unjuk kerja turbin uap impuls satu tingkat …repository.usd.ac.id/35373/2/155214127_full.pdfunjuk...

i

UNJUK KERJA TURBIN UAP IMPULS SATU

TINGKAT MENGGUNAKAN TIGA NOSEL

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai

derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh :

TRI ADI AGUNG HADINATA

NIM : 155214127

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2019

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE PERFORMANCE OF ONE-LEVEL IMPULSE

TURBINES USING THREE NOZZELS

FINAL PROJECT

As partial fullfilment of the requirement

to obtain the sarjana teknik degree in Mechanical Engineering

by :

TRI ADI AGUNG HADINATA

Student Number : 155214127

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2019


vii

ABSTRAK

Ketel uap merupakan suatu alat untuk menghasilkan uap pada tekanan dan

temperatur tinggi. Orifice, turbin, dan dinamometer terdapat pada proses yang di

lakukan pada alat ini. Perubahan dari fase cair menjadi uap dilakukan dengan

memanfaatkan energi panas yang didapatkan dari pembakaran bahan bakar.

Sedangkan turbin adalah suatu perangkat yang mengkonversikan energi uap yang

bertemperatur tinggi dan tekanan tinggi menjadi energi mekanik (putaran) ekspansi

uap yang dihasilkan dari sudu-sudu putaran pada turbin impuls.

Manfaat dari pembuatan ketel uap ini yaitu dapat mengetahui unjuk kerja pada

turbin dan kita dapat mengetahui seberapa besar kekuatan pengereman pada

dinamometer pada alat ketel uap. Tujuan penelitian ini adalah (a) menganalisis

tekanan masuk turbin terhadap unjuk kerja, (b) menganalisis laju aliran massa

terhadap unjuk kerja, (c) menganalisis pengaruh sudut nosel terhadap unjuk kerja.

Penelitian diawali dengan membuat tiga variasi, yaitu (1) variasi tekanan (2)

variasi laju aliran massa dan (3) variasi sudut nosel. Pengambilan data dari ketiga

variasi tersebut dilakukan secara bersamaan pada hari yang sama. Mesin ketel uap

ini bersifat menghasilkan pengereman pada dinamometer. Dari hasil penelitian

diperoleh : (a) tekanan masuk turbin terbaik terdapat pada variasi 3, beban 0,5 kg,

tekanan 400.000Pa dengan efisiensi 1,123%, (b) laju aliran massa terbaik terdapat

pada variasi 5, 0,0030 kg/detik dengan efisiensi 1,290%, (c) sudut nosel terbaik

terdapat pada variasi 7, sudut nosel 40⁰ dengan efisiensi 1,043%.

Kata kunci : efisiensi, ketel uap, turbin uap impuls, dinamometer rem tali, orifice


ix

ABSTRACT

A Steam boilers is a device for producing steam at high pressures and

temperatures. Orifice, turbines, and dynamometers in the process carried out on this

device. Changes from the liquid phase to steam are carried out by utilizing the heat

energy obtained from burning fuel. Whereas the turbine is a device that converts

high-temperature and high-pressure steam energy into mechanical energy (rotation)

of the expansion of steam produced from the round blades on the impulse turbine.

The solution to making this boiler is to know the performance of the turbine and

we can know how much braking power the dynamometer is on the boiler. The

purpose of this study is (a) To analyze the turbine inlet pressure on performance,

(b) Analyze the mass flow rate of performance, (c) Analyze the effect of the nozzle

angle on performance.

The study begins by making three variations, namely (1) pressure variations (2)

variations in mass flow rates and (3) variations in nozzle angles. Retrieving data

from all three variations was carried out simultaneously on the same day. This steam

boiler machine produces braking on the dynamometer. From the results of the

study: (a) the best turbine inlet pressure is in variation 3, load 0,5 kg, pressure

400,000 Pa with efficiency of 1,123%, (b) the best mass flow rate is in variation 5,

0,0030 kg / sec with an efficiency of 1.290%, (c) the best nozzle angle is in variation

7, the nozzle angle is 40⁰ with an efficiency of 1.043%.

Keywords: efficiency, steam boiler, impulse steam turbine, rope brake

dynamometer, orifice


x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

limpahan rahmatnya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik

dan tepat pada waktunya.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib bagi setiap mahasiswa Program

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

untuk mendapatkan gelar S1 Teknik Mesin.

Berkat bimbingan, nasehat, dan doa yang diberikan oleh berbagai pihak,

akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Oleh karena itu,

dengan segala kerendahan hati dan ketulusan, penulis mengucapkan terima kasih

sebesar-besarnya kepada :

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

3. Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T. selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

4. Stefan Mardikus, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

5. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

6. Wasis dan Sri Puji Astuti sebagai orang tua saya yang selalu memberi


xii

DAFTAR ISI

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

TITTLE PAGE ........................................................................................................ ii

LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................. iii

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. iv

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ............................................................... v

LEMBAR PERYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ................................ vi

ABSTRAK ............................................................................................................ vii

ABSTRACT ............................................................................................................ ix

KATA PENGANTAR ............................................................................................ x

DAFTAR ISI ......................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv

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

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

1.2 Identifikasi Masalah ..................................................................................2

1.3 Rumusan Masalah .....................................................................................2

1.4 Batasan Masalah ........................................................................................2

1.5 Tujuan Dan Manfaat Penelitian .................................................................3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 4

2.1 Landasan Teori ..........................................................................................4

2.2 Penelitian Terdahulu ................................................................................16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................... 18

