prestasi pompa sentrifugal dengan impeler setengah ...1].pdf · disetiap pengujian pompa sebagai...

i

PRESTASI POMPA SENTRIFUGAL DENGAN IMPELER

SETENGAH TERTUTUP SEBAGAI TURBIN

No : 744/ TA / FST-USD / TM / Januari / 2007

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh :

Jimmy Norel

NIM : 015214066

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

ii

THE PERFORMANCE OF A CENTRIFUGAL PUMP

WITH HALF-CLOSED IMPELLER AS TURBINE

No : 744/ TA / FST-USD / TM / Januari / 2007

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfilment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering

By :

Jimmy Norel

Student Number: 015214066

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

vi

INTISARI

Penggunaan turbin air pada daerah kerja dibawah 3 kW tidak banyak dan

secara ekonomis kurang menguntungkan. Disisi lain semua tipe pompa sentrifugal

dari jenis pompa aliran radial sampai dengan aliran aksial berpotensi untuk

dioprasikan sebagai turbin air. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui

karakteristik dari salah satu pompa sentrifugal yang menggunakan impeler

setengah tertutup yang banyak beredar dipasaran sebagai turbin air.

Penelitian ini dilakukan dengan cara memvariasikan kapasitas aliran pompa

sebagai turbin pada 6 variasi. Pada penelitian ini yang menjadi sumber adalah

pompa dengan kapasitas aliran dan Head yang lebih besar dari pada kapasitas dan

head pompa sebagai turbin yang diuji. Dengan menggunakan transmisi sabuk,

turbin di hubungkan dengan alternator. Parameter-parameter hasil pengukuran

disetiap pengujian pompa sebagai turbin adalah kapasitas aliran yang melalui

pompa sebagai turbin, tekanan pada sisi masuk dan keluar, putaran, tegangan dan

arus alternator akibat pembebanan.

Dari pengujian tersebut daya yang dihasilkan dapat mencapai 42,5 watt,

efisiensi dapat mencapai 10,1 % dan torsi pengereman dapat mencapai 0,21 Nm.

Hasil pengolahan data pengujian dengan menggunakan metode ekstrapolasi

menunjukkan bahwa, daya yang dihasilkan dapat mencapai 166,6 watt, efisiensi

dapat mencapai angka 27,1 % dan torsi pengereman mencapai 0,85 Nm.

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat yang

dianugerahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas

Akhir ini. Tugas Akhir ini adalah salah satu syarat dalam menyelesaikan studi di

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

Terwujudnya penyelesaian penulisan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari

bantuan banyak pihak, oleh karena itu sudah sepantasnya penulis menghaturkan

terima kasih kepada :

1. Ir. Greg. Heliarko, SJ., SS., B.ST., M.A., M.Sc., selaku Dekan Fatultas

Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Budi Sugiarto, S.T., M.T, selaku Kepala Jurusan Teknik Mesin, Fakultas


3. Yosef Agung Cahyananta, S.T, M.T, selaku dosen pembimbing Tugas

Akhir yang telah berkenan meluangkan waktu memberi bimbingan dan

pengarahan sampai Tugas Akhir ini selesai.

4. Budi Setyahandana, S.T., M.T, selaku dosen pembimbing akademik

selama penulis menempuh perkuliahan di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas


5. Ir. Y.B.Lukiyanto, M.T, selaku Kepala Laboratorium Energi Jurusan

Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

viii

6. Ir. FX. Agus Unggul Santosa, selaku Kepala Laboratorium Manufaktur

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

7. Seluruh Dosen di Jurusan Teknik, Mesin Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, yang telah memberi ilmu sebagai

dasar yang sangat berguna bagi penulis.

8. Bapak Intan, bapak Ronny, bapak Martono dan Seluruh karyawan

Laboratorium Jurusan Teknik Mesin maupun sekretariat Fakultas Sains

dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah

memberi bantuan informasi dan penggunaan peralatan yang digunakan.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis telah berusaha maksimal agar

dapat menyelesaikan dengan baik. Namun penulis menyadari masih ada hal-hal

yang jauh dari sempurna dalam penulisan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis

dengan besar hati akan menerima saran dan kritik yang bersifat membangun dari

pembaca demi perbaikan di kemudian hari.

Penulis

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...........................................................................................i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ..............................................iii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................iv

HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................ v

INTISARI ...........................................................................................................vi

KATA PENGANTAR ....................................................................................... vii

DAFTAR ISI .......................................................................................................ix

DAFTAR LAMBANG ......................................................................................xiii

DAFTAR TABEL .............................................................................................xiv

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xv

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

1.1. LATARBELAKANG MASALAH ............................................................... 1

1.2. RUMUSAN MASALAH .............................................................................. 2

1.3. TUJUAN PENELITIAN ............................................................................... 3

1.4. BATASAN PENELITIAN ............................................................................ 3

BAB II DASAR TEORI...................................................................................... 4

2.1. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................ 4

2.2. LANDASAN TEORI .................................................................................... 5

2.2.1. Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya ....................................................... 5

2.2.2. Persamaan Bernoulli Tentang Bentuk energi ............................................. 5

2.2.3. Daya Yang Masuk ke Turbin ..................................................................... 8

2.2.4. Dinamika Turbin ........................................................................................ 9

x

2.3. TURBIN AIR ................................................................................................ 19

2.3.1. Perkembangan Turbin Air ......................................................................... 19

2.3.2. Klasifikasi Turbin Air Menurut Cara Kerjanya ......................................... 20

2.3.2. Klasifikasi Turbin Air Menurut Daya Yang Dihasilkan ............................ 25

2.4. POMPA SENTRIFUGAL ............................................................................ 26

2.4.1. Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal .............................................................. 26

2.4.2. Pemilihan Pompa Sentrifugal .................................................................... 28

2.4.3. Jenis-Jenis Pompa Sentrifugal ................................................................... 28

2.4.3 1. Pompa Sentrifugal Aliran Radial ........................................................... 28

2.4.3 2. Pompa Sentrifugal Aliran Diagonal ....................................................... 30

2.4.3 3. Pompa Sentrifugal Aliran Aksial ........................................................... 31

2.5. POMPA SEBAGAI TURBIN ...................................................................... 32

2.6. ALTERNATOR ........................................................................................... 38

2.7. PERSAMAAN-PERSAMAAN YANG DIGUNAKAN ............................. 40

3.7.1 Persamaan Untuk Menghitung Daya Air ................................................... 40

3.7.2 Persamaan Untuk Menghitung Daya Yang Dihasilkan Turbin .................. 41

3.7.3 Persamaan Untuk Menghitung Efisiensi Turbin ........................................ 41

3.7.4 Persamaan Untuk Menghitung Head Kecepatan ........................................ 41

3.7.5 Persamaan Untuk Menghitung Perbandingan Putaran Pada Transmisi

Sabuk ......................................................................................................... 41

BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 42

3.1 DIAGRAM ALIR ......................................................................................... 42

3.2 JENIS PENELITIAN .................................................................................... 43

xi

3.3 SARANA PENELITIAN............................................................................... 43

3.3.1 Sarana Pengujian ........................................................................................ 43

3.3.2 Sarana Perhitungan ..................................................................................... 50

3.4 JALANNYA PENELITIAN ......................................................................... 50

3.4.1 Tahap Persiapan ......................................................................................... 50

3.3.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian .................................................................... 52

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ......................................... 53

4.1 PERHITUNGAN .......................................................................................... 53

4.1.1 Data Penelitian ............................................................................................ 53

4.1.2 Perhitungan dan Pengolahan Data .............................................................. 56

4.1.2.1. Perhitungan Daya Air.............................................................................. 56

4.1.2.2. Perhitungan Daya Yang Dihasilkan Turbin ............................................ 57

4.1.2.3. Perhitungan Efisiensi Turbin................................................................... 57

4.1.2.4. Perhitungan Head kecepatan ................................................................... 57

4.1.2.5. Perhitungan Perbandingan Putaran Pada Transmisi Sabuk .................... 58

4.1.3 Hasil Pengolahan dan Perhitungan Data ..................................................... 58

4.2 PEMBAHASAN ............................................................................................ 64

4.2.1 Pembahasan Untuk Hasil Prediksi Pengujian 1 .......................................... 64






xii

4.2.6 Pembahasan secara teoritis.......................................................................... 65

4.3. KENDALA PADA SAAT PENELITIAN.................................................... 67

BAB V PENUTUP.............................................................................................. 68

5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 68

5.2 Saran .............................................................................................................. 69

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 70

LAMPIRAN........................................................................................................ 71

Tabel Hasil Perhitungan Ekstrapolasi Pengujian 1 .............................................. 72






Gambar Sarana Pengujian .................................................................................... 76

xiii

DAFTAR LAMBANG

pE Energi tempat (Nm)

zE Energi tekanan (Nm)

kE Energi kecepatan (Nm)

m Massa (kg)

z Ketinggian (meter)

c Kecepatan fluida (m/detik)

inp Tekanan masuk (Pascal)

outp Tekanan keluar (Pascal)

inP Daya air (Watt)

outP Daya turbin (Watt)

P1 Daya turbin (Watt)

P2 Daya alternator (Watt)

P Daya listrik (Watt)

•

V Debit air (m3/detik)

m& Massa aliran air (kg/detik)

Tη Efisiensi turbin

H Head total air (meter)

Hp Head tekanan m(meter)

Hc Head kecepatan (meter)

Nq Kecepatan spesifik (rpm)

ρ Massa jenis air (kg/m3)

xiv

g Percepatan gravitasi (m/detik2)

V Tegangan (Volt)

I Arus listrik (Ampere)

n1 Putaran poros turbin (rpm)

n2 Putaran alternator (rpm)

F1 Gaya yang terjadi akibat putaran turbin pada sisi pully pada poros turbin

(Newton)

F2 Gaya yang terjadi akibat putaran turbin pada sisi pully pada poros

alternator (Newton)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Jenis impeller pompa sentrifugal aliran radial ........................... 29

Tabel 4.1. Data pengujian 1 ........................................................................ 53






Tabel 4.7. Data hasil perhitungan pengujian 1............................................ 58


Tabel 4.9. Data hasil perhitungan pengujian 3.............................................. 59




Tabel 4.13. Komponen data pada daya pengereman maksimal disetiap

pengujian hasil pengolahan data ................................................ 65

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema perubahan bentuk energi. ................................................... 5

Gambar 2.2. Bentuk energi dalam aliran air ....................................................... 6

Gambar 2.3. Terjadinya gaya karena pembelokan aliran air .............................. 9

Gambar 2.4. Analogi terjadinya gaya pada turbin dan pompa.......................... 11

Gambar 2.5. Pengaruh kelengkungan sudut pada roda jalan ............................ 12

Gambar 2.6. Momen puntir yang terjadi pada dua jenis roda jalan turbin ....... 14

Gambar 2.7. Korelasi tinggi air jatuh terhadap bentuk sudu............................. 15

Gambar 2.8. Luasan merupakan komponen dari kecepatan ............................. 16

Gambar 2.9. Grafik informatif daerah penggunaan dari beberapa jenis

konstruksi turbin yang berda......................................................... 18

Gambar 2.10. Skema perubahan Head pada turbin Pelton (kiri), irisan

penampang nozzle dan ember sudu (kanan atas), bagan

kecepatan pada turbin Pelton (kanan bawah)................................ 21

Gambar 2.11. Skema (sebelah kiri) dan bagan kecepatan pada Turbin Aliran

Ossberger (sebelah kanan) ............................................................ 22

Gambar 2.12. Dua tipe Turbin Francis, tipe horizontal (kiri) dan tipe

vertical (kanan).............................................................................. 23

Gambar 2.13. Skema Turbin Francis dan perubahan Headnya............................ 24

Gambar 2.14. Skema dua jenis Turbin Propeller, poros vertikal (kiri) dan

poros horizontal (kanan) ............................................................... 24

xvi

Gambar 2.15. Poligon kecepatan yang terjadi pada sisi masuk dan sisi

keluar yang dialami bagian sudu, kisi-kisi sudu, gaya yang

dialami sudu .................................................................................. 25

Gambar 2.16. Bagan aliran fluida di dalam pompa sentrifugal ........................... 26

Gambar 2.17. Segitiga kecepatan pada sisi masuk dan sisi keluar pada

impeller pompa.............................................................................. 27

Gambar 2.18. Karta untuk menghitung kecepatan putar spesifik impeller.......... 29

Gambar 2.19. Skema impeller pompa sentrifugal aliran radial dari tekanan

tinggi ke tekanan rendah (ki-ka) ................................................... 30

Gambar 2.20. Skema impeller pompa sentrifugal aliran setengah aksia ............. 31

Gambar 2.21. Skema impeller pompa sentrifugal aliran setengah aksial ............ 31

Gambar 2.22. Perbandingan roda jalan turbin dan impeller pompa .................... 33

Gambar 2.23. Segitiga kecepatan pada efisiensi maksimum pada mesin

pompa yang dioperasikan sebagai pompa dan sebagai turbin ...... 34

Gambar 2.24. Grafik kinerja mesin pompa yang dioperasikan sebagai

pompa dan sebagai turbin pada putaran kerja yang sama ............. 36

Gambar 2.25. Skema alternator............................................................................ 39

Gambar 3.1. diagram alir penelitian.................................................................. 42

Gambar 3.2. Skema alat penelitian ................................................................... 44

Gambar 4.1a. Grafik Daya, Efisiensi dan Torsi vs nq disetiap pembebanan ..... 61

Gambar 4.1b. Grafik Daya, Efisiensi dan Torsi vs nq disetiap pembebanan ..... 62

Gambar 4.2. Grafik Daya Yang Dihasilkan Turbin vs Beban. .......................... 62

Gambar 4.3. Grafik ekstrapolasi Daya Yang Dihasilkan Turbin vs Beban ....... 63

xvii

Gambar 4.4. Grafik Ekstrapolasi Putaran Turbin vs Beban............................... 63

Gambar 4.5. Grafik Efisiensi, BHP, Debit, Putaran dan Head vs Kecepatan

Massa Air Rata-Rata ..................................................................... 65

Gambar 4.6. Grafik Efisiensi, Daya output dan Torsi vs Putaran...................... 66

Gambar 4.7. Grafik Head dan Efisiensi vs nq jika dioprasikan pada

putaran 2900 rpm ......................................................................... 66

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG MASALAH

Hydropower adalah salah satu hasil usaha pengembangan manusia untuk

mendapatkan sumber energi alternatif baru khususnya energi listrik yang lebih

mudah didapat dan diterapkan guna mengurangi penggunaan sumber energi yang

berasal dari perut bumi (bahan bakar fosil) yang saat ini keberadaannya semakin

menipis dikarenakan eksploitasi yang berlebihan.

