PRESTASI POMPA SENTRIFUGAL DENGAN IMPELER TERTUTUP …1].pdf · Penelitian pompa sebagai turbin ini...
Transcript of PRESTASI POMPA SENTRIFUGAL DENGAN IMPELER TERTUTUP …1].pdf · Penelitian pompa sebagai turbin ini...
PRESTASI POMPA SENTRIFUGAL DENGAN
IMPELER TERTUTUP SEBAGAI TURBIN AIR
No.745 / TA / FT-USD / TM / Januari / 2007
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh :
Nama : Teli Handayani
NIM : 015214033
PROGRAM STUDI TEKNIK MESINJURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGIUNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA2007
THE PERFORMANCE OF A CENTRIFUGAL PUMP
WITH CLOSED IMPELLER AS WATER TURBINE
No.745 / TA / FT-USD / TM / JANUARY/2007
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirementsfor the degree of Sarjana Teknik
in Mechanical Engineering
Presented by :
Teli HandayaniStudent Number: 015214033
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMMECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENTFACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITYYOGYAKARTA
2007
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 3 Oktober 2007
Teli Handayani
INTISARI
Krisis energi dan dampak pencemaran lingkungan mendorong penggunaan sumber energi alternative yang salah satunya berasal dari air. Pompa sebagi turbin cocok digunakan sebagai teknologi terapan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik terutama yang tinggal didaerah dengan banyak sungai. Penelitian pompa sebagai turbin ini bertujuan untuk mengetahui prestasi pompa sentrifugal yang digunakan sebagai turbin dari setiap variasi debit air masukan.
Alat yang digunakan dalam penelitian yaitu : pompa sebagai turbin dengan spesifikasi : debit air maksimum = 0,005m³/detik, Head maksimum = 18 m, Head isap maksimum = 9 m dan putaran kerja = 2900 rpm; pompa sumber; alternator; T-jungtion; pipa-pipa; alat-alat ukur; dll. Penelitian dimulai dengan merancang dan merangkai pipa-pipa untuk mengalirkan air dari bak sirkulasi ke pompa sumber, kemudian ke t-jungtion, pada t-jungtion terdapat katub yang mengatur debit air yang masuk ke pompa sebagai turbin. Air yang keluar dari pompa sebagai turbin dialirkan ke bak dan sisa air yang tidak masuk ke pompa sebagai turbin dialirkan kembali ke bak melalui saluran bypass. Setelah semua terpasang dilakukan percobaan awal, kemudian baru dilakukan tahap pelaksanaan dan pengambilan data. Dalam penelitian ini data yang diambil yaitu : tekanan pada saluran masuk dan saluran keluar turbin, putaran pada poros turbin, tegangan dan arus yang dihasilkan setiap pembebanan, dan jumlah air yang keluar dari turbin per satuan waktu yang terukur. Dari hasil penelitian didapat efisiensi tertinggi sebesar 5,74 % pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m dan Nq = 10,748 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 5,964 Watt . Daya terbesar yang dihasilkan 22,176 W pada Debit = 0,00385 m³/detik dan Nq = 15,508 rpm.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat yang
dianugerahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas
Akhir ini. Tugas Akhir ini adalah salah satu syarat dalam menyelesaikan studi di
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.Terwujudnya penyelesaian penulisan Tugas Akhir ini tidak terlepas
dari bantuan banyak pihak, oleh karena itu sudah sepantasnya penulis
menghaturkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir.Greg. Heliarko, SJ., SS., B.ST., M.A., M.Sc., selaku Dekan
Fatultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T, selaku Ketua Prodi Teknik Mesin,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Bapak Yosef Agung Cahyananta, S.T, M.T, selaku dosen Pembimbing
Tugas Akhir yang telah berkenan meluangkan waktu memberi bimbingan
dan pengarahan sampai Tugas Akhir ini selesai.
4. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T, selaku dosen Pembimbing Akademik
5. Bapak Ir. Y.B.Lukiyanto, M.T, selaku Kepala Laboratorium Konversi
Energi Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
6. Bapak Ir. Agus Unggul Santosa, selaku Kepala Laboratorium Teknologi
Mekanik, Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
7. Seluruh Dosen di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
8. Bapak Intan, bapak Ronny, Bapak Martono dan Seluruh karyawan
Laboratorium Teknik Mesin maupun sekretariat Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
9. Ayah dan Ibu yang telah memberikan bantuan moril dan materiil selama
penulis menyelesaikan studi.
10. G.Dharu Hari Pribadi dan Putera Addo Dhaya Abadi yang selalu
memberikan semangat.
11. Seluruh teman-teman Angkatan 2001 Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah
banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis telah berusaha maksimal agar
dapat menyelesaikan dengan baik. Namun penulis menyadari masih ada hal-hal
yang jauh dari sempurna dalam penulisan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis
dengan besar hati akan menerima saran dan kritik yang bersifat membangun dari
pembaca demi perbaikan di kemudian hari.
Penulis
Teli Handayani
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ...............................................iii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iv
HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................ v
HALAMAN PERSEMBAHAN..........................................................................vi
INTISARI............................................................................................................ vii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii
DAFTAR ISI ........................................................................................................x
DAFTAR LAMBANG ...................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL ..............................................................................................xiv
DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................xv
BAB I Pendahuluan ............................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang Masalah ..................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah................................................................................3
1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................ 3
1.4 Manfaat Penelitian............................................................................... 4
1.5 Batasan Masalah.................................................................................. 4
BAB II Dasar Teori..............................................................................................5
2.1 Tinjauan Pustaka .................................................................................5
2.2 Landasan Teori ....................................................................................7
2.2.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya ................................ 7
2.2.2 Daya yang Dihasilkan Turbin ............................................. 10
2.2.3 Kecepatan Spesifik ..............................................................11
2.2.4 Altenator ............................................................................. 12
2.3 Turbin Air........................................................................................... 14
2.3.1 Definisi Turbin Air ............................................................. 14
2.3.2 Perkembangan Turbin Air ...................................................15
2.3.3 Jenis-jenis Turbin Air.......................................................... 16
2.4 Pompa Sentrifugal ..............................................................................19
2.4.1 Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal ........................................ 19
2.4.2 Prinsip Dasar Turbin Francis .............................................. 21
2.5 Persamaan yang Digunakan ...............................................................23
BAB III Metode Penelitian ................................................................................26
3.1 Diagram Alir ...................................................................................... 26
3.2 Jenis Penelitian ...................................................................................27
3.3 Sarana Penelitian.................................................................................27
3.3.1 Sarana Pengujian .................................................................28
3.3.2 Sarana Perhitungan ............................................................. 33
3.4 Jalannya Penelitian .............................................................................33
3.4.1 Tahap Persiapan .................................................................. 33
3.3.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian .............................................35
BAB IV Perhitungan dan Pembahasan ........................................................... 36
4.1 Data Hasil Penelitian ..........................................................................36
4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data ..................................................... 40
4.2.1 Pengelompokan Data .......................................................... 41
4.2.2 Perhitungan Daya Air ......................................................... 44
4.2.3 Perhitungan Daya Turbin.....................................................44
4.2.4 Perhitungan Efisiensi Turbin............................................... 45
4.2.5 Perhitungan Kecepatan Spesifik.......................................... 45
4.3 Perhitungan Data dan Pembahasan.....................................................46
4.4 Kendala Saat Penelitian...................................................................... 56
BAB V Penutup .................................................................................................. 57
5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 57
5.2 Saran .................................................................................................. 57
DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................59
LAMPIRAN
DAFTAR LAMBANG
pE energi tempat (J)
zE energi tekanan (J)
kE energi kecepatan (J)
m massa (kg)
z ketinggian (m)
c kecepatan fluida (m/s)
inp tekanan masuk (Pa)
outp tekanan keluar (Pa)
inP daya air (W)
outP daya turbin (W)
P Daya listrik (W)
•V debit air (m3/detik)
m massa aliran air (kg/detik)
Tη efisiensi turbin
H head total air (m)
Nq kecepatan spesifik (rpm)
ρ massa jenis air (kg/m3)
g percepatan gravitasi (m/detik2)
V tegangan (Volt)
I arus listrik (amperre)
n putaran poros turbin (rpm)
DAFTAR TABEL
Table 4.1 Data pada putaran katub pertama...............................................36
Table 4.2 Data pada putaran katub kedua .................................................37
Table 4.3 Data pada putaran katub ketiga..................................................38
Table 4.4 Data pada putaran katub keempat .............................................38
Table 4.5 Data pada putaran katub kelima.................................................39
Table 4.6 Data pada putaran katub keempat..............................................40
Table 4.7 Data denagan variasi beban lampu 5 Watt.................................41
Table 4.8 Data denagan variasi beban lampu 10 Watt...............................41
Table 4.9 Data denagan variasi beban lampu 15 Watt...............................42
Table 4.10 Data denagan variasi beban lampu 20 Watt.............................42
Table 4.11 Data denagan variasi beban lampu 25 Watt.............................43
Table 4.12 Data denagan variasi beban lampu 35 Watt.............................43
Table 4.13 Hasil data variasi dengan beban lampu 5 Watt .......................46
Table 4.14 Hasil data variasi dengan beban lampu 10 Watt......................47
Tabel 4.15 Hasil data variasi dengan beban lampu 15 Watt......................48
Tabel 4.16 Hasil data variasi dengan beban lampu 20 Watt......................49
Tabel 4.17 Hasil data variasi dengan beban lampu 25 Watt......................50
Table 4.18 Hasil data variasi dengan beban lampu 35 Watt......................51
Table 4.19 Prediksi daya maksimum yang dihasilkan...............................54
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bentuk energi pada aliran air .............................................................. 7
Gambar 2.2 Daerah penggunaan dari beberapa jenis konstruksi turbin
yang berbeda..................................................................................... 12
Gambar 2.3 Alternator dengan magnet berputar dan kumparan tetap................... 14
Gambar 2.4 Bagan aliran fluida didalam pompa sentrifugal ................................ 19
Gambar 2.5 Bagan aliran fluida didalam turbin francis ........................................22
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ......................................................................26
Gambar 3.2 Skema alat penelitian ........................................................................ 28
Gambar 4.1 Grafik variasi dengan beban lampu satu ........................................... 46
Gambar 4.2 Grafik variasi dengan beban lampu dua.............................................47
Gambar 4.3 Grafik variasi dengan beban lampu tiga............................................ 48
Gambar 4.4 Grafik variasi dengan beban lampu empat.........................................49
Gambar 4.5 Grafik variasi dengan beban lampu lima........................................... 50
Gambar 4.6 Grafik variasi dengan beban lampu enam .........................................51
Gambar 4.7 Grafik Efisiensi vs Nq .......................................................................52
Gambar 4.8 Grafik P out vs Nq ............................................................................ 53
Gambar 4.9 Grafik daya yang dihasilkan pompa sebagi turbin.............................53
Gambar 4.10 Grafik prediksi daya yang dihasilkan pompa sebagi turbin.............54
Gambar 4.11 Grafik Debit, Putaran, dan Nq vs Head total................................... 55
Gambar 4.12 Grafik Daya keluar, Efisiensi, dan Torsi vs Putaran dan Nq........... 55
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Energi adalah basis dari perindustrian, tanpa energi era modern tidak akan
pernah ada. Teknologi adalah yang paling banyak mengexploitasi sumber energi
dari dalam perut bumi sehingga persedian sumber energi dalam perut bumi
didunia semakin menipis dan memerlukan waktu yang lama untuk memperoleh
kembali. Pada waktu minyak, kayu, batubara, dan sumber energi fosil yang lain
masih murah, perindustian lebih memilih batubara atau minyak sebagai sumber
energi, karena untuk membangun sistem energi air ini memerlukan biaya yang
lebih mahal. Namun karena persedian sumber energi dalam perut bumi menipis
dan efek dari perindustrian yang menggunakan sumber energi fosil sebagai bahan
bakar membuat gas asam arang yang ada diatmosfer meningkat, dan terlebih lagi
banyaknya hutan di dunia yang hilang sehingga gas asam arang yang ada
diatmosfer sebagian besar tidak terserap mengakibatkan peningkatan temperatur
global yang mengganggu pola cuaca, arus laut, badai, dan permasalahan
lingkungan yang lain. Maka dari itu perlu dikembangkan sumber energi
alternative seperti energi matahari, energi angin, energi air,dll.