3.1 Metode Penelitian ....................................................................................18

3.2 Deskripsi Alat Penelitian .........................................................................19

3.3 Variasi Alat Penelitian .............................................................................21

3.4 Prosedur Penelitian ..................................................................................22

3.5 Variabel Penelitian ..................................................................................23

3.6 Prosedur Pengolahan Data .......................................................................24

3.7 Komponen Alat Pendukung ....................................................................24

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................. 27


xiii

4.1 Hasil Penelitian ........................................................................................27

4.2 Data ∆𝑝, 𝜌𝑢𝑎𝑝, ℎ𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖 ṁ𝑙𝑎𝑗𝑢 𝑎𝑙𝑖𝑟 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 ........................................29

4.3 Unjuk Kerja .............................................................................................30

4.4 Efek Variasi Tekanan Uap Masuk Turbin Terhadap Unjuk Kerja ..........32

4.5 Efek laju aliran massa masuk turbin 0,0029, 0,0030, dan 0,0031 kg/detik

dengan variasi daya dan efisiensi terhadap unjuk kerja..........................41

4.6 Efek variasi sudut nosel masuk turbin 20º, 30º, 40º dengan variasi daya

dan efisiensi terhadap unjuk kerja. ..........................................................49

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................................... 57

5.1 KESIMPULAN .......................................................................................57

5.2 SARAN ...................................................................................................57

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 59

LAMPIRAN................................................................................................................... 60


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Siklus rankine ......................................................................................5

Gambar 2. 2 Diagram T-s.........................................................................................6

Gambar 2. 3 Ketel uap pipa api ................................................................................7

Gambar 2. 4 Ketel uap pipa air ................................................................................8

Gambar 3. 1 Alur penelitian...................................................................................18

Gambar 3. 2 Skema Alat........................................................................................19

Gambar 3. 3 Tachometer........................................................................................24

Gambar 3. 4 Termokopel.......................................................................................25

Gambar 3. 5 Pengukur Tekanan.............................................................................26

Gambar 4. 1 Hubungan Efisiensi dengan beban setiap variasi..............................32

Gambar 4. 2 Hubungan 𝑃𝑜𝑢𝑡 dengan beban setiap variasi.....................................33

Gambar 4. 3 Hubungan 𝑃𝑖𝑛 dengan beban setiap variasi.......................................34

Gambar 4. 4 Hubungan torsi dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡..............................................................35

Gambar 4. 5 Hubungan putaran turbin dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡..............................................36

Gambar 4. 6 Hubungan 𝑃𝑖𝑛 dengan ℎ𝑖𝑛.................................................................37

Gambar 4. 7 Hubungan ℎ𝑖𝑛 dengan 𝑇𝑖𝑛.................................................................38

Gambar 4. 8 Hubungan 𝑝𝑖𝑛 dengan ℎ𝑖𝑛.................................................................39

Gambar 4. 9 Hubungan Efisiensi dengan beban setiap variasi..............................41

Gambar 4. 10 Hubungan 𝑃𝑜𝑢𝑡 dengan beban setiap variasi...................................42

Gambar 4. 11 Hubungan 𝑃𝑖𝑛 dengan beban setiap variasi.....................................43

Gambar 4. 12 Hubungan torsi dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡............................................................44

Gambar 4. 13 Hubungan putaran turbin dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡............................................45

Gambar 4. 14 Hubungan 𝑃𝑖𝑛 dengan ṁ.................................................................46

Gambar 4. 15 Hubungan ṁ dengan 𝛥𝑝..................................................................47

Gambar 4. 16 Hubungan ṁ dengan ρ....................................................................48

Gambar 4. 17 Hubungan Efisiensi dengan beban setiap variasi............................49

Gambar 4. 18 Hubungan 𝑃𝑜𝑢𝑡 dengan beban setiap variasi...................................50

Gambar 4. 19 Hubungan 𝑃𝑖𝑛 dengan beban setiap variasi.....................................51


xv

Gambar 4. 20 Segitiga kecepatan pada variasi 2, sudut nosel 20⁰, tekanan

300.000Pa, laju aliran massa 0,0029 kg/detik.................................52


300.000Pa, laju aliran massa 0,0030 kg/detik................................52


300.000Pa, laju aliran massa 0,0031 kg/detik................................52

Gambar 4. 23 Perbandingan 𝑃𝑜𝑢𝑡 dan Pu dengan beban 0,3kg pada variasi 2.......54




xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 3. 1 variasi pada penelitian ...........................................................................23

Tabel 4. 1 Variasi Tekanan 250.000Pa, 300.000Pa dan 400.000Pa, pada variasi 1,

2,dan 3...................................................................................................27

Tabel 4. 2 Variasi laju aliran massa 0,0028 kg/detik, 0,0029 kg/detik, dan 0,0030

kg/detik, pada variasi 4, 2, dan 5..........................................................28

Tabel 4. 3 Variasi sudut nosel 20⁰, 30⁰, 40⁰ pada variasi 2, 6, dan 7....................28


2,dan 3...................................................................................................29





2,dan 3...................................................................................................31





xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Tabel uap A-6 ....................................................................................60

Lampiran 2. Foto ketel uap ....................................................................................64


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di dunia yang semakin modern ini perubahan terjadi di berbagai bidang politik,

ekonomi, sosial, budaya, transportasi, telekomunikasi, termasuk ilmu pengetauhan

dan teknologi. Masalah yang terjadi adalah semakin meningkatnya konsumsi listrik

di Indonesia yang mencapai 10.000 MW tahun 2014 sampai saat ini. Di dalam

dunia teknologi sekarang ini, khususnya teknologi pembangkit listrik tenaga uap

terdapat dua sistem alat pembangkit yang saling berhubungan antara lain sistem

ketel uap dan sistem turbin.

