Turbin Apung
-
Upload
echo-wiyoun -
Category
Documents
-
view
34 -
download
4
description
Transcript of Turbin Apung
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
PENGUJIAN SUDU RATA PROTOTIPE TURBIN AIR TERAPUNG PADA ALIRAN SUNGAI
SKRIPSI
Skripsi Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DANNY HARRI SIAHAAN 04 0401 013
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2009
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
ABSTRAK
Sebagian besar negara di dunia termasuk Indonesia, suplay energi listrik
masih mengandalkan pembangkit berbahan bakar fosil yakni minyak bumi, gas alam
dan batu bara yang terbatas jumlahnya di alam dan suatu saat akan habis, sementara
permintaan akan energi listrik terus bertambah. Oleh karenanya pemanfaatan energi
pada masa sekarang ini sudah diarahkan pada penggunaan energi terbarukan yang ada
di alam.
Berdasarkan pemikiran tersebut maka dilakukan pengujian prototipe turbin air
terapung pada aliran sungai. Pada pengujian prototipe ini dipergunakan alternator
sebagai penghasil listrik dan mengggunakan acci ( baterai basah) yang berfungsi
sebagai pemberi arus untuk memancing alternator dapat menghasilkan listrik
sekaligus sebagai penyimpan arus dan tegangan yang dihasilkan oleh altenator.
Tujuan pengujian ini untuk mengetahui kapasitas daya listrik yang dihasilkan
oleh turbin air terapung dengan memanfaatkan arus aliran sungai Namu Sira-Sira
yang terletak di Kecamatan Sei Bingai, Kabupaten Langkat.
Dari pengujian prototipe ini diperoleh arus listrik yang dihasilkan oleh
alternator adalah arus searah (DC) dengan daya sebesar 115 Watt, putaran alternator
sebesar 1030 rpm, dan beban puntir maksimum yang dialami poros alternator adalah
sebesar 108,77 kgmm. Arus yang dihasilkan tersebut dapat diubah menjadi arus
bolak-balik (AC) dengan menggunakan alat tertentu (misalnya inferter) sehingga
dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik pada sebuah rumah tangga.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
ABSTRACK
In mayority of states over the world including Indonesia, the electrical energy
supply still relies on a generator that moved by a turbine which the fuels are fosil like
kerosine, natural gas and coal of natural. These fuels are limited by quantity and will
be depleted over time, otherwise the demand of electrical energy increase
progressively. Thus the energy utilization nowadays has been on renewable energy
use in nature.
Based on logic, a test of floatng water turbine prototype in stream has been
made. This prototype testing used alternator as electrical generating and acci (battery)
functioning as current provider to induce the alternator to generate the electrical and
in the same time as current and voltage storaging generated by alternator.
The objective of this research would be to know the electrical power that
produced by the floating water turbine by using the blade that utilizes the stream of
Namu Sira-Sira river which located in Subdistrict of Sei-Bingai, District of Langkat.
The Prototype testing indicated that the electrical current generated by
alternator was Direct Current (DC) with the electical power was 115 Watt, the
alternator rotation was 1030 rpm, and the maximum torque experienced by the
alternator shaft was 108,77 kg-mm. The current that generated could be conversed to
alternating current (AC) by means of certain instument (e.g., inverter), and the it
could be used to get the electrical needs in certain household.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala
limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini
yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Fakultas Teknik Departemen Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-
besarnya kepada berbagai pihak yang telah membantu dan mendukung penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini.
Penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Teristimewa kedua orang tua penulis yang tercinta, kakak, abang penulis yang
tersayang yang telah banyak berperan memberikan bantuan baik berupa moril
maupun materi selama perkuliahan sehingga tersusunya skripsi ini.
2. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, MSc selaku dosen pembimbing yang telah banyak
memberikan arahan dan bimbingan hingga selesainya skripsi ini.
3. Bapak Ir. Syahril Gultom, MT selaku koordinator lapangan selama pengujian
berlangsung serta selaku dosen pembanding pada skripsi ini.
4. Bapak Ir. Tulus Burhanuddin, ST, MT selaku dosen pembanding sekaligus
sekretaris Departemen Teknik Mesin yang telah menyediakan waktunya untuk
memberikan bimbingan pada skripsi ini.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
5. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin
yang telah memberikan izin untuk peminjaman alat ukur yang penulis
gunakan selama melakukan pengujian hingga penulisan skripsi ini selesai.
6. Kepada sahabat-sahabat penulis khususnya Jhony R.H Damanik, Zainal
Simatupang, dan Adileo Panjaitan serta seluruh stambuk 2004 yang telah
memberikan dukungan moril dan materi kepada penulis.
Penulis juga menyadari bahwa masih ada terdapat kekurangan pada
skripsi ini, oleh sebab itu penulis sangat berterima kasih kepada seluruh pihak yang
telah bersedia memberikan saran demi kesempurnaan skripsi ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga skripsi ini berguna bagi
kita semua.
Medan, 25 Februari 2009
Penulis
Danny Harri Siahaan NIM : 04 0401 013
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK/ ABSTRACT
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
DAFTAR LAMBANG
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL DAN GRAFIK
BAB I. PENDAHULUAN
1. 1. Latar Belakang .............................................................................. 1
1. 2. Tujuan Penulisan ........................................................................... 3
1.3. Manfaat Pengujian .......................................................................... 3
1.4. Metodologi Penulisan ..................................................................... 3
1.5 Batasan Masalah ............................................................................. 4
1.6 Sistematika Penulisan ..................................................................... 5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Potensi Energi Air .......................................................................... 6
2.2. Mesin-Mesin Fluida........................................................................ 8
2.3. Klasifikasi Kincir Air ..................................................................... 9
2.4. Klasifikasi Turbin Air ..................................................................... 13
2.5. Gaya Apung, Mengapung dan Kestabilan ....................................... 21
BAB III. METODOLOGI PENGUJIAN
3.1. Waktu dan Tempat ......................................................................... 24
3.2. Alat ................................................................................................ 24
3.3. Metode Pengumpulan Data ............................................................. 29
3.4. Metode Pengolahan Data ................................................................ 30
3.5. Pengamatan dan Tahap Pengujian ................................................... 32
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN
4.1. Data Hasil Pengujian ...................................................................... 33
4.2. Analisa Daya dan Putaran Alternator di setiap
Pemberian Beban ............................................................................ 35
4.3. Analisa Momen Puntir Pada Poros Alternator ................................. 41
4.4. Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk dan Sisi Keluar
Setelah Pengujian ........................................................................... 44
4.5. Perhitungan Efesiensi Turbin dan Efesiensi Alternator ................... 47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan .................................................................................... 51
5.2. Saran .............................................................................................. 52
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
DAFTAR LAMBANG
Simbol Keterangan
Satuan
EP Energi potensial Joule
m Massa Kg
h Head ( ketinggian) m
g Percepatan gravitasi m/s2
t Waktu s (detik)
P Daya Watt
Q Kapasitas m3/s
Densitas (massa jenis) air Kg/m3
EK Energi kinetis Joule
v Kecepatan aliran m/s
A Luas penampang m2
I Arus listrik Ampere
V Tegangan listrik Volt
n Putaran rpm
MP Momen Puntir Kgmm
C Kecepatan absolut fluida m/s
U Kecepatan tangensial sudu m/s
W Kecepatan relative fluida terhadap sudu m/s
Besar sudut antara C dan U ( 0)
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Besar sudut antara W dan U ( 0)
Posisi sudu dari sumbu vertikal ( 0)
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Kincir air overshot 9
Gambar 2.2 Kincir air undershot 10
Gambar 2.3 Kincir air breastshot 11
Gambar 2.4 Kincir air tub 12
Gambar 2.5 Turbin Pelton 14
Gambar 2.5a Sudu turbin Pelton 15
Gambar 2.5b Nosel 15
Gambar 2.6 Sudu turbin Turgo dan nosel 16
Gambar 2.7 Turbin Crossflow 16
Gambar 2.8 Turbin Francis 18
Gambar 2.9 Sketsa Turbin Francis 18
Gambar 2.10 Turbin Kaplan 19
Gambar 2.11 Pembangkit listrik tenaga tidal terapung. 29
Gambar 3.1 Prototipe turbin air terapung beserta model
penampang sudu rata 28
Gambar 3.2 Multitester 28
Gambar 3.3 Flowmeter 29
Gambar 3.4 Tachometer 29
Gambar 3.5 Rangkaian pengukuran arus listrik ( )1A tanpa beban lampu 30
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Gambar 3.6 Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( )1V
tanpa beban lampu 31
Gambar 3.7 Rangkaian pengukuran arus listrik ( )2A dengan beban lampu 31
Gambar 3.8 Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( )2V
dengan beban lampu 31
Gambar 3.10 Diagram alir pengujian prototipe Turbin Air Terapung 32
Gambar 4.1 Pengambilan data kecepatan air masuk dengan flowmeter 33
Gambar 4.2 Analisa kecepatan pada sisi masuk 44
Gambar 4.3 Analisa kecepatan pada sisi keluar 45
Gambar 4.4 Segitiga kecepatan pada sisi keluar 46
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
DAFTAR TABEL DAN GRAFIK
Halaman
A. TABEL
Tabel 2.1. Pengelompokan turbin ... 13
Tabel 4.1. Data hasil pengujian Turbin Air Terapung dengan
menggunakan sudu datar ............................................................... 37
Tabel 4.2 Data hasil pengujian prototipe turbin air terapung
dengan menggunakan sudu lengkung ............................................. 40
Tabel 4.3 Hasil perhitungan Momen Puntir poros untuk
setiap pembebanan lampu ............................................................... 42
B. GRAFIK
Grafik 4.1 Perubahan daya pengisian (cas) ke baterai terhadap
penambahan beban lampu .............................................................. 38
Grafik 4.2 Perubahan putaran di poros alternator terhadap
penambahan beban lampu yang diuji ............................................. 39
Grafik 4.3 Hubungan perubahan daya pengisian ke baterai
terhadap perubahan putaran alternator .......................................... 39
Grafik 4.4. Perubahan momen puntir terhadap perubahan
putaran poros alternator .. 43
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan zaman yang terus meningkat, kebutuhan akan
energi semakin meningkat pula, sehingga energi merupakan suatu unsur yang sangat
penting dalam pengembangan suatu negara atau suatu daerah. Oleh karenanya
pemanfaatan energi secara tepat guna akan menjadi suatu cara yang ampuh dalam
perkembangan zaman tersebut.
