ARTIKEL ILMIAH MEMPELAJARI BENTUK SUDU RUNNER PADA BERBAGAI DEBIT DENGAN KETINGGIAN AIR MASUKAN YANG SAMA PADA SISTEM MIKROHIDRO SKALA LABORATORIUM

  

ARTIKEL ILMIAH

MEMPELAJARI BENTUK SUDU RUNNER PADA BERBAGAI

DEBIT DENGAN KETINGGIAN AIR MASUKAN YANG

SAMA PADA SISTEM MIKROHIDRO SKALA

LABORATORIUM

OLEH

M. BRIAN AKBAR

C1J 010 039

FAKULTAS TEKNOLOGI PANGAN DAN AGROINDUSTRI

UNIVERSITAS MATARAM

2016

  

MEMPELAJARI BENTUK SUDU RUNNER PADA BERBAGAI DEBIT

DENGAN KETINGGIAN AIR MASUKAN YANG SAMA PADA SISTEM

MIKROHIDRO SKALA LABORATORIUM

  Oleh :

  (1) (2) (2)

  M. Brian Akbar , Sukmawaty , dan Rahmat Sabani

  (1)

  Mahasiswa Program Studi Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pangan dan Agroindustri, Universitas Mataram

  (2)

  Staf Pengajar Program Studi Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pangan dan Agroindustri Universitas Mataram

  

ABSTRAK

  Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari bentuk sudu runner pada turbin sehingga dapat digunakan dalam pengendalian dan pengoptimalan energi pada sistem mikrohidro skala laboratorium. Penelitian ini telah dilaksanakan di Laboratorium Daya dan Mesin Pertanian, Fakultas Teknologi Pangan dan Agroindustri, Universitas Mataram, dengan menggunakan metode eksperimental pada sistem mikrohidro skala laboratorium. Perlakuan penelitian didesain dengan dua jenis bentuk sudu runner (runner trapesium dan runner persegi) dengan kombinasi tiga jenis roda gila (kecil, sedang, dan besar) yang ingin dilihat pengaruh putarannya untuk menghasilkan daya maksimum. Hasil Penelitian daya air yang dihasilkan turbin adalah 237,435 Watt, diperoleh putaran runner 496 rpm pada kombinasi roda gila besar, kecepatan spesifik 16.602 m/s, putaran dinamo 4337 rpm, dan menghasilkan daya listrik 82,5 Watt. Efektivitas dari sudu runner persegi lebih baik dibandingkan dengan sudu runner trapesium. Variabilitas sudu berpengaruh nyata pada setiap parameter yang diuji. Variabilitas sudu berpengaruh terhadap peningkatan debit, putaran runner, kecepatan spesifik, daya air yang dihasilkan turbin, putaran dinamo, dan daya listrik yang dihasilkan.

  Kata Kunci : Mikrohidro, runner persegi, runner trapesium, turbin.

STUDY THE SHAPE OF THE BLADE RUNNER’S FORM ON VARIOUS DISCHARGE USING SAME INPUT LEVEL ON LABORATORY SCALE MICROHYDRO SYSTEM

  By :

  (1) (2) (2)

  M. Brian Akbar , Sukmawaty , dan Rahmat Sabani

  (1)

  Student at Studies Program of Agriculture Engineering, Faculty of Food and Agroindustrial Technology, University of Mataram

  (2)

  Lecturer at Studies Program of Agriculture Engineering, Faculty of Food and Agroindustrial Technology, University of Mataram

  ABSTRACT This research aimed to study of turbine’s blade runner shape in order to controll and optimize energy on a micro-hydro system in laboratory scale. This research was conducted at Laboratory of Power and Machinery, Department of Agricultural Engineering, Faculty of Food and Agro-Industrial Technology, University of Mataram, using experimental methods on laboratory scale micro- hydro system. This research was conducted using two types of blade runner shapes (trapezoidal and square type runner ) with combination of three types of flywheel ( small, medium , and large ) to determine effect of rotation to generate maximum power . Results showed that power turbine generated from water was 237.435 Watt

  , runner’s rotational obtained 496 rpm on combination of large flywheel specific velocity velocity around , was 16.602 m/s 4337 rpm, and generated electrical power

  , dynamo’s rotation was was 82.5 Watts. The effectiveness of square blade runner was better than trapezoid blade runner variability blade significant effect on every parameter tested

  . Moreover, of had Variability of blade had effect on increasing discharge, runner rotation, specific velocity, water power generated by the turbine, dynamo rotation, and produced electricity power.

