iv
PENGARUH SUDUT SUDU SEGITIGA TERHADAP PERFORMANSI
PEMBANGKIT LISTRIK PIKO HIDRO
Oleh : Kadek Budiartawan
Pembimbing : Ir. Anak Agung Adi Suryawan, MT.
Ir. Made Suarda, M.Eng
ABSTRAK
Kincir air adalah salah satu komponen penting dalam Pembangkit
Listrik Tenaga Piko Hidro. Desain kincir air sangat menentukan efisiensi dari
PLTPH. Kincir air dengan sudu segitiga mudah dibuat tetapi belum
diketahui bentuk sudu segitiga yang memiliki efisiensi tertinggi .Penelitian
dilakukan dengan menguji model kincir air pada skala laboratorium. Agar
bekerja optimal ditentukan parameter input yaitu debit air, kecepatan aliran
air dan ketinggian, sedangkan parameter yang diuji adalah kincir air dengan
variasi sudut sudu segitiga yaitu 70°, 80°, 90°, 100°, dan 110°. Dari hasil penelitian didapatkan efisiensi tertinggi kincir air sudu segitiga pada sudut
sudu segitiga 100⁰ yaitu sebesar 27,1% pada sudut nosel 1/3 beta. Kemudian
disusul kincir air sudu segitiga pada sudut 90⁰, 110⁰, 80⁰ dan terakhir 70⁰
pada masing-masing sudut nosel 1/3 beta.
Kata kunci: piko hidro, kincir air, sudu segitiga
v
EFFECT OF TRIANGLE ANGLE VARIATION ON PICOHYDRO
WATERWHEEL PERFORMANCE
Author : Kadek Budiartawan
Guidance : Ir. Anak Agung Adi Suryawan, MT.
Ir. Made Suarda, M.Eng
ABSTRACT
Waterwheel is one of the important components in Pico Hydro Power
Plant. The design of the waterwheel greatly determines the efficiency of the
Pico Hydro Power Plant. Waterwheel with triangular blade easy to make but
not yet known form of triangle blade which has the highest efficiency. The
research is done by testing the model of waterwheel on the laboratory scale.
In order to work optimally determined the input parameters are water
discharge, water flow velocity and elevation, while the parameters tested are
waterwheels with variation angle of triangle blade that is 70 °, 80 ° , 90 °, 100
°, and 110 °. From the research results obtained the highest efficiency of the
waterwheel triangle on the angle of the triangle 100⁰ is 27.1% at the nozzle 1/3 beta angle. Then followed by a waterwheel triangle angle at an angle of
90⁰, 110⁰, 80⁰ and last 70⁰ at each corner of the nozzle 1/3 beta.
Key word : Pico Hydro, water wheel, triangle blade
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Pengaruh Variasi Sudut Sudu Segitiga terhadap Performansi Kincir Air
Piko Hidro”.
Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari
berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-
besarnya kepada:
1. Bapak Dr. Ir. I Ketut Sugita, MT., selaku kepala program studi
Teknik Mesin Universitas Udayana.
2. Bapak Ir. Anak Agung Adhi Suryawan, MT. selaku Dosen
Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini.
3. Bapak Ir. Made Suarda, M.Eng. selaku Dosen Pembimbing II
dalam penulisan skripsi ini.
4. Bapak Dr. Ir. I Gusti Ngurah Priambadi, M.Erg. selaku Dosen
Pembimbing Akademik.
5. Bapak/Ibu Dosen serta staf pegawai Program studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Udayana.
6. Semua pihak dan kawan-kawan Program studi Teknik Mesin yang
telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini
Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan
mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh
karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari
berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis
mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi
ini.