Sebagian besar negara di dunia termasuk Indonesia, suplay energi listrik
masih mengandalkan pembangkit berbahan bakar fosil yakni minyak bumi, gas alam
dan batu bara yang terbatas jumlahnya di alam dan suatu saat akan habis, sementara
permintaan akan energi listrik terus bertambah. Oleh karenanya pemanfaatan energi
pada masa sekarang ini sudah diarahkan pada penggunaan energi terbarukan yang ada
di alam. Misalnya energi air, energi angin, energi matahari, panas bumi, dan nuklir.
Hal ini karena energi terbarukan ini cukup mudah didapat dan dapat didaur ulang bila
dibandingkan dengan energi fosil seperti minyak bumi dan batu bara. Untuk
mendapatkan sumber energi fosil harus melalui berbagai proses dan susah
mendapatkannya, karena umumnya terdapat di permukaan bumi. Selain itu cadangan
sumber daya energi fosil mulai berkurang, karena sumber energi ini tidak dapat
diperbaharui.
Sumber-sumber energi yang dikenal dengan sumber energi terbarukan seperti
yang disebutkan di atas antara lain adalah energi air, energi matahari, energi angin,
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
energi panas bumi, dan lain sebagainya. Semua energi tersebut telah memenuhi
kriteria sehingga dalam pemanfaatannya dapat menghemat penggunaan energi fosil
yang terbatas.
Salah satu sumber energi terbarukan yang sangat berpotensi di negara kita
adalah pemanfaatan energi air dan apabila pemanfaatan energi tersebut dilakukan
secara meluas di seluruh wilayah Indonesia maka peluang untuk keluar dari krisis
listrik akan semakin besar mengingat bahwa terdapat banyak tempat-tempat yang
berpotensi untuk dimanfaatkan dan semuanya menyebar di seluruh pulau-pulau besar
yang ada di negara kita.
Indonesia dengan wilayahnya yang beriklim tropis dengan curah hujan yang
tinggi dan kondisi topografi yang bergunung-gunung dengan aliran sungai yang
berpotensi untuk dikembangkan sebagai pembangkit tenaga listrik. Potensi ini
sebagian besar tersebar di daerah pedesaan, sementara diperkirakan masih banyak
penduduk desa yang belum menikmati energi listrik sehingga sangat tepat untuk
mengembangkan pembangkit tenaga listrik.
Tenaga air adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang
dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun
energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir
air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai.
Sejak awal abad 18 kincir air telah banyak dimanfaatkan sebagai penggerak
penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Sampai sekarang
penggunaan kincir masih banyak digunakan khususnya untuk pembangkit arus listrik.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
1.2. Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari pengujian ini adalah :
a. Untuk lebih mengetahui dan memahami aplikasi ilmu yang diperoleh
dibangku kuliah terutama mata kuliah Sistem Pembangkit Tenaga dan
Mesin Fluida.
b. Untuk mengetahui kapasitas daya listrik yang dihasilkan oleh turbin air
terapung dengan memanfaatkan arus aliran sungai Namu Sira-Sira yang
terletak di Kecamatan Sei Bingai, Kabupaten Langkat.
1.3 Manfaat Pengujian.
Adapun manfaat pengujian ini adalah Untuk memberikan informasi sebagai
referensi tambahan bagi kalangan dunia pendidikan yang ingin melakukan riset di
bidang konversi energi dalam modifikasi dan pengembangan turbin air.
1.4 Metodologi Penulisan
Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai
berikut :
1. Survey lapangan, berupa peninjauan ke lokasi dan diskusi dengan pihak-
pihak yang terkait.
2. Perencanaan serta pembuatan prototipe turbin air terapung dimana prototipe
ini yang nantinya akan di uji di lapangan untuk di analisa data hasil dari
pengujian tersebut.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
3. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, studi internet, serta kajian-kajian
dari buku-buku dan tulisan yang berhubungan dengan pengujian ini.
4. Pengambilan data, berupa seluruh data dari hasil pengujian di lapangan yang
akan di analisa serta di lampirkan pada penulisan tugas akhir ini.
5. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing, mengenai isi
perencanaan serta masalah-masalah yang timbul selama penyusunan tugas
sarjana.
1.5. Batasan Masalah
Dalam tulisan ini dibatasi perencanaan data yang diambil. Untuk pengambilan
data tersebut berasal dari data hasil pengujian dan pengamatan di lapangan. Masalah-
masalah yang dibahas dalam tulisan ini adalah :
Penentuan spesifikasi peralatan dan perlengkapan prototipe turbin air terapung yang
akan di uji di lapangan.
1. Penentuan bahan dan jenis yang digunakan pada prototipe turbin air terapung
yang akan di uji dilapangan.
2. Analisa kapasitas daya yang dihasilkan oleh prototipe turbin air terapung
setelah pengujian di aliran sungai Namu Sira-Sira terhadap kapasitas daya
yang di rencanakan semula.
3. Analisa daya pengujian prototipe dengan memberikan variasi beban lampu
4. Analisa grafik hasil pengujian prototipe turbin air terapung.
5. Efesiensi prototipe turbin air terapung dan efesiensi alternator.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
1.6. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan skripsi ini dibagi dalam beberapa bab, yaitu pada bab I
berisikan pendahuluan dimana bab ini menjelaskan latar belakang penulisan, tujuan
penulisan, metodologi penulisan, manfaat penulisan, batasan masalah serta
sistematika penulisan. Selanjutnya pada bab 2 berisikan tinjauan pustaka yang
menjelaskan pembahasan materi mesin-mesin fluida serta klasifikasi turbin. Pada bab
3 berisikan data spesifikasi peralatan yang digunakan dimana pada bab ini dijelaskan
seluruh spesifikasi dari peralatan yang digunakan selama pengujian dilakukan. Pada
bab 4 berisikan perhitungan dan analisa hasil pengujian, dimana seluruh data
pengujian yang diperoleh akan dianalisa pada bab ini. Pada bab 5 berisikan tentang
kesimpulan dari seluruh perhitungan dan analisa data yang diperoleh dari pengujian
yang telah dilakukan.
Sementara semua literatur yang digunakan selama pengujian dan penulisan skripsi ini
akan didaftarkan pada daftar pustaka, serta seluruh gambar, tabel juga akan
dilampirkan pada daftar tabel dan gambar.
Sebagai lampiran dari skripsi ini, akan dilampirkan gambar penampang sudu rata
yang digunakan selama pengujian dan transaksi biaya pembuatan turbin air terapung.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
BAB I I
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Potensi Energi Air
Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena
pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air
mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang
mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud
energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan
dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air
terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan
sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil.
Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada
besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah
beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir
air/turbin air. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalah merupakan
energi potensial air yaitu :
mghEP = .......................................................... (Lit.8 hal 10)
dengan :
EP adalah energi potensial air (Joule)
m adalah massa air
h adalah head (m)
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
g adalah percepatan gravitasi
2sm
Daya merupakan energi tiap satuan waktu
tE
, sehingga persamaan (1.1) dapat
dinyatakan sebagai :
ghtm
tE=
Dengan mensubsitusikan P terhadap
tE
dan mensubsitusikan Q terhadap
tm
maka :
QghP = ........................................................ (Lit.8 hal 12)
dengan
P adalah daya (watt) yaitu
Q adalah kapasitas aliran
s
m3
adalah densitas air
3mkg
Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat diperoleh dari aliran air rata. Dalam
hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik
2
21 mvEK = ........................................................ (Lit.8 hal 10)
Dimana :
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
E adalah energi kinetis air (Joule)
v adalah kecepatan aliran air
sm
Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut :
2
21 QvP = ..................................................... (Lit.8 hal 13)
atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas AvQ = maka
3
21 AvP = ...................................................... (Lit.8 hal 14)
Dimana :
A adalah luas penampang aliran air ( )2m
2.2. Mesin Mesin Fluida
Mesinmesin fluida adalah mesin-mesin yang berfungsi untuk mengubah
energi mekanis menjadi energi fluida kerja (energi potensial dan energi kinetik) atau
sebaliknya. Secara umum mesin fluida dapat dibagi atas dua golongan utama, yaitu:
1 Mesin Kerja
Merupakan mesin fluida yang berfungsi mengubah energi mekanis menjadi
energi fluida, misalnya: Pompa, Kompresor, Blower, Fan, dan lain-lain.
2. Mesin Tenaga
Merupakan mesin fluida yang berfungsi mengubah energi fluida menjadi
energi mekanis pada poros, misalnya: Turbin Air, Turbin Uap, Turbin Gas, dan
lain-lain.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
2.3 Klasifikasi Kincir Air
Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi
mekanik berupa putaran pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu :
1. Kincir Air Overshot
2. Kincir Air Undershot
3. Kincir Air Breastshot
4. Kincir Air Tub
2.3.1 Kincir Air Overshot
Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian
sudu-sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar.
Gambar 2.1 Kincir air overshot
Kincir air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan
dibandingkan dengan jenis kincir air yang lain.
Keuntungan
1. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.
2. Tidak membutuhkan aliran yang deras.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
3. Konstruksi yang sederhana.
4. Mudah dalam perawatan.
5. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.
Kerugian
1. Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan
air, memerlukan investasi yang lebih banyak.
2. Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.
3. Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.
4. Daya yang dihasilkan relatif kecil.
2.3.2 Kincir Air Undershot
Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu
yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak
mempunyai tambahan keuntungan dari head.
Gambar 2.2 Kincir air undershot
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Tipe ini cocok dipasang pada perairan dangkal pada daerah yang rata.Tipe ini
disebut juga dengan Vitruvian. Disini aliran air berlawanan dengan arah sudu yang
memutar kincir.
Keuntungan
1. Konstruksi lebih sederhana
2. Lebih ekonomis
3. Mudah untuk dipindahkan
Kerugian
1. Efisiensi kecil
2. Daya yang dihasilkan relatif kecil
2.3.3 Kincir Air Breastshot
Kincir air Breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot
dilihat dari energi yang diterimanya.
Gambar 2.3 Kincir air Breastshot Sumber.
Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir, arah aliran air yang
menggerakkan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini
menperbaiki kinerja dari kincir air tipe under shot.
http://osv.org/education/WaterPower
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Keuntungan
1. Tipe ini lebih efisien dari tipe under shot
2. Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek
3. Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran rata
Kerugian
1. Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit)
2. Diperlukan dam pada arus aliran rata
3. Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot
2.3.4 Kincir Air Tub
Kincir air Tub merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara
horisontal dan sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini dapat dibuat
lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot.
Gambar 2.4 Kincir air Tub
Sumber. http://osv.org/education/WaterPower
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Karena arah gaya dari pancuran air menyamping maka, energi yang diterima
oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik.
Keuntungan
1. Memiliki konstruksi yang lebih ringkas
2. Kecepatan putarnya lebih cepat
Kerugian
1. Tidak menghasilkan daya yang besar
2. Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang lebih
teliti.
2.4 Klasifikasi Turbin Air
Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk
pembangkit tenaga listrik.. Turbin air adalah mengubah energi potensial air menjadi
energi mekanis dengan menggunakan air sebagai fluida kerja. Energi mekanis diubah
dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin
dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan
menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Tabel 2.1 Pengelompokan Turbin
high head medium head low head
impulse turbines Pelton
Turgo
cross-flow
multi-jet Pelton
Turgo
cross-flow
reaction turbines Francis propeller
Kaplan
2.4.1 Turbin Impuls
Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nosel. Air keluar
nosel yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur
sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impuls).
Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama
karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan
atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu
jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
2.4.1.1 Turbin Pelton
Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set
sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat
yang disebut nosel.
Gambar 2.5 Turbin Pelton
Sumber.
Gambar 2.5a. Nosel
http://en.wikipedia.org/wiki/pelton_wheel
Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien.
Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.
Sumber: http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Gambar 2.5b Nosel Sumber: http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf
Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk
sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran
air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air
dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan
daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan
demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil. Turbin
Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter
tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi.
2.4.1.2 Turbin Turgo
Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton
turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Gambar 2.6. Sudu turbin Turgo dan nosel Sumber: http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf
Pancaran air dari nozle membentur sudu pada sudut 20 o. Kecepatan putar
turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi
langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus
menurunkan biaya perawatan.
2.4.1.3 Turbin Crossflow
Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-
Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang
merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow.
Gambar 2.7. Turbin Crossflow
Sumber: http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec
dan head antara 1 s/d 200 m. Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang
yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai
sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir
keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat
masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu
yang dipasang pada sepasang piringan paralel.
2.4.2 Turbin Reaksi
Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan
terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini
memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat
berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin
reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah
turbin.
2.4.2.1 Turbin Francis
Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara
sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian
keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan
air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pad turbin Francis dapat merupakan suatu
sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat
diatur merupakan pilihan yang tepat.
Gambar 2.8 Turbin Francis
Sumber.
Gambar 2.9. Sketsa Turbin Francis
http://en.wikipedia.org/wiki/francis_turbine
Sumber : http://lingolex.com/bilc/engine.html
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
2.4.2.2 Turbin Kaplan & Propeller
Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini
tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya mempunyai
tiga hingga enam sudu.
Gambar 2.10. Turbin Kaplan Sumber.
Energi tidal atau energi pasang surut barangkali kurang begitu dikenal
dibandingkan dengan energi samudera yang lain seperti energi ombak (wave energy).
Jika dibandingkan dengan energi angin dan surya, energi tidal memiliki sejumlah
keunggulan antara lain: memiliki aliran energi yang lebih pasti/mudah diprediksi,
lebih hemat ruang dan tidak membutuhkan teknologi konversi yang rumit.
Kelemahan energi ini diantaranya adalah membutuhkan alat konversi yang handal
yang mampu bertahan dengan kondisi lingkungan laut yang keras yang disebabkan
antara lain oleh tingginya tingkat korosi dan kuatnya arus laut.
Saat ini baru beberapa negara yang yang sudah melakukan penelitian secara serius
http://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan_turbine
2.4.3 Turbin Energi Tidal (Gelombang)
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
dalam bidang energi tidal, diantaranya Inggris dan Norwegia. Di Norwegia,
pengembangan energi ini dimotori oleh Statkraft, perusahaan pembangkit listrik
terbesar di negara tersebut. Statkraft bahkan memperkirakan energi tidal akan
menjadi sumber energi terbarukan yang siap masuk tahap komersial berikutnya di
Norwegia setelah energi hidro dan angin. Keterlibatan perusahaan listrik besar seperti
Statkraft mengindikasikan bahwa energi tidal memang layak diperhitungkan baik
secara teknologi maupun ekonomis sebagai salah satu solusi pemenuhan kebutuhan
energi dalam waktu dekat.
Gambar 2.11 Pembangkit listrik tenaga tidal terapung.
