BAB III

TURBIN FRANCIS

3.1 PENDAHULUAN

PLTA merupakan pembangkit listrik yang sangat penting bagi kemajuan di

Indonesia. Hal ini didukung oleh kondisi alam di Indonesia yang mana terdapat

sungai , danau, dan air terjun yang dapat digunakan sebagai PLTA.

Dalam pembuatan PLTA sering digunakan Turbin untuk merubah energi

potensial menjadi energi mekanik. Ada bermacam-macam jenis turbin, tetapi yang

paling sering digunakan dalam pembangkit tenaga listrik adalah Turbin Pelton,

Turbin Francis dan Turbin Kaplan. Turbin Francis merupakan jenis turbin yang

paling banyak digunakan diantara turbin-turbin air yang ada, dan pengembangan

turbin francis dalam dekade terakhir ini telah memberikan dampak yang besar

dalam pengembangan aplikasi-aplikasi baru untuk jenis tipe ini.

Penelitian-penelitian yang dilakukan saat ini membawa dampak yang besar

dalam peningkatan performa turbin, pemilihan material yang cocok, dan desain dari

turbin itu sendiri ditinjau dari sisi kontruksi, tingkat kesukaran yang ditimbulkan

oleh proses manufaktur, dan faktor perawatan pada sisi desain. [1]

3.2. TUJUAN PRAKTIKUM

1. Mengetahui besarnya efisiensi tertinggi turbin.

2. Mengetahui daya efektif maksimum turbin.

3. Agar praktikan mengetahui cara kerja Turbin Francis.

4. Mengetahui aplikasi turbin francis dalam kehidupan sehari-hari. [2]

3.3. DASAR TEORI

3.3.1 Pengetahuan Umum Tentang Turbin Francis

Turbin Francis ditemukan oleh James B Francis, turbin yang dia temukan

memiliki efisiensi hingga 90%. Dia mengaplikasikan prinsip-prinsip teknik

dan metode pengujian untuk menghasilkan desain turbin yang paling efisien.

Yang lebih penting, metode perhitungan matematis dan grafik telah

menjadikan desain turbin sebagai suatu seni. Namanya kini dijadikan nama

turbin hasil penemuannya. Turbin francis termasuk salah satu turbin reaksi,

artinya fluida yang bekerja mengubah tekanan bersamaan dengan gerak dari

turbin tersebut, yang menghasilkan energi. [3]

3.3.2 Klasifikasi Turbin

Secara umum tipe turbin air dikelompokkan menjadi dua:

a. Turbin reaksi

Turbin yang perubahan tekanan hidrolis air menjadi energi

mekanis mengakibatkan pergerakan turbin. Jadi kerja turbin ini bisa

dijelaskan dengan teori Newton III. Kebanyakan turbin air

menggunakan turbin reaksi dengan head medium dan rendah. Yang

termasuk dalam kelompok turbin reaksi adalah Turbin Francis,

Kaplan, Propeller, Bulb, Tube, Straflo, Tyson, Water wheel.

Gambar.3.1 Turbine Francis (a) Turbin Kaplan (b) [3]

b. Turbin Impuls

Pada Turbin Impuls kecepatan air ditambah sehingga

momentumnya membesar dan kemudian momentum tersebut

menggearkkan turbin. Contoh dari Turbin impuls adalah Turbin

Pelton, Pelton, Turgo, Michell-Banki (disebut juga Crossflow or

Ossberger turbine).

Gambar 3.2 a. Banki Turbine dan b. Turbin Pelton [3]

3.3.3 Prinsip Kerja Turbin Francis

Turbin francis termasuk salah satu turbin reaksi, artinya fluida yang

bekerja mengubah tekanan bersamaan dengan gerak dari turbin tersebut, yang

menghasilkan energi. Inletnya berbentuk spiral. Guide Vane membawa air

secara tangensia menuju runner. Aliran radial ini bekerja pada runner vanes,

menyebabkan runner berputar. Guide vane (atau wicket gate) dapat disesuaikan

untuk memberikan operasi turbin yang efisien untuk berbagai kondisi aliran air.

Air pertama kali memasuki volute, dimana sebuah celah yang berbentuk

gelang mengelilingi runner, dan aliran diantara guide vanes, yang memberikan

air pada arah aliran yang optimum. Kemudian memasuki runner, yang secara

total bergabung, merubah momentum dari air, yang menghasilkan reaksi pada

turbin. Air mengalir secara radial menuju pusat. Runner dilengkapi dengan vane

berbentuk kurva yang akan ditabrak oleh air. Guide vane dibuat sedemikian rupa

sehingga sebagian energi dari air diubah menjadi gerakan berputar yang tidak

akan timbul fenomena aliran eddies dan aliran-aliran lain yang tidak diinginkan

yang dapat menyebabkan energi yang hilang. Guide vane dapat disesuaikan

untuk memberikan derajat adaptabilitas untuk bermacam-macam variasi pada

kecepatan aliran air dan beban dari turbin. [3]

3.3.4 Bagian-Bagian Turbin Francis

Gambar 3.3 bagian-bagian turbin Francis [4]

Masing-masing bagian dari turbin francis mempunyai fungsi diantaranya

sebagai berikut :

a. Sudu pengarah : berfungsi untuk mengarahkan air yang masuk sehingga aliran

air berubah menjadi searah (uniform).

b. Casing spiral : Sebagian dari mesin ini memiliki poros vertikal meskipun

beberapa mesin yang lebih kecil dari jenis ini memiliki poros horisontal. Cairan

masuk dari penstock (pipa yang menuju ke turbin dari reservoir pada

ketinggian tinggi) ke casing spiral yang benar-benar mengelilingi runner.