Karena tuntutan energi listrik yang semakin meningkat, maka dewasa ini
banyak Negara telah mengembangkan dan menggunakan tenaga air sebagai
sumber energi baru. Selain itu sumber energi air adalah sumber energi yang
sangat bersih dalam arti tidak mencemari atau menyebabkan polusi. Waterpower
adalah sumber daya alami yang tersedia dimana saja, dengan volume air yang
cukup dan arus yang mengalir mantap dari tempat yang lebih tinggi ke tempat
yang lebih rendah yang dihasilkan dari hydraulic turbin. Waterpower tidak
mengkonsumsi air tetapi hanya memanfaatkan air untuk tujuan memperoleh
energi listrik. Teknologi waterpower merupakan teknologi yang sempurna dan
tahan lama, dapat mencapai umur 50 tahun atau lebih. Air secara alami adalah
suatu sumber energi yang bermanfaat dan itu diperoleh dalam bentuk tenaga
mekanis, tanpa harus kehilangan banyak kalori dan bahan bakar untuk
menjalankan mesin.
Contoh dari Teknologi Waterpower adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air
(PLTA). PLTA dibangun untuk memenuhi tuntutan energi listrik yang terus
meningkat, proses dari PLTA ini sendiri menggunakan turbin yang akan
mengkonversi energi dari gerakan arus air menjadi energi mekanik yang
kemudian di teruskan untuk menggerakkan generator dan dari situlah listrik
dihasilkan.
Indonesia dilihat dari letak gografis dengan banyak pulau dan sungai yang
dimiliki maka mendorong kearah suatu turbin yang dapat digunakan di banyak
sungai dimana dapat dibangun dam-dam kecil untuk memenuhi kebutuhan energi
listrik diseluruh wilayahnya, sehingga semua rakyatnya termasuk yang tinggal
dipedalaman dapat menggunakan energi listrik. Pump as Turbin adalah salah satu
bentuk picohidro power yang menghasilkan energi listrik kurang dari 3 kW.
Energi listrik yang dihasilkan dari pump as turbin dapat digunakan untuk sarana
pertanian, pencahayaan lokal, unit usaha kecil dll. Harga pump as turbin relative
lebih murah dibandingkan dengan turbin air, selain itu tidak menggunakan bahan
bakar dan biaya perawatan rendah. Pump as Turbin cocok digunakan sebagai
teknologi terapan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik terutama yang tinggal
di pedalaman.
1.2 Rumusan Masalah
Karena penggunaan turbin yang relatif digunakan untuk pemenuhan energi
listrik yang besar untuk kebutuhan energi listrik disetiap daerah maupun industri-
industri berskala besar, pada interval kerja di bawah 3 kW (Pico Hydro-Power)
sangat jarang sekali turbin yang diproduksi, maka harga dari turbin air tersebut
relatif sangat mahal dan tidak banyak pilihan terutama di Indonesia. Oleh karena
itu diperlukan suatu teknologi terapan untuk mengatasi penyebaran energi listrik
yang tidak merata. Karena secara sistem kerja pompa merupakan kebalikan dari
turbin dan dapat lebih mudah dicari dipasaran dibandingkan mesin turbin maka
penelitian ini meneliti prestasi pompa sentrifugal dengan impeller tertutup yang
digunakan sebagai turbin.
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui prestasi pompa
jika dijadikan turbin, mengamati unjuk kerja dari setiap variasi debit air masukan;
dan mencari efisiensi terbaik dari variasi debit tersebut.
1.4 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan tambahan pengetahuan
tentang tenaga air atau waterpower, terutama yang berkaitan dengan pemanfaatan
pompa sebagai turbin.
1.5 Batasan Masalah
Agar penelitian ini tidak terlalu luas dan tetap berada dalam jangkauan
penulis, maka perlu adanya batasan masalah. Untuk itu, dalam penelitian tentang
“Pompa sebagai turbin” batasan yang hendak ditetapkan sebagai berikut :
a) Pompa sebagai turbin yang digunakan dalam penelitian adalah jenis
pompa sentrifugal impeller tertutup maka jenis pompa yang lain dan jenis
impeller yang berbeda tidak dibahas.
b) Pembahasan hanya bekisar tentang pengaruh debit air masukan terhadap
daya input pompa sebagai turbin, putaran pompa sebagai turbin, daya
output pompa sebagai turbin yang telah dikonversi menjadi energi listrik,
dan efisiensi pompa sebagai turbin.
c) Pompa sebagai turbin yang digunakan sebagai sarana percobaan
kondisinya bukan pompa baru dan tidak diketahui spesifikasinya. Penulis
mencari data tentang pompa yang digunakan dengan cara mengambil data
dari pompa yang bentuk serta ukurannya sama seperti pompa yang dijual
dipasaran.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Penulis menggunakan beberapa jurnal tentang penggunaan pompa sebagai
turbin yang dijadikan pembanding untuk penelitian ini, yaitu :
1. Project report – Huai Kra Thing Micro-hydro project oleh Chris
Greacen. Dalam artikel itu ditulis tentang laporan penggunaan pompa
sebagai turbin untuk membangkitkan listrik hingga dapat mencapai 1,6
kW, dengan masukan head 20 m dan debit 10 l/detik, yang jika
dikalkulasi maka efisiensi yang terjadi sebesar 81 %.
2. Experimental Work on Modification of Impeller Tips of a Centrifugal
Pump as a Turbine oleh Made Suarda dan rekan-rekan. Dalam
penelitiannya mereka menggunakan 2 (dua) jenis pompa sentifugal
sebagai turbin, yaitu :
a. Pompa diffuser dengan kapasitas maksimal 0,22 m³/menit dan
head maksimal 46 m
b. Pompa volut dengan kapasitas maksimal 0,13 m³/menit dan
head maksimal 13 m
Kedua jenis pompa yang digunakan sebagai turbin tersebut
menghasilkan head yang sama dengan head maksimum pompa dan
kapasitasnya sama dengan 2/3 dari kapasitas maksimum pompa.
Sedangkan putaran porosnya mencapai 1500 rpm. Pada pompa difuser
yang digunakan sebagai turbin efisiensi tertinggi yang dicapai kurang
lebih 28% pada Head 46,03 m. Sedangkan pada pompa volut yang
digunakan sebagai turbin eisiensi tertinggi yang dicapai kurang lebih
34% pada Head 13 m. Selain itu dalam penelitiannya mereka
memodifikasi impeler jenis tertutup pada pompa volut yang digunakan
sebagai turbin. Hasil modifikasi impeler tersebut menghasilkan
efisiensi lebih tinggi dari sebelum dimodifikasi, yaitu :
• Sebagai Pompa :
Efisiensi maksimum ± 27% pada debit (Q) = 0,002 m³/detik
dan Head (H) = 8 m.
• Sebagai Turbin Sebelum Dimodiikasi :
Efisiensi maksimum ± 34% pada debit (Q) = 0,002 m³/detik
dan Head (H) = 13 m.
• Sebagai Turbin Sesudah Dimodiikasi :
Efisiensi maksimum ± 37% pada debit (Q) = 0,0015 m³/detik
dan Head (H) = 13 m.
3. Thima Pico Hydro, studi kasus yang dilakukan di Thima, distrik
Kirinyaga, Kenya. Studi kasus ini ditulis oleh P. Maher tentang
pengunaan pompa sentrifugal sebagai turbin, dimana pompa
sentrifugal terpasang menjadi satu dengan motor induksi. Motor
induksi ini kemudian digunakan sebagai generator dan dapat
menghasilkan daya keluaran sebesar 2,2 kW tapi putaran porosnya
dapat menghasilkan 3 kW untuk beban mekanik
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya
Persamaan energi dihasilkan dari penerapan prinsip kekekalan energi pada
aliran fluida. Energi yang dimiliki oleh suatu fluida yang mengalir terdiri dari
energi dalam dan energi-energi akibat tekanan, kecepatan dan kedudukan.
