ii

EKSPERIMENTAL PENGGUNAAN DUA NOSEL TERHADAP UNJUK

KERJA KINCIR AIR SUDU LENGKUNG KEDEPAN DAN LURUS

Oleh : I KETUT PUNIA WIBAWA

Nim : 1219351022

Dosen pembimbing I : Ir. A.A. Adhi Suryawan, MT

Dosen pembimbing II : Ir. Made Suarda, M. Eng.

ABSTRAK

Pembangkit listrik tenaga air skala kecil yang dikenal dengan picohydro menarik untuk

diteliti, sehingga banyak usaha dilakukan untuk menaikkan unjuk kerjanya. Dari desain sudu,

variasi sudut masuk fluida dan hal-hal teknis lainnya. Pada penelitian ini dibuat dan diuji lebih

dari satu nosel dengan desain model kincir (skala laboratorium) , sudu melengkung kedepan

(forward curve vanes ; sudut β1 < 90) dan sudu lurus atau radial (straight or radial vanes ; β1

= 90). Data-data yang diamati pada pengujian ini adalah : Kapasitas aliran (Qa), Head air

(Ha), Putaran kincir (n), pada setiap variasi beban. Hasil penelitian menunjukan unjuk kerja

sudu lengkung ke depan dan sudu lurus. Sudu dengan lengkung ke depan menggunakan satu

nosel θ = 600

mencapai efisiensi maksimum sebesar 4,2 % sedangkan sudu lurusmenggunakan

satu nosel θ = 900 maksimum sebesar 21,6 % dan perbedaan mengunakan dua nosel sudu

lengkung ke depan menggunakan dua nosel θ = 600

mencapai efisiensi maksimum sebesar 5,0 %

sedangkan sudu lurusmenggunakan dua nosel θ = 900 maksimum sebesar 23,6 %. Oleh karena

itu sudu lurus mengunakan dua nosel dapat dipertimbangkan dalam implementasi di lapangan.

Kata kunci : nosel, kelengkungan kincir air, unjuk kerja.

iii

EXPERIMENTAL USE OF TWO NOSELS TO WORK PERFORMANCE

WATER HARDWARE ENVIRONMENT AND STRAIGHT

By : I KETUT PUNIA WIBAWAL

NIM : 1219351022

Supervisor I : Ir. A A. Adhi Suryawan, MT

Supervisor II : Ir. Made Suarda, M.Eng.

ABSTRACT

Small scale hydroelectric power plant known as picohydro is interesting to study, so much effort

is made to raise its performance. From the design of the blade, the variation of fluid entry angle

and other technical matters. In this experiment, we tested more than one nozzle with a model

design of a mill (laboratory scale), forward curve vanes (angle β1 <900) and straight or radial

blades (straight or radial vanes, β1 = 900) . The data observed in this test are: Flow capacity

(Qa), Head of water (Ha), Turn of the mill (n), at each load variation. The results show the

performance of the curved blades forward and the blade straight. The forward curved corner

using a nozzle θ = 600 achieves a maximum efficiency of 4.2 % while the straight blade uses a

nozzle θ = 900 maximum of 21.6% and the difference using two forward curved blades nozzles θ

= 600 achieves efficiency Maximum of 5.0 % while the straight blades use two nozzles θ = 90

0

maximum of 23.6%. Therefore, straight blades using two nozzles can be considered in the field

implementation.

Keywords: one nozzle, water curve twist, performance.

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas

berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul

“Eksprimental Penggunaan Dua Nosel Terhadap Unjuk Kerja Kincir Air Sudu

Lengkung Kedepan dan Lurus”.

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 Gede Sugita, MT. selaku Ketua program studi Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana.

2. Bapak Ir.Anak Agung Adhi Suryawan,MT. selaku Dosen Pembimbing I

dalam penulisan skripsi ini.

3. Bapak Ir.Made Suarda, MEng. selaku Dosen Pembimbing II dalam

penulisan skripsi ini dan sekaligus sebagai Dosen Pembimbing Akademik,

4. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Udayana.

5. Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan dukungan berupa doa dan

materi dalam menyelesaikan skrips ini.

6. Keluarga Besar Mesin Non Reguler Universitas Udayana yang telah

membantu dalam penyelesaian skripsi ini.

7. Semua teman-teman kerja yang telah membantu dari tenaga, waktu dan

selalu member semangat, sehingga penulis selalu diberi ketegaran dalam

menghadapi semua ujian.

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.

