rancang bangun dan pengujian turbin pelton …

“MEKANIK” Jurnal Ilmiah Teknik Mesin ITM, Vol. 7 No. 1, Mei 2021 : 32 – 43 p-ISSN : 24431184, e-ISSN : 2581-0235, http://jurnal.mesin.itm.ac.id/index.php

32

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN PELTON BERSKALA

LABORATORIUM DENGAN MODEL VARIASI SUDUT BUCKET

Octo Goldwin Tamba1, Supriatno2,* dan Eswanto3,* 1,2)Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Medan

Jl. Gedung Arca No.52 Telp (061) 7363771 Fax (061) 734794. Medan 20271 Sumatera Utara 3)Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Medan

Jl. Willem Iskandar/Pasar V, Medan, Sumatera Utara – Indonesia

*E-mail : [email protected], [email protected]

ABSTRAK

Turbin pelton banyak digunakan untuk pembangkit listrik skala mikro. Penelitian ini dilakukan dengan variasi sudut bucket turbin Pelton. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari unjuk kerja turbin Pelton dengan variasi

sudut bucket 55°, 60°, dan 65°. Untuk mengetahui daya, putaran, dan efisiensi.Sudu dari bahan stainless yang

digunakan untuk turbin pelton.Peralatan yang digunakan adalah sebuah turbin Pelton. Sudu turbin dibuat dari bahan stainless sudut bucket 55° dengan lebar sudu 90 mm, dan tinggi 20 mm. Sudut bucket 60° dengan lebar sudu 85

mm dan tinggi 15 mm. Dan sudut bucket 65° dengan lebar 80 mm dan tinggi 10 mm. Diameter runner adalah 250

mm dengan jumlah sudu pada runner 12 buah. Untuk menghasilkan listrik, turbin dihubungkan dengan generator. Pengukuran daya yang dihasilkan turbin dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan generator.

Putaran turbin diukur dengan tachometer.Turbin pelton dengan variasi sudut bucket dari bahan stainless dan jumlah

sudu 12, variasi sudut bucket 55° mampu menghasilkan daya sebesar 14,7 watt dan efisiensi sebesar 20,84 %.

Sudut bucket 60° mampu menghasilkan daya sebesar 14,84 watt dan efisiensi sebesar 21,04 %. Dan sudut bucket 65° mampu menghasilkan daya sebesar 16,35 watt dan efisiensi sebesar 23,18 %. Berdasarkan simpulan hasil

penelitian ini, direkomendasikan : perlu dilakukan penggantian pada generator untuk mengetahui daya yang lebih

maksimal yang dihasilkan turbin Pelton.

Kata kunci : Turbin Pelton, Variasi sudut bucket, sudut

ABSTRACT

Pelton turbines are widely used for micro-scale power generation. This research was conducted with variations in

the angle of the Pelton turbine bucket. This study aims to study the performance of Pelton turbines with variations in bucket angles of 55 °, 60 °, and 65 °. To determine power, rotation, and efficiency, stainless steel plates are used

for the Pelton turbine. The equipment used is a Pelton turbine. The turbine blade is made of stainless steel with a

bucket angle of 55 ° with a blade width of 90 mm and a height of 20 mm. 60 ° bucket angle with 85 mm blade width

and 15 mm height. And a bucket angle of 65 ° with a width of 80 mm and a height of 10 mm. The runner diameter is 250 mm with 12 blades on the runner. To generate electricity, the turbine is connected to a generator. Measuring

the power generated by the turbine is done by measuring the voltage and current generated by the generator.

Turbine rotation was measured with a tachometer. Pelton turbine with variations in the bucket angle of the stainless material and the number of blades 12, variations in the bucket angle of 55 ° were able to produce a power

of 14.7 watts and an efficiency of 20.84%. Bucket angle of 60 ° is able to produce a power of 14.84 watts and an

efficiency of 21.04%. And a bucket angle of 65 ° can produce a power of 16.35 watts and an efficiency of 23.18%.

Based on the conclusions of the results of this study, it is recommended: it is necessary to replace the generator to determine the maximum power generated by the Pelton turbine.

Keywords: Pelton Turbine, Bucket angle variation, blades

I. PENDAHULUAN

Turbin air merupakan salah satu alat yang

mengubah energi kinetik dari aliran air dengan

kecepatan tinggi melalui lubang nosel yang

menyemprotkan air tepat pada sudu – sudu pada

turbin sehingga menghasilkan energi mekanik

berupa putaran pada runner turbin. Energi

mekanik ini kemudian digunakan untuk memutar

generator dengan cara disambung secara langsung

atau melalui transmisi sabuk atau disebut pulley ,

mailto:[email protected]


33

sehingga dapat menghasilkan listrik. Turbin air

yang biasa digunakan adalah jenis impuls, salah

satunya adalah turbin Pelton yang pertama kali

dibuat oleh Alan Lester Pelton pada tahun 1875

(Supardi, 2015)

Energi air dapat dimanfaatkan sebagai

pembangkit listrik dengan memanfaatkan tenaga

potensial yang tersedia (potensi air terjun dan

kecepatan aliran). Turbin air adalah salah satu

mesin penggerak yang mana fluida kerjanya

adalah air yang dipergunakan langsung untuk

memutarkan roda turbin. Pada roda turbin terdapat

sudu dan fluida kerja mengalir melalui ruang di

antara sudu tersebut.