Sumber. http://en.wikipedia.org/wiki/Tidal Turbine
Perlu diketahui bahwa potensi energi tidal di Indonesia termasuk yang terbesar di
dunia, khususnya di perairan timur Indonesia. Sekarang inilah saatnya bagi Indonesia
untuk mulai menggarap energi ini. Jika bangsa kita mampu memanfaatkan dan
menguasai teknologi pemanfaatan energi tidal, ada dua keuntungan yang bisa
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
diperoleh yaitu, pertama, keuntungan pemanfaatan energi tidal sebagai solusi
pemenuhan kebutuhan energi nasional dan, kedua, kita akan menjadi negara yang
mampu menjual teknologi tidal yang memberikan kontribusi terhadap devisa negara.
Belajar dari India yang mampu menjadi salah satu pemain teknologi turbin angin
dunia (dengan produk turbin angin Suzlon), maka tujuan yang kedua bukanlah hal
yang terlalu muluk untuk kita wujudkan.
2.5 Gaya Apung,Mengapung dan Kestabilan
2.5.1 Prinsip Archimedes (287-212 SM)
Jika sebuah benda diam terendam seluruhnya di dalam sebuah fluida,atau
mengapung sedemikian sehingga hanya sebagian saja yang terendam,gaya fluida
resultan yang bekerja pada benda itu disebut gaya apung (buoyant force). Sebuah
gaya netto ke arah atas terjadi karena tekanan meningkat dengan kedalaman dan
gaya-gaya tekan yang bekerja dari bawah lebih besar daripada gaya-gaya yang
bekerja dari atas. Gaya ini dapat ditentukan dengan pendekatan yang sama seperti
yang digunakan pada bagian sebelumnya mengenai gaya-gaya pada permukaan
lengkung. Oleh karena itu, gaya apung mempunyai besar yang sama dengan berat
fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut dan mengarah vertikal ke atas. Hal ini
disebut sebagai prinsip Archimedes. Untuk menghormati Archimedes (287-212
SM),seorang ahli mekanik dan matematika Yunani yang pertama kali mengemukakan
gagasan-gagasan dasar yang berkaitan dengan hidrostatika. Letak garis dari gaya
apung dapat ditentukan dengan menjumlahkan momen gaya-gaya terhadap suatu
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
sumbu yang memudahkan. Misalnya dengan menjumlahkan momen terhadap sebuah
sumbu tegak lurus terhadap permukaan kertas. Jadi dapat disimpulkan bahwa gaya
apung melewati pusat massa dari volume yang dipindahkan. Titik yang dilalui gaya
apung yang bekerja disebut pusat apung ( center of buoyancy ).
Hasil yang sama juga berlaku pada benda-benda yang terapung di mana hanya
sebagian saja yang terendam. Jika berat jenis fluida di atas permukaan cairan sangat
kecil dibandingkan dengan berat cairan di mana benda tersebut akan mengapung,
karena fluida di atas permukaan biasanya udara. Namun demikian, gaya apung
tersebut tidak melewati pusat massa tetapi akan melewati pusat gravitasi dari volume
yang dipindahkan tersebut.
2.5.2 Kestabilan
Sebuah benda dikatakan berada dalam suatu posisi kesetimbangan yang stabil
jika benda tersebut kembali ke posisi kesetimbangannya ketika diusik. Sebaliknya,
benda berada dalam keadaan kesetimbangan yang tidak stabil jika ketika diusik
(meskipun sedikit),benda tersebut bergerak menuju posisi kesetimbangan baru.
Pertimbangan kestabilan sangat perlu khususnya bagi benda-benda yang terendam
atau terapung karena pusat apung dan pusat gravitasi tidak selalu bertepatan. Sebuah
rotasi kecil dapat menghasilkan kopel yang mungkin mengembalikan posisi atau yang
menggulingkannya. Misalnya, untuk benda yang terendam penuh yang mempunyai
pusat gravitasi di bawah pusat apung, suatu rotasi dari posisi kesetimbangannya akan
menghasilkan sebuah kopel pemulih yang dibentuk oleh berat dan gaya apung yang
akan menyebabkan benda berotasi kembali ke posisi asalnya. Jadi, untuk konfigurasi
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
ini benda tersebut stabil. Perlu dicatat bahwa selama pusat gravitasi berada di bawah
pusat apung, kondisi ini selalu berlaku; artinya benda berada dalam posisi
kesetimbangan stabil terhadap rotasi-rotasi kecill. Sebaliknya jika pusat gravitasi si
atas pusat apung, kopel yang terbentuk dari berat dan gaya apung akan menyebabkan
benda terguling dan menuju sebuah kesetimbangan baru. Jadi, sebuah benda yang
terendam penuh dengan pusat gravitasi di atas pusat apungnya berada dalam posisi
kesetimbangan tidak stabil.
Untuk benda yang terapung, masalah kestabilan lebih rumit, karena jika benda
berotasi, lokasi dari pusat apungnya (yang melewati pusat massa dari volume yang
dipindahkannya) bisa berubah. Hal ini dapat terjadi karena jika benda berputar, gaya
apung bergeser melewati pusat massa dari volume yang terdesak yang baru terbentuk.
Gaya apung ini berkombinasi dengan berat, membentuk sebuah kopel yang akan
menyebabkan benda tersebut kembali ke posisi kesetimbangan semula.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
BAB III
METODOLOGI PENGUJIAN
3.1 Waktu dan tempat
Pengujian dilakukan di sungai Namo Sira-Sira yang terletak di desa Namo
Tating Kecamatan Sei Bingai Kabupaten Langkat selama 1 bulan.
3.2 Alat
Alat yang dipakai dalam pengujian ini terdiri dari :
1. Prototipe turbin air terapung yang memiliki spesifikasi peralatan dan
perlengkapan sebagai berikut :
a) Sudu Turbin
Bahan : ST-37
Tebal : 2 mm
Model sudu : Rata (sebagai perbandingan terhadap sudu
lengkung)
Luas penampang : 16 x 49 cm
Untuk menentukan jumlah sudu turbin didapatkan dari persamaan :
tDN t= ..(Lit.10 Hal 4)
Dimana :
N = jumlah sudu
tD = diameter turbin = 0,75 m
t = jarak antar sudu (m)
Jarak antar sudu (t) dapat dihitung dari persamaan :
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
t = sinis .(Lit.10 Hal 4)
is = k tD .(Lit.10 Hal 4)
Dimana :
k = konstanta tetapan = 0,13
= sudut yang dibentuk oleh letak sudu rata terhadap sumbu
vertikal poros = 30 0
maka : is = k tD
is = 0,13 x 0,75
is = 0,0975 m
t = sinis
t = 030sin0975,0
t = 0,195 m
sehingga :
tDN t=
195,0
75,0xN
=
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
buahN
N12
07,12==
Jadi jumlah sudu rata yang digunakan adalah 12 buah dengan posisi letaknya
30 0 terhadap sumbu poros turbin.
b) Poros
Bahan : SC-45
Diameter poros : 1 inch ( 25,4 mm )
: 411 inch ( 32 mm )
c) Bantalan (Bearing)
Bahan : Baja Karbon
Type : Ball bearing
Nomor bantalan : P 205 ( untuk diameter poros 1 inch )
P 207 ( untuk diameter poros 411 inch )
d) Puli ( pulley)
Bahan : S-45C
Jumlah puli : 4 buah
Diameter puli I : 362 mm
Diameter puli II : 145 mm
Diameter puli III : 362 mm
Diameter puli IV : 72 mm
e) Sabuk ( V-Belt)
Bahan : Karet
Jumlah sabuk : 2 buah
Type sabuk I : A-62
sabuk II : B-117
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Merk sabuk : Mitshubishi
f) Sproket
Bahan : Baja Karbon
Jumlah sproket : 2 buah
Diameter Sproket I : 84.50 mm
Diameter Sproket II : 236,54 mm
Jumlah gigi Sproket I : 13
Jumlah gigi Sproket II : 39
g) Rantai (chain)
Bahan : S-45C
Type : rantai rol
Nomor : 50
Jumlah mata rantai : 106 mata rantai
h) Alternator
Pabrikan / merk : Toyota
Diameter pulley : 72 mm
Putaran maksimum : 1500 rpm
Putaran minimum : 1000 rpm
Voltase : 12 Volt
Arus Maksimum : 30 Ampere
Aplikasi / Fungsi : Penghasil arus listrik
i) Baterai mobil
Pabrikan / Merk : NS-40
Voltase : 12 Volt
Arus : 32 Ampere
Dalam pembuatan prototipe turbin air terapung ini terdiri atas dua bagian pembuatan
yaitu mekanisme turbin yang terdiri dari rangka pelampung yang terbuat dari besi,
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
sproket dan rantai serta beberapa puli dengan ukuran diameter yang berbeda dimana
pulli ini digunakan untuk menaikkan putaran pada alternator hingga melewati batas
putaran minimumnya yaitu 1000 rpm agar dapat menghasilkan arus dan tegangan
listrik. Mekanisme turbin terapung yang memiliki ukuran sekitar 1 x 2 meter tersebut
dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat menjadi mekanisme rasio perbandingan
putaran. Setelah menyelesaikan mekanisme turbinnya maka pengerjaan selanjutnya
adalah pembuatan penampang sudu rata. Sudu dibuat dari plat besi ST-37 yang
dipotong menjadi 12 bagian yang masing masing bagian berukuran 16 cm x 49 cm,
kemudian sudu-sudu tersebut disambungkan pada impeller yang berdiameter 75 cm
dengan metode las titik. Selanjutnya pada impeler diberi lubang sebagai tempat poros
sudu tersebut.