Casing ini dikenal sebagai gulir casing atau volute. Luas penampang casing ini

menurun merata sepanjang keliling untuk menjaga kecepatan fluida konstan

dalam besar di sepanjang jalan yang menuju guide vane.

c. Guide on stay vanes : fungsi guide vanes atau baling-baling tetap adalah untuk

mengkonversi bagian dari energi tekanan fluida di pintu masuk ke energi

kinetik dan kemudian untuk mengarahkan cairan pada pisau runner pada sudut

yang tepat untuk desain

d. Sudu runner : berfungsi untuk mengubah energi hidrolis air menjadi energi

mekanis.

e. Poros turbin : berfungsi untuk meneruskan torsi dan putaran ke poros

generator.

f. Pipa hisap : berfungsi untuk mengubah energi kecepatan menjadi energi

tekanan.

g. Draft-tube : Fungsi utama dari draft tube adalah untuk mengurangi kecepatan

air dibuang untuk meminimalkan kehilangan energi kinetik di outlet. Hal ini

memungkinkan turbin yang akan ditetapkan di atas tail water tanpa appreciable

drop yang cukup tersedia [4]

3.3.5 Aplikasi Turbin Francis

Contoh pemakaian turbin francis dalam kehidupan sehari-hari adalah:

1. Penggunaan Turbin francis di Air terjun Niagara

Gambar 3.4 turbin Francis [5]

Merupakan Double spiral turbine yang mamapu menghasilkan daya

sebesar 12 MW and memiliki ketinggian head 54.9 m.

2. kontrol aktif pada stabilitas operasi turbin francis

menjelaskan sebuah pendekatan control aktif pada suatu

permasalahan, yang berdasarkan pada pengeksitasi katup berputar. Ide

ini adalah untuk menciptakan eksitasi eksternal dengan pengeksitasi

hidrolis guna menghilangkan komponen frekuensi yang tidak diharapkan

pada eksitasi alami turbin.

Gambar 3.5 kontrol aktif pada stabilitas operasi turbin francis [5]

3. Rovina-Piastra, Italy

Gambar 3.6 turbin air [5]

Mampu menghasilkan daya sebesar 133 MW dengan ketinggian

head mencapai 554 m.

4. Norris Dam, USA

Gambar 3.7 Buffalo Bill Dam from within Shoshone Canyon [5]

Merupakan turbin francis pertama yang digunakan dalam industri,

dimana dapat meningkatkan dissolved oxygen untuk kelangsungan hidup

akuatik.

5. Three Gorges, China

Gambar 3.8 Bendungan Three Georges,China [5]

Merupakan turbin penghasil daya terbesar didunia, dimana daya

yang dihasilkan mampu mencapai lebih dari 18,000 MW.

3.3.6 Karakteristik Dan Performansi Turbin Francis

a) Daya Air

Daya yang masuk ked lam turbin francis adalah daya potensial air

WHP = ρ.g.Q.H

Dimana :

WHP : daya hidrolis air (watt)

ρ : massa jenis air (kg/m3)

g : percepatan gravitasi (m/dt2)

Q : laju aliran masa (m3/dt)

H : head dari tinggi jatuh air (mH2O)

b) Daya keluar turbin

Daya yang dikeluarkan oleh turbin adalah daya poros karena tujuan turbin

adalah mengubah energi hidrolis menjadi energi mekanis.

BHP =

Dimana :

BHP : daya mekanis (watt)

n : kecepatan putar (rpm)

T : Torsi (Nm)

c) Daya Listrik

Daya poros yang dihasilkan turbin diubah oleh generator DC menjadi daya

listrik

Pel = Vj.Ij

Pel : daya listrik efektif

Vj : tegangan jangkar (Volt)

Ij : Arus Jangkar (Ampere)

d) Efisiensi Turbin

ηT = daya mekanik / daya air .100%

= x 100 %

e) Efisiensi total

ηe = x 100 %

f) Efisiensi Generator

ηG = X 100 % [6]

3.4 PERALATAN DAN BAHAN PENGUJIAN

Bagian-bagian alat beserta fungsinya

Gambar 3.9 Mesin uji turbin Francis secara keseluruhan [2]

15

516

5

Gambar 3.10 Turbin dan Generator [2]

Gambar 3.11 Tuas pengatur bukaan [2]

Gambar 3.12 Bagian – bagian alat uji Turbin Francis

Gambar 3.13 V-Notch [2]

Nama bagian-bagian mesin percobaan :

1. Saklar Lampu Beban

Berfungsi untuk menghidupkan dan mematikan lampu pembebanan untuk

mengatur besarnya pembebanan yang diberikan.

2. Voltmeter

Berfungsi untuk mengukur besarnya tegangan yang dihasilkan oleh

generator dengan adanya variasi hambatan berupa lampu listrik.

3. Ampermeter

Berfungsi untuk mengukur besarnya arus yang dihasilkan oleh generator

dengan adanya variasi hambatan berupa lampu listrik.

4. Lampu / beban

Berfungsi sebagai hambatan listrik.

5. Sigh Glass

Berfungsi untuk mengukur ketinggian air terhadap weir.

6. Katub Discharge.

Berfungsi untuk mengatur laju aliran yang akan masuk ke turbin.

7. Pompa

Berfungsi untuk merubah tekanan pada air menjadi kecepatan sehingga

menghasilkan aliran air untuk dipindahkan ke atas sehingga menimbulkan

energy potensial sebagai pengganti air terjun pada PLTA.

8. Turbin

Berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanis.

9. Generator

Berfungsi untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

10. Pengatur bukaan

Berfungsi untuk mengatur besar sudut bukaan pada sudu pengarah.