Energi air hingga sekarang menjadi salah satu sumber energi utama yang

digunakan untuk membangkitkan energi listrik agar bisa digunakan secara luas.

Walaupun masih memiliki kekurangan, tetapi dampak lingkungan yang

diakibatkan oleh pembangkit tenaga air relatif lebih rendah resikonya

dibandingkan dengan pembangkit tenaga diesel maupun pembangkit tenaga

nuklir.Tenaga air merupakan salah satu sumber energi yang dapat meminimalisir

penggunaan dari produk-produk yang membutuhkan bahan bakar yang berasal

dari fosil (minyak bumi, batu bara, gas alam, dan lain-lain), walaupun saat ini

belum dimungkinkan dan ditemukan alat yang bisa mengubah energi air yang

berefisiensi (dari energi yang dihasilkan) lebih besar dari pembangkit energi

dengan bahan bakar fosil, tetapi sejalan perkembangan zaman manusia sadar akan

dampak tidak baik jika memakai bahan bakar fosil jika tidak dibatasi.

Dari data yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya

Mineral Republik Indonesia tahun 2004 tentang Kebijakan Energi Nasional 2003-

2

2020 : Kebijakan Energi Yang Terpadu Untuk Mendukung Pembangunan

Nasional Berkelanjutan, pemanfaatan energi air di Indonesia masih sangat kecil,

baru sekitar 2,5% dari potensi yang bisa mencapai 75000 MW. Di Indonesia

terdapat 1315 kawasan yang berpotensi menjadi sumber energi tenaga air, dan

daerah-daerah tersebut tersebar dari Sabang sampai Marauke. Daerah-daerah yang

diprediksi memiliki potensi tersebut, antara lain : Pulau Papua 22371 MW, pulau

Kalimantan 21611 MW, pulau Sumatra 15804 MW, pulau Sulawesi 10203 MW,

pulau Jawa 4531 MW, kepulauan Nusa Tenggara (Bali, NTB dan NTT) 674 MW

dan kepulauan Maluku 430 MW. Data-data diatas merupakan sumber pembangkit

tenaga air dengan kapasitas besar, belum termasuk sumber-sumber pembangkit

tenaga air dengan kapasitas kecil.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Karena penggunaan turbin yang relatif digunakan untuk keperluan massal

(public sevice) atau industri-industri berskala besar; pada interval kerja di bawah

3 kW (Pico Hydro-Power) sangat jarang sekali turbin yang diproduksi, maka

harga dari turbin air tersebut relatif sangat mahal dan tidak banyak pilihan

terutama di Indonesia. Oleh karena itu diperlukan suatu teknologi terapan untuk

mengatasi penyebaran energi yang tidak merata, terutama dalam bentuk energi

listrik. Karena secara sistem kerja pompa merupakan kebalikan dari turbin dan

dipasaran lebih mudah mendapatkan mesin pompa dibandingkan mesin turbin.

3

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui prestasi salah satu

jenis pompa centrifugal satu tingkat yang ada dipasaran jika dijadikan turbin,

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan tambahan pengetahuan tentang

rekayasa tenaga air atau hydro-power, terutama yang berkaitan dengan

pemanfaatan pompa sebagai turbin.

1.4 BATASAN MASALAH

Agar penelitian ini tidak terlalu luas dan tetap berada dalam jangkauan

penulis, maka perlu adanya batasan masalah. Untuk itu, dalam penelitian tentang

“Pompa sebagai turbin” batasan yang hendak ditetapkan sebagai berikut :

a) Pompa sebagai turbin yang digunakan sebagai sarana percobaan

kondisinya bukan pompa baru dan tidak diketahui spesifikasinya. Penulis

mencari data tentang pompa yang digunakan dengan cara mengambil data

dari pompa yang bentuk serta ukurannya sama seperti pompa yang dijual

dipasaran.

b) Pembahasan hanya bekisar tentang pengaruh bukaan katup terhadap daya

input pompa sebagai turbin, putaran pompa sebagai turbin, daya output

pompa sebagai turbin yang telah dikonversi menjadi elergi listrik,torsi

yang digunakan untuk menghasilkan daya listrik dan efisiensi pompa

sebagai turbin yang mengacu pada daya input disetiap variasi bukaan

katup.

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 TINJAUAN PUSTAKA

Sebagai referensi penelitian ini bersumber dari beberapa penelitian-

penelitian yang telah dilakukan tentang penggunakan mesin pompa standard

sebagai turbin, penelitian-penelitian terebut antara lain :

a. Penelitian yang dilakukan oleh Made Suarda dan rekan-rekan, dari

Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana, Bali, 2006.

Hasil dari penelitian tersebut adalah memperbaiki efisiensi mesin pompa

sebagai turbin yang menggunakan impeller tertutup dengan memodifikasi

saluran keluar dari impeller pompa. Hasilnya terjadi peningkatan nilai

efisiensi pada kecepatan putar 1580 rpm dari 29,95 % menjadi 37,50 %.

b. Penelitian atas kerja sama antara MSc. A. Tamm dan Prof. Dr. Ing. B.

Stoffel, Dr. Ing. G. Ludwig yang berasal dari TU Darmstadt, Institute of

Turbomachinery dan Fluid Power, Darmstadt, Jerman. Serta Mech. Ing. A

Braten yang berasal dari NTNU Trondheim, Faculty for Mechanical

Engineering, Trondheim, Norwegia. Hasil penelitian ini adalah

perbandingan perhitungan dengan persamaan Stepanoff (untuk

menentukan head turbin dan debit turbin) dengan perhitungan secara

komputasi. Terjadi deviasi sebesar 3,5% pada perhitungan debit dan 1,7%

pada perhitungan Head

5

2.2 LANDASAN TEORI

2.2.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya

Hukum Newton menyatakan tentang kekekalan energi, yang berarti energi

tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan tetapi dapat diubah menjadi

energi lain. Dengan melihat kaidah hukum itu maka air yang mengalir

mengandung energi dan energi tersebut dapat diubah bentuknya, misalnya

perubahan dari energi potensial kedalam energi kinetik, atau sebaliknya.

Gambar 2.1. Skema perubahan bentuk energi

2.2.2 Persamaan Bernoulli Tentang Bentuk Energi

Pada suatu aliran air di dalam pipa, diambil suatu selisih ketinggian z

antara tinggi air atas dan tinggi air bawah, maka menurut Bernoulli, besar energi

aliran tersebut adalah:

2

2c

mp

mzgmW ⋅+⋅+⋅⋅=ρ

(Nm) (Dietzel) (2.1)

energi potensial

energi kinetik energi tekanan

6

Gambar 2.2 Bentuk energi pada aliran air. (Dietzel)

Bila pada aliran tersebut diatas diambil suatu jumlah air tiap 1kg untuk

diperhitungkan, hal ini dinamakan “spesifik energi” satuannya dalam Nm/kg.

Karena dibagi m akan didapat:

=++⋅=2

2cpzgw

ρ konstan (Nm/kg) (Dietzel) (2.2)

Kemudian dibagi lagi dengan percepatan gravitasi g, akan didapat salah

satu ruas dari persamaan Bernoulli, yang mempunyai arti ”ketinggian”:

=+⋅

+=g

c

g

pzH

2

2

ρ konstan (m) (Dietzel) (2.3)

Dengan:

z = tinggi statis (m), g

p

⋅ρ = tinggi tekanan (m)

g

c

2

2

= tinggi kecepatan (m)

a) Energi Potensial

zgmw ⋅⋅= (Dietzel) (2.4)

7

dengan:

w = Energi potensial (N.m)

m = Massa (kg)

g = Gravitasi (m/s2)

z = Tinggi posisi terhadap acuan (m)

b) Energi tekan

ρ

pmw ⋅= (Dietzel) (2.5)

dengan:

w = Energi tekan (Nm)

m = Massa (kg)

p = Tekanan (N/m2)

ρ = Massa jenis fluida (kg/m3)

c) Energi kecepatan

2

2cmw ⋅= (Nm) (Dietzel) (2.6)

w = Energi kecepatan (Nm) m = Massa (kg)

c = Kecepatan fluida (m/s)

8

Arti selanjutnya dari kaidah kekekalan energi adalah apabila arus air

dalam alirannya dilewatkan melalui turbin air, maka energi yang ada dalam air

akan diubah menjadi bentuk energi yang lain.

2.2.3 Daya yang Masuk ke Turbin

Dari kapasitas air .

V dan tinggi air jatuh H dapat diperoleh daya yang

masuk ke turbin:

hHgVP ηρ ⋅⋅⋅⋅=.

(Dietzel) (2.7)

dengan :

=P Daya yang masuk ke turbin (W)

=.

V Kapasitas air (m3/detik)

=ρ Massa jenis air (kg/m3)

=g Percepatan gravitasi (m/detik2)

=H Tinggi air jatuh (m)

hη = Randemen hidraulik

Bila massa aliran .

m dan tinggi air jatuh telah diketahui, maka daya

yang dihasilkan:

hHgmP η⋅⋅⋅=.

(Dietzel) (2.8)

dengan :

=.

m massa aliran air (kg/detik)

9

2.2.4 Dinamika Turbin

Suatu benda yang berlubang seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3. , jika

secara teratur dialiri air dengan kecepatan c1 dan membentuk sudut α1, sejajar

dengan dinding batas benda tersebut. Aliran air m akan belok dan keluar dengan

membentuk sudut α2.

Gambar 2.3. Terjadinya gaya pada pembelokan aliran air. (Dietzel)

Penampang di bagian keluar A2 lebih kecil dari pada A1, berarti kecepatan

keluar c2 lebih besar dari pada c1. dari gambar dan bentuk peralatan serta arah

aliran dapat diperkirakan bagaimana asalnya gaya F. besarnya gaya ini menurut

kaidah pergerakan atau inpuls.

F x t = (m x c1) – (m x c2) (Dietzel) (2.9)

Jika t dipindahkan ke sisi kanan maka persamaan tersebut menjadi :

( )21 ccF m −=•

(Dietzel) (2.10)

Atau :

( )21 ccF V −×=•

ρ (Dietzel) (2.11)

Dengan :

F = gaya (N)

10

c1.= kecepatan fluida pada sisi masuk (m/s)

c2 = kecepatan fluida pada sisi keluar (m/s)

Supaya diperhatikan, bahwa menurut kaidah impuls untuk perbedaan

geometri dari bagian-bagian yang bergerak didapat dari 1cm×•

dan 2cm×•

.

Dengan memperhatikan sudut aliran masuk dan keluar, maka gaya yang

terjadi dapat diuraikan dalam arah sumbu x dan sumbu y, seperti ditunjukkan

pada Gambar 2.3.

( )2211 coscos ααρ ×−××=•

ccF Vx (Dietzel) (2.12)

( )2211 sinsin ααρ ×−××=•

ccF Vy (Dietzel) (2.13)

a) Pemindah Gaya ke Turbin

Bejana pada Gambar 2.4 diletakkan di atas kereta yang bisa bergerak

tanpa gesekan, ke dalam bejana tersebut dialirkan air, maka kereta akan

meluncur dengan kecepatan u sambil menarik tali penggantung beban.

Melalui sudu pengarah yang tetap, air dialirkan ke dalam bejana dengan

membentuk sudut α1 dan kecepatan c1. satu bagian kecil air pada titik a

bergerak pindah ke dalam bejana dengan sudut α1 dan kecepatan c1 ke arah

titik c1, tetapi pada waktu yang bersamaan air tersebut juga bergerak dengan

kecepatan u ke arah u1. dengan digabarnya c1 dan u bersama-sama didapat

arah dan besarnya kecepatan w1 bagian kecil air bergerak di dalam bejana

dengan arah dan kecepatan w1. dengan demikian segi tiga kecepatan air

masuk bisa digambar.

11

Gambar 2.4. Analogi gaya yang terjadi pada turbin dan pompa. (Dietzel)

Untuk gambar segitiga kecepatan bagian air ke luar didapat sebagai

berikut, bila satu bagian kecil air z dalam mengalirnya sampai dibagian

ujung keluar bejana kecepatannya berubah dari c1 ke c2 disebabkan karena

pengecilan penampang A2/A1 dan kelengkungan bejana.

Di titik z digambar harga u2 (pada persoalan ini u2 = u1 =u) dan

digambar pula w2 yang sesuai besar dan arahnya, dengan digambarnya c2 di

dapat segitiga kecepatan keluar. Penjelasan diatas sesuai dengan dalil

penjumlahan vector, sebagai keterangan berikut aksara-aksara yang menjadi

simbol :

c = kecepatan mutlak rata-rata massa air (m/s)

u = kecepatan tangensial roda jalan turbin (m/s)

12

w = kecepatan relatif air terhadap roda jalan turbin (m/s)

α = sudut yang terbentuk antara garis kerja c dan garis kerja u (˚)

β = sudut yang terbentuk antara gari kerja w dan u (˚)

subscript 1 = komponen sisi masuk turbin

subscript 2 = komponen sisi keluar turbin

Untuk mengetahui besar gaya yang dialami roda jalan turbin digunakan

persamaan :

( )uuu wwF V 21 −××=•

ρ (Dietzel) (2.14)

( )aaa wwF V 21 −××=•

ρ (Dietzel) (2.15)

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 notasi u menjelaskan

komponen kecepatan yang diproyeksikan terhadap garis kerja kecepatan

roda turbin dan notasi a menjelaskan komponen kecepatan yang

diproyeksikan terhadap garis yang tegak lurus terhadap garis kerja

kecepatan roda turbin. Untuk kapasitas yang sama, pada kelengkungan yang

lebih tajam akan diperoleh gaya yang lebih besar (seperti ditunjukkan pada

Gambar 2.5 ), jadi persamaan menjadi :

( )( )uuu wwF V 21 −−××=•

ρ ( )uu wwV 21 +××=•

ρ

Gambar 2.5. Pengaruh kelengkungan sudut pada roda jalan. (Dietzel)

13

Tetapi tidak semua turbin air mempunyai sudu-sudu yang belakangnya

tajam, karena hal ini ada hubungannya dengan kapasitas air, tinggi air jatuh

dan kecepatan putar roda turbin, jadi dari alasan-alasan konstruksi dan

ekonomilah yang membuat pembuatan turbin harus tertentu. Selain dengan

kecepatan relatif, besar gaya dapat juga dihitung dengan memakai kecepatan

absolut dari air.

ucw uu −= 11 ucw uu −= 22

( )uuu ccF V 21 −××=•

ρ (Dietzel) (2.17)

Yang perlu diperhatikan dalam perhitungan dari kecepatan absolut air

ini adalah arah dari pada sisi masuk dan sisi keluar.

b) Momen Puntir

Aliran air di dalam bejana bisa asumsikan sebagai aliran air di dalam

saluran sudu-sudu yang terdapat pada roda turbin, seperti yang ditunjukkan

Gambar 2.6, r adalah jarak dari titik pusat ke tempat bekerjanya gaya

tangensial Fu, maka pada poros turbin akan bekerja momen :

( )uuu wrwrVrFM 2211 −××=×=•

ρ (Dietzel) (2.18)

Atau :

( )uuu crcrVrFM 2211 −××=×=•

ρ (Dietzel) (2.19)

Inilah momen puntir yang dihasilkan oleh aliran air.

