1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Sebagai mahasiswa/i program studi Teknik Konversi Energi, prioritas utama kami ialah

sistem operasi pembangkit diataranya PLTU, PLTD, PLTG, PLTGU, dan PLTA. Operasi

pembangkit tentunya membutuhkan komponen untuk sisitem pengoperasiannya, salag taunya

ialah turbin. Kami diharapkan untuk memahami sistem kerja turbin yang nantinya akan

digunakan pada pembangkit, dan yang akan di bahas pada praktikum ini adalah turbin air,

dan yang menjadi fokus ialah pompa aliran aksial.

B. Tujuan

1. Mahasiswa/i mampu memahami fungsi pompa aliran aksial

2. Mahasiswa/i mampu membuat gambar schematic alat ukur yang digunakan untuk

praktikum

3. Mahasiswa/i mampu membuat daftar semua lambang

4. Mahasiswa/i mampu membaca alat ukur

5. Mahasiswa/i mampu membaca dan menghitung Head, Torsi, Daya, Efisiensi untuk

perbedaan kondisi performa pompa

6. Mahasiswa/i mampu membuat kurva karakteristik pompa

7. Mahasiswa/i mampu membuat kesimpulan dan analisis dari praktikum

2

BAB II

DASAR TEORI

A. Pompa

Pompa adalah peralatan mekanik yang mengubah energi mekanik menjadi energi

hidrolik. Pompa membuat perbedaan tekanan diantara sisi inlet pompa, dimana tekanan

berada di bawah tekanan atmosfir pada sisi outlet. Perbedaan tekanan ini memberikan

perbedaan head.

Pompa aksial juga disebut pompa propeler. Pompa ini menghasilkan sebagian besar

tekanan dari propeler dan gaya lifting dari sudu terhadap fluida. Pompa ini biasa digunakan di

sistem drainase dan irigasi. Pompa aksial digunakan pada sistem-sistem yang membutuhkan

debit aliran fluida tinggi, dengan besar head yang rendah. Pompa jenis ini banyak digunakan

pada sistem irigasi, pompa penanggulangan banjir, dan di pembangkit listrik tenaga uap

digunakan untuk mensupply air laut sebagai media pendingin di kondensor.

Menghitung Daya Hidrolik (Dh)

VA V1

VN

V2

V1 > V2

P1 + gh1 + 1

2 V1

2 = P2 + gh2 +

1

2 V2

2

P2 P1 = 1

2 (V1

2 - V2

2) > 0

P2 > P1

P = 1

2 V

2

Dimana

P = F

A

3

F = P x A

F = 1

2 V

2 A

Selanjutnya

W = F x s

D = W

t =

F x s

t = F x V

D = 1

2 V

2 A V

Dh = Q x x g x H

Dimana :

Q = laju aliran fluida (m3/s)

= Masa Jenis fluida (kg/m3)

g = Percepatan Gravitasi ( m/s2)

H = Head (m)

Apabila kapasitas, masa jenis dan percepatan gravitasi telah terdapat pada

spesifikasi dan telah diketahui, maka yang dicari yaitu Head (H), berikut adalah

rumus perhitungan Head (H) :

H = Hs + Hd

H = ha + hp + Hf total + v2

2g

Dimana :

H = Head total pompa (m)

Hs = Head statis pompa (m) , Head statis adalah perbedaan ketinggian (elevasi)

dari sisi keluar (akhir proses) pompa dengan sisi hisap pompa.

