PENGARUH UKURAN DIAMETER NOZZLE 7 DAN 9 mm
advertisement
PENGARUH UKURAN DIAMETER NOZZLE 7 DAN 9 mm TERHADAP PUTARAN SUDU DAN DAYA LISTRIK PADA TURBIN PELTON Dr. Sri Poernomo Sari, ST., MT.*), Ryan Fasha**) *) Dosen Teknik Mesin Universitas Gunadarma **) Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Gunadarma ABSTRAKSI Dalam perancangan sudu Turbin Pelton ini adalah untuk dapat mengetahui daya yang dihasilkan oleh putaran poros sudu yang di sambung dengan alternator sebagai penghasil arus listrik. Untuk putaran maksimal yang dapat dihasilkan oleh sudu Turbin Pelton ini adalah menggunakan nozzle 9 mm dengan putaran sebesar 1267 dengan bukaan katup maksimum 900. Sedangkan debit aliran fluida yang didapat yaitu pada kombinasi kedua nozzle yaitu pada nozzle 7 dan nozzle 9 yang menghasilkan 0,00097 m3/s. Kecepatan aliran fluida terbesar dihasilkan terdapat pada nozzle 7 dengan bukaan katup 900 dengan hasil 0,52 m/s. Dan daya yang dapat dihasilkan oleh alternator memperoleh hasil 3,53 dengan menggunakan kedua buah nozzle dengan bukaan pada 650. Putaran turbin Pelton sangat dipengaruhi oleh nozzle yang digunakan, bukaan katup dan tekanan pada pompa yang berfungsi mengalirkan fluida. Kata Kunci : Turbin Pelton, Debit Aliran Fluida, Kecepatan Aliran, Jenis Aliran Fluida, Arus Listrik Tenaga air (Hydropower) adalah I. PENDAHULUAN Krisis energi yang kita alami saat ini energi yang diperoleh dari air yang tidak dapat dipungkiri, penyebab mengalir. Energi yang dimiliki air terjadinya krisis energi antara lain dapat dimanfaatkan dan digunakan bisa disebabkan oleh ulah manusia dalam wujud energi mekanis maupun yang terus-menerus menggali energi listrik. Pemanfaatan energi air sumber yang ada dibumi dan tidak banyak dilakukan dengan memikirkan jangka panjangnya. menggunakan kincir air atau turbin Sebagai contoh pengeboran besarair yang memanfaatkan adanya suatu besaran minyak bumi yang sekarang air terjun atau aliran air di sungai. semakin banyak, akibat dari itu Sejak awal abad 18 kincir air banyak jumlah bahan bakar akan semakin dimanfaatkan sebagai penggerak berkurang dan harga nya relatif penggilingan gandum, penggergajian mahal. Air merupakan sumber energi kayu dan mesin tekstil. Memasuki yang murah dan relatif mudah abad 19 turbin air mulai didapat, karena pada air tersimpan dikembangkan. Turbin Pelton energi potensial (pada air jatuh) dan merupakan salah satu jenis turbin energi kinetik (pada air mengalir). air yang prinsip kerjanya memanfaatkan energi potensial air sebagai energi listrik tenaga air. Turbin ini tergolong tipe turbin yang cukup efisien dalam perakitannya maupun dari segi ekonomi. Prinsip kerja Turbin Pelton adalah memanfaatkan daya fluida dari air untuk menghasilkan daya poros. Pada Turbin Pelton energi potensial air berubah menjadi energi kinetik melalui nozzle disemprotkan ke bucket untuk dirubah menjadi energi mekanik yang digunakan untuk memutar poros alternator yang berfungsi sebagai sumber utama untuk menghasilkan arus listrik. II. LANDASAN TEORI 2.1 Sejarah Turbin Air Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industri untuk jaringan listrik. Sekarang lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin kini dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energi yang dapat diperbaharukan. Kincir air sudah sejak lama digunakan untuk tenaga industri. Pada mulanya yang dipertimbangkan adalah ukuran kincirnya, yang membatasi debit dan head yang dapat dimanfaatkan. Perkembangan kincir air menjadi turbin modern membutuhkan jangka waktu yang cukup lama. Perkembangan yang dilakukan dalam waktu revolusi industri menggunakan metode dan prinsip