14

Gambar 2.6. Momen puntir yang terjadi pada dua tipe roda jalan turbin. (Dietzel)

Jari-jari r1 dan r2 tiap-tiap turbin tidak sama, ditentukan kepada cara dan

banyaknya air yang dialirkan.

Persamaan Euler tentang turbin, pada kecepatan sudut yang tetap

(ώ)/putaran tetap, harga kecepatan keliling roda turbin (u) dari sisi masuk

dan sisi keluar ditentukan oleh radius sisi masuk dan radius sisi keluar.

11 ru ×= ω 22 ru ×= ω

Maka dari persamaan Euler tentang daya turbin :

( )uu crcrVP 2211 −×××=•

ωρ

Menjadi :

( )uu cucuVP 2211 −××=•

ρ (Dietzel) (2.20)

c) Tinggi Air Jatuh

Dilain pihak untuk kapasitas dan tinggi air jatuh yang telah diletahui,

daya yang dihasilkan turbin :

THgVP ηρ ××××=•

15

Bila disamakan akan menjadi :

( )uuT cucuVHgVP 2211 −××=××××=••

ρηρ

Dari sini didapat rumus utama untuk turbin air dan biasanya disebut rumus

Euler Turbin :

( )

T

uu

g

cucuH

η×

−= 2211 (Dietzel) (2.21)

Dari rumus di atas dapat diketahui adanya hubungan pemanfaatan tinggi

air jatuh dengan bentuk sudu jalan, untuk mendapatkan ringkasan yang baik,

kecepatan absolut (c) diganti dengan komponen di dalam sudu gerak, yaitu

kecepatan relatif air terhadap roda jalan turbin (w), maka rumus tersebut

menjadi :

( )

T

uu

g

wuwuH

η×

−= 2211 (Dietzel) (2.22)

Bila pada persamaan sebelah kiri harga H kecil, berarti harga persamaan

yang di sebelah kanan pun kecil. Hal ini samgat besar pengaruhnya dalam

menentukan arah w2u apakah dibuat sama atau berlawanan arah dengan w1u.

Gambar 2.7. Korelasi tinggi air jatuh dan bentuk sudu. (Dietzel)

16

Untuk sumber pembangkit yang mempunyai tinggi air jatuh yang kecil

biasanya dengan debit yang besar akan menghasilkan nilai H yang kecil

karena arah dari w1u dan w2u searah, sedangkan pada sumber pembangkit

yang memiliki tinggi air jatuh yang besar dengan debit yang kecil akan

mengasilkan nilai H yang besar karena untuk menghasilkan daya yang besar

dengan debit yang kecil maka nilai H harus diperbesar.

d) Debit Air

Luas penampang saluran A1 tergantung kepada kapasitas aliran air. dari

persamaan kontinuitas :

A1= luas penampang saluran, D1= diameter roda jalan turbin sisi masuk, b1=

lebar saluran pengarah. Jadi disini ada juga hubungannya dengan diameter

roda turbin, yang berarti ada juga pengaruhnya terhadap besarnya u1. dengan

pemilihan lebar b berarti diameter roda D tertentu dan dengan demukian

bentuk roda turbin juga tertentu.

Gambar 2.8. Luasan merupakan komponen dari kecepatan. (Dietzel)

17

e) Kecepatan Putar Turbin

Dalam pemilihan kecepatan putaran sedapatnya ditentukan setinggi

mungkin karena dengan kecepatan putar yang tinggi akan didapat momen

puntir yang kecil, poros yang kecil, dan diameter roda turbin yang kecil,

serta bagian-bagian yang lain juga mengikuti.

f) Kecepatan Spesifik

Kecepatan spesifik (nq) dipakai sebagai tanda bataasan untuk

membedakan tipe roda turbin dan dipakai sebagai suatu besaran yang

penting dalam merencanakan turbin air.

Arti dari nq itu sendiri adalah kecepatan putaran roda turbin yang

bekerja pada tinggi air jatuh 1m dan kapasitas air sebesar 1 m3/detik.

Suatu roda turbin yang bekerja pada tinggi air jatuh yang berbeda dan

kapasitas air yang berbedea, serta bekerja pada putaran yang telah

ditentukan (biasanya kecepatan generator sudah ditetapkan) dan mempunyai

harga nq yang sama, maka turbin tersebut secara geometri/bentuk adalah

serupa/sebangun. Besarnya ukuran-ukuran pokoknya adalah berbeda.

Diameter roda turbin berbeda dan lebar rodanyapun berbeda, tetapi bentuk

sudu, sudut sudu pengarah dan sudut sudu jalan, perbandingan diameter

roda/ lebarnya adalah sama.

Dilain pihak suatu turbin bisa direncanakan untuk kecepatan putar pada

nilai tertentu, tinggi air jatuh yang sama, kapasitas air sama, tetapi bekerja

dengan tipe sudu yang berbeda. Dari perbedaan roda turbin, meskipun untuk

18

besarnya daya yang dihasilkan turbin sama, akan memberikan bentuk roda

dan kecepatan spesifik yang berbeda pula.

Bentuk persamaan untuk menentukan nilai dari kecepatan spesifik

adalah :

75,0Hnn

Vq

•

= (Dietzel) (2.23)

nq = kecepatan putar spesifik (rpm)

n = kecepatan putar generator

H = Head posisi/tinggi air jatuh

V•

= debit air

Gambar 2.9. Grafik informatif daerah penggunaan dari beberapa jenis konstruksi

turbin yang berbeda. (Dietzel)

19

2.3 TURBIN AIR

Turbin air adalah salah satu komponen dari pembangkit listrik tenaga air

(PLTA). Turbin air sendiri berfungsi sebagai pengubah energi mekanik dalam

hal ini puntiran menjadi energi listrik dengan bantuan komponen lainnya, energi

ini diambil dari air yang memanfaatkan aliran, tinggi air jatuh dan cara lainnya.

Energi puntiran yang dihasilkan oleh turbin diteruskan untuk memutar generator

yang selanjutnya menghasilkan energi listrik.

2.3.1 Perkembangan Turbin Air

Perkembangan turbin air sulit untuk ditelusuri karena banyaknya acuan

yang terdapat dalam berbagai jurnal dan kadang tidak saling mendukung satu

dengan yang lain. Perkembangan turbin air mulai terlihat pada abad-19:

I. Pada tahun 1826 Benoit Fourneyron mengembangkan sebuah turbin air

berefisiensi 80%. Air diarahkan menyimpang melalui turbin runner

sehingga turbin runner berputar (turbin aliran keluar).

II. Pada tahun sebelumnya sekitar tahun 1820, Jean- Victor Poncelete

mendisain turbin air aliran dalam, dengan menggunakan prinsip yang sama

dia mendapat U.S.paten di tahun 1838.

Pada tahun 1848 James B. Francis mengembangkan disain turbin air aliran

dalam untuk mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi (90%). Yang disebut

turbin Francis.

20

2.3.2 Klasifikasi Turbin Air Menurut Cara Kerja

Turbin air dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara, tapi secara

umum turbin air dikelompokkan menurut cara turbin tersebut merubah dari

energi air menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi ini turbin air dibagi

menjadi dua yaitu :

1) Turbin Impuls.

Yang dimaksud turbin impuls adalah turbin air yang cara bekerjanya

dengan merubah energi potensial air tersedia menjadi energi kinetik untuk

memutar turbin, sehingga menjadi energi puntir. Pada turbin ini

menggunakan prinsip impuls-momentum, karena momen puntir terjadi

akibat tumbukan massa air pada kecepatan tertentu dengan ember sudu

dari roda jalan turbin. yang perlu diperhatikan adalah proses terjadinya

momen puntir tersebut pada tekanan tetap/atmosfir, jadi tidak ada energi

tekanan yang mempengaruhi selain energi kecepatan air. Tipe Turbin yang

menggunakan prisip tersebut, antaran lain :

a. Tubin Pelton

Yang menjadi ciri khusus dari turbin ini adalah nosel dan sudu

roda jalan yang dirancang khusus. Pancaran air yang keluar dari nosel

dengan kecepatan tinggi menghantam sudu di tengah-tengah dan

karena bentuk dari sudu tersebut seperti dua mangkuk yang

berdimensi sama besar yang berdampingan, akibatnya roda jalan

turbin akan bergerak searah dengan arah tangensial dari kecepatan

roda jalan. Setelah menghantam sudu roda jalan, kecepatan relatif air

21

terhadap roda jalan membentuk sudut terhadap arah kecepatan absolut

air, ini disebabkan bentuk geometri dari sudu roda jalan. Biasanya

turbin ini diaplikasikan pada head turbin yang tinggi, atau kesepatan

spesifik dibawah 15 rpm.

Gambar 2.10. Skema perubahan Head pada turbin Pelton (kiri), irisan penampang nozzle dan

ember sudu (kanan atas), bagan kecepatan pada turbin Pelton (kanan bawah). (Dietzel)

b. Turbin Aliran Ossberger

Turbin aliran Ossberger pemasukan air ke sudu turbin secara

radial. Air dialirkan melewati sudu-sudu jalan yang berbentuk silinder,

pertama-tama air dari luar masuk ke dalam sudu-sudu dan kemudian

dari dalam keluar. Jadi kerjanya roda jalan trbin ini adalah seperti

turbin peltn yaitu hanya sebagian susu-sudu saja yang berkerja

membalikkan aliran air.

Turbin ini mempunyai 2 (dua) tingkat kecepatan mirip dengan

turbin uap. Aliran air yang lewat tingkat ke-2 menghasilkan daya

22

kurang lebih 20% dari daya yang dihasilkan dari tingkat pertama, jadi

faedahnya tetap ada dan air tapa ada kesulitan bisa meninggalkan roda

jalan.

Gambar 2.11. skema (sebelah kiri) dan bagan kecepatan pada Turbin Aliran Ossberger

(sebelah kanan). (Dietzel)

Perkembangan selanjutnya turbin ini mengalami modifikasi yang

dilakukan oleh Michell yang berasal dari Australia dan Bangki yang

berasal dari Honggaria, dengan menambahkan pipa hisap pada sisi

keluar dari turbin. Dengan modifikasi ini meningkatkan randemen dari

turbin ini. Turbin ini sangat cocok pada pembangkit tenaga air

bersekala kecil. Kecepatan spesifik turbin ini terletak antara 11 rpm

sampai dengan 50 rpm.

2) Turbin Reaksi.

Yang dimaksud dengan turbin reaksi adalah turbin air yang momen

puntirnya dihasilkan dari merubah sebagian energi potensial air yang

tersedia menjadi energi tekanan dan energi kecepatan dari massa air.

Berbeda dengan turbin impuls, pada turbin reaksi ketika massa air

bertumbukkan dengan sudu roda jalan turbin terjadi perbedaan tekanan

23

pada sisi masuk dan sisi keluar dari roda jalan tersebut. Karena

perebedaan tekanan kerja yang terjadi pada sisi masuk dan sisi keluar dari

roda jalan turbin maka turbin ini disebut turbin reaksi. Turbin air reaksi

terdiri dari beberapa tipe, yaitu:

a. Turbin Francis

Turbin Francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih.

Pada waktu air masuk ke roda jalan. Pada waktu air masuk ke roda

jalan, sebagian dari energi tinggi jatuh telah bekerja di dalam sudu

pengarah diubah sebagai kecepatan arus masuk. Sisa energi tinggi

jatuh dimanfaatkan di dalam sudu jalan, dengan adanya pipa isap

memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja disudu jalan dengan

semaksimum mungkin. Pada sisi sebelah keluar roda jalan terdapat

tekanan kerendahan (kurang dari 1 atmosfir) dan kecepatan aliran air

yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan aliran akan berkurang dan

tekanannya akan kembali naik, sehingga air bisa dialirkan keluar lewat

saluran air bawah dengan tekanan seperti keadaan sekitarnya.

Gambar 2.12. Dua tipe Turbin Francis, tipe horizontal (kiri) dan tipe vertical

(kanan). (Dietzel)

Pipa isap pada tubin ini mempunyai tugas yang mirip dengan sudu

hantar yang terdapat pada pompa sentrifugal, yaitu mengubah energi

kecepatan menjadi energi tekanan.

24

Gambar 2.13. Skema Turbin Francis dan perubahan Headnya. (Dietzel)

b. Turbin Propeller/Kaplan

Gambar 2.14. Skema dua jenis Turbin Propeller, poros vertikal (kiri) dan poros

horizontal (kanan). (Dietzel)

Turbin jenis ini merupakan pengembangan dari turbin Francis,

sesuai dengan rumus Euler jika tinggi air jatuh semakin sedikit maka

semakin sedikit belokan pada sudu roda jalan. Untuk memperbesar

daya dengan Head yang sedikit maka kapasitas aliran air harus besar

dan mengebabkan luas dari penampang yang dilalui air semakin

25

besar. Saat pertama kali dikembangkan dirancang dan dibuat dengan

sudu yan tidak dapat diatur atau fixed blade, tetapi karena sudu tidak

dapat diatur, maka efesiensinya berkurang jika digunakan pada

kisaran debit yang lebar. Oleh karena itu maka dikembangkanlah

jenis baru dengan sudu yang dapat diatur atau adjustable blade,

contoh dari turbin ini antara lain: Kaplan, Nagler, Bulb, Moody.