Hukum Newton menyatakan tentang kekekalan energi, yang berarti energi
tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan tetapi dapat diubah menjadi
bentuk energi lain. Arus air yang mengalir mengandung energi dan energi tersebut
dapat diubah bentuknya, misalnya perubahan dari energi potensial (tekanan)
kedalam energi kinetik (kecepatan), atau sebaliknya.
Gambar 2.1 Bentuk energi pada aliran air (Fritz Dietzel,1992, hal 4)
Arti selanjutnya dari dari kaidah kekekalan energi adalah apabila arus air
dalam alirannya dilewatkan melalui turbin air, maka energi yang ada dalam air
akan diubah menjadi bentuk energi yang lain. Aliran air pada suatu standar
ketinggian tertentu mempunyai bentuk-bentuk energi sebagai berikut:
Energi tempat
= zgmEp (Nm) (Frizt Dietzel,1996,hal.4)…………………… 2.1
dengan:
m = massa
g = gravitasi
z = ketinggian
Energi tekanan
ρp
mEz = (Nm) (Frizt Dietzel1996,hal.4)………………………2.2
dengan:
m = massa
p = tekanan
ρ = massa jenis fluida
Energi kecepatan
2c
mE2
k = (Nm) (Frizt Dietzel,1996,hal.4)……………………..…2.3
dengan:
m = massa
c = kecepatan fluida
Persamaan Bernoulli
Pada suatu aliran air di dalam pipa, diambil suatu selisih ketinggian z
antara tinggi air atas dan tinggi air bawah, maka menurut Bernoulli, besar energi
aliran tersebut adalah:
Persamaan energi
2
2cmpmzgmW ⋅+⋅+⋅⋅=ρ
(Nm) (FriztDietzel,1996,hal.4)…………. 2.4
Bila pada aliran tersebut diatas diambil suatu jumlah air tiap 1 kg untuk
diperhitungkan, hal ini dinamakan “spesifik energi” satuannya dalam Nm/kg.
Karena dibagi m akan didapat:
Persamaan spesifik energi
tan2
2
konscpzgw =++⋅=ρ
(Nm/kg) (Frizt Dietzel,1996,hal.4)…...… 2.5
Kemudian dibagi lagi dengan percepatan gravitasi g, akan didapat salah
satu ruas dari persamaan Bernoulli, yang mempunyai arti ketinggian:
Persamaan ketinggian
tan2
2
konsg
cg
pzH =+⋅
+=ρ
(m) (FriztDietzel,1996,hal.4)………...…2.6
dengan:
z = ketinggian tempat
gp⋅ρ = tinggi tekanan
gc2
2
= tinggi kecepatan.
2.2.2 Daya yang Dihasilkan Turbin
Dari kapasitas air .V dan tinggi air jatuh H dapat diperoleh daya yang
dihasilkan turbin:
THgVP ηρ ⋅⋅⋅⋅=.
(Frizt Dietzel,1996, hal. 2) ………………….2.7
dengan :
P = daya yang dihasilkan turbin (kW)
.V = kapasitas air (m3/detik)
ρ = massa jenis air (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/detik2)
H = tinggi air jatuh (m)
Tη = randemen turbin
Bila massa aliran .m dan tinggi air jatuh telah diketahui, maka daya yang
dihasilkan:
THgmP η⋅⋅⋅=
. (FriztDietzel,1996,hal.2) ………………………
2.8
dengan : =.
m massa aliran air (kg/det)
2.2.3Kecepatan Spesifik
Kecepataan spesifik qn dipakai sebagai tanda batasan untuk membedakan
roda turbin dan dipakai sebagai suatu besaran yang penting dalam merencanakan
(desain) turbin air. Persamaan qn dapat dituliskan sebagai berikut :
4 43qH
Vnn
/= (FriztDietzel,1996,hal.20) ………………………
2.9
dengan :
qn = kecepatan spesifik ( rpm)
n = kecepatan putar turbin (rpm)
.V = kapasitas air (m3/detik)
H = tinggi air jatuh (m)
Bila disebutkan, berarti qn adalah jumlah putaran roda turbin yang bekerja pada
tinggi air jatuh H = 1 m dan kapasitas air V = 1 m3/detik (dengan jumlah putaran
yang tertentu n/menit)
Suatu roda turbin yang bekerja pada tinggi air jatuh yang berbeda dan kapasitas
air yang berbeda , serta bekerja pada putaran yang telah ditentukan n/menit dan
mempunyai harga qn yang sama, maka turbin tersebut secara bentuk adalah
mirip/serupa. Besar ukuran-ukuran pokoknya adalah berbeda, Diameter roda
turbin berbeda dan lebar rodanya pun berbeda, tetapi bentuk sudu, sudut sudu
pengarah dan sudut-sudut sudu jalan, perbandingan diameter roda/lebarnya adalah
sama.
Di lain pihak suatu turbin bisa direncanakan untuk kecepatan putar n yang
tertentu, tinggi air jatuh yang sama, kapasitas air sama, tetapi bekerja dengan tipe
sudu yang bebeda. Dari perbedaan roda turbin meskipun untuk besarnya daya
yang dihasilkan turbin sama, akan memberikan bentuk roda dan kecepatan
spesifik Nq yang berbeda pula.
Gambar 2.2 Daerah penggunaan dari beberapa jenis konstruksi turbin
yang berbeda (Fritz Dietzel,1992, hal 24)
2.2.4 Altenator
Altenator adalah suatu alat ektromekanikal yang mengkonversi daya
mekanis menjadi energi elektrik. Pada prinsipnya generator dapat juga disebut
sebagi altenator, tetapi biasanya altenator lebih mengacu pada bentuk yang lebih
kecil yang biasa digunakan pada otomotif. Fungsi utama dari altenator adalah
sebagai baterei pada kendaraan, dan pada saat mesin motor berputar, altenator
bertugas memberi tenaga kepada semua komponen elektrik yang lain. Altenator
memiliki 4 bagian yang penting, yaitu :
1. Rotor
Yang dimakud rotor adalah bagian yang berputar yang terdiri dari
magnet permanent, rotor berputar disekitar stator.
2. Stator
Bagian ini adalah bagian yang statis, yang berupa intibesi yang
dibungkus dengan kawat tembaga.
3. Dioda
Dioda mengkonversi arus bolak-balik yang dihasilkan oleh pasangan
rotor dan stator menjadi arus searah yang digunakan sebagai batterei
yang kemudian dapat menggerakan semua komponen elektrik yang
ada pada kendaraan.
4. Pengatur Tegangan
Pada bagian ini dapat mengontrol jumlah voltase yang diberikan oleh
altenator.
Arus yang dihasilkan pada altenator dapat diperoleh dengan dua cara yaitu,
magnet berputar didalam coil (lilitan) atau coil berputar pada medan magnet yang
diciptakan oleh magnet. Besarnya arus yang dihasilkan oleh altenator tergantung
pada kecepatan baling-baling, kekuatan medan magnet, dan ukuran dari coil.
Semakin tegaklurus medan magnet terhadap lilitan coil, maka semakin besar arus
elektrik dan keluaran energinya.
Altenator menghasilkan listrik dengan prinsip yang sama pada DC generator,
yakni adanya arus pengumpan yang disebut arus eksitasi saat terjadi medan
magnet disekitar kumparan.
Gambar 2.3 Altenator dengan magnet berputar dan kumparam tetap
(http://www.microhydropower.net/intro.html)
Arus yang keluar (I) dari altenator dan tegangan yang keluar (V) dari altenator
dapat diukur untuk mengetahui energi listrik yang dihasilkan yaitu :
P = V x I ..................................................……………………2.10
dengan :
P = daya listrik (kW)
V = tegangan listrik (volt)
I = arus listrik (ampere)
2.3 Turbin Air
2.3.1 Definisi Turbin Air
Turbin air adalah salah suatu mesin berputar yang mengkonversi energi
dari suatu gerakan aliran air menjadi energi mekanis. Energi mekanis ini
kemudian ditransfer melalui suatu poros untuk mengoprasikan mesin atau
generator. Turbin air digunakan pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA) untuk
mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan memanfaatkan aliran
dan tinggi air jatuh. Air dibawah tekanan tinggi didalam dam dilepaskan kedalam
suatu saluran dimana akan menggerakan impeler turbin sehingga menyebabkan
putaran yang cepat. Daya mekanis ini kemudian ditransfer ke generator oleh suatu
poros dan kemudian akan menghasilkan energi listrik. Pemilihan suatu turbin
tergantung pada karakteristik lokasi, karena menentukan tinggi air jatuh dan
kapasitas air. Selain itu pemilihan turbin juga tergantung dari kecepatan putar
yang diminta oleh generator.
2.3.2 Perkembangan Turbin Air
Bentuk yang paling tua dan sederhana dari turbin air adalah kincir air,
yang pertama kali digunakan oleh bangsa yunani pada abad pertengahan.
Perpindahan dari bentuk kincir air ke bentuk turbin air modern memakan waktu
sekitar 100 tahun.
Pada awal abad ke 19 seorang insinyur Prancis yang bernama Claude Bourdin
menemukan kata turbin yang diambil dari bahasa latin yang berarti memutar atau
pusaran air. Perkembangan turbin air mulai terlihat pada pertengahan abad 18 :
1. Pada pertengahan abad 17 Jan Andrej Segner mengembangkan suatu
turbin air reaktif, yang merupakan mesin yang sangat sederhana yang
hingga saat ini masih dapat dijumpai di lokasi hidro yang kecil.
2. Pada tahun 1826 Benoit Fourneyron mengembangkan sebuah turbin
air berefisiensi 80%. Air diarahkan menyimpang melalui turbin
runner sehingga turbin runner berputar (turbin aliran keluar).
3. Pada tahun sebelumnya sekitar tahun 1820, Jean- Victor Poncelete
mendisain turbin air aliran dalam, dengan menggunakan prinsip yang
sama dia mendapat U.S.paten di tahun 1838.
4. Pada tahun 1848 James B. Francis mengembangkan disain turbin air
aliran dalam untuk mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi (90%).
Yang disebut turbin Francis.