Turbin Pelton merupakan turbin impuls,

yaitu turbin yang digerakkan oleh energi kinetik

air. Semprotan air yang berkecepatan tinggi

mengenai sudu dan setelah menggerakkan runner

air keluar pada kecepatan rendah, yang berarti

sebagian energinya tidak diserap oleh runner.

Tekanan air masuk dan keluar sudu adalah

tekanan atmosfir. (Ahmad yani, 2018)

Tujuan penelitian ini yaitu membuat turbin Pelton

dan meneliti untuk mengetahui karakteristik

sebagai berikut :

1. Mengetahui atau mendapatkan ukuran ukuran

bucket.

2. Untuk mendapatkan daya pada variasi sudut

bucket.

3. Untuk mengetahui putaran turbin Pelton pada

variasi sudut bucket.

4. Untuk mengetahui efisiensi pada turbin pelton.

II. LANDASAN TEORI

Turbin adalah mesin penggerak, di mana

energi fluida kerja digunakan langsung, untuk

memutar roda turbin. Putaran turbin akan

menghasilkan daya. Besar kecilnya putaran roda

turbin tergantung dari beberapa faktor, misalnya

kecepatan / tekanan air yang diperoleh dari letak

ketinggian air (H), bentuk dan jumlah sudu, jarak

radius roda turbin, jarak nosel ke sudu dan lain-

lain. Daya yang dihasilkan dari turbin yang

berkenaan dari faktor-faktor tersebut di atas dapat

disebut prestasi turbin. Untuk mengetahui

seberapa besar prestasi turbin perlu dilakukan

pengujian. Hal ini penting karena turbin itu sendiri

nantinya akan digunakan untuk berbagai

keperluan, seperti misalnya generator listrik,

pompa, baling-baling, dll.

Proses untuk mendapatkan suatu prestasi

turbin tersebut di atas dapat diwujudkan dengan

telah dirancang dan dibuatnya suatu alat

praktikum turbin Pelton dalam skala laboratorium.

Seperti layaknya turbin sesungguhnya secara

umum dan khususnya pada alat yang digunakan

sebagai sarana laboratorium, maka perlu

dilakukan suatu pengujian untuk mendapatkan

unjuk kerja atau prestasi dan kapasitasnya.

Berdasarkan hasil pengujian akan diperoleh

gambaran yang pasti apakah alat tersebut sesuai

dengan spesifikasi yang diharapkan.

2.1 Jenis-Jenis Turbin Air

Terdapat berbagai jenis turbin air yang

digunakan untuk penyediaan kebutuhan energi

listrik. Turbin air biasanya dikelompokkan

berdasarkan kegunaan tertentu, kapasitas aliran,

dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu, turbin air

diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara.

Secara umum klasifikasi berdasarkan prinsip kerja

turbin tersebut merubah energi air menjadi energi

mekanis. Berdasarkan klasifikasi ini, turbin air

dibagi menjadi dua yaitu :

Turbin Impuls (aksi).

Turbin impuls adalah turbin air yang cara

kerjanya dengan merubah seluruh energi air (

yang terdiri dari energi potensial – tekanan –

kecepatan ) yang tersedia menjadi energi kinetik

untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan

energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Atau

dengan kata lain, energi potensial air diubah

menjadi energi kinetik. Contoh turbin impuls

adalah turbin Pelton dan turbin Cross Flow.


34

Turbin Reaksi

Turbin reaksi adalah turbin air yang cara

bekerjanya dengan merubah seluruh energi air

yang tersedia menjadi energi puntir dalam bentuk

putaran. Sudu pada turbin reaksi mempunyai

profil khusus yang menyebabkan terjadinya

penurunan tekanan air selama melalui sudu.

Turbin ini terdiri dari sudu pengarah dan sudu

jalan dan kedua sudu tersebut semuanya terendam

di dalam air. Air dialirkan ke dalam sebuah

terusan atau dilewatkan ke dalam sebuah cincin

yang berbentuk spiral (rumah keong). Perubahan

energi seluruhnya terjadi di dalam sudu gerak.

Contoh turbin reaksi adalah turbin Francis dan

turbin Propeler (Kaplan) (Frans Ade Putra

Tampubolon, 2014), (Fuji et all, 2020), (eswanto,

2017)

2.2 Turbin Pelton

Turbin Pelton merupakan turbin impuls,

karena pada turbin Pelton puntiran terjadi akibat

pembelokan pancaran air pada mangkok ganda

runner. Oleh karena itu turbin Pelton di sebut juga

turbin pancaran bebas. Aliran air yang keluar dari

nosel tekanannya sama dengan tekanan atmosfir

sekitarnya. Energi tinggi tempat dan tekanan

ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi

energi kecepatan.