Gambar 2.15. Poligon kecepatan yang terjadi pada sisi masuk dan sisi keluar yang

dialami bagian sudu, kisi-kisi sudu, gaya yang dialami sudu. (Dietzel)

2.3.3 Klasifikasi Turbin Menurut Daya yang Dihasilkan

Dari daya yang dihasilkan, turbin dapat dikatagorikan menjadi :

• Large Hydro-Power

Interval daya yang dihasilkan turbin mencapai 50 MW keatas.

• Medium Hydro-Power

Interval daya yang dapat dihasilkan turbin antara 10 MW – 50 MW.

• Small Hydro-Power

Interval daya yang dapat dihasilkan turbin antara 1000 kW – 10 MW.

26

• Mini Hydro-Power

Interval daya yang dapat dihasilkan turbin antara 101 kW – 1000 kW.

• Micro Hydro-Power

Interval daya yang dapat dihasilkan turbin antara 3 kW – 100 kW.

• Pico Hydro-Power

Interval daya yang dapat dihasilkan turbin sampai dengan 3 kW.

2.4 POMPA SENTRIFUGAL

2.4.1 Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal, seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.16, mempunyai

sebuah impeller (roda jalan) untuk memindahkan zat cair dari suatu

kondisi/keadaan yang memiliki Head yang lebih rendah ke suatu

kondisi/keadaan yang memiliki Head yang lebih tinggi.

Gambar 2.16. Bagan aliran fluida di dalam pompa sentrifugal

Daya dari motor penggerak diberikan kepada poros pompa untuk

memutarkan impeler di dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam

impeller, oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal

maka zat cair mengalir dari tengah impeler keluar melalui saluran di antara

27

sudu-sudu. Di sini head tekanan zat cair menjadi lebih tinggi. Demikian pula

head kecepatannya bertambah besar karena zat cair mengalami percepatan. Zat

cair yang keluar dari impeller ditampung oleh saluran berbentuk volut (spiral) di

sekeliling impeler dan disalurkan ke luar pompa melalui nosel. Di dalam nosel

ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan.

Gambar 2.17. Segitiga kecepatan pada sisi masuk dan sisi keluar pada impeller pompa. (Dietzel)

Jadi impeler pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair

sehingga energi yang dikandungnya menjadi bertambah besar. Selisih energi per

satuan berat atau head total zat cair antara sisi keluar/tekan dan sisi masuk/isap

pompa disebut head total pompa.

Dari uraian di atas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah

energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah

yang mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head

potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinyu.

28

2.4.2 Pemilihan Pompa Sentrifugal

Beberapa data hidraulik pompa seperti kapasitas aliran, Head dan putaran

motor yang digunakan telah distandarisasi, ini secara ekonomi sangat

membantu, dan untuk pelayanan purna-jualnya (perawatan dan perbaikan) lebih

mudah.

Seperti karta pada Gambar 2.18 merupakan salah satu alat bantu perhitungan

untuk pemilihan pompa. Setelah perhitungan dan didapat data hidraulik yang

diperlukan untuk memilih pompa ( kapasitas aliran, Head dan kecepatan putaran

motor), kemudian untuk mencari kecepatan spesifik dan menentukan jenis roda

jalan yang digunakan. Jika kecepatan spesifiknya lebih kecil dari 10 rpm, maka

dibutuhkan lebih dari satu tinggkat pompa. Biasanya setiap pabrikan pompa

telah menyediakan grafik kinerja pompa produksinya, ini untuk mempermudah

konsumen dalam memilih sesuai dengan kebutuhannya. Rumus mencari

kecepatan spesifik pompa sama dengan rumus kecepatan spesifik turbin

(persamaan 2.23.).

2.4.3 Jenis-Jenis Pompa Sentrifugal

2.4.3.1. Pompa sentrifugal aliran radial

Yang dimaksud dengan pompa sentrifugal aliran radial adalah pompa

yang jika dipotong searah panjang poros impellernya, arah dari aliran yang

keluar dari impeller pompa tersebut, arahnya searah gaya radial dari poros

impeller pompa tersebut. Aliran sisi masuk dari pompa sentrifugal adalah

searah dengan panjang dari poros pompa tersebut.

29

Gambar 2.18. Karta untuk menghitung kecepatan putar spesifik impeller. (Dietzel)

Pada pompa sentrifugal aliran radial dapat dibedakan menurut kisaran

dari kecepatan putar spesifiknya dan berpengaruh terhadap dimensi-dimensi

dari impellernya. Berikut ini kategori dari impeller :

Roda tekanan tinggi 10≤nq≤25

Roda tekanan menengah 25<nq≤40

Roda tekanan rendah 40<nq≤70

Tabel 2.1. Jenis impeller pompa sentrifugal aliran radial.

Jika dari hasil perhitungan harga dari nq lebih kecil dari 10 maka pompa harus

dibuat bertingkat harga dari kapasitas aliran di setiap tingkat bernilai sama dan

30

tinggi kenaikan dari setiap tingkat berharga hasil bagi dari Head total dengan

jumlah tingkat. Pada pompa sentrifugal aliran radial bertingkat dibedakan

menjadi dua tipe, tipe aliran searah dan tipe aliran silang.

Pada pompa dengan debit yang besar untuk menghindari kavitasi pada

sisi saluran masuk ke rumah pompa dan ukuran dari komponen pompa yang

semakin besar, maka dibuat pompa dengan menggunakan system 2 aliran arus

masuk (atau kelipatannya). Bentuk dari impeller pada system ini

menggunakan satu impeller, tetapi bentuk dari impeller tersebut seperti dua

buah impeller yang serupa yang menjadi satu yang saling membelakangi.

Gambar 2.19. Skema impeller pompa sentrifugal aliran radial dari tekanan tinggi ke tekanan

rendah (ki-ka). (Dietzel)

2.4.3.2. Pompa sentrifugal setengah aksial (Pompa diagonal)

Perbedaan yang mendasar yang membedakan pompa sentrifugal aliran

radial dengan pompa sentrifugal aliran diagonal adalah ukuran-ukuran utama

dari impellernya. Perbandingan diameter sisi keluar dan diameter sisi masuk

dari pompa sentrifugal setengah aksial lebih kecil dari perbandingan diameter

sisi keluar dan sisi masuk dari pompa sentrifugal aliran radial. Impeller dari

pompa sentrifugal aliran diagonal lebih tebal dari pada impeller dari pompa

sentrifugal aliran radial. Bentuk dari impeller dari pompa sentrifugal aliran

diagonal mengerupai roda jalan pada turbin Francis.

31

Kecepatan putar spesifik dari impeller pada pompa sentrifugal aliran

diagonal berkisar antara 70 rpm sampai 150 rpm.

Gambar 2.20. Skema impeller pompa sentrifugal aliran setengah aksial. (Dietzel)

Menurut kapasitas dan tinggi kenaikannya pompa ini dapat

dilaksanakan menjadi pompa bertingkat satu atau bertingkat banyak dan juga

dapat dilaksanakan sebagai pompa dengan saluran aliran arus masuk ganda.

2.4.3.3. Pompa sentrifugal aliran aksial

Bila tinggi kenaikan pompa makin turun dan kapasitasnya makin

bertambah besar maka dalam perkembangannya selanjutnya dari roda

diagonal, lebar rodanya akan selalu bertambah besar, perbandingan diameter

akan semakin kecil, kelengkungan di dalam kisi-kisi impeller semakin

bertambah jarang. Sudu-sudunya akan mengerupai sirip sayap pesawat

terbang dengan bentukan yang ramping mengerupai bentukan pada roda jalan

turbin Kaplan. Jadi aliran air pada sisi masuk mengalir searah dengan arah

aliran pada sisi keluar.

Gambar 2.21. Skema impeller pompa sentrifugal aliran setengah aksial. (Dietzel)

32

Biasanya pompa ini diposisikan vertical atau dengan kimiringan

tertentu terhadap permukaan air.

2.5 POMPA SEBAGAI TURBIN

Dari percobaan-percobaan yang dilakukan sejak tahun 1930, yang paling

sering digunakan penelitian adalah pompa centrifugal dari jenis aliran radial

sampai dengan aliran aksial. Hasil dari penelitian tersebut menunjukkan jika

pompa yang dioperasikan sebagai turbin dikondisikan sesuai dengan data

hidraulik pompa maka efisiensi yang dihasilkan lebih rendah dari pada efisiensi

jika dioperasikan sebagai pompa. Ini dimungkinkan karena :

• Sudut sudu impeler sisi masuk pada turbin untuk menghasilkan efisiensi yang

baik lebih besar dari pada sudut sudu impeler sisi keluar pada pompa (jika

dioprasikan sebagai turbin maka menjadi sisi masuk turbin) untuk

menghasilkan efisiensi yang baik. Karena pada roda jalan pompa jika sudut

sudu diperbesar maka kecepatan massa air yang keluar dari roda jalan

semakin cepat, menimbulkan resiko kerugian gesek yang besar ( Seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 2.22.).

• Diameter luar dari impeller yang digunakan sebagai pompa lebih besar dari

pada diameter luar impeller yang digunakan sebagai turbin, jika dioperasikan

pada Head dan putaran yang sama untuk menghasilkan efisiensi yang baik

(seperti ditunjukkan pada Gambar 2.22.). Untuk jumlah sudu pada roda jalan

pada turbin lebih banyak dari pada jumlah sudu roda jalan pada pompa dan

daya tampung roda jalan turbin lebih banyak dari pada roda jalan pompa

33

dengan Head dan putaran kerja yang sama. Jadi setiap bentuk geometri roda

jalan mempunyai karakteritik tersediri sesuai penggunaannya, sebagai pompa

atau sebagai turbin.

Gambar 2.22. Perbandingan roda jalan turbin dan impeller pompa. (Tamm et al)

Head pompa (Hp) dapat ditentukan melalui persamaan Euler tentang pompa :

( )g

cucuH

puppupph

bepp

1122,

,

×−×=

η (Tamm et al) (2.24)

Dimana u dan cu adalah komponen kecepatan tangensial dari roda jalan dan

komponen kecepatan tangensial massa air , subscript 1 dan 2 menunjukkan

komponen saluran masuk dan saluran keluar yang dioprasikan sebagai pompa.

Untuk menghasilkan Head pompa yang besar secara teoritis maka komponen

kecepatan cu1 = 0, ini terjadi mendekati atau pada titik BEP (Best Efficiency

Point). Pada sisi keluar roda jalan yang berfungsi sebagai pompa, karena

membesarnya saluran sudu roda jalan maka kecepatan dari massa air tersebut

melambat menyebabkan komponen cu2 mengecil dan secara keseluruhan

menurunkan Head.

Jika penyimpangan sudut sudu di roda jalan pompa diabaikan, dan pada saat

pompa dioperasikan sebagai turbin maka akan didapat segitiga kecepatan sisi

masuk dan sisi keluar yang sebangun dengan segitiga kecepatan sisi masuk dan

sisi keluar sebagai pompa. Dengan demikian didapat tingkat efisiensi yang

34

menyamai efisiensi pompa. Ini dapat terjadi pada aliran yang tidak berguncang

dan tidak terjadi pusaran air, jika itu semua tercapai akan mengurangi kerugian-

kerugian gesekan fluida dan meningkatkan efisiensi hidroliknya.

Untuk memilih pompa yang akan digunakan sebagai turbin pada beberapa

kondisi, yang perlu diperhatikan harga-harga dari Head dan kapasitas aliran dari

pompa maupun turbin pada titik BEP (Best Efficiency Point). Sesuai dengan

rumus Euler maka komponen-komponen perhitungan dari pompa dan turbin dapat

digabungkan menjadi :

( )g

cucuH

puppupph

bepp

1122,

,

×−×=


( )g

cucuH

th

tuttutbept

×

×−×=

,

1122,


phthbeptbepp HH ,,,, ηη ××= (Tamm et al) (2.27)

Gambar 2.23. Segitiga kecepatan pada efisiensi maksimum pada mesin pompa yang

dioperasikan sebagai pompa dan sebagai turbin. (Tamm et al)

Dari rumus di atas dapat disimpulkan pada putaran yang sama Head dari

turbin lebih besar dari pada Head pompa.

35

Kemudian untuk menentukan besarnya perbandingan laju aliran pompa

sebagai turbin dan laju aliran sebagai pompa pada keadaan efisiensi maksimal,

pada Gambar 2.23. menunjukkan perbedaan segitiga kecepatan pada pompa

dengan pompa yang berfungsi sebagai turbin pada sisi masuk dan sisi keluar. Pada

sisi keluar pompa sudut α3 merupakan sudut dari rumah keong (volute), pada saat

pompa sebagai turbin sudut tersebut diasumsikan menjadi sudut pengarah sisi

masuk roda jalan turbin. Ketika beroperasi sebagai pompa, satuan massa yang

keluar dari roda jalan dengan kecepatan relatif akan membentuk sudut β3P, yang

besarnya lebih kecil dari sudut β2. Sedangkan pada saat dioperasikan sebagai

turbin garis kerja kecepatan relatif dari massa air membuat sudut β3T, yang

besarnya dapat diasumsikan sama dengan besar sudut β2. Dengan membesarnya

sudut β3T maka CT lebih besar dari pada CP.( CT arah kecepatannya berlawanan

dengan CP).

Pada sisi bagian dalam roda jalan ketika beroperasi sebagai pompa garis kerja

dari kecepatan mutlak massa cairan yang masuk ke roda jalan diasumsikan tegak

lurus (membentuk sudut 90º) terhadap garis kerja kecepatan tangensial dari roda

jalan tersebut. Sudu pada sisi masuk roda jalan untuk pompa dirancang dengan

kemiringan tertentu, ini dimaksudkan untuk menghasilkan kemampuan menghisap

yang maksimal. Garis kerja dari kecepatan relatif massa air yang membetuk sudut

β0P terhadap kecepatan mutlak dari roda jalan yang besarnya lebih kecil dari pada

sudut kemiringan sudu roda jalan β1. Pada saat pompa dioperasikan sebagai turbin

besar sudut garis kerja kecepatan relatif massa air terhadap kecepatan mutlak dari

roda jalan besar sudut β0T lebih besar dari pada sudut kemiringan sudu roda jalan

36

β1. Ini disebabkan karena terjadi penyempitan pada saluran sudu roda jalan pada

sisi keluar. Karena penyempitan tersebut maka resiko terjadinya pusaran air

sangat besar dan menyebabkan menurunnya efisiensi dari pompa sebagai turbin.