Ketel uap merupakan suatu alat untuk menghasilkan uap pada tekanan dan

temperatur tinggi. Perubahan dari fase cair menjadi uap dilakukan dengan

memanfaatkan energi panas yang didapatkan dari pembakaran bahan bakar.

Sedangkan turbin adalah suatu perangkat yang mengkonversikan energi uap yang

bertemperatur tinggi dan tekanan tinggi menjadi energi mekanik (putaran) ekspansi

uap yang dihasilkan tergantung dari sudu-sudu putaran pada turbin impuls.

Orifice adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk mengukur laju aliran

fluida. Menggunakan prinsip yang sama sebagai venturi nosel, yaitu prinsip

Bernoulli yang menyatakan bahwa ada hubungan antara tekanan fluida dan

kecepatan fluida. Ketika meningkatkan kecepatan, tekanan berkurang dan

sebaliknya.

Pembuatan alat ini bertujuan untuk dapat mengetauhi kelayakan pada turbin

satu tingkat tiga nosel yang akan digunakan dan efisiensi yang dihasilkan. Agar


2

pada saat uap menuju ke turbin, turbin memiliki ketahanan yang kuat dan

mempunyai daya tampung uap yang baik saat mendorong turbin. Sebab jika bahan

yang digunakan pada turbin tidak sesuai, kerja uap yang menuju ke turbin tidak

efisien, dikarnakan uap tidak sepenuhnya menggerakan turbin.

Manfaat yang akan diperoleh yaitu mengetahui torsi, daya, beban pengereman,

dan efisiensi yang dimanfaatkan untuk mengetahui beban pengereman, dengan cara

memanfaatkan uap dari ketel uap mengalir melalui pipa masuk ke orifice dan

mengerakan turbin menuju sudu putaran pada sudu-sudu turbin implus dan berapa

kg pembebanan pengereman yang dihasilkan.

1.2 Identifikasi Masalah

Sistem dan proses kerja ketel uap, turbin, orifice, dinamometer rem tali dalam

sistem yang terjadi pada alat. Kelayakan turbin yang akan digunakan pada ketel

uap, aliran orifice, dan dinamometer rem tali pada saat pengambilan data. Secara

keseluruhan akan diteliti pada variasi tekanan yang terbaik pada unjuk kerja, laju

aliran massa yang terbaik pada unjuk kerja dan sudut nosel yang terbaik pada unjuk

kerja.

1.3 Rumusan Masalah

1. Bagaimana efek tekanan masuk turbin terhadap unjuk kerja.

2. Bagaimana efek laju aliran massa terhadap unjuk kerja.

3. Bagaimana efek sudut nosel terhadap unjuk kerja.

1.4 Batasan Masalah

a. Gaya gesek pada sistem turbin diabaikan.


3

b. Sistem turbin menggunakan teori siklus rankine, tetapi di alat ini tidak

menggunakan kondensor dan pompa seperti pada teori.

c. Sistem yang digunakan adalah sistem terbuka.

d. Suhu di dalam ketel uap diukur dari tabung ketel uap.

e. Diasumsikan proses uap yang berjalan secara ideal.

f. Suhu pada orifice diukur dari bagian luar orifice.

g. Pipa yang digunakan adalah pipa paralon plastik khusus dengan diameter

0,5 inci.

h. Debit pada setiap nosel diasumsikan sama.

1.5 Tujuan Dan Manfaat Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Menganalisis efek tekanan masuk turbin pada unjuk kerja.

b. Menganalisis efek laju aliran massa masuk turbin pada unjuk kerja.

c. Menganalisis seberapa besar efek pengaruh sudut nosel pada unjuk kerja.

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Hasil penelitian dapat digunakan untuk menambah kasanah ilmu

pengetahuan tentang ketel uap, turbin, dinamometer rem tali,dan orifice

untuk ditempatkan di perpustakaan.

b. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai referensi para peneliti dalam

merancang dan membuat mesin ketel uap ini.

c. Mesin hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai model mesin yang dapat

dipergunakan untuk mengetahui pembebanan pengereman dan efisiensi

alat.


4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Landasan Teori

Ketel Uap adalah suatu bejana atau wadah yang di dalamnya berisi air atau

fluida lain untuk dipanaskan. Energi panas dari fluida tersebut selanjutnya

digunakan untuk berbagai macam keperluan, seperti untuk turbin uap, pemanas

ruangan , mesin uap, dan lain sebagainya. Secara proses konversi energi, ketel uap

memiliki fungsi untuk mengkonversi energi kimia yang tersimpan di dalam bahan

bakar menjadi energi panas yang tertransfer ke fluida kerja.

Bejana bertekanan pada boiler umumnya menggunakan bahan baja dengan

spesifikasi tertentu yang telah ditentukan dalam standar ASME (The ASME Code

Boilers), terutama untuk penggunaan ketel uap pada industri-industri besar

(Suprianto 2015). Dalam sejarah tercatat berbagai macam jenis material digunakan

sebagai bahan pembuatan ketel uap seperti tembaga, kuningan, dan besi cor. Namun

bahan-bahan tersebut sudah lama ditinggalkan karena alasan ekonomis dan juga

ketahanan material yang sudah tidak sesuai dengan kebutuhan industri.

Panas yang diberikan kepada fluida di dalam ketel uap berasal dari proses

pembakaran dengan berbagai macam jenis bahan bakar yang dapat digunakan,

seperti kayu, batu bara, solar atau minyak bumi, dan gas. Dengan adanya kemajuan

teknologi, energi nuklir pun juga digunakan sebagai sumber panas pada ketel uap.

