi tempat

  ⋅ ⋅ m g z (Nm)(Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, hal.

  4)…………………………………………………………….. 2.1 dengan:

  m = massa g

  = gravitasi z = ketinggian Energi tekanan

  p m ⋅ (Nm) (Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, hal.

  ρ 4)…………………………………….…………………………….2.2 dengan:

  m = massa

  ρ = massa jenis fluida Energi kecepatan

  2 ²

  c m ⋅ (Nm) (Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, hal.

  4)………………………………………………………………….2.3 = massa m

  = kecepatan fluida c 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:

  Persamaan energi

  2 ²

  c m p W m z g m ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ =

  ρ (Nm)

  Bila pada aliran tersebut diatas diambil suatu jumlah air tiap 1kg untuk diperhitungkan, hal ii dinamakan “spesifik energi” satuannya dalam Nm/kg. Karena dibagi m akan didapat:

  Persamaan spesifik energi tan

  2 ²

  kons c p ⋅ z g w = + + =

  ρ (Nm/kg)

  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

  c p

  Dimana: z adalah ketinggian statis, dinamakan tinggi tekanan dan dinamakan

  g

  2 g ρ ⋅ tinggi kecepatan.

   Daya yang Dihasilkan Turbin

  2.4.2 _.

  Dari kapasitas air

  V dan tinggi air jatuh H dapat diperoleh daya yang dihasilkan

  turbin: _.

  P = V ⋅ ⋅ g ⋅ H ⋅ (Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, hal. 2)

  ρ η _T ………………………….2.4

  =

  dengan : P daya yang dihasilkan turbin (kW) _.

3 V = kapasitas air (m /detik)

  3 =

  ρ massa jenis air (kg/m )

  

2

= g percepatan gravitasi (m/detik ) H =

  tinggi air jatuh (m) =

  η randemen turbin _{T .} Bila massa aliran m dan tinggi air jatuh telah diketahui, maka daya yang dihasilkan: _.

  P = m ⋅ g ⋅ H ⋅ η ……………………………2.5 _{. T}

  dengan : m = massa aliran air (kg/det)

2.4.3 Rem Blok Tunggal

  drum rem, seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 3.12. Biasanya pada blok rem tersebut pada permukaan geseknya dipasang lapisan rem atau bahan gesek yang dapat diganti bila telah aus. Dalam Gambar 3.1.3, jika gaya tekan blok terhadap drum adalah Q (kg), koefisien gesek adalah μ dan gaya gesek yang ditimbulkan pada rem adalah (kg), f Maka:

  = μ ⋅ f Q

  Momen T yang diserap oleh drum rem adalah

  T = f ⋅ D

  2 atau T = μ ⋅ Q ⋅ D

  2

  ( ) ( )

Gambar 2.3. macam-macam rem blok tunggal (Sularso 2004, hal. 78)

  Jika panjang tuas rem adalah , jarak engsel tuas sampai garis kerja l Q adalah l _{1 2} dan gaya yang diberikan pada tuas adalah F dan jika engsel menjauhi gaya kerja

  c

f dengan jarak dalam arah sumbu poros, maka untuk arah putaran sesuai dengan

jarum jam. l − c ₂ μ

  F = f ⋅

  μ l ₁ Persamaan-persamaan yang digunakan pada saat pengolahan dan perhitungan data antara lain:

  1. Persamaan untuk menghitung daya air ( )

  P _in

  2

  a. Konversi satuan tekanan pressure meter( p (kg/cm )) menjadi head ( H (m))

  g 10000

  ρ ⋅ ⋅

  H = .................................(Pers. 2.6)

  ⋅ g ρ

  H

  dengan: = head total air (m)

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

  3

  ρ = massa jenis air (kg/m )

  2 = g percepatan gravitasi (m/detik )

• 3

  b. Konversi satuan waktu ( q (detik/20liter) menjadi debit (

  V (m /detik)

  1

• q

  20 V = ............................................(Pers. 2.7) 1000

• 3

  dengan:

  V = debit air (m /detik) q = waktu untuk mencapai 20 liter

  c. Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya air adalah:

• ρ (Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, hal.

