PENGARUH JARAK DAN UKURAN NOZZLE

PADA PUTARAN SUDU TERHADAP DAYA LISTRIK

TURBIN PELTON

Dr. Sri Purnomo Sari, ST., MT. *), Rendi Yusuf **)

*) Dosen Teknik Mesin Universitas Gunadarma

**) Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Gunadarma

ABSTRAKSI

Dalam penulisan skripsi ini dibahas mengenai pengaruh putaran sudu, debit aliran

fluida, kecepatan aliran fluida, dan laju aliran massa fluida terhadap daya listrik yang

dihasilkan pada Turbin Pelton. Analisis tersebut terlebih dahulu dilakukan perhitungan hasil

pengujian untuk mencari nilai debit aliran, kecepatan aliran, laju aliran massa serta jenis

aliran pada nozzle dengan diameter 3 mm, 5 mm, dan kombinasi 3 & 5 mm. Berdasarkan

dari perhitungan hasil pengujian, bukaan katup 750 pada diameter nozzle 3 mm bahwa

nozzle tersebut paling banyak menghasilkan debit aliran fluida yaitu sekitar 0,32x10-3

m3/s

dengan putaran sudu sekitar 332 RPM., Untuk diameter nozzle 5 mm, debit aliran tertinggi

pada bukaan katup 900 menghasilkan debit aliran sekitar 0,48x10

-3 m

3/s dengan hasil

putaran sudu 640 RPM. Menggunakan kombinasi antara nozzle 3 & 5 mm tersebut debit

aliran fluida tertinggi 0,76x10-3

dihasilkan pada bukaan katup 850 menghasilkan putaran

sebesar 1009 RPM. Hasil tertinggi dari laju aliran massa fluida yaitu 0,753 kg/s.

Pengambilan data pada Turbin Pelton ini semua jenis aliran fluida bersifat Laminar. Daya

listrik yang dihasilkan pada nozzle 3 mm terjadi pada bukaan katup 750 daya listrik sebesar

1,6 Watt. Pada nozzle 5 mm daya listrik tertinggi pada bukaan katup 900 dengan daya listrik

sebesar 2,1 Watt. Hasil maksimal nya terjadi pada kombinasi nozzle 3 mm dan 5 mm yaitu

pada bukaan katup 850 dengan hasil daya listrik sebesar 2,7 Watt. Ukuran diameter nozzle

berpengaruh terhadap besarnya debit aliran fluida, kecepatan fluida, laju aliran fluida dan

putaran sudu turbin sehingga semakin besar pula input daya listrik yang akan tercipta

pada Turbin Pelton ini.

Kata kunci : Turbin pelton, putaran sudu, daya Listrik

PENDAHULUAN

Dalam kemajuan terknologi

sekarang ini bamyak dibuat peralatan-

peralatan yang inovatif dan tepat guna.

Salah satu contoh bidang teknik mesin

terutama dalam bidang konversi energi

dan pemanfaatan alam sebagai sumber

energi. Diantaranya adalah pemanfaatan

air yang bisa digunakan untuk

menghasilkan tenaga listrik. Alat tersebut

adalah berupa turbin yang digerakkan

oleh air yang disambungkan dengan

generator. Dalam konvensionalnya pada

zaman dahulu air juga dimanfaatkan

untuk pembangkit tenaga listrik yaitu

untuk menggerakkan generator

pembangkit digunakan kincir air, tetapi

sekarang ini kincir air sudah ditinggalkan

dan digunakanlah turbin air. Dalam suatu

sistem PLTA, turbin air merupakan salah

satu peralatan utama selain generator.

Turbin air adalah alat untuk mengubah

energi air menjadi energi puntir. Energi

puntir ini diubah menjadi energi listrik

oleh generator.

Berbagai macam jenis pembangkit

listrik telah banyak dibuat mulai dari

turbin gas, turbin uap, turbin air, kincir air

dan solar cell dengan berbagai

keuntungan dan kelebihan. Pemanfaatan

energi tenaga air atau hydropower di

Indonesia juga sangat minim[1]

.

Turbin Pelton merupakan salah

satu jenis turbin air yang prinsip kerjanya

memanfaatkan energi potensial air

sebagai energi listrik tenaga air. Turbin ini

tergolong tipe turbin yang cukup efisien

dalam perakitannya maupun dari segi

ekonomi.

Turbin Pelton ini sangat cocok

digunakan untuk head tinggi,

penyemprotan air ke sudu turbin dapat

menggunakan jumlah nozzle lebih dari

satu buah agar mendapatkan tenaga

yang lebih besar. Turbin Pelton

termasuk jenis Turbin impuls perubahan

energi ini dilakukan didalam nozzle

dimana air yang semula mempunyai

energi potensial yang tinggi diubah

menjadi energi kinetis.

Prinsip kerja Turbin Pelton adalah

memanfaatkan daya fluida dari air untuk

menghasilkan daya poros. Pada Turbin

Pelton energi potensial air berubah

menjadi energi kinetik melalui nozzle

disemprotkan ke bucket untuk dirubah

menjadi energi mekanik yang digunakan

untuk memutar poros alternator yang

berfungsi sebagai sumber utama untuk

menghasilkan arus listrik. Proses analisa

yang akan dibahas dalam Penulisan Tugas

Akhir ini adalah PENGARUH

UKURAN DAN JARAK NOZZLE

PADA PUTARAN SUDU TERHADAP

DAYA LISTRIK TURBIN PELTON.