11. Saklar Motor

Berfungsi untuk menghidupkan atau mematikan arus dan tegangan.

12. Pengatur Kecepatan Motor (dalam %)

Berfungsi untuk mengatur Head masukan turbin.

13. Turbin Inlet

Berfungsi untuk menunjukkan besarnya Head masukan turbin.

14. V-notch

V-notch/ Weir digunakan untuk mengontrol laju aliran air, sehingga debit

air yang melaluinya dapat diatur.

15. Electronik charging scale

Berfungsi untuk mengetahui besarnya gaya yang dihasilkan turbin.

16. Pulsemeter

Sensor yang digunakan untuk mengukur kecepatan yang dipasang pada

kabel keluaran pada poros turbin.

3.5 PROSEDUR PENGUKURAN

Parameter yang diukur untuk menganalisa Turbin Francis ini adalah Head,

Debit dan Kecepatan Poros.

3.5.1 Pengukuran Torsi

Untuk memberi beban sekaligus mengetahui besarnya beban tersebut

maka pada poros turbin dipasang lengan torsi dan indeks massa yang

berfungsi untuk menghitung besarnya torsi yang dihasilkan. Untuk memberi

beban sekaligus mengukur besarnya beban tersebut pada poros turbin

digunakan electronic charging scale.

Gambar 3.14 Instalasi electronic charging scale

a. Menghidupkan electronic charging scale,

b. Mengkondisikan penetrator pada indeks massa agar dalam posisi stabil,

c. Melakukan setting nol pada electronic charging scale dengan menekan

tombol zero,

L

d. Menghidupkan saklar beban lampu kemudian mencatat besarnya gaya

(kg.F) yang tertera pada electronic charging scale,

e. Dengan mengalikan gaya yang terbaca dengan konstanta grafitasi dan

kemudian dikalikan lagi dengan jarak L maka akan didapatkan torsi.

3.5.2 Pengukuran Tinggi Tekanan (Head)

Pengukuran tinggi tekan untuk peralatan ini terdapat tiga manometer,

yaitu untuk mengukur suction head pompa, discharge head pompa dan turbin

inlet head. Manometer ini menggunakan tabung bourdon sebagai peralatan

utama. Untuk penelitian kali ini hanya pengukuran head Turbin Inlet yang

digunakan.

3.5.3 Pengukuran Debit

Pembacaan untuk mengukur besarnya debit yang mengalir pada sistem

ini menggunakan “V” notch/gerbang V. Dengan membaca ketinggian air

yang mengalir melalui gerbang dapat dibaca melalui sight glass. Kemudian

dengan menggunakan gambar dapat kita ketahui besarnya debit dalam

m3/menit.

3.5.4 Pengukuran Kecepatan

Untuk mengukur besarnya kecepatan tinggal menghubungkan

Pulsemeter, dengan memasang sensor Pulsemeter dikabel keluaran pada

poros turbin.

3.6 PROSEDUR PENGUJIAN

Prosedur pengujian dalam praktikum Turbin Francis adalah sebagai berikut :

a. Menghidupkan peralatan, membuka sudu pengatur 100% memutar kecepatan

pompa sampai H menunjuk 5 mH2O. Selanjutnya memberi beban dengan

menghidupkan 5 lampu.

b. Menunggu sampai aliran stedi dan mengatur kembali H menunjuk 5 m H2O,

melihat harga ketinggian h dan kecepatan putaran turbin, voltmeter,

ampermeter, turbin inlet dan gaya.

c. Menurunkan beban pengereman dengan mematikan lampu dari 5,4,3,2,1,

sampai mati semua, kemudian melihat H bila nilainya berubah diatur

kembali sehingga H menunjukkan nilai 5 mH2O lagi,menunggu sampai stedi

,mencatat nilai h , rpm, voltmeter, gaya dan ampermeter pada setiap

pembebanan.

d. Mengulangi prosedur c, dengan variasi H : 4 dan 3 mH2O pada bukaan sudu

100 % tersebut.

e. Mengulangi prosedur b sampai d dengan sudu pengatur 75 % dan 50%

dengan variasi H (3,4,5 mH2O).

f. Setelah selesai prosedur e kecilkan gaya pengereman turbin dan mengurangi

putaran pompa secara perlahan,kemudian matikan.

g. Membuat laporan sementara.

3.7 CONTOH SOAL DAN PENYELESAIAN TURBIN FRANCIS

Contoh Soal dan Penyelesaian Turbin Francis

Di ketahui turbin francis spiral dengan H = 156,5 V= 6 m3/dtk. n = 600

menit-1 ,P = 6000 KW.efisiensi turbin = 0,886. Berapakah nilai kecepatan air

keluar ?

Jawab.

Kecepatan spesifik

nq = n . = 600 .

= 34,4 / menit

Faktor yang digunakan adalah :

= = 55 m/detik

Pada pengeluaran yang tegak lurus ke dalam pipa hisap, maka c2u = nol dan α2 = 90o , jadi :

Cu1 = = = 33,8 m / detik [1]

3.8 PERHITUNGAN DAN ANALISA

3.8.1. Data Praktikum

No Bukaan H Jumlah h V I F n    mH2O lampu Mm volt Amp kgf rpm1

     

100%     

     

3

5 66 0,46 2,43 0,066 5802 4 65 0,53 2,38 0,066 5603 3 65 0,83 2,27 0,064 6394 2 65 1,65 2,06 0,062 6905 1 63 3,55 1,51 0,046 8806 0 62 9,75 0 0,018 13997

4

5 70 0,80 3,48 0,082 7758 4 70 1,12 3,42 0,082 8259 3 68 1,76 3,12 0,078 84010 2 67 2,95 2,75 0,07 98011 1 66 5,46 1,90 0,052 123012 0 63 11,46 0 0,020 169613

