Post on 01-Feb-2016
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Tinjauan Umum
Praktikum sangat membantu dalam mendapatkan gambaran umum yang
nyata tentang alat/mesin yang dipelajari dibangku kuliah, dengan demikian
dalam praktikum turbin air, mahasiswa (praktikan) selain dapat melihat proses
kerja yang sesungguhnya, mereka juga akan dapat ingatan yang tidak mudah
hilang tentang turbin air, khususnya tipe Francis. Dan cara kerjanya
merupakan salah satu hal yang harus dikuasai, untuk itu dalam praktikum ini,
praktikan diharap untuk aktif dan menguasai terlebih dahulu dasar-dasar
praktikan yang akan dilakukan. Peran praktikan juga sangat penting dalam hal
ide/saran.
1.2 Tujuan Percobaan
1. Memperoleh grafik yang menunjukan hubungan antara kecepatan putar
turbin terhadap daya yang dapat dibangkitkan pada head konstan.
2. Memperoleh grafik yang menunjukan hubungan antara kecepatan putar
turbin terhadap efisiensi terhadap head konstan.
3. Mengetahui grafik yang menunjukan hubungan antara kecepatan putar
turbin terhadap efisiensi pada variasi guide vane yang berbeda.
4. Memperoleh grafik yang menunjukan hubungan antara kecepatan putar
turbin terhadap daya yang dapat dibangkitkan pada guide vane yang
berbeda.
5. Memperoleh grafik yang menunjukan hubungan antara kecepatan putar
turbin terhadap daya yang dapat dibangkitkan pada head drop yang
berbeda.
6. Memperoleh grafik yang menunjukan hubungan antara kecepatan putar
turbin terhadap efisiensi pada head drop yang berbeda.
7. Mampu melakukan analisa hasil percobaan.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Pengertian Turbin Air
Turbin air adalah suatu mesin konversi energi yang berfungsi
mengkonversikan atau mengubah bentuk energi potensial (head) yang
dimiliki air ke bentuk energi mekanik pada poros turbin.energi
potensial yang tersimpan pada fluida yang diam pada ketinggian
tertentu. Energi tersebut dapat menjadi energy kinetic secara perlahan-
lahan dengan mengalirkan ke tempat yang lebih rendah. Energi yang
berbentuk tersebut nantinya digunakan untuk memutar turbin dari
turbin memutar poros yang di hubungkan ke generator.
2.1.2 Klasifikasi Turbin Air dan Aplikasi Kerjanya
Turbin air dapat dibedakan menjadi 2 yaitu:
1. Turbin Impuls
Turbin impuls adalah turbin yang dimana proses aliran fluida
kerjanya (penurunan tekanan) yang terjadi pada sudu-sudu tetapnya.
Turbin impuls cocok untuk head yang tinggi dengan kapasitas yang
relative rendah. Jenis turbin ini mengubah air dari head yang tinggi
menjadi semburan kecepatan yang tinggi pada nozzle
a. Turbin Pelton
Turbin ini mempunyai dua bagian utama yaitu runner dan
nozzle runner.Runner terdiri dari poros, tangki, piringan dan
beberapa mangkuk. Turbin pelton terutama digunakan untuk
memanfaatkan potensi air yang memiliki head tinggi.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
Gambar 2.1 : Turbin Pelton
Sumber:http://www.topomatika.hr/Applications/Images/Big/
turbine_02-b.jpg
b. Turbin Michell-Banki
Turbin jenis ini sering disebut dengan turbin arus lintang
(cross flow), karena fluida yang bekerja yaitu air menggerakkan
sudu runner melewati pengarah sehingga seolah - olah terdapat
fluida yang datang dari dua aliran yang berbeda.
Turbin Michell-Banki terdiri dari runner, dan nozzle. Prinsip
kerjanya yaitu air yang keluar dari nozzle ditumbukkan ke runner
sehingga terjadi perubahan energi, dari energi kinetik air menjadi
energi mekanik pada poros runner. turbin ini banyak digunakan
pada head rendah hingga menengah.