ilmiah. Mereka juga mengembangkan teknologi material dan metode produksi baru pada saat itu. Kata "turbine" ditemukan oleh seorang insinyur Perancis yang bernama Claude Bourdin pada awal abad 19, yang diambil dari terjemahan bahasa Latin dari kata "whirling" (putaran) atau "vortex" (pusaran air). Perbedaan dasar antara turbin air awal dengan kincir air adalah komponen putaran air yang memberikan energi pada poros yang berputar. Komponen tambahan ini memungkinkan turbin dapat memberikan daya yang lebih besar dengan komponen yang lebih kecil. Turbin dapat memanfaatkan air dengan putaran lebih cepat dan dapat memanfaatkan head yang lebih tinggi. (Untuk selanjutnya dikembangkan turbin impulse yang tidak membutuhkan putaran air). 2.2 Klasifikasi Turbin Air Turbin air mempunyai 2 prinsip kerja yang terdiri dari Turbin Implus dan Turbin Reaksi. Turbin Implus ini sering disebut turbin dengan turbin bertekanan rata dan pancaran airnya bebas karena tekanan yang keluar dari nozzle sama mengandalkan tekanan dari atmosfer. Turbin Reaksi mempunyai bentuk sudu yang khusus oleh karena itu dapat memyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama tekanan air melewati sudu. Berbeda dengan Turbin Implus yang memiliki tekanan sama, Turbin Reaksi memiliki tekanan yang berbeda oleh sebab itu tekanan yang berbeda ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner dapat berputar. Turbin yang termasuk dalam klasifikasi Turbin Implus yaitu Turbin Pelton, Turbin Cross Flow, dan Turbin Tugo. Sementara untuk turbin dengan klasifikasi Turbin Reaksi yaitu Turbin Francis, Turbin Kaplan, Turbin Propeller. Turbin air secara luas untuk tenaga industri untuk jaringan listrik. Sekarang lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin kini merupakan sumber energi yang dapat diperbaharukan. Turbin air berperan untuk mengubah energi air, energi potensial, tekanan dan energi kinetik, menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. 2.3 Turbin Impuls Turbin Impuls atau yang biasa disebut turbin tekanan rata dan pancaran bebas ini dikarenakan tekaanan air yang keluar nozzle sama dengan tekanan atmosfer. Dalam instalasi turbin ini semua energi (Geodetic dan tekanan) diubah menjadi kecepatan keluar nozzle. Dalam turbin ini juga, tidak semua sudu menerima hempasan air melainkan secara bergantian tergantung posisi sudu tersebut Seperti yang tampak pada Gambar 2.3 mengenai skema proses penyemprotan nozzle terhadap sudu turbin Impuls. Gambar 2.3 Skema Proses Penyemprotan nozzle Terhadap Sudu Turbin Impuls [2] 2.3.1 Turbin Cross-Flow 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. Turbin Crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 liter/detik hingga 10 m3/detik dan head antara 1 s/d 200 m. Seperti yang tampak pada Gambar 2.5 mengenai contoh skema gambar turbin Cross-Flow. Gambar 2.5 Skema Turbin CrossFlow [3] Turbin Crossflow menggunakan nozzle 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. Seperti yang tampak pada Gambar 2.6 mengenai sudu turbin Cross-Flow. Gambar 2.6 Sudu Turbin CrossFlow [3] 2.3.2 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 beberapa nozzle. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.7 dan 2.8 mengenai gambar sudu dan skema nozzle pada turbin Pelton. [1] Gambar 2.7 Sudu Turbin Pelton [3] Pada Turbin Pelton energi potensial air berubah menjadi energi kinetik melalui nozzle disemprotkan ke bucket untuk dirubah menjadi energi mekanik yang digunakan untuk memutar poros generator. Turbin Pelton termasuk jenis Turbin impuls yang merubah seluruh energi air menjadi energi kecepatan sebelum memasuki runner turbin. Perubahan energi ini dilakukan didalam nozzle dimana air yang semula mempunyai energi potensial yang tinggi diubah menjadi energi kinetis. Pancaran air yang keluar dari nozzle akan menumbuk bucket yang dipasang tetap sekeliling runner dan garis pusat pancaran air menyinggung lingkaran dari pusat bucket. Kecepatan keliling dari bucket akibat tumbukan yang terjadi tergantung dari jumlah dan ukuran pancaran serta kecepatannya. Kecepatan pancaran tergantung dari tinggi air di atas nozzle nya serta effisiensinya. 