Gambar 2.24. Grafik kinerja mesin pompa yang dioperasikan sebagai pompa dan sebagai turbin

pada putaran kerja yang sama. (Shafer et al)

Sesuai dengan segitiga kecepatan yang dihasilkan suatu pompa yang

dioperasikan sebagai turbin jika dikondisikan pada Head dan putaran kerja yang

sama dengan pompa akan, menghasilkan efisiensi turbin yang lebih rendah dari

pada efisiensi dari pompa itu sendiri. BEP pompa sebagai turbin akan lebih baik

pada debit aliran yang lebih besar dari pada debit pompa tersebut.

Dari Gambar 2.24 pada kurva efisiensi tubin, kurva yang terjadi sebelum dan

sesudah titik kulminasi bentuk kurvanya lebih landai dari pada kurva yang terjadi

pada efisiensi pompa yang mendekati titik kulminasinya, pada mesin yang sama

(percobaan dilakukan pada pompa dengan roda jalan kecepatan spesifik putaran

pelan). Faktor-faktor lain yang dapat menurunkan efisiensi adalah kebocoran pada

pompa sebagai turbin dan rugi gesekan antara roda jalan dengan air.

37

Dari percobaan-percobaan dan penelitian-penelitian terdahulu tentang pompa

sebagai turbin, telah dirumuskan rumus pendekatan (persamaan 2.28 dan 2.29)

untuk memilih pompa agar dijadikan sebagai turbin.

phthp

t 1

H

H

,,

ηη= (Stepanoff) (2.28)

phthp

t 1

Q

Q

,,

ηη= (Stepanoff) (2.29)

Dari rumus di atas tentu sangat sulit untuk mengetahui efisiensi hidraulik dari

turbin tanpa melakukan suatu pengujian, tetapi banyak kasus pemilihan pompa

sebagai turbin terdahulu efisiensi turbin dapat diasumsikan sama dengan efisiensi

pompa. Jadi efisiensi hidraulik total merupakan pangkat dua dari efisiensi pompa

dari mesin tersebut.

Dengan asumsi tersebut maka dengan mudah persamaan 2.28 dan 2.29 dapat

diselesaikan. Persamaan 2.28 dan 2.29 hanya berlaku untuk pemilihan awal

sebuah mesin pompa untuk dijadikan turbin, beberapa rumus empiris yang lain

tentang pendekatan untuk memilih pompa sebagai turbin dapat ditemukan pada

buku-buku acuan yang lain. Tetapi belum ada satupun rumus yang disepakati

memiliki keakuratan yang baik sebagai acuan untuk menentukan pompa sebagai

turbin.

38

2.6 ALTERNATOR

Altenetor adalah suatu alat ektromekanikal yang mengkonversi daya mekanis

menjadi energi elektrik. Pada prinsipnya generator dapat juga disebut sebagi

altenator, perbedaan antara alternator dan generator terletak pada kumparan yang

menghasilkan gaya magnet. Pada generator yang menghasilkan gaya magnet

adalah bagian stator sedangkan pada alternator adalah bagian rotor. Altenator

memiliki bagian-bagian antara lain :

a. Rotor

Yang dimakud rotor adalah bagian yang berputar yang menjadi satu dengan

poros alternator yang terdapat magnet permanent atau lilitan induksi magnet,

pada rotor terdapat bagian yang berfungsi sebagai kutub magnet yang terletak

pada sisi luar dari lilitan. Bagian lain dari rotor adalah slip ring yang terletak

pada bagian belakang berfungsi sebagai penyalur listrik ke kumparan rotor.

Rotor ditumpu oleh dua buah bearing, pada bagian dengannya terdapat puli.

b. Stator

Stator adalah bagian pada altenator yang menempel pada body alternator,

bagian ini berupa lilitan yang berfungsi untuk menghasilkan arus bolak-balik

(AC)

c. Dioda

Dioda mengkonversi arus bolak-balik yang dihasilkan oleh lilitan stator

menjadi arus searah. Komponen ini terdapat pada alternator DC sedangkan

pada alternator AC tidak digunakan.

39

d. Pengatur Tegangan

Pada bagian ini dapat mengontrol jumlah tegangan yang diberikan oleh

alternator.

Gambar 2.25. Skema alternator

2.6.1 Cara Kerja

Pada saat lilitan rotor diberi arus listrik maka akan timbul gaya gerak

listrik yang arahnya sesuai dengan kaidah tangan kanan (seperti ditunjukkan

gambar 2.5.), arah gaya magnet searah dengan arah ibu jari sedangkan arah gaya

listriknya menembus telapak tangan dan arah arus searah dengan arah kepangkal

lengan. Arus hasil dari pembangkitan ini adalah arus bolak-balik, untuk

menyearahkan digunakan dioda.

Jika suatu turbin dihubungkan dengan alternator DC maka energi mekanis

yang dihasilkan turbin akan dikonversikan menjadi energi listrik oleh alternator

DC. Keluaran alternator yang berupa tegangan (V) dan jika diberi beban maka

akan ada arus (I) yang mengalir.

P = V x I (2.30)

Dengan :

P = Daya listrik (Watt)

V = Tegangan yang dihasilkan (Volt)

40

I = Arus yang mengalir pada beban (Ampere)

Kemudian setelah daya telah diketahui maka untuk menghitung torsi yang

digunakan poros alternator digunakan rumus (dengan asumsi kecepatan putar

poros alternator sama dengan kecepatan poros turbin) :

n

PT 55,9= (2.31)

Dengan :

T = Torsi poros alternator (N.m)

n = Kecepatan putar poros alternator (rpm)

2.7 PERSAMAAN-PERSAMAAN YANG DIGUNAKAN

Pada penelitian ini bebarapa persamaan digunakan untuk menghasilkan

data-data yang diingikan.

2.7.1 Persamaan Untuk Menghitung Daya Air (Pin)

Konversi satuan tekanan pressure gauge ( p (kg/cm2)) menjadi satuan

Pascal (Pa).

10000××∆= gpPa pengukuran

outinpengukuran ppp −=∆

Dengan :

Pa = tekanan dalam satuan Pascal (m)

∆ppengukuran = tekanan pressure gauge (kg/cm2)

Konversi satuan laju aliran massa

ρmV

••

=

Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya air

( )pengukuranin pVP ∆×=

•

41

2.7.2 Persamaan Untuk Menghitung Daya Yang Dihasilkan Turbin (Pout)

Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya yang dihasilkan turbin

langsung dikonversi kebentuk daya listrik.

IVPout ×=

2.7.3 Persamaan Untuk Menghitung Efisiensi Turbin (Pin)

Persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi turbin adalah:

%100×=in

out

TP

Pη (2.32)

Tη = efisiensi turbin

Persamaan yang digunakan untuk menghitung kecepatan putar spesifik :

75,0

Hnn

Vq

•

=

Hg

Pa

×=

ρ (2.33)

2.7.4 Persamaan Untuk Menghitung Head Kecepatan (Hc)

c = kecepatan rata-rata massa air

Hc = Head kecepatan

A = luas penampang saluran pipa

D = diameter pipa

=•

V kapasitas aliran air

cAV ×=•

4

2D

Aπ

=

g

cH c

2

2

= (3.34)

2.7.5 Persamaan Untuk Perbandingan Putaran pada Transmisi sabuk

n1 = putaran PST

d1 = diameter pully PST

F1 = gaya pada pully PST

P1 = daya pada PST

n2 = putaran alternator

F2 = gaya pada pully alternator

P2 = daya pada alternator

d2 = diameter bayangan pully alternator

21 FF = , 21 PP =

1

2

2

1

d

d

n

n= (2.35)

42

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 DIAGRAM ALIR PENELITIAN

Gambar. 3.1. Diagram alir penelitian

Pengadaan alat

pengujian

Pemasangan alat

pengujian

Judul Tugas

Akhir

Pengambilan data

Naskah Tugas Akhir

Penulisan Tugas

Akhir

Buku-buku literatur

dan jurnal-jurnal

Percobaan awal

alat pengujian

Perancangan alat

penelitian

gagal

berhasil

Pengolahan data gagal

berhasil

43

3.2 JENIS PENELITIAN

Penelitian yang dilakukan merupakan studi kasus dan bersifat deskriptif

kualitatif, yaitu suatu penelitian terhadap obyek tertentu dan kesimpulan yang

diambil terhadap obyek yang diteliti berdasarkan hasil analisa data yang telah

dilakukan. Dalam hal ini obyek yang diteliti adalah pengaruh penambahan

kapasitas aliran terhadap kinerja mesin pompa yang dioprasikan sebagai turbin.

3.3 SARANA PENELITIAN

3.3.1 Sarana Pengujian

Sarana yang digunakan dalam penelitian ini dibedakan menjadi 2 macam

sarana yaitu; sarana pengujian dan sarana perhitungan. Sarana pengujian pada

pompa sebagai turbin ini menggunakan sistem sirkulasi hidraulik. Untuk

pengadaan sarana pengujian dan perkakas, ada yang swadaya dan ada yang

difasilitasi oleh Laboratorium Energi, Laboratorium Mekanika Fluida dan

Laboratorium Manufaktur, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma, Jogjakarta. Untuk sarana perhitungan merupakan

fasilitas pribadi penulis.

Pada saat penelitian sarana pengujian dapat dikelompokkan menjadi :

a. Pompa Sumber

i. Pompa sentrifugal dengan merek ME Primary Pump tipe NS-100

dengan spesifikasi sebagai berikut :

Debit maksimum = 449 GPM (0,0284 m3/det)

Head Maksimum = 82 ft (25,26 m)

44

Daya kerja = 10 HP (7,46 Kw)

Putaran kerja = 2000 rpm

ii. Motor tiga fase (tipe bintang) buatan MAICO.Ltd. menghasilkan daya

18,5 Kw dengan magnet induksi. Dengan jumlah kutup 6 bekerja pada

putanran 1450 rpm. Motor litrik ini berfungsi untuk memutar pompa

sumber.

iii. Panel kelistrikan dan kelengkapannya

Panel kelistrikan ini berfungsi sebagai pengatur dan pengaman motor

listrik pada saat dioperasikan agar tidak terjadi sesuatu yang tidak

diinginkan. System tersebut juga untuk mempermudah pengoperasian.

iv. Mekanisme pully sabuk

Mekanisme ini terdiri dari dua buah pully, ada yang terletak pada

motor listrik dan yang satu terletak pada pompa. Kedua pully tersebut

dihubungkan oleh tiga buah sabuk tipe V.

Gambar. 3.2. Skema alat penelitian

45

v. Pondasi mesin

Pondasi mesin dibuat dari baja profile I yang berfungsi untuk

menopang motor listrik, pompa centrifugal dan panel listrik.

b. Mesin Pompa Sebagai Turbin

Mesin pompa ini merupakan pompa sentrifugal standard yang banyak dijual

di pasaran dengan keadaan bukan kondisi baru, tetapi masih berfungsi

dengan baik sebagai pompa. Dengan daya pemompaan sebesar 746 watt

1HP, dengan ukuran diameter hisap dan diameter tekannya sebesar 1½”.

Dengan spesifikasi : debit maksimum 0,005 m3/detik, Head maksimum 18

m, Head hisap maksimum 9 m, dan putaran kerja pada 2900 rpm. Bagian-

bagian mesin pompa tersebut :

i. Rumah pompa

Rumah pompa pada mesin pompa tidak mengalami perubahan tetap

seperti standard. Rumah pompa terbagi menjadi dua bagian, bagian

depan yang terbuat dari besi cor. Pada rumah pompa bagian depan

terdapat rumah keong (saluran volute), saluran hisap, saluran tekan

dan dudukan untuk baut pondasi, . Bagian belakang rumah pompa

yang buat dari alumumium terdapat rumah bantalan pada sisi luar, dan

bagian dalam terbuat dari pelat stailess-steel dan pada lubang poros

pompa terdapat dudukan untuk perapat (seal). Pada bagian belakang

terdapat lubang baut untuk dipasangkan ke rumah motor.

46

ii. Rumah motor

Rumah motor yang terbuat dari alumumium tuang, pada bagian

dalamnya terdapat kumparan tiga fase dan slot-slotnya yang berfungsi

sebagai magnet induksi pada saat dioperasikan sebagai pompa. Pada

bagian belakang rumah pompa terdapat bagian yang dapat dilepas, dan

pada bagian tersebut terdapat rumah bantalan.

iii. Poros pompa

Karena pada tipe pompa yang digunankan, rumah pompa terpasang

permanent dengan rumah motor maka untuk pengoperasiannya

menggunakan satu poros tanpa sambungan. Pada bagian poros yang

terletak di rumah pompa dibuat bertingkat, ada yang dibuat untuk ulir

M8 untuk mengunci roda jalan dan berikutnya diameter 12 mm untuk

dudukan roda jalan, pada bagian tersebut terdapat lubang pasak yang

lebarnya 4 mm dengan kedalaman 2 mm. Tingkat poros berukutnya

untuk dudukan perapat (seal) dengan diameter 14 mm. Pada tingkat

berikutnya poros masuk dalam bagian ruamah motor, dengan ukuran

poros diameter 20 mm, pada bagian tengah poros terdapat rotor.

Disetiap depan dan belakang rumah pompa terdapat bantalan.

Kemudian poros akan bertingkat lagi selepas dudukan bantalan , besar

poros berikutnya adalah berdiameter 14 mm, yang digunakan untuk

kipas pendingin. Panjang keseluruhan poros sebesar 261 mm.

47

iv. Roda jalan (Impeller)

Roda jalan masih standard sesuai spesifikasi pompa, roda jalan

tersebut dengan diameter luar sebesar 114 mm, diameter dalam

sebesar 41,5 mm dan diameter lubang poros sebesar 12 mm.Dengan 8

jumlah sudu, lebar sudu sebesar 8,5 mm dan tebal sudu sebesar 3 mm.

ukuran pasak 4 mm x 4 mm x 10 mm.

v. Bantalan

Bantalan yang digunakan dengan merek ESK dengan tipe 6203 Z

dengan dimensi diameter luar 40 mm, diameter lubang 20 mm dan

lebar 10 mm.

c. Perpipaan dan Kelengkapannya

Pada perpipaan dan kelengkapannya dapat digolongkan lagi menjadi :

i. Pipa PVC ∅ 4” dan kelengkapannya

Pipa yang dibutuh kurang lebih 2,5 m, sambungan elbow 5 (lima)

buah, over-sock ∅ 4” x ∅ 2” 1 (satu) buah, threat-sock diameter 4” 2

(dua) buah.

ii. Pipa PVC ∅ 1½” dan kelengkapannya

Pipa yang dibutuhkan kurang lebih 2 m, threat-sock 2 (dua) buah,

sambungan elbow 4 (empat) buah, over-sock ∅ 1½” x ∅ 2”.

iii. Pipa flesibel ∅ 4”

Pipa yang dibutuhkan ± 10 m, klem dan kawat baja ± 10 m untuk

penguat sambugan.