METODOLOGI PERANCANGAN

TURBIN PELTON

Perancangan Turbin Pelton

Suatu perancangan Turbin Pelton

harus memiliki frame yang kuat sebagai

pendukung terbentuk nya Turbin Pelton,

dengan frame yang dirancang sesuai

kebutuhan seperti sebagai tempat bak

penampung air, pompa air, sudu Turbin

Pelton dan pipa saluran air. Bahan yang

digunakan adalah plat besi dan sekat sekat

menggunakan papan seperti yang

ditampilkan pada Gambar 1 di bawah ini.

Gambar 1. Gambar Design Turbin

Pelton

Diagram Alir Perancangan

Gambar 2. Diagram Alir

Perancangan Poros dan Sudu Turbin

Pelton

Seperti yang tampak pada bagan

diagram alir Gambar 2 di atas yang

menjelaskan mengenai rangkaian proses

kerja yang dilakukan. Rangkaian tersebut

dimulai dari studi pustaka yang diperoleh

dari berbagai buku dan internet mengenai

sudu Turbin Pelton hingga proses

pembuatan.

Setelah itu dilakukannya proses

perakitan poros, sudu dan komponen

penunjang lainnya seperti bearing dll.

Proses selanjutnya adalah proses

pengujian komponen tersebut dengan cara

melakukan penghidupan mesin yang

kemudian akan ditarik suatu kesimpulan

tertentu.

Dalam perancangan sudu Turbin

Pelton yang terlihat pada Gambar 3

satuan yang dipakai untuk geometri ini

adalah mm. Turbin Pelton ini mempunyai

diameter keselurahan 220 mm, dengan

jumlah daun sudu sebanyak 16 buah

namun dapat di bongkar pasang sehingga

jumlah sudu dapat di kurangi dengan

syarat harus kelipatan 4 yaitu dengan

jumlah sudu 12, 8 dan 4 buah.

Gambar 3 Design Sudu Turbin

Pelton

Sudu ini mempunyai bobot seberat

1 kg dengan bobot itu sudu ini

mempunyai bobot yang cukup ringan

namun tidak terlalu ringan sehingga

sudu ini mampu memutarkan poros

alternator yang akan mengubah energi

mekanik menjadi energi listrik.

Dari konstuksi dan bahan yang

digunakan dalam sudu ini mempunyai

ketahanan yang kuat untuk menerima

pressure dari nozzle yang

menyemburkan air yang bertekanan

tinggi. Sudu Turbin Pelton ini benda

aslinya dapat dilihat pada Gambar 4

dengan jumlah sudu 16.

Gambar 4. Sudu Turbin Pelton

Pembuatan Poros, Dudukan Sudu

Turbin Pelton

Untuk langkah awal pembuatan

sudu pada Turbin Pelton yaitu di awali

dengan pembuatan poros yang berfungsi

sebagai titik pusat agar sudu turbin dapat

berputar, poros ini ,memiliki diameter 14

mm dan panjang 24 cm.

Poros ini juga berfungsi sebagai

pegangan salah satu dudukan sudu

yang di las sehingga poros dan dudukan

sudu menjadi satu. Untuk dudukan sudu

yang kedua tidak dilakukan pengelasan

agar dapat dilakukan bongkar pasang.

Poros ini berbahan dasar besi cukup

ringan dan kuat untuk menahan beban

sudu dan beban daya puntir yang terjadi

pada saat turbin di operasikan.

Gambar 5. Design Poros Turbin

Pelton

Pada Gambar 5 yaitu design poros

turbin di ujung salah satu poros pada

bagian belakang box turbin di pasang

pulley dan vbelt ke alternator untuk

mentransmisikan tenaga turbin ke

alternator sehingga alternator berputar

dan menghasilkan daya listrik. Poros

Turbin Pelton dapat dilihat pada

Gambar 6.

Gambar 6. Poros Dengan Dudukan

Sudu Yang dilas [a], Poros Dengan Dua

Dudukan Sudu Yang Salah Satunya

Dapat Dilepas [b].

Dudukan Sudu Turbin Pelton

Gambar 7. Design Dudukan Sudu

Turbin Pelton

Komponen yang lainnya yaitu

dudukan sudu turbin yang dapat dilihat

design nya pada Gambar 7 berfungsi

sebagai pegangan daun sudu turbin,

dudukan sudu turbin ini terbuat dari plat

setebal 3 mm yang mempunyai diameter

10 mm seperti yang ditunjukan di Gambar

8. Dudukan sudu ini terdapat dua buah

dengan ukuran dan tebal plat yang sama.

Masing masing dudukan mempunyai

lubang-lubang untuk pegangan daun sudu

tidak terlepas dan goyang maka dibuat 7

lubang baut agar dudukan terpasang

dengan kuat.

Gambar 8. Dudukan Sudu Turbin

Pelton.

Daun Sudu Turbin Pelton

Daun sudu yang terliahat pada

Gambar 9 berguna untuk menerima

tekanan yang ditimbulkan oleh nozzel

yang menyemburkan air sehingga sudu

dapat berputar. Daun sudu ini memiliki

diameter 6 cm terbuat dari bahan stainless

ringan namun tetap kuat menerima

tekanan air. Jumlah keseluruhan daun

sudu ini terdapat 16 buah.

Gambar 9. Daun Sudu Turbin

Pelton

Box Sudu Turbin Pelton

Box ini tebuat dari besi plat setebal

3 mm, memiliki panjang 30 cm dan lebar

13 cm sehingga box ini akan lebih kuat

menahan getaran yang di timbulkan oleh

sudu yang berputar kencang ketika turbin

di jalankan seperti yang tampak pada

Gambar 10 berikut ini.