Prototipe turbin air terapung ini sendiri merupakan alat yang akan di uji di
lapangan untuk mengetahui besar daya yang mampu dihasilkannya dengan
menggunakan model sudu rata agar dapat dibandingkan terhadap daya yang
dihasilkan alternator bila menggunakan sudu lengkung. Berikut ini adalah gambar
prototipe turbin air terapung beserta model penampang sudu rata yang akan di uji
tersebut.
Gambar 3.1 Prototipe turbin air terapung beserta model penampang sudu rata
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
2. Multitester
Alat ini digunakan untuk mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan di
alternator.
Gambar 3.2 Multitester
3. Flowmeter
Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan arus aliran sungai di lokasi
pengujian
Gambar 3.3 Flowmeter
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
4. Tachometer
Alat ini digunakan untuk mengukur putaran pada sudu turbin dan alternator
Gambar 3.4 Tachometer
5. Kabel listrik dan lampu.
6. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci Inggris, kunci ring, kunci L,
obeng, tang, palu, dan lain sebagainya.
3.3 Metode Pengumpulan Data
Data yang dipergunakan dalam pengujian ini merupakan data yang diperoleh
langsung dari pengukuran dan pembacaan pada alat ukur pengujian.
3.4 Metode Pengolahan Data
Data yang diperoleh diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari
perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.
3.5 Pengamatan dan tahap pengujian
Pada pengujian ini yang akan diamati adalah :
1. Parameter arus (A) dan parameter tegangan (V)
2. Parameter putaran turbin (rpm)
3. Parameter kecepatan arus sungai ( v )
4. Effisiensi turbin ( )T
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Prosedur pengujian dapat dilakukan dengan beberapa tahap antara lain :
1. Pengukuran kecepatan air dengan menggunakan flowmeter kemudian mencatat
hasilnya.
2. Pengukuran putaran turbin dengan menggunakan tachometer kemudian mencatat
hasilnya.
3. Pengukuran arus dan tegangan yang dihasilkan turbin dengan multitester dapat
dilakukan dengan cara atau rangkaian sebagai berikut :
a. Rangkaian pengukuran arus listrik ( )1A tanpa beban lampu atau pengisian (charger) alternator terhadap baterai digambarkan sebagai berkut
(+) (-) (+} (+) (-) (-)
Gambar 3.5 Rangkaian pengukuran arus listrik ( )1A tanpa beban lampu
b. Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( )1V tanpa beban lampu atau besar tegangan yang dicharger alternator terhadap baterai digambarkan sebagai
berikut :
(+) (-) (+} (+) (-) (-)
Gambar 3.6 Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( )1V tanpa beban lampu
A
Alt Bat
V
Alt Bat
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
c. Rangkaian pengukuran arus listrik ( )2A dengan beban lampu digambarkan sebagai berikut :
(+) (-) (+} L (+) (-) (-) L
Gambar 3.7 Rangkaian pengukuran arus listrik ( )2A dengan beban lampu
d. Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( )2V dengan beban lampu dapat
digambarkan sebaga berikut : (+) (-) (+} L (+) (-) (-) L
Gambar 3.8 Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( )2V dengan beban lampu Untuk pengukuran arus listrik dan tegangan listrik dengan beban lampu dilakukan dengan mencatat besar arus dan tegangan dengan 1 beban lampu, 2 beban lampu,dan seterusnya sampai mencapai limit kemampuan turbin menghasilkan arus listrik. 4. Mengulang pengujian beberapa kali dengan metode yang sama.
A
Alt Bat
V
Alt Bat
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Prosedur tahap pengujian diatas dapat digambarkan dengan diagram alir sebagai berikut :
Gambar 3.9 Diagram alir Pengujian Prototipe Turbin Air Terapung
Mengukur kecepatan arus aliran sungai.
Mengukur putaran turbin. Mengukur arus (A) dan
tegangan (V) yang dihasilkan turbin dengan mengunakan beban lampu
Selesai
Berhenti
Menganalisa data hasil pembacaan alat ukur dengan rumus empiris untuk mendapatkan kesimpulan dari pengujian
Mengulang pengujian hingga 5 kali dengan metode yang sama, dan melakukan penambahan beban 2-5 buah lampu
Mulai
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
BAB IV
HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN
4.1 Data Hasil Pengujian
Adapun data yang diperoleh dari pengujian prototipe turbin air terapung dengan
menggunakan sudu rata meliputi :
1. Kecepatan rata-rata air masuk ( )rataratav
Setelah melakukan 10 kali pengukuran kecepatan air dengan menggunakan
alat ukur flowmeter, diperoleh data seperti berikut ini :
Gambar 4.1 pengambilan data kecepatan air masuk dengan alat ukur flowmeter
1v = 1,75 m/s 6v = 1,75 m/s
2v = 1,73 m/s 7v = 1,77 m/s
3v = 1,74 m/s 8v = 1,77 m/s
4v = 1,74 m/s 9v = 1,75 m/s
5v = 1,75 m/s 10v = 1,76 m/s
10
76,175,177,177,175,175,174,174,173,175,1 +++++++++=rataratav
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
= 1,75 m/s
Maka kecepatan rata-rata air masuknya adalah sebesar 1,75 m/s
2. Arus, tegangan dan putaran
Dari hasil pengukuran dengan menggunakan alat ukur multitester dan
tachometer pada pengujian diperoleh data sebagai berikut :
a. Untuk tanpa pembebanan lampu, diperoleh :
1) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I1) : 8,50 Ampere
2) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V1) : 13,52 Volt
3) Putaran alternator (n1) : 1030 rpm
4) Putaran poros sudu (n2) : 27,4 rpm
rpm27
b. Untuk pembebanan dengan menggunakan 1 lampu (25 Watt) :
1) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I1) : 6,87 Ampere
2) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V1) : 13,10 Volt
3) Putaran (n1) : 1025 rpm
4) Putaran poros sudu (n2) : 27,3 rpm
rpm27
c. Untuk pembebanan dengan menggunakan 2 lampu (50 Watt) :
1) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I1) : 5,11 Ampere
2) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V1) : 12,72 Volt
3) Putaran alternator (n1) : 1015 rpm
4) Putaran poros sudu (n2) : 27 rpm
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
d. Untuk pembebanan dengan menggunakan 3 lampu (75 Watt) :
1) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I1) : 3,25 Ampere
2) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V1) : 12,31 Volt
3) Putaran (n1) : 1008 rpm
4) Putaran poros sudu (n2) : 26.8 rpm
rpm27
e. Untuk pembebanan dengan menggunakan 4 lampu (100 Watt) :
1) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I1) : 0,99 Ampere
2) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V1) : 12,05 Volt
3) Putaran (n1) : 985 rpm
4) Putaran poros sudu (n2) : 26,8 rpm
rpm27
f. Untuk pembebanan dengan menggunakan 5 lampu (125 Watt) :
1) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I1) : 0 Ampere
2) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V1) : 0 Volt
3) Putaran (n1) : 985 rpm
4) Putaran poros sudu (n2) : 26,8 rpm
rpm27
4.2. Analisa daya dan putaran alternator di setiap pemberian beban
Dari data yang telah diperoleh dari hasil pengujian di lapangan, dapat
diketahui bahwa tegangan dan besar arus yang pengisian dari alternator ke baterai
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
tergantung pada besar jumlah beban (lampu) yang digunakan, sehingga dapat
dihitung besar daya pengisian (cas) ke baterai dengan menggunakan rumus :
IVP = (Watt) ........................................... (Lit 9. Hal 228)
maka daya pengisian (cas) ke baterai adalah sebagai berikut :
1. Untuk tanpa pembebanan lampu, diperoleh :
Pc = V1 x I1
= 13,52 x 8,50
= 115,03 Watt
2. Untuk pembebanan dengan menggunakan 1 lampu (25 Watt) :
Pc = V1 x I1
= 13,10 x 6,87
= 90,04 Watt
3. Untuk pembebanan dengan menggunakan 2 lampu (50 Watt) :
Pc = V1 x I1
= 12,72 x 5,11
= 65,05 Watt
4. Untuk pembebanan dengan menggunakan 3 lampu (75 Watt) :
Pc = V1 x I1
= 12,31 x 2,44
= 40,06 Watt
5. Untuk pembebanan dengan menggunakan 4 lampu (100 Watt) :
Pc = V1 x I1
= 12,05 x 0,99
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
= 11,92 Watt
Dari perhitungan data diatas, dapat ditampilkan dalam bentuk tabel yakni
sebagai berikut :
Tabel 4.1. Data hasil pengujian Turbin Air Terapung dengan menggunakan sudu rata
Jumlah
Beban
lampu
I 1
(Ampere)
V 1
(Volt)
Pc (Watt)
1n (rpm)
2n
(rpm)
0 8.50 13.52 115.03 1030 27
1 6.87 13.10 90.04 1025 27
2 5.11 12.72 65.05 1015 27
3 3,33 12.31 41,06 1008 27
4 0.99 12,05 11.92 1005 27
5 0 0 0 985 26
Dimana : I1 = Pengisian arus dari alternator ke baterai (Ampere)
V1 = Pengisian Tegangan dari alternator ke baterai ( Volt )
Pc = Daya pengisian alternator ke baterai
= A1 x V1 (Watt)
1n = Putaran alternator (rpm)
2n = Putaran poros sudu (rpm)
Dari tabel diketahui daya listrik yang dihasilkan oleh alternator adalah sebesar
115,03 Watt, sehingga hanya dapat diberi pembebanan sebanyak 4 buah lampu (100
Watt). Pada pembebanan dengan 5 lampu alternator tidak dapat menghasilkan daya
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
listrik sama sekali, karena putaran di poros alternator telah berada di bawah 1000
rpm, sementara alternator membutuhkan putaran 1000 rpm agar dapat
menghasilkan listrik (sesuai dengan spesifikasi alternator 30A, 12V yang memiliki
putaran minimum 1000 rpm, dan putaran maksimum 1500 rpm).