5

5 71 1,19 4,26 0,096 95014 4 71 1,74 4,08 0,090 100015 3 70 2,56 3,74 0,086 107516 2 70 4,07 3,17 0,078 124817 1 66 6,95 2,13 0,064 152518 0 66 12,50 0 0,02 1912

No Bukaan H Jumlah H V I F N    mH2O lampu Mm volt Amp kgf Rpm1

     

75%     

     

3

5 59 0,36 1,85 0,058 4652 4 59 0,41 1,87 0,056 4753 3 58 0,51 1,80 0,056 4704 2 58 0,99 1,67 0,054 5255 1 56 2,48 1,28 0,046 6806 0 54 7,98 0 0,018 12157

4

5 62 0,61 2,92 0,054 6458 4 61 0,75 2,83 0,054 6609 3 61 1,18 2,63 0,056 67010 2 60 2,21 2,33 0,042 83011 1 60 4,36 1,68 0,036 107512 0 58 9,91 0 0 149513

5

5 63 0,93 3,7 0,064 81014 4 63 1,24 3,55 0,058 86015 3 62 1,9 3,28 0,058 90216 2 61 3,21 2,83 0,05 104517 1 59 5,75 1,93 0,038 131518 0 58 11,31 0 0 1730

No Bukaan H Jumlah H V I F N    mH2O lampu Mm volt Amp kgf Rpm

1

     

50%     

     

3

5 59 0,24 1,51 0,048 3852 4 59 0,26 1,48 0,048 3853 3 58 0,34 1,46 0,048 3984 2 57 0,62 1,43 0,046 4335 1 56 2,03 1,18 0,042 6306 0 54 6,9 0 0,02 10787

4

5 61 0,53 2,69 0,068 6178 4 60 0,64 2,65 0,070 6209 3 59 0,99 2,51 0,068 65310 2 57 1,89 2,24 0,064 74811 1 55 3,85 1,58 0,054 93012 0 54 9,28 0 0,02 140513

5

5 63 0,8 3,48 0,086 74014 4 62 1,1 3,33 0,080 79015 3 61 1,65 3,08 0,074 87016 2 60 2,85 2,69 0,07 96017 1 58 5,23 1,85 0,056 123518 0 56 10,98 0 0,022 1639

3.8.2. Perhitungan Ralat

Contoh perhitungan ralat :

Datum no. 1 (bukaan 100%, H = 4 mH2O, jumlah lampu = 5)

Ralat putaran

n = 775 rpm

n = 0,5

Ralat Nisbi = n/n . 100 % = 0,5/775 . 100% = 0,065 %

Keseksamaan = 100% - Ralat Nisbi = 100% - 0,065 % = 99,93 %

Ralat Gaya

F = 0.082 kgf

F = 0,005 kgf

Ralat Nisbi = F/F . 100 % = 0,005/0.082 .100% = 6%

Keseksamaan = 100% - Ralat Nisbi = 100% - 6% = 94%

Ketinggian

H = 70

1. Perhitungan RalatPutaran : ∆n = 0, 5Bukaan 100 %H = 3 H = 4 H = 5

No n ∆nRalat Nisbi Keseksamaan No n ∆n

Ralat Nisbi Keseksamaan No n ∆n

Ralat Nisbi Keseksamaan

  rpm rpm % %   rpm rpm % %   rpm rpm % %

1 580 0.5 0.09 99.91 1 775 0.5 0.06 99.94 1 950 0.5 0.05 99.952 560 0.5 0.09 99.91 2 825 0.5 0.06 99.94 2 1000 0.5 0.05 99.953 639 0.5 0.08 99.92 3 840 0.5 0.06 99.94 3 1075 0.5 0.05 99.954 690 0.5 0.07 99.93 4 980 0.5 0.05 99.95 4 1248 0.5 0.04 99.965 880 0.5 0.06 99.94 5 1230 0.5 0.04 99.96 5 1525 0.5 0.03 99.976 1399 0.5 0.04 99.96 6 1696 0.5 0.03 99.97 6 1912 0.5 0.03 99.97

Bukaan 75%H = 3 H = 4 H = 5

No n ∆nRalat Nisbi Keseksamaan No n ∆n

Ralat Nisbi Keseksamaan No n ∆n

Ralat Nisbi Keseksamaan

  rpm rpm % %   rpm rpm % %   rpm rpm % %

1 465 0.5 0.11 99.89 1 645 0.5 0.08 99.92 1 810 0.5 0.06 99.942 475 0.5 0.11 99.89 2 660 0.5 0.08 99.92 2 860 0.5 0.06 99.943 470 0.5 0.11 99.89 3 670 0.5 0.07 99.93 3 902 0.5 0.06 99.944 525 0.5 0.1 99.9 4 830 0.5 0.06 99.94 4 1045 0.5 0.05 99.955 680 0.5 0.07 99.93 5 1075 0.5 0.05 99.95 5 1315 0.5 0.04 99.966 1215 0.5 0.04 99.96 6 1495 0.5 0.03 99.97 6 1730 0.5 0.03 99.97

Bukaan 50%H = 3 H = 4 H = 5

No n ∆nRalat Nisbi Keseksamaan No n ∆n

Ralat Nisbi Keseksamaan No n ∆n

Ralat Nisbi Keseksamaan

  rpm rpm % %   rpm rpm % %   rpm rpm % %

1 385 0.5 0.13 99.87 1 617 0.5 0.08 99.92 1 740 0.5 0.07 99.932 385 0.5 0.13 99.87 2 620 0.5 0.08 99.92 2 790 0.5 0.06 99.943 398 0.5 0.13 99.87 3 653 0.5 0.08 99.92 3 870 0.5 0.06 99.944 433 0.5 0.12 99.88 4 748 0.5 0.07 99.93 4 960 0.5 0.05 99.955 630 0.5 0.08 99.92 5 930 0.5 0.05 99.95 5 1235 0.5 0.04 99.966 1078 0.5 0.05 99.95 6 1405 0.5 0.04 99.96 6 1639 0.5 0.03 99.97