  : Keywords Micro-hydro , square runner , trapezoidal runner , turbine.

  

PENDAHULUAN pembangunan di sektor industri,

  pertumbuhan ekonomi dan Penyediaan energi di masa pertumbuhan penduduk, kebutuhan depan merupakan permasalahan yang akan energi terus meningkat. Energi senantiasa menjadi perhatian semua terutama energi listrik telah menjadi bangsa karena bagaimanapun juga kebutuhan yang sangat vital dalam kesejahteraan manusia dalam kehidupan kehidupan manusia, baik untuk modern sangat terkait dengan jumlah konsumsi rumah tangga, perorangan dan mutu energi yang dimanfaatkan, maupun untuk kegiatan usaha. demikian juga dengan Indonesia.

  Mikrohidro atau yang dimaksud Penyediaan energi merupakan faktor dengan Pembangkit Listrik Tenaga yang sangat penting dalam mendorong

  Mikrohidro (PLTMH) adalah suatu pembangunan, seiring dengan pembangkit listrik yang menggunakan meningkatnya pembangunan terutama tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air. Energi mekanik yang berasal dari putaran poros turbin akan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator. Relatif kecilnya energi yang dihasilkan mikrohidro dibandingkan dengan PLTA skala besar, berimplikasi pada relatif sederhananya peralatan serta kecilnya areal yang diperlukan guna instalasi dan pengoperasian mikrohidro.

  Untuk menunjang instalasi fisik sistem PLTMH secara komplit, dibutuhkan turbin yang bisa bekerja secara epektif. Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Pada turbin reaksi, seluruh energi potensial dari air dirubah menjadi energi kinetis pada saat air melewati lengkungan sudu-sudu pengarah, dengan demikian putaran

  runner disebabkan oleh perubahan momentum oleh air (Haimerl, 1960).

  Dengan kemajuan ilmu Mekanika fluida dan Hidrolika serta memperhatikan sumber energi air yang cukup banyak tersedia di pedesaan akhirnya timbullah perencanaan- perencanaan turbin yang divariasikan terhadap tinggi jatuh ( head ) dan debit air yang tersedia. Dari itu maka masalah turbin air menjadi masalah yang menarik dan menjadi objek penelitian untuk mencari sistem, bentuk dan ukuran yang tepat dalam usaha mendapatkan efisiensi turbin yang maksimum (Bachtiar ,et al 1988).

  Beberapa penelitian tentang simulasi bentuk sudu terhadap daya turbin, telah dilakukan oleh Irfan Khalil 2010 adalah “Simulasi Model Fisik Roda Jalan (Runner) Turbin Pada Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Dengan Penyelesaian Analisis Dimensi”. Telah dilakukan penelitian tentang “Pengaruh Bentuk

  Sudu Runner Pada Berbagai Debit Dengan Ketinggian Air Masukan yang Sama Pada Sistem Mikrohidro Skala Laboratorium

  ”, yang berlangsung dengan membandingkan efisiensi berbagai bentuk sudu dalam hal pengembangan model dan bentuk sudu turbin dalam sistem mikrohidro

  .

  METODE DAN BAHAN Metode Penelitian

  Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental.

  Bahan dan Alat

  Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah jumlah air dalam skala laboratorium, sedangkan alat yang digunakan adalah komponen-komponen instalasi sistem miktohidro skala laboratorium.

  Tahap Penelitian

  Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei-Agustus tahun 2015 di Laboratorium Daya dan Mesin Pertanian Fakultas Teknologi Pangan dan Agroindustri Universitas Mataram. Terlebih dahulu dilakukan penelitian pendahuluan, selanjutnya memasukkan data-data yang telah didapatkan dalam pengukuran dan perhitungan secara langsung di lapangan.

  Batasan Penelitian

  Batasan-batasan dalam penelitian ini diperlukan dikarenakan pada system mikrohidro sangat kompleks. (1) Diutamakan pada bentuk variasi sudu runner turbin pada sub sistem pembangkit listrik tenaga mikrohidro, (2) Tidak menghitung head losses mayor dan head losses minor.