Ada beberapa jenis ketel uap. Pot Boiler atau Haycock Boiler merupakan ketel

uap dengan model paling sederhana dalam sejarah, mulai dari diperkenalkan pada

abad ke 18, dengan menggunakan volume air besar tetapi hanya bisa memproduksi

pada tekanan rendah. Ketel uap ini menggunakan bahan bakar kayu dan batu bara.


5

Ketel uap ini tidak bertahan lama penggunaannya karena efisiensinya sangat

rendah.

Gambar 2. 1 Siklus rankine

Sumber : (http://artikel-teknologi.com/siklus-rankine/)

Air menjadi fluida kerja siklus rankine dan mengalami siklus tertutup artinya

secara konstan air pada akhir proses siklus masuk kembali ke proses awal siklus.

Pada siklus rankine, air ini mengalami empat proses sesuai dengan Gambar 2.1.

Proses C-D: Fluida kerja dipompa dari tekanan rendah ke tinggi, dan pada proses

ini fluida kerja masih berfase cair sehingga pompa tidak membutuhkan input tenaga

yang terlalu besar. Proses ini dinamakan proses kompresi-isentropik karena saat

dipompa, secara ideal tidak ada perubahan entropi yang terjadi. Proses D-F: Air

bertekanan tinggi tersebut masuk ke boiler untuk mengalami proses selanjutnya,

yaitu dipanaskan secara isobarik (tekanan konstan). Sumber panas didapatkan dari

luar seperti pembakaran batubara, solar, atau juga reaksi nuklir. Di ketel uap air

mengalami perubahan fase dari cair, campuran cair dan uap, serta 100% uap kering.


6

Proses F-G: Proses ini terjadi pada turbin uap. Uap air kering dari boiler masuk ke

turbin dan mengalami proses ekspansi secara isentropik. Energi yang tersimpan di

dalam uap air dikonversi menjadi energi gerak pada turbin. Proses G-C: Uap air

yang keluar dari turbin uap masuk ke kondensor dan mengalami kondensasi secara

isobarik. Uap air diubah fasenya menjadi cair kembali sehingga dapat digunakan

kembali pada proses siklus. Siklus rankine hanya digunakan pada siklus tertutup

saja, dan siklus pada penelitian ini adalah siklus terbuka. Persamaan (2.1) yang

digunakan pada penelitian ini adalah daya input (𝑃𝑖𝑛)

𝑃𝑖𝑛=ṁ × (ℎ𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡-ℎ𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡) (2.1)

ṁ adalah adalah laju aliran massa yang dihasilkan oleh perhitungan dengan satuan

kg/detik, ℎ𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 dan ℎ𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 adalah entalphi uap masuk turbin dan uap keluar turbin

dengan satuan kJ/kg.

Gambar 2. 2 Diagram PH

Sumber : (http://artikel-teknologi.com/siklus-rankine/)

Siklus rankine adalah sebuah siklus yang mengkonversi energi panas menjadi

kerja atau energi gerak. Siklus ini dikembangkan oleh William John Macquorn

Rankine pada abad ke-19 dan sejak saat itu banyak diaplikasikan pada mesin-mesin

uap. Saat ini, siklus rankine digunakan pada pembangkit-pembangkit listrik dan


7

memproduksi 90% listrik dunia. Ketel uap pipa api pada perkembangan selanjutnya

muncul model dari ketel uap yakni ketel uap pipa api. Ketel uap ini terdapat 2

bagian di dalamnya, yaitu sisi pipa dan barrel. Pada sisi barel berisi air, sedangkan

sisi pipa merupakan tempat terjadinya pembakaran. Ketel uap pipa api biasanya

memiliki kecepatan produksi uap air yang rendah, tetapi memiliki cadangan uap air

yang lebih besar. Gambar 2.3 menunjukkan :

Gambar 2. 3 Ketel uap pipa api

Sumber : (https://www.slideshare.net/faizrafi52/ketel-uap-pipa-api)

Ketel uap pipa air sama seperti ketel uap pipa api, ketel uap pipa air juga terdiri

atas bagian pipa dan barrel. Tetapi sisi pipa diisi oleh air sedangkan sisi barrel

menjadi tempat terjadinya proses pembakaran. Ketel uap jenis ini memiliki

kecepatan yang tinggi dalam memproduksi uap air, tetapi tidak banyak memiliki

cadangan uap air di dalamnya. Ketel uap jenis ini merupakan kombinasi antara ketel

uap pipa-api dengan pipa-air. Sebuah firebox di dalamnya terdapat pipa-pipa berisi

air, uap air yang dihasilkan mengalir ke dalan barrel dengan pipa-api di dalamnya.

Ketel uap jenis ini diaplikasikan pada beberapa kereta uap, namun tidak terlalu

populer dipergunakan. Gambar 2.4 menunjukkan:


https://www.slideshare.net/faizrafi52/ketel-uap-pipa-api

8

Gambar 2. 4 Ketel uap pipa air

Sumber : (https://nurefendi82.wordpress.com/2014/06/14/boiler-ketel-uap/)

Kombinasi ketel uap pipa api dengan pipa air merupakan kombinasi antara ketel

uap pipa api dan pipa air. Sebuah firebox di dalamnya terdapat pipa-pipa berisi air,

uap air yang dihasilkan mengalir ke dalam barrel dengan pipa api di dalamnya.

Ketel uap jenis ini diaplikasikan pada kereta uap, namun tidak terlalu popular

dipergunakan. Dalam ketel uap terdapat siklus yaitu siklus rankine.