Gaya : ∆F = 0,005Bukaan 100%H = 3 H = 4 H = 5

No F ∆FRalat Nisbi Keseksamaan No F ∆F

Ralat Nisbi Keseksamaan No F ∆F

Ralat Nisbi Keseksamaan

  kgf kgf % %   kgf kgf % %   kgf kgf % %

1 0.066 0.005 7.58 92.42 1 0.082 0.005 6.1 93.9 1 0.096 0.005 5.21 94.792 0.066 0.005 7.58 92.42 2 0.082 0.005 6.1 93.9 2 0.09 0.005 5.56 94.443 0.064 0.005 7.81 92.19 3 0.078 0.005 6.41 93.59 3 0.086 0.005 5.81 94.194 0.062 0.005 8.06 91.94 4 0.07 0.005 7.14 92.86 4 0.078 0.005 6.41 93.595 0.046 0.005 10.9 89.13 5 0.052 0.005 9.62 90.38 5 0.064 0.005 7.81 92.196 0.018 0.005 27.8 72.22 6 0.02 0.005 25 75 6 0.02 0.005 25 75

Bukaan 75%H = 3 H = 4 H = 5

No F ∆FRalat Nisbi Keseksamaan No F ∆F

Ralat Nisbi Keseksamaan No F ∆F

Ralat Nisbi Keseksamaan

  kgf kgf % %   kgf kgf % %   kgf kgf % %

1 0.058 0.005 8.62 91.38 1 0.054 0.005 9.26 90.74 1 0.064 0.005 7.81 92.192 0.056 0.005 8.93 91.07 2 0.054 0.005 9.26 90.74 2 0.058 0.005 8.62 91.383 0.056 0.005 8.93 91.07 3 0.056 0.005 8.93 91.07 3 0.058 0.005 8.62 91.384 0.054 0.005 9.26 90.74 4 0.042 0.005 11.9 88.1 4 0.05 0.005 10 905 0.046 0.005 10.9 89.13 5 0.036 0.005 13.9 86.11 5 0.038 0.005 13.2 86.846 0.018 0.005 27.8 72.22 6 0 0.005 - - 6 0 0.005 - -

Bukaan 50%H = 3 H = 4 H = 5

No F ∆FRalat Nisbi Keseksamaan No F ∆F

Ralat Nisbi Keseksamaan No F ∆F

Ralat Nisbi Keseksamaan

  kgf kgf % %   kgf kgf % %   kgf kgf % %

1 0.048 0.005 10.4 89.58 1 0.068 0.005 7.35 92.65 1 0.086 0.005 5.81 94.192 0.048 0.005 10.4 89.58 2 0.07 0.005 7.14 92.86 2 0.08 0.005 6.25 93.753 0.048 0.005 10.4 89.58 3 0.068 0.005 7.35 92.65 3 0.074 0.005 6.76 93.244 0.046 0.005 10.9 89.13 4 0.064 0.005 7.81 92.19 4 0.07 0.005 7.14 92.865 0.042 0.005 11.9 88.1 5 0.054 0.005 9.26 90.74 5 0.056 0.005 8.93 91.076 0.02 0.005 25 75 6 0.02 0.005 25 75 6 0.022 0.005 22.7 77.27

Ketinggian : ∆H = 0,5Bukaan 100 %H = 3 H = 4 H = 5

No H ∆HRalat Nisbi Keseksamaan No H ∆H

Ralat Nisbi Keseksamaan No H ∆H

Ralat Nisbi Keseksamaan

  m m % %   m m % %   m m % %

1 66 0.5 0.758 99.242 1 70 0.5 0.714 99.286 1 71 0.5 0.704 99.2962 65 0.5 0.769 99.231 2 70 0.5 0.714 99.286 2 71 0.5 0.704 99.2963 65 0.5 0.769 99.231 3 68 0.5 0.735 99.265 3 70 0.5 0.714 99.2864 65 0.5 0.769 99.231 4 67 0.5 0.746 99.254 4 70 0.5 0.714 99.2865 63 0.5 0.794 99.206 5 66 0.5 0.758 99.242 5 66 0.5 0.758 99.2426 62 0.5 0.806 99.194 6 63 0.5 0.794 99.206 6 66 0.5 0.758 99.242

Bukaan 75%H = 3 H = 4 H = 5

No H ∆HRalat Nisbi Keseksamaan No H ∆H

Ralat Nisbi Keseksamaan No H ∆H

Ralat Nisbi Keseksamaan

  m m % %   m m % %   m m % %

1 59 0.5 0.847 99.153 1 62 0.5 0.806 99.194 1 63 0.5 0.794 99.2062 59 0.5 0.847 99.153 2 61 0.5 0.82 99.18 2 63 0.5 0.794 99.2063 58 0.5 0.862 99.138 3 61 0.5 0.82 99.18 3 62 0.5 0.806 99.1944 58 0.5 0.862 99.138 4 60 0.5 0.833 99.167 4 61 0.5 0.82 99.185 56 0.5 0.893 99.107 5 60 0.5 0.833 99.167 5 59 0.5 0.847 99.1536 54 0.5 0.926 99.074 6 58 0.5 0.862 99.138 6 58 0.5 0.862 99.138