Hd = Head statis pompa (m)

Hd = (1

12

1

22)

2

2

4

Menghitung Daya Poros (Ds)

Ws = x

Ds = Ws

t =

t

Ds = x

Dimana, = 2T 2n

60 =

n

30

Sehingga

Ds = x x n

30

Dimana:

Ds = Daya poros (kW)

= Kecepatan angular (rad/s)

= Torsi (Nm) m x g x l

Ds = x x n

30

Dimana:

N = (rpm)

F = Gaya (N)

l = Panjang lengan (m)

m = Massa (kg)

Menghitung efisiensi pompa :

= Dh

DS X 100%

Dimana,

= Efisiensi pompa (%)

Dh = Daya Hidrolik (Kw)

Ds = Daya Poros (Kw)

5

Gambar 2.1 Karakteristik dan Perbedaan

Pompa Aksial dan Pompa Sentrifugal

B. Turbin Kaplan

Turbin Kaplan adalah Turbin Air, jenis baling baling, yang memiliki pisau atau sirip,

yang dapat disesuaikan. Turbin ini dikembangkan pada tahun 1913 oleh Profesor Austria

Viktor Kaplan, yang dikombinasikan bilah baling-baling otomatis yang dapat disesuaikan,

dengan gerbang gawang otomatis yang juga dapat disesuaikan, untuk dapat mencapai

efisiensi melalui berbagai tingkat aliran dan air.

Turbin Kaplan merupakan Evolusi dari Turbin Francis. Penemuan yang memungkinkan

produksi listrik yang efisien di negara tertentu, yang memiliki head yang relatif rendah, yang

tidak mungkin diterapkan untuk Turbin Francis.

6

Gambar 2.2 Bagian turbin kaplan

Head Kaplan berkisar 10 - 70 meter dan Output Daya 5-120 MW. Diameter Runner

adalah antara 2 dan 8 meter. Kecepatan putar Runner turbin adalah 79-429 rpm. Turbin

Kaplan saat ini sudah banyak digunakan di seluruh dunia dalam High Flow, Low Head.

Sesuai dengan persamaan euler, maka makin kecil tinggi air jatuh yang tersedia,makin

sedikit belokannya aliran air di dalam sudu jalan. Dengan bertambahnya kapasitas air yang

masuk ke dalam turbin, maka akan bertambah besar pula luas penampang salauran yang

dilalui air, dan selain itu kecepatan putar yang demikian bisa ditentukan lebih tinggi.

Kecepatan spesifik bertambah,kelengkungan sudu, jumlah sudu, dan belokan aliran air di

dalam sudu berkurang.

Pada permulaan sekali disaat pengembang pusat tenaga sungai, turbinnya menggunakan

roda baling-baling dengan sudu-sudu tetap yang dituang.

Untuk tempat pusat listrik tenaga sungai harus dihitung lebih dahulu besarnya perubahan

tinggi air jatuhnya sepanjang tahun. Dan aliran sungai tersebut bisa diatur dengan memakai

bendungan. Makin besar kapasitas air yang mengalir pada saat air tinggi, akan makin tinggi

air jatuh yang bisa dimamfaatkan, karena tinggi permukaan air atas adalah konstan sedangkan

air kelebihan pada permukaan air bawah akan naik.

Turbin yang bekerja pada kondisi tinggi air jauh yang berubah-ubah mempunyai

kerugian, karena dalam perencanaan sudu turbin telah disesuaikan bahwa perpindahan energi

7

yang baik hanya terjadi pada titik normal yaitu pada kondisi perbandingan kecepatan dan

tekanan yang tertentu. Bila terjadi penyimpangan yang besar baik ke atas maupun ke bawah,

seperti yang terdapat pada pusat tenaga listrik sungai, randamen roda baling-balingnya turbin

cepat atau lambat akan turun.

Keuntungan turbin baling-baling dibandingkan dengan turbin francis adalah kecepatan

putarnya bisa dipilih lebih tinggi, dengan demikian roda turbin bisa dikopel langsung dengan

langsung dengan generator dan ukurannyapun lebih kecil.

Roda Jalan Turbin Kaplan : Kontruksi Dan Keadaan Aliran Air. Konstruksinya bisa

dibedakan, sampai dengan alat pengarah pada hakekatnya sama dengan turbin francis dan

pada leher poros terdapat sekitar 4 sampai 8 buah kipas sudu yang dapat diputar.