Turbin uap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik tenaga

uap. Komponen utama dari sistem tersebut yaitu ketel, kondensor, pompa air ketel,

dan turbin itu sendiri. Uap yang berfungsi sebagai fluida kerja dihasilkan oleh ketel

uap yaitu suatu alat yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. Secara singkat

prinsip kerja turbin uap adalah uap masuk ke dalam turbin melalui nosel. Di dalam

nosel energi panas dari uap diubah menjadi energi kinetik dan uap menglami

pengembangan. Tekanan uap pada saat keluar dari nosel lebih kecil dari pada saat

masuk ke dalam nosel akan tetapi sebaliknya kecepatan uap keluar nosel lebih besar

dari pada saat masuk ke dalam nosel. Uap yang memancar keluar dari nosel


9

diarahkan ke sudu-sudu turbin yang berbentuk lengkung dan dipasang di sekeliling

roda turbin. Uap yang mengalir melalui celah-celah antara sudu turbin itu

dibelokkan ke arah mengikuti lengkungan dari sudu turbin. Perubahan kecepatan

uap ini menimbulkan gaya yang mendorong dan kemudian memutar roda dan poros

turbin. Jika uap masih mempunyai kecepatan saat meninggalkan sudu turbin berarti

hanya sebagian yang energi kinetik dari uap yang diambil oleh sudu-sudu turbin

yang berjalan.

Supaya energi kinetik yang tersisa saat meninggalkan sudu turbin

dimanfaatkan, maka pada turbin dipasang lebih dari satu baris sudu gerak. Sebelum

memasuki baris kedua sudu gerak, maka antara baris pertama dan baris kedua sudu

gerak dipasang satu baris sudu tetap yang berguna untuk mengubah arah kecepatan

uap, supaya uap dapat masuk ke baris kedua sudu gerak dengan arah yang tepat.

Kecepatan uap saat meninggalkan sudu gerak yang terakhir harus dapat dibuat

sekecil mungkin, agar energi kinetik yang tersedia dapat dimanfaatkan sebanyak

mungkin. Dengan demikian efisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena kehilangan

energi relatif kecil.

Ada beberapa macam turbin, turbin impuls adalah turbin yang mempunyai roda

jalan roda jalan atau rotor dimana terdapat sudu-sudu impuls. Sudu-sudu impuls

mudah dikenali bentuknya, yaitu simetris dengan sudut masuk f dan sudut keluar g

yang sama, pada turbin biasanya ditempatkan pada bagian masuk dimana uap

bertekanan tinggi dengan volume spesifik rendah. Bentuk turbin impuls pendek

dengan penampang yang konstan. Ciri yang lain adalah secara termodinamika

penurunan energi terbanyak pada nosel, dimana pada nosel terjadi proses ekspansi

atau penuruan tekanan. Sudu-sudu turbin uap terdiri dari sudu tetap dan sudu gerak.


10

Sudu tetap berfungsi sebagai nosel dengan energi kinetik yang naik, sedangkan

pada sudu begerak tekanannya konstan atau tetap. Berdasarkan karakteristik

tersebut, turbin impuls sering disebut turbin tekanan sama .

Bentuk dari sudu tetap turbin impuls ada dua macam yaitu bentuk simetris dan

bentuk tidak simetris. Pada bentuk sudu tetap simetris, profil kecepatan dan tekanan

adalah sama, tidak ada perubahan kecepatan dan tekanan. Sedangkan pada sudu

tetap yang berfungsi sebagi nosel mempunyai bentuk seperti nosel, yaitu antar

penampang sudu membetuk penampang yang menyempit pada ujungnya. Karena

bentuknya nosel, kecepatan akan naik dan tekanan turun.

Turbin Pelton merupakan salah satu jenis turbin air yang prinsip kerjanya

memanfaatkan energi potensial air menjadi energi listrik tenaga air. Prinsip kerja

turbin pelton adalah mengkonversi daya fluida dari air menjadi daya poros untuk

digunakan memutar generator listrik. Air yang berada pada bak penampung dihisap

oleh pompa dimana pompa berfungsi untuk menghisap dan memompa air untuk

dialirkan ke sudu turbin. Namun aliran air tidak langsung mengarah ke sudu turbin

melainkan harus melewati pipa-pipa saluran yang telah diberi katup buka tutup

sehingga laju aliran air dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan. Kemudian

katup-katup tersebut terhubung dengan saluran nozel dimana nosel berfungsi

sebagai pemancar air yang dipancarkan langsung ke arah sudu turbin sehingga sudu

turbin berputar.

Pada sudu-sudu turbin, energi aliran air diubah menjadi energi mekanik yaitu

putaran roda turbin. Apabila roda turbin dihubungkan dengan poros generator listik,

maka energi mekanik putaran roda turbin diubah menjadi energi listrik pada

generator. Kemudian air yang telah digunakan untuk memutar sudu turbin jatuh ke


11

dalam bak penampung untuk kembali ke tahap awal maka terjadilah sirkulasi.

Energi potensial air disemprotkan oleh nosel ke sudu untuk diubah menjadi energi

mekanik yang digunakan untuk memutar poros generator.

Nosel merupakan mekanisme pancaran yang berbentuk melengkung yang

mengarahkan air sesuai dengan arah aliran yang direncanakan dan mengatur aliran

air. Fungsi utama nosel adalah untuk mengubah tekanan air menjadi suatu

kecepatan aliran yang digunakan untuk memutar runner. Bentuk nosel sangat

mempengaruhi performa turbin. Perancangan sebuah nosel turbin pelton dimulai

dari menentukan ukuran runner dan sudu dengan menggunakan data yang telah ada

setelah itu melakukan perhitungan diameter ujung nosel, kecepatan aliran air pada

ujung nosel, panjang ujung nosel. Bahan yang digunakan untuk nosel turbin pelton

ini adalah menggunakan paduan aluminium. Dari tahap-tahap yang telah

direncanakan tersebut, maka didapatkan ukuran nosel untuk turbin air pelton yang

sesuai dengan yang diharapkan.