Bukit Jimbaran, Agustus 2017
Penulis
vii
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN i
LEMBAR PESETUJUAN ii
PERNYATAAN iii
ABSTRAKS iv
ABSTRACT v
KATA PENGANTAR vi
DAFTAR ISI vii
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR TABEL xi
DAFTAR LAMPIRAN xii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Tujuan Penelitian 2
1.4 Batasan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 3
BAB II LANDASAN TEORI 4
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Air 4
2.1.1 Pengertian Umum 4
2.1.2 Klasifikasi Hydropower 4
2.1.3 Pemilihan Lokasi 4
2.2 Komponen-Komponen PLTA 5
2.2.1. Sumber Air (Water Supply) 5
2.2.2. Bangunan Intake / Forebay-Tank / Reservoir 5
2.1.3. Pipa Pesat atau Penstock Pip 6
2.1.4. Powerhouse dan Tailrace 6
2.1.5. Turbin atau Kincir Air 6
2.1.6. Generator 6
2.1.7. Drive Systems 7
viii
2.1.8. Controller 7
2.3 Pemilihan Turbin atau Kincir Air 8
2.4 Daya dan Efisiensi 9
2.5 Metode Perancangan Profil Sudu Kincir Air 11
BAB III METODE PENELITIAN 13
3.1 Rancangan Penelitian 13
3.2 Peralatan Pengujian 15
3.3 Lingkup Penelitian 15
3.4 Prosedur Pelaksanaan 16
3.5 Langkah-langkah Penelitian 16
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 18
4.1 Hasil 18
4.1.1 Data Tercatat 18
4.1.2 Pengujian Kincir Air Sudut Sudu (θ) = 70° 20
4.1.3 Pengujian Kincir Air Sudut Sudu (θ) = 80° 21
4.1.4 Pengujian Kincir Air Sudut Sudu (θ) = 90° 22
4.1.5 Pengujian Kincir Air Sudut Sudu (θ) = 100° 23
4.1.6 Pengujian Kincir Air Sudut Sudu (θ) = 110° 24
4.2 Pembahasan 25
4.2.1 Performansi Kincir Air Sudut Sudu (θ) = 70° 25
4.2.2 Performansi Kincir Air Sudut Sudu (θ) = 80° 27
4.2.3 Performansi Kincir Air Sudut Sudu (θ) = 90° 28
4.2.4 Performansi Kincir Air Sudut Sudu (θ) = 100° 30
4.2.5 Performansi Kincir Air Sudut Sudu (θ) = 110° 31
4.2.6 Perbandingan Daya dan Efisiensi Maksimum Kincir
air pada sudut sudu (θ) = 70°,80 °, 90°, 100°, 110° 33
4.3 Perbandingan performansi kincir air sudu lurus, sudu
segitiga, dan sudu lengkung ke belakang 36
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 37
DAFTAR PUSTAKA 38
LAMPIRAN 39
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Kincir air dengan bentuk sudu segitiga 1
Gambar 1.2. Sudut Sudu segitiga yang akan divariasikan 2
Gambar 2.1. Skema Instalasi PLTMH 5
Gambar 2.2. Aplikasi pemilihan jenis turbin 9
Gambar 2.3. Perancangan profil sudu segitiga 12
Gambar 3.1. Skema model uji kincir air (picohydro) 13
Gambar 3.2. variasi sudut sudu dan sisi masuk fluida kerja (a) sudut sudu 70,
(b) sudut sudu 80, (c) sudut sudu 90 (d) sudut sudu 100, dan (e)
sudut sudu 110 14
Gambar 3.3. variasi sudut sisi masuk fluida kerja 15
Gambar 3.4. Langkah-langkah penelitian 17
Gambar 4.1. Skema model uji kincir air (titik referensi untuk menghitung
Head Efektif Kincir) 19
Gambar 4.2. Hubungan antara putaran kincir dan sudut masuk fluida kerja
(β) terhadap Daya kincir air sudu segitiga pada sudut sudu
(θ) = 70° 26
Gambar 4.3. Hubungan antara putaran kincir dan sudut masuk fluida kerja
(β) terhadap Efisiensi kincir air sudu segitiga sudut sudu
(θ) = 70° 26
Gambar 4.4. Hubungan antara putaran kincir dan sudut masuk fluida kerja
(β) terhadap Daya kincir air sudu segitiga pada sudut sudu
(θ) = 80° 27
Gambar 4.5. Hubungan antara putaran kincir dan sudut masuk fluida kerja
(β) terhadap Efisiensi kincir air sudu segitiga sudut sudu
(θ) = 80° 28
Gambar 4.6. Hubungan antara putaran kincir dan sudut masuk fluida kerja