Gambar 2.3 Prinsip kerja turbin kaplan

Kipas sudu pada gambar Diatas ini sama seperti baling-baling atau sayap pesawat

terbang yaitu membawa aliran dengan belokan yang hanya sedikit. Bila untuk pesawat

terbang maksudnya adalah supaya dari gaya dorong yang ada bisa didapatkan gaya ke atas,

dengan tahanan yang sedikit mungkin. Tetapi pada turbin kaplan maksudnya adalah untuk

mendapatkan gaya tangensial yang bisa menghasilkan torsi pada pada poros.

8

Menghitung Daya Hidrolik (Dh)

Dh = Q x x g x H

Dimana :

Q = laju aliran fluida (m3/s)

= Masa Jenis fluida (kg/m3)

g = Percepatan Gravitasi ( m/s2)

H = Head (m)

Apabila kapasitas, masa jenis dan percepatan gravitasi telah terdapat pada

spesifikasi dan telah diketahui, maka yang dicari yaitu Head (H), berikut adalah

rumus perhitungan Head (H) :

H = Hs + Hd

H = ha + hp + Hf total + v2

2g

Dimana :

H = Head total pompa (m)

Hs = Head statis pompa (m) , Head statis adalah perbedaan ketinggian (elevasi)

dari sisi keluar (akhir proses) pompa dengan sisi hisap pompa.

Hd = Head statis pompa (m)

Hd = (1

12

1

22)

2

2

Menghitung Daya Poros (Ds)

Ws = x

Ds = Ws

t =

t

Ds = x

Ds = Daya poros (kW)

= Kecepatan angular (rad/s)

9

= Torsi (Nm) m x g x l

Ds = x x n

30

Menghitung efisiensi turbin :

= Ds

Dh X 100%

Dimana,

= Efisiensi turbin (%)

Dh = Daya Hidrolik (Kw)

Ds = Daya Poros (Kw)

10

BAB III

PROSEDUR PRAKTIKUM

A. Lokasi dan Waktu

Tanggal : 10 September 2014

Lokasi : Laboratorium Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Jakarta

B. Alat yang di butuhkan

b. No

Nama Alat Jumlah Gambar

1 Unit

Turbin

Kaplan

1

2 Alat Ukur (

Flow

meter,

Mano

Meter, dll)

3

3 Papan Bola

Lampu

1

11

4 Regulator

Tegangan

1

5 Kabel 20

C. Langkah Kerja

1. Mempersiapkan alat

2. Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah ini

Ser

ie

Par

alel

Trafo Regulator

Sumber AC 220 V

Excitation Supply

Fie

ld E

xcitat

ion

Load

Ke Beban

V VA

Input

Voltage

Output

Voltage

Output

Current

S1 S2 S3

L1 L2 L3 L4 L5 L6

12

3. Operasikan motor listrik, agar pompa mendapatkan daya

4. Atur sudut propeller pompa 1,8,15

5. Atur sudut propeller turbin 1,2,3 tiap satu propeller pompa

6. Atur tekanan Hi dan masukan beban pada pompa hingga posisi pompa seimbang.

7. Perhatikan dan catat data yang terbaca di alat ukur pada pompa,turbin,papan

beban,flow meter.

8. Atur kembali sudut propeller pompa dan turbin dengan sudut yang berbeda, lalu

ulangi langkah 4-5

13

BAB IV

DATA DAN PERHITUNGAN

HASIL PRAKTIKUM

A. Data Praktikum

No Posisition

Sudut

turbin

()

Input (Pump) Output Turbine

Flow

Rate

(l/s)

Speed

Pump

(rpm)

P1

(Mh2O)

P2

(kg/cm2) Torque

Speed

Turbine

(rpm)

v Current P5

(Mh2O)

P6

(Mh2O)