Gambar 2.2 : Turbin Crossflow
Sumber:http://w30.indonetwork.co.id/pdimage/07/1283907_t14.jpg
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
c. Kincir Air
Kincir air memiliki ciri konstruksi yang sederhana dan
memiliki diameter yang besar. Prinsip kerja dari kincir air yaitu
pancaran air ditumbukan ke mangkok mangkok yang dipasang
pada rotor, sehingga terjadi perubahan energi kinetic menjadi
energi mekanik. Kincir air banyak dimanfaatkan untuk head dan
kapasitas yang relative kecil, biasanya tenaga yang dihasilkan
kincir air berkisar antar 1-3 kW. Kincir air bekerja pada putaran
rendah akibat diameter yang besar.
Gambar 2.3 : Kincir air
Sumber:
http://saharuljepara.files.wordpress.com/2009/02/electrvent.jpg
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
Macam-macam kincir air
Gambar 2.4 Macam – macam kincir air
Sumber :
http://www.fordendwatermill.co.uk/images/wheelshots.jpg
Overshot
Overshot adalah salah satu dari kincir air yang prinsip
kerjanya mendapatkan aliran fluida yang mengenai sudu bagian
atasnya sehingga fluida atau air tersebut membuat kincir air
berputar melawan arah jarum jam
Undershot
Undershot adalah salah satu dari kincir yang prinsip kerjanya
memanfaatkan aliran fluida. Dimana nantinya aliran fluida
mengenai bagian bawah dari sudu kincir sehingga membuat
kincir berputar searah jarum jam
Breast shot
Breast shot adalah jenis kincir air yang dikenai aliran fluida
ditengah atau dimuka dari sudu kincir air tersebut sehingga
membuat kincir air berputar searah jarum jam.
Pitch back
Pitch back adalah jenis kincir air yang prinsip kerjanya tidak
jauh beda dengan overshot. Akan tetapi disitu aliran fluida
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
menegenai hampir di atas kincir air sehingga membuat kincir
air berputar searah jarum jam.
2. Turbin Reaksi
Turbin reaksi adalah turbin dimanja ekspansi dari fluida kerjanya
terjadi pada sudu tetap dan sudu gerak. Yang termasuk dalam turbin
reaksi yaitu Turbin francis, turbin propeller (aksial) dan turbin
Kaplan.
a. Turbin Francis
Turbin francis yaiut turbin yang dijkelilingi dengan sudu
pengarah dan semuanya terbenam ke dalam air. Turbin francis
digunakan untuk pemanfaatan potensi menengah. Turbin francis
sudah bisa dibuat dengan kecepatan putar yang tinggi.
Gambar 2.5 : Turbin Air Francis
Sumber: http://image.made-
in-china.com/2f0j00dMbatjZEZcGs/Small-Francis-Turbine.jpg
b. Turbin Propeller
Turbin propeller digunakan untuk pemanfaatan potensi hidro
yang memiliki head rendah dengan kapasitas aliran besar dan
putaran operasinya tidak terlalu tinggi.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
Gambar 2.6 Turbin Propeller
Sumber:http://w14.itrademarket.com/pdimage/
85/1419385_propellerkpt500.jpg
c. Turbin Kaplan
Turbin kaplan adalah jenis turbin propeler dengan posisi sudu-
sudu jalan yang dapat diatur posisinya. Pengaturan sudu sudu roda
jalan dengan menggunakan tenaga hidrolikyang terletak pada poros
turbin. Karena sudu-sudu jalan dapat diubah , maka
karakteristiknya menguntungkan. Efisiensinya cukup stabil
walaupun terjadi perubahan yang besar. Head yang dibutuhkan
dalam pengoperasian yang baik dari turbin ini adalah lebih dari
20% dari head rencananya.
Gambar 2.7 : Turbin Kaplan
Sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan_turbine
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
Perbedaan turbin Impuls dengan turbin Reaksi
Gambar 2.8 Struktur Turbin Impuls dan Reaksi
Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Turbine
Turbin Impuls
Kecepatan putar rendah
Pressure Head dirubah menjadi velocity head seluruhnya
Saat air melewati sudu, tekanan yang melewati inlet dan outlet tidak
berubah
Mengubah energi kinetic air dengan pipa pancar (Nozzle)
Turbin Reaksi
Kecepatan putar tinggi
Hanya sebagian pressure head yang dikonversikan ke velocity head
Kecepatan dan tekanan air berubah selama melewati sudu-sudu
Mengubah pressure head dan kinetic air dengan sudu pengarah
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
2.2 Turbin Francis dan Prinsip Kerjanya
2.2.1 Bagian-bagian Turbin Francis
a. Runner (Bagian-bagian turbin air francis
Gambar 2.9 Runner
Sumber:http://i00.i.aliimg.com/photo/v0/220085406/
Francis_Turbine_Runner.jpg
Runner merupakan bagian dari mesin turbin francis yang dapat
berputar, pada runner terdapat sudu-sudu-sudu yang menghasilkan
gerak rotasi pada poros turbin akibat gaya reaksi dari aliran fluida.