Denpasar, Juli 2017

Penulis

v

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................. …... i

ABSTRAK ……………………………………………………………………….. ii

ABSTRAK ……………………………………………………………………….. iii

KATA PENGANTAR ......................................................................... ….. iv

DAFTAR ISI ...................................................................................... ….. v

DAFTAR GAMBAR ........................................................................... ….. vii

DAFTAR TABEL ............................................................................... ….. ix

BAB I PENDAHULUAN .................................................................... ….... 1

1.1. Latar Belakang… .............................................................. ….... 1

1.2. Rumusan Masalah ............................................................. ….... 2

1.3. Tujuan Penelitian .............................................................. ….... 2

1.4. Batasan Penelitian ............................................................. ….... 2

BAB II TI.NJAUAN PUSTAKA ......................................................... ….... 3

2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Air…… ................................... ….... 3

2.1.1. Pengertian Umum .................................................. ….... 3

2.1.2. Klasifikasi Hydropower ......................................... ….... 4

2.1.3. Pemilihan Lokasi ................................................... ….... 4

2.2. Komponen-komponen PLTMH……………………………………. 4

2.3. Daya dan Efisiensi ............................................................ ….... 11

2.4. Metode Perancangan Profil Sudu Kincir Air ...................... ….... 12

BAB III METODE PENELITIAN ...................................................... ….... 14

3.1. Bagan Aliran Penelitian ..................................................... ….... 14

3.2. Rancangan Penelitian ........................................................ …… 15

3.3. Bahan dan Alat ................................................................. ……. 16

3.4. Prosedur Pelaksanaan …………………………………….. .... ….... 17

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN…………………………………………. 18

4.1. Hasil ................................................................................. ….... 18

4.1.1. Pengujian Sudu Lengkung ke Depan dan Lurus Dengan

Menggunakan Satu Nosel ....................................... …… 19

4.1.2. Performansi Sudu Lengkung ke Depan dan Lurus Dengan

Menggunakan Satu Nosel ....................................... ….... 21

4.1.3 Pengujian Sudu Lengkung ke Depan dan Lurus

Menggunakan Dua Nosel. ....................................... …… 23

4.1.4. Performansi Sudu Lengkung ke Depan dan Lurus

Dengan Menggunakan Dua Nosel…………………….… 24

vi

4.1.5. Perbandingan Performansi Sudu Lurus Dengan

Menggunakan Satu dan Dua Nosel.….. ………………... 26

4.2. Pembahasan ....................................................................... ….... 27

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………………………………………. 30

5.1. Kesimpulan ........................................................................ ….... 30

5.2. Saran ................................................................................. ….... 30

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Klarifikasi hydropower…………………………………………………. 4

Tabel 2.2 Pemilihan jenis turbin air berdasarkan head ……… ...……................ 7

Tabel 4.1 Hasil percobaan menggunakan satu nosel…………………………….. 19

Tabel 4.2 Daya dan Efisiensi yang dihasilkan Sudu Lengkung ke depan

dan lurus pada variasi putaran kincir air menggunakan satu nosel… .. 21

Tabel 4.3 Hasil percobaan menggunakan dua nosel…………………………..…. 23

Tabel 4.4 Daya dan Efisiensi yang dihasilkan Sudu Lengkung ke depan dan

lurus pada variasi putaran kincir air menggunakan dua nosel……….. 24

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Kincir air dengan sudu di desa Pakisan...................................................... 1

Gambar 2.1 PLTMH Citra-Mekar Bogor Jawa-Barat................................................... 3

Gambar 2.2 Skema Instalasi PLTMH............................................................................ 5

Gambar 2.3 Air terjun sebagai sumber energi PLTMH................................................. 5

Gambar 2.4 Bangunan intake PLTMH Citra Mekar-Bogor.......................................... 5

Gambar 2.5 Pipa pesat PLTMH Citra-Mekar Bogor..................................................... 6

Gambar 2.6 Power house dan tailrace PLTMH Cikarang Cianjur Jawa-Barat............. 7

Gambar 2.7 Efisiensi pompa radial sebagai turbin air................................................... 8

Gambar 2.8 Performansi pompa axial sebagai turbin pada variasi pembebanan........... 9

Gambar 2.9 Diagram generator, ELC dan beban........................................................... 10

Gambar 2.10 Perancangan profil sudu dengan metode satu busur lingkaran.................. 12

Gambar 2.11 Perancangan Profil Sudu............................................................................ 13

Gambar 3.1 Bagan aliran penelitian............................................................................... 14

Gambar 3.2 Skema model uji kincir air satu nosel (picohydro).................................... 15

Gambar 3.3 Skema model uji kincir air dua nosel (picohydro)..................................... 16

Gambar 3.4 Desain sudu yang digunakan dalam penelitian.......................................... 17

Gambar 4.1

Gambar 4.2

Skematik perhitungan menentukan head turbin..............................................