1 0.5

35 15,61

9700

0.2 0.6 0.7 1054 118 1.18 4.25 0.68

45 17.95 0.2 0.6 0.8 1018 110 1.1 4.25 0.68

55 18,31 0.25 0.6 0.7 978 105 1.05 4.25 0.68

2 2.5

35 15.69

9700

0.25 0.6 0.7 1071 120 1.18 4.4 0.68

45 17.56 0.25 0.6 0.8 1028 118 1.15 4.43 0.68

55 18.69 0.26 0.6 0.7 998 110 1.12 4.45 0.68

3 4.5

35 15.56

9800

0.26 0.6 0.8 1088 120 1.18 4.4 0.68

45 17.34 0.26 0.6 0.7 1044 119 1.15 4.42 0.68

55 18.26 0.28 0.6 0.7 1004 112 1.12 4.45 0.68

4 6.5

35 15.54

9600

0.3 0.6 0.8 1097 120 1.18 4.48 0.68

45 17.75 0.3 0.6 0.8 1068 119 1.15 4.45 0.68

55 18.48 0.3 0.6 0.8 1017 118 1.13 4.45 0.68

14

B. Data Hasil Pengolahan

Pompa

No Posisition

Sudut

turbin

()

Input (Pump) Output Turbine Generator

Flow

Rate

(l/s)

Speed

Pump

(rpm)

P1

(Mh2O)

P2

(kg/cm2)

Daya

Hidrolik

(KW)

Torque

Speed

Turbine

(rpm)

v Current P5

(Mh2O)

P6

(Mh2O)

Daya

Hidrolik

Turbin

(KW)

Daya

Mekanik

Daya

Listrik

1 0.5

35 0.01561

9700

2 60 905.38 0.7 1054 118 1.18 42.5 6.8 557.277 0.07722307 0.13924

45 0.01795 2 60 1041.1 0.8 1018 110 1.1 42.5 6.8 640.815 0.08524053 0.121

55 0.01831 2.5 60 1052.83 0.7 978 105 1.05 42.5 6.8 653.667 0.0716548 0.11025

2 2.5

35 0.01569

9700

2.5 60 902.175 0.7 1071 120 1.18 44 6.8 583.668 0.0784686 0.1416

45 0.01756 2.5 60 1009.7 0.8 1028 118 1.15 44.3 6.8 658.5 0.08607787 0.1357

55 0.01869 2.6 60 1072.81 0.7 998 110 1.12 44.5 6.8 704.613 0.07312013 0.1232

3 4.5

35 0.01556

9800

2.6 60 893.144 0.8 1088 120 1.18 44 6.8 578.832 0.09110187 0.1416

45 0.01734 2.6 60 995.316 0.7 1044 119 1.15 44.2 6.8 648.516 0.0764904 0.13685

55 0.01826 2.8 60 1044.47 0.7 1004 112 1.12 44.5 6.8 688.402 0.07355973 0.12544

4 6.5

35 0.01554

9600

3 60 885.78 0.8 1097 120 1.18 44.8 6.8 590.52 0.09185547 0.1416

45 0.01775 3 60 1011.75 0.8 1068 119 1.15 44.5 6.8 669.175 0.0894272 0.13685

55 0.01848 3 60 1053.36 0.8 1017 118 1.13 44.5 6.8 696.696 0.0851568 0.13334

Debit Q (l/s) x 10-3

= Q (m3/s) = 2 N/ 60

Head Pompa In (mH2O) x 10 = Head Pompa In (kPa) Pmekanik = x = (Watt) x 10-3

= (kW)

Head Pompa Out (kg/cm2) x 100 = Head Pompa Out (kPa) PListrik = V x I = (Watt) x 10

-3 = (kW)

Menghitung Daya hidrolik Pompa pada 1000 kg/m3; g = 9,81 m/s2

Ppompa = x g x H x Q = (kW

15

C. GRAFIK

Grafik Hubungan Antara Daya Hidrolik Pompa, Daya Hidrolik Turbin, Daya

Mekanik, dan Daya Listrik terhadap Debit.