b. Scroll Casing (rumah pompa)
Gambar 2.10 : Rumah Turbin
Sumber: http://www.gilkes.com/images/Francis%20-%20web
%20image.jpg
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
Merupakan saluran yang menyerupai rumah siput dengan bentuk
penampang melintang lingkaran.Bagian ini berfungsi menampung
fluida yang terlempar keluar sudu sudu jalan dan memaksimalkan
energi tekanan.
c. Guide Vane
Bagian yang berfungsi untuk mengarahkan aliran masuk fluida.
Guide blade dapat diatur atau diubah-ubah posisinya sehingga
mengatur kapasitas aliran juga.
Gambar 2.11: Guide vane
Sumber:http://rpmedia.ask.com/ts?u=/wikipedia/commons/thumb/
7/8/Francis_Turbine_Low_flow.jpg/120px-
Francis_Turbine_Low_flow.jpg
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
d. Saluran Masuk (Inlet)
Gambar 2.12 : Inlet
2.2.2 Sumber: Laboratorium Mesin-Mesin Fluida
Saluran yang berfungsi untuk menyalurkan air ke turbin
e. Draft Tube
Draft tube berfungsi untuk meneruskan air dari turbin ke saluran
pembuangan dengan menggunakan tinggi air jatuh air.
Gambar 2.13 : Pipa Pelepas Air
Sumber: Laboratorium Mesin-Mesin Fluida
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
2.2.2 Prinsip Kerja Turbin Francis
Prinsip kerja turbin Francis yaitu memakai proses tekanan lebih air
masuk ke rongga jalan sebagai energy jatuh (head drop) yang
menyimpan energy potensial, kemuudian di ubah menjadi energy
kinetic dari sudu dalam (sudu diam ) maka kecepatan air melewati sudu
diam menjadi lebih cepat sehingga bisa memutar sudu gerak. Dari
putaran sudu gerak tersebut nantinya akan merubah energy kinetic
menjadi energy mekanik sehungga menghasilkan daya.
Pada sisi luar roda jalan terdapat tekanan yang rendah kurang dari 1
atm dan kecepatan aliran yang tinggi. Sedangkan pada sisi lubang
masuk akan berkurang sehingga tekananya naik,maka air dapat
dialirkan keluar lewat saluran bawah. Dan berbagai perubahan energi-
energi yang terjadi pertama dari tendon dia atas air mengalir ke bawah
dan disitu air memiliki yang namanya energy potensial dan energy
kinetic, kemudian air tersebut masuk ke pipa masuk(inlet) dan
kemudian melewati sudu-sudu dari turbin francis. Setelah melewati
sudu diam menjadi lebih cepat dan mengenai sudu gerak sehingga
energy kinetik menjadi energi mekanik sehingga menghasilkan daya.
2.3 Teori Persamaan yang Mendukung Percobaan
2.3.1 Persamaan Bernoulli
Persamaan Bernoulli bermula dari suatu persamaan energi fluida
incompreesible dalam aliran steady yang menyatakan bahwa total yang
perpartisipasi adalah tetap sepanjang satuann jarak.
Pada aliran air dalam piapa diambil suatu selisih ketinggian 2 antara
tinggi air atas dan air bawah maka menurur Bernoulli aliran tersebut
yaitu :
Energi potensial + Energi kinetik + Energi tekanan yang besarnya
konstan
m.g.h + P.V + ½.m.V2 = konstan
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
Persamaan energi spesifik :
Dimana : P = Tekanan (N/m2)
H = ketinggian (m)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
V = Kecepatan Aliran (m/s)
= . g (kg/m2.s2)
Syarat-syarat hukum Bernoulli :
1. Aliran steady
2. Alirannya streamline
3. Incompressible
4. Adiabatis
Jadi persamaan Bernoulli pada setiap saat dan tiap posisi yang
ditinjau dari suatu aliran incompressible dengan tanpa adanya gesekan
adalah pipa akan memiliki jumlah energi ketinggian tempat, tekanan,
dan kecepatan yang sama.