Data tabel diatas dapat ditampilkan kedalam bentuk grafik untuk mengetahui
lebih jelas fenomena yang terjadi pada perubahan daya pengisian (cas) ke baterai dan
putaran di poros alternator terhadap penambahan beban lampu yang digunakan.
R2 = 0.99250
20
40
60
80
100
120
140
0 1 2 3 4 5 6
Jumlah beban lampu
Pc (W
att)
Perubahan dayapengisian ke bateraioleh alternatorterhadappenambahan bebanlampuLinear (Perubahandaya pengisian kebaterai olehalternator terhadappenambahan bebanlampu)
Grafik 4.1 Perubahan daya pengisian (cas) ke baterai terhadap penambahan beban lampu
Dengan melihat grafik diatas, dapat dianalisa masih bahwa semakin besar
penambahan beban lampu yang digunakan maka semakin sedikit daya yang akan diisi
alternator ke baterai. Dari grafik juga dapat diketahui bahwa masih terdapat kesalahan
dalam pengambilan data pengukuran, hal ini dapat dilihat dari nilai R2 regresi
linearnya sebesar 0,9925 (tidak mencapai angka 1).
Selanjutnya hubungan antara perubahan putaran di poros alternator terhadap
penambahan beban lampu yang digunakan dapat dilihat dari grafik di bawah ini.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
R2 = 0.9621
980985990995
10001005101010151020102510301035
0 2 4 6
Jumlah Beban Lampu
Putar
an A
ltern
ator (
rpm)
Perubahan putaran diporos alternatorterhadap penambahanpembebanan lampuyang diuji
Poly. (Perubahanputaran di porosalternator terhadappenambahanpembebanan lampuyang diuji)
Grafik 4.2 Perubahan putaran di poros alternator terhadap penambahan beban lampu yang diuji Dengan melihat grafik diatas, dapat dianalisa bahwa putaran di poros
alternator polynomial terhadap jumlah beban lampu yang digunakan. Dengan melihat
dari nilai R2 regresi linearnya yaitu sebesar 0,9621 (tidak mencapai angka 1) dapat
diketahui bahwa terdapat kesalahan-kesalahan di beberapa titik pengambilan data
pengukuran putaran alternator terhadap jumlah beban lampu yang diuji.
R2 = 0.9625
0
20
40
60
80
100
120
140
980 990 1000 1010 1020 1030 1040
Putaran Alternator (rpm)
Pc (W
att)
Perubahan dayapengisian ke bateraiterhadap putaranalternatorPoly. (Perubahan dayapengisian ke bateraiterhadap putaranalternator)
Grafik 4.3 Hubungan perubahan daya pengisian ke baterai terhadap perubahan putaran alternator
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Dari grafik diatas, diketahui besar daya pengisian ke baterai polynomial
terhadap perubahan putaran di poros alternator, dimana semakin besar putaran di
poros alternator maka semakin besar pula daya listrik yang akan diisi alternator ke
baterai. Dengan melihat nilai R2 regresi linearnya yang tidak mencapai angka 1, dapat
disimpulkan bahwa masih terdapat kesalahan dalam pengambilan data pengukuran.
Besar daya listrik yang dihasilkan alternator yang digerakkan oleh prototipe
turbin air terapung bersudu rata ini, dapat dibandingkan dengan melihat tabel data
hasil pengujian prototipe turbin air terapung dengan menggunakan sudu lengkung
seperti dibawah ini agar dapat diketahui kinerja alternator dari kedua jenis prototipe
tersebut.
Tabel 4.2 Data hasil pengujian prototipe turbin air terapung dengan menggunakan
sudu lengkung
Jumlah
Lampu
I1
(Ampere)
V1
(Volt)
P
(Watt)
n1
(rpm)
n2
(rpm)
0 9.03 13.95 125.97 29 1088
1 7.68 13.27 101.91 29 1083
2 5.84 13.0 75.92 29 1075
3 3.96 12.85 50.90 28 1064
4 2.19 12.26 26.85 28 1046
5 0.008 0.1 0.1 27 1012
6 0 0 0 26 975
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Dari tabel 4.1 dapat diketahui bahwa daya listrik maksimum yang dihasilkan
alternator dengan menggunakan sudu rata adalah sebesar 115,03 Watt dan putaran
maksimum poros alternator sebesar 1030 rpm, sementara daya listrik maksimum
yang dihasilkan alternator bila menggunakan sudu lengkung adalah sebesar 125,97
Watt dan putaran maksimum poros alternator sebesar 1088 rpm (lihat tabel 4.2). Hal
ini dapat disimpulkan bahwa daya listrik yang dihasilkan dengan menggunakan sudu
rata lebih kecil bila dibandingkan terhadap daya listrik yang dihasilkan dengan
menggunakan sudu lengkung, atau dengan kata lain kerja alternator lebih maksimal
bila digerakkan oleh prototipe turbin air terapung yang menggunakan sudu lengkung
daripada yang menggunakan sudu rata.
4.3. Analisa momen puntir pada poros alternator
Poros yang digunakan untuk alternator pada prototipe turbin air terapung ini
akan mengalami beban puntir akibat putaran dari poros tersebut. Beban puntir yang
dialami poros bertambah seiring dengan pertambahan beban lampu yang digunakan.
Dari data hasil pengujian yang diperoleh ( tabel 4.1), momen puntir yang dialami
poros alternator dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut :
n
PM DP51074,9 = .. (Lit 3 Hal 10)
maka ;
1. Untuk tanpa pembebanan lampu
77,108103011503,01074,9 50 ==PM kgmm
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
2. Untuk pembebanan 1 lampu
30,109102511503,01074,9 51 ==PM kgmm
3. Untuk pembebanan 2 lampu
38,110101511503,01074,9 52 ==PM kgmm
4. Untuk pembebanan 3 lampu
15,111100811503,01074,9 53 ==PM kgmm
5. Untuk pembebanan 4 lampu
5,111100511503,01074,9 5 ==PM kgmm
Kelanjutan hasil dari seluruh perhitungan momen puntir poros untuk
alternator diatas dapat dilihat dari tabel berikut ini :
Tabel 4.3 Hasil perhitungan Momen Puntir poros untuk setiap pembebanan lampu
Jumlah
Beban lampu 1n
(rpm)
Palt (Watt)
Momen Puntir
(kgmm)
0 1030 115,03 108,77
1 1025 115,03 109,30
2 1015 115,03 110,38
3 1008 115,03 111,15
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
4 1005 115,03 111,5
Dari tabel hasil perhitungan diatas diketahui bahwa alternator mengalami
beban puntir maksimum sebesar 111, 5 kgmm yakni pada saat putaran 1005 rpm dan
beban puntir minimumnya sebesar 108,77 pada putaran 1030 rpm.