Posisi Sudu Pompa 0.5 dan Sudu Turbin (35, 45, 55)

Posisi Sudu Pompa 2.5 dan Sudu Turbin (35, 45, 55)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0

200

400

600

800

1000

1200

0.01561 0.01795 0.01831

Debit ( m/s)

Day

a M

eka

nik

(W

att)

D

aya

List

rik

( W

att)

Day

a P

om

pa

(Wat

t)

Day

a Tu

rbin

(W

att)

Grafik Daya terhadap Debit

Daya Pompa

Daya Turbin

Daya Mekanik

Daya Listrik

Poly. (Daya Pompa)

Poly. (Daya Turbin)

Poly. (Daya Mekanik)

Poly. (Daya Listrik)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0

200

400

600

800

1000

1200

0.01569 0.01756 0.01869

Day

a M

eka

nik

( W

att)

D

aya

List

rik

( W

att)

Day

a P

om

pa

( W

att)

D

aya

Turb

in (

Wat

t)

Debit (m/s)

Grafik Daya Terhadap Debit

Daya Pompa

Daya Turbin

Daya Mekanik

Daya Listrik

Poly. (Daya Pompa)

Poly. (Daya Turbin)

Poly. (Daya Mekanik)

Expon. (Daya Listrik)

16

Posisi Sudu Pompa 4.5 dan Sudu Turbin (35, 45, 55)

Posisi Sudu Pompa 6.5 dan Sudu Turbin (35, 45, 55)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0

200

400

600

800

1000

1200

0.01556 0.01734 0.01826

Day

a M

eka

nik

( W

att)

D

aya

List

rik

( W

att)

Day

a P

om

pa

( W

att)

D

aya

Turb

in (

Wat

t)

Debit (m/s)

Grafik Daya Terhadap Debit

Daya Pompa

Daya Turbin

Daya Mekanik

Daya Listrik

Poly. (Daya Pompa)

Expon. (Daya Turbin)

Poly. (Daya Turbin)

Expon. (Daya Mekanik)

Poly. (Daya Mekanik)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0

200

400

600

800

1000

1200

0.01554 0.01775 0.01848

Day

a M

eka

nik

( W

att)

D

aya

List

rik

( W

att)

Day

a P

om

pa

( W

att)

D

aya

Turb

in (

Wat

t)

Debit (m/s)

Grafik Daya Terhadap Turbin

Daya Pompa

Daya Turbin

Daya Mekanik

Daya Listrik

Poly. (Daya Pompa)

Expon. (Daya Turbin)

Poly. (Daya Turbin)

Expon. (Daya Mekanik)

Poly. (Daya Mekanik)

17

BAB V

KESIMPULAN

Berdasarkan analisa data dari praktikum yang telah kelompok kami lakukan, dapat ditarik

kesimpulan, bahwa:

1. Jika debit air makin tinggi maka daya hidrolik yang dihasilkan akan semakin tinggi,

daya poros akan semakin rendah karena head nya rendah

2. pompa axial dirancang untuk beroperasi dalam berbagai aplikasi yang memerlukan

gerakan flow air yang tinggi pada tekanan discharge yang rendah oleh karena itu

untuk pompa axial yang dicari flow nya , head nya akan rendah.

3. Hubungan antara variabel debit (Q) dan efisiensi () , berguna untuk menghitung

pemakaian energi listrik ketika pompa beroperasi.

4. Efisiensi pompa akan meningkat bila penggunaan daya poros meningkat, sampai pada

batas tertentu akan menurun setelah mencapai nilai maksimum tercapai

5. Fungsi turbin adalah mengubah energi ketinggian air menjadi daya putaran poros,

oleh karena pada turbinnya adalah turbin kaplan maka headnya rendah dan daya

putaran porosnya juga rendah.

6. Daya sangat tergantung pada besarnya torsi dan putaran. Besaran torsi berbanding

terbalik dengan putaran turbin, debit air sangat berpengaruh terhadap torsi dan

putaran.

7. Terjadi ketidakakuratan pada data karena torsi meter tidak berfungsi dengan baik.

Saran :

Sebelum mengoperasikan turbin air , sebaiknya lakukan kalibrasi alat ukur agar tidak terjadi

kesalahan pengukuran.