2.3.2 Persamaan Kontinuitas
Persamaan ini adalah suatu ungkapan matematik mengenai hal-hal
jumlah netto massa yang mengalir dalam permukaan terbatas sama
dengan pertambahan masa dalam permukaan itu volume fluida masuk
dalam sistem adalah sama dengan volume yang keluar sistem
ρ1.V1.A1= ρ2.V2.A2
Keterangan: m = massa jenis ( )
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
v =kecepatan fluida
V =kecepatan rata-rata penampang ( )
A = Luas penampang (m2)
2.4 Rumus yang Digunakan
1. Head Drop Turbin (H)
Perhitungan ini mengabaikan perbedaan static head antara kedua buah titik
pengukuran.
2. Debit yang Melalui Orifice Plate (Q)
Dimana ∆P dalam satuan (mmHg)
3. Torsi (T)
Dimana : F = Gaya pengereman (N)
L = Panjang lengan gaya (m) = 0.248 m
4. Brake Horse Power (BHP)
Dimana : n = Kecepatan putar turbin (rpm)
5. Water Horse Power (WHP)
Dimana : = water g
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
6. Efisiensi ()
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
BAB III
PELAKSANAAN PERCOBAAN
3.1 Variabel yang Diamati
Pada percobaan turbin air variable yang perlu diamati antara lain :
3.1.1 Variabel bebas
Varibel bebas adalah variabel yang tidak terikat oleh variabel yang
lain. Variablel bebas pada percobaan turbin Francis ini adalah putaran.
3.1.2 Variabel terikat
Varibel terikat adalah variabel yang dipengaruhi variabel bebasnya
atau variabel lainnya. Variabel terikat pada percobaan turbin Francis ini
adalah gaya pengereman,daya air,efisiensi.
3.1.3 Variabel kontrol
Variabel kontrol adalah variabel yang hasilnya tidak dipengaruhi
oleh variabel terikat yang tidak bisa ditentukan dengan keperluan yang
diinginkan. Dalam hal ini yang termasuk variabel kontrol adalah head
drop
3.2 Peralatan yang Digunakan
Alat-alat yang digunakan dalam percobaan turbin air adalah :
1. Pompa air tipe sentrifugal dengan motor listrik, sebagai penggerak.
Spesifikasi
Motor AC :
Model : C 160 MAH
Serial : B 29821
Output : 11 kilowatt
Putaran : 2900 rpm
Voltage : 380 V
Arus : 234 A
Frekuensi : 50Hz
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
Temperatur :80°c
Rating :MCR
Fase : 3
Insl. Class : F
2. Pipa penyalur air yang menghubungkan pompa dan turbin dimana
pada pipa tesebut dilengkapi dengan orifie plate beserta pengukur
tekanannya dan stop valve.
3. Turbin tipe Francis beserta pengukur tekanan dibagian-bagian turbin,
inlet, turbin discharge, dan beberapa titik di Guide Vane.
4. Brake Torque Force Spring Balance.
5. Bak penampung air.
6. Pipa penyalur yang menghubungkan bak penampung air dan pompa.
7. Hand tachometer untuk mengukur putaran poros turbin
3.3 Instalasi Alat Percobaan
1. Bak Penampung
Berfungsi untuk menampung air yang dialirkan
2. Pompa air Sentrifugal
Berfungsi untuk menghisap air dari bak penampungan dan mengalirkan ke
turbin.
3. Katup
Berfungsi untuk mengalirkan kapasitas air yang mengalir ke turbin yang
nantinya juga menentukan besarnya Head Drop.
4. Orifice Valve
Digunakan untuk mengubah energi fluida kerja menjadi energi mekanik
5. Manometer
Berfungsi untuk mengukur beda tekanan
6. Turbin Francis
Digunakan untuk mengubah energi fluida kerja menjadi mekanik
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
7. Dinamometer
Berfungsi untuk mengukur gaya
8. Pressure Gauge inlet
Berfungsi untuk mengukur tekanan masuk
9. Pressure Gauge outlet
Berfungsi untuk mengukur tekanan keluar
3.4 Langkah Percobaan
1. Pastikan semua instrumen pengukuran menunjukkan posisi nol ( 0 ) dan
katup discharge dalam keadaan tertutup penuh.
