ABSTRAKTurbin air merupakan sarana untuk mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengetahui performansi atau efisiensi dari turbin pelton. Alat yang digunakan dalam praktikum ini yaitu; Turbin pelton, rem prony, indikator volume, Indikator tekanan, on/off sakelar, pengukur tekanan, pengukur gaya rem, spear, tachometer, pengaris, pompa dan motor. Data-data yang didapatkan terdiri dari beberapa variabel yang meliputi kapasitas, tekanan, putaran turbin, putaran pada pompa, dan beban pada turbin. Kesimpulan dari praktikum ini bahwa efisiensi dari turbin pelton merupakan perbandingan dari BHP dan WHP.

ABSTRACTWater turbine is a means to convert the potential energy of water into mechanical energy. The purpose of this lab is to determine the performance or efficiency of pelton turbine. The tools used in this lab are; turbine pelton, Prony brake, volume indicator, pressure indicator, on / off switch, pressure gauge, brake force gauge, spear, tachometer, pengaris, pumps and motors. The data obtained consists of several variables, including capacity, pressure, turbine wheel, spin the pump, and the load on the turbine. The conclusion of this lab that the efficiency of pelton turbine is the ratio of BHP and WHP.

BAB I

DASAR TEORI

Turbin pelton atau biasa disebut turbin impuls adalah suatu alat yang bekerja untuk merubah

energi kinetik air yang diakibatkan karena adanya energi potensial yang dimiliki oleh air, menjadi

energi kinetik berupa putaran pada poros turbin tersebut. Dan perputaran poros dari poros tersebut

bisa digunakan untuk memutar generator listrik, yang kemudian bisa dihasilkan energi listrik Pada

roda turbin terdapat sudu dan fluida kerja mengalir melaui ruang di antara sudu tersebut. Apabila

kemudian ternyata bahwa roda turbin dapat berputar, maka tentu ada gaya yang bekerja pada

sudu. Gaya tersebut timbul karena terjadinya perubahan momentum dari fluida kerja yang mengalir

di antara sudunya. Jadi, sudu haruslah dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat terjadi perubahan

momentum pada fluida kerja tersebut. Dari sebuah mekanisme turbin pelton ada beberapa ukuran

yang sering dijadikan acuan didalam penggunaannya. Ukuran-ukuran tersebut antara lain :

1. D= Diameter dari lingkaran sudu Turbin pelton yang terkena pancaran air, disingkat sebagai

Diameter lingkaran pancar (diameter roda rata-rata).

2. d= Diameter pancaran air yang mengenai sudu-sudu turbin.

3. n = Kecepatan putar roda turbin akibat dari energi kinetik air yang melaluinya.

Gambar 1

Turbin Pelton

http://www.jfccivilengineer.com/images/turbin4.gif

Dua hal yang penting yang selalu menjadi acuan didalam menentukan ukuran utama Turbin pelton

ialah kecepatan spesifik (ns) dan batas tinggi jatuh yang diinginkan (Hmaks). Ns ( Spesific Speed )

merupakan parameter untuk memilih pompa digunakan oleh para desainer pompa (perencana /

perancang pompa). Q pompa berkaitan erat dengan kapasitas pompa , dengan mengetahui

kapasitas pompa maka kita dapat menentukan berapa besarnya power dari pompa tersebut.

Perbandingan D/d, tidak boleh lebih kecil daripada harga standar. Pengaruh harga ini adalah adalah

pada saat pemilihan kecepatan putar roda turbin Pelton dan penentuan jumlah nosel yang

digunakan.

Diketahui tinggi air jatuh H. dengan demikian diketahui pula kecepatan air keluar.

c1 = 2 g H

(TIM DOSEN MIPA, 2007)

Selain itu dapat juga dihitung kecepatan tangensial roda (u =c1/2). Diameter roda (D = 60.u/n)

ditentukan menurut hasil pemilihan kecepatan putar roda turbin (n). Sedangkan dalam pemilihan

kecepatan putar roda turbin harus disesuaikan terhadap besarnya harga kecepatan spesifik dan

apakah harga kecepatan spesifik tersebut memenuhi tinggi air jatuh H yang diijinkan. Selain itu

untuk untuk n tinggi, apakah diameter roda tidak terlalu kecil, karena dikhawatirkan nanti akan

menyulitkan pembuatan ember sudu dan penampung lintang kaki sudu yang menerima beban

terlalu kecil. Diameter pancaran air diperoleh dari persamaan kontinuitas

V = A . c1 (A = d2 . /4)

Karena c1 = 2 g H

(TIM DOSEN MIPA, 2007)

Maka :

V = A . c1 → V / A = c1

V / A = 2 g H

V / d2 . /4 = 2 g H

d = (4 / [2g] )

d = (4 / [2.9,8] 3,14)

d = 0,536 .

d = 0,54 .