  HASIL DAN PEMBAHASAN Debit Aliran

  runner persegi lebih tinggi nilai

  P u ta ra n R ^{u n n e r} (r p m ) Bentuk Roda Gila

  Keci l S e dang B es ar

  200 400 600

  Runner Trapesium Runner Persegi

  D e b it A ir ( m ³ /s) Bentuk Roda Gila

  B es ar

  Keci l Sedan g

  0.0050 0.0055 0.0060 0.0065 0.0070

  putarannya baik dari rincian tiap pengulangan yang bertahap-tahap. Nilai rata-rata setiap pengulangan roda gila kecil pada sudu runner trapesium yaitu

  Setiap variasi roda dalam penelitian ini menunjukkan bahwa sudu

  Pada penelitian ini, besar debit diatur dengan menggunakan penampung air (tendon dengan volume 350 liter) dan ketinggiannya (4,1 meter). Air dipompa kemudian disalurkan melalui pipa paralon PVC menuju turbin. Sebelum melakukan pengujian di lapang dan uji alat. Dilakukan terlebih dahulu perhitungan debit air, kecepatan aliran air serta waktu secara teortitis dan matematis.

  Grafik 4.2. Perbandingan Putaran Kedua Macam Runner

  pengambilan data pengujian. Dengan menentukan nilai rerata putaran runner masing-masing sudu yang dipelajari dalam pengujian. Dengan menampilkan hasil nilai rata-rata putaran runner dalam bentuk grafik balok.

  tachometer untuk mempermudah dalam

  Sebelum menghitung daya air yang dihasilkan oleh turbin, diukur terlebih dahulu jumlah putaran runner pada masing-masing model sudu yang digunakan. Dengan menggunakan

  Kecepatan spesifik (n q ) adalah kecepatan putar turbin yang menghasilkan daya sebesar satu satuan daya pada tinggi terjun satu satuan panjang. Kecepatan spesifik dihitung secara teoritis setelah mendapatkan pengukuran putaran runner tanpa beban pada pengujian pengaruh sudu runner terhadap kecepatan spesifik. Pada parameter perhitungan kecepatan spesifik didapatkan hasil kecepatan putaran runner yang berbeda-beda untuk setiap perlakuan pada variasi roda gila kecil, sedang, dan besar.

  Kecepatan Spesifik

  Pada grafik di atas dapat dilihat fenomena bahwa semakin banyak jumlah sudu dalam sebuah runner mempengaruhi jumlah debit aliran pada setiap perlakuan. Hal ini ditunjukkan pada sudu runner persegi yang memiliki Sembilan bilah sudu lebih tinggi jumlah debit air yang dihasilkan meskipun waktu percobaan setiap perlakuan pada sudu runner trapesium yang memiliki 6 buah bilah lebih sedikit jumlah sudunya dibandingkan percobaan yang dilakukan pada sudu runner trapesium

  Grafik 4.1. Perbandingan Debit Dari Kedua Bentuk Sudu Runner

  Hasil pengujian sudu runner pada ketinggian 4.1 m (head total 3.36 m) untuk tiap parameter non dimensi yang terdiri dari kecepatan aliran air, debit, putaran spesifik, serta daya yang dihasilkan, dituangkan dalam bentuk grafik balok untuk memudahkan dalam membaca dan membandingkan nilai pada kedua model sudu runner. Untuk mengetahui pengaruh bentuk sudu terhadap debit maka dituangkan perbandingan jumlah rerata dalam bentuk grafik balok.

  Runner Trapesium Runner Persegi

  210 rpm, roda gila sedang dengan nilai rata-rata 231 rpm, dan pada roda gila besar berkisar nilai rata-ratanya adalah 344 rpm. Dengan selisih yang berbeda yang ditunjukkan oleh sudu runner persegi, yaitu nilai rata-rata yang didapatkan dengan menggabung semua elemen pengulangan adalah 274 rpm pada variasi roda gila kecil, 346 rpm nilai rata-rata pada variasi roda gila sedang, dan putaran yang paling tinggi adalah pada variasi roda gila besar yaitu 454 rpm.