2. Atur bukaan guide vane sesuai dengan yang dikehendaki.
3. Hidupkan motor listrik penggerak pompa, kemudian buka katup
discharge secara perlahan-lahan sampai pada head drop yang
dikehendaki.
4. Pada head drop yang dikehendaki, catat besarnya putaran poros sebagai
putaran maksimumnya, kemudian catat data dari semua instrumen
pengukuran sebagai data pertama.
5. Kurangi putaran poros sebesar 10% dari putaran maksimumnya dengan
cara menambah beban pengereman. Ambil data-data yang diperlukan.
6. Ulangi langkah no. 5 sampai poros berhenti.
7. Setelah semua pengambilan data selesai dilakukan, atur kembali beban
pengereman seperti pada kondisi awal.
8. Tutup katup discharge dan matikan motor listrik penggerak pompa.
9. Percobaan selesai.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
BAB V
PENGOLAHAN DATA
4.1 Data Hasil Percobaan
4.2 Pengolahan Data
Data Kelompok
(Terlampir)
Data Kelompok
(Terlampir)
4.2.1 Contoh Perhitungan
Perhitungan mengambil contoh data 1
1) Debit yang melalui orifice plate (Q)
Q = 3,521. (m3/jam)
= 3, 521.
= 36,25 m3/jam
2) Torsi (T)
T = F . L (N.m)
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
Bukaan GV = 11Head Drop (H) = 19
No n ΔP F (rpm) (mmHg) (N)1 2400 106 242 2200 129 313 2000 140 344 1800 148 415 1600 154 436 1400 158 457 1200 159 488 1000 164 509 800 165 5210 600 172 5411 400 177 5612 200 175 5813 0 162 59.5
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
= 24 . 0, 248
= 5,952 N.m
3) Brake Horse Power (BHP)
BHP = (2 . π . n . T) / 60 [Watt]
= (2 . 3,14 . 2400 . 5,952) / 60
= 1495,14 Watt
4) Water Horse Power (WHP)
WHP = (γ . Q . H) / 3600 [Watt]
= (9,8.1000 . 36,25 . 19) / 3600
= 1876,89 Watt
Keterangan : γ = ρair. g
ρ air = 1000
g = 9,8
5) Efisiensi (η)
η = (BHP / WHP) x 100 %
= (1495,14 / 1876,89) x 100% = 79,66%
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
A. Grafik hubungan antara putaran dengan daya poros (BHP)
Grafik diatas menunjukkan hubungan putaran poros turbin dengan daya
poros pada turbin. Sumbu X pada grafik menunjukkan putaran (rpm)
sedangkan pada sumbu Y menunjukkan BHP (watt).
Pada grafik dapat dilihat bahwa semakin tinggi putaran poros turbin
maka daya (BHP) yang dihasilkan oleh turbin semakin tinggi. Grafik
mengalami kenaikan hingga mencapai titik maksimum dari nilai daya poros
(BHP), kemudian grafik mengalami penurunan. Grafik mengalami kenaikan
diakibatkan karena pada awal putaran dari diam menuju berputar
membutuhkan gaya yang besar, sehingga torsi yang dihasilkan semakin
besar pula. Dimana hal ini sesuai dengan persamaan:
T = F . L dan BHP = (2π . n . T) / 60
Keterangan: F = Gaya (N)
L = Panjang lengan (m)
n = Putaran poros (rpm)
T = Torsi (Nm)
Semakin tinggi putaran maka akan menurunkan gaya yang dibutuhkan
hingga mencapai titik maksimum yang merupakan pertemuan antara
kenaikan putaran dan penurunan dari gaya. Setelah itu apabila putaran
semakin meningkat maka akan mengalami penurunan BHP. Hal ini
diakibatkan semakin meningkatnya putaran poros maka gaya yang
dihasilkan semakin menurun pula. Hal ini diakibatkan karena nilai putaran
berbanding terbalik dengan gaya, sehingga torsinya akan menurun.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
B. Grafik hubungan antara putaran dengan daya air (WHP)
Grafik diatas menunjukkan hubungan putaran poros dengan daya air
(WHP) yang dihasilkan turbin. Pada sumbu X terdapat putaran (rpm) dan
pada sumbu Y menunjukkan daya WHP (watt) pada turbin.