2.3.1 Bagian Utama Turbin Pelton

Pada dasarnya turbin Pelton terdiri dari

tiga bagian utama, yaitu: runner, nosel, rumah

turbin. Turbin ini juga dilengkapi oleh transmisi,

bantalan, dan bagian kelistrikan.

1. Runner

Runner turbin Pelton pada dasarnya

terdiri atas piringan dan sejumlah mangkok yang

terpasang di sekelilingnya. Piringan terpasang

pada poros dengan sambungan pasak dan stopper.

Gambar 1 Runner (Sumber

https://img.alicdn.com/bao/uploaded/TB1BKr2dpuWBuNjSspnXXX1NVX

a.jpg)

2. Bucket

Bucket Pelton atau biasa disebut sudu

yang berbentuk dua buah mangkok. Bucket

didesain menggunakan perbandingan dari Gambar

2.2. Hal ini berarti bahwa desain dilakukan

berdasarkan gambar. Bucket berfungsi membagi

pancaran menjadi 2 bagian. Gaya pada bucket

berasal dari pancaran air yang keluar dari nosel,

yang dibalikan setelah membentur sudu, arah

kecepatan aliran berubah sehingga terjadi

perubahan momentum, gaya inilah yang disebut

gaya impuls.

Gambar 2. Desain Bucket (Thake,2001,hal.33)

3. Poros

Poros merupakan penerus putaran yang

terjadi pada runner. Poros di sambungkan ke

runner mengunakan pasak. Putaran poros

diteruskan ke transmisi sabuk, yang kemudian

menuju ke poros generator.

4. Piringan

Piringan atau biasa di sebut disk, adalah

bagian dari runner. Bahan disk yang baik

digunakan adalah bahan yang kuat, dan

https://img.alicdn.com/bao/uploaded/TB1BKr2dpuWBuNjSspnXXX1NVXa.jpg

https://img.alicdn.com/bao/uploaded/TB1BKr2dpuWBuNjSspnXXX1NVXa.jpg


35

diusahakan seringan mungkin. Runner berfungsi

sebagai tempat bucket dipasang.

5. Nosel

Nosel merupakan bagian dari turbin yang

sangat penting, yang berfungsi sebagai pemancar

aliran air untuk menyemprot ke arah sudu-sudu

turbin. Kecepatan air meningkat disebabkan oleh

nosel. Air yang keluar dari nosel yang mempunyai

kecepatan tinggi akan membentur sudu turbin.

Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran

berubah sehingga terjadi perubahan momentum.

6. Rumah Turbin

Rumah turbin berfungsi sebagai tempat

nosel terpasang, serta berfungsi membelokan air

agar keluar secara teratur. Rumah turbin juga

berfungsi untuk melindungi runner dari gangguan

luar contohnya kotoran, dan cuaca, (Eswanto,

2020)

7. Pulley

Pulley adalah penerus putaran dari poros

turbin ke poros selanjutnya (generator). Pulley

juga dapat berfungsi untuk menaikan putaran.

Pully biasa disebut transmisi sabuk. Sabuk terbuat

dari karet dan mempunyai penampang trapesium.

8. Bantalan

Bantalan merupakan bagian penting dari

turbin, alat ini berfungsi sebagai penopang dari

poros turbin. Putaran dari poros turbin dapat

berlangsung secara halus, aman, dan panjang

umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk

memungkinkan poros bekerja dengan baik.

1) Menghitung Daya yang Dihasilkan

Turbin

Untuk dapat menghitung daya yang

dihasilkan turbin dapat ditentukan persamaan

sebagai berikut : (Widayaka, 2011)

Pout = V . I.....................................................(1)

Dengan :

Pout = Daya yang dihasilkan oleh turbin (Watt)

V = Tegangan ( Volt )

I = Arus (Ampere)

2) Menghitung Efisiensi Turbin

Untuk menghitung efisiensi turbin dapat

dilihat persamaan berikut ini :(Widayaka, 2011).

𝜂 = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛. 100 % ...........................................(2)

Dengan :

η = Efisiensi yang dihasilkan turbin (%)

Pout = Daya yang dihasilkan turbin (Watt)

Pin = Daya yang tersedia (Watt)

III. METODOLOGI PENELITIAN

1.1 Skema Perancangan Turbin Pelton Skala

Laboratorium

Gambar 3. Skema Turbin Pelton Skala

Laboratorium

Turbin Pelton akan bekerja pada tempat

yang memiliki energi potensial air, seperti pada

air terjun atau aliran sungai. Pada penelitian ini

energi air diambil dari pompa. Air dari

pompaditampung pada bak yang ditempatkan

dibawah turbin. Kemudian air dari bak tersebut

dialirkan ke turbin yang berada di diatas melalui

pipa. pipa tersebut dihubungkan ke nosel

(penstock). Pada nosel dipasang sebuah kran

untuk membuka dan menutup aliran air,

(eswanto,2018).