2.3.3 Jenis-jenis Turbin Air
Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk penyediaan
kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya dikelompokan berdasarkan kegunaan
tertentu, kapasitas aliran dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu turbin air
diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara, tapi secara umum turbin air
dikelompokkan menurut tinggi air jatuh (Head) dan juga prinsip kerja turbin
tersebut merubah energi air menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi ini
turbin air dibagi menjadi :
Head tinggi Head sedang Head rendahTurbin impuls Turbin pelton
Turbin turgo
Turbin cross flow
TurbinPelton
multi jet
Turbin Turgo
Turbin cross flow
Turbin reaksi Turbin Francis Turbin Kaplan
1. Turbin impuls
Turbin impuls disebut juga turbin tekanan sama atau turbin pancaran
bebas karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama
dengan tekanan atmosfir disekitarnya. Yang dimaksud turbin implus
adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah semua energi
tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan menjadi energi
kecepatan dari pancaran.air. Pancaran air akan membentur roda jalan
turbin yang kemudian membalikkan arus air, sehingga menghasilkan
perubahan pada daya dorongan yang disebabkan oleh roda jalan turbin.
Pada roda jalan turbin tidak terjadi perubahan tekanan. Sebelum
pancaran air membentur roda jalan turbin, tekanan air (energi
potensial) dikonversi ke tenaga gerak (energi kinetic) oleh nossel dan
dipusatkan pada roda jalan turbin. Jumlah nosel tergantung pada
besarnya kapasitas air, tiap roda turbin bisa dilengkapi dengan 1
sampai 6 nosel. Bentuk sudu turbin ini terdiri dari 2 bagian yang
simetris, maksudnya agar bisa membalikan pancaran air dengan baik
dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Turbin impuls sering
digunakan pada aplikasi turbin yang membutuhkan head yang sangat
tinggi. Yang termasuk turbin impuls antara lain:
a. Turbin Pelton
Turbin ini terdiri dari roda jalan yang diputar oleh pancaran air
yang keluar dari nosel. Roda jalan turbin Pelton menyarupai
roda jalan pada kincir air.
b. Turbin Crossflow
Turbin ini juga disebut Michell-Banki turbin. Cara kerja turbin
ini adalah seperti turbin Pelton, yaitu hanya sebagian sudu-sudu
saja yang bekerja membalikan aliran air. Turbin ini mempunyai
alat pengarah sehingga dengan demikian celah bebas dengan
sudu-sudu di sekeliling roda hanya sedikit. Karena itu pada
keadaan pembebanan penuh putarannya roda terjadi sedikit
kemacetan yang sedikit menimbulkan tekanan lebih.
c. Turbin Turgo
Turbin ini sama persis dengan turbin Pelton, yang membedakan
hanya kecepatan spesifik yang lebih tinggi.
2. Turbin reaksi
Turbin ini juga disebut turbin tekanan lebih. Yang dimaksud dengan
turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah
seluruh energi air yang tersedia menjadi energi puntir. Turbin air
reaksi dibagi menjadi dua jenis yaitu:
a. Francis
Turbin Francis dikembangkan oleh James B. Francis pada
tahun 1848, yang juga disebut turbin aliran dalam.
b. Propeller
Jenis ini saat pertama kali dikembangkan dirancang dan dibuat
dengan sudu yang tidak dapat diatur atau fixed blade, tetapi
karena sudu tidak dapat diatur, maka efesiensinya berkurang
jika digunakan pada kisaran debit yang lebar. Oleh karena itu
maka dikembangkanlah jenis baru dengan sudu yang dapat
diatur atau adjustable blade, contoh dari turbin ini antara lain:
Kaplan, Nagler, Bulb, Moody.
2.4 Pompa Sentrifugal
2.4.1 Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal, seperti diperlihatkan dalam Gb. 2.1, juga dikenal
dengan nama rotary pump (pompa rotasi). Pompa sentrifugal mempunyai sebuah
impeler (roda jalan) yang terbenam didalam zat cair, untuk mengangkat zat cair
dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Agar supaya bisa
bekerja pompa membutuhkan daya dari mesin penggerak pompa. Didalam roda
jalan zat cair mendapat percepatan sedemikian rupa sehingga fluida tersebut
mempunyai kecepatan mengalir keluar dari sudu-sudu roda jalan.
.
Gambar 2.4 Bagan aliran fluida di dalam pompa sentrifugal (Sularso 2004, hal 4)
Zat cair masuk ke pompa dari dekat sumbu impeler. Daya dari luar
diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeler yang terbenam di
dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeler, oleh dorongan sudu-sudu
ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah
impeler keluar melalui saluran di antara sudu-sudu. Di sini head tekanan zat cair
manjadi lebih tinggi. Demikian pula head kecepatannya bertambah besar karena
zat cair mengalami percepatan. Pompa sentriugal dapat digolongkan lebih lanjut
atas pompa volut dan pompa difuser. Pada pompa difuser, impeler memberi zat
cair suatu percepatan yang relatif tinggi yang diubah oleh difuser menjadi
tekanan. Pompa difuser disebut juga pompa tekanan tinggi, dimana sejumlah
impeler digunakan secara urut dengan penomoran dan difuser yang terdiri dari
pemandu sudu untuk mengurangi percepatan zat cair secara perlahan-lahan
mengikuti masing-masing impeler. Pada pompa volut atau disebut juga pompa
tekanan rendah zat cair yang keluar dari impeller ditampung oleh saluran
berbentuk volut (spiral) di sekeliling impeler dan disalurkan ke luar pompa
melalui nosel. Di dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi
head tekanan.
Jadi impeler pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair sehingga
energi yang dikandungnya menjadi bertambah besar. Selisih energi per satuan
berat atau head total zat cair antara flens isap dan flens keluar pompa desebut head
total pompa.
Dari uraian di atas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi
mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang
mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial
pada zat cair yang mengalir secara kontinyu.
2.4.2 Prinsip Dasar Turbin Francis
Turbin Francis beroperasi dengan mengembangkan energi tekan dalam air
selama ada disepanjang jalur lintasan impeler (roda jalan) yang kemudian
menghasilkan reaksi berupa gaya tangensial terhadap roda yang berputar.Turbin
Francis adalah turbin reaksi, yang berarti bahwa air yang bekerja pada turbin
karena adanya perbedaan tekanan yang melewati turbin, dan memberikan energi.
Pada dasarnya turbin butuh aliran air untuk mengubah energi.
Turbin terletak diantara air yang mempunyai tekanan tinggi dan air yang
bertekanan rendah untuk keluarannya. Air yang masuk ke dalam turbin bisa
dialirkan melalui pengisian air dari atas (turbin Schacht) atau melalui suatu rumah
yang berbentuk spiral (rumah keong). Roda jalan semuanya selalu bekerja.
Biasanya menggunakan dam.
Inlet berbentuk spiral dan terdapat baling-baling pengarah agar aliran menuju
runner menyimpang. Aliran radial bekerja pada baling-baling runner sehingga
runner berputar.
Pergerakkan air yang melewati runner seperti putaran yang memotong jari-jari.
Dan selanjutnya beraksi pada runner. Jika dibayangkan seperti bola dengan
benang yang berayun mengelilingi lingkaran, jika benang yang didorong pendek
maka bola berputar cepat.
Fungsi tambahan dari tekanan air adalah membantu aliran air masuk ke turbin
dengan memanfaatkan energi air.
Pada keluarannya air keluar lewat runner lanjutan yang berbentuk seperti
cangkir,meninggalkan turbin tanpa putaran dan sangat sedikit menimbulkan
energi kinetik maupun energi potensial. Keluaran turbin dibuat khusus agar dapat
mengurangi aliran pada air dan mengurangi energi kinetik.
Pipa isap pada turbin ini mempunyai tugas yang mirip dengan sudu hantar yang
terdapat pada pompa sentrifugal, yaitu sama-sama mengubah energi kecepatan
menjadi energi tekanan.
Daya yang dihasilkan turbin bisa diatur dengan cara mengubah posisi
pembukaan sudu pengarah, dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam
roda turbin bisa diperbesar atau diperkecil.
Turbin Francis dilaksanakan dengan posisi poros vertikal atau horisontal.
Gambar 2.5 Bagan aliran fluida di dalam Turbin Francis
(http://www.microhydropower.net/intro.html)
2.5 Persamaan yang Digunakan
Persamaan-persamaan yang digunakan pada saat pengolahan dan
perhitungan data antara lain:
1. Persamaan untuk menghitung daya air ( inP )
a. Konversi satuan tekanan pressure meter( p (kg/cm2)) menjadi head
( H (m))
ρ10000p
H×
= .............................................................(Pers.
2.6)
dengan:
H = head total air (m)
p = tekanan pressure meter rata-rata (kg/cm2)
ρ = massa jenis air (kg/m3)
=g percepatan gravitasi (m/detik2)
b. Konversi massa aliran ( m (x liter/detik)) menjadi debit ( •V
(m3/detik)
1000m
V
=•
(FriztDietzel,1996,hal.2).................................(Pers. 2.7)
dengan:
•V = kapasitas air (m3/detik)
m = massa aliran (liter/detik)
x = banyaknya air yang ditampung dalam waktu t detik
c. Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya air adalah:
HgVPin ⋅⋅⋅=•
ρ (FritzDietzel,1992,hal.2).......................(Pers. 2.8)
dengan:
inP = daya air (W)
•V = kapasitas air (m3/detik)
ρ = massa jenis air (kg/m3)
=g percepatan gravitasi (m/detik2)
H = head total air (m)
2. Persamaan untuk menghitung daya turbin ( outP )
Menghitung daya turbin ( outP ) dengan menghitung daya yang telah
dikonversi kebentuk litrik. Dengan menggunakan persamaan daya listrik :
P = V X I .........................................................................(Pers. 2.10)
dengan :
P = Daya listik yang dihasilkan altenator (watt)
V = Tegangan listrik yang dihasilkan altenator (volt)
I = Arus listrik yang dihasilkan altenator (amperre)
3. Persamaan untuk menghitung efisiensi turbin ( Tη )
Persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi turbin adalah:
%100×=in
outT P
Pη ............................................................(Pers. 2.7)
dengan:
Tη = efisiensi turbin
inP = daya air (W)
outP = daya turbin (W)
4. Persamaan untuk menghitung kecepatan spesifik ( qn ) adalah:
4 43qH
Vnn
/= ............................................................(Pers. 2.9)
dengan :
qn = kecepatan spesifik ( rpm)
n = kecepatan putar turbin (rpm)
.V = kapasitas air (m3/detik)
H = tinggi air jatuh (m)
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alir
Diagram alir penelitian dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian
YA
Perancangan alat penguajian
Pembelian komponen alat pengujian
Merangkai alat pengujian
Trial alat pengujian
Pengambilan data
Pengolahan data
Penulisan naskah Tugas Akhir
START
BERHASIL
STOP
TIDAK
3.2 Jenis Penelitian
Penelitian yang dilakukan merupakan studi kasus dan bersifat deskriptif
kualitatif, yaitu suatu penelitian terhadap obyek tertentu dan kesimpulan yang
diambil hanya terbatas pada obyek yang diteliti berdasarkan hasil analisa data
yang dilakukan. Dalam hal ini penelitian yang dilakukan terhadap prestasi pompa
sentrifugal dengan impeller tertutup yang digunakan sebagai turbin.