Pada grafik dapat dilihat bahwa semakin tinggi putaran poros turbin
maka WHP yang dihasilkan semakin tinggi. Grafik mengalami kenaikan
nilai WHP hingga titik maksimum dan kemudian menurun. Hal itu
diakibatkan, semakin besar debit air yang melewati orifice maka kecepatan
dari fluida akan semakin cepat karena pipa yang dilalui memiliki luas
penampang yang tetap. Sehingga kecepatan yang semakin besar itulah
menyebabkan poros yang tertabrak air semakin cepat pula. Hal itu dapat
dilihat pada persamaan:
Q = 3,521 . dan WHP = (γ . Q . H) / 3600
Keterangan: Q = Debit air (m3/s)
= beda tekanan manometer pada orifice (mmHg)
WHP = daya air (watt)
γ = berat jenis air (N/m3)
H = head drop (mmHg)
Sehingga dapat dilihat semakin tinggi debitnya, maka semakin tinggi
pula WHP dan semakin cepat pula fluida air yang menubruk impeller.
Setelah itu grafik mengalami penurunan WHP, hal ini disebabkan semakin
meningkatnya debit maka tidak akan lepas dengan terjadinya tumbukan
fluida yang telah melewati orifice dengan fluida yang baru saja melewati
orifice, sehingga kecepatannya turun. Hal itu dapat diamati dengan
penurunan pada manometer yang dipasang pada orifice.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
C. Grafik hubungan antara putaran dengan efisiensi
Grafik diatas menunjukkan hubungan antara putaran dengan efisiensi
yang mampu dicapai oleh turbin. Pada sumbu X menunjukkan putaran
(rpm) pada turbin, sedangkan pada sumbu Y menunjukkan efisiensi (%)
pada turbin.
Pada grafik dapat dilihat bahwa semakin tinggi putaran poros turbin
maka efisiensi hingga titik maksimum setelah itu mengalami penurunan.
Hal itu diakibatkan karena efisiensi sendiri merupakan perbandingan antara
daya poros (BHP) dengan daya air (WHP) dimana peningkatan nilainya
tidak sebanding. BHP memiliki peningkatan nilai yang lebih tinggi daripada
WHP sehingga efisiensi semakin meningkat pula. Hal itu dapat dilihat pada
persamaan:
η = BHP x 100 %WHP
Keterangan: BHP = Brake Horse Power (watt)
WHP = Water Horse Power (watt)
Setelah itu akan terjadi penurunan efisiensi, hal itu juga diakibatkan
karena penurunan nilai BHP tidak sebanding pula. BHP mengalami
penurunan lebih rendah dari WHP, sehingga semakin meningkatnya
putaran, maka efisiensi juga menurun.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
D. Grafik hubungan antara putaran dengan daya poros (BHP) pada
variasi bukaan guide vane
Grafik diatas menunjukkan hubungan antara putaran poros dengan BHP
pada berbagai macam bukaan guide vane. Dari grafik terlihat bahwa terjadi
perbedaan nilai BHP akibat dari variasi bukaan guide vane yang berbeda
pula. Hal tersebut diakibatkan karena semakin besar bukaan guide vane,
maka debit aliran yang melaluinya akan semakin besar pula, sehingga
kapasitas air yang menumbuk semakin besar. Hal ini akan menyebakan
peningkatan gaya yang dihasilkan sehingga torsinya akan meningkat pula.