Bukaan 50%H = 3 H = 4 H = 5

No H ∆HRalat Nisbi Keseksamaan No H ∆H

Ralat Nisbi Keseksamaan No H ∆H

Ralat Nisbi Keseksamaan

  m m % %   m m % %   m m % %

1 59 0.5 0.847 99.153 1 61 0.5 0.82 99.18 1 63 0.5 0.794 99.2062 59 0.5 0.847 99.153 2 60 0.5 0.833 99.167 2 62 0.5 0.806 99.1943 58 0.5 0.862 99.138 3 59 0.5 0.847 99.153 3 61 0.5 0.82 99.184 57 0.5 0.877 99.123 4 57 0.5 0.877 99.123 4 60 0.5 0.833 99.1675 56 0.5 0.893 99.107 5 55 0.5 0.909 99.091 5 58 0.5 0.862 99.1386 54 0.5 0.926 99.074 6 54 0.5 0.926 99.074 6 56 0.5 0.893 99.107

1.8.3. Tabel Perhitungan

a. Tabel Perhitungan untuk bukaan 100 %

No Bukaan H h V Arus Jumlah F Rpm Torsi Q PEL BHP WHP ήT ήe ήG    mH2O mm volt A lampu N   Nm              

1100%

     

3 66 0.46 2.43 5 0.64746 580 0.2072 0.001576 1.1178 12.58909 46.39441 27.13492 2.409342 8.8791182 3 65 0.53 2.38 4 0.64746 560 0.2072 0.001523 1.2614 12.15498 44.81392 27.12323 2.81475 10.377643 3 65 0.83 2.27 3 0.62784 639 0.2009 0.001523 1.8841 13.44941 44.81392 30.01168 4.204274 14.008794 3 65 1.65 2.06 2 0.60822 690 0.1946 0.001523 3.399 14.069 44.81392 31.39426 7.584697 24.15955 3 63 3.55 1.51 1 0.45126 880 0.1444 0.001418 5.3605 13.3126 41.74457 31.89062 12.84119 40.266366 3 62 9.75 0 0 0.17658 1399 0.0565 0.001368 0 8.281568 40.25545 20.57254 0 0

No Bukaan H h V Arus Jumlah F Rpm Torsi Q PEL BHP WHP ήT ήe ήG    mH2O mm volt A lampu N   Nm              

7100%

     

4 70 0.8 3.48 5 0.804 775 0.2574 0.0018 2.784 20.9 70.7 29.561 3.94 13.328 4 70 1.12 3.42 4 0.804 825 0.2574 0.0018 3.8304 22.25 70.7 31.468 5.42 17.229 4 68 1.76 3.12 3 0.765 840 0.2449 0.00169 5.4912 21.55 66.197 32.551 8.3 25.4810 4 67 2.95 2.75 2 0.687 980 0.2197 0.00163 8.1125 22.56 64.007 35.246 12.7 35.9611 4 66 5.46 1.9 1 0.51 1230 0.1632 0.00158 10.374 21.03 61.859 34.004 16.8 49.3212 4 63 11.46 0 0 0.196 1696 0.0628 0.00142 0 11.16 55.659 20.042 0 0

No Bukaan H h V Arus Jumlah F Rpm Torsi Q PEL BHP WHP ήT ήe ήG    mH2O mm volt A lampu N   Nm              

13 100%     

5 71 1.19 4.26 5 0.942 950 0.3014 0.00186 5.0694 29.99 91.267 32.863 5.55 16.914 5 71 1.74 4.08 4 0.883 1000 0.2825 0.00186 7.0992 29.6 91.267 32.43 7.78 23.9915 5 70 2.56 3.74 3 0.844 1075 0.27 0.0018 9.5744 30.4 88.375 34.403 10.8 31.4916 5 70 4.07 3.17 2 0.765 1248 0.2449 0.0018 12.9019 32.01 88.375 36.225 14.6 40.317 5 66 6.95 2.13 1 0.628 1525 0.2009 0.00158 14.8035 32.1 77.324 41.51 19.1 46.1218 5 66 12.5 0 0 0.196 1912 0.0628 0.00158 0 12.58 77.324 16.264 0 0

b. Tabel Perhitungan untuk bukaan 75 %

No Bukaan H h V Arus Jumlah F Rpm Torsi Q PEL BHP WHP ήT ήe ήG    mH2O mm volt A lampu N   Nm              

175%

     

3 59 0.36 1.85 5 0.569 465 0.1821 0.00122 0.666 8.87 35.969 24.659 1.85 7.5092 3 59 0.41 1.87 4 0.549 475 0.1758 0.00122 0.7667 8.748 35.969 24.321 2.13 8.7643 3 58 0.51 1.8 3 0.549 470 0.1758 0.00118 0.918 8.656 34.6 25.017 2.65 10.614 3 58 0.99 1.67 2 0.53 525 0.1695 0.00118 1.6533 9.323 34.6 26.947 4.78 17.735 3 56 2.48 1.28 1 0.451 680 0.1444 0.00109 3.1744 10.29 31.95 32.197 9.94 30.866 3 54 7.98 0 0 0.177 1215 0.0565 0.001 0 7.192 29.418 24.449 0 0

No Bukaan H h V Arus Jumlah F Rpm Torsi Q PEL BHP WHP ήT ήe ήG    mH2O mm volt A lampu N   Nm              

775%

     