3.3 Sarana Penelitian
Sarana yang digunakan dalam penelitian ini dibedakan menjadi 2 macam
sarana yaitu; sarana pengujian dan sarana perhitungan. Sarana pengujian terdiri
dari pompa sebagai turbin, pompa sumber, altenator dan kelengkapannya, alat
ukur dan kelengkapannya, pipa dan kelengkapannya yang digunakan untuk
sirkulasi air. Untuk pengadaan sarana pengujian ada yang swadaya dan ada yang
difasilitasi oleh Laboratorium Konversi Energi, Laboratorium Mekanika Fluida
dan Laboratorium Teknologi Mekanik, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Untuk sarana perhitungan
merupakan fasilitas pribadi penulis berupa satu set komputer.
3.3.1Sarana Pengujian
Gambar 3.2 Skema alat penelitian.
Pada saat penelitian sarana pengujian dapat dikelompokkan menjadi :
a. Pompa Sumber
1. Pompa sentrifugal dengan merek ME Primary Pump tipe NS-100
dengan spesifikasi sebagai berikut :
Debit maksimum = 449 GPM (0,0284 m3/det)
Head Maksimum = 82 ft (25,26 m)
Daya kerja = 10 HP (7,46 Kw)
Putaran kerja = 2000 rpm
2. Motor tiga fase (tipe bintang) buatan MAICO.Ltd. menghasilkan daya
18,5 Kw dengan magnet induksi. Dengan jumlah kutup 6 bekerja pada
putaran 1450 rpm. Motor litrik ini berfungsi untuk memutar pompa
sumber.
3. Panel kelistrikan dan kelengkapannya
Panel kelistrikan ini berfungsi sebagai pengatur dan pengaman motor
listrik pada saat dioperasikan agar tidak terjadi sesuatu yang tidak
diinginkan. Sistem tersebut juga untuk mempermudah pengoperasian.
4. Mekanisme pully sabuk
Mekanisme ini terdiri dari dua buah pully, yang terletak pada motor
listrik dan terletak pada pompa yang dihubungkan oleh tiga buah sabuk
tipe V.
5. Pondasi mesin
Pondasi mesin dibuat dari baja profile I yang berfungsi untuk menopang
motor listrik, pompa sentrifugal dan panel listrik.
b. Pompa sebagai Turbin
Pompa yang digunakan adalah jenis pompa sentrifugal semi terbuka yang
divariasi pada impelernya dengan diberi penutup dengan seng. Dengan ukuran
diameter hisap dan diameter tekannya sebesar 1½”.
Dengan spesifikasi sebagai berikut:
Debit maksimum = 0,005 m3/detik
Head maksimum = 18 m
Head hisap maksimum = 9 m
Putaran kerja = 2900 rpm.
Bagian-bagian mesin pompa tersebut :
1. Rumah pompa
Rumah pompa asli dari pabrik yang terbuat dari besi cor.
2. Poros pompa
Poros pada pompa ini menggunakan satu poros tanpa sambungan, dimana
rumah pompa terpasang permanent dengan rumah motor. Pada bagian poros
yang terletak di rumah pompa dibuat bertingkat, ada yang dibuat untuk ulir
M8 untuk mengunci impeller, dan berikutnya diameter 12 mm untuk
dudukan impeller, pada bagian tersebut terdapat lubang pasak yang lebarnya
4 mm dengan kedalaman 2 mm. Tingkat poros berukutnya untuk dudukan
perapat (seal) dengan diameter 14 mm. Pada tingkat berikutnya poros masuk
dalam bagian ruamah motor, dengan ukuran poros diameter 20 mm, pada
bagian tengah poros terdapat rotor. Disetiap depan dan belakang rumah
pompa terdapat bantalan. Kemudian poros akan bertingkat lagi selepas
dudukan bantalan , besar poros berikutnya adalah berdiameter 14 mm, yang
digunakan untuk kipas pendingin. Panjang keseluruhan poros sebesar 261
mm.
3. Impeler (roda jalan)
Impeler yang digunakan adalah impeler standard pompa yang divariasi
dengan diberi penutup dari seng setebal 0,5 mm, yang direkatkan pada
sudu-sudu impeller dengan menggunakan plastic steel, sehingga menjadi
impeler jenis tertutup. diameter luar impeler sebesar 114 mm, diameter
dalam sebesar 41,5 mm dan diameter lubang poros sebesar 12 mm. Dengan
jumlah sudu 8, lebar sudu sebesar 8,5 mm dan tebal sudu sebesar 3 mm.
ukuran pasak 4 mm x 4 mm x 10 mm.
4. Bantalan
Bantalan yang digunakan dengan merek ESK dengan tipe 6203 Z dengan
dimensi diameter luar 40 mm, diameter lubang 20 mm dan lebar 10 mm.
c. Perpipaan dan Kelengkapannya
Pipa yang digunakan yaitu :
1. Pipa PVC ∅ 4” dan pipa PVC ∅ 1½”
Pipa PVC ∅ 4” yang dibutuh kurang lebih 2,5 m, sedangkan pipa PVC
∅ 1½” yang dibutuhkan kurang lebih 2 m, untuk memperkecil diameter
dari diameter 4” ke diameter 1½” dengan menggunakan sambungan
over-sock ∅ 4” x ∅ 2” dan over-sock ∅ 2” x ∅ 1½”.
2. Pipa flesibel ∅ 4”
Pipa yang dibutuhkan ± 10 m, klem dan kawat baja ± 10 m untuk
penguat sambungan.
3. Komponen penunjang
Lem PVC, selang, klem, kawat baja untuk penguat sambugan, balok
kayu untuk pondasi mesin pompa,dll.
d. Alternator dan Kelengkapannya
Yang terdiri dari 1-set alternator mobil (SUZUKI CARRY) merk SWIP
dengan lisensi ND (Nippon Denso) dengan tengangan 12 Volt dan arus
maksimum yang dapat dihasilkan 55 Ampere. Kelengkapan yang lain berupa
kabel ± 2,5 m dan bohlam lampu rem sebanyak 6 buah beserta fittingnya dan
accu untuk memberi arus exsitasi.
e. Alat-alat Ukur dan Kelengkapannya
1. Pressure-Gauge
Pressure Gauge yang digunakan berjumlah dua buah yang diletakkan
pada saluran masuk turbin dan saluran keluar turbin. Berfungsi untuk
mengetahui besarnya tekanan yang terjadi pada setiap variasi bukaan
katub.
2. Taco-Meter
Mengukur putaran pada poros turbin.
3. Multi-Tester
Mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan oleh alternator.
4. Timbangan
Mengukur berat air yang ditakar.
5. Stop-watch
Mengukur waktu pada saat menakar air yang ditampung.
6. Selang ∅ ¼”
Membuat saluran tambahan agar dapat terhubung dengan pressure
gauge.
7. Nipple
Menghubungkan lubang pada pipa saluran dengan selang ∅ ¼” (setiap
saluran masuk dan saluran keluar turbin).
8. Ember
Untuk menampung air yang digunakan untuk mengetahui debit air.
3.3.2Sarana Perhitungan
Sarana perhitungan yang dipakai dalam penelitian ini ada dua, yaitu
perangkat keras dan perangkat lunak.
a. Perangkat keras
Perangkat keras yang dipakai adalah satu set komputer yang memiliki
spesifikasi; AMD sempron 1.50 GHz dengan RAM 286 MB.
b. Perangkat lunak
Perangkat lunak berupa Microsoft Windows XP, yang digunakan untuk
memproses perhitungan, tabulasi dan menggambar grafik.
3.4 Jalannya Penelitian
Penelitian ini dilaksanankan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan dan
tahap pelaksanaan penelitian.
3.4.1Tahap Persiapan
a. Persiapan Pendahuluan
Langkah pertama yang dilakukan adalah membuat rancangan dan rangkaian
pipa-pipa yang menghubungkan bak air ke pompa sumber kemudian menuju T-
junction. Keluaran dari T-junction ada dua saluran, yang satu menuju ke pompa
sebagai turbin dan yang lain menuju bak air sebagai saluran balik/bypass. Pada
saluran balik ini ditempatkan kran katup untuk mengatur debit yang masuk ke
pompa sebagai turbin.
Selanjutnya adalah pemasangan Pressure Gauge pada sisi masuk dan sisi
keluar pompa sebagai turbin. Dari pengalaman yang dialami, tersita banyak waktu
untuk pembuatan alat pengujian.
Setelah rangkaian terpasang, selanjutnya membuat dudukan untuk mesin
pompa sebagai turbin dan alternator.
b. Percobaan Awal
Setelah semua rangkaian telah terpasang, maka pengujian pertama adalah
mengukur putaran pompa sebagai turbin tanpa tersambung dengan alternator,
dengan variasi bukaan katup pada saluran balik. Variasi yang dilakukan dengan
keadaan pada saat katup terbuka penuh sampai keadaan saat katup tertutup penuh.