  Selanjutnya pengamatan tentang mikrohidro dengan diketahui pengaruh dan berapa kecepatan spesifik air untuk menghasilkan energi. Untuk lebih muda dalam membaca hasil perhitungan rerata maka ditampilkan dalam bentuk grafik balok.

  Grafik 4.3. Perbandingan Kecepatan Spesifik Pada Kedua Bentuk Sudu

  Dapat dilihat fenomena yang terjadi pada percobaan menghitung kecepatan spesifik dengan masing- masing sudu runner yang diuji. Pada perlakuan variasi roda gila kecil menunjukkan hasil kecepatan yang beragam dan berbeda dimana sudu

  runner

  berbentuk persegi lebih banyak mengasilkan daya karena kecepatan putaran runner berbentuk persegi lebih ringan disaat laju aliran air menghantam sudu untuk menghasilkan daya listrik.

  Daya Air yang Dihasilkan Turbin

  Daya air adalah potensi yang terkandung dalam air atau pada sumber air yang dapat memberikan manfaat ataupun kerugian bagi kehidupan dan penghidupan manusia serta lingkungannya (Anonim 2010).

  Pada perhitungan mengukur daya air yang dihasilkan turbin pada masing-masing sudu runner tangkapan berbentuk trapesium dan persegi dengan menggunakan rumus teoritis dengan menentukan kapasitas air (Q) dan tinggi air jatuh (H) dapat diproleh daya air sesuai yang dikatakan (Kvicinsky, et al, 2002). Maka dapat disajikan hasil penelitian dalam bentuk grafik balok.

  Grafik 4.4. Perbandingan Daya Air yang Dihasilkan Kedua Bentuk Sudu Dapat dilihat fenomena yang terjadi dimana daya air yang dihasilkan sudu runner tangkapan berbentuk persegi lebih banyak menghasilkan daya air dibandingkan sudu runner tangkapan berbentuk trapesium. Dengan perhitungan teorititis didapatkan nilai rata-rata pada sudu runner trapesium yaitu 199,967 Watt pada perlakuan variasi roda gila kecil dengan 3 kali pengulangan. Pada variasi roda gila sedang didapatkan nilai rata-rata 198,868 Watt. Dan pada perlakuan variasi roda gila besar didapatkan daya air yaitu rata-rata 193,375 Watt. Semakin menurun jumlah daya air yang dihasilkan turbin, diduga karena kapasitas aliran air lebih kecil dan waktu setiap kali percobaan semakin sedikit.

  0.0000 10.0000 20.0000

  K e cepa ta n S p e si fi k (m /s) Bentuk Roda Gila Runner Trapesium Runner Persegi

  170 180 190 200 210 220 230 240

  Keci l Sedan g

  B es ar

  D a y a A ir y a n g D ih a si lka n T u rb in ( W a tt ) Bentuk Roda Gila Runner Trapesium Runner Persegi

  Daya Listrik yang Dihasilkan

  SARAN

  l Sedan g B es ar

  60.0

  40.0

  20.0

  0.0

  P u ta ra n D in a m o (r pm ) Bentuk Roda Gila Runner Trapesium Runner Persegi

  B es ar

  Keci l Sedan g

  2000 4000 6000

  mengetahui jumlah kehilangan energi pada saat air melaju menuju sudu turbin.

  minor pada sistem perpipaan untuk

  2. Perlu dilakukan penelitian untuk menghitung head losses mayor dan

  1. Bentuk sudu persegi dapat digunakan untuk instalasi pada sistem mikrohidro skala laboratorium, untuk meningkatkan daya listrik yang dihasilkan, dengan dipertimbangkan untuk instalasi sistem mikrohidro skala komersial.

  3. Variabilitas sudu berpengaruh terhadap peningkatan debit, kecepatan spesifik, putaran dinamo, putaran runner, dan daya air yang dihasilkan turbin.

  Daya listrik atau dalam bahasa Inggris disebut dengan Electrical Power adalah jumlah energi yang diserap atau dihasilkan dalam sebuah sirkuit/rangkaian. Dengan kata lain, daya listrik adalah tingkat konsumsi energi dalam sebuah sirkuit atau rangkaian listrik. Sedangkan berdasarkan konsep usaha, yang dimaksud dengan daya listrik adalah besarnya usaha dalam memindahkan muatan persatuan waktu atau lebih singkatannya adalah jumlah energi listrik yang digunakan tiap detik (Anonim 2012).

  4337 rpm dan menghasilkan kecepatan spesifik 16,6016 m/s, serta mengasilkan daya 82.5 Watt pada sudu runner persegi.

  runner 496 rpm, putaran dinamo

  2. Pencapaian hasil maksimal didapatkan pada pengujian variasi roda gila besar dengan putaran

  Efektivitas dari sudu runner tangkapan persegi lebih baik dibandingkan sudu runner trapesium.

  Berdasarkan hasil penelitian yang terbatas maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai : 1.

  KESIMPULAN

  gila yang digunakan lebih banyak menghasilkan daya listrik

  runner , dimana level dimensi sudu runner persegi dari ketiga jenis roda

  Grafik 4.6. Perbandingan Daya Listrik yang Dihasilkan Dari gambar di atas dapat dilihat perbedaan yang signifikan daya listrik yang dihasilkan oleh kedua macam sudu

  dengan sudu runner berbentuk persegi atau setengah silinder dihitung daya listrik yang dihasilkan secara teoritis yang didapatkan dari hasil pengukuran pada berbagai pengujian. Dengan menggunakan rumus P = VxI.

  runner trapesium yang dibandingkan

  Ditampakkan hasil putaran dinamo yang berbeda nyata antara sudu

  4.5. Perbandingan Putaran Dinamo Pada Kedua Bentuk Sudu

  Grafik

  D a y a L ist ri k y a n g D iha si lka n Bentuk Roda Gila Runner Trapesium Runner Persegi

  

DAFTAR PUSTAKA Study of Stand Alone, Hybrid and

Grid .

  Arifin. 2006.

  “ Profil Energi Provinsi

  Gorontalo

  ” Penelitian Kerja Kvicinsky S, JL Kueny, F Avellan, E

  Sama ITB- UNG dan Pemda Parkinson. 2002. Experimental Prov. Gorontalo.

  and Numerical Analysis of Free surface flows in A

  Asdak Chay, 2005. ”Hidrologi dan

  Rotating Bucket . Procedding of st

  Pengelolaan Daerah Aliran the xxi

  IAHR Symposium on Sungai”, Gajah Mada University

  Hydraulic Machinery and Press, Yogyakarta, , hal. 165. System. Lausanne.

  Bachtiar, Asep Neris. 1998.

  Nechleba Miroslov, 2002.

  ” Hydraulic Perencanaan Turbin Air

  Turbine Their Design and Penggerak Generator Listrik Equipment Checoslovakia,

  ”, Pedesaan . Tugas Akhir. Arti Paque.

  Bono dan Indarto. 2008. Karakterisasi Penche, C. 1998.

  Layman’s Guidebook, Daya Turbin Pelton Mikro on how to develop a small hydro . dengan Variasi Bentuk Sudu

  . European small

  site

  Fakultas Teknik Universitas Hydropower Association. Gadjah Mada. Yogyakarta.

  Prajitno. 2005. Diklat Kuliah Turbin Air. Dietzel F dan Sriyono D, 1990, Turbin,

  Pompa dan Kompresor, Seith S.M., Modi P.P., 1991. Penerbit Erlangga, Jakarta.

  Hydraulics Fluid Mechanic and Fluid Machines . Dhempat &

  Edi Sudianto Sihombing, 2009.

  Sons. Delhi.

  Pengujian Sudu Lengkung Prototipe Turbin Air Terapung

  Staubli T, and HP Hauser. 2004. Flow

  Pada Aliran Sungai . USU Vizualisation-Adiagnosis Tool

  Repository.Universitas Sumatera .

  for Pelton Turbines Utara Medan.

  IGHEM2004. Lucerne. Finnemore and Franzini, 2006. Tenth Streeter,V.L. dan Wylie, E.B, 1994.

  Edition, Fluid Mechanics with Fluid Mechanics . New York.

  Engineering Applications, Mc McGraw-Hill.

  Graw- Hill, Singapure. Haan, C.T., 2006, Statistical Methods in

  Hidrology. Lowa: The Iowa State Univ. Press.

  Haimerl, L.A.(1960). The Cross Flow Turbine . Jerman Barat. Ketjoy P.L.N. and Rakwichian W.,

  2004, Pico Hydro Power

  Generation Demonstration: Case