Turbin aksial adalah turbin dengan arah uapnya mengalir sejajar terhadap

sumbu turbin. Pada proses ekspansinya turbin ini dapat dibedakan menjadi turbin

impuls dan turbin reaksi. Prinsip kerja turbin aliran aksial adalah, pada turbin ini air

masuk runner dan keluar runner sejajar dengan poros runner, turbin Kaplan adalah

salah satu contoh dari tipe turbin ini. Turbin aksial adalah turbin dimana arah aliran

fluida kerja diperoleh dalam arah sejajar sumbu poros. Umumnya untuk kapasitas

dan daya besar sering digunakan turbin aksial, karena mempunyai beberapa

keuntungan dibandingkan jenis radial.

Orifice merupakan salah satu komponen dari perangkat primer untuk mengukur

aliran dengan menggunakan prinsip mengubahkecepatan aliran, riilnya yaitu


12

mengubah luasan yang dilalui aliran fluida tersebut. Ada beberapa tempat untuk

mengambil beda tekanan pada sistem orifice, Flange Tap lokasi pengambilan

tekanan berada pada flange, 1 inch upstream dan 1 inch downstream, diukur dari

permukaan upstream orifice. Corner Tap digunakan pada pipa yang lebih kecil dari

2 inch, lubang pengambilan tekanan pada flange dekat dengan permukaan orifice.

Full flow pipe Tap lubang pengambilan tekanan pada upstream berjarak 2,5 D dari

permukaan upstream orifice dan downstream berjarak 8 D dari orifice. Radius Tap

pengambilan tekanan pada upstream berjarak 1 D dan downstream 0,5 D dari

permukaan upstream orifice. Vena contracta taps upstream berjarak 0,5 sampai

dengan 2 D dan downstream tergantung dari d/D. Pada penggunaannya ada

beberapa modifikasi proses sehingga didapatkan efisiensi termal total yang lebih

tinggi. Persamaan yang digunakan pada penelitian ini dalam penggunaan orifice

adalah

∆𝑝 = 𝑃1 − 𝑃2 (2.2)

Persamaan (2.2) ini digunakan untuk mencari beda tekanan yang dihasilkan orifice

(∆𝑝) dengan satuan 𝑃𝑎. 𝑃1 adalah tekanan masuk orifice atau upstream dengan

satuan Pa dan 𝑃2 adalah tekanan keluar orifice atau downstream dengan satuan Pa.

Laju aliran massa pada penelitian ini sangat penting digunakan, dengan ini dapat

menggunakan Persamaan (2.3) yaitu:

ṁ =𝑐.𝐴𝑡𝑟𝑢𝑡ℎ √2.∆𝑝.𝜌

√1−(𝑑

𝐷)⁴

(2.3)

ṁ adalah laju aliran massa yang dihasilkan oleh perhitungan dengan satuan

kg/detik, c adalah koefisien gesek, Atruth adalah luas penampang orifice dengan

satuan m², ρ adalah massa jenis fluida dengan satuan kg/m³, d adalah diameter pipa


13

bagian dalam orifice dengan satuan meter, D adalah diameter pipa bagian luar

orifice dengan satuan meter.

Dinamometer merupakan salah satu alat yang digunakan untuk mengukur

tenaga ataupun daya yang dihasilkan dari mesin sebuah kendaraan bermotor.

Dinamometer juga biasa disebut dengan nama dyno test. Dengan alat ini anda bisa

mengukur putaran dari mesin dan torsi, sehingga saat suatu mesin berputar maka

daya atau tenaganya dapat anda hitung dengan bantuan dinamometer.

Rem jepit adalah penyerapan daya dilakukan dengan jalan mengatur gesekan

yang terjadi antara balok-balok kayu dengan rotor, dimana pengaturannya

dilaksanakan dengan memutar baut pengatur. Rem ini terdiri dari balok-balok kayu

yang dipasangkan antara rotor dan sabuk baja, sedangkan rotor bekerja pada poros

dari suatu motor yang tenaganya akan diuji. Tipe rem jepit ini biasanya digunakan

untuk pengukuran daya yang tidak terlalu besar dengan putaran poros maksimum

1000rpm.

Dinamometer hidrolik atau dinamometer air menggunakan fluida cair untuk

mengubah daya mekanis menjadi energi panas. Fluida yang digunakan biasanya air

sehingga dinamometer ini sering disebut dinamometer air. Rem tali ini hampir sama

dengan rem jepit, hanya rem terdiri dari tali di sekeliling roda. Bahan tali biasannya

kulit, ujung tali yang satu dikaitkan pada suatu spring balance dan ujung satunya

lagi diberi beban, penyerapan daya dilakukan oleh tali karena gesekan dengan roda.

Rem tali sangat sederhana dan mudah dibuat, tetapi hanya bisa bekerja pada putaran

rendah dengan kapasitas penyerapan daya kecil. Maka dari itu dalam penelitian ini


14

menggunakan dinamometer rem tali. Persamaan yang digunakan pada penelitian

ini adalah

𝜏 = (𝑆 − 𝑊) × 𝑔 × 𝑟 (2.4)

Persamaan (2.4) digunakan untuk mencari torsi pada unjuk kerja turbin (τ) dengan

satuan Nm, S adalah pembebanan pengereman dilihat pada timbangan digital pada

alat dengan satuan kg, W adalah beban awal pada penelitian dengan satuan kg, g

adalah gravitasi, dan r adalah jari-jari puli. Setelah mengetahui torsi kita dapat

menghitung daya output dengan Persamaan (2.5):

𝑃𝑜𝑢𝑡=𝜏.𝑛

9550 (2.5)

𝑃𝑜𝑢𝑡 adalah daya output pada turbin dengan satuan watt, τ adalah torsi, n adalah

rpm turbin, 9550 adalah konstanta tetap.