Langkah selanjutnya adalah sama seperti diatas tetapi poros turbin
dipasangkan dengan pully, kemudian dengan menggunakan sabuk profile-V
dihubungkan dengan alternator. Perbandingan diameter pully pada pompa sebagai
turbin dengan pully pada alternator adalah 1 : 1. Dari data yang didapat, kemudian
menentukan pilihan pengaturan bukaan katub yang akan diambil datanya untuk
dijadikan bahan analisa.
3.4.2Tahap Pelaksanaan Penelitian
Setelah vareasi bukaan katub telah ditentukan maka selanjutnya
pengambilan data sudah siap dilakukan. Pada setiap bukaan katub dilakukan 5
kondisi pembebanan secara pararel terhadap alternator dengan menggunakan
lampu, yaitu : 1 lampu 5 watt-12 Volt, 2 lampu 5watt-12 Volt, 3 lampu 5 watt -12
Volt, 4 lampu 5 watt -12 Volt, 5 lampu 5 watt -12 Volt, 1 lampu 35 Watt. Data-
data yang diambil antara lain :
1. Tekanan pada saluran masuk dan saluran keluar turbin dengan hasil
penunjukan skala pada Pressure Gauge yang ditempatkan pada saluran masuk
dan saluran keluar tubin.
2. Mengukur putaran yang terjadi pada poros turbin dengan menggunakan Taco
Meter.
3. Mencatat tegangan dan arus yang dihasilkan pada setiap pembebanan
4. Menakar berat air yang keluar dari turbin per satuan waktu yang terukur.
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Data penelitian yang diambil berdasarkan variasi putaran katub pada T-
junction untuk memperoleh variasi debit air. Variasi putaran katub sebanyak 6
putaran untuk memperoleh 6 variasi debit yang berbeda. Setiap variasi debit air
terdapat 6 variasi pembebanan lampu yang masing-masing adalah : 5 Watt, 10
Watt, 15 Watt, 20 Watt, 25 Watt dan lampu keenam sebesar 35 Watt. Data
penelitian yang diperoleh sebagai berikut :
a. Data pada putaran katub pertama
Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran
katub pertama adalah sebagai berikut:
Debit = 2,12 liter/detik
inp = 0,5 kg/cm ²
outp = 0
Tabel 4.1 Data pada putaran katub pertama
No Beban Putaran(rpm)
V(Volt)
I(ampere)
Lampu 0 watt 796 6,01 0
1 Lampu 5 watt 630 5,46 0,29
2 Lampu 10 watt 634 5,02 0,57
3 Lampu 15 watt 654,3 4,78 0,82
4 Lampu 20 watt 667,5 4,41 1,07
5 Lampu 25 watt 680,9 4,05 1,3
6 Lampu 35 watt 780 4,23 1,41
b.Data pada putaran katub kedua
Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran
katub kedua adalah sebagai berikut:
Debit = 3,34 liter/detik
= 0,6 kg/cm ²
= 0
Tabel 4.2 Data pada putaran katub kedua
No Beban Putaran(rpm)
V(Volt)
I(ampere)
Lampu 0 watt 738,9 8,25 0
1 Lampu 5 watt 725,5 7,29 0,32
2 Lampu 10 watt 702,4 6,81 0,64
3 Lampu 15 watt 704,1 6,52 0,94
4 Lampu 20 watt 706,3 5,93 1,21
5 Lampu 25 watt 715,3 5,54 1,43
6 Lampu 35 watt 719,4 5,59 1,61
c.Data pada putaran katub ketiga
Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran
katub ketiga adalah sebagai berikut:
Debit = 3,9 liter/detik
= 0,9 kg/cm ²
= 0
Tabel 4.3 Data pada putaran katub ketiga
No Beban Putaran(rpm)
V(Volt)
I(ampere)
Lampu 0 watt 1142 11,4 0
1 Lampu 5 watt 1123 10,5 0,37
2 Lampu 10 watt 1143 9,7 0,74
3 Lampu 15 watt 1087 9,05 1,07
4 Lampu 20 watt 1080 8,1 1,4
5 Lampu 25 watt 1060 7,98 1,7
6 Lampu 35 watt 1103 7,7 1,9
d.Data pada putaran katub keempat
Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran
katub keempat adalah sebagai berikut:
Debit = 5,41 liter/detik
= 1,3 kg/cm ²
= 0
Tabel 4.4 Data pada putaran katub keempat
No Beban Putaran(rpm)
V(Volt)
I(ampere)
Lampu 0 watt 1677 12,6 0
1 Lampu 5 watt 1671 11,43 0,41
2 Lampu 10 watt 1663 10,81 0,79
3 Lampu 15 watt 1645 9,9 1,14
4 Lampu 20 watt 1640 9,4 1,45
5 Lampu 25 watt 1620 9,01 1,78
6 Lampu 35 watt 1619 8,22 1,97
e. Data pada putaran katub kelima
Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran
katub kelima adalah sebagai berikut:
Debit = 0,00385 liter/detik
= 1,7 kg/cm ²
= 0,1 kg/cm ²
Tabel 4.5 Data pada putaran katub kelima
No Beban Putaran(rpm)
V(Volt)
I(ampere)
Lampu 0 watt 2230 12,8 0
1 Lampu 5 watt 2218 11,66 0,4
2 Lampu 10 watt 2228 10,6 0,77
3 Lampu 15 watt 2230 9,82 1,09
4 Lampu 20 watt 2004 12,01 1,64
5 Lampu 25 watt 1998 11,2 1,98
6 Lampu 35 watt 2226 8,01 2
f. Data pada putaran katub keenam
Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran
katub keenam adalah sebagai berikut:
Debit = 0,0036 liter/detik
= 1,95 kg/cm ²
= 0,1 kg/cm ²
Tabel 4.6 Data pada putaran katub keenam
No Beban Putaran (rpm)
V(Volt)
I(ampere)
Lampu 0 watt 2443 12,9 0
1 Lampu 5 watt 2443 11,86 0,4
2 Lampu 10 watt 2427 10,7 0,78
3 Lampu 15 watt 2441 9,71 1,12
4 Lampu 20 watt 2420 9 1,44
5 Lampu 25 watt 2421 8,01 1,7
6 Lampu 35 watt 2430 8,35 1,96
4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data
Pengolahan data dilakukan dengan metode komputasi yang dikerjakan
menggunakan bantuan softwhere Microsoft excel. Disini penulis hanya
menampilkan jalannya perhitungan dengan mengambil satu contoh data, ini
dikarenakan persamaan yang digunakan dalam perhitungan data adalah sama.
Data yang dijadikan sempel adalah data dari pembebanan lampu pertama (5 Watt)
dengan variasi debit pertama (0,00212 m³/detik) dan untuk hasil yang lainnya
penulis menampilkan langsung dalam bentuk tabel. Dari hasil data penelitian yang
diperoleh maka penulis mengelompokkan data berdasarkan beban lampu agar
terlihat kenaikan putaran, debit dan Head yang signifikan. Kemudian dari hasil
pengelompokan data penulis menampilkan dalam bentuk table agar lebih mudah
menganalisa dan mengambil kesimpulan dari penelitian ini.
4.2.1Pengelompokan Data
Data yang diperoleh dikelompokan berdasarkan beban lampu dan
diperoleh data sebagai berikut :
a.Data dengan Variasi Beban Lampu 5 Watt
Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam
beban lampu, maka data dengan beban lampu satu sebesar 5 Watt dikelompokan
menjadi satu.
Tabel 4.7 Data dengan variasi beban lampu 5 watt
No Debit (m³/detik)
Putaran (rpm)
V(Volt)
I(ampere)
p in(Pa)
p out(Pa)
1 0,00212 630 5,46 0,29 49000 0
2 0,00334 725,5 7,29 0,32 58800 0
3 0,0039 1123 10,5 0,37 88200 0
4 0,00541 1671 11,43 0,41 127400 0
5 0,00385 2218 11,66 0,4 166600 9800
6 0,0036 2443 11,86 0,4 191100 9800
b.Data dengan Variasi Beban Lampu 10 Watt
Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam
beban lampu, maka data dengan beban lampu dua sebesar 10 Watt dikelompokan
menjadi satu.
Tabel 4.8 Data dengan variasi beban lampu 10 WattNo Debit
(m³/detik)Putaran(rpm)
V(Volt)
I(ampere)
p in(Pa)
p out(Pa)
1 0,00212 634 5,02 0,57 49000 0
2 0,00334 702,4 6,81 0,64 58800 0
3 0,0039 1143 9,7 0,74 88200 0
4 0,00541 1663 10,81 0,79 127400 0
5 0,00385 2228 10,6 0,77 166600 9800
6 0,0036 2427 10,7 0,78 191100 9800
c.Data dengan Variasi Beban Lampu 15 Watt
Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam
beban lampu, maka data dengan beban lampu tiga sebesar 15 Watt dikelompokan
menjadi satu.
Tabel 4.9 Data dengan variasi beban lampu 15 Watt
No Debit(m³/detik)
Putaran(rpm)
V(Volt)
I(ampere)
p in(Pa)
p out(Pa)
1 0,00212 654,3 4,78 0,82 49000 0
2 0,00334 704,1 6,52 0,94 58800 0
3 0,0039 1087 9,05 1,07 88200 0
4 0,00541 1645 9,9 1,14 127400 0
5 0,00385 2230 9,82 1,09 166600 9800
6 0,0036 2441 9,71 1,12 191100 9800
d.Data dengan Variasi Beban Lampu 20 Watt
Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam
beban lampu, maka data dengan beban lampu empat sebesar 20 Watt
dikelompokan menjadi satu.
Tabel 4.10 Data dengan variasi beban lampu 20 Watt
No Debit(m³/detik)
Putaran(rpm)
V(Volt)
I(ampere)
p in(Pa)
p out(Pa)
1 0,00212 667,5 4,41 1,07 49000 0
2 0,00334 706,3 5,93 1,21 58800 0
3 0,0039 1080 8,1 1,4 88200 0
4 0,00541 1640 9,4 1,45 127400 0
5 0,00385 2004 12,01 1,64 166600 9800
6 0,0036 2420 9 1,44 191100 9800
e.Data dengan Variasi Beban Lampu 25 Watt
Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam
beban lampu, maka data dengan beban lampu lima sebesar 25 Watt dikelompokan
menjadi satu.