  P = _in V ⋅ ⋅ g ⋅ H

  2).............................................................(Pers. 2.8) dengan: P = daya air (W) _in

• V

  μ μ

  hal. 77) .................................................(Pers. 2.5)

  T ⋅ = (Sularso, Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen Mesin,

  b. Menghitung torsi ( T ) Persamaan yang digunakan untuk menghitung torsi adalah:

  (mm) f

  c = jarak engsel tuas sampai garis kerja

  (mm)

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

  μ = koefisien gesek ₁

  F = gaya pelayanan (kg)

  Mesin, hal. 78).........................................(Pers. 2.9) dengan: = gaya gesek yang ditimbulkan rem (kg) f

  − ⋅ = ₂ ¹ (Sularso, Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen

  c l l F f

  = debit air (m

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

  P

  2. Persamaan untuk menghitung daya turbin ( ) _out

  = head total air (m)

  H

  )

  2

  = g percepatan gravitasi (m/detik

  )

  3

  /detik) ρ = massa jenis air (kg/m

  3

2 D f

  T f = gaya gesek pengereman (kg) D

  9 (Sularso, Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen

  η ......................................(Pers. 2.7) dengan: _T η = efisiensi turbin _in

  P P

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

  3. Persamaan untuk menghitung efisiensi turbin ( _T η )

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

  Mesin, hal. 7).......................................(Pers. 2.6) dengan: = daya turbin (kW) _out

  10 74 ,

  = diameter drum rem (mm)

  = ₅

  × ⋅

  n T P _out

  Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya turbin adalah:

  P

  c. Menghitung daya turbin ( ) _out

  P = daya air (W) _out P = daya turbin (W)

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Sarana Penelitian

  Sarana yang digunakan dalam penelitian ini dibedakan menjadi 2 macam sarana yaitu; sarana pengujian dan sarana perhitungan. Sarana pengujian terdiri dari model pompa air sentrifugal, stopwatch, neraca pegas, ember pengukur debit, pressure meter, kran air, piranti pengereman, dan tacometer. Sedangkan sarana perhitungan adalah satu set komputer.

3.1.1 Sarana Pengujian

  Pada saat penelitian ini sarana pengujian dapat dikelompokkan menjadi: a.

   Pompa sentrifugal.

  Model pompa sentrifugal adalah sebagai alat penelitian. Pompa model ini biasa digunakan sebagai pompa sirkulasi pada jenis kendaraan colt, pompa dengan merk KCL dan mempunyai jenis model GMB digunakan dalam bentuk standar pabrik yang mempunyai jenis impeller semi terbuka.

  Pompa ini mempunyai bagian-bagian antara lain: 1. Poros.

  Poros berdiameter 16 mm, panjang 105 mm. Semua dalam keadaan standar.

  Sudu berjumlah 7 buah, diameter luar 55 mm, diameter dalam 40 mm. Berbahan besi cor.

  3. Penutup.

  Asli dari pabrik.

  4. Bantalan Bantalan asli dari pabrik, berdiameter dalam 16 mm dan diameter luar 30 mm dengan panjang 40 mm.

  Air keluaran Air masukan

  Poros output pengerem Neraca pegas pompa

Gambar 3.1 Skema alat penelitian b.

   Stopwatch.

  Piranti ini digunakan untuk menentukan debit air yang keluar dari sumber air, dengan cara mencatat waktu yang diperlukan air keluaran turbin untuk mencapai 20 liter dan ini dilakukan dengan stopwatch.

c. Neraca pegas.

  Neraca pegas digunakan untuk mengukur gaya pengereman pada poros pompa. Neraca pegas yang digunakan mempunyai skala minimum yang bagian atas.

  d. Ember pengukur debit.

  Ember ini digunakan sebagai alat untuk menampung air keluaran sebanyak 20 liter yang kemudian dipakai untuk menghitung debit air masukan yang dipakai untuk memutar poros turbin.

  e. Pressure meter.

  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 .

  f. Kran air.

  Kran air digunakan untuk membuat air masukkan. Memiliki debit yang bervariasi. Dalam penelitian ini variasi debit yang dilakukan sebanyak 5 kali.

   Piranti pengereman.

  g.

  Alat pengereman digunakan untuk membebani putaran poros, sehingga dapat diukur torsinya. Alat pengereman yang digunakan berupa rem blok tunggal dengan bahan sepatu rem kayu dan drum rem merupakan poros keluaran turbin. Sepatu rem dipasang pada tuas rem vertikal dengan engsel tuas terletak dibawah.

  h. Tacometer.

  Tachometer yang digunakan merupakan tachometer berjenis digital light tachometer, yang prinsip kerjanya dengam memancarkan sinar untuk membaca sensor yang berupa pemantul cahaya yang dipasang pada poros.

   Sarana Perhitungan

3.1.2 Sarana perhitungan yang dipakai dalam penelitian ini ada dua, yaitu perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras a.

  Perangkat keras yang dipakai adalah satu set komputer yang memiliki spesifikasi; Pentium III 565 MHz dengan RAM 128 MB.

b. Perangkat lunak

  Perangkat lunak berupa Microsoft Excel 2000, yang digunakan untuk memproses perhitungan, tabulasi dan menggambar grafik.