2.3.3 Turbin Turgo Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Turbin Turgo juga merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozzle membentur sudu pada sudut 20o. 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. Seperti yang telah dipaparkan pada Gambar 2.8 mengenai skema sudu turbin Turgo dengan nozzle. V : Volume fluida air (m3) t : Waktu Aliran fluida air (detik) Sedangkan pada persamaan 2.2 merupakan hubungan antara Debit Aliran (Q), Kecepatan Aliran (ν) dan Luas Penampang nozzle yang digunakan (A). v= Gambar 2.12 Sudu turbin Turgo dan Nozzle 2.4 Definisi dan Rumusan Dasar 2.5.1 Penentuan Fluida Debit Aliran Diameter pipa dan luas penampang lintang saluran dalam turbin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan kontinuitas. Yang dimaksud dengan luas penampang lintang saluran adalah suatu luasan permukaan irisan saluran yang dibuat tegak lurus dengan arah aliran cairan. Seperti yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1 mengenai hubungan Debit Aliran (Q), Volume (V) dan Waktu (t). Q= ............................................................ .. 2.1 Dimana : .......................................................... 2.2 Dimana : Q : Debit Aliran yang mengalir (m3/s) A : Luas Penampang nozzle yang digunakan (m2) v : Kecepatan Aliran fluida air (m/s) Luas Penampang pipa pada turbin dapat di hitung dengan menggunakan Persamaan 2.3 di bawah ini. A = πr2 ............................................................ 2.3 Dimana : r : jari-jari nozzle (m) 2.4.2 Penentuan Laju Aliran Massa Fluida Dengan menggunakan persamaan kontinuitas seperti yang tampak pada Persamaan 2.4, sehingga Laju Aliran Massa Fluida dapat dihitung. ṁ = ρair x A x v .................................................. 2.4 Dimana : ṁ : Laju Aliran Massa fluida air (kg/s) ρair : Massa Jenis fluida zat cair (kg/m3) A : Luas Penampang nozzle yang digunakan (m2) v : Kecepatan Aliran fluida air (m/s) 2.5 Penentuan Jenis Aliran Fluida Pada umumnya aliran fluida dapat dibedakan atas aliran dalam saluran, yaitu aliran yang dibatasi oleh permukaan-permukaan keras dan aliran di sekitar benda yang dikelilingi oleh fluida yang selanjutnya tidak terbatas. Perbedaan seperti itu hanyalah memudahkan peninjauan saja karena gejala dari kelakuan fluida berlaku pada keadaan tersebut. Aliran melalui pipa dipilih untuk mewakili bentuk penampang lain karena dilapangan secara garis besar dapat kita jumpai dalam aplikasi lapangan. Aliran tersebut terbagi menjadi beberapa jenis aliran seperti Laminar, Transisi dan Turbulen. 2.6.1 Aliran Laminar Dalam hal ini, apabila dalam lapisan batas aliran tidak terjadi perubahan terhadap waktu dan aliran dalm keadaan steady, maka dapat dikatakan aliran tersebut berjenis Aliran Laminar. Seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.20. Gambar 2.20 Skema Aliran Laminar [7] 2.6.2 Aliran Transisi Jenis aliran ini bisa dikatakan sebagai Aliran Transisi dikarenakan aliran ini berada diantara jangkauan Aliran Laminar dan Turbulen. Aliran ini juga merupakan aliran peralihan dari Aliran Laminar ke Aliran Turbulen seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.21. Gambar 