Nosel adalah alat atau perangkat yang dirancang untuk mengontrol arah atau

karakteristik dari aliran fluida terutama untuk meningkatkan kecepatan saat keluar

atau memasuki sebuah ruang tertutup atau pipa. Pada nosel terdapat beberapa

perhitungan untuk mengetauhi segitiga kecepatan. Kecepatan tangensial dihitung

menggunakan Persamaan (2.6):

𝑢 = (𝜋.𝑑.𝑛

60) (2.6)

Π adalah konstanta 3,14, d adalah diameter turbin 0,27 meter, n adalah rpm pada

turbin. Kecepatan masuk turbin dihitung menggunakan Persamaan (2.7) :

𝑐1 =𝑄

𝐴 (2.7)


15

Q adalah debit aktual, A adalah luas nosel. Kecepatan relatif uap masuk turbin

dihitung menggunakan Persamaan (2.8):

𝑤1 = √(𝑐12 + 𝑢2) − (2. 𝑢. 𝑐1. 𝑐𝑜𝑠𝛼1) (2.8)

c1 adalah kecepatan masuk turbin (m/detik), u adalah kecepatan tangensial

(m/detik), α1 adalah sudut nosel pada setiap variasi. Sudut masuk sudu dihitung

dengan Persamaan (2.9):

𝛽1 = 𝑎𝑟𝑐 sin((𝑐1

𝑤1) 𝑠𝑖𝑛𝛼1) (2.9)

w1 adalah kecepatan relatif uap masuk turbin (w1=w2) (⁰), β1=β2. Kecepatan

mutlak keluar sudu turbin dihitung dengan Persamaan (2.10) :

𝑐2 = √(𝑤22 + 𝑢2) − (2. 𝑢. 𝑤2. 𝑐𝑜𝑠𝛽2) (2.10)

w2 adalah kecepatan relatif uap keluar turbin (m/detik), β2 adalah sudut keluar

turbin. Sudut keluar uap sudu gerak dihitung dengan Persamaan (2.11):

𝛼2 = 𝑎𝑟𝑐 sin ((𝑤2

𝑐2) 𝑠𝑖𝑛𝛽2) (2.11)

c2 adalah kecepatan mutlak keluar sudu turbin (m/detik). Gaya tangensial masuk

turbin dihitung dengan Persamaan (2.12) :

𝑐1𝑢 = 𝑐1𝑐𝑜𝑠𝛼1 (2.12)

Gaya tangensial keluar turbin dihitung dengan Persamaan (2.13):

𝑐2𝑢 = 𝑐2𝑐𝑜𝑠𝛼2 (2.13)

Gaya tangensial turbin dihitung dengan Persamaan (2.14) :

𝐹𝑢 = ṁ(𝑐1𝑢 + 𝑐2𝑢) (2.14)


16

Dan didapatkan efisiensi dengan Persamaan (2.15)

Ƞ = 𝑃𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡

𝑃𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 × 100% (2.15)

2.2 Penelitian Terdahulu

Beberapa penelitian dilakukan, untuk mengetahui pengaruh putaran sudu, debit

aliran fluida, kecepatan aliran fluida, dan laju aliran massa fluida terhadap daya

listrik yang dihasilkan pada Turbin Pelton. Analisis tersebut terlebih dahulu

dilakukan perhitungan hasil pengujian untuk mencari nilai debit aliran, kecepatan

aliran, laju aliran massa serta jenis aliran pada nosel dengan diameter 3 mm, 5 mm,

dan kombinasi 3 dan 5 mm. Dari variasi tersebut dapat mengetauhi bahwa semakin

besar diameter nosel maka daya yang didapatkan akan semakin besar, dan daya

terbesar terdapat pada gabungan nosel 3mm dan 5 mm aliran fluida bersifat

Laminar. Ukuran diameter nosel berpengaruh terhadap besarnya debit aliran fluida,

kecepatan fluida, laju aliran fluida dan putaran sudu turbin sehingga semakin

besar pula input daya listrik yang akan tercipta pada Turbin Pelton ini, (Sari

dan Yusuf, 2015).

Semakin kecil beban yang digunakan maka daya yang dihasilkan akan semakin

besar, karena pengurangan dan penambahan beban pada turbin akan mempengaruhi

unujuk kerja pada turbin tersebut yang menyebabkan beban mekanis yang dipikul

oleh poros turbin turut bervariasi pula. Perubahan pada beban mekanis ini

menyebabkan perubahan langsung pada kerja yang dilakukan oleh poros turbin,

(Soelaiman, 2009). Semakin besar diameter sudu dan daya hidrolik yang besar,

maka efisiensi akan makain tinggi. Bentuk sudu yang digunakan pada turbin Pelton

adalah setengah pipa yaitu bentuk mirip pipa yang dipotong pada garis tengahnya,


17

(Priangkoso 2017). Sistem ini terdiri dari empat komponen utama yaitu evaporator,

turbin, kondensor, dan pompa. Fluida kerja dipompa ke evaporator untuk

membangkitkan uap lalu digunakan menggerakkan turbin. Uap hasil ekspansi

turbin dikondensasi dan dialirkan oleh pompa kembali ke evaporator. Sistem ini

mampu memanfaatkan sumber energi yang memiliki temperatur dan tekanan

rendah untuk membangkitkan uap fluida organik. Dapat mengevaluasi kinerja

turbin pada sistem dengan memvariasikan tekanan masuk turbin dan pembebanan

dengan menggunakan R-123 sebagai fluida kerja .Pengambilan data dilakukan

dengan memvariasikan tekanan masuk turbin pada setiap variasi pembebanan

generator. Efisiensi menggunakan sistem ini mencapai 88%. (Dharma, 2013).