3.2 Jalannya Penelitian

  Penelitian ini dilaksanankan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan dan tahap pelaksanaan penelitian.

3.2.1 Tahap Persiapan

a. Persiapan Pendahuluan

  digunakan dalam penelitian. Pertama-tama kita merangkai turbin yang akan diuji coba. Turbin dipasangkan pada balok kayu sebagai dudukan dan juga sebagai dudukan tuas pengereman, setelah ketiga komponen tersebut telah menjadi satu kesatuan maka neraca pegas dipasangkan pada ujung atas tuas pengereman. Pada saluran masukan turbin dipasang selang dan pada ujung selang yang satunya dihubungkan pada sumber air yang antara sumber air dan selang sudah dipasangi kran. Pada lubang saluran keluaran turbin juga dipasang kran yang kemudian selang tersebut diarahkan pada ember pengukur volume air. Agar tacometer dapat mengetahui putaran poros turbin maka pada sebagian poros turbin ditutup dengan plester berwarna gelap memutari poros tersebut tetapi sebelum putaran penuh terlebih dahulu dipasang alumunium foil yang berguna untuk memantulkan cahaya dari tacometer agar tacometer dapat membaca putaran poros turbin. Untuk mengetahui sambungan selang dan turbin tidak bocor maka dilakukan pengetesan. Kran air dibuka penuh dan dibiarkan beberapa saat agar dapat mengetahui apakah alat berfungsi dengan baik.

   Percobaan Awal b.

  Percobaan awal yang pertama kali dilakukan adalah mengukur tekanan air yang akan dipakai sebagai sumber energi untuk memutar poros turbin meter untuk mengukur udara maka pada saat mengukur tekanan jangan sampai pressure meter terkena air. Hal ini dapat dihindari dengan cara memberi sela antara sumber air dan pressure meter dengan selang, pada sambungan selang dipastikan agar supaya tidak terjadi kebocoran ini berfungsi agar selang yang digunakan sebagai rongga udara agar tetap terisi udara sehingga pressure meter dapat berfungsi dengan baik. Setelah itu kita dapat mengukur pengaruh bukaan kran pada tekanan yang terukur pada pressure meter dengan cara kran dibuka perlahan-lahan sampai jarum pressure meter menunjukkan tekanan maksimum dan ini terjadi pada bukaan kran 25%. Ini berfungsi agar pada penelitian dapat menentukan berapa variasi debit yang dapat dilakukan. Percobaan selanjutnya adalah untuk mengetahui perubahan tekanan pada tiap waktu entah itu berupa penurunan ataupun penaikkan tekanan. Hal ini perlu dilakukkan karena sumber air masukkan turbin yang dipakai adalah dari kran kampus yang berfungsi untuk memenuhi kebutuhan air kampus.

  Pengambilan data ini dilakukan 2 kali pada siang hari dan menurut hasil pengambilan data tekanan yang terjadi sangat tidak stabil dan ini mempengaruhi penelitian efisiensi pompa sebagai turbin. Ini dimungkinkan, pada siang hari kebutuhan air kampus sangat tinggi sehingga terjadi penurunan tekanan. Oleh karena itu agar tekanan air tidak fluktuatif maka penggambilan data dilakukan pada malam hari yang ternyata tekanan air masukkan relatif stabil.

3.2.2 Tahap 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 torsi poros keluaran turbin dilakukan pada tiap 1x variasi debit. Pada tiap bukaan kran, dilakukan 5x pengukuran torsi dengan melakukan variasi pembebanan rem sebanyak 5x dan pencatatan putaran poros pada tiap pembebanan rem. Hal ini dilakukan untuk mengukur daya maksimum yang dihasilkan turbin tiap 1x variasi debit. 3) Pengukuran pengaruh debit terhadap daya yang dihasilkan turbin. Dilakukan dengan melakukan variasi debit dan pengukuran torsi keluaran turbin sebanyak

  5x.

3.3 Kendala Saat Penelitian

  Kendala yang ditemukan dalam pelaksanaan penelitian adalah tidak tersedianya sumber air masukkan yang memiliki tekanan dan keluaran yang stabil untuk turbin percobaan, sehingga sulit untuk melakukan pengambilan data secara akurat. Tacometer yang kurang peka. Ini mengakibatkan penggambilan data terkusus tentang putaran poros agak terganggu sehingga pneliti harus mengecek berulang-ulang agar data lebih akurat.