2.21 Skema Aliran Transisi [7] 2.6.3 Aliran Turbulen Aliran ini merupakan kebalikan dari jenis Aliran Laminar. Jika aliran tersebut adalah acak dan berubah-ubah terhadap waktu secara radikal, maka aliran tersebut bias dikatakan Aliran Turbulen. Seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.22. berubah yang tegangan 1 Volt Gambar 2.22 Skema Aliran Turbulen [7] Bilangan Reynold Bilangan Reynold merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran itu bersifat Laminar, Transisi mapun Turbulen. Dilihat dari kecepatan aliran fluida, menurut Mr. Reynold dikategorikan beberapa kategori seperti berikut ini : o Aliran Laminar : Bilangan Reynold < 2300 o Aliran Transisi : 2300 < Bilangan Reynold < 4000 o Aliran Turbulen : Bilangan Reynold > 4000 mengalir pada Rumus : P=I.V ................................................... 2.6 Dimana : P = daya, watt I = arus, ampere V = tegangan, volt 2.7 Untuk menghitung bilangan Reynold, maka diperlukan Persamaan 2.5. Re = υ x D v ..................................................... 2.5 Dimana : Re: Bilangan Reynold v : Kecepatan Aliran Fluida D : Diameter Nozzle ν : Viskositas Dinamik Penentuan Daya Listrik Satuan daya listrik dalam sistem metrik adalah watt. Watt juga didefinisikan sebagai energi yang keluarkan atau kerja yang dilakukan setiap detik oleh arus 1 A yang tidak III METODOLOGI PERANCANGAN TURBIN PELTON Setelah itu dilakukannya proses perakitan poros, sudu dan komponen penunjang lainnya seperti bearing sebagai dudukan as sudu dll. Proses selanjutnya adalah proses pengujian komponen tersebut dengan cara melakukan menghidupkan pompa air yang mengalir melalui pipa dan melalui nozzle dan kemudian akan ditarik suatu kesimpulan tertentu. Sudu ini mempunyai bobot sekitar 1 kg, dengan bobot itu sudu ini mempunyai bobot yang cukup ringan namun tidak terlalu ringan sehingga sudu ini mampu memutarkan poros alternator yang akan mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. 2.8 Gambar 3.3 Sudu Turbin Pelton 3.2 Perancangan Turbin pelton Dalam merancang Turbin Pelton, turbin harus benar-benar kuat dalam framenya. Karena mengingat putaran turbin yang cukup kencang dan tekanan air yang cukup besar. Bahan yang digunakan disini adalah pelat besi dan sekat-sekat menggunakan papan seperti yang ditunjukan dalam gambar 3.4 dibawah ini. atau poros disini berfungsi titik pusat sudu turbin berputar. Diameter dari poros pusat ini memiliki diameter 12 mm dan memiliki panjang poros 240 mm. Poros ini juga digunakan sebagai pegangan dari dudukan sudu yang di las di salah satu sisinya, dan untuk dudukan sudu yang kedua tidak dilakukan pengelasan agar daun sudu turbin Pelton dapat di bongkar pasang (knock down). Poros ini berbahan besi cor yang ringan dan cukup kuat untuk menahan dudukan sudu, daun sudu dan mampu menahan putaran dari gaya yang tercipta. Untuk poros satu yang panjang yang berada di belakang box digunakan untuk mentransferkan putaran dari sudu turbin Pelton ke Alternator yang sebelumnya digunakan pulley dan sabuk v-belt sebagai media transfer daya putar turbin Pelton. Dapat dilihat pada gambar 3.5 dibawah. Gambar 3.4 Gambar Desain Turbin Pelton 3.3 Pembuatan Poros As Sudu Turbin Pelton Pada tahap awal pembuatan poros sudu turbin Pelton, diawali dengan pembuatan As atau poros dari sudu turbin Pelton tersebut. As Gambar 3.5 Poros Dengan Kedua Dudukan (Vertical) 3.3.1 Pelat Dudukan Turbin Pelton Sudu Pelat dudukan sudu turbin Pelton ini berfungsi sebagai dudukan daun sudu turbin, pelat dudukan ini terbuat dari lempengan besi setebal 3 mm dan memiliki diameter dalam sebesar 16 mm dan diameter luar 100 mm seperti yang ditunjukan pada gambar 3.6 dibawah. 