Tabel 4.11 Data dengan variasi beban lampu 25 Watt
No Debit(m³/detik)
Putaran(rpm)
V(Volt)
I(ampere)
p in(Pa)
p out(Pa)
1 0,00212 680,9 4,05 1,3 49000 0
2 0,00334 715,3 5,54 1,43 58800 0
3 0,0039 1060 7,98 1,7 88200 0
4 0,00541 1620 9,01 1,78 127400 0
5 0,00385 1998 11,2 1,98 166600 9800
6 0,0036 2421 8,01 1,7 191100 9800
f.Data dengan Variasi Beban Lampu 35 Watt
Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam
beban lampu, maka data dengan beban lampu enam sebesar 35 Watt
dikelompokan menjadi satu.
Tabel 4.102 Data dengan variasi beban lampu 35 Watt
No Debit(m³/detik)
Putaran(rpm)
V(Volt)
I(ampere)
p in(Pa)
p out(Pa)
1 0,00212 680,9 4,23 1,41 49000 0
2 0,00334 715,3 5,59 1,61 58800 0
3 0,0039 1060 7,7 1,91 88200 0
4 0,00541 1620 8,22 1,97 127400 0
5 0,00385 1998 8,01 2 166600 9800
6 0,0036 2421 8,35 1,96 191100 9800
4.2.2Perhitungan Daya Air
Dengan menggunakan (Pers. 2.1), maka diperoleh head :
gp-p
H outin
.ρ=
81,91000049000
.-
=
= 4,99 m
Dengan menggunakan (Pers. 2.7), maka diperoleh kapasitas air :
1000m
V
=•
100012,2
=
= 0,00212 m3/detik
Dengan menggunakan (Pers. 2.8), maka diperoleh daya air :
HgVPin ⋅⋅⋅=•
ρ
,99...= 481,9100000212,0
= 103,88 Watt
4.2.3Perhitungan Daya Turbin
Dengan menggunakan (Pers. 2.10), maka diperoleh daya listrik :
IVPout ×=
290465 ,, ×=
= 1,5834 Watt
4.2.4Perhitungan Efisiensi Turbin
Dengan menggunakan (Pers. 2.7), maka diperoleh efisiensi
turbin :
%100×=in
outT P
Pη
%,
,100
8810358341
×=
= 1,524259 %
4.2.5 Perhitungan kecepatan Spesifik
Dengan menggunakan persamaan (Pers. 2.9) maka diperoleh
kecepatan spesifik :
4 43qH
Vnn
/
=
4 4399494122
630/,
,=
= 8,6818 rpm
Setelah seluruh data variasi debit dengan variasi pembebanan lampu
dihitung dan kemudian dihasilkan perhitungan daya air, daya turbin, kecepatan
spesifik, dan efisiensi turbin maka selanjutnya ditampilkan dalam bentuk tabel
dan grafik.
4.3Perhitungan Data dan Pembahasan
a. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 5 Watt
Tabel 4.13 Hasil data variasi denagan beban lampu 5 Watt
n(rpm)
V(m³/s)
V(Volt)
I(amp)
p in(kPa)
p out(kPa)
H(m)
inP (W)
outP(W)
η(%)
Nq(rpm)
630 0,002 5,46 0,29 49 0 4,99 103,9 1,58 1,5 8,68
725,5 0,003 7,29 0,32 58,8 0 5,99 196,4 2,33 1,2 10,95
1123 0,004 10,5 0,37 88,2 0 8,99 344 3,88 1,1 13,51
1671 0,005 11,43 0,41 127,4 0 12,9 689,2 4,68 0,67 17,97
2218 0,004 11,66 0,4 166,6 9,8 15,9 603,7 4,66 0,77 17,22
2443 0,004 11,86 0,4 191,1 9,8 18,4 652,7 4,74 0,72 16,44
0
0.5
1
1.5
2
0 5 10 15 20 25
Nq (rpm)
Efis
iens
i (%
)
0
1
2
3
4
5
6
P o
ut (W
att)
Data Efisiensi sebenarnya Data P out sebenarnya
Efisiensi P out
Gambar 4.1 Grafik variasi dengan beban lampu 5 Watt
Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 5 Watt diketahui bahwa
efisiensi tertinggi 1,524% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m dan Nq
= 8,681 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 1,583 Watt. Pada nilai
efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi terendah
dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum terletak
pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu pada nilai
efisiensi ± 1,15 % dengan Nq ± 12,5 rpm dan P out ± 3,3 Watt.
b. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 10 Watt
Tabel 4.14 Hasil data variasi dengan beban lampu 10 Watt
00.5
11.5
22.5
33.5
0 5 10 15 20 25
Nq (rpm)
Efis
iens
i (%
)
0
2
4
6
8
10
P ou
t (W
att)
Data efisiensi sebenarnya Data P out sebenarnya
P out Efisiensi
Gambar 4.2 Grafik variasi dengan beban lampu 10 Watt
Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 10 Watt diketahui bahwa
efisiensi tertinggi yaitu 2,755% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m
n (rpm)
V (m³/s)
V (Volt)
I (amp)
p in (kPa)
p out (kPa)
H (m)
inP (W)
outP (W)
η (%)
Nq (rpm)
634 0,002 5,02 0,57 49 0 4,99 103,88 2,86 2,75 8,74
702,4 0,003 6,81 0,64 58,8 0 5,99 196,39 4,35 2,21 10,6
1143 0,004 9,7 0,74 88,2 0 8,99 343,98 7,17 2,08 13,7
1663 0,005 10,81 0,79 127,4 0 12,99 689,23 8,54 1,24 17,9
2228 0,004 10,6 0,77 166,6 9,8 15,98 603,68 8,16 1,35 17,3
2427 0,004 10,7 0,78 191,1 9,8 18,48 652,68 8,34 1,27 16,3
dan Nq = 8,736 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 2,861 Watt. Pada
nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi
terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum
terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu
pada nilai efisiensi ± 2,2 % dengan Nq ± 12,5 rpm dan P out ± 6,1Watt.
c. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 15 Watt
Tabel 4.15 Hasil data variasi dengan beban lampu 15 Watt
0
1
2
3
4
5
0 5 10 15 20 25
Nq (rpm)
Efis
iens
i (%
)
0
2
4
6
8
10
12
P ou
t (W
att)
Data Efisiensi sebenarnya Data P out sebenarnya
Efisiensi P out
Gambar 4.3 Grafik variasi dengan beban lampu 15 Watt
n (rpm)
V (m³/s)
V (Volt)
I (amp)
p in (kPa)
p out (kPa)
H (m)
inP (W)
outP (W)
η (%)
Nq (rpm)
654,3 0,002 4,78 0,82 49 0 4,99 103,88 3,92 3,77 9,02
704,1 0,003 6,52 0,94 58,8 0 5,99 196,39 6,129 3,12 10,6
1087 0,004 9,05 1,07 88,2 0 8,99 343,98 9,684 2,81 13,1
1645 0,005 9,9 1,14 127,4 0 12,99 689,23 11,29 1,63 17,7
2230 0,004 9,82 1,09 166,6 9,8 15,98 603,68 10,7 1,77 17,3
2441 0,004 9,71 1,12 191,1 9,8 18,48 652,68 10,88 1,66 16,4
Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 15 W diketahui bahwa
efisiensi tertinggi yaitu 1,524% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m
dan Nq = 3,773 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 3,92 Watt. Pada
nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi
terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum
terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu
pada nilai efisiensi ± 3,2% dengan Nq ± 11,5 rpm dan P out ± 7,5 Watt.
d. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 20 Watt
Tabel 4.16 Hasil data variasi dengan beban lampu 20 Watt
n (rpm)
V (m³/s)
V (Volt)
I (amp)
p in (kPa)
p out (kPa)
H (m)
inP (W)
outP (W)
η (%)
Nq (rpm)
667,5 0,002 4,41 1,07 49 0 4,99 103,88 4,71 4,54 9,2
706,3 0,003 5,93 1,21 58,8 0 5,99 196,39 7,17 3,6 10,7
1080 0,004 8,1 1,4 88,2 0 8,99 343,98 11,34 3,29 13
1640 0,005 9,4 1,45 127,4 0 12,99 689,23 13,63 1,97 17,6
2004 0,004 12,01 1,64 166,6 9,8 15,98 603,68 19,7 3,26 15,6
2420 0,004 9 1,44 191,1 9,8 18,48 652,68 12,96 1,98 16,3
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25
Nq (rpm)
Efis
iens
i (%
)
0
5
10
15
20
25
P ou
t (W
att)
Data Efisiensi sebenarnya Data P out sebenarnya
P out Efisiensi
Gambar 4.4 Grafik variasi data dengan beban lampu 20 Watt
Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 20 W diketahui bahwa
efisiensi tertinggi yaitu 4,542 % pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m
dan Nq = 9,198 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 4,719 Watt. Pada
nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi
terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum
terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu
pada nilai efisiensi ± 3,6 % dengan Nq ± 12 rpm dan P out ± 9,4 Watt.]
e. Beban Lampu 25 Watt
Tabel 4.17 Hasil data variasi dengan beban lampu 25 Watt
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25
Nq (rpm)
Efi
sien
si (
%)
-5
0
5
10
15
20
25
P o
ut
(Wat
t)
Data Efisiensi sebenarnya Data P out sebenarnya
P out Efisiensi
Gambar 4.5 Grafik variasi data dengan beban lampu 25 Watt
Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 25 W diketahui bahwa
efisiensi tertinggi yaitu 5,058% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m
dan Nq = 9,383 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 5,265 Watt. Pada
nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi
terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum
terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu
pada nilai efisiensi ± 4,1 % dengan Nq ± 11,7 rpm dan P out ± 10,5 Watt.