  

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

Data Penelitian

4.1 Data pada Sarana Penelitian

4.1.1 Data yang diperoleh dari sarana penelitian adalah sebagai berikut:

  a. Sumber Air Masukkan

  tekanan pressure meter

  2

  awal : p = 5,5 kg/cm ₁

  2

  akhir : p = 5,4 kg/cm ₂

  3

  massa jenis air : ρ = 1000 kg/m

  b. Mekanisme pengereman

  panjang tuas rem : = 465 mm l ₁ jarak engsel tuas sampai garis kerja : l = 125 mm ₂ D diameter drum rem : = 16 mm koefisien gesek : μ = 0,2

  c

  jarak engsel ke titik pengereman : = 37,5 mm

4.1.2 Data Hasil Penelitian

a. Data variasi debit pertama

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

Tabel 4.1 Data variasi debit pertama

  Variasi debit 1 q : 23.55 det/20 liter F (gram) n (rpm)

  300 1 50 197 2 100 106 3 150

  69 4 200 41 5 250

  20 344

   Data variasi debit kedua b.

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

Tabel 4.2 Data variasi debit kedua

  Variasi debit 2 q : 20.35 det/20 liter F (gram) n (rpm)

  400

  1 66 236 2 132 209 3 198 82 4 264 54 5 330 42

  628

   Data variasi debit ketiga

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

Tabel 4.3 Data variasi debit ketiga

  Variasi debit 3 q : 18.26 det/20 liter F (gram) n (rpm)

  550

  1 91 523 2 182 360 3 273 204 4 364 126

  5

  455 86 887 d.

   Data variasi debit keempat

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

Tabel 4.4 Data variasi debit keempat

  Variasi debit 4 q : 15.35 det/20 liter F (gram) n (rpm)

  900

  1 150 743 2 300 463 3 450 253 4 600 148 5 750 86

  1086

   Data variasi debit kelima

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

Tabel 4.5 Data variasi debit kelima

  Variasi debit 5 q :14.05 det/20 liter F (gram) n (rpm)

  1020

  1 170 1130 2 340 907 3 510 531 4 680 405

  5

  850 331 1196

4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data

  Perhitungan data dilakukan dengan metode komputasi yang dikerjakan menggunakan bantuan softwhere Microsoft excel. Disini penulis hanya menampilkan jalannya perhitungan dengan mengambil satu contoh data, ini dikarenakan persamaan yang digunakan dalam perhitungan data sama. Data yang dijadikan sempel adalah data dari variasi debit pertama dan untuk hasil yang lainnya penulis menampilkan langsung dalam bentuk tabel.

4.2.1 Perhitungan Daya Air

  Dengan menggunakan (Pers. 2.1), maka diperoleh head :

• 1000

  3

  = 0,03958 kg

  ⋅ ⋅ =

  05 , ⋅ −

  37 125 2 , 465 2 ,

  − ⋅ = ₂ ¹ 5 ,

  μ μ

  c l l F f

  Dengan menggunakan (Pers. 2.4), maka diperoleh gaya gesek yang ditimbulkan rem :

  = 454 Watt

  54 81 , , 000849 9 1000 ⋅ ⋅ ⋅ =

  5 ,

  V P _in ⋅ ⋅ ⋅ =

  H g

  /detik Dengan menggunakan (Pers. 2.3), maka diperoleh daya air :

  = 0,000849 m

  1 =

  23

  20 55 ,

  q V =

  1

  20

  1000

  = 54,5 m Dengan menggunakan (Pers. 2.2), maka diperoleh debit air :

  ⋅ ⋅ =

  5 ⋅

  10000 81 , 9 45 ,

  ρ 81 , 9 1000

  ⋅ =

  g H

• ρ

4.2.2 Perhitungan Daya Turbin

  T ⋅ =

2 D f

  = 0,3166 kg mm Dengan menggunakan (Pers. 2.6), maka diperoleh daya poros :

  P P

  η

Tabel 4.6 Hasil variasi data pertama no F n gaya gesek torsi P out P in

  3

/detik

  Data pertama dengan debit 0,000849 m

  = 0,0141 % Setelah kelima data pembebanan pada data variasi debit pertama dihitung maka akan dihasilkan:

  % 100 454 064 , × =

  η

  Selanjutnya Dengan menggunakan (Pers. 2.7), maka diperoleh efisiensi turbin : % 100 × = _in ^out _T

  n T P _out

  2 , 16 03958 ⋅ =

  × ⋅

  10 74 , 9 3166 , ₅

  9 197

  10 74 ,

  = ₅

  × ⋅

  = = 0,000064051 kW = 0,064 W f (kg) T (kg,mm) (Watt) (Watt) (%) 0,3 0,23750809 1,9000647 454 1 0,05 197 0,03958468 0,3166774 0,064051 454 0,0141