Gambar 10. Box Turbin Pelton

Aklirik Box Turbin Pelton

Terdapat 2 buah terletak di bagian

atas dan di depan box Turbin Pelton,

aklirik ini berguna agar proses kerja sudu

turbin dapat terlihat. Untuk aklirik bagian

atas berukuran 30 x 13 cm [a] dan untuk

bagian depan berukuran 30 x 30 cm [b]

yang tampak di Gambar 11, untuk bagian

depan terdapat fungsi lain yaitu sebagai

kedudukan bearing.

Gambar 11. Aklirik Bagian Atas [a],

Aklirik Bagian Depan [b]

Bearing

Bearing yang terlihat di Gambar

12 ini berfungsi sebagai bantalan atau

penahan beban sudu turbin yang dipasang

sebanyak 2 buah terletak di depan dan di

belakang box turbin, diameter lubang

bearing yaitu 12 mm.

Gambar 12. Bearing

Dudukan Box Turbin Pelton

Di atas bak penampungan air

terdapat kedudukan box turbin yang

bertujuan agar air yang telah digunakan

dapat langsung terbuang ke bak

penampungan, dudukan box turbin ini di

beri lubang sebesar ukuran box tersebut

yaitu 30 cm bahan yang di gunakan plat

setebal 3 mm serta panjang perseginya 55

x 55 cm dapat di lihat pada Gambar 13

ini.

Gambar 13. Dudukan Box Turbin

Pelton

Nozzle

Komponen penunjang lainnya

yang terpenting lainnya adalah nozzle

yang terlihat di design nozzle seperti pada

Gambar 14 dan nozzle aslinya Pada

Gambar 15 dengan variasi diameter

tertentu. Ada empat buah nozzle yang

mempunyai ukuran berbeda yaitu 3 mm, 5

mm, 7 mm dan 9 mm. Nozzle juga

mempunyai beberapa fungsi penting

terhadap pengaruh putaran sudu Turbin

Pelton tersebut, yaitu :

o Mengarahkan pancaran air ke sudu

turbin

o Mengubah tekanan menjadi energi

kinetik

o Mengatur kapasitas air yang

masuk ke turbin

Gambar 14 Design Nozzle

Gambar 15. Nozzle Turbin Pelton

Perakitan Poros dan Sudu Turbin

Pelton

Setelah komponen lengkap dan siap

digunakan, maka metode selanjutnya yang

dilakukan adalah proses perakitan poros

dan sudu turbin serta komponen-

komponen penunjang lainnya yang

berhubungan langsung dengan sudu

Turbin Pelton ini.

Seperti yang tampak pada Gambar

16 yang merupakan gambar hasil

perakitan antara poros dan sudu Turbin

Pelton dengan menggunakan proses

pengelasan dan sistem knock down.

Sudu Turbin Pelton merupakan

komponen yang berfungsi untuk merubah

energi air menjadi energi mekanik

berupa torsi pada poros sudu dimana

aliran air yang disemprotkan oleh nozzle

kearah sudu mengakibatkan daun-daun

sudu terdorong dan berputar.

Aliran air yang diarahkan langsung

menuju sudu-sudu melalui pengarah atau

nozzle ini juga menghasilkan daya pada

sirip. Selama sudu berputar, gaya bekerja

melalui suatu jarak sehingga

menghasilkan kerja.

Gambar 16. Poros dan Sudu Turbin

Pelton

Untuk Turbin Pelton dengan daya

yang cukup besar, sistem penyemprotan

biasa digunakan dengan beberapa nozzle

untuk mengurangi tumbukan yang terlalu

besar terhadap sudu yang mengakibatkan

air yang disemprotkan oleh nozzle tidak

maksimal.

Komponen Pendukung Turbin Pelton

Pompa

Pompa yang biasa digunakan

pada turbin air berskala mikro adalah

jenis sentrifugal. Pompa sentrifugal ini

menciptakan kecepatan fluida kemudian

mentransformasikannya ke energi tekanan

saat fluida terlepas dari pompa melalu

pipa-pipa pengalir.

Oleh karena itu head yang tercipta

bisa dikatakan sebanding dengan energi

kecepatan impeller maka digunakan

pompa sentrifugal seperti yang

ditampilkan pada Gambar 17 mengenai

contoh gambar pompa sentrifugal.

Gambar 17. Pompa Sentrifugal

Bak Penampung

Bak penampung ini berfungsi

sebagai tempat penampungan air yang

digunakan untuk mensuplai kebutuhan

pompa dalam memperoleh air seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 18.

Gambar 18. Bak Penampungan Air

Pipa

Pipa merupakan salah satu

komponen pada turbin ini yang berfungsi

sebagai sarana penghubung antara satu

komponen dengan komponen lainnya

serta sebagai sarana untuk mengalirkan

fluida air dari pompa yang menyuplai air

dari bak penampungan air seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 19 yang

nantinya akan mengalir ke nozzle, aliran

fluida air diatur dengan keran.

Gambar 19. Pipa Pengalir

Katup Pengatur Tekanan

Katup pengatur tekanan ini

mempunyai fungsi untuk mengatur

tekanan fluida yang akan dteruskan ke

nozzle sehingga debit aliran yang masuk

ke turbin bisa terkontrol sperti yang

ditunjukkan oleh Gambar 20.