36

1.1 Diagram Alir Penelitian

Metode penelitian dilakukan dengan

membagi kegiatan kedalam tahapan- tahapan

berikut ini seperti ditunjukkan pada gambar 4.

antara lain adalah :

Gambar 4. Diagram Alir Penelitian

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah dilakukan pengujian, data yang diperoleh

dari penelitian dengan variasi sudut bucket

sebagai berikut :

Tabel 1. Data Hasil Pengujian Turbin Pelton

Variasi

Sudut

Bucket

Tegangan

(Volt)

Arus

(Ampere)

Putaran

(Rpm)

T. Air

(Psi)

Beban

Arus

(watt)

55o 10,5 1,4 261 20 5 Watt

60o 10,6 1,4 267 20 5 Watt

65o 10,9 1,5 271 20 5 Watt

4.1.1 Perhitungan Data Penelitian

a) Debit aliran

Untuk mencari debit air, perlu dilakukan

pengujian dengan cara menyiapkan wadah

penampung air yang memiliki volume untuk

penampung aliran air sampai penuh dan ketika

proses penampungan berjalan maka waktu dicatat

sampai air didalam wadah penuh.

V = 𝑄

𝑡

Dimana : Q =Volume tabung (𝑚3)

t =Waktu (s)

Dari hasil pengukuran diperoleh :

Q = 45 liter

t = 70 detik

Maka, V = 𝑄

𝑡

= 45 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟

70 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

= 0,642 L/detik

= 0,000642 𝑚3/s

b) Head ( Tinggi jatuh air )

Untuk mengetahui Head pada turbin

Pelton, perlu diketahui tekanan pompa air.

Tekanan pompa air dapat dilihat pada pressure

gauge (psia) yang terpasang pada pipa output

dicatat untuk menghitung head dapat mengunakan

persamaan.

H = 𝑝

𝜌 𝑥 𝑔 = 𝑝

𝛾

Dimana :

P = Tekanan (N/m)

𝜌 = Density fluida = 1000 kg/m3

𝑔 = Gaya gravitasi = 9,81 m/s2

Dari hasil pengukuran diperoleh : P = 20 Psi

= 137895,1

Pa = 137895,1 N/m2

𝛾 = 9,810 N/m2

Maka :

H = 𝑝

𝛾

MULAI

Penyusunan referensi

Perancangan Turbin

Pelton Skala

Laboratorium

Pembuatan Variasi

Sudut Bucket Turbin

Pelton

Pengujian Variasi Sudut

Bucket Dengan 3

Percobaan

Analisa Data

Kesimpulan

SELESAI


37

H = 137895 ,1 𝑁/𝑚

9,810 𝑘𝑔/𝑚2𝑠2

H = 14 m

4.1 Percobaan Pertama dengan Menggunakan

Sudut Bucket 55o

Dalam perancangan ini perhitungan

dilakukan berdasarkan parameteryang telah

ditentukan terlebih dahulu.

Kapasitas Air (V) = 0,642 liter/detik atau =

0,000642 m3/s

Head (h) = 14 meter

Grafitasi (g) = 9,81 m/detik2

Massa Jenis Air (𝜌) = 1000 kg/m3

Randemen Turbin (𝜂T ) = 80%.

1) Daya yang dihasilkan Turbin

Untuk menghitung daya yang dihasilkan

turbin dapat menggunakan persamaan :

PV.gH.T

Dengan :

P: Daya yang dihasilkan turbin(W).

: Massa jenis air (kg/m3)

G: Percepatan gravitasi(m/s2)

V: Debit air(m3/s)

H: Tinggi air jatuh(m)

𝜂Τ: Randemen turbin

Maka :

P Q .. g . H .T

P = 0,000642 m3/s x 1000 kg/m3 x 9,81m/s2x 14m x 0,8

P = 70,53 watt

2) Kecepatan Turbin Pelton

Pada tekanan sama ( turbin impuls ) agar

mendapatkan randemen yang baik harus

mempunyai hubungan antara kecepatan pancar air c

dan kecepatan tangensial u dapat menggunakan

persamaan (2.4) dan (2.5)

1) Kecepatan air keluar

c1 = 2 𝑥 𝑔 𝑥 𝐻

Dimana :

g = Gaya gravitasi = 9,81 m/s2

H = Tinggi air jatuh (m)

Maka :

c1 = 2 𝑥 𝑔 𝑥 𝐻

c1 =

c1 = 16,57 m/detik

2) Kecepatan tangensial u

u = 𝑐1

2

Dimana :

c1 = Kecepatan air keluar

Maka :

u = 16,57 𝑚/𝑠

2

u = 8,285 m/s

3) Perhitungan Nosel

Untuk mengetahui luas permukaan

pancar air dan diameter pancar air diperoleh dari

persamaan (2.7) dan (2.8).

a) Luas Permukaan Pancar Air (A)