48

iv. Komponen penunjang

Lem PVC satu kaleng, selang ∅ 2” x 2 m, klem ∅ 2”dan ∅ 4,5”,

kawat baja ± 10 m untuk penguat sambugan, balok kayu ukuran 4 cm

x 5 cm x 700 cm, kayu lembaran dengan ukuran 1,5 cm x 15 x 100 m

untuk pondasi mesin pompa.

d. Alternator dan Kelengkapannya

Yang terdiri dari 1-set alternator mobil (untuk SUZUKI CARRY) merek

SWIP dengan lisensi ND (Nippon Denso) dengan tengangan 12 Volt dan

arus maksimum yang dapat dihasilkan 55 Ampere. Kelengkapan yang lain

berupa kabel ± 2,5 m dan bohlam lampu rem sebanyak 5 buah beserta

fittingnya.

e. Alat-alat Ukur dan Kelengkapannya

i. Pressure-Gauge

Pressure Gauge yang digunakan berjumlah dua buah yang diletakkan

pada saluran masuk turbin dan saluran keluar turbin. Berfungsi untuk

mengetahui besarnya tekanan yang terjadi pada setiap vareasi bukaan

katub.

ii. Taco-Meter

Mengukur putaran yang terjadi pada poros turbin.

iii. Multi-Tester

Mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan oleh alternator.

iv. Timbangan

Mengukur berat air yang ditakar.

49

v. Stop-watch

Mengukur waktu pada saat menakar air yang ditampung.

vi. Selang ∅ ¼”

Membuat saluran tambahan agar dapat terhubung dengan pressure

gauge.

vii. Nipple

Menghubungkan lubang pada pipa saluran dengan selang ∅ ¼” (setiap

saluran masuk dan saluran keluar turbin).

viii. Ember

Sebagai wadah dari massa air.

f. Mesin dan alat perkakas

i. Mesin bubut

Untuk pembuatan sock agar pipa flesibel dapat dirangkai.

ii. Mesin bor

Untuk pembuatan lubang baut pada pondasi kayu, membuat lubang

untuk ulir nipple.

iii. Kunci ring dan kunci pas

Untuk melepas dan mengencangkan baut-baut yang ada pada pompa

sebagai turbin.

iv. Obeng (+)dan (-)

Untuk mengencangkan dan melepas klem yang berfungsi sebagai

perapat.

50

v. Tang

Untuk memotong kawat

vi. Gergaji besi

3.3.2 Sarana Perhitungan

Sarana perhitungan yang dipakai dalam penelitian ini ada dua, yaitu

perangkat keras dan perangkat lunak.

a. Perangkat keras

Perangkat keras yang dipakai adalah satu set komputer yang memiliki

spesifikasi; Pentium-4 2.00 GB dengan RAM 512 MB.

b. Perangkat lunak

Perangkat lunak berupa Microsoft Office Excel 2003, yang digunakan untuk

memproses perhitungan, tabulasi dan menggambar grafik.

3.4 JALANNYA PENELITIAN

Penelitian ini dilaksanankan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan dan

tahap pelaksanaan penelitian.

3.4.1 Tahap Persiapan

a. Persiapan Pendahuluan

Langkah pertama yang dilakukan adalah membuat rancangan

rangkaian pipa-pipa yang menghubungkan bak air ke pompa sumber

kemudian menuju T-junction. Keluaran dari T-junction ada dua saluran,

yang satu menuju ke pompa sebagai turbin dan yang lain menuju bak air

51

sebagai saluran balik/bypass. Pada saluran balik ini ditempatkan kran katup

untuk mengatur debit yang masuk ke pompa sebagai turbin.

Setelah skema dari alat pengujian selesai kemudian lankah berikutnya

adalah pembelian komponen-komponen yang diperlukan untuk rangkain

tersebut. Setelah komponen-komponen tersedia langkah berikutnya adalah

merangkai komponen-komponen yang diperlukan sesui dengan rancangan

yang dibuat sebelumnya. Selanjutnya adalah pemasangan Pressure Gauge

pada sisi masuk dan sisi keluar pompa sebagai turbin. Dari pengalaman

yang dialami, tersita banyak waktu untuk pembuatan alat pengujian.

Setelah rangkaian terpasang, selanjutnya membuat dudukan untuk

mesin pompa sebagai turbin dan alternator.

b. Percobaan Awal

Setelah semua rangkaian telah terpasang dengan semestinya, maka

pengujian pertama adalah mengukur putaran pompa sebagai turbin tanpa

tersambung dengan alternator, dengan variasi bukaan katup pada saluran

balik. Vareasi yang dilakukan dengan keadaan pada saat katup terbuka

penuh sampai keadaan saat katup tertutup penuh.

Langkah selanjutnya adalah sama seperti diatas tetapi poros turbin

dipasangkan dengan pully, kemudian dengan menggunakan sabuk profile-V

dihubungkan dengan alternator. Perbandingan diameter pully pada pompa

sebagai turbin dengan pully pada alternator adalah 1 : 1. Dari data yang

didapat, kemudian menentukan pilihan pengaturan bukaan katub yang akan

diambil datanya untuk dijadikan bahan analisa.

52

3.4.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian

Setelah variasi bukaan katub telah ditentukan maka selanjutnya

pengambilan data sudah siap dilakukan. Pada setiap bukaan katub dilakukan 6

kondisi pembebanan secara pararel terhadap alternator, yaitu : 1 x 5 watt-12

Volt, 2 x 5 watt -12 Volt, 3 x 5 watt -12 Volt, 4 x 5 watt -12 Volt, 5 x 5 watt -12

Volt dan 1 x 35 Watt – 12 Volt. Data-data yang diambil antara lain:

i. Tekanan pada saluran masuk dan saluran keluar turbin dengan hasil

penunjukan skala pada Pressure Gauge yang ditempatkan pada saluran

masuk dan saluran keluar tubin.

ii. Mengukur putaran yang terjadi pada poros turbin dengan menggunakan

Taco Meter.

iii. Tegangan dan arus yang dihasilkan pada setiap pembebanan pada

alternator.

iv. Menakar berat air yang keluar dari turbin per satuan waktu yang terukur.

53

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 PERHITUNGAN

Data penelitian yang diambil berdasarkan variasi putaran katub pada T-

junction untuk memperoleh variasi debit air. Variasi putaran katub sebanyak 6

putaran untuk memperoleh 6 variasi debit yang berbeda. Setiap variasi debit air

terdapat 6 variasi pembebanan lampu yang masing-masing adalah : 5 Watt, 10

Watt, 15 Watt, 20 Watt, 25 Watt dan lampu keenam sebesar 35 Watt.

4.1.1 Data Penelitian

Data yang diperoleh dari sarana penelitian adalah vareasi bukaan kran

pengatur dan hasilnya sebagai berikut:

a. Penutupan 11 putaran kran

Debit = 1,53/0,72 m3/dtk

pin = 0,5 kg/cm2

pout = 0 kg/cm2

Pin = 107,9 Watt

Tabel 4.1. Data pengujian 1

beban Putaran Tegangan Arus

Watt rpm Volt Ampere

35 690 4,21 1,41

25 696 4,01 1,74

20 673 4,64 1,08

15 678 4,90 0,82

10 680 5,30 0,56

5 624 5,73 0,30

0 620 6,20 0

54

b. Penutupan 12 putaran kran

Debit = 1,96/0,66 kg/dtk

pin = 0,6 kg/cm2

pout = 0 kg/cm2

Pin = 176,6 Watt




35 690 5,7 1,65

25 696 5,82 1,47

20 673 6,21 1,21

15 678 6,67 0,94

10 680 7,12 0,65

5 696 7,72 0,34

0 710 8,30 0

c. Penutupan 13 putaran kran


pin = 0,9 kg/cm2

pout = 0 kg/cm2

Pin = 282,5 Watt




35 821 8,23 1,96

25 780 8,43 1,72

20 794 9,00 1,42

15 821 9,63 1,11

10 852 10,30 0,77

5 889 11,24 0,39

0 930 12,2 0

55

d. Penutupan 14 putaran kran


pin = 1,3 kg/cm2

pout = 0 kg/cm2

Pin = 420,8 Watt




35 2090 14,25 2,63

25 2037 14,12 3,01

20 2090 14,25 2,53

15 2210 14,49 1,71

10 2249 14,61 0,90

5 2275 14,70 0,44

0 2305 18,5 0

e. Penutupan 15 putaran kran


pin = 1,8 kg/cm2

pout = 0,1 kg/cm2

Pin = 703,8 Watt




35 2622 14,4 2,6

25 2625 14,4 2,2

20 2632 14,4 2,2

15 2654 14,6 1,7

10 2684 14,7 0,9

5 2711 14,8 0,4

0 2737 17,6 0

56

f. Penutupan 16 putaran kran (tutup penuh)


pin = 2 kg/cm2

pout = 0,1 kg/cm2

Pin = 615,1 Watt




35 2748 14,4 2,6

25 2748 14,5 2,2

20 2761 14,5 1,8

15 2767 14,6 1,4

10 2799 14,7 0,9

5 2825 14,8 0,5

0 2833 17,5 0

4.1.2 Perhitungan dan Pengolahan Data

Perhitungan data dilakukan dengan metode komputasi yang dikerjakan

menggunakan bantuan software Microsoft excel. Dengan mengambil satu satu

contoh perhitugan disetiap pembahasan yang merupakan perwakilan dari data

hasil pengujian. Dan untuk hasil perhitungan yang lainnya ditampilkan dalam

bentuk tabel dan grafik.

4.1.2.1 Perhitungan Daya Air (Pin)

Konversi satuan tekanan pressure gauge ke satuan tekanan Pascal (Pa):

Pa = 10000××∆ gp pengukuran = 98100)09,0( ×− = 88290

Konversi satuan laju aliran massa ke laju aliran volume :

1000

mV

••

= 1000

0,561,8= = 0,0032 m

3/detik

57

Dari dua persamaan tersebut didapat persamaan mencari daya :

Pin = PaV ×•

= 0,0032 x 88290 = 282,5 Watt

4.1.2.2 Perhitungan Daya Yang Dihasilkan Turbin(Pout)

Dari data pengujian maka daya output yang berupa daya listrik setiap

pembebanan dapat langsung didapat :

Pout = V x I = 11,2 x 0,4 = 4,4 Watt

Dengan mengasumsikan kecepatan putar alternator sama dengan

kecepatan poros turbin dan tugi-rugi di alternator diabaikan maka dapat dicari

torsi yang terima alternator (torsi guna turbin) :

T =n

Pout×55,9 =889

4,455,9 × = 0,047 N m

4.1.2.3 Perhitungan Efisiensi Turbin (ηT)

Selanjutnya efisiensi pompa sebagai turbin dapat didapat dengan

menggunakan rumus efisiensi turbin :

%100×=in

out

TP

Pη %100

5,282

4,4×= = 1,6 %

Untuk menentukan harga kecepatan spesifiknya menggunakan rumus :

nq = 75,0

Hn

V•

= 0,759

0,0032889× = 9,7 rpm

4.1.2.4 Perhitungan Head Kecepatan (Hc)

4

10005,14,25

0032,02

××

=

π

c = 2,91 m/s

58

81,92

91,2 2

×=cH = 0,43 m

4.1.2.5 Perhitungan Perbandingan Putaran pada Transmisi Sabuk

)0254,03(2900

716 2

×=

d

d2 = 0,0189 m

4.1.3 Hasil Perhitungan dan Pengolahan Data

Setelah seluruh data hasil pengujian diolah dengan menggunakan program

Microsoft Exel, hasilnya seperti yang ditunjukkan pada tabel-tabel berikut ini.

Hasil perhitungan pada variasi penutupan 11 putaran kran

Debit = 0,0022 m3/dtk = 0,13 m

3/menit

pin = 0,5 kg/cm2 = 49050 Pa

pout = 0 kg/cm2 = 0 Pa

Pin = 107,9 Watt

Tabel 4.7. Data Hasil perhitungan pada pengujian 1

beban Putaran Tegangan Arus Daya Torsi Efisiensi nq

Watt rpm Volt Ampere Watt Nm %

35 690 4,21 1,41 5,9 0,08 5,5 9,82

25 696 4,01 1,74 7,0 0,10 6,5 9,90

20 673 4,64 1,08 5,0 0,07 4,6 9,58

15 678 4,90 0,82 4,0 0,06 3,7 9,65

10 680 5,30 0,56 3,0 0,04 2,8 9,67

5 709 5,73 0,30 1,7 0,02 1,6 10,09

0 710 6,20 0 0 0 0 10,10


Debit = 0,003 m3/dtk = 0,18 m

3/menit

pin = 0,6 kg/cm2 = 58860 Pa


Pin = 176,6 Watt

59




35 690 5,7 1,65 9,4 0,13 5,3 8,56

25 696 5,82 1,47 8,6 0,12 4,8 8,64

20 673 6,21 1,21 7,5 0,11 4,3 8,35

15 678 6,67 0,94 6,3 0,09 3,6 8,42

10 680 7,12 0,65 4,6 0,07 2,6 8,43

5 696 7,72 0,34 2,6 0,04 1,5 8,64

0 710 8,30 0 0 0 0 8,81


Debit = 0,0032 m3/dtk = 0,19 m

3/menit

pin = 0,9 kg/cm2 = 88290 Pa


Pin = 282,5 Watt




35 821 8,23 1,96 16,1 0,19 5,7 7,51

25 780 8,43 1,72 14,5 0,18 5,1 7,14

20 794 9,00 1,42 12,8 0,15 4,5 7,27

15 821 9,63 1,11 10,7 0,12 3,8 7,52

10 852 10,30 0,77 7,9 0,09 2,8 7,80

5 889 11,24 0,39 4,4 0,05 1,6 8,14

0 928 12,2 0 0 0 0 8,50


Debit = 0,0033 m3/dtk = 0,20 m

3/menit

pin = 1,3 kg/cm2 = 127530 Pa


Pin = 420,8 Watt

60




35 2090 14,25 2,63 37,5 0,17 8,9 14,53

25 2037 14,12 3,01 42,5 0,20 10,1 14,16

20 2090 14,25 2,53 36,1 0,16 8,6 14,53

15 2210 14,49 1,71 24,8 0,11 5,9 15,36

10 2249 14,61 0,90 13,1 0,06 3,1 15,63

5 2275 14,70 0,44 6,5 0,03 1,5 15,81

0 2305 18,5 0 0 0 0 16,02


Debit = 0,00422 m3/dtk = 0,25 m

3/menit

pin = 1,8 kg/cm2 = 176580 Pa

pout = 0,1 kg/cm2 = 9810 Pa

Pin = 703,8 Watt




35 2622 14,35 2,63 37,7 0,14 5,4 14,90

25 2625 14,41 2,22 32,0 0,12 4,5 14,92

20 2632 14,43 2,17 31,3 0,11 4,4 14,96

15 2654 14,60 1,72 25,1 0,09 3,6 15,08

10 2684 14,67 0,90 13,2 0,05 1,9 15,25

5 2711 14,78 0,44 6,5 0,02 0,9 15,41

0 2737 17,60 0 0 0 0 15,56


Debit = 0,0033 m3/dtk = 0,20 m

3/menit

pin = 2 kg/cm2 = 196200 Pa

pout = 0,1 kg/cm2 = 9810 Pa

Pin = 615,1 Watt

61




35 2748 14,36 2,64 37,9 0,13 6,2 14,37

25 2748 14,45 2,22 32,1 0,11 5,2 14,37

20 2761 14,54 1,78 25,9 0,09 4,2 14,44

15 2767 14,61 1,35 19,7 0,07 3,2 14,47

10 2799 14,70 0,91 13,4 0,05 2,2 14,64

5 2825 14,80 0,46 6,8 0,02 1,1 14,77

0 2833 17,60 0 0 0 0 14,81

Karakteristik pengujian pada beban 5 Watt

0

2

4

6

8

10

7 9 11 13 15 17

nq (rpm)