Gambar 20. Katup Pengatur Tekanan

Selang

Selang di Gambar 21 pada Turbin

Pelton ini fungsinya hampir sama dengan

pipa, yaitu sebagai penghubung serta

sarana agar fluida dapat mengalir. Tetapi

biasanya dialiri untuk fluida yang

memiliki tekanan lebih kecil dibanding

dengan aliran air di dalam pipa.

Gambar 21. Selang

Stopwatch

Stopwatch yang ditunjukkan pada

Gambar 22 digunakan untuk menghitung

lamanya waktu yang diperlukan oleh

sebuah fluida untuk mencapai volume

tertentu di dalam gelas ukur yang

nantinya berguna untuk menghitung debit

aliran fluida air pada setiap pengambilan

data yang dilakukan. Dalam proses

pengambilan data menggunakan

stopwatch lama waktu yang di gunakan

setiap kali proses pengambilan data yaitu

3 detik.

Gambar 22. Stopwatch

Gelas Ukur

Gelas ukur yang ada pada Gambar

23 ini terbuat dari bahan plastik yang

berguna untuk mengukur volume fluida

yang keluar dari nozzle dalam waktu

tertentu. Mengenai gelas ukur pengujian

proses pengambilan data yang dilakukan

dalam waktu (t) 3 detik untuk

menghasilkan volume (V) tertentu

Gambar 23. Gelas ukur

Lampu

Lampu 12V10W yang nampak

pada Gambar 24 sebagai media cahaya

yang menyala karena adanya aliran listrik

hasil dari putaran turbin yang

ditransmiikan ke alternator sehingga

menghasilkan daya listrik.

Gambar 24. Lampu

Accumulator

Accumulator yang dapat di lihat

pada Gambar 25 sebagai media

penyimpan dan pensuplai arus listrik

dengan kapasitas 12v 40A. Pada aki

terdapat elemen dan sel untuk penyimpan

arus yang mengandung asam sulfat

(H2SO4). Tiap sel berisikan pelat positif

dan pelat negatif pada pelat positif

terkandung oksid timah coklat (Pb 02),

sedangkan pelat negatif mengandung

timah (Pb). Pelat-pelat ditempatkan pada

batang penghubung. Pemisah atau

separator menjadi isolasi diantara pelat

itu, dibuat agar baterai mudah beredar

disekeliling pelat. Bila ketiga unsur

kimia ini berinteraksi, munculah arus

listrik.

Gambar 25. Accumulator

Switch Alternator dan Lampu

Pada Gambar 26 ada empat switch

yang digunakan, satu switch untuk

mematikan dan mengaktifkan kinerja dari

alternator maka agar pengisian arus listrik

dari alternator ke aki dapat terkontrol.

Tiga switch lagi digunakan untuk

menyalakan lampu 1, 2 dan 3.

Gambar 26. Switch Alternator dan

lampu

Pulley dan V Belt

Untuk mentransmisikan daya putar

roda turbin ke alternator diperlukan alat

pendukung yaitu Pulley yang berdiameter

60 mm dan V Belt dengan panjang 150

mm. Sehingga alternator dapat bekerja

sesuai dengan daya putar yang dihasilkan

oleh roda turbin seperti pada Gambar 27.

Gambar 3.27 Pulley dan V Belt

Alternator

Alternator merupakan komponen

turbin air yang brfungsi untuk mengubah

energi mekanik menjadi energi listrik,

mempunyai kapasitas 45 A seperti yang

tampak pada Gambar 28.

Gambar 28. Alternator

Listrik yang dihasilkan

merupakan arus bolak-balik (AC), untuk

merubah arus AC menjadi arus DC

digunakan diode yang dipasang menjadi

satu bagian dengan alternator. Alternator

berfungsi untuk mensuplai tegangan

listrik ke aki serta komponen elektrikal

lain nya.

Ditampilkan pada Gambar 29

Alternator di hubungkan ke turbin agar

turbin dapat mentransmisikan putarannya

ke alternotor sehingga alternator dapat

menghasilkan arus listrik yang disuplai ke

aki.

Gambar 29. Alternator dan Poros

Turbin dihubungkan

Terdapat banyak kelebihan pada

sistem pengisian alternator AC

(alternator) yang menggunakan IC

regulator dibanding dengan sistem

pengisian generator AC (alternator) yang

menggunakan regulator mekanik.

Ini sangat berpengaruh terhadap

daya listrik yang akan di hasilkan oleh

alternator itu sendiri, adapun

berdandingan antara alternator AC dengan

IC regulator dan alternator regulator

mekanik yaitu:

1. Stabilitas pengaturan tegangan dan

arus yang dihasilkan lebih tinggi.

2. Ukuran regulator lebih kecil

sehingga memungkin dijadikan

satu kesatuan dengan unit

alternator.

3. Rangkaian sistem pengisian lebih

sederhana.

4. Tidak memerlukan penyetelan.

5. Dapat dirancang alternator yang

mampu bekerja pada putaran

tinggi, sehingga ukuran alternator

lebih kecil untuk daya sama.

6. Diameter rotor lebih kecil guna

meningkatkan putaran alternator.

7. Menggunakan V ribbed belt untuk

memperluas kontak belt dengan

pulley sehingga tidak slip.

8. Lubang radiasi lebih banyak dan

kipas pendingin ada di dalam

alternator sebagai upanya

meningkatkan proses

pendinginan.

Amperemeter

Agar dapat mengetahui besarnya

arus pengisian alternator ke aki digunakan

amperemeter yang ditampilkan pada

Gambar 30, jadi besaran arus pengisian

dapat dilihat langsung pada alat ini.