(β) terhadap Daya kincir air sudu segitiga pada sudut sudu
(θ) = 90° 29
x
Gambar 4.7. Hubungan antara putaran kincir dan sudut masuk fluida kerja
(β) terhadap Efisiensi kincir air sudu segitiga pada sudut
sudu (θ) = 90° 29
Gambar 4.8. Hubungan antara putaran kincir dan sudut masuk fluida kerja
(β) terhadap Daya kincir air sudu segitiga sudut sudu
(θ) = 100° 30
Gambar 4.9. Hubungan antara putaran kincir dan sudut masuk fluida kerja
(β) terhadap Efisiensi kincir air sudu segitiga sudut sudu
(θ) = 100° 31
Gambar 4.10. Hubungan antara putaran kincir dan sudut masuk fluida kerja
(β) terhadap Daya kincir air sudu segitiga sudut sudu (θ)
= 110° 32
Gambar 4.11. Hubungan antara putaran kincir dan sudut masuk fluida kerja
(β) terhadap Efisiensi kincir air sudu segitiga sudut sudu
(θ)= 110° 32
Gambar 4.12. Perbandingan Efisiensi Maksimum Kincir Air Sudu Segitiga pada
sudut sudu (θ) = 70°,80 °, 90°, 100°, 110° 33
Gambar 4.13 Perbandingan bentuk sudu kincir air sudu segitiga sudut sudu:
a. 70 derajat, b. 80 derajat, c. 90 derajat, d. 100 derajat,
d. 110 derajat, 32
Gambar 4.14. Fluida pada putaran kincir : a. Putaran lambat, b. Putaran cepat 33
Gambar 4.15. arah fluida kerja pada masing-masing sudut nosel (a) sudut
nosel 0 derajat, (b) sudut nosel 1/3 β. 33
Gambar 4.16. Fluida pada kincir: a. Kincir sudu segitiga sudut sudu 70
derajat, b. Kincir sudu segitiga sudut sudu 110 derajat 34
Gambar 4.17. perbandingan performansi kincir air sudu lurus, sudu
segitiga, dan sudu lengkung ke belakang 34
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Klasifikasi hydropower 4
Tabel 2.2. Pemilihan jenis turbin air berdasarkan head 8
Tabel 4.1. Pengujian kincir air sudu segitiga pada sudut sudu (θ) = 70° 20
Tabel 4.2. Pengujian kincir air sudu segitiga pada sudut sudu (θ) = 80° 21
Tabel 4.3. Pengujian kincir air sudu segitiga pada sudut sudu (θ) = 90° 22
Tabel 4.4. Pengujian kincir air sudu segitiga pada sudut sudu (θ) = 100° 23
Tabel 4.5. Pengujian kincir air sudu segitiga pada sudut sudu (θ) = 110° 24
Tabel 4.6. Daya dan Efisiensi kincir air sudu segitiga pada sudut
sudu (θ) = 70° 25
Tabel 4.7. Daya dan Efisiensi kincir air sudu segitiga pada sudut
sudu (θ) = 80° 27
Tabel 4.8. Daya dan Efisiensi kincir air sudu segitiga pada sudut
sudu (θ) = 90° 28
Tabel 4.9. Daya dan Efisiensi kincir air sudu segitiga pada sudut
sudu (θ) = 100° 30
Tabel 4.10. Daya dan Efisiensi kincir air sudu segitiga pada sudut
sudu (θ) = 110° 31
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Skema Alat Uji 39
Lampiran 2. Variasi Kincir Sudu Segitiga 40
Lampiran 3.Dokumentasi Pengujian 41
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Hydropower adalah salah satu renewable energy yang berpotensi untuk
dikembangkan di Indonesia dan Bali pada khususnya. Hal ini dikarenakan banyaknya
sumber aliran air pada sungai atau saluran irigasi yang mempunyai debit aliran air
yang relatif kecil pada head yang rendah yang berpotensi dimanfaatkan sebagai
pengembangan Pembangkit Listrik Tenaga Piko Hidro. Kincir air adalah komponen
utama yang mengkonversi energi dari aliran air menjadi energi mekanis yang
kemudian digunakan untuk menggerakkan generator. Untuk mendapatkan energi
listrik yang optimal dibutuhkan kincir air yang bisa menghasilkan output putaran
kincir dan efisiensi yang tinggi, maka perlu dibuat desain sudu kincir air dengan
bentuk yang tepat tetapi mudah dibuat dan murah.