A = 𝑉

𝑐1

Dimana :

V = Debit Air (m3/s)

c1 = Kecepatan air keluar (m/s)

maka :

A = 0,000642 𝑚3/𝑠

16,57 𝑚/𝑠

A = 0,00003874 m2 = 3.874 m

2

b) Diameter Pancar Air (d)

d = 0,54 x 𝑉

𝐻

Dimana :

V = Debit aliran (m3/s)

H = Head tinggi jatuh air (m)

Maka :

d = 0,54 x 0,000642

14

d = 0,54 x 0,000642

3,74

d = 0,00707 m

d = 7,07 mm

4) Perhitungan Dimensi Turbin

Kecepatan spesifik merupakan suatu besaran

yang penting dalam perencanaan turbin, karena

digunakan untuk memilih kecepatan putar turbin.

Untuk menentukan kecepatan spesifik dapat

menggunakan persamaan (2.9)

2x9,81x14


38

1) Kecepatan Spesifik (nq)

nq = n x 𝑉

𝐻0,75

Dimana :

nq = Kecepatan spesifik (rpm)

n = Kecepatan putaran turbin (rpm)

V = Debit air (m3/s)

H = Head (m)

Maka :

nq = n x 0,000642

140,75

nq = 261 (rpm) x 0,000642

140,75

nq = 0,913 rpm

2) Diameter Roda Rata rata (D)

D = 60 𝑥 u

𝜋 𝑥 𝑛

Dimana :

D = Diameter roda rata-rata

u = Kecepatan tangensial

𝜋 = 3.14

n = putaran (rpm)

Maka :

D = 60 𝑥 8,285 𝑚/𝑠

3,14 𝑥 261 =

D = 60.6 cm

3) Perhitungan D/d 𝐷

𝑑 =

60,6

7,07

𝐷

𝑑 = 8,51 mm

Perbandingan diameter roda rata-rata (D),

dan diameter pancar air (d) adalah D/d = 9,10 mm.

Dari perbandingan tersebut jumlah sudu (z) dapat

di tentukan yaitu 12 sudu.

4) Dimensi Sudu

Jumlah sudu dapat ditentukan yaitu 12

buah. Dimensi sudu dapat ditentukan sebagai

berikut :

Lebar Sudu = 90 mm

Panjang Sudu = 110 mm

Tinggi Sudu = 20 mm

Tebal sudu = 1 mm

5) Perhitungan Poros

Untuk melakukan perhitungan pada torsi,

tegangan geser dan diameter poros dapat dihitung

dengan persamaan rumus (2.12), (2,13) dan (2,14)

Pd= fc × P(kW)

Fc adalah Faktor koreksi sebesar 1,2

(Sularso,2004, hal. 7)

Daya rencana :

Pd= 1,2 × 0,07

= 0,084 kW

1) Menghitung torsi :

T = 9,74 x 105𝑃𝑑

𝑁

Dimana :

T = Torsi ( kg.mm)

Pd = Daya rencana ( kW)

N = Putaran (rpm)

Maka :

T = 9,74 x 105 x 𝑃𝑑

𝑁

T = 9,74 x 105 x

0,084

261

T = 313,47 kg.mm

Bahan poros baja karbon ST 37 (Sularso, 2004,

hal. 5)

𝜍𝐵 37kg/mm2

Sf2= 5

Sf1 = 4

2) Tegangan geser yang terjadi :

𝜏𝛼 = 𝜍𝐵

𝑆𝑓1𝑥 𝑆𝑓2

Dimana :

𝜏𝛼 = Tegangan geser yang terjadi

𝜍𝐵 = Kekuatan tarik bahan (kg/mm2)

Sf1 dan Sf2 = Faktor keamanan

Maka :

𝜏𝛼 = 𝜍𝐵

𝑆𝑓1𝑥 𝑆𝑓2

𝜏𝛼 = 37

4 𝑥 5

𝜏𝛼 = 1,85 kg/mm2

3) Diameter poros (Sularso, 2004, hal. 8):

𝑑𝑠 = 5,1

𝜏𝛼 .𝐾𝑡 .𝐶𝑏 .𝑇

1

3

Dimana :

ds = Diameter minimal poros (mm)

𝜏𝛼 = Tegangan geser yang terjadi

Cb = Faktor Cb nilainya 1,2 sampai 2,3.