Gambar 3.30 Amperemeter

Lokasi IC regulator menjadi satu

kesatuan dengan alternator, pada

Gambar 31 alternator terdapat 4 terminal

yaitu terminal B, IG, S dan L. Terminal B

merupakan terminal output altenator,

dihubungkan ke baterai dan beban,

terminal IG dihubungkan ke kunci

kontak untuk mensuplai arus ke IC

regulator, terminal S dihubungkan ke

baterai langsung dan terminal L ke

lampu indicator pengisian.

Gambar 31. Rangkaian Pengisian

Alternator

Alternator ini memiliki peran yang

sangat penting dalam turbin ini, karena

alternator mengubah energi putar pada

roda turbin ke energi listrik. Pada saat

roda turbin berputar, putaran itu

ditransmisikan ke alternator dengan

menggunakan pulley dan v belt sehingga

alternator bekerja menghasilkan energi

listrik yang akan di simpan ke aki yang

berguna untuk menyalakan lampu.

Untuk melihat Konstruksi Turbin

Pelton secara lengkap dapat dilihat pada

Gambar 32 dimana Turbin Pelton ini

terdiri dari 3 bagian utama yaitu

pompa, roda jalan dan alternator.

Gambar 32. Konstruksi Lengkap

Turbin Pelton

Jarak Nozzle Terhadap Sudu Turbin

Pelton

Dalam Turbin Pelton ini hal yang

tegolong cukup penting yaitu jarah antara

nozzle terhadap sudu Turbin Pelton

seperti yang tampak pada Gambar 33.

Dalam pengujian Turbi Pelton ini jarak

nozzle yang dipakai yaitu dengan jarak 90

mm.

Percobaan dilakukan dengan tiga

tahap yaitu

1. Pengujian pada Diameter Nozzle 3

mm

2. Pengujian pada Diameter Nozzle 5

mm

3. Pengujian pada Kombinasi antara

Diameter Nozzle 3 mm dan 5 mm

Jarak Nozzle maupun ukuran dari

diameter nozzle sangat mempengaruhi

putaran sudu Turbin Pelton dan daya

listrik yang akan dihasilkan. Karena

kecepatan aliran fluidanya akan berbeda

sehingga akan berpengaruh kepada daya

puntir pada sudu Turbin Pelton yang

berakibat lemahnya daya listrik yang akan

dihasilkan.

Gambar 33. Jarak Nozzle Terhadap

Sudu Turbin Pelton

PERHITUNGAN DAN

ANALISA DATA

Perencanaan Pengujian dan Analisa

Data

Pembuatan diagram alir proses

sangat penting dilakukan sebelum

melakukan suatu pengujian maupun

analisis data. Diagram alir ini bertujuan

untuk memudahkan dalam melakukan

proses tersebut seperti yang tampak pada

Gambar 34. mengenai diagram alir proses

perencanaan dan analisa data yang

dimulai dari proses pengambilan data

secara langsung serta menganalisa data

untuk menghasilkan suatu output tertentu.

Pengambilan Data Secara Langsung

Dengan Menggunakan Alat Ukur

Dalam proses pengambilan data

ada beberapa alat ukur yang dibutuhkan

yaitu sebagai berikut :

Pengambilan Data Volume Fluida dan

Putaran Turbin

Dalam proses pengambilan data

menggunakan stopwatch lama waktu yang

di gunakan setiap kali proses

pengambilan data yaitu 3 detik. Setiap 3

detik data volume fluida akan di ambil

dengan menggunakan ukuran nozzel 3

mm dan 5 mm dengan bukaan katup

dengan sudut 45o sampai dengan 90

o.

Setiap pengambilan data dilakukan secara

teliti agar mendapatkan hasil yang akurat

sehingga proses pengambilan data yang

akan dilakukan selanjutnya juga dapat

menghasilkan data yang akurat.

Tachometer adalah alat yang

digunakan untuk mengetahui besaran

putaran pada suatu poros yang berputar.

Tachometer ini menggunakan infra merah

yang ditembakkan cahayanya ke arah

poros yang berputar sehingga dapat

diketahui jumlah putaran (rpm) pada

poros tersebut yang kemudian didapatkan

hasil putaran dari poros sudu Turbin

Pelton dalam bentuk Tabel 1.

Tabel 1. Volume Fluida dan Putaran Poros

Sudu Turbin Pelton Pada L = 90 mm

Pengambilan Data Arus Listrik

Proses pengambilan data arus

listrik pada turbin dilakukan setelah

runner turbin yang sudah di transmisikan

dengan menggunakan pulley dan vbelt ke

alternator berputar. Putaran tersebut

akan dikonfersikan oleh alternator

menjadi arus listrik yang akan di suplai

ke accumulator . Arus listrik yang masuk

ke accumulator selengkapnya dapat

dilihat melalui Tabel 2.

Tabel 2. Arus Listrik Pada Turbin Pelton

Perhitungan Hasil Pengujian

Perhitungan Debit Aliran Fluida

Dari hasil data pengambilan

volume fluida air yang ada pada tabel 1

dapat dihitung debit aliran fluida yang

keluar dari nozzle/3 detik. Perhitungan

debit fluida air dengan menggunakan

nozzle 3, 5, 3 dan 5 dengan bukaan

katup 450 - 90

0 dapat menggunakan

persamaan 2.1.