Da

ya

(wat

t)E

fisi

ensi

(%

)

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

To

rsi

(Nm

)

Daya Efisiensi Torsi


0

4

8

12

16

20

7 9 11 13 15 17 19 21

nq (rpm)

Day

a (w

att)

Efi

sien

si (

%)

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

To

rsi

(Nm

)

daya Efisiensi Torsi


0

10

20

30

7 9 11 13 15 17 19nq (rpm)

Day

a (w

att)

Efi

sien

si (

%)

0

0,05

0,1

0,15

To

rsi

(Nm

)



0

10

20

30

40

7 9 11 13 15 17 19 21

nq (rpm)

Day

a (w

att)

Efi

sien

si (

%)

0

0,05

0,1

0,15

0,2T

ors

i (N

m)


Gambar 4.1a. Grafik Daya, Efisiensi dan Torsi disetiap pembebanan vs nq.

62


0

15

30

45

7 9 11 13 15 17 19 21

nq (rpm)

Day

a (w

att)

Efi

sien

si (

%)

0

0,1

0,2

0,3

To

rsi

(Nm

)



0

9

18

27

36

45

7 12 17 22

nq (rpm)

Day

a (w

att)

Efi

sien

si (

%)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

To

rsi

(Nm

)


Gambar 4.1b. Grafik Daya, Efisiensi dan Torsi disetiap pembebanan vs nq.

Daya Pengereman Alternator yang Dihasilkan oleh Pompa Sebagai Turbin

y = -0,0027x2 + 1,3407x + 0,1943

y = -0,003x2 + 1,3447x

y = -0,0055x2 + 1,3871x - 0,2697

R2 = 0,9998

y = -0,014x2 + 0,9254x

y = -0,0081x2 + 0,5418x

y = -0,005x2 + 0,3483x

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Beban (watt)

Da

ya

ya

ng

dih

asi

lka

n (

wa

tt)

Pengujian 1 Pengujian 2 Pengujian 3 Pengujian 4 Pengujian 5 Pengujian 6

Gambar 4.2. Grafik Daya yang dihasilkan turbin vs Beban.

Dari hasil perhitungan dengan menggunakan software Microsoft Exel,

kemudian data pembeban diposisikan sebagai sumbu x dan daya serta putaran

yang dihasilkan sebagai sumbu y. Setelah itu akan didapat persamaan kurva

yang dibentuk dari titik-titik tersebut. Kemudian dengan fasilitas forcast pada

Microsoft Exel didapat titik maksimum dari kurva-kurva yang terbentuk dari

data hasil penelitian.

63

Ekstrapolasi Daya Pengereman Alternator yang Dihasilkan Pompa Sebagai

Turbin

y = -0,0027x2 + 1,3407x + 0,1943

y = -0,003x2 + 1,3447x

y = -0,0055x2 + 1,3871x - 0,2697

y = -0,014x2 + 0,9254x

y = -0,0081x2 + 0,5418x

y = -0,005x2 + 0,3483x

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 50 100 150 200 250 300

Beban (watt)

Day

a yan

g d

ihas

ilkan

(w

att)


Gambar 4.3. Grafik Ekstrapolai Daya Yang Dihasilkan Turbin vs Beban.

Ekstrapolasi Putaran Pompa Sebagai Turbin Terhadap Penambahan Beban

Alternator

y = -2.1105x + 692

y = -3.0017x + 710

y = -6,5665x + 929 y = -9,5527x + 2305

y = -4,9491x + 2737

y = -3,5891x + 2833

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 50 100 150 200 250 300

Beban (watt)

Puta

ran (rp

m)


Gambar 4.4. Grafik Ekstrapolasi Putaran vs Beban.

Dengan menggunakan daya maksimum hasil prediksi tersebut sebagai

daya maksimum yang dihasilkan maka dapat diketahui efisiensi maksimum

disetiap pengujian.

Putaran turbin dicari untuk mendapatkan harga kecepatan spesifik dari

setiap pengujian.

64

4.2 PEMBAHASAN

Pada sub bab ini data-data yang diolah dengan sarana Microsoft Exel disajikan

dalam bentuk grafik-grafik, kemudian dari grafik-grafik tersebut dapat diketahui

karakteristik hasil dari percobaan yang dilakukan.

4.2.1 Pembahasan untuk hasil ekstrapolasi pengujian 1

Dengan Head sebesar 5 m dan debit 2,2 liter/detik daya maksimal yang

dihasilkan dari hasil prediksi sebesar 6,1 Watt, maka efisiensi yang terjadi

sebesar 5,6 % pada putaran 614 rpm. Torsi yang digunakan untuk menghasilkan

listrik sebesar 0,09 Nm.


Dengan Head sebesar 6 m dan debit 3 liter/detik daya maksimal yang

dihasilkan dari hasil prediksi sebesar 9 Watt, maka efisiensi yang terjadi sebesar

5,1 % pada putaran 662 rpm. Torsi yang digunakan untuk menghasilkan listrik

sebesar 0, 13 Nm.




sebesar 5,4 % pada putaran 761 rpm. Torsi yang digunakan untuk menghasilkan

listrik sebesar 0,20 Nm.




65

sebesar 20,7 % pada putaran 1111 rpm. Torsi yang digunakan untuk

menghasilkan listrik sebesar 0, 75 Nm.





menghasilkan listrik sebesar 0,84 Nm.





menghasilkan listrik sebesar 0,85 Nm.

4.2.7 Pembahasan secara teoritis

Dari persamaan Stepanoff untuk menghasilkan daya pompa sebagai turbin

yang besarnya sama dengan daya pemompaan maka dibutuhkan Head sebesar

32 m dengan debit 6,7 liter/dtk, maka daya sumber sebesar 2103,3 watt. Dengan

demikian efisiensi pompa sebagai turbin sebesar 35,5 %.

Tabel 4.13. Komponen data pada daya pengereman maksimal disetiap

pengujian hasil pengolahan data

Tekanan Daya Head

total (2gH)

0,5 Debit

in out in out n Torsi nq Efisiensi

m m/s m3/detik kg/cm

2 Watt rpm Nm rpm %

5,11 10,01 0,0022 0,5 0 107.9 6.1 614 0.09 8.5 5,7

6,27 11,09 0,003 0,6 0 176,6 9,0 662 0,13 9,2 5,1

9,26 13,48 0,0032 0,9 0 282,5 15,3 716 0,20 7,6 5,4

13,21 16,10 0,0033 1,3 0 420,8 87,2 1111 0,75 9,2 20,7

17,42 18,49 0,0042 1,8 0,1 700,4 151,9 1720 0,84 13,1 21,7

19,10 19,36 0,0033 2 0,1 615,1 166,6 1877 0,85 11,8 27,1

66

Karakteristik PST Yang Diuji

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

10,01 11,09 13,48 16,10 18,49 19,36

Harga dasar Kecepatan massa air yang masuk PST ( m/s)

Hea

d (

x 1

8 m

)

Deb

it (

x 0

,005 m

3/d

tk)

Puta

ran (

x 2

900 r

pm

)

Day

a P

ST

(x 7

46 w

att)

Efi

sien

si

Head Debit Daya PST Efisiensi Putaran

Gambar 4.5. Grafik Efisiensi, BHP, Debit, Putaran dan Head vs Kecepatan massa air rata-rata.

Karakteristik PST Dengan menggunakan Alternator

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 500 1000 1500 2000

Putaran ( rpm )

Daya

Pen

gere

man ( W

att)

Efi

siensi

( %

)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Tors

i ( N

m )

Daya Pengereman Efisiensi Torsi

Gambar 4.6. Grafik Efisiensi, Daya output dan Torsi vs Putaran.

Karakteristik Pompa Sebagai Turbin Pada Putaran 2900 rpm

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

nq (rpm)

Hea

d (

x 1

8 m

)

Efi

sien

si

Head Efisiensi

Gambar 4.8. Grafik Head dan Efisiensi vs nq, jika dioprasikan pada putaran 2900 rpm.

67

4.3 KENDALA PADA SAAT PENELITIAN

Dalam melakukan penelitian ini penulis banyak menemukan kendala-

kendala, diantaranya :

1. Pengecilan diameter pipa dari diameter 4” ke diameter 1,5” membuat

tekanan dalam pipa menjadi besar dan membuat sambungan-sambungan

pipa sering lepas,sehingga cukup memakan waktu.

2. Ukuran pompa sumber yang cukup besar dan berat, dan keterbatasan

tenaga membuat jalannya penelitian cukup melelahkan dan lama.

3. Kurang lengkapnya fasilitas yang mendukung untuk melakukan

penelitian pompa sebagai turbin.

4. Karena penelitian harus dilakukan diluar ruangan sehingga harus melihat

perkiraan cuaca.

5. Kurangnya pengetahuan tentang kelistrikan.

68

BAB V

PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Dari pembahasan dan analisis yang dilakukan pada penelitian ini, maka

dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

Hasil Pengujian

1. Daya yang dihasilkan pada pengujian dapat mencapai 42,5 watt pada Head

13 m, debit 0,0033 m3/detik, pada putaran 2037 rpm.

2. Efisiensi mesin pompa sebagai turbin pada pengujian dapat mencapai 10,1%

pada Head 13 m, debit 0,0033 m3/detik pada putaran 2037 rpm.

3. Torsi pengereman maksimum dari pengujian dapat mencapai 0,20 Nm pada

Head 13 m, debit 0,0033 m3/detik, pada putaran 2073 rpm.

Hasil ektrapolasi data hasil pengujian

1. Daya pengereman diprediksikan dapat mencapai 166,6 watt pada Head 19 m,

debit 0,0033 m3/detik, dan bekerja pada putaran 1877 rpm.

2. Efisiensi mesin pompa sebagai turbin diprediksikan dapat mencapai 27,1%

pada Head 19 m, debit 0,0033 m3/detik dan bekerja pada putaran 1877 rpm.

3. Torsi pengereman maksimum diprediksikan dapat mencapai 0,85 Nm pada

Head 19 m, debit 0,0033 m3/detik dan bekerja pada putaran 1877 rpm.

69

5.2 SARAN

Mengingat masih terbuka lebar untuk penelitian selanjutnya mengenai

pompa sebagai turbin maka beberapa masukan berikut ini bisa menjadi

pertimbangan :

1. penelitian dengan jenis mesin pompa yang berbeda.

2. Melakukan modifikasi mesin pompa berdasarkan pertimbangan secara teknis

agar kerja mesin pompa sebagai turbin lebih baik.