4 62 0.61 2.92 5 0.53 645 0.1695 0.00137 1.7812 11.45 53.674 21.341 3.32 15.558 4 61 0.75 2.83 4 0.53 660 0.1695 0.00132 2.1225 11.72 51.729 22.658 4.1 18.119 4 61 1.18 2.63 3 0.549 670 0.1758 0.00132 3.1034 12.34 51.729 23.854 6 25.1510 4 60 2.21 2.33 2 0.412 830 0.1318 0.00127 5.1493 11.46 49.824 23.01 10.3 44.9211 4 60 4.36 1.68 1 0.353 1075 0.113 0.00127 7.3248 12.73 49.824 25.545 14.7 57.5512 4 58 9.91 0 0 0 1495 0 0.00118 0 0 46.133 0 0 0

No Bukaan H h V Arus Jumlah F Rpm Torsi Q PEL BHP WHP ήT ήe ήG    mH2O mm volt A lampu N   Nm              

1375%

     

5 63 0.93 3.7 5 0.628 810 0.2009 0.00142 3.441 17.05 69.574 24.504 4.95 20.1814 5 63 1.24 3.55 4 0.569 860 0.1821 0.00142 4.402 16.4 69.574 23.578 6.33 26.8315 5 62 1.9 3.28 3 0.569 902 0.1821 0.00137 6.232 17.21 67.092 25.644 9.29 36.2216 5 61 3.21 2.83 2 0.491 1045 0.157 0.00132 9.0843 17.18 64.661 26.575 14 52.8717 5 59 5.75 1.93 1 0.373 1315 0.1193 0.00122 11.0975 16.43 59.948 27.413 18.5 67.5318 5 58 11.31 0 0 0 1730 0 0.00118 0 0 57.666 0 0 0

c. Tabel Perhitungan untuk bukaan 50 %

No Bukaan H h V Arus Jumlah F Rpm Torsi Q PEL BHP WHP ήT ήe ήG    mH2O mm volt A lampu N   Nm              

150%

     

3 59 0.24 1.51 5 0.471 385 0.1507 0.00122 0.3624 6.077 35.969 16.897 1.01 5.9632 3 59 0.26 1.48 4 0.471 385 0.1507 0.00122 0.3848 6.077 35.969 16.897 1.07 6.3323 3 58 0.34 1.46 3 0.471 398 0.1507 0.00118 0.4964 6.283 34.6 18.158 1.43 7.9014 3 57 0.62 1.43 2 0.451 433 0.1444 0.00113 0.8866 6.55 33.26 19.694 2.67 13.545 3 56 2.03 1.18 1 0.412 630 0.1318 0.00109 2.3954 8.702 31.95 27.236 7.5 27.536 3 54 6.9 0 0 0.196 1078 0.0628 0.001 0 7.09 29.418 24.102 0 0

No Bukaan H h V Arus Jumlah F Rpm Torsi Q PEL BHP WHP ήT ήe ήG    mH2O mm volt A lampu N   Nm              

750%

     

4 61 0.53 2.69 5 0.667 617 0.2135 0.00132 1.4257 13.8 51.729 26.674 2.76 10.338 4 60 0.64 2.65 4 0.687 620 0.2197 0.00127 1.696 14.27 49.824 28.647 3.4 11.889 4 59 0.99 2.51 3 0.667 653 0.2135 0.00122 2.4849 14.6 47.958 30.45 5.18 17.0210 4 57 1.89 2.24 2 0.628 748 0.2009 0.00113 4.2336 15.74 44.347 35.501 9.55 26.8911 4 55 3.85 1.58 1 0.53 930 0.1695 0.00104 6.083 16.52 40.893 40.388 14.9 36.8312 4 54 9.28 0 0 0.196 1405 0.0628 0.001 0 9.241 39.224 23.56 0 0

No Bukaan H h V Arus Jumlah F Rpm Torsi Q PEL BHP WHP ήT ήe ήG

    mH2O mm volt A lampu N   Nm              

1350%

     

5 63 0.8 3.48 5 0.844 740 0.27 0.00142 2.784 20.93 69.574 30.082 4 13.314 5 62 1.1 3.33 4 0.785 790 0.2511 0.00137 3.663 20.78 67.092 30.979 5.46 17.6215 5 61 1.65 3.08 3 0.726 870 0.2323 0.00132 5.082 21.17 64.661 32.744 7.86 2416 5 60 2.85 2.69 2 0.687 960 0.2197 0.00127 7.6665 22.1 62.279 35.485 12.3 34.6917 5 58 5.23 1.85 1 0.549 1235 0.1758 0.00118 9.6755 22.74 57.666 39.442 16.8 42.5418 5 56 10.98 0 0 0.216 1639 0.0691 0.00109 0 11.86 53.25 22.269 0 0

3.8.4 Analisa Perhitungan

Data diambil dari datum no 7, dimana datum no. 7, percobaan pada bukaan

100%, H = 3 mH2O, jumlah lampu = 5.

1. Datum no. 7 (bukaan 100%, H = 4 mH2O, jumlah lampu = 5)

Putaran rpm (n)

Debit Aliran (Q)

Gambar 3.15. Grafik Kalibrasi Weirs

Dari grafik kalibrasi weirs didapat ;

Dimana y = Q (m3/menit)

x = h (mm)

Maka untuk h = 61 mm

m3/s

Daya Air (WHP)

WHP = ρ.g.Q.H

Dimana :

ρ = 1000 kg/m3

g = 9,81 m/s2

Q = 0,0018 m3/s

H = 4 mH2O

Sehingga

Torsi (T)

Dimana F = 0,804 N

r = 32 cm = 0,32 m

maka T = 0,726 x 0,32 = 0,2574 Nm

Daya keluar turbin (BHP)

BHP =

=

= 20,9

Daya Listrik (PEL)