Pada umumnya kincir air memiliki bentuk sudu lurus. Jasa (2014) telah
membuat desain dan menguji kincir air dengan bentuk sudu segitiga, seperti pada
Gambar 1.1, yang dapat menghasilkan efisiensi 5,73% lebih besar dibandingkan
dengan bentuk sudu lurus.
Gambar 1.1. Kincir air dengan bentuk sudu segitiga
(Sumber: Jasa, et.al., 2014)
Dalam penelitian ini diuji kincir air sudu segitiga dengan variasi sudut sudu
dan sudut masuk fluida untuk mendapatkan efisiensi yang paling optimal. Penelitian
yang dilakukan oleh Sakurai (2009) adalah melakukan uji coba terhadap purwarupa
model turbin air dalam skala laboratorium. Metode tersebut memungkinkan
dilakukan penelitian di laboratorium tanpa harus dilokasi. Pada penelitian
2
sebelumnya Suryawan (2016) telah membuat dan menguji desain model kincir
dengan sudu lurus, sudu melengkung kedepan dan sudu melengkung kebelakang
untuk mendapatkan desain sudu yang optimal.
Pembangkit listrik tenaga air skala sangat kecil sangat potensial
dikembangkan di daerah pedesaan. Pada penelitian ini akan dibuat dan diuji desain
model kincir sudu segitiga dengan memvariasikan sudut segitiga untuk mendapatkan
desain sudu yang optimal namun mudah dibuat dan murah harganya.
Gambar 1.2.Sudut sudu kincir air sudu segitiga yang akan divariasikan
1.2. Rumusan Masalah
Adapun permasalahan yang dibahas dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana rancangan sudut sudu kincir air sudu segitiga dan sudut masuk fluida
kerja kincir air yang dapat menghasilkan daya yang lebih tinggi untuk
pembangkit listrik skala sangat kecil (picohydro) namun mudah dibuat?
2. Berapa sudut sudu segitiga kincir air yang menghasilkan performansi optimal?
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk:
1. Mengetahui rancangan sudut sudu kincir air sudu segitiga dan sudut masuk fluida
kerja kincir air yang dapat menghasilkan daya yang lebih tinggi untuk
pembangkit listrik skala sangat kecil (picohydro) namun mudah dibuat.
θ
3
2. Mengetahui sudut sudu kincir air sudu segitiga yang menghasilkan performansi
optimal.
1.4. Batasan Penelitian
Agar penelitian ini tidak menyimpang dari tujuan yang direncanakan
sehingga mempermudah mendapatkan data dan informasi yang diperlukan, maka
penulis menetapkan batasan-batasan sebagai berikut:
1. Perancangan kincir sudu segitiga divariasikan pada sudut depan hipotenusa
segitiga.
2. Variasi sudut sudu (θ) dibatasi hingga 5 varian yang paling memungkinkan
untuk dibuat yaitu θ = 70°, 80°, 90°, 100°, dan 110°.
3. Sudut masuk fluida kerja (β) sesuai dengan sudut relatif sisi masuk sudu.
4. Penelitian dilakukan dengan model skala laboratorium.
5. Penelitian dibatasi pada kondisi breastshoot.
6. Variable tetap yaitu debit air(Q), ketinggian air(H), dan kecepatan aliran air
(V).
1.5. Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai desain kincir air
sudu segitiga yang lebih efisien dalam rangka meningkatkan performansi PLTPH
yang mempunyai head rendah. Diharapkan dapat mengembangkan PLTPH dengan
mudah dan murah.