2 buah dudukan masing-masing memiliki lubang yang berguna sebagai peganggan dari daun sudu turbin Pelton agar tidak bergerak dan tetap pada tempatnya, dan bibuatkan juga 7 lubang peganggan baut untuk mengencangkan kedua pelat dudukan sudu turbin Pelton. selama nozzle menyemprotkan air. Daun sudu ini memiliki diameter penampang 60 mm. Gambar 3.7 Daun Sudu Turbin Pelton 3.5 Nozzle Komponen yang satu ini berperan penting sebagai penyemprotan air bertekanan yang dialirkan pompa dan berpengaruh langsung terhadap debir air yang dihasilkan dan putaran turbin itu sendiri. Gambar nozzle ditunjukan pada gambar 3.12. Ada 4 buah nozzle yang memiliki lubang yang berbeda satu dengan yang lainnya, yaitu 3 mm, 5 mm, 7 mm, dan 9 mm. Gambar 3.6 Pelat Dudukan Sudu Turbin Pelton 3.3.2 Daun Sudu Turbin Pelton Daun sudu yang berbahan pelat besi dan mangkok stainless steel ini berjumlah sebanyak 16 buah. Daun sudu yang terdapat pada gambar 3.7 ini berfungsi menerima tekanan dari nozzle yang menyemprotkan air bertekanan dari pompa dan kemudian daun sudu ini akan berputar secara terus menerus Gambar 3.12 4 Buah Nozzle Turbin Pelton 3.6 Proses Perakitan Poros Dan Sudu Turbin Pelton Setelah semua komponen tersedia dan siap dirakit, langkah selanjutnya adalah proses perakitan sudu turbin terlebih dahulu, yaitu dengan memasang daun-daun sudu pada pelat dudukan sudu turbin Pelton dan pasang dan kencangkan baut pengikatnya. Kemudian masukan sudu turbin Pelton yang telah dirakit ke dalam box sudu turbin serta tutup bagaian atas dan depan dengan akrilik yang telah disiapkan kemudian kencangan dengan baut. Gambar 3.13 dibawah ini menunjukan gambar turbin Pelton yang telah dirakit. Sudu turbin Pelton merupakan komponen yang berfungsi sebagai pengubah energi air bertekanan menjadi energi mekanik berupa putaran yang terus menerus dimana aliran air yang disemprotkan oleh nozzle yang dialirkan oleh pompa air kearah daun-daun sudu mengakibatkan teciptanya putaran. Gambar 3.13 Poros Dan Sudu Turbin Pelton Yang Telah Dirakit Aliran air yang diarahkan langsung menuju sudu-sudu melalui pengarah atau nozzle ini juga menghasilkan daya pada sirip. Selama sudu berputar, gaya bekerja melalui suatu jarak sehingga menghasilkan kerja. Untuk Turbin Pelton dengan daya yang cukup besar, sistem penyemprotan biasa digunakan dengan beberapa nozzle untuk mengurangi tumbukan yang terlalu besar terhadap sudu yang mengakibatkan air yang disemprotkan oleh nozzle tidak maksimal. IV PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA 4.2 Pengambilan Data Secara Langsung Dengan Menggunakan Alat Ukur Dalam proses pengambilan data pada turbin Pelton ada beberapa alat ukur yang dibutuhkan yaitu sebagai berikut : 4.2.1 Pengambilan Data Volume Fluida dan Putaran Turbin Pelton Dalam proses pengambilan data ini menggunakan stopwatch untuk mengukur lamanya waktu yang dipakai setiap kali proses pengambilan data, yaitu setiap 3 detik. Pada setiap 3 detik data volume fluida akan diambil dengan menggunakan ukuran nozzle 7 mm, dan 9 mm dengan bukaan katup dengan sudut sebesar 45o sampai dengan 90o. Dalam pengambilan data diusahakan seakurat mungkin, karena dalam pengambilan data yang akurat akan mempengaruhi hasil yang akan dalam proses yang selanjutnya. Selain stopwatch, digunakan juga gelas ukur untuk mengetahui jumlah fluida yang dikeluarkan oleh nozzle dalam waktu (t) 3 detik. Mengenai gelas ukur pengujian proses pengambilan data yang dilakukan untuk menghasilkan volume (V) tertentu yang dapat dilihat pada Tabel di bawah ini. Alat yang digunakan disini juga yaitu Tachometer yang berfungsi untuk membaca putaran dalam satuan per-menit (rotation per-minute). Tachometer ini mengunakan infra merah untuk membaca putaran yang ditembakkan ke poros yang berputar, namun sebelumnya poros tersebut diberi tanda menggunakan spidol sehingga dapat diketahui jumlah putaran yang terjadi di poros sudu Turbin Pelton dan hasilnya ditampilkan pada Tabel 4.1 dibawah ini. Putaran Poros Sudu Turbin Pelton Diameter Bukaan Volume Putaran Katup [L] [RPM] 450 0,95 458 550 1,1 510 650 1,31 598 [mm] 7 1,42 663 850 1,64 730 900 1,71 805 450 1,1 890 550 1,2 976 650 1,45 1007 750 1,5 1120 850 1,8 1205 900 1,95 1267 450 2,05 910 55 2,3 987 650 3,18 1290 750 2,7 1005 850 2,79 1118 900 2,90 1157 0 7 dan 9 4.3 Perhitungan Hasil Pengujian 4.3.1 Perhitungan Debit Aliran Fluida Q = V t = 0,95 L = 0,32 L/s = Tabel 4.1 Volume Fluida dan Nozzle 9 750 0,00032 m3/s 3s Rpm 1400 1200 Nozzle 7 1000 Nozzle 9 800 Nozzle 7 & 9 600 400 Katup ( 0 ) 200 45 55 65 75 85 90 Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Rpm dan Bukaan Katup pada L = 110 mm Debit (10-3 m3/s) 1.2 1 0.8 Nozzle 7 0.6 Nozzle 9 Nozzle 7 & 9 0.4 0.2 Katup( 0 ) 0 45 55 65 75 85 90 Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Debit dan Bukaan Katup pada L = 110 mm Dari data tabel 4.3 dapat melakukan perhitungan kecepatan aliran fluida menggunakan persamaan 2.2 serta dengan mencari Luas Penampang Nozzle melalui persamaan 2.3 berikut ini. v= Dimana : A = π.r2 Maka A = 3,14 x (3,5x10-3 m)2 = 1,10x10-5 m2 jadi v = 0,32x10-3 m3/s 1,10x10-5 m2 = 0,29 m/s Proses perhitungan selanjutnya dicantumkan dalam bentuk Tabel 4.4 dibawah, semakin besar diameter nozzel dan debit aliran fluida, maka kecepatan aliran fluida tersebut akan semakin membesar. Pada data yang telah dihitung di atas, maka dapat disimpulkan bahwa kecepatan aliran fluida untuk nozzle 7 mm, hasil yang tertinggi terjadi pada bukaan katup 900 dengan debit aliran fluida sebesar 0,57 x 10-3 m3/s dan menghasilkan kecepatan fluida 0,52 m/s. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin besar bukaan katup, debit aliran fluida semakin besar diikuti oleh kecepatan fluida yang semakin tinggi pula. Untuk nozzle 9 mm sama pula hasil yang di dapat, yaitu hasil terbesar yang diperoleh pada bukaan katup penuh 900 dengan nilai debit aliran fluida 0,65 x 10-3 m3/s serta kecepatan fluidanya adalah 0,46 m/s. Hasil bukaan katup penuh memiliki nilai yang besar dikarenakan tidak adanya tahanan dari katup yang menghalangi aliran fluida yang mengalir dari pompa. Reynold memiliki aliran Laminar, namun lain halnya dengan menggunakan nozzle 9 dan gabungan kedua nozzle tersebut. 4.3.4 4.3.2 Perhitungan Laju Aliran Massa Fluida ṁ = ρair x A x v = 1000 kg/m3 x 1,10x10-5 m2 x 0,29 m/s = 0,00319kg/s 4.3.3 Perhitungan Nilai Bilangan Reynold Berdasarkan dari data kecepatan aliran fluida pada Tabel 4.4 dan berdasarkan data Viskositas Kinematik air (ν) 1,46x10-5 m2/s, maka nilai bilangan reynold dapat diketahui berdasarkan jumlah bilangan Reynold (Re) dengan menggunakan persamaan 2.5 dibawah ini. Re = Perhitungan Daya Listrik Dalam pengambilan data pada putaran poros tabel 4.2 dan input daya pada tabel 4.4 dari hasil data tersebut dapat dihitung hasil daya listrik yang akan tercipta pada setiap pengujian yang dilakukan. Contoh perhitungan dengan menggunakan persamaan 2.6. P =V.I = 12 V x 0,110 A = 1,32 Watt I (A) 0.5 0.45 0.4 0.35 Nozzle 7 0.3 0.25 Nozzle 9 0.2 Nozzle 7 & 9 0.15 0.1 = = 1390 (Aliran laminar) Pada Tabel 4.6 dapat dilihat seluruh data hasil perhitungan. Dari data tersebut diketahui yang mempengaruhi besar kecilnya bilangan Reynold adalah dari kecepatan fluida dan diameter nozzle. Semakin besar kecepatan aliran fluida & diameter