Q = V

t

= 0,5 L = 0,16 L/s = 0,00016

m3/s

3 s

Dimana : 1 L = 0,001 m3

Dalam tabel 3 ini adalah hasil

seluruh data debit aliran fluida air dan

putaran sudu Turbin Pelton dengan

menggunakan nozzle 3, 5, 3 dan 5 dengan

bukaan katup 450 - 90

0.

Tabel 3. Debit Aliran Fluida Air Turbin

Pelton Pada L = 90 mm

Seperti yang tampak pada Gambar

35 ditampilkan Grafik hubungan antara

debit aliran fluida terhadap putaran sudu

Turbin Pelton pada bukaan katup 750

menggunakan diameter nozzle 3 mm

tampak jelas bahwa nozzle tersebut paling

banyak menghasilkan debit aliran fluida

yaitu sekitar 0,32x10-3

m3/s dengan

putaran yang dihasilkan sekitar 332 RPM.

Hal ini membuktikan bahwa semakin

besar debit aliran fluida yang dihasilkan

semakin besar pula putaran yang

dihasilkan untuk memutar sudu Turbin

Pelton tersebut

Sedangkan untuk diameter nozzle 5 mm

hubungan antara debit aliran fluida

terhadap putaran sudu Turbin Pelton

diperlihatkan pada diagram batang

tersebut bahwa sebelumnya pada

percobaan di nozzle 3 debit aliran

tertinggi yang dihasilkan terjadi pada

bukaan katup 750 hal ini berbeda saat

menggunakan nozzle 5 mm debit aliran

tertinggi yang dihasilkan terjadi pada

bukaan katup 900. Mampu

menghasilkan debit aliran sekitar

0,48x10-3

m3/s dengan putaran yang

dihasilkan paling besar dibandingan

dengan bukaan katup yang lainnya yaitu

640 RPM selengkapnya ditunjukkan

melalui Gambar 36.

Jika sebelumnya nozzle 3 mm

menghasilkan debit aliran fluida tertinggi

pada bukaan katup 750 serta dengan

menggunakan nozzle 5 mm pada bukaan

katup 900 , maka dengan menggunakan

kombinasi antara nozzle 3 mm dan 5 mm

tersebut debit aliran fluida tertinggi

0,76 x 10-3

dihasilkan pada bukaan

katup 850. Menghasilkan putaran sebesar

1009 RPM seperti yang lihat pada

Gambar 37.

Perhitungan Kecepatan Aliran Fulida

Dari data Tabel 3 dapat melakukan

perhitungan kecepatan aliran fluida

menggunakan persamaan 2.2 serta dengan

mencari Luas Penampang Nozzle melalui

persamaan 2.3 berikut ini.

v =

Dimana :

A = πr2

Maka A = 3,14 x (1,5x10-3

m)2

= 0,47x10

-5 m

2

jadi v = 0,016x10-3

m3/s

0,47x10-5

m2

= 0,34

m/s

Proses perhitungan selanjutnya

dicantumkan dalam bentuk Tabel 4

tersebut, semakin besar diameter nozzel

dan debit aliran fluida, maka kecepatan

aliran fluida tersebut akan semakin

mengecil.

Pada hasil pengambilan data kecepatan

aliran fluida hasil tertinggi terjadi pada

bukaan katup 750

dengan debit aliran

fluida 0,32 x 10-3

m3/s menghasilkan

kecepatan fluida sebesar 0,86 m/s. Dari

hasil tersebut membuktikan bahwa

semakin besar jumlah debit aliran fuida

maka semakin besar pula kecepatan fulida

yang akan terjadi, seperti yang tertuang

pada Gambar 38 Grafik hubungan antara

debit aliran fluida terhadap putaran sudu

Turbin Pelton.

Pada Gambar 39 Grafik hubungan antara

debit aliran fluida terhadap putaran sudu

Turbin Pelton pada nozzle 5 mm

menggambarkan perbedaan hasil jika

pada nozzle 3 mm kecepatan aliran flida

tertinggi terjadi pada bukaan katup 750

pada nozzle 5 mm terjadi pada bukaan

penuh yaitu pada bukaan 900. Hasil

debit aliran fluida sebesar 0,48 x 10-3

m3/s

dengan kecepatan fluida 0,24 m/s

Untuk hasil pengujian terakhir pada

kombinasi nozzle 3 dan 5 mm juga

memiliki perbedaan yaitu pada kombinasi

nozzle ini hasil tertinggi kecepatan aliran

fluida terjadi pada bukaan katup 850

dengan jumlah debit aliran fluida sebesar

0,76 x 10-3

m3/s dengan hasil kecepatan

aliran fluida 0,31 m/s. Dari semua hasil

pengujian diketahui bahawa perbedaan

ukuran nozzle dapat membedakan pada

bukaan katup berapa kecepatan aliran

fluida akan sampai pada titik maksimal

dan membuktikan bahwa semakin jumlah

debit aliran fluida berjumlah besar maka

semakin tinggi pula kecepatan aliran

fluida yang dihasilkan.

Perhitungan Laju Aliran Massa Fluida Laju aliran massa fluida dapat

dihitung berdasarkan data dari Tabel 4.4

dan juga berdasarkan data Massa Jenis

fluida zat cair (ρair) 1000 kg/m3. Untuk

mengetahui nilai laju aliran massa fulida

digunakan persamaan 2.4 berikut ini.