Jika diperkirakan tidak terjadi pembebanan lentur

maka Cb = 2,3


39

Kt = Faktor Kt dipilih 1,0 jika beban dikenakan

secara halus; 1,0-1,5 jika dikenakan sedikit beban

kejutan atau tumbukan; dan 1,5-3,0 jika beban

kejutan atau tumbukan besar = 3

T = Momen puntir rencana (kg.mm)

Maka :

𝑑𝑠 = 5,1

𝜏𝛼 .𝐾𝑡 .𝐶𝑏 .𝑇

1

3

𝑑𝑠 = 5,1

1,85 . 3 . 2,3 . 313,47

1

3

𝑑𝑠 = 18.13 mm (Diameter perancangan poros

menggunakan 22 mm)

6) Menghitung Daya yangDihasilkan Turbin


dihasilkan turbin dapat ditentukan dari persamaan

(2.15)

Pout = V . I

Dengan :

Pout = Daya yang dihasilkan oleh turbin

(Watt)


I = Arus (Ampere)

Maka :

Pout = 10,5 x 1,4

= 14,7 watt

7) Menghitung Efisiensi Turbin


menggunakan rumu sebagai berikut :

𝜂 = 𝑃𝑜𝑢𝑡𝑃𝑖𝑛

𝑥 100 %

Dengan :

η = Efisiensi yang dihasilkan turbin (%)

Pout = Daya yang dihasilkan turbin (Watt)

Pin = Daya yang tersedia (watt)

Maka :

𝜂 = 14,7 𝑤𝑎𝑡𝑡

70,53 𝑤𝑎𝑡𝑡 𝑥 100 %

𝜂 = 20,84 %

4.2 Percobaan Kedua dengan Menggunakan

Sudut Bucket 60o

Setelah data – data didapatkan, maka

langkah selanjutnyaadalah melakukan perhitungan

untuk menghitung daya masuk ( Pin ), daya keluar

( Pout) serta efisiensipada Sudu bucket 60o.



(2.15).

Pout = V . I

Dengan :



I = Arus (Ampere)

Maka :

Pout = 10,6 x 1,4

= 14,84 watt


menggunakan persamaan rumus pada (2.16) yaitu

sebagai berikut :


. 100 %

Dengan :

𝜂 = Efisiensi yang dihasilkan turbin (%)

𝑃𝑜𝑢𝑡 = Daya yang dihasilkan turbin (Watt)

𝑃𝑖𝑛 = Daya yang tersedia (watt)

𝑃𝑖𝑛 = V.gH.T

Dimana : 𝜌 = Massa jenis air (𝑘𝑔 𝑚3 )

g = Gaya gravitasi (𝑚 𝑠2 )

V = Debit air (𝑚3 𝑠 )

H = Tinggi air (m)

T = Randemen turbin

𝑃𝑖𝑛 = 1000 𝑘𝑔 𝑚3 x 9,81 𝑚 𝑠2 x

0,000642 𝑚3/s x 14 m x 0,8

𝑃𝑖𝑛 = 70,53 watt

Maka,


. 100 %

𝜂 = 14,84 𝑤𝑎𝑡𝑡

70,53 𝑤𝑎𝑡𝑡 . 100 %

𝜂 = 21,04 %


40

4.3 Percobaan ketiga dengan Menggunakan

Sudut Bucket 65o

Setelah data – data didapatkan, maka

langkah selanjutnyaadalah melakukan perhitungan

untuk menghitung daya masuk ( Pin ), daya keluar

( Pout) serta efisiensipada Sudu bucket 60o.



(2.15).

Pout = V . I

Dengan :



I = Arus (Ampere)

Maka :

Pout = 10,9 x 1,5

= 16,35 watt


menggunakan persamaan rumus pada (2.16) yaitu

sebagai berikut :𝜂 = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛. 100 %

Dengan :

𝜂 = Efisiensi yang dihasilkan turbin (%)

Pout= Daya yang dihasilkan turbin (Watt)

Pin = Daya yang tersedia (watt)

𝑃 𝑖𝑛 = V.gH.T

Dimana : 𝜌 = Massa jenis air (𝑘𝑔 𝑚3 )

g = Gaya gravitasi (𝑚 𝑠 2 )

V = Debit air (𝑚3 𝑠 )

H = Tinggi air (m)

T = Randemen turbin

𝑃 𝑖𝑛 = 1000 𝑘𝑔 𝑚3 x 9,81 𝑚 𝑠 2 x 0,000642

𝑚3/s x 14 m x 0,8

𝑃 𝑖𝑛 = 70,53 watt

Maka,

𝜂 = 𝑃 𝑜𝑢𝑡𝑃 𝑖𝑛

. 100 %

𝜂 = 16,35 𝑤𝑎𝑡𝑡

70,53 𝑤𝑎𝑡𝑡 . 100 %

𝜂 = 23,18 %

Tabel 2. Data Hasil Perhitungan Turbin Pelton

N

o

Variasi

Sudut

Bucket

(°)

Putar

an

(Rpm

)

Tegang

an

(Volt)

Arus

(Ampe

re)

Daya

(watt

)

Efisien

si

( %)

1. 55° 261 10,5 1,4 14,7 20,84

2. 60° 267 10,6 1,4 14,84 21,04

3. 65° 271 10,9 1,5 16,35 23,18

4.4 Pembahasan

4.5.1 Grafik Perbandingan Variasi Sudut

Bucket (°) dan Putaran Turbin (Rpm).

Gambar 5. Grafik Perbandingan Variasi Sudut

Bucket (°) dan Putaran Turbin (Rpm).

