pengaruh sudut sudu segitiga terhadap … · waterwheel triangle on the angle of the triangle...

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





4.2 Pembahasan 25

4.2.1 Performansi Kincir Air Sudut Sudu (θ) = 70° 25





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


(β) terhadap Efisiensi kincir air sudu segitiga sudut sudu

(θ) = 70° 26



(θ) = 80° 27



(θ) = 80° 28



(θ) = 90° 29

x


(β) terhadap Efisiensi kincir air sudu segitiga pada sudut

sudu (θ) = 90° 29


(β) terhadap Daya kincir air sudu segitiga sudut sudu

(θ) = 100° 30



(θ) = 100° 31


(β) terhadap Daya kincir air sudu segitiga sudut sudu (θ)

= 110° 32



(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 4.6. Daya dan Efisiensi kincir air sudu segitiga pada sudut

sudu (θ) = 70° 25


sudu (θ) = 80° 27


sudu (θ) = 90° 28


sudu (θ) = 100° 30


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.

pengaruh sudut sudu segitiga terhadap … · waterwheel triangle on the angle of the triangle...

Documents