nozzle, maka alirannya cenderung Turbulen, untuk nozzle 7, nilai bilangan 0.05 Katup ( 0 ) 0 45 55 65 75 85 90 Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara Arus Listrik dan Bukaan Katup pada L = 110 mm laju aliran fluida keluar dan mendorong sudu dengan maksimal. P ( watt) 5 4.5 4 3.5 Nozzle 7 3 Nozzle 9 2.5 Nozzle 7 & 9 2 1.5 1 0.5 Katup ( 0 ) 0 45 55 65 75 85 90 Gambar 4.6 Grafik Hubungan antara Daya Listrik dan Bukaan Katup pada L = 110 mm Dari tabel 4.7 yang telah dibuat diatas, diketahui bahwa ukuran nozzle sangat berpengaruh terhadap nilai daya listrik yang dihasilkan. Karena secara teori diameter nozzle yang besar akan mengalirkan fluida lebih banyak dan menciptakan laju aliran fluida yang besar juga untuk dapat memutarkan Turbin Pelton ini dan dapat menghasilkan putaran yang tinggi sehingga tercipta daya listrik yang besar juga yang keluar dari alternator. Untuk diameter nozzle 7mm, hasil yang diperoleh seperti yang disebutkan di tabel 4.6 diatas adalah pada bukaan penuh yaitu 900 dan menghasilkan daya listrik sebesar 1,62 watt, karena pada bukaan penuh Sedangkan untuk nozzle ukuran 9mm, diperoleh hasil daya listrik maksimum terjadi pada bukaan katup 900 pula. Bukaan ini memperoleh daya lisrik maksimum yaitu 2,54 watt pada putaran sudu turbin Pelton 1267 rpm. Maka ukuran didapat bahwa ukuran nozzle juga mempengaruhi pada bukaan katup berapa daya listrik dan putaran poros Turbin Pelton akan mencapai titik maksimal. Sehingga pemilihan ukuran nozzle sangat penting untuk meningkatkan kinerja putaran poros turbin dan input daya listrik yang akan dihasilkan. Dari pengambilan data sebelumya dengan menggunanakan diameter nozzle 3 mm dan 5 mm, masing-masing memiliki perbedaan titik maksimal terhadap hasil daya listrik dan dalam hal perbedaan bukaan katup. Begitu juga dalam pengambilan data menggunakan kombinasi antara nozzle 7 mm dan 9 mm, hasil maksimalnya terjadi pada kombinasi nozzle 7 mm dan 9 mm yaitu pada bukaan katup 650 dengan hasil daya listrik sebesar 3,53 Watt. Meskipun memiliki perbedaan ukuran diameter nozzle mempengaruhi posisi bukaan katup dalam mencapai titik maksimal daya listrik yang dihasilkan, namun terdapat memiliki kesamaan yaitu semakin besar ukuran diameter nozzle berpengaruh terhadap besarnya debit aliran fluida, kecepatan fluida, laju aliran fluida dan putaran poros turbin sehingga semakin besar pula input daya listrik yang akan tercipta pada Turbin Pelton ini dan membuat alternator berputar semakin cepat sehingga menciptakan aliran listrik yang besar pula. V 5.1 PENUTUP Kesimpulan Beberapa kesimpulan yang dapat di ambil berdasarkan hasil pengamatan dan perhitungan matematis tentang Turbin Pelton di Tugas Akhir ini adalah : 1. Pada debit aliran fluida, hasil yang peroleh untuk nozzle 7 adalah sebesar 0,00057 m3/s pada bukaan katup maksimal yaitu 900 dengan putaran maksimal yang dapat dihasilkan sebesar 805 rpm. Dan untuk ukuran nozzle 9, hasil yang diperoleh juga pada bukaan katup yang sama, yaitu bukaan katup 900 dengan mengasilkan debit aliran fluida 0,00065 m3/s pada putaran sudu turbin 1267 rpm. Dengan menggunakan nozzle kombinasi yaitu nozzle 7 dan nozzle 9 diperoleh hasil maksimal pada putaran sudu turbin Pelton 1157 rpm dan debit yang dihasilkan sebesar 0,00097 m3/s pada bukaan katup 900. Perbedaan ukuran nozzle dan bukaan katup sangat mempengaruhi terhadap debit aliran fluida dan putaran yang dihasilkan sudu turbin Pelton. 