71

LAMPIRAN

Debit = 0,0022 m3/dtk = 0,13 m

3/menit d1 = 0,0764 m

pin = 0,5 kg/cm2

= 49050 Pa n2 = 2900 rpm

pout = 0 kg/cm2

= 0 Pa nq2 = 41,2695829 rpm

Pin = 107,9 Watt

beban Daya Putaran nq Efisiensi Torsi gaya d2 Torsi n = 2900

Watt Watt rpm % Nm N m Nm

5 1,6 662,90 8,87 1,498 0,0233 0,6096 0,01746404 0,00532330210 3,0 654,80 8,76 2,7643 0,0435 1,1389 0,0172507 0,00982332815 4,1 646,71 8,65 3,799 0,0605 1,5848 0,01703736 0,01350007820 5,0 638,61 8,54 4,602 0,0743 1,9441 0,01682402 0,01635355225 5,6 630,51 8,43 5,1733 0,0846 2,2135 0,01661068 0,0183837530 5,9 622,41 8,32 5,5129 0,0913 2,3895 0,01639734 0,01959067235 6,1 614,31 8,22 5,6209 0,0943 2,4684 0,016184 0,019974319

Debit = 0,003 m3/dtk = 0,18 m

3/menit d1 = 0,0764 m

pin = 0,6 kg/cm2

= 58860 Pa n2 = 2900 rpm

pout = 0 kg/cm2

= 0 Pa nq2 = 42,0332946 rpm

Pin = 176,6 Watt



5 2,5065 703,17 10,05 1,4195 0,034 0,8911 0,01852497 0,00825416410 4,608 696,35 9,95 2,6096 0,0632 1,6543 0,01834512 0,01517462115 6,3045 689,52 9,85 3,5703 0,0873 2,2858 0,01816526 0,02076137120 7,596 682,69 9,75 4,3017 0,1063 2,7816 0,0179854 0,02501441425 8,4825 675,87 9,66 4,8038 0,1199 3,1376 0,01780555 0,0279337530 8,964 669,04 9,56 5,0765 0,128 3,3496 0,01762569 0,02951937935 9,0405 662,21 9,46 5,1198 0,1304 3,413 0,01744583 0,029771302

Debit = 0,0032 m3/dtk = 0,19 m

3/menit d1 = 0,0764 m

pin = 0,9 kg/cm2

= 88290 Pa n2 = 2900 rpm

pout = 0 kg/cm2

= 0 Pa nq2 = 32,0287028 rpm

Pin = 282,5 Watt



5 4,051 882,35 9,61 1,4338 0,0438 1,1478 0,02324533 0,01334036210 7,482 854,70 9,30 2,6482 0,0836 2,1885 0,02251687 0,02463915 10,293 827,05 9,00 3,6432 0,1189 3,1114 0,02178841 0,03389591420 12,484 799,40 8,70 4,4187 0,1491 3,9042 0,02105995 0,04111110325 14,055 771,75 8,40 4,9747 0,1739 4,553 0,02033149 0,04628456930 15,006 744,09 8,10 5,3113 0,1926 5,0417 0,01960303 0,0494163135 15,337 716,44 7,80 5,4285 0,2044 5,3518 0,01887457 0,050506328

Tabel hasil perhitungan dengan ekstrapolasi pengujian 3



Debit = 0,0033 m3/dtk = 0,20 m

3/menit d1 = 0,0764 m

pin = 1,3 kg/cm2

= 127530 Pa n2 = 2900 rpm

pout = 0 kg/cm2

= 0 Pa nq2 = 24,6857143 rpm

Pin = 420,8 Watt



5 6,5283 2257,24 18,94 1,5512 0,0276 0,723 0,05946651 0,02149836710 13,051 2209,47 18,54 3,1012 0,0564 1,4767 0,05820819 0,04297928115 19,299 2161,71 18,14 4,5858 0,0853 2,2319 0,05694986 0,06355459120 25,272 2113,95 17,74 6,0051 0,1142 2,9888 0,05569154 0,08322429825 30,97 2066,18 17,34 7,359 0,1431 3,7473 0,05443322 0,10198840230 36,393 2018,42 16,94 8,6476 0,1722 4,5076 0,0531749 0,11984690235 41,541 1970,66 16,54 9,8708 0,2013 5,27 0,05191658 0,13679979840 46,414 1922,89 16,13 11,029 0,2305 6,0344 0,05065826 0,152847091

45 51,012 1875,13 15,73 12,121 0,2598 6,8012 0,04939994 0,167988781

50 55,335 1827,37 15,33 13,148 0,2892 7,5704 0,04814162 0,182224867

55 59,383 1779,60 14,93 14,11 0,3187 8,3422 0,04688329 0,19555535

60 63,156 1731,84 14,53 15,007 0,3483 9,1169 0,04562497 0,207980229

65 66,654 1684,07 14,13 15,838 0,378 9,8948 0,04436665 0,219499505

70 69,877 1636,31 13,73 16,604 0,4078 10,676 0,04310833 0,230113178

75 72,825 1588,55 13,33 17,304 0,4378 11,461 0,04185001 0,239821247

80 75,498 1540,78 12,93 17,94 0,4679 12,25 0,04059169 0,248623712

85 77,896 1493,02 12,53 18,509 0,4983 13,043 0,03933337 0,256520574

90 80,019 1445,26 12,13 19,014 0,5288 13,842 0,03807505 0,26351183395 81,867 1397,49 11,73 19,453 0,5595 14,645 0,03681673 0,269597488

100 83,44 1349,73 11,33 19,827 0,5904 15,455 0,0355584 0,27477754105 84,738 1301,97 10,92 20,135 0,6216 16,271 0,03430008 0,279051988110 85,761 1254,20 10,52 20,378 0,653 17,095 0,03304176 0,282420833115 86,509 1206,44 10,12 20,556 0,6848 17,927 0,03178344 0,284884074120 86,982 1158,68 9,72 20,668 0,7169 18,768 0,03052512 0,286441712125 87,18 1110,91 9,32 20,715 0,7494 19,619 0,0292668 0,287093747


Debit = 0,0042 m3/dtk = 0,25 m

3/menit d1 = 0,0764 m

pin = 1,8 kg/cm2

= 176580 Pa n2 = 2900 rpm

pout = 0,1 kg/cm2

= 9810 Pa nq2 = 22,8278903 rpm

Pin = 703,8 Watt



5 6,675 2705,60 20,94 0,9485 0,0236 0,6168 0,07127857 0,02198146610 13,2 2683,20 20,77 1,8756 0,047 1,2299 0,07068844 0,04346896615 19,575 2660,80 20,60 2,7815 0,0703 1,8392 0,07009832 0,064462520 25,8 2638,40 20,42 3,666 0,0934 2,4447 0,06950819 0,08496206925 31,875 2616,00 20,25 4,5292 0,1164 3,0462 0,06891807 0,10496767230 37,8 2593,60 20,08 5,3711 0,1392 3,6436 0,06832794 0,1244793135 43,575 2571,20 19,90 6,1917 0,1618 4,2368 0,06773782 0,14349698340 49,2 2548,80 19,73 6,9909 0,1843 4,8258 0,0671477 0,1620206945 54,675 2526,40 19,56 7,7689 0,2067 5,4104 0,06655757 0,18005043150 60 2504,00 19,38 8,5255 0,2288 5,9904 0,06596745 0,19758620755 65,175 2481,60 19,21 9,2608 0,2508 6,5658 0,06537732 0,21462801760 70,2 2459,20 19,04 9,9749 0,2726 7,1365 0,0647872 0,23117586265 75,075 2436,80 18,86 10,668 0,2942 7,7022 0,06419708 0,24722974170 79,8 2414,40 18,69 11,339 0,3156 8,2629 0,06360695 0,26278965575 84,375 2392,00 18,52 11,989 0,3369 8,8185 0,06301683 0,27785560380 88,8 2369,60 18,34 12,618 0,3579 9,3687 0,0624267 0,29242758685 93,075 2347,20 18,17 13,225 0,3787 9,9134 0,06183658 0,30650560390 97,2 2324,80 18,00 13,811 0,3993 10,453 0,06124646 0,32008965595 101,18 2302,40 17,82 14,376 0,4197 10,986 0,06065633 0,333179741

100 105 2280,00 17,65 14,92 0,4398 11,513 0,06006621 0,345775862105 108,68 2257,60 17,48 15,442 0,4597 12,034 0,05947608 0,357878017110 112,2 2235,20 17,30 15,943 0,4794 12,549 0,05888596 0,369486207115 115,58 2212,80 17,13 16,422 0,4988 13,058 0,05829583 0,380600431120 118,8 2190,40 16,96 16,881 0,518 13,559 0,05770571 0,39122069125 121,88 2168,00 16,78 17,317 0,5369 14,054 0,05711559 0,401346983130 124,8 2145,60 16,61 17,733 0,5555 14,541 0,05652546 0,41097931135 127,58 2123,20 16,44 18,127 0,5738 15,022 0,05593534 0,420117672140 130,2 2100,80 16,26 18,5 0,5919 15,494 0,05534521 0,428762069145 132,68 2078,40 16,09 18,852 0,6096 15,959 0,05475509 0,4369125150 135 2056,00 15,92 19,182 0,6271 16,415 0,05416497 0,444568966155 137,18 2033,60 15,74 19,491 0,6442 16,864 0,05357484 0,451731466160 139,2 2011,20 15,57 19,779 0,661 17,303 0,05298472 0,4584165 141,08 1988,80 15,39 20,046 0,6774 17,734 0,05239459 0,464574569170 142,8 1966,40 15,22 20,291 0,6935 18,155 0,05180447 0,470255172175 144,38 1944,00 15,05 20,515 0,7092 18,567 0,05121434 0,47544181180 145,8 1921,60 14,87 20,717 0,7246 18,969 0,05062422 0,480134483185 147,08 1899,20 14,70 20,898 0,7396 19,36 0,0500341 0,48433319190 148,2 1876,80 14,53 21,058 0,7541 19,741 0,04944397 0,488037931195 149,18 1854,40 14,35 21,197 0,7682 20,111 0,04885385 0,491248707200 150 1832,00 14,18 21,314 0,7819 20,469 0,04826372 0,493965517205 150,68 1809,60 14,01 21,41 0,7952 20,816 0,0476736 0,496188362210 151,2 1787,20 13,83 21,484 0,8079 21,15 0,04708348 0,497917241215 151,58 1764,80 13,66 21,538 0,8202 21,472 0,04649335 0,499152155220 151,8 1742,40 13,49 21,57 0,832 21,78 0,04590323 0,499893103225 151,88 1720,00 13,31 21,58 0,8433 22,075 0,0453131 0,500140086


Debit = 0,0033 m3/dtk = 0,20 m

3/menit d1 = 0,0764 m

pin = 2 kg/cm2

= 196200 Pa n2 = 2900 rpm

pout = 0,1 kg/cm2

= 9810 Pa nq2 = 18,5711164 rpm

Pin = 615,1 Watt



5 6,8303 2817,80 17,79 0,0111 0,0231 0,606 0,07423446 0,02249288410 13,331 2798,60 17,67 0,0217 0,0455 1,1909 0,07372863 0,0439013515 19,697 2779,40 17,54 0,032 0,0677 1,7717 0,07322281 0,06486524720 25,928 2760,20 17,42 0,0422 0,0897 2,3484 0,07271699 0,08538457425 32,024 2741,00 17,30 0,0521 0,1116 2,9209 0,07221117 0,10545933330 37,985 2721,80 17,18 0,0618 0,1333 3,489 0,07170535 0,12508952235 43,811 2702,60 17,06 0,0712 0,1548 4,0527 0,07119953 0,14427514340 49,502 2683,40 16,94 0,0805 0,1762 4,6119 0,07069371 0,16301619545 55,058 2664,20 16,82 0,0895 0,1974 5,1665 0,07018789 0,18131267850 60,479 2645,00 16,70 0,0983 0,2184 5,7164 0,06968207 0,19916459155 65,765 2625,80 16,57 0,1069 0,2392 6,2615 0,06917625 0,21657193660 70,916 2606,60 16,45 0,1153 0,2598 6,8016 0,06867043 0,23353471265 75,932 2587,40 16,33 0,1234 0,2803 7,3367 0,06816461 0,25005291970 80,813 2568,20 16,21 0,1314 0,3005 7,8667 0,06765879 0,26612655775 85,559 2549,00 16,09 0,1391 0,3206 8,3915 0,06715297 0,28175562680 90,17 2529,80 15,97 0,1466 0,3404 8,9108 0,06664714 0,29694012685 94,646 2510,60 15,85 0,1539 0,36 9,4247 0,06614132 0,31168005790 98,987 2491,40 15,73 0,1609 0,3794 9,9329 0,0656355 0,32597541995 103,19 2472,20 15,61 0,1678 0,3986 10,435 0,06512968 0,339826212

100 107,26 2453,00 15,48 0,1744 0,4176 10,932 0,06462386 0,353232436105 111,2 2433,80 15,36 0,1808 0,4363 11,422 0,06411804 0,366194091110 115 2414,60 15,24 0,187 0,4548 11,907 0,06361222 0,378711178115 118,67 2395,40 15,12 0,1929 0,4731 12,385 0,0631064 0,390783695120 122,2 2376,20 15,00 0,1987 0,4911 12,856 0,06260058 0,402411643125 125,59 2357,00 14,88 0,2042 0,5089 13,321 0,06209476 0,413595022130 128,86 2337,80 14,76 0,2095 0,5264 13,78 0,06158894 0,424333833135 131,98 2318,60 14,64 0,2146 0,5436 14,231 0,06108312 0,434628074140 134,97 2299,40 14,51 0,2194 0,5606 14,675 0,0605773 0,444477747145 137,83 2280,20 14,39 0,2241 0,5773 15,111 0,06007148 0,45388285150 140,55 2261,00 14,27 0,2285 0,5937 15,541 0,05956566 0,462843384155 143,14 2241,80 14,15 0,2327 0,6098 15,962 0,05905983 0,47135935160 145,59 2222,60 14,03 0,2367 0,6256 16,376 0,05855401 0,479430747165 147,9 2203,40 13,91 0,2405 0,641 16,781 0,05804819 0,487057574170 150,08 2184,20 13,79 0,244 0,6562 17,178 0,05754237 0,494239833175 152,13 2165,00 13,67 0,2473 0,6711 17,567 0,05703655 0,500977522180 154,04 2145,80 13,55 0,2504 0,6856 17,947 0,05653073 0,507270643185 155,82 2126,60 13,42 0,2533 0,6997 18,318 0,05602491 0,513119195190 157,46 2107,40 13,30 0,256 0,7135 18,679 0,05551909 0,518523178195 158,96 2088,20 13,18 0,2584 0,727 19,031 0,05501327 0,523482591200 160,33 2069,00 13,06 0,2607 0,7401 19,373 0,05450745 0,527997436205 161,57 2049,80 12,94 0,2627 0,7528 19,706 0,05400163 0,532067712210 162,67 2030,60 12,82 0,2645 0,7651 20,027 0,05349581 0,535693419215 163,64 2011,40 12,70 0,266 0,7769 20,339 0,05298999 0,538874557220 164,47 1992,20 12,58 0,2674 0,7884 20,639 0,05248417 0,541611126225 165,16 1973,00 12,45 0,2685 0,7995 20,928 0,05197834 0,543903126230 165,73 1953,80 12,33 0,2694 0,8101 21,206 0,05147252 0,545750557235 166,15 1934,60 12,21 0,2701 0,8202 21,471 0,0509667 0,547153419240 166,44 1915,40 12,09 0,2706 0,8299 21,724 0,05046088 0,548111712245 166,6 1896,20 11,97 0,2708 0,8391 21,965 0,04995506 0,548625436250 166,62 1877,00 11,85 0,2709 0,8477 22,192 0,04944924 0,548694591


76

(1) rumah pompa bagian belakang (2) rumah pompa bagian depan

(3) Impeller pompa (4) rumah pompa dan motor

(5)dudukan pompa dan alternator (6)alternator

77

(7) T-junction dan kran air (8) lampu untuk beban

(9) pompa sumber (10) motor listrik pompa sumber

(11) bak sirkulasi (12) multi-meter

prestasi pompa sentrifugal dengan impeler setengah ...1].pdf · disetiap pengujian pompa sebagai...

Documents