Dari gambar 5, dapat dilihat bagaimana

perbandingan Putaran turbin menggunakan 3

variasi sudut bucket pada runner yaitu

penggunaan sudut bucket 55°, 60° dan 65° . Pada

sudut bucket55° menghasilkan putaran turbin

sebesar 261 Rpm. Sedangkan pada sudut

bucket60° menghasilkan putaran turbin sebesar

267 Rpm dan pada sudut bucket65° menghasilkan

putaran turbin sebesar 271 Rpm. Penelitian ini

menunjukkan bahwa variasi sudut bucket dapat

mempengaruhi putaran turbin. Pada penelitian

didapat putaran turbin terendah, hal ini disebabkan

terjadi rugi – rugi dan hambatan pada saat

pengambilan data, yaitu :

1. Rugi-rugi gesekan pada saluran air (pipa)

yaitu gesekan antara air dengan permukan

saluran.

2. Rugi-rugi pada generetor yaitu putaran

generatortidak stabil. Hal ini disebabkan

karena pembuatan generator yang kurang baik

terutama pemasangan magnet dan poros

255

260

265

270

275

Sudut 55° sudut 60° sudut 65°

Pu

tara

n T

urb

in (

Rp

m)

Variasi Sudut Bucket (°)

Variasi Sudut Bucket (°) dan Putaran Turbin (rpm)


41

kurang presisi

3. Rugi-rugi pada Bucket, yaitu putaran runner

tidak stabil. Hal ini disebabkan karena

pembuatan Bucketyang kurang baik terutama

pemasangan bucketnya kurang presisi.

4.5.2 Grafik perbandingan Variasi Sudut

Bucket (°) dan Efisiensi Turbin (%).

Gambar 6. Grafik Perbandingan Variasi Sudut

Bucket (°) dan Efisiensi Turbin (%).


perbandingan Efisiensi turbin (%) dan

menggunakan 3 variasi sudut bucket pada runner

yaitu penggunaan sudut bucket 55°, 60° dan 65° .

Pada sudut bucket55° menghasilkan efisiensi

turbin sebesar 20,84 %. Sedangkan pada sudut

bucket60° menghasilkan efisiensi turbin sebesar

21,04 % dan pada sudut bucket65° menghasilkan

efisiensi turbin sebesar 23,18 %. Penelitian ini

menunjukkan bahwa variasi sudut bucket dapat

mempengaruhi Efisiensi turbin. . Pada penelitian

ini didapat efisiensi turbin terendah, hal ini

disebabkan terjadi rugi – rugi dan hambatan pada

saat pengambilan data, yaitu :



saluran.

2. Rugi-rugi pada sambungan antara pipa dengan

pipa, karena perbedaan diameter dari pipa.

3. Rugi-rugi pada saluran air yang berbelok.

4.5.3 Grafik Perbandingan Variasi Sudut

Bucket (°) dan Daya (watt).

Gambar 7 Grafik Perbandingan Variasi Sudut

Bucket (°) vs Daya Turbin (watt).


perbandingan Daya (watt) dan menggunakan 3

variasi sudut bucket pada runner yaitu

penggunaan sudut bucket 55°, 60° dan 65° . Pada

sudut bucket55°dapat menghasilkan daya turbin

sebesar 14,7 watt. Sedangkan pada sudut

bucket60°dapat menghasilkan daya turbin sebesar

14,84 watt dan pada sudut bucket65° dapat

menghasilkan daya turbin sebesar 16,35 watt.

Penelitian ini menunjukkan bahwa variasi sudut

bucket dapat mempengaruhi Daya turbin.

Dari penelitian didapat efisiensi total

yang sangat kecil pada turbin pelton. Hal ini

disebabkan pada saat penelitian terjadi rugi-rugi

dan hambatan dalam pengambilan data, yaitu :



saluran.

2. Rugi-rugi pada generetor yaitu putaran

generatortidak stabil. Hal ini disebabkan

karena pembuatan generator yang kurang

baik terutama pemasangan magnet dan poros

kurang presisi

3. Rugi-rugi pada nosel, karena permukaan dari

nosel tidak halus disebabkan oleh

sambungan- sambungan yang terdapat pada

nosel.

19,520

20,521

21,522

22,523

23,5


Efis

ien

si T

urb

in (

%)


Variasi Sudut Bucket (°) vs Efisiensi Turbin (%)

Efisiensi Turbin (%)

13,514

14,515

15,516

16,5


Day

a Tu

rbin

(w

att)


Variasi Sudut Bucket (°) vs Daya Turbin (watt)

Efisiensi Turbin (%)


42

4. Rugi-rugi pada pulley, karena gesekan sabuk

dengan pulley dimana pulley tidak lurus

(center) sehingga putaran tidak stabil.

5. Rugi-rugi pada sambungan antara pipa

dengan pipa, karena perbedaan diameter dari

pipa.

6. Rugi-rugi pada saluran air yang berbelok.

7. Rugi-rugi pada Bucket, yaitu putaran runner

tidak stabil. Hal ini disebabkan karena

pembuatan Bucketyang kurang baik terutama

pemasangan bucketnya kurang presisi.