R2 = 0.9999
108.50
109.00
109.50
110.00
110.50
111.00
111.50
112.00
1000 1010 1020 1030 1040
Putaran alternator (rpm)
Mom
en P
untir
alte
rnat
or (k
gmm
) Perubahan momenpuntir terhadapputaran alternator
Linear (Perubahanmomen puntirterhadap putaranalternator)
Grafik 4.4. Perubahan momen puntir terhadap perubahan putaran poros alternator
Dengan melihat grafik diatas, dapat dianalisa perubahan momen puntir linear
terhadap perubahan putaran di poros alternator. Nilai R2 regresi linearnya hampir
mencapai angka 1 yaitu sebesar 0,9999, hal ini dapat dilihat pada grafik dimana
semua titik tersebut hampir tepat berada garis linearnya.
Besar beban puntir alternator dipengaruhi oleh perubahan putaran di poros
alternator yang diakibatkan oleh adanya variasi beban yang digunakan pada
alternator, atau dengan kata lain semakin kecil putaran alternator maka semakin besar
beban puntir yang dialami oleh poros alternator tersebut dimana daya alternator
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
U1C1W1
dianggap konstan yaitu sebesar 115,03 Watt. Dalam hal ini dapat disimpulkan bahwa
analisa tersebut sesuai dengan rumus teori untuk menghitung besar beban puntir pada
poros alternator, dimana besar harga beban puntir di alternator bergantung pada
perbandingan daya yang dihasilkan terhadap putaran porosnya sendiri.
4.4 Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk Dan Sisi Keluar Setelah Pengujian 4.4.1 Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk
Analisa kecepatan sisi masuk pada prototipe turbin air terapung ini adalah
sebagai berikut :
Gambar 4.2 Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk
Dari gambar diatas diketahui bahwa :
1C : Kecepatan Absolut Fluida Masuk
1U : Kecepatan Tangensial / Kecepatan Keliling Sudu yang arahnya
searah dengan arah putaran sudu.
1W : Kecepatan Relatif Fluida terhadap Sudu ( impeller )
Adapun nilai dari 1C dan 1U adalah sebagai berikut :
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
1C = sm /75,1 ( sesuai hasil yang dipeoleh dengan menggunakan flowmeter )
1U = 60nD
...................................................................(Lit. 7 hal 56)
Dimana :
D : diameter sudu yang direncanakan ( 0,75 m )
n : putaran maksimum dialami sudu ( 27 rpm )
Sehingga :
1U = smmenitikrpmm /059,1
/det602775,0
=
Maka harga 1W dapat dicari dengan menggunakan persamaan :
CosUCUCW 112
12
12
1 2+= .......................... ( Lit.7 hal 58 )
dengan 00= ( karena 1C dan 1U segaris), sehingga persamaan diatas menjadi :
CosUCUCW 112
12
12
1 2+=
02221 0059,175,12059,175,1 CosW +=
7065,312,10625,321 +=W
4775,021 =W
smW /691,01 =
Jadi besar Kecepatan Relatif Fluida terhadap Sudu ( impeller ) pada sisi masuk
adalah 0,691 m/s.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
C2W2
U22
U1C1W1
4.4.2 Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar
Analisa kecepatan sisi keluar pada prototipe turbin air terapung ini adalah
sebagai berikut :
Gambar 4.3 Analisa Kecepatan Pada Sisi Keluar
Dari gambar diatas, dapat diperoleh gambar segitiga kecepatan pada sisi keluar
sebagai berikut :
Gambar 4.4. Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar
Dari gambar diatas diketahui bahwa :
2C : Kecepatan Absolut Fluida Keluar
2U : Kecepatan Tangensial / Kecepatan Keliling Sudu yang arahnya
searah dengan arah putaran sudu.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
2W : Kecepatan Relatif Fluida terhadap Sudu ( impeller )
Maka harga 2W dapat dicari dengan menggunakan persamaan :
CosUCUCW 222
22
22
2 2+=
dimana : 2C = 0,691 m/s 2U = 1,059 m/s 090= ( karena 2C 2U ) Sehingga persamaan diatas menjadi :
CosUCUCW 222
22
22
2 2+=
02222 90059,1691,02059,1691,0 CosW +=
01215,14775,022 +=W
599,122 =W
smW /264,12 =
Jadi besar Kecepatan Relatif Fluida terhadap Sudu ( impeller ) pada sisi keluar
adalah 0,018 m/s.
Besar sudut antara 2W dengan 2U ( 2 ) dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan :
2
22
2
22 W
UArcCosWUCos ==
smsmArcCos
/264,1/059,1
2 =
837,02 ArcCos=
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
002 3312,33 =
Jadi besar sudut antara 2W dengan 2U ( 2 ) adalah 033
4.5 Efisiensi Turbin dan Efisiensi Alternator 4.5.1. Efesiensi turbin ( T )
Efesiensi turbin dapat dihitung dari persamaan-persamaan berikut ini :
t
EP K= . (lihat pada bab 2)
dimana 221 mvEK =
t
mvP
2
21
= , dimana rv =
t
rmP
2)(21
= , dimana r = D
t
DmP
2)21(
21
=
t
DmP
22 ))(41(
21
=
t
mDP
22 )(81
=
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
Dari persamaan diatas maka dapat dihitung daya poros turbin dan daya poros
alternator yaitu :
a. Daya Poros Turbin )( ptP
t
DmP
ptptpt
pt
22 )(81
=
Dimana : =ptm massa turbin = 75 kg
=ptD diameter poros turbin = 32 mm = 0,032 m
=ptn Putaran poros turbin = 27 rpm (27 putaran dalam 1 menit), sehingga
t = 1 menit = 60 detik
dari persamaan : tpt =
ptpt n 2=
dimana
= kecepatan sudut poros turbin (rad/s)
pt = besar perpindahan sudut (rad)
Maka
8678,260
)27(2==
rad/s
Sehingga diperoleh,
t
DmP
ptptpt
pt
22 )(81
=
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
60
)8678,2()032,0)(75(81 22
=ptP
00132,0=ptP Watt
Jadi daya yang dihasilkan pada poros turbin adalah sebesar 0,00132 Watt.
b. Daya Poros Alternator )( pAltP
t
DmP
pAltpAltpAlt
pAlt
22 )(81
=
Dimana : =pAltm massa poros alternator = 0,3 kg
=pAltD diameter poros alternator = 10 mm = 0,01 m
=pAltn Putaran poros alternator = 1030 rpm (1030 putaran dalam 1 menit),
jadi t = 1 menit = 60 detik
dari persamaan : tpAlt =
pAltpAlt n 2=
dimana
= kecepatan sudut poros alternator (rad/s)
pAlt = besar perpindahan sudut (rad)
Maka
80,10760
)1030(2==
rad/s
Sehingga diperoleh,
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
t
DmP
pAltpAltpAlt
pAlt
22 )(81
=
60
)80,107()01,0)(3,0(81 22
=pAltP
000726,0=pAltP Watt
Jadi daya yang dihasilkan pada poros alternator adalah sebesar 0,000726 Watt.
Maka Efesiensi daya Turbin adalah
T = %100xPP
pt
pAlt
T = %10000132,0000726,0 x
T = 55 %
Sehingga diperoleh efisiensi turbin dengan menggunakan sudu rata adalah sebesar
55 %
4.5.2. Efesiensi daya Alternator ( A )
Efesiensi daya alternator dapat juga dihitung dari persamaan :
A = %100xPP
Max
A
Dimana AP = daya alternator hasil pengujian = 115,03 Watt
MaxP = daya maksimum alternator = 360 Watt (berdasarkan spesifikasi
alternator)
maka : A = %10036003,115 x
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
A = 31,95 %
A = 32 %
Sehingga diperoleh efesiensi dari daya listrik yang dihasilkan alternator bila
digerakan oleh turbin air terapung dengan menggunakan sudu rata adalah sebesar 32
% dari daya maksimum yang dapat dihasilkannya.
