TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  TURBIN ALIRAN SILANG DENGAN JUMLAH SUDU 16 UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh :

  Danang Prihartarto

NIM : 035214033

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2008

  

CROSSFLOW TURBINE WITH 16 BLADES

FOR GENERATOR

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

  By

  

Danang Prihartarto

Student Number: 035214033

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2008

HALAMAN PERSEMBAHAN

  Tugas akhir ini saya persembahkan untuk :

  1. Alm. Bp. Karmanto

  2. Bu Sukarni

  3. Mas Budhi

  4. Mas Radik

  5. Paulina

  

MOTTO

Life is beautiful

  

Hiduplah sekarang untuk masa yang akan datang, bukan untuk masa lalu

  

PERNYATAAN

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

  Yogyakarta, Maret 2008 Penulis

  Danang Prihartarto

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tanggan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma: Nama : Danang Prihartarto Nomor Mahasiswa : 035214033 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

  ……………………………………………………………………………………… …... Turbin Aliran Silang Dengan Jumlah Sudu 16 Untuk Pembangkit Listrik ..... .................................................................................................................................... beserta peragkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me- ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dam mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : Maret 2008 Yang menyatakan ( Danang Prihartarto )

  

INTISARI

Energi air dimanfaatkan untuk menggerakkan Turbin Aliran Silang.

  Turbin Airan Silang ini digunakan untuk pembangkit listrik dengan bantuan alternator. Turbin Aliran Silang biasanya sudu dibuat dari plat yang dilengkung. Hal ini sulit diaplikasikan di masyarakat sehingga dalam penelitian ini pembuatan sudunya disederhanakan yaitu dengan pipa besi berdiameter 0,076 m yang dibelah menjadi 4 sama besar.

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui daya maksimum yang dihasilkan oleh Turbin Aliran Silang dengan jumlah sudu 16, yang mana tinggi air jatuh (head) dan kapasitas air (debit) sudah ditentukan. Turbin Aliran Silang tediri dari runner dan nosel. Diameter runner Turbin Aliran Silang sebesar 0,23 m dan panjangnya 0,2 m. Sudunya dibuat dari pipa besi berdiameter 0,076 m yang dibelah menjadi 4 sama besar. Penelitian ini menggunakkan variasi beban lampu, yang digunakan adalah lampu 10 watt, 20 watt, 30 watt, 135 watt, 35 watt, 45 watt, 55 watt, 65 watt. Pada saat pengujian diukur putaran poros, arus, tegangan ketika tanpa beban dan ketika diberi beban. Dari data yang diperoleh maka dapat dihitung daya keluaran dan efisiensi total.

  3 Pada pengujian pertama (pada head 1,5 m dan debit 0,015 m /s), daya

  keluaran paling besar yaitu 13,54 watt dan efisiensi total yang paling besar adalah 6.78 % yang didapat ketika alternator diberi beban lampu 45 watt. Pada pengujian

  3

  kedua (pada head 1,3 m dan debit 0,012 m /s), daya keluaran paling besar yaitu 11,3 watt dan efisiensi total yang paling besar adalah 7,23 % yang didapat ketika alternator diberi beban lampu 45 watt.

KATA PENGANTAR

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

  

“Turbin Aliran Silang dengan Jumlah Sudu 16 untuk Pembangkit Listrik”.

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

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

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

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

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

  4. Bapak Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

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

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

  7. Teman-teman mahasiswa khususnya angkatan 2003 Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.

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

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

  Yogyakarta, Maret 2008 Penulis

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ...........................................................................................i LEMBAR PERSETUJUAN .............................................................................iii LEMBAR PENGESAHAN ..............................................................................iv HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................ v MOTTO ............................................................................................................vi PERNYATAAN ...............................................................................................vii LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ...........................................................................................viii

  INTISARI ..........................................................................................................ix KATA PENGANTAR ....................................................................................... x DAFTAR ISI ....................................................................................................xii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xv DAFTAR TABEL............................................................................................xvi

  BAB I PENDAHULUAN 1.1. _{Latar Belakang ................................................................................... 1} 1.2. _{Rumusan Masalah .............................................................................. 2} 1.3. _{Tujuan Penelitian ............................................................................... 3} BAB II DASAR TEORI

  2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................................. 4

  2.2. Bagian-bagian Turbin Aliran Silang ................................................... 5

  2.4. Alur Pergerakkan Air pada Turbin Aliran Silang ............................... 9

  2.5. Konstruksi Turbin Aliran Silang ....................................................... 11

  BAB III METODE PENELITIAN

  3.1. Diagram Alir Penelitian .................................................................... 19

  3.2. Perancangan Turbin Aliran Silang .................................................... 19 3.3. _{Pelaksanaan Penelitian ...................................................................... 29}