Hal ini sesuai dengan rumus:
T = F . L dan BHP = (2π . n . T) / 60
Keterangan: F = Gaya (N)
L = Panjang lengan (m)
n = Putaran poros (rpm)
T = Torsi (Nm)
Sehingga dapat dilihat pada putaran 2000 rpm bukaan guide vane 12
memiliki nilai BHP terbesar yaitu 2102,54 watt sedangkan pada guide vane
9 memiliki BHP terendah yaitu 1609,355 watt. Hal ini dapat disimpulkan
bahwa pada putaran 2000 rpm BHP yang terbesar apabila menggunakan
bukaan guide vane 12 mm.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
E. Grafik hubungan antara putaran dengan daya air (WHP) pada variasi
bukaan guide vane
Grafik diatas menggambarkan hubungan putaran poros dengan WHP
pada berbagai macam bukaan guide vane. Dari grafik tersebut terjadi
perbedaan WHP pada berbagai macam bukaan guide vane. Hal tersebut
diakibatkan bahwa semakin besar bukaan guide vane maka debit aliran yang
melalui guide vane akan semakin besar. Hal ini mengakibatkan pula nilai
WHP semakin meningkat, begitu pula sebaliknya. Hal ini dapat dibuktikan
dengan rumus:
WHP = (γ . Q . H) / 3600
Keterangan: γ = berat jenis air (N/m3)
Q = Debit air (m3/s)
H = Head drop (mmHg)
Dari rumus diatas dapat dilihat bahwa semakin besar bukaan guide vane
akan mempengaruhi debit fluida yang dihasilkan, sehingga mempengaruhi
pula nilai WHP. Dapat terlihat pada putaran 2000 rpm bukaan guide vane 12
memiliki nilai WHP tertinggi yaitu 2597,37 watt. Untuk nilai WHP terendah
dimiliki oleh bukaan guide vane 9 yaitu 2011,514 watt. Sehingga pada
putaran 2000 rpm bukaan guide vane 12 mm memiliki nilai yang maksimal
dalam pengoperasiannya.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
F. Grafik hubungan antara putaran dengan efisiensi pada variasi bukaan
guide vane
Grafik diatas menunjukkan hubungan antara putaran dengan efisiensi
pada berbagai macam bukaan guide vane. Dimana dalam grafik terlihat
bahwa semakin berbeda bukaan guide vane maka nilai efisiensi pada turbin
akan berbeda pula. Hal ini disebabkan karena bukaan guide vane
mempengaruhi nilai dari BHP dan WHP turbin itu sendiri, sehingga
efisiensi turbin yang merupakan nilai perbandingan BHP dan WHP akan
berbeda pula. Hal itu dijelaskan dengan rumus:
η = BHP x 100 %WHP
BHP = (2π . n . T) / 60
WHP = (γ . Q . H) / 3600
Keterangan: BHP = Brake Horse Power (watt)
WHP = Water Horse Power (watt)
n = Putaran poros (rpm)
T = Torsi (Nm)
γ = berat jenis air (N/m3)
Q = Debit air (m3/s)
H = Head drop (mmHg)
Dari hasil tersebut maka dapat dilihat pada putaran 2000 rpm bukaan
guide vane 10 memiliki efisiensi tertinggi yaitu 93,96096 %. Untuk bukaan
guide vane 12 memiliki efisiensi terendah yaitu 83,14 % sehingga dapat
disimpulkan pada putaran 2000 rpm memiliki efisiensi terbesar pada guide
vane 10 mm karena perbandingan BHP dan WHP paling tinggi.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
G. Grafik hubungan antara putaran dengan daya poros (BHP) pada
variasi bukaan head drop
Grafik ini menunjukkan hubungan antara kecepatan putaran turbin
terhadap daya poros (BHP) yang dihasilkan turbin pada head drop yang
berbeda. Pada grafik terlihat bahwa terjadi perbedaan nilai yang signifikan,
akibat dari variasi head drop. Hal tersebut diakibatkan semakin besar head
drop yang terjadi maka kecepatan fluida yang menumbuk turbin akan
meningkat pula. Hal tersebut nantinya akan mempengaruhi dari putaran
yang dihasilkan pada poros. Hal itu deijelaskan dengan persamaan:
BHP = (2π . n . T) / 60
Keterangan: n = putaran poros (rpm)
T = torsi (Nm)
Maka pada grafik dapat diamati bahwa pada putaran 2000 rpm head drop
20 akan memiliki BHP tertinggi yaitu 2128,501 watt, sedangkan pada head
drop 18 memiliki BHP terendah yaitu 2024,672 watt. Sehingga dapat
disimpulkan bahwa pada bukaan guide vane tetap yaitu 11 mm dengan
berbagai variasi head drop, maka head drop 20 memiliki nilai maksimal
pada kinerjanya.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
H. Grafik hubungan antara putaran dengan daya air (WHP) pada variasi
bukaan head drop
Grafik diatas menunjukkan hubungan antara kecepatan putaran turbin
terhadap daya (WHP) yang dihasilkan turbin pada head drop berbeda –
beda. Grafik daya (WHP) pada semua variasi head drop cenderung berbeda.