8. Rugi-rugi akibat gesekan pada bantalan.

V. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian turbin Pelton, dengan

variasi sudut bucket, pengambilan data berupa

ukuran – ukuran pada bucket, putaran, daya dan

efisiensi, maka dapat disimpulkan:

1) Penelitian Turbin Pelton ini mengunakan sudut

bucket 55°. Sudu turbin dibuat dari bahan

stainless dengan lebar sudu 90 mm dan tinggi

20 mm. Sudu ini mampu menghasilkan daya

sebesar 14,7 watt. Hasil tersebut didapat pada

putaran turbin 261 Rpm dan efisiensinya

sebesar 20,84 %.







sebesar 21,04 %.







sebesar 23,18 %.

4) Semakin besar putaran, maka semakin besar

daya dan efisiensi yang diperoleh.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ahmad yani, B. S. R., 2018. analisis jumlah

sudu mangkuk terhadap kinerja turbin

pelton pada alat praktikum turbin air. Jurnal

Teknik Mesin Univ. Muhammadiyah Metro,

pp. Hal 185-186.

[2] Anon., 2014. laboratory of fluid machinery

and system marine engineering department

marine technology faculty.

[3] Dietzel, Fritz, 1996, Turbin Pompa Dan

Kompresso. Cetakan ke- 5 Penerbit

Erlangga. Jakarta

[4] Eswanto, Dian Syahputra, 2017, Analisa

Distribusi Kapasitas Aliran Fluida Di

Daerah Percabangan Pada Sistem Perpipaan,

Jurnal Teknologi Terapan, Volume 3,

Nomor1, Maret 2017 : 7-11

[5] Frans Ade Putra Tampubolon, T. S., 2014.

Uji performansi turbin pelton dengan 26

sudu pada head 5,21 meter dengan

menggunakan satu buah nosel dan analisa

perbandingan menggunakan variasi bentuk

sudu. Jurnal E-Dinamis, p. 205.

[6] jagdish LAL Dr, 2010, Hydraulic machines,

Netaji subhas road, Delhi.

[7] Fuji, Nurdiana dan Eswanto. 2020. Proses

Teknologi Pembuatan Mesin Pengupas

Nanas Dengan Menggunakan Engkol

Penekan Kapasitas 200 Buah/Jam. Jurnal

Ilmiah “MEKANIK” Teknik Mesin ITM,

Vol. 6 No. 2, November 2020 : 100 – 109,

e-ISSN 2581-0235

[8] Putra, A. A. G., 2009. Pembangkit Listrik

Tenaga Mikrohidro Menggunakan Turbon

Pelton. Tugas Akhir, pp. hal 18-19.

[9] Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2004, Dasar

Perencanaan Dan Pemilihan Elemen

Mesin,Cetakan ke- 11. Jakarta : PT Pradnya

Paramita.

[10] Barita, Esron Rudianto Silaban, Zainuddin,

Eswanto, 2018, Pengaruh Kinerja

Kompresor Pada Mesin Pendingin Dengan

Penggunaan Variasi Bahan Refrigran, Jurnal

Ilmiah “MEKANIK” Teknik Mesin ITM,

Vol. 4 No. 1, Mei 2018 : 48 – 55

[11] Supardi1, M. R., 2015. Kaji Eksperimental

Pengaruh Variasi Diameter Nozzel.


43

Mekanika Jurnal Teknik Mesin, Volume 1

No. 1, 2015, pp. hal - 64.

[12] Supardi, E. P., 2015. Nozzle Dan Sudut

Buang Sudu Terhadap Daya Dan Efisiensi

Model Turbin Pelton Di Lab. Fluida.


No. 1, 2015, pp. hal-23.

[13] Supardi, M. R., 2015. Kaji Eksperimental

Pengaruh Variasi Diameter Nozzel.


No. 1, 2015, p. hal 62.

[14] Eswanto, and J.R.Siahaan, 2018, Analysis of

castel type biomass combustion chamber

using candlenut shell fuel for patchouli oil

purifying, Journal of Mechanical

Engineering and Sciences, Volume 12, Issue

2, pp. 3656-3670, June 2018

[15] Widayaka, Y. E. A., 2011. Pembangkit

Listrik Tenaga Mikrohidro Menggunakan

Turbin Pelton Dengan Jumlah Sudu 16 Dan

18. tugas akhir, p. hal 24.

[16] Eswanto, Satri JP Sitompul,Tony Siagian,

Iwan Gunawan, Aminur. 2020. Aplikasi

PLTMH Penghasil Energi Listrik Di Sungai

Lawang Desa Simbang Jaya Kecamatan

Bahorok. Dinamika : Jurnal Ilmiah Teknik

Mesin. Vol. 11, No. 2, Mei 2020: 56-64.

DOI: 10.33772/djitm.v11i2.11678.

rancang bangun dan pengujian turbin pelton …

Documents