ṁ = ρair x A x v

= 1000 kg/m3 x 0,47x10

-5 m

2 x

0,34 m/s = 0,162 kg/s

Tabel 4.5 dapat dilihat seluruh

hasil perhitungan dari laju aliran massa

fluida, untuk laju aliran massa fluida

berbanding terbalik dengan kecepatan

fluida, yaitu semakin besar diameter

nozzle digunakan dan debit aliran fluida

yang dihasilkan, maka semakin besar

pula laju aliran massa fluida yang

diperoleh.

Dari hasil perhitungan laju aliran

massa fluida menggunakan diameter

nozzle 3 mm diketahui pada bukaan katup

750 menghasilkan nilai laju aliran massa

fluida terbanyak yaitu 0,321 kg/s dengan

kecepatan alirannya 0,68 m/s. Jadi

semakin besar nilai kecepatan aliran

fluida maka pada laju aliran massa fluida

akan mengalami peningkatan yang dapat

dilihat pada Gambar 41.

Pada pengujian dengan diameter

nozzle 3 mm sebelumnya nilai tertinggi

terjadi pada bukaan katup 750, berbeda

dengan pengujian pada diameter 5 mm

ini. Hasil pengujian menunjukkan jumlah

terbesar laju aliran massa fluida terjadi

pada bukaan katup 900 sebesar 0,472 kg/s

dengan kecepatan aliran fluida 0,24 m/s

seperti yang dituangkan dalam Gambar

42. Perbedaan Ukuran nozzle yang

digunakan berpengaruh terhadap bukaan

katup berapa nilai maksimal yang

dihasilkan pada laju aliran massa fluida

terhadap kecepatan aliran fluida akan

tercipta.

Pengujian selanjutnya

menggunakan kombinasi dua nozzle 3

mm dan 5 mm, peningkatan hasilnya jauh

dibanding dengan menggunakan satu

nozzle, pada bukaan katup 850 mampu

menghasilkan laju aliran massa fluida

terbanyak yaitu 0,753 kg/s dengan

kecepatan aliran fluida sebesar 0,31

selengkapnya dapat dilihat memalui

Gambar 43.

Perhitungan Nilai Bilangan Reynold

Berdasarkan dari data kecepatan

aliran fluida pada Tabel 4 dan

berdasarkan data Viskositas Kinematik air

(ν) 1,46x10-5

m2/s, maka nilai bilangan

reynold dapat diketahui berdasarkan

jumlah bilangan Reynold (Re) dengan

menggunakan persamaan 2.5 dibawah ini.

Re =

= =

698 (Aliran laminar)

Dimana :

Aliran Laminar : Bilangan

Reynold < 2300

Aliran Transisi : 2300 <

Bilangan Reynold < 4000

Aliran Turbulen : Bilangan

Reynold > 4000

Pada Tabel 6. dapat dilihat

seluruh data hasil perhitungan. Dari data

tersebut diketahui yang mempengaruhi

besar kecilnya bilangan Reynold adalah

dari kecepatan fluida dan diameter

nozzle. Semakin besar kecepatan aliran

fluida & diameter nozzle, maka alirannya

cenderung Turbulen, namun hasil

pengambilan data pada Turbin Pelton ini

semua jenis aliran fluida bersifat

Laminar.

Perhitungan Daya Listrik

Dalam pengambilan data pada

putaran poros tabel 4.2 dan input daya

pada Tabel 4 dari hasil data tersebut dapat

dihitung hasil daya listrik yang akan

tercipta pada setiap pengujian yang

dilakukan. Contoh perhitungan dengan

menggunakan persamaan 2.6.

P = V . I

= 12 V x 0,125 A = 1,5 Watt

Dimana : P = daya, watt

I = arus, ampere

V = tegangan, volt

Dari Gambar 44 dapat Grafik Hubungan

Antara Daya Listrik Terhadap Putaran

Sudu Turbin Pelton Pada Diameter Nozzle

3 mm. Hasil daya listrik terbesar terjadi

pada bukaan katup 750 dengan daya listrik

sebesar 1,6 Watt. Maka diketahui semakin

besar debit aliran fluida, kecepatan aliran

fluida dan laju aliran fluida sangat

mempengaruhi kecepatan putaran sudu

turbin, semakin besar putaran pada sudu

turbin semakin besar pula daya listrik

yang akan dihasilkan

Jika sebelumnya pada nozzle 3

mm daya listrik yang terbesar terjadi pada

bukaan 750 maka selanjutnya pada nozzle

5 mm daya listrik tertinggi yang

dihasilkan terjadi pada bukaan katup 900

dengan daya listrik sebesar 2,1 Watt.

Selengkapnya dapat dilihat pada Gambar

45 dalam bentuk Grafik hubungan antara

daya listrik terhadap putaran poros Turbin

Pelton. Maka ukuran didapat bahwa

ukuran nozzle juga mempengaruhi pada

bukaan katup berapa daya listrik dan

putaran poros Turbin Pelton akan

mencapai titik maksimal. Sehingga

pemilihan ukuran nozzle sangat penting

untuk meningkatkan kinerja putaran

poros turbin dan input daya listrik yang

akan dihasilkan.

Dari pengambilan data sebelumya

dengan menggunanakan diameter nozzle 3

mm dan 5 mm, masing-masing memiliki

perbedaan titik maksimal terhadap hasil

daya listrik dan dalam hal perbedaan

bukaan katup.

Begitu juga dalam pengambilan

data menggunakan kombinasi antara

nozzle 3 mm dan 5 mm, hasil maksimal

nya terjadi pada kombinasi nozzle 3 mm

dan 5 mm yaitu pada bukaan katup 850

dengan hasil daya listrik sebesar 2,7 Watt

yang dapat dilihat jelas dalam Gambar 46.