2. Kecepatan aliran fluida disini diketahui bahwa semakin besar diameter nozzle yang digunakan, maka semakin kecil kecepatan aliran fluida yang dihasilkan karena dalam pengambilan data disini menggunakan nozzle ukuran 7 dan 9 mm. 3. Dalam menghitung laju aliran massa fluida , digunakan ketentuan berdasarkan data massa jenis zat cair, yaitu (ρair) 1000 kg/m3. Semakin besar diameter nozzle yang digunakan maka semakin besar pula hasil dari laju aliran massa fluida yang didapat dikarenakan tekanan oleh pompa dapat dikeluarkan dengan maksimal, hasil disini didapat laju aliran massa terbesar yaitu pada bukaan katup 650 dengan menggunakan kedua buah nozzle yaitu nozzle 7 dan 9 menghasilkan 0,01054 kg/s. 4. Untuk perhitungan bilangan Reynold, hasil yang diperoleh pada nozzle 7 adalah aliran Laminer serta pada nozzle 9 bilangan Reynold yang di dapat cenderung Transisi, karena hasil rata-rata yang didapat adalah 2157. Sedangakan untuk menggunakan kedua buah nozzle yaitu nozzle 7 dan 9 aliran yang didapat adalah Turbulen karena besarnya diameter nozzle sangat berpengaruh terhadap laju aliran fluida dan putaran sudu turbin Pelton yang dihasilkan. 5. Yang terakhir, daya listrik yang dihasilkan oleh alternator yang diputakan oleh sudu turbin Pelton disini diperoleh untuk menggunakan nozzle 7 pada bukaan maksimal 900 dan arus listrik yang dihasilkan sebesar 1,62 watt. Untuk daya listrik yang dihasilkan pada nozzle 9 sama juga pada bukaan katup 900 yang menghasilkan 2,54 watt. Lain hal nya untuk menggunakan kedua buah nozzle, hasil yang diperoleh malah terjadi pada bukaan katup 650, dengan menghasilkan daya maksimum sebesar 3,53 watt. Untuk pengambilan data ini, bukaan katup, pemlihan diameter nozzle, diameter sudu dan kekuatan pompa yang mengalirkan fluida sangat berpengaruh terhadap hasil yang di dapat. 5.2 Saran Saran yang dapat diberikan pada tugas akhir ini agar lebih sempurnanya penelitian selanjutnya antara lain : 1. Pengukuran tekanan pada masukkan nozzle perlu dilakukan agar tekanan air yang keluar melalui nozzle dapat diketahui dan dihitung besarannya. 2. Daya listrik yang dihasilkan masih terlalu kecil, dan diperlukan penggantian alternator yang lebih kecil agar putaran yang dihasilkan semakin besar dan dapat menghasilkan daya listrik yang besar pula. 3. Berat sudu turbin pelton perlu diperberat agar dapat menghasilakan momen putaran yang lebih besar agar dapat membantu putaran alternator. DAFTAR PUSTAKA [1]. Fritz Dietzel, Dakso Sriyono, Turbin Pompa dan Kompresor, Penerbit Erlangga, Jakarta, 2006 [2]. M. White Frank, Mekanika Fluida Edisi Kedua Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1986. [3]. Pudjanarso, Astu dan Nursuhud D, Mesin Konversi Energi, Edisi Revisi, Yogyakarta : Andi, 2008. [4]. Reuben M. Olso, Steven j. Wraight. Essentials of Engineering Fluid Mechanics. Harper & Row Publisher , inc, 1990 [5]. Eugene C. Lister, Mesin dan Rangkaian Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1993 [6]. M.M. Dandekar dan K.N. Sharma, Pembangkit Listrik Tenaga Air, Penerbit Universitas Gunadarma [7]. Firmanzah M, Analisis Distribusi Tekanan pada Nozel Turbin Pelton Berskala Mikro dengan Menggunakan Perangkat Lunak Solidwrks, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma, 2012 [8]. Wicaksono R.H, Rancang Bangun Turbin Pelton Menggunakan Mesin Jet Pump, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma,2012 [9]. Yusuf R, Pengaruh Ukuran Dan Jarak Nozzle Pada Putaran Sudu Terhadap Daya Listrik Turbin Pelton, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma, 2012 [10]. Situs Internet : http://en.wikipedia.org/wiki/francis_t urbine ( Diakses pada tanggal 0208-2012) [11]. Situs Internet : http://home.carolina.rr.com/microhy dro ( Diakses pada tanggal 21-082012) [12]. Situs Internet : http://europa.eu.int/en/comm/dg17/h ydro/layman2.pdf ( Diakses pada tanggal 05-09-2012)