Hubungan antara putaran kinci dan sudut kelengkungan sudu (Q)

terhadap daya poros poros kincir (n) sudu lengkung ke depan dan lurus

dengan menggunakan satu nosel................................................................ 22

Gambar 4.3 Hubungan antara putaran kincir (n) dan sudut kelengkungan sudu (Q)

terhadap efisiensi sudut lengkung ke depan dan lurus dengan

menggunakan satu nosel............................................................................ 22

Gambar 4.4 Hubungan antara putaran kinci dan sudut kelengkungan sudu terhadap

daya poros poros kincir sudu lengkung kedepan dan lurus dengan

menggunakan dua nosel............................................................................. 25

Gambar 4.5 Hubungan antara putaran kincir (n) dan sudut kelengkungan sudu

terhadap efisiensi sudut lengkung ke depan dan lurus dengan

menggunakan satu nosel............................................................................ 25

Gambar 4.6 Hubungan antara putaran kincir (n) dan sudut kelengkungan sudu (Q)

terhadap Daya Poros kincir air sudu lengkung ke depan dengan

menggunakan satu dan dua nosel............................................................... 26

Gambar 4.7 Hubungan antara putaran kincir (n) dan sudut kelengkungan sudu (Q)

terhadap efisiensi sudu lurus dengan menggunakan satu dan dua

nosel........................................................................................................... 26

Gambar 4.8 Polygon kecepatan..................................................................................... 27

Gambar 4.9 Satu nosel 130 ˚.......................................................................................... 28

Gambar 4.10 Dua nosel 130 ˚.......................................................................................... 28

Gambar 4.11 Pompa dan flwo meter............................................................................... 29

Gambar 4.12 Pully dan neraca pegas tampak samping.................................................... 29

18

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Air merupakan suber energi yang murah dan relatif mudah didapat karena pada air

tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). tenaga air

(haydropower) adalah energi yang diproleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat

dimanfatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik.

Mengingat di daerah pegunungan di Bali terdapat banyak sumber aliran air pada sungai

atau saluran irigasi yang mempunyai debit aliran relative kecil pada head yang rendah, sangat

potensial untuk dimanfaatkan sebagai pengembangan Pembangkit Listrik Tenaga Piko Hidro

(PLTPH), seperti pada Gambar 1.1. Pembangkit listrik tenaga air skala rumah tangga tersebut

banyak terpasang di desa Pakisan kecamatan Kubutambahan kabupaten Buleleng. Kincir air

tersebut dibuat oleh bengkel las yang ada disekitar desa tersebut, dimana kincir tersebut

menggunakan sudu lurus. Tegangan listrik yang dihasilkan sekitar 180 Volt, yaitu lebih rendah

dari tegangan standar 220 Volt. Hal ini disebabkan karena putaran yang dihasilkan kincir sebagai

penggerak generator listriknya relative rendah.

Gambar 1.1 Kincir air dengan sudu lurus di desa Pakisan

Pembangkit listrik tenaga air skala sangat kecil ini sangat potensial dikembangkan di

daerah pedesaan. Pada penelitian akan dibuat dan diuji desain model kincir dengan sudu

kelengkungan kedepan dan lurus dengan menggunakan satu dan dua nosel. Mengambil

pendekatan penggunaan jet nosel lebih dari satu seperti pada Turbin Pelton diharapkan kincir air

memilikiukuran yang lebihkecil, putaran lebih tinggi dan dalam operasionalnya lebih balans.

Hasil dari penelitian ini adalah rekomendasi rancangan yang tepat pembangkitan energi yang

optimal namun mudah dibuat dan murah harganya.

2

1.2. Rumusan Masalah

Adapun permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah :

1. Bagaimana unjuk kerja kincir air sudu kelengkungan kedepan dan lurus bila menggunakan

dua nosel ?.

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk :

1. Mendapatkan rancangan kincir air yang tepat untuk dapat menghasilkan daya dan putaran

lebih tinggi untuk pembangkit listrik skala sangat kecil (picohydro) namun mudah dibuat.

2. Mengetahui unjuk kerja kincir air sudu kelengkungan kedepan dan lurus bila menggunakan

dua nosel.

1.4. Batasan Penelitian

Adapun yang menjadi batasan penelitian adalah sebagai berikut :

1. Penelitian dilakukan dalam rancangan kincir air beberapa sudu skala laboratorium.

2. Pengujian dilakukan pada kincir air beberapa sudu dengan sudut kelengkungan

kedepandan lurus yaitu (Ɵ) = 500 , 60

0 ,70

0, 80

0, 90

0 .

3. Pengujian dilakukan dengan sudut masuk β1 =1300.