Meskipun memliki perbedaan

ukuran diameter nozzle mempengaruhi

posisi bukaan katup dalam mencapai

titik maksimal daya listrik, namun

terdapat memiliki kesamaan yaitu

semakin besar ukuran diameter nozzle

berpengaruh terhadap besarnya debit

aliran fluida, kecepatan fluida, laju aliran

fluida dan putaran poros turbin sehingga

semakin besar pula input daya listrik

yang akan tercipta pada Turbin Pelton

ini.

PENUTUP

Kesimpulan

Beberapa kesimpulan yang dapat

di ambil berdasarkan hasil pengamatan

dan perhitungan matematis tentang Turbin

Pelton di Tugas Akhir ini adalah :

1. Pada debit aliran fluida setiap

perbedaan ukuran nozzle maka akan

memiliki perbedaan pula pada titik

maksimal debit aliran dalam hal bukaan

katup. Pada diameter nozzle 3 mm

diketahui bahwa nozzle dibukaan katup

750 debit aliran fluida yaitu sekitar

0,32x10-3

m3/s dengan putaran yang

dihasilkan sekitar 332 RPM. Untuk

diameter nozzle 5 mm, debit aliran

tertinggi yang dihasilkan terjadi pada

bukaan katup 900 menghasilkan debit

aliran sekitar 0,48x10-3

m3/s dengan hasil

putaran 640 RPM. Dengan menggunakan

kombinasi antara nozzle 3 mm dan 5 mm

tersebut debit aliran fluida tertinggi

0,76x10-3

dihasilkan pada bukaan katup

850 menghasilkan putaran sebesar 1009

RPM. Hal ini membuktikan semakin

besar debit aliran fluida semakin besar

pula putaran yang dihasilkan untuk

memutar sudu Turbin.

2. Untuk kecepatan fluida diketahui

bahwa semakin besar diameter nozzel dan

debit aliran fluida yang dihasilkan, maka

kecepatan aliran fluida tersebut akan

semakin mengecil.

3. Dalam hal laju aliran massa fluida

berbanding terbalik dengan kecepatan

fluida, yaitu semakin besar diameter

nozzle digunakan dan debit aliran fluida

yang dihasilkan, maka semakin besar

pula laju aliran massa fluida yang

diperoleh. Hasil tertinggi dari laju aliran

massa fluida yaitu 0,753 kg/s.

4. Dari nilai bilangan reynold yang

ada hal, yang mempengaruhi besar

kecilnya bilangan Reynold adalah dari

kecepatan fluida dan diameter nozzle.

Semakin besar kecepatan aliran fluida &

diameter nozzle, maka alirannya

cenderung Turbulen, namun hasil

pengambilan data pada Turbin Pelton ini

semua jenis aliran fluida bersifat Laminar.

5. Daya listrik yang dihasilkan

dengan menggunakan nozzle 3 mm terjadi

pada bukaan katup 750 dengan daya listrik

sebesar 1,6 Watt. selanjutnya pada nozzle

5 mm daya listrik tertinggi yang

dihasilkan terjadi pada bukaan katup 900

dengan daya listrik sebesar 2,1 Watt.

Hasil maksimal nya terjadi pada

kombinasi nozzle 3 mm dan 5 mm yaitu

pada bukaan katup 850 dengan hasil daya

listrik sebesar 2,7 Watt. Meskipun

memliki persemakin besar ukuran

diameter nozzle berpengaruh terhadap

besarnya debit aliran fluida, kecepatan

fluida, laju aliran fluida dan putaran

poros turbin sehingga semakin besar

pula input daya listrik yang akan

tercipta pada Turbin Pelton ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Fritz Dietzel, Dakso Sriyono, Turbin

Pompa dan Kompresor, Penerbit

Erlangga, Jakarta, 2006

[2]. M. White Frank, Mekanika Fluida

Edisi Kedua Jilid 1, Penerbit Erlangga,

Jakarta, 1986.

[3]. Pudjanarso, Astu dan Nursuhud

D, Mesin Konversi Energi, Edisi

Revisi, Yogyakarta : Andi, 2008.

[4]. Reuben M. Olso, Steven j.

Wraight. Essentials of Engineering

Fluid Mechanics. Harper & Row

Publisher , inc, 1990

[5]. Eugene C. Lister, Mesin dan

Rangkaian Listrik, Penerbit Erlangga,

Jakarta, 1993

[6]. M.M. Dandekar dan K.N. Sharma,

Pembangkit Listrik Tenaga Air, Penerbit

Universitas Gunadarma

[7]. Firmanzah M, Analisis Distribusi

Tekanan pada Nozel Turbin Pelton

Berskala Mikro dengan Menggunakan

Perangkat Lunak Solidwrks, Jurusan

Teknik Mesin, Universitas Gunadarma,

2012

[8]. Wicaksono R.H, Rancang Bangun

Turbin Pelton Menggunakan Mesin Jet

Pump, Jurusan Teknik mesin, Universitas

Gunadarma,2012

[9]. Situs Internet :

http://en.wikipedia.org/wiki/francis_turbi

ne ( Diakses pada tanggal 02-08-2012)

[10]. Situs Internet :

http://home.carolina.rr.com/microhydro

( Diakses pada tanggal 21-08-2012)

[11]. Situs Internet :

http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/

layman2.pdf ( Diakses pada tanggal 05-

09-2012)

[12]. Situs Internet :

http://gunawananeva.wordpress.com

( Diakses pada tanggal 10-09-2012)