Sebuah percobaan atau eksperimen yang dilakukan untuk mengetahui daya dan

efisiensi sebuah kincir air sudu datar yang dirancang dengan printer 3D. Daya dan

efisiensi kincir akan dibandingkan dengan daya dan efisiensi dari penggeraknya,

yaitu air. Hal ini untuk mendapatkan alasan jika daya dan efisiensi kincir yang

dihasilkan tidak maksimal. Kemudian, diuji dengan mengukur putaran dan arus

listrik yang mampu dihasilkannya dari sebuah alternator yang dipasang sejajar

dengan poros kincir tersebut. (Prabawa dkk, 2016). Hasil perhitungan laju

kecepatan aliran fluida dipengaruhi oleh perolehan debit aliran fluida yang didapat

dari perhitungan dan juga luas penampang pipa nosel bagian dalam, semakin kecil

ukuran luas penampang pada pipa nosel, semakin cepat pula laju kecepatan aliran

fluida yang di hasilkan. Dan juga sebaliknya, semakin besar ukuran luas penampang

pada nosel, maka semakin lambat laju kecepatan aliran fluida yang dihasilkan. (Arif

dkk, 2017).


18

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian

Cara mendapatkan data adalah melalui proses berikut :

Tidak Baik

Gambar 3. 1 Alur penelitian

Mulai

Perancangan ketel uap

Persiapan alat dan komponen-komponen serta alat ukur ketel uap

Pembuatan mesin ketel uap ini meliputi : penyambungan/perakitan

komponen, pengisian air ke tabung, kalibrasi alat ukur, pemasangan

alat ukur dan memasang dinamometer

Uji coba

alat

Variasi penelitian

Pengambilan data

Pengolahan data, pembahasan, kesimpulan, dan saran

Selesai


19

Penelitian ini dilakukan dengan metode ekserimen yang didahului dengan studi

literatur dari jurnal mengenai penelitian ketel uap yang pernah dilakukan. Studi

literatur tentang teori-teori dasar dilakukan untuk mendukung hipotesis dan analisa

data yang akan dilakukan. Penelitian diawali dengan membuat tiga variasi, yaitu

(1) variasi tekanan (2) variasi laju aliran massa dan (3) variasi sudut nosel.

Pengambilan data dari ketiga variasi tersebut dilakukan secara bersamaan pada hari

yang sama. Langkah selanjutnya adalah melakukan pengujian pada ketel uap dan

dari ketiga variasi tersebut untuk mengetahui kesalahan yang terjadi dan melakukan

perbaikan. Setelah langkah pengujian selesai selanjutnya adalah pengambilan data,

pengambilan data dilakukan selama 6 jam dari pukul 11.00-17.00 WIB. Setelah

pengambilan data selesai selanjutnya adalah melakukan pengolahan dan analisis

data yang kemudian disusun untuk menjadi artikel ilmiah dan naskah skripsi.

3.2 Deskripsi Alat Penelitian

Gambar 3. 2 Skema Alat

Nosel 2

Nosel 1

Nosel 3

Pipa tahan panas

Turbin Rem tali dinamometer

Timbangan digital

Pengukur tekanan

orifice kran

Katup

Pengukur tekanan

Corong air masuk

Tabung refrigerant

Pipa tembaga

Kompor Tabung gas


20

Turbin, seperti tersaji pada gambar 3.2 proses penyemprotan uap ke sudu turbin.

Ukuran pada turbin sendiri adalah 30cm, ukuran sudu turbin adalah 3cm. Mesin

bekerja dengan sistem terbuka. Proses pengambilan data pada saat fluida sudah

mengahsilkan uap ± 20 menit setelah pemanasan pada boiler. Nosel diarahkan

kepada sudu gerak. Didalam sudu-sudu gerak, energi kinetik diubah menjadi energi

mekanis. energi potensial uap berupa ekspansi uap, yang diperoleh dari perubahan

tekanan awal hingga tekanan akhirnya di dalam sebuah nosel atau dalam satu grup

nosel yang ditempatkan didepan sudu-sudu cakram yang berputar. Penurunan

tekanan uap didalam nosel diikuti dengan penurunan kandungan kalornya yang

terjadi didalam nosel. Hal ini menyebabkan naiknya kecepatan uap yang keluar dari

nosel (energi kinetik).

a. Ketel uap memiliki fungsi untuk mengkonversi energi kimia yang tersimpan di

dalam bahan bakar menjadi energi panas yang tertransfer ke fluida kerja. Ketel

uap ini menggunakan tabung freon R22 yang ada dipasaran. Tabung

dimodifikasi menjadi ketel uap dengan tekanan maksimum 1.000.000 Pa dan

ukuran alat 150𝑐𝑚 × 50𝑐𝑚 × 150𝑐𝑚.

b. Pipa mengalirkan fluida atau uap panas dari ketel uap yang dipanaskan menuju

orifice menggerakkan turbin.

c. Pipa tembaga berdiameter 0.5 inci dan panjang 1000cm yang tahan panas.

d. Fungsi pada turbin yaitu untuk sebagai benda untuk menangkap uap pada ketel

uap dan