Pel = Vj.Ij

= 0,8volt . 3,48 A

= 2,784 watt

Efisiensi Turbin

ηT = daya mekanik / daya air .100%

= x 100 %

= x 100%

= 29,561 %

Efisiensi total

ηe = x 100 %

= x 100 %

= 3,94 %

Efisiensi Generator

ηG = X 100 %

= x 100 %

= 13,32 %

3.8.5 Grafik dan Analisa Grafik

Grafik H-WHP pada 5 lampu menyala dengan Variasi Bukaan Sudu

Gambar 3.16 Grafik Hubungan H-WHP pada 5 lampu menyala dengan variasi

bukaan vane

Pada grafik digambarkan bukaan sudu 100% dengan warna merah,

bukaan sudu 75% dengan warna hijau dan bukaan sudu 50% dengan warna biru pada

lima lampu menyala. Dengan mengetahui nilai Head dan menghitung daya hidrolisnya

maka akan diketahui titik dan korelasinya. Bukaan sudu 100% menghasilkan WHP

lebih besar dibandingkan dengan bukaan 75 dan 50%. Semakin besar bukaan maka

semakin tinggi pula nilai WHP nya. Makin besar Head maka semakin besar puladaya

Hidrolisnya berdasarkan grafik di atas.

Grafik H-BHP pada 5 lampu menyala dengan Variasi Bukaan Sudu

Gambar 3.17 Grafik Hubungan n-T pada H=3 mH2O dengan variasi bukaan vane

Pada grafik digambarkan bukaan sudu 100% dengan warna merah, bukaan

sudu 75% dengan warna hijau dan bukaan sudu 50% dengan warna biru pada lima

lampu menyala. Dengan mengetahui nilai Head dan menghitung daya turbin maka akan

diketahui titik dan korelasinya. Bukaan sudu 100% menghasilkan BHP lebih besar

dibandingkan dengan bukaan 75 dan 50%. Semakin besar bukaan maka semakin tinggi

pula nilai BHP nya. Makin besar Head maka semakin besar puladaya turbinnya

berdasarkan grafik di atas.

Grafik H-PEL pada 5 lampu menyala dengan Variasi Bukaan Sudu

Gambar 3.18 Grafik Hubungan n-WHP pada H=3 mH2O dengan variasi bukaan vane

Pada grafik digambarkan bukaan sudu 100% dengan warna merah, bukaan

sudu 75% dengan warna hijau dan bukaan sudu 50% dengan warna biru pada lima

lampu menyala. Dengan mengetahui nilai Head dan menghitung daya listrik maka akan

diketahui titik dan korelasinya. Bukaan sudu 100% menghasilkan PEL lebih besar

dibandingkan dengan bukaan 75 dan 50%. Semakin besar bukaan maka semakin tinggi

pula nilai PEL nya. Makin besar Head maka semakin besar puladaya listrik yang

dihasilkannya berdasarkan grafik di atas.

Gambar 3.19 Grafik Hubungan H-ηt pada Lampu 5 dengan variasi bukaan vane

Pada grafik digambarkan besarnya nilai efisiensi turbin untuk beberapa variasi

bukaan (100%, 75%, 50%) dan beberapa besar head. Head dengan besar 3 mH2O

terletak di titik sebelah kiri, Head dengan besar 4 mH2O di tengah, Head dengan besar

5 mH2O di sebelah kanan.

Pada bukaan 75% head dengan besar 3 mH2O memiliki nilai yang lebih besar

dari pada head 4 dan 5 mH2O untuk beberapa variasi bukaan tetapi pada bukaan 100%

berbeda data yaitu tertinggi pada head 5. Hal ini dikarenakan, semakin besar nilai head

maka nilai gaya makin besar, nilai Torsi makin besar, sehingga nilai BHP besar dan

efisiensi pun menjadi besar pula tetapi pada beberapa titik head memiliki efisiensi

menurun dengan titik tertentu sebagai titik balik efisiensi maksimum. Efisiensi

maksimum terletak pada titik bukaan 100% pada satu lampu menyala yaitu 41,51%.

3.9 Kesimpulan dan Saran

3.9.1 Kesimpulan

1. Persentase vane bukaan 100% akan menghasilkan daya yang lebih besar

dibandingkan dengan persentase vane bukaan 75% dan 50 %

2. Torsi yang lebih besar akan menghasilkan daya yang lebih besar

3. Effisiensi tertinggi terjadi pada H = 5 mH2O dengan efisiensi 41,5 pada

bukaan 100 %

4. Nilai gaya bertambah sebanding dengan bertambahnya lampu dikarnakan

daya keluaran turbin yang dibutuhkan tergantung besarnya nilai arus (I)

dan hambatan (R)

5. BHP maksimum terjadi pada H = 5 mH2O dengan BHP 32,1 watt

pada bukaan 100% .

3.9.2 Saran

1. Agar mesin tetap stabil sebaiknya di tambah stabilizer

2. Kurangnya kalibrasi pada alat ukur dan mesinnya, karna pada suatu

pengukuran kesalahan dengan selisih 0,01 akan berpengaruh besar pada

pengukuran torsi dan effisiensi

3. Karena percobaan manual maka praktikan harus benar – benar teliti,

agar kesalahan dalam perhitungan dapat dihindari.

4. Praktikan harus lebih berhati – hati dalam melakukan pembacaan gaya

(F) dan head (H) sehingga didapatkan hasil pengamatan yang benar.

5. Setelah melaksanakan praktikum hendak membersihkan peralatan dan

perlengkapan dengan tertib.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Dietzel

[2] Jobsheet Praktikum Prestasi Mesin[3] http.www.emt-india.netprocesspower_plantsHydraulic_Turbine.htm

[4] www.google.com/turbin-air

[5] http.en.wikipedia.orgwikiFrancis_turbine

[6] http.www.viswiki.comenBanki_turbine