n (rpm)
V (m³/s)
V (Volt)
I (amp)
p in (kPa)
p out (Pa)
H (m)
inP (W)
outP (W)
η (%)
Nq (rpm)
680,9 0,002 4,05 1,3 49 0 4,99 103,88 5,265 5,06 9,38
715,3 0,003 5,54 1,43 58,8 0 5,99 196,39 7,922 4,03 10,8
1060 0,004 7,98 1,7 88,2 0 8,99 343,98 13,57 3,94 12,7
1620 0,005 9,01 1,78 127,4 0 12,99 689,23 16,04 2,32 17,4
1998 0,004 11,2 1,98 166,6 9,8 15,98 603,68 22,18 3,67 15,5
2421 0,004 8,01 1,7 191,1 9,8 18,48 652,68 13,62 2,08 16,3
f. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 35 Watt
Tabel 4.18 Hasil data variasi dengan beban lampu 35 Watt
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 5 10 15 20 25
Nq (rpm)
Efi
sie
ns
i (%
)
024681012141618
P o
ut
(Wa
tt)
Data sebenarnya Efisiensi Data sebenarnya P out
P out Efisiensi
Gambar 4.6 Grafik variasi data dengan beban lampu 35 Watt
Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 35 W diketahui bahwa
efisiensi tertinggi yaitu 5,742% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m
dan Nq = 10,748 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 5,964 Watt. Pada
nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi
terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum
n(rpm) m³/s)
V(Volt)
I(amp)
p in(kPa)
p out(Pa)
H(m) (W) (W) (%)
Nq(rpm)
780 0,002 4,23 1,41 49 0 4,99 103,88 5,964 5,74 10,7
719,4 0,003 5,59 1,61 58,8 0 5,99 196,39 9 4,58 10,9
1103 0,004 7,7 1,91 88,2 0 8,99 343,98 14,71 4,27 13,3
1619 0,005 8,22 1,97 127,4 0 12,99 689,23 16,19 2,34 17,4
2226 0,004 8,01 2 166,6 9,8 15,98 603,68 16,02 2,65 17,3
2430 0,004 8,35 1,96 191,1 9,8 18,48 652,68 16,37 2,50 16,4
terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu
pada nilai efisiensi ± 4,5 % dengan Nq ± 12,5 rpm dan P out ± 13 Watt.
g. Efisiensi
0
2
4
6
8
0 5 10 15 20 25
Nq (rpm)
Efis
iens
i (%
)
Efisiensi L 5W Efisiensi L 10 W Efisiensi L15 WEfisiensi L 20 W Efisiensi L 25 W Efisiensi L 35 W
Gambar 4.7 Grafik Efisiensi vs Nq
Dari grafik Efisiensi Vs Nq pada dari seluruh pembebanan, dapat dilihat
nilai efisiensi tertinggi yaitu 5,7415 % pada Nq = 10,749 rpm. Semakin rendah
nilai Nq semakin tinggi efisiensinya.
h. Daya Yang Dihasilkan
0
5
10
15
20
25
0 5 10 15 20 25
Nq (rpm)
P o
ut (W
att)
P out L 5 W P out L 10 W P out L 15 WP ou L 20 W P out L 25 W P out L 35 W
Gambar 4.8 Grafik P out vs Nq
Dari grafik P out vs Nq dari seluruh pembebanan, dapat dilihat nilai P out
tertinggi yaitu 22,176 W pada Nq = 15,508 rpm. Nilai Pout = 22,176 W
melonjak cukup signifikan ini dikarenakan putaran yang tidak stabil akibat
olengnya puli pada pompa.
i. Performansi Pompa Sebagai Turbin
y = -0,0041x2 + 0,3101x + 0,1597
y = -0,0068x2 + 0,4879x + 0,1368
y = -0,0107x2 + 0,788x + 0,2507
y = -0,0094x2 + 0,747x + 1,5361
y = -0,0153x2 + 1,0026x - 0,0295
y = -0,0352x2 + 1,8927x - 5,8579
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40
Beban (Watt)
P o
ut
(Wa
tt)
P out debit 1 P out debit 2 P out debit 3
P out debit 6 P out debit 4 P out debit 5
Gambar 4.9 Grafik daya yang dihasilkan pompa sebagai turbin
Dapat dilihat dari grafik performansi pompa sebagai turbin masih belum
maksimal, daya yang dihasilkan masih bisa lebih besar lagi. Dengan bantuan
software Microsoft Exel dicari persamaan dari kurva Efisiensi vs Nq yang
kemudian digunakan untuk mencari kemungkinan terbesar dari daya yang dapat
dihasilkan.
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50 60Beban (Watt)
P o
ut (W
att)
prediksi pada debit 0,002 prediksi pada debit 0,003prediksi pada debit 0,004 prediksi pada debit 0,005prediksi pada debit 0,00385 prediksi pada debit 0,0036
Gambar 4.10 Grafik prediksi daya yang dihasilkan pompa sebagai turbin
Dengan fasilitas forcats pada softwhere Microsoft Exel dapat dibuat
prediksi dari daya maksimum yang dihasilkan pada setiap variasi debit air
masukan, yaitu :
Tabel 4.19 Prediksi daya maksimum yang dihasilkan
Debit(m³/det)
P out maks(Watt)
P in(Watt)
Efisiensi(%)
0,00212 6 103,88 5,775895
0,003 8,88 196,392 4,521569
0,004 14,7 343,98 4,273504
0,005 16,3 689,234 2,364944
0,00385 19,4 603,68 3,213623
0,0036 16,376 652,68 2,50904
j. Karakteristik Mesin Pompa Sebagai Turbin Yang Diuji
Dari setiap titik maksimum pada tiap variasi debit diperoleh karakteristik
mesin pompa sebagai turbin.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
5.2 6.5 9.6 14.2 16.6 19.0
Head Total (m )
Deb
it (x
0,0
05 m
3 /dtk
)Pu
tara
n ( x
290
0 rp
m)
02468101214161820
n q (rp
m)
Debit Putaran nq
Gambar 4.11 Grafik Debit, Putaran danNq vs Head total
Dari grafik Debit, Putaran dan Nq vs Head total, dapat dilihat bahwa Nq
tertinggi = 17,40 rpm pada Head total = 14,2 m dan Debit terbesar yaitu 0,0054
m³/det.
0
5
10
15
20
25
0 1000 2000 3000
Putara Turbin (rpm )
P ou
t (W
att)
Efis
iens
i (%
)
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
Tors
i (N
m)
Daya Efisiensi Torsi
0
5
10
15
20
25
0 10 20
Nq (rpm )
P ou
t (W
att)
ef
isie
nsi (
%)
00.020.040.060.080.10.120.14
Tors
i (N
m)
Torsi Efisiensi Daya
Gambar 4.12 Grafik Daya keluar, Efisiensi danTorsi vs Putaran Turbin dan Nq
Efisiensi tertinggi 5,74 % pada putaran 780 rpm dan Nq = 10,749 rpm. Daya
tertinggi yang dihasilkan adalah 22,176 W pada putaran 2000 rpm dan Nq = 15,
508 rpm. Torsi terbesar adalah 0,126 Nm pada putaran 1103 rpm dan Nq = 13,266
rpm.
4.4 Kendala Saat Penelitian
Dalam melakukan penelitian ini penulis banyak menemukan kendala-
kendala, diantaranya :
1. Pengecilan diameter pipa dari diameter 4” ke diameter 2” membuat tekanan
dalam pipa menjadi besar dan membuat sambungan-sambungan pipa sering
lepas,sehingga cukup memakan waktu.
2. Ukuran pompa sumber yang cukup besar dan berat, dan keterbatasan tenaga
membuat jalannya penelitian cukup melelahkan dan lama.
3. Kurang lengkapnya fasilitas yang mendukung untuk melakukan penelitian
pompa sebagai turbin.
4. Karena penelitian harus dilakukan diluar ruangan sehingga harus melihat
perkiraan cuaca.
5. Kurangnya pengetahuan tentang kelistrikan.
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil yang didapat tentang penelitian pompa sebagai turbin ini, dapat
disimpulkan beberapa hal, antara lain:
1. Dari keenam hasil data variasi debit efisiensi tertinggi yaitu 5,742% pada
Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m dan Nq = 10,748 rpm dan
menghasilkan daya keluaran sebesar 5,964 Watt. Pada saat nilai Nq semakin
rendah, efisiensi turbin semakin tinggi.
2. Dari keenam hasil data variasi debit, daya terbesar yang dapat dihasilkan yaitu
22,176 Watt pada Debit = 0,00385 m³/detik, Nq = 15,508 rpm..
3. Dari hasil ekstrapolasi, efisiensi tertinggi sebesar 5,77% dan menghasilkan
daya maksimum 6 Watt pada Debit = 0,00212 m³/detik dan pembebanan 40
Watt.
5.2 Saran
Beberapa saran yang penting untuk peneliti yang ingin melanjutkan penelitian
pada bidang sejenis dengan penelitian ini atau yang ingin mengembangkan
penelitian ini:
1. Melakukan penelitian dengan jenis impeler yang berbeda agar dapat dilihat
perbandingan efisiensi.
2. Melakukan penelitian dengan jenis pompa yang berbeda.
3. Melakukan penelitian dengan menambah beban lampu untuk mengetahui daya
maksimum yang dapat dihasilkan, karena dilihat dari grafik P out vs Nq kurva
P out masih terus naik.
DAFTAR PUSTAKA
Altenator, The Free Encyclopedia
Chris Greace, Project report-Huai Kra Thing Micro-Hydro project, 2006
Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor,cetakan ke-5, Pnerbit Erlangga,
Jakarta, 1996
Made Suarda, Nengah Suarnadwipa dan Wayan Bandem Adnyana, Experimental
Work on Modification of Impeller Tips of Centrifugal Pump as a
Turbine, Udayana University Denpasar, Bali
Micro Hydropower Basics, http://www.microhydropower.net/intro.html
P.Maher, Micro Hydro Centre, The Nottingham Trent University, 2000
Sularso dan Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor, cetakan ke-8, PT. Pradnya
Paramita, Jakarta, 2004
LAMPIRAN
Pompa Sumber Motor Pompa Sumber
Pompa Sebagai Turbin Alternator
Impeler Sebelum Divariasi Impeler Sesudah Divariasi
Lampu T-Jungtion
Rangkaian Pompa Sebagai Turbin dan Alternator
Bak Sirkulasi