Sebagai bahan perbandingan efisiensi terhadap prototipe turbin air terapung
dengan menggunakan sudu lengkung, dimana dari hasil pengujian diperoleh efisiensi
turbin terapung yang menggunakan sudu lengkung tersebut adalah sebesar 57% dan
efisiensi daya yang dihasilkan alternatornya adalah sebesar 35%. Hal ini berarti
bahwa efisiensi dari prototipe turbin air terapung dengan menggunakan sudu
lengkung lebih besar dibandingkan efisiensi yang terjadi bila menggunakan sudu rata,
sehingga dapat disimpulkan bahwa prototipe turbin air terapung ini lebih efektif bila
menggunakan sudu lengkung daripada sudu berbentuk rata.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
1. Daya yang dihasilkan alternator yang digerakkan oleh prototipe turbin air
terapung dengan menggunakan sudu rata adalah sebesar 115,03 Watt.
2. Efesiensi turbin yang diperoleh dengan menggunakan sudu rata adalah
sebesar 55 %, dan efesiensi alternatornya adalah sebesar 32 %
3. Putaran rata-rata yang dialami prototipe turbin air terapung dengan
menggunakan sudu rata selama pengujian adalah sebesar 27 rpm.
4. Putaran maksimum yang terjadi di poros alternator prototipe turbin air
terapung dengan menggunakan sudu rata adalah sebesar 1030 rpm
5. Beban puntir maksimum yang dialami oleh poros alternator adalah sebesar
111,5 kgmm.
6. Perubahan beban puntir yang dialami oleh alternator dipengaruhi oleh
perubahan daya dan putaran yang terjadi di alternator akibat dari adanya
variasi beban yang dialaminya, dimana semakin besar putaran di poros
alternator maka semakin besar pula beban puntir yang dialaminya.
7. Dari data tabel dan grafik pada bab IV, dapat disimpulkan bahwa :
a. Semakin besar pembebanan yang diberikan pada prototipe turbin
air terapung, maka putaran turbin akan semakin berkurang.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
b. Semakin besar pembebanan yang diberikan pada prototipe turbin
air terapung, maka pengisian daya dari alternator ke baterai akan
semakin berkurang.
c. Hambatan kabel berpengaruh pada besar daya yang dihasilkan
turbin.
8. Arus listrik maksimum yang dihasilkan oleh turbin air terapung adalah
arus searah (DC) yakni sebesar 8,50 Ampere, sehingga untuk
mengubahnya menjadi arus AC (arus bolak-balik) harus mengunakan alat
tertentu (misalnya inferter) agar dapat digunakan untuk mencukupi
kebutuhan listrik pada sebuah rumah tangga
9. Kecepatan aliran sungai yang dibutuhkan untuk menggerakan prototipe
turbin air terapung adalah sebesar 1,75 m/s.
10. Prototipe turbin air terapung dengan menggunakan sudu rata kurang
efisien bila dibandingkan dengan prototipe yang sama tetapi menggunakan
sudu lengkung, dimana efisiensi turbin yang terjadi dengan menggunakan
sudu lengkung tersebut adalah sebesar 57%.
5.2 SARAN
Untuk mendapatkan efisiensi daya dan putaran yang lebih maksimal dari
prototipe turbin air terapung disarankan :
1. Penentuan kecepatan aliran sungai yang direncanakan lebih besar dari
1,75 m/s.
2. Pemilihan jenis bahan sudu yang lebih ringan dan tipis.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
3. Pemilihan jenis kabel yang memiliki hambatan kecil.
4. Pemilihan model sudu yang lebih tepat.
Selain itu, untuk memperoleh data hasil pengujian yang lebih valid disarankan agar
menggunakan alat-alat ukur yang lebih akurat.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
DAFTAR PUSTAKA
1. Lalu Makrup, Dasar-Dasar Analisis Aliran Sungai di Sungai dan Muara
Penerbit UII Pres,Yogyakarta, 2001
2. Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi, Dr.Ir.Harnaldi,
Ir.Budiarso,M.Eng (Penerjemah) Mekanika Fluida,Edisi Keempat,Jilid
2,Penerbit Erlangga, Jakarta, 2003
3. Sularso, Kiyokatsu Suga,Dasar-Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen
Mesin, Penerbit PT.Pradnya Paramita, Jakarta, 1997
4. http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf
5. http://osv.org/education/WaterPower
6. http://lingolex.com/bilc/engine.html
7. Fritz Dietzel, Dakso Sriyono (Penerjemah),Turbin Pompa dan
Kompressor,Penerbit Erlangga,Jakarta,1990.
8. M. M. Dandekar, K. N. Sharma, Pembangkit Listrik Tenaga Air,Penerbit
Erlangga, Jakarta, 1998
9. Halliday, Fisika Universitas,Jilid II, Penerbit Erlangga, Jakarta,1980
10. S.Warsito, Abdul Syukur, Agus Adhi Nugroho, Studi Awal Perencanaan
Sistem Mekanikal dan Kelistrikan Pembangkit Listrik Tenaga Mini-
Hidro,Universitas Islam Agung, 2005.
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
LAMPIRAN
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
BIAYA PEMBUATAN TURBIN AIR TERAPUNG
Biaya perencanaan pembuatan turbin air terapung adalah sebagai berikut :
A. Transaksi Biaya Bahan Turbin Air Terapung
NAMA BAHAN HARGA
1. Plat baja ST-37,tebal 2 mm (3 lembar) Rp.750.000,00
2. Baja S-45C, = 141 inch (1 meter) Rp.800.000,00
3. Baja S-45C, = 1 inch (2 meter) Rp.750.000,00
4. Sproket kecil, = 84,50 mm Rp.300.000,00
5. Sproket besar, = 236,54 mm Rp.375.000,00
6. Pulley, = 362 mm (2 buah) Rp.200.000,00
7. Pulley, = 145 mm (1 buah) Rp.150.000,00
8. Rantai rol no.50, Lp = 106 mata rantai Rp.250.000,00
9. Sabuk A-62 (1 buah) Rp.175.000,00
10. Sabuk B-117 (1 buah) Rp.200.000,00
11. Bantalan (bearing) P 205, = 141 inch (4 buah) Rp.350.000,00
12. Bantalan (bearing) P 207, = 1 inch (4 buah) Rp.452.000,00
13. Baja bulat 2 meter, = 10 mm (10 batang) Rp.400.000,00
14. Plat siku 2 meter (10 batang) Rp.500.000,00
15. Deregen ukuran 20 liter (10 buah) Rp.150.000,00
JUMLAH Rp.5.802.000,00
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
B. Transaksi Biaya Perlengkapan Turbin Air Terapung
NAMA BAHAN HARGA
1. Kabel warna hitam 5 meter, = 5 mm Rp. 15.000,00
2. Kabel warna merah 5 meter, = 5 mm Rp. 15.000,00
3. Fitting lampu 15 buah Rp. 37.500,00
4. Bola lampu 12 volt, 15 buah Rp. 30.000,00
5. Baterai 30 Ampere Rp.400.000,00
6. Alternator Rp.300.000,00
7. Panel voltmeter 2 buah Rp. 60.000,00
8. Panel amperemeter 1 buah Rp. 35.000,00
9. Cat warna biru 1 kg Rp. 25.000,00
10. Kepala baterai 2 buah Rp. 5.000,00
11. Saklar lampu 2 buah Rp. 10.000,00
12. Kabel 3 phasa untuk alternator Rp. 15.000,00
JUMLAH Rp. 947.500,00
C. Transaksi Biaya Pembuatan Turbin Air Terapung
JENIS BIAYA HARGA
1. Biaya mengelas + Upah Rp.2.000.000,00
2. Biaya membubut Rp. 500.000.00
JUMLAH Rp.2.500.000,00
D. Transaksi Biaya Operasional
JENIS OPERASIONAL HARGA
-
Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 2009. USU Repository 2009
1. Biaya sewa pick up untuk percobaan I Rp. 300.000,00
2. Sewa pick up untuk percobaan II Rp. 300.000,00
3. Sewa pick up untuk percobaan III Rp. 300.000,00
4. Sewa pick up untuk percobaan IV (2 hari) Rp. 600.000,00
JUMLAH Rp.1.500.000,00
Jadi Total biaya dari pembuatan hingga pengujian Turbin terapung adalah :
A. Transaksi Biaya Bahan Turbin Air Terapung Rp.5.802.000,00
B. Transaksi Biaya Perlengkapan Turbin Air Terapung Rp. 947.500,00
C. Transaksi Biaya Pembuatan Turbin Air Terapung Rp.2.500.000,00
D. Transaksi Biaya Operasional Rp.1.500.000,00
TOTAL BIAYA Rp. 10.749.500,00
PENDAHULUAN1.1. Latar Belakang1.2. Tujuan Penulisan1.5. Batasan MasalahMETODOLOGI PENGUJIAN
DAFTAR PUSTAKA