(Tahara,Haruo & Sularso, 2000)

,dimana V = debit dalam m3/detik, dan H dalam meter

Persamaan – persamaan dalam menenentukan efisiensi turbin, yang digunakan adalah :

A. BHP Turbin.

BHP dapat didefinisakan sebagai daya yang dihasilkan oleh fluida penggerak turbin

untuk menggerakkan turbin pada torsi dan kecepatan tertentu, atau bisa disebut juga input

power ke turbin dari fluida

BHP = 2π x Mt x N

Dimana :

N = Putaran turbin (Rps)

Mt = Momen puntir = (N.m)

m.g = Beban

B. Head Turbin

Head adalah energi persatuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan yang sesuai dengan kondisi instalasi. Head turbin dapat dirumuskan sebagai berikut :

Dimana : Ht : head turbin (m)P1 : tekanan pada permukaan fluida 1 (N/m2)P2 : tekanan pada permukaan fluida 2 (N/m2)V1 : kecepatan aliran dititik 1 (m/s)V2 : kecepatan aliran dititik 2 (m/s)p : massa jenis suatu fluida (kg/m3)g : gravitasi bumi (=9,8 m/s2)Z1 : tinggi aliran dititik 1 (m)Z2 : tinggi aliran dititik 2 (m)

C. Momen torsi (Mt)

Mt =

(Tahara, Haruo & Sularso, 2000)

Dimana : Mt = momen torsi turbin ( N.m )

F = gaya pada rem prony ( N )

hrem = efesiensi rem dengan harga 0,95

L = panjang lengan momen ( m )

D. Kecepatan aliran (v)

v =

(Tahara, Haruo & Sularso, 2000)

Dimana : v = kecepatan aliran (m/s)

Q = kapasitas / debit air (m3/s)

A = luas penampang pipa (m2)

E. WHP (Daya Air)

WHP dapat didefinisikan sebagai daya efektif yang diterima oleh air dari pompa per satuan waktu

(Tahara,Haruo & Sularso, 2000)

Dimana:

= x g = 1000 (kg/m3. m/s2)

Q = Debit Air {m3/s)

Ht = Head turbin (m)

F. Effisiensi

Efisiensi merupakan suatu ukuran dalam membandingkan rencana penggunaan keluaran (output) dengan penggunaan masukan pada turbin. Nilai maksimum dari efisiensi adalah 1 atau 100%. Pada praktikum turbin pelton, output yang digunakan adalah daya pengereman pada turbin (BHP) sedangkan input yang digunakan adalah daya air itu sendiri (WHP).

η = (Tahara, Haruo & Sularso, 2000)

BAB II

TAHAPAN PRAKTIKUM

2.1. TUJUAN PRAKTIKUM

Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengetahui performansi atau efisiensi dari

turbin pelton.

2.2. PERALATAN PRAKTIKUM

Turbin pelton.

Alat yang akan diamati unjuk kerjanya.

Rem prony.

Digunakan untuk mengerem putaran turbin

Indikator volume.

Digunakan untuk mengukur besarnya volume yang masuk dalam bak air

Indikator tekanan.

Digunakan untuk mengukur tekanan pada turbin

Motor

Digunakan untuk menyalakan pompa

pengukur tekanan.

Digunakan untuk mengukur besarnya tekanan pada pompa.

Pengukur gaya rem.

Digunakan untuk mengukur besarnya gaya rem pada turbin

Spear.

Digunakan untuk mengatur kapasitas fluida yang menuju turbin.

Tachometer

Digunakan untuk menghitung putaran turbin

Pompa

Sebagai penyuplai air ke turbin

2.3. GAMBAR RANGKAIAN

2.4. LANGKAH PERCOBAAN

Didalam melakukan pecobaan ini harus diperhatikan urutan langkah-langkah

percobaan sebagai berikut :

Memeriksa Alat

a. Penunjukkan beban pada motor maupun rem proni harus pada keadaan nol

b. Mengisi bak air

c. Menyiapkan 1 buah Tachometer

Langkah Percobaan

a. Menghidupkan motor pompa dengan putaran pada kedudukan low

b. Mengatur kapasitas fluida yang menuju turbin dengan mengatur spear pada

kedudukan satu

c. Mengatur rem prony untuk setiap kedudukan spear, sehingga putaran turbin.

d. Mengukur dan mencatat semua data yang diperlukan

e. Ulangi langkah poin b, c, dan d, untuk kedudukan spear pada kedudukan 2, 3, dan

seterusnya, dengan memutar spear 2 kali putaran untuk setiap perubahan

kedudukan.

2.5. TABEL PENGAMBILAN DATA

Spear 1

No. RPM Turbin Q (l/s) P (mH20) F (kgf)

1.

2.

3.

4.

5.I.

Spear 2

No. RPM Turbin Q (l/s) P (mH20) F (kgf)

1.

2.

3.

4.

5.II.