Hal ini diakibatkan semakin tinggi head drop yang dipergunakan maka
semakin meningkat pula WHP dari air yang dihasilkan. Selain itu pula pada
orifice terjadi perbedaan tekanan yang semakin besar pula akibat dari hal
tersebut, sehingga debit alirannya semakin besar. Hal itu dapat dijelaskan
dengan persamaan:
Q = 3,521 . dan WHP = (γ . Q . H) / 3600
Keterangan: Q = Debit air (m3/s)
= beda tekanan manometer pada orifice (mmHg)
WHP = daya air (watt)
γ = berat jenis air (N/m3)
H = head drop (mmHg)
Sehingga dapat dilihat pada putaran 2000 rpm dengan head drop 20
memiliki WHP tertinggi yaitu 2595,901 watt, sedangkan pada head drop 18
memiliki WHP terendah yaitu 2163, 9881 watt. Sehingga pada putaran 2000
rpm dengan bukaan guide vane 11 mm memiliki nilai WHP maksimal pada
head drop 20.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
I. Grafik hubungan antara putaran dengan efisiensi pada variasi bukaan
head drop
Grafik diatas menunjukkan hubungan antara putaran dengan efisiensi
pada variasi bukaan head drop yang berbeda, mempengaruhi nilai efisiensi
kerja pada turbin itu sendiri. Hal tersebut dikarenakan bahwa efisiensi
merupakan perbandingan antara BHP dengan WHP, dimana kenaikan dari
BHP dan WHP tidak sebanding. Dan pada efisiensi ini pula nilai yang
dihasilkan juga mempengaruhi. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan:
η = BHP x 100 % WHP
Keterangan: BHP = Brake Horse Power (watt)
WHP = Water Horse Power (watt)
Sehingga dapat dilihat bahwa pada putaran 2000 rpm efisiensi tertinggi
pada head drop 18 dengan nilai efisiensi 93,562068 % sedangkan pada head
drop 20 memiliki nilai efisiensi terendah yaitu 81,955 %. Sehingga dapat
disimpulkan bahwa pada putaran 2000 rpm dengan bukaan guide vane 11
mm memiliki nilai efisiensi tertinggi pada head drop 18 karena memiliki
nilai perbandingan BHP dengan WHP yang tinggi.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari percobaan pada pengujian karakteristik turbin ait frnacis maka
diperoleh beberapa kesimpulan antara lain:
1. Pada kecepatan putaran turbin yang semakin besar, maka daya (BHP) yang
dihasilkan turbin akan semakin meningkat hingga mencapai titik
maksimum tertentu, sedangkan daya (WHP) yang dihasilkan semakin
menurun.
2. Semakin besar kecepatan putaran turbin, maka efisiensi kerja turbin akan
semakin besar pula.
3. Pada variasi head drop berbeda, pada putaran 2000 rpm efisiensi
maksimum yang terbesar diperoleh pada grafik efisiensi head drop 18 yang
merupakan kondisi disaat turbin menghasilkan performa terbaiknya
dengan bukaan guide vane 11.
4. Pada variasi bukaan guide vane berbeda, pada putaran 2000 rpm efisiensi
maksimum yang terbesar terdapat pada bukaan guide vane 10 yang
merupakan kondisi saat turbin menghasilkan performa terbaiknya dengan
head drop 19.
5.2 Saran
1. Penjadwalan asistensi agar pelaksanaan asistensi lebih lancar.
2. Sebaiknya setiap kelompok melakukan semua pengujian.
3. Sebaiknya waktu asistensi tepat waktu.
4. Pemeliharaan alat pengujian agar diperhatikan supaya bias didapatkan data
yang valid.
5. Sebaiknya praktikan mempelajari teori – teori dan rumus – rumus untuk
memperlancar praktikum.
6. Sebaiknya contoh – contoh turbin yang ada dipergunakan pada praktikum.
7. Praktikan sebaiknya memahami dan dapat menjelaskan kepada asisten.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA SEMESTER GENAP
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011/2012