  3.3.1. Sarana Penelitian ...................................................................... 29

  3.3.2. Skema Penelitian ..................................................................... 30

  3.3.3. Jalannya Penelitian ................................................................... 31

  3.3.3.1. Persiapan ......................................................................... 31

  3.3.3.2. Penelitian ......................................................................... 32

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. _{Hasil Penelitian ................................................................................... 33}

  4.1.1. Data Hasil Penelitian ................................................................ 33

  4.1.2. Perhitungan Data Hasil Penelitian ........................................... 34 4.2. _{Pembahasan ......................................................................................... 36}

  4.2.1. Pembahasan Tentang Daya Keluaran Hasil Penelitian Secara Keseluruhan ............................................................................. 36

  4.2.2. Pembahasan Tentang Efisiensi Total Hasil Penelitian Secara Keseluruhan ............................................................................. 37

  BAB V PENUTUP

  5.1. Kesimpulan ....................................................................................... 40

  5.2. Saran .................................................................................................. 40 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 42 LAMPIRAN

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Turbin Aliran Silang .................................................................... 5Gambar 2.2 Runner Turbin Aliran Silang ....................................................... 6Gambar 2.3 Alternator .................................................................................... 7Gambar 2.4 Skema Turbin Aliran Silang ........................................................ 8Gambar 2.5 Aliran pergerakkan air pada Turbin Aliran Silang .................... 10Gambar 2.6 Defleksi pergerakkan air pada Turbin Aliran Silang ................ 10Gambar 2.7 Segitiga kecepatan pada Turbin Aliran Silang .......................... 11Gambar 2.8 Gabungan segetiga kecepatan pada Turbin Aliran Silang ........ 12Gambar 2.9 Kelengkungan sudu ................................................................... 13Gambar 2.10 Jarak antar sudu ......................................................................... 14Gambar 2.11 Alur pancaran air........................................................................ 15Gambar 3.1 Skema penelitian Turbin Aliran Silang ..................................... 30Gambar 4.1 Grafik daya keluaran (P out ) vs putaran alternator ...................... 36Gambar 4.2 Grafik efisiensi total (

  η) vs putaran alternator ..........................37

  DAFTAR TABEL

  3 Tabel 4.1 Data penelitian pada head 1,5 m dan debit 0,015 m /s .................. 33

  3 Tabel 4.2 Data penelitian pada head 1,3 m dan debit 0,012 m /s .................. 34

Tabel 4.3 Hasil perhitungan data penelitian pada head 1,5 m dan

  3

  debit 0,015 m /s .............................................................................. 34

Tabel 4.4 Hasil perhitungan data penelitian pada head 1,3 m dan

  3

  debit 0,012 m /s .............................................................................. 35

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Teknologi alat pembangkit energi pada saat ini sudah banyak macam, kegunaan dan manfaatnya. Pada umumnya alat pembangkit energi tersebut mengunakan energi fosil sebagai energi dasar, berupa gas bumi, minyak bumi dan batu bara. Akhir-akhir ini manusia dikhawatirkan dengan krisis energi bahan bakar fosil dan efek buruk hasil pembakaran bahan bakar fosil tersebut sehingga dikembangkan berbagai bentuk energi alternatif dengan memanfatkan energi alam berupa energi surya, air, angin dan gelombang.

  Air merupakan salah satu sumber daya alam yang tidak terbatas jumlahnya, yang potensinya dapat digunakan sebagai energi alternatif untuk menggantikan pengunaan energi fosil. Oleh karena itu manusia mulai mengembangkan energi air sebagai sumber energi alternatif khususnya sebagai penghasil energi listrik. Dengan memanfaatkan energi air ini maka manusia juga dapat mengurangi efek buruk yang ditimbulkan oleh energi fosil yang berupa polusi. Pada prakteknya energi air yang termanfaatkan hanya energi air yang besar saja, sehingga diberbagai tempat yang mempunyai potensi energi air kecil yang tidak termanfaatkan. Di lain pihak banyak kelompok masyarakat terpencil yang belum bisa menikmati energi listrik distribusi dari pusat. Sehingga diperlukan teknologi terapan untuk memanfaatkan potensi-potensi energi air tersebut. penting teknologi itu harus mudah diterapkan dan diaplikasikan oleh masyarakat pada umumnya.

  Turbin Aliran Silang adalah salah satu alat yang dapat mengkonversi energi air menjadi energi listrik dengan bantuan generator. Turbin Aliran Silang cocok digunakan untuk daerah-daerah yang potensinya airnya kecil misalnya di

  3

  sungai-sungai kecil, kapasitas airnya (debit) antara 0,01 m /s sampai dengan 7

  3

  m /s dan tinggi air jatuh (head) antara 1 m sampai denagn 200 m. Turbin Aliran Silang terdiri dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan pararel dan sebuah nosel.

1.2 Rumusan Masalah

  Selama ini energi air yang dimanfaatkan hanya energi air yang besar saja, sedangkan diberbagai tempat banyak mempunyai potensi energi air kecil yang belum dimanfaatkan. Dalam hal ini banyak kelompok masyarakat terpencil yang belum bisa menikmati energi listrik distribusi dari pusat. Sehingga diperlukan teknologi terapan untuk memanfaatkan potensi-potensi energi air kecil tersebut untuk memenuhi kebutuhan listrik untuk masyarakat terpencil.

  Saat ini kebanyakan sudu turbin aliran silang dibuat dengan menggunakan plat yang dilengkung. Karena membuat sudu turbin aliran silang dengan menggunakan plat yang dilengkung sulit, maka untuk mempermudah pembuatan sudunya dibuat dengan menggunakan pipa berdiameter 0,076 m yang dibelah menjadi 4 sama besar.

1.3 Tujuan Penelitian

  Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja Turbin Aliran Silang dengan jumlah sudu 16 sehingga dapat diketahui daya dan efisiensi total yang paling besar. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan tambahan pengetahuan tentang tenaga air atau hydropower, khususnya yang berkaitan dengan pemanfaatan turbin aliran silang sebagai pembangkit energi listrik.

BAB II DASAR TEORI Turbin Aliran Silang berfungsi untuk mengkonversi energi ptensial air

  menjadi energi mekanis. Air dialirkan melalui sebuah nosel yang kemudian masuk ke sudu turbin menggerakkan runner dan poros yang terhubung dengan generator.

  Generator yang berputar selanjutnya menghasilkan energi listrik.

2.1. Tinjauan Pustaka

  Dalam penelitian tentang Crossflow Turbine yang berjudul Parametric

  Study on Perfomance of Cross-Flow Turbine , C. B. Joshi, 1995 mengatakan bahwa semakin banyak jumlah sudunya maka semakin besar efisiensi turbinnya.

  Dari penelitian Nadjamuddin Harun, M. Yamin dan N. Salam, 1995 tentang

  3 Turbin Banki pada debit aliran sungai (Q) = 0,0899 m /s pada kecepatan aliran (v)

  2

  = 0,5015 m/s dan luas penampang (A) = 0,17931 m , tinggi jatuh efektif (H) = 7 meter diperoleh efisiensi turbin = 75%, daya (P) = 10 Kw. Diameter roda turbin (D) = 31,5 cm. Drs. Rukman, M.T merancang Turbin Crossflow dengan tujuan untuk mengetahui ukuran; pembuatan dan perhitungan biaya runner. Perancangan dilakukan berdasarkan data lapangan. Data ini meliputi debit dan head dengan panjang dan jumlah sudu tetap. Sensitivitas dalam perancangan ini adalah memvariasikan debit dan head, baik debit terhadap head maupun head terhadap debit. Hasil perancangan menunjukkan dengan efisiensi 80%, turbin dapat yang dilakukan oleh Multi Bina Teknika Utama didapat daya keluaran 900 W

  3

  pada putaran 1500 rpm. Diameter runner adalah 0,17 m, debit air 0,00625 m /s, head 50 m.

2.2. Bagian-bagian Turbin Aliran Silang

  Nosel Runner

Gambar 2.1 Turbin Aliran Silang

  (http://www.otherpower.com/scotthydro.html) piringan Sudu Alternator

Gambar 2.2 Runner Turbin Aliran Silang

  (http://www.otherpower.com/scotthydro.html) Turbin Aliran Silang terdiri dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel dan sebuah nosel. Ukuran nosel disesuaikan dengan ukuran runner turbin.

  Altenator adalah suatu alat elektromekanikal yang mengkonversi daya mekanis menjadi energi elektrik. Pada prinsipnya alternator dapat juga disebut sebagai generator, tetapi biasanya altenator lebih mengacu pada bentuk yang lebih kecil yang biasa digunakan pada otomotif. Altenator memiliki 3 bagian yang penting, yaitu :

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

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

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

  Besarnya arus yang dihasilkan oleh altenator tergantung pada besarnya putaran alternator dan kekuatan medan magnet Altenator menghasilkan listrik _. dengan prinsip yang sama pada DC generator, yakni adanya arus pengumpan yang disebut arus eksitasi saat terjadi medan magnet disekitar kumparan.

Gambar 2.3 Altenator (Forcefield, 2003)

  Dari alternator dapat di ukur arus (I) dan tegangan keluaran (V) yang kemudian

2.3. Prinsip Dasar Turbin Aliran Silang Turbin Aliran Silang (Crosflow Turbine) ditemukan oleh Michell-Banki.

  Yang kemudian turbin ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki. Turbin ini juga disebut dengan Turbin Ossberger, Ossberger adalah nama perusahaan yang memproduksi Turbin Aliran Silang. Turbin Aliran Silang termasuk turbin impuls. Pancaran air dari nosel masuk ke turbin melalui sudu jalan sehingga terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi mekanis. Pancaran air yang masuk ke turbin melalui bagian atas memberikan energi ke sudu, kemudian masuk ke bagian dalam turbin dan keluar melalui bagian bawah turbin.

  Turbin mengambil energi air dua kali yaitu melalui sudu atas dan sudu bawah. Pada bagian atas turbin mengambil energi sebesar 72 % dan pada bagian bawah turbin mengambil energi sebesar 28 %.

Gambar 2.4 Skema Turbin Aliran Silang

2.4. Alur Pergerakkan Air pada Turbin Aliran Silang

  Pada gambar 2.5 diasumsikan bahwa pancaran air dari nosel masuk kedalam runner pada titik A dengan sudut α yang bersinggungan dengan keliling runner. Kecepatan air sebelum memasuki runner dapat dihitung dengan persamaan:

  ½

  V

  1 =C (2gH) (Banki, 2004, hal 6) ............................................. 2.1

  dengan :

  V 1 = Kecepatan absolut. H = Head ketinggian C = Koefisien berdasarkan nosel

  Dalam turbin berhubungan dengan komponen – komponen kecepatan yaitu: V = Kecepatan mutlak v = Kecepatan relatif u = Kecepatan tangensial roda turbin.

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

Gambar 2.5 Aliran pergerakan air pada Turbin Aliran Silang

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

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

2.5. Konstruksi Turbin Aliran Silang

  Sudut

  1 ditentukan oleh nilai

1 ,V

1 , dan u 1 .

  β α

Gambar 2.7 Segitiga kecepatan pada Turbin Aliran Silang

  (Mockmore, 2004, hal. 8) Jika u = ½ V cos ................................................................................... 2.2

  1

  1

  1

  α maka tan

  1 = 2 tan 1 ................................................................................... 2.3

  β α

  o

  jika

  1 = 16

  α

  o o o maka =29 ,50 atau 30 atau nilai pendekatan.

  1

  β (Mockmore, 2004, hal 10)

  

2 ' adalah sudut sudu keluar sisi atas pada keliling dalam runner. Dengan asumsi

  β v 1 = v

  2 dan 1 = 2, untuk membuat aliran pancaran air radial maka besarnya

  α α

  o 2 '=90 .

  β

Gambar 2.8 Gabungan segitiga kecepatan pada Turbin Aliran

  Silang (Mockmore, 2004, hal 11)

  a. Diameter Luar runner (D )

  1 ½

  D

  1 = 862H /N (Mockmore, 2004, hal 14) ............................. 2.4

  dengan : H = head ketinggian (in) N = putaran turbin (rpm)

  b. Panjang Turbin (L)

  ½ ½

  L = 144QN/862 H Ck(2gH) (Mockmore, 2004, hal 15 ) ..... 2.5 Dengan : Q = Debit aliran air (cfs) C= Koefisien nosel = 0.98 c. Perbandingan panjang dan diameter turbin _{2 1}

  )

  LD

  1 = 210.6Q/H (Mockmore, 2004, hal 17 ....................... 2.6

  d. Jari-jari kelengkungan sudu ( ρ)

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

  ρ = 0.3261 r dengan : r

  1 = jari-jari luar runner (in)

  e. Lebar velk radial (a ) a = 0,17D

  1 (Mockmore, 2004, hal 12) ................................ 2.8

Gambar 2.9 Kelengkungan sudu (Mockmore, 2004, hal. 16) f. Jarak antar sudu (t) Jarak antar sudu meliputi jarak antar sudu pancaran air masuk (s

  1 ), jarak

  sudu pancaran air keluar (s ) dan jarak antar sudu (t) (gambar 2.14)

  2

  s

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

  s

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

  t =s

  1 /sin 1 (Mockmore, 2004, hal 10) ........................................ 2.11

  β

Gambar 2.10 Jarak antar sudu (Mockmore, 2004, hal. 9)

  g. Jumlah sudu (n) n =

  1 /t (Mockmore, 2004, hal 17) ............................... 2.12 h. Jarak pancaran dari poros (y

  1 ) (gambar 2.17)

  = ½ V

  1

  α

  1 = 2 tan

  maka tan β

  1

  cos α

  1

  1

  y

  j. Efisiensi maksimal turbin jika u

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

  2 = (0.1314-0.945k) D 1 (Mockmore, 2004, hal 14) ............. 2.14

  ) (gambar 2.17) y

  2

  i. Jarak pancaran dari keliling dalam (y

  1 = (0.1986-0.945k) D 1 (Mockmore Banki, 2004, hal 14) .. 2.13

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

  2 = 0,5 C (1 +

  1 (Mockmore, 2004, hal 9) ....... 2.15

  ε ψ ) cos2 α max k. Nosel

  Meliputi penampang nosel (A) dan tinggi pancaran air nosel (s o ) A = Q/V

  1 (Mockmore, 2004, hal 17) ................................ 2.16

  So = A / L (Mockmore, 2004, hal 17) ................................ 2.17 l. Sudut pusat sudu jalan (gambar 2.12)

  Tan ½ /(sin +r /r ) ........................................................... 2.18

  1

  1

  2

  1

  δ = cosβ β m. Perhitungan poros

  Parameter-parameter yang digunakan dalam perhitungan poros sebagai berikut ;

• P = daya yang ditransmisikan (kW)
• Fc = faktor koreksi (Sularso, 2004, hal. 7)
• n = putaran poros (rpm)
• Pd = fc×P (kW) ........................................................................... 2.19
• = momen puntir rencana (kg.mm)

  T Pd

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

  σ

• 2
_B = kekuatan tarik bahan (kg
• Sf

  1 dan Sf 2 = faktor keamanan

• Cb = faktor Cb nilainya 1,2 sampai 2,3. Jika diperkirakan tidak terjadi pembebanan lentur maka Cb = 1.
• Kt = faktor Kt dipilih 1,0 jika beban dikenakan secara halus; 1,0-1,5 jika dikenakan sedikit beban kejutan atau tumbukan; dan 1,5-3,0 jika beban kejutan atau tumbukan besar.

  σ _B

  2

  τ = • _a (kg/mm ) ......................................................... 2.21 ( Sf 1 × Sf 2 )

• d s = diameter minimal poros (mm)
₁ 5 ,

  1 ₃ d s = ......................................................... 2.22 [ ]

  × Kt × Cb × T τ _a n. Perhitungan Daya yang tersedia (P in )

  QHe

  P = 8 ,

  8 QH P = (HP) ................................................................. 2.23 8 ,

  8 Q = Debit air (cfs) H = Tinggi air jatuh (head) (feet) o. Perhitungan Daya Keluaran (P )

  out

  Pout = V x I .................................................................... 2.24 V = Tegangan (volt) I = Arus (ampere) p. Perhitungan Torsi Guna Turbin (T)

  P _out

  T =

  9 , 55 × ................................................................ 2.25 n

  n = Putaran q. Perhitungan Efisiensi Total (

  η)

  P _out × 100 % .............................................................. 2.26

  η =

  P _in

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1 Diagram Alir Penelitian START STUDI PUSTAKA PERANCANGAN TURBIN ALIRAN SILANG PEMBUATAN TURBIN ALIRAN SILANG PENELITIAN TURBIN ALIRAN SILANG PENGAMBILAN DATA PENGOLAHAN DATA SELESAI

  3.2 Perancangan Turbin Aliran Silang

  Dalam merancang sebuah Turbin Aliran Silang diperlukan parameter yang diketahui sebagai dasar perancangan untuk perhitungan parameter-parameter lain.

  Dalam perancangan ini terdapat parameter yang diketahui yaitu : Tinggi tekan / head (H) = 1,5 meter

  = 4,92126 ft

  Kapasitas aliran / Debit (Q) = 336,75 US gpm = 0,750cfs

  3

  = 0,021 m /s Asumsi :

  Koefisien nosel (C) = 0,98 Faktor koreksi (k) = 0,087 Sudut masuk (

  1 ) = 16º

  α Sudut keluar ( ') = 90° (untuk membuat aliran pancaran

  2

  β air radial).

  Perancangan Turbin Aliran Silang dengan sudu jalan yang terbuat dari pipa berdiameter 3 in (0,076 m).

  Perhitungan : Sudu jalan Turbin Aliran Silang terbuat dari pipa dengan diameter 3 inci

  (0,076 m), sehingga dapat diketahui :

  a. Jari-jari kelengkungan sudu turbin ( ρ)

  3

  in ρ =

  2

  = 1,5 in ρ

  = 0,038 m ρ

  b. Diamater turbin (D

  1 )

  = 0,3261 r

  1

  ρ

  ( 2 )

  x ρ

  D

  1 =

  , 3261 ( x

  2 1 , 5 ) =

  , 3261 = 9,199 in

  D = 0.234 m

  1

  c. Panjang turbin (L)

  Q

  LD

  1 = 210,6 _{2 1} H Q

  L = 210,6 _{2 1} D H ₁

  , 750285

  L = 210,6 ₁

  ⎛ ⎞ ₂ 9 , 1996 x

4 , 92126

⎜⎜ ⎟⎟

  ⎝ ⎠

  L = 7,742 in L = 0,197 m d. _{Lebar sudu (a )} a = 0,17 D

  1 ×

  a = 0,17 9,1996 a = 1,564 in a = 0,039 m e. _{Jarak antar sudu pancaran air masuk (s} 1 ) s

  1 = k D

  1

  s = 0,087 × 9,1996

  1

  s

  1 = 0,8 in

  s

  1 = 0,02 m

  f. Jarak antar sudu (t)

  o

  dengan sudut masuk =30

  1

  β

  s ₁

  t = sin β ₁

  , 8003

  t =

  sin 30 °

  t = 1,6 in t = 0,04 m g. ) _{Jarak antar sudu pancaran air keluar (s}

  2

  dengan :

  D ₁

  r

  1 =

  2

  9 , 1996

  r =

  1

  2

  r

  1 = 4,5998 in

  r

  2 = r 1 - a

  r = 4,5998 - 1,5639

  2 r

  2 = 0,077 m

  maka ⎛ ⎞

  r ₂

  s = t

  2

  ⎜⎜ ⎟⎟

  r ₁

  ⎝ ⎠ ⎛ 3 , 0358 ⎞ s =1,6007

  2 ⎜ ⎟

  4 , 5998 ⎝ ⎠ s

  2 =1,056 in

  s

  2 =0,026 m h. _{Jumlah sudu (n)} D

  ⎛ ^{1 ⎞} n = ⎜ ⎟

  л

  t

  ⎝ ⎠ ⎛ 9 , 1996 ⎞ n = 3,14 ⎜ ⎟ 1 , 6007 ⎝ ⎠ n = 18,046 ≈

  18 dari n = 18 maka Turbin Aliran Silang ini dikemungkinan dapat dibuat dengan jumlah sudu 16, 18, 20. Dalam perancangan ini dpilih jumlah sudu 16. i. _{Jarak pancaran dari poros (y} 1 ) y

  1 = (0,1986-0,945k) D

  1

  y = (0,1986-0,945 × 0,087) 9,1996

  1

  y

  1 = 1,071 in j. _{Jarak pancaran dari keliling dalam (y} 2 ) y

  2 = (0,1314-0,945k) D

  1

  y = (0,1314-0,945 × 0,087) 9,1996

  2

  y

  2 = 0,453 in

  y

  2 = 0,012 m k. _{Luas penampang nossel (A)}

  ⎛ ⎞

  Q

  A = ⎟⎟ ⎜⎜

  V ₁

  ⎝ ⎠ dengan:

  ½

  V

  1 = C (2gH) ½ × ×

  V

  1 = 0,98 (2 32,2 4,92126)

  2 V 1 =17,446 ft /s

  2 V 1 =1,621 m /s

  maka : ⎛ Q ⎞

  A = ⎟⎟ ⎜⎜

  V ₁

  ⎝ ⎠ , 750285

  ⎛ ⎞ A = ⎜ ⎟ 17 , 446

  ⎝ ⎠

  2 A = 0,043 ft

  2 A = 0,004 m l. _{Tinggi pancaran air nosel (So)}

  A ⎛ ⎞

  So =

  ⎜ ⎟ L

  ⎝ ⎠

  ⎛ 6 , 1926 ⎞ So =

  ⎜ ⎟ 7 , 7422 ⎝ ⎠

  So = 0,799 in So = 0,02 m m. _{Putaran poros (N) 1}

  862 ⎛ ⎞ ₂ D = H

  1

  ⎜ ⎟

  N

  ⎝ ⎠ ₁ ⎛ ⎞

  862 ₂ N = H ⎜⎜ ⎟⎟

  D ₁

  ⎝ ⎠ ₁

  ⎛ ⎞ ₂ N = 4 , 9215 ⎜ 862 ⎟ 9 , 1996 ⎝ ⎠

  N = 207,867 rpm n. _{Sudut pusat sudu jalan (δ )}

  1 cos β ₁ Tan

  δ =

  2

  ⎛ r ⎞ ₂ sin β + ₁

  ⎜⎜ ⎟⎟

  r ₁

  ⎝ ⎠

  1 cos

  30 ° Tan

  δ =

  2

  3 , 0358 ⎛ ⎞ ⎜ + sin 30 ° ⎟ 4 , 5998 ⎝ ⎠

  o

  = 73,48 o. _{Efisiensi maksimal turbin}

  2

  2

  = 0,5 C (1 +

  1 )

  ε ψ ) (cos α max

  2

  2

  = 0,5 × 0,98 (1 + 0,98 ) (cos 16) ε max

  = 0,87 = 87 % ε max p. _{Daya maksimal yang tersedia}

  QHe

  P =

  max

  8 ,

  8 , 750285 4 , 92126 ,

  87 × ×

  P max = 8 ,

  8 P max = 0,3650 hp P max = 272.18 watt q. _{Perhitungan Poros} P = 0,1996 kW n = 207,687 rpm fc = 1,0

• Pd = fc×P Pd = 1,0 × 0,1996

  Pd = 0,1996 kW

  

Pd

• 5

  T = 9,74×10 ×

n

  , 1996

  5 T = 9,74×10 ×

  207 , 687 = 936,074 kg.mm

  T

  2 σ = 58 kg/mm (Sularso,2004,hal. 330) _B

  Sf

  1 = 6,0 ; Sf

2 = 2,0 (Sularso,2004,hal. 8)

  58 τ = • _a

  ( 6 , × 2 , )

  

2

  = 4,83 kg/mm τ _a

  Kt = 2,0 (Sularso,2004,hal. 8) Cb = 1,5 (Sularso,2004,hal. 8) ₁ 5 ,

  1

• d =

  s ³

  [ × 2 , × 1 , 5 × 936 , 074 ] 4 , 83 d = 14,3665 mm

  s Dalam perancangan ini menggunakan diameter poros 0,018 m. Geometri Turbin Aliran Silang :

  a. Jari-jari kelengkungan sudu = 1,5 in = 0,038 m

  h. Jumlah sudu (n) = 16 buah i. Jarak pancaran dari poros (y

  o

  δ ) = 73,48

  = 0,004 m l. Tinggi pancaran air nosel (So) = 0,799 in = 0,02 m m. _{Kecepatan putar (N)} = 207,867 rpm n. Sudut pusat sudu jalan (

  2

  k. Luas penampang nozel (A) = 0,043 ft

  2 ) = 0,453 in = 0,012 m

  j. Jarak pancaran dari keliling (y

  1 ) = 1,07 in = 0,027 m

  ) = 1,056 in = 0,026 m

  b. Diameter turbin (D

  2

  g. Jarak antar sudu luar turbin (S

  f. Jarak antar sudu (t) = 1,6 in = 0,04 m

  1 ) = 0,8 in = 0,02 m

  e. Jarak antar sudu dalam turbin (S

  d. Lebar sudu (a) = 1,564 in = 0,039 m

  c. Panjang turbin (L) = 7,742 in = 0,197 m

  ) = 9,199 in = 0,234 m

  1

  o. Efisiensi turbin maksimal = 87 % p. Daya maksimal yang tersedia = 0,3650 HP = 272,18 watt q. Diameter poros yang digunakan = 0,018 m

3.3 Pelaksanaan Penelitian

  Pelaksanaan penelitian dibagi menjadi 3 bagian yaitu sarana pennelitian, skema penelitian dan jalannya penelitian.

3.3.1 Sarana Penelitian

  Sarana penelitian yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

  a. Turbin Aliran Silang Turbin Aliran Silang ini terdiri dari runner dan nosel.

  b. Pompa Air

  Pompa air digunakan sebagai sumber tenaga untuk memompa air menuju bak penampungan. Air yang ada di bak penampungan kemudian dialirkan dengan selang menuju kearah runner turbin melalui nosel hingga memutar runner turbin. Spesifikasi pompa yang digunakan:

  Jenis pompa : pompa model ns-100 Debit maksimal : 449 US gpm = 0,028 m

  3

  / s

  Head maksimal : 82 feet = 24,99 m

  Daya maksimal : 10 HP = 7457 Watt Putaran maksimal : 2000 rpm

  c. Alternator

  Alternator digunakan untuk mendapatkan keluaran yang berupa tegangan dan arus listrik.

  d. Multimeter

  Multimeter digunakan untuk mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan oleh Turbin Aliran Silang.

  e. Lampu Pada penelitian ini lampu yang digunakan sebagai beban, yaitu 10 watt, 20 watt, 30 watt, 35 watt, 45 watt, 55 watt, 65 watt.

3.3.2 Skema Penelitian

Gambar 3.1. Skema penelitian Turbin Aliran Silang

3.3.3 Jalannya Penelitian

  Jalannya penelitian ini dilaksanakan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan dan tahap penelitian.

3.3.3.1 Persiapan 1. Persiapan Penelitian

  Runner di pasang pada kontruksi yang sudah disiapkan. Profil siku

  dirangkai dengan mur-baut menjadi rangka pendukung yang akan mendukung nossel dan altenator. Pada poros runner dihubungkan ke bagian altenator dengan sabuk dan puli. Pada setiap penelitian diberi beban berupa lampu yang divariasikan. Bagian atas dan samping dari altenator diberi penutup yang terbuat dari fiber untuk mencegah air mengenai altenator.

2. Penelitian Awal

  Setelah rangkaian Turbin Aliran Silang ini sudah selesai dirakit, maka rangkaian Turbin Aliran Silang ini perlu diujicoba untuk mengetahui apakah runner dapat berputar dengan baik atau tidak. Pompa air disiapkan untuk memompa air ke bak penampungan. Melalui bak penampungan air dialirkan melalui pipa dan melewati nosel menuju runner, air disemprotkan pada bagian atas sudu. Setelah turbin dapat berputar dengan baik maka penelitian dapat dilaksanakan.

3.3.3.2 Penelitian

  1. Penelitian pertama dilakukan pada head 1,5 m. Yang dilakukan pertama yaitu mengukur debit air pada head 1,5 m. Setelah mendapatkan besarnya debit maka penelitian selanjutnya dapat dilakukan.

  2. Penelitian dilakukan dengan melakukan variasi beban. Data yang diambil pada saat percobaan adalah tegangan dan arus yang dihasilkan pada saat dikenai beban lampu.

  3. Pada penelitian pertama, Turbin Aliran Silang diberi beban lampu 10 watt kemudian pompa air dijalankan hingga memutar turbin. Kemudian diukur dengan menggunakan tachometer untuk mengukur putaran dan multimeter untuk mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan.

  4. Penelitian dilakukan kembali untuk variasi jumlah beban lampu 20, 30, 35, 45, 55, 65 watt dengan cara yang sama.

  5. Untuk penelitian yang kedua dilakukan untuk head 1,3 m. Seperti pada pengujian sebelumnya, pertama ditentukan terlebih dahulu sampai pada debit yang stabil pada head 1,3 m.

  6. Kemudian dilakukan penelitian sama seperti metode penelitian pertama.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

4.1.1 Data Hasil Penelitian

  Data yang diperoleh dari sarana penelitian adalah variasi head dan debit hasilnya sebagai berikut :

a. Penelitian pertama

Tabel 4.1. Data penelitian pada head 1,5 m dan debit 0,015 m

  3

  /s beban putaran V

  I (watt) (rpm) (volt) (ampere) 65 745 6,80 1,87

  55 756 7,28 1,83 45 770 7,65 1,77 35 792 8,12 1,62 30 815 8,41 1,49 20 846 9,10 1,22 10 905 9,78 0,68

  0 936 10,53

b. Penelitian kedua

Tabel 4.2. Data penelitian pada head 1,3 m dan debit 0,012 m

  3

  /s beban putaran V

  I (watt) (rpm) (volt) (ampere) 65 640 6,10 1,80

  55 653 6,50 1,73 45 671 6,85 1,65 35 686 7,02 1,51 30 705 7,25 1,38 20 728 7,69 1,14 10 779 8,22 0,65

  0 804 8,84 0

4.1.2 Perhitungan Data Hasil Penelitian a. Hasil Perhitungan DataPenelitian Pertama

Tabel 4.3. Hasil perhitungan data penelitian

  dengan head 1,5 m; Debit = 0,015 m

  3

  /s putaran beban

  V I Daya(P_out) Efisiensi Torsi (rpm) (watt) (volt) (ampere) (watt) (%) (Nm) 745 65 6,80 1,87 12,72 6,37 0,16

  756 55 7,28 1,83 13,32 6,67 0,17 770 45 7,65 1,77 13,54 6,78 0,17 792 35 8,12 1,62 13,15 6,59 0,16 815 30 8,41 1,49 12,53 6,28 0,15 846 20 9,10 1,22 11,10 5,56 0,13 905 10 9,78 0,68 6,65 3,33 0,07

b. Hasil Perhitungan Data Penelitian Kedua

Tabel 4.4. Hasil perhitungan data penelitian

  3

  dengan head 1,3 m ; Debit = 0,012 m /s putaran beban

  V I Daya(P_out) Efisiensi Torsi (rpm) (watt) (volt) (ampere) (watt) (%) (Nm) 640 65 6,10 1,80 10,98 7,03 0,16

  653 55 6,50 1,73 11,25 7,19 0,17 671 45 6,85 1,65 11,30 7,23 0,16 686 35 7,02 1,51 10,60 6,78 0,15 705 30 7,25 1,38 10,00 6,40 0,14 728 20 7,69 1,14 8,77 5,61 0,12 779 10 8,22 0,65 5,34 3,42 0,07 804 0 8,84 0

4.2 Pembahasan

4.2.1 Pembahasan Tentang Daya Keluaran Hasil Penelitian Secara Keseluruhan

  2

  4

  6

  8

  10

  12

  14

  16 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 putaran alternator (rpm) P ou t ( w at t) head 1,5 meter ; debit 0,015 meter kubik/detik head 1,3 meter ; debit 0,012 meter kubik/detik

Gambar 4.1 Grafik daya keluaran (P out ) vs putaran alternator

  Dari data hasil penelitian dengan menggunakan head 1,5 m dan debit 0,015 m

  3 /s didapat grafik yang menghasilkan daya maksimal sebesar 13.54 watt.

  Daya maksimal tersebut didapat pada saat alternator di beri beban lampu 45 watt dan putaran alternatornya 770 rpm.

  Dari data hasil penelitian dengan menggunakan head 1,3 m dan debit

  3 Daya maksimal tersebut didapat pada saat alternator di beri beban lampu 45 watt dan putaran alternatornya 671 rpm.

  Dari gambar 4.2 ditunjukkan perbandingan 2 buah grafik daya keluaran vs putaran alternator antara data hasil penelitian pada head 1,5 m dan debit 0,015 m

  3

  /s dengan data hasil penelitian pada head 1,3 m dan Debit 0,012 m

  3

  /s. Dari perbandingan tersebut didapat bahwa semakin besar head dan debitnya maka putaran yang dihasilkan semakin besar sehingga daya yang dihasilkan juga semakin besar.