Spear 3

No. RPM Turbin Q (l/s) P (mH20) F (kgf)

1.

2.

3.

4.

5.III.

Spear 4

No. RPM Turbin Q (l/s) P (mH20) F (kgf)

1.

2.

3.

4.

5.

Surabaya, …………………… 2011

GRADER I,

…………………………...NRP.

GRADER II,

…………………………NRP.

BAB III

ANALISA DATA

3.1. PERHITUNGAN

Dari data-data percobaan yang didapat maka dapat dilakukan perhitungan sebagai

berikut :

Menghitung kecepatan fluida

Dari data percobaan didapatkan nilai Q yang kemudian kita cari nilai kecepatan fluida

dengan menggunakan rumus perhitungan data diatas.

V = Q / A

Dimana : Q = kapasitas fluida (m3/ s )

A = luas penampang pipa ( m2 )

V = kecepatan aliran fluida ( m/s )

Gaya yang bekerja pada turbin

Beban yang terdapat pada turbin dalam satuan kilogram sedangkan gaya dalam satuan

Newton konversi dari kilogram ke Newton.

F (Newton) = beban (kg) x g

Menghitung momen torsi

Dalam menghitung momen torsi diketahui panjang lengan gaya pada rem prony sepanjang 16

cm dari pusat putaran torsi. Dengan menggunakan rumus perhitungan momen torsi, akan

didapatkan :

Mt = ( F.L ) /hrem

Dimana : Mt = momen turbin ( N.m )

F = gaya pada rem prony ( N )

hrem = efesiensi rem dengan harga

0.95

L = panjang lengan momen ( m )

Menghitung head total dari instalasi

Untuk menghitung head total instalasi pada system, beriktu ini rumusan head total dari sistem

instalasinya :

Ht = ( P/γ ) + ( V2/2g ) + Z + Hl

Dimana Ht = head total ( m )

P = pressure ( N/m2 )

V = velocity (m/s)

g = grativy = 10 m/s2

Z = head static (m)

=Z1-Z2

Hl = head loses (m)

Menghitung BHP

Dengan menggunakan rumus perhitungan Ht kita dapat menghitung daya BHP , yaitu :

BHP = 2π.Mt.n ( watt )

Dimana Mt = momen torsi ( N.m)

n = putaran (rps )

Menghitung WHP

Untuk menghitung WHP dapat menggunakan rumusan yang telah ada yaitu :

HP = γ x Q x Ht

Dimana WHP = daya yang dibutuhkan ( watt )

Ht= head total

γ = berat jenis zat cair (kg/m2)

Q= kapasitas ( m3/s)

Menghitung efesiensi dari turbin

Efisiensi turbin merupakan perbandingan BHP dan WHP, berikut ini cara mencari efesiensi

ηt =

3.2. ANALISA GRAFIK

Dari rumus-rumus yang ada di dasar teori maka akan diperoleh beberapa grafik, antara lain :

Gambar 2

1. Grafik fungsi Q terhadap n

η =

η = [(2π x Mt x n) /(γ .Q.Ht) x 100%

η.Q = [(2π x Mt x n) /(γ .Ht) x 100%

→ Q ≈ n

2. Grafik fungsi H terhadap Q

WHP = γ .Q.Ht

Ht = WHP / γ .Q

→ Ht ≈ 1/Q

3. Grafik fungsi Efisiensi terhadap n

η =

η = [(2π x Mt x n) /(γ .Q.Ht) x 100%

→ η ≈ n

4. Grafik fungsi BHP terhadap Q

η =

η.WHP = BHP x 100%

η. γ.Q.Ht = BHP x 100%

→ η ≈ Q

5. Grafik fungsi Effisiensi terhadap BHP

η =

→ η ≈ BHP

6. Grafik fungsi Effisiensi terhadap Q

η =

η = [ BHP / (γ.Q.Ht ) ] x 100%

→ η ≈ 1/Q

7. Grafik fungsi F terhadap n

BHP = 2π x Mt x n

BHP = 2π x ((F x l) / hrem) x n

BHP / l = 2π x l / hrem x n

8. Grafik fungsi WHP terhadap n

η =

η.WHP = 2π x Mt x n x 100%

→ WHP ≈ n

9. Grafik fungsi Efisiensi terhadap WHP

η =

→ η ≈ 1 / WHP

10. Grafik fungsi BHP terhadap n

BHP = 2π x Mt x n

→ BHP ≈ n

DAFTAR PUSTAKA

Dietzel, Fritz, ”Turbin, Pompa dan kompresor”, Erlangga, Jakarta.

Tahara,Haruo & Sularso, 2000, “Pompa dan kompresor”, Jakarta, PT Pradnya Paramita.

TIM DOSEN MIPA, 2007, ”FISIKA DASAR 1”, FMIPA-ITS.

http://www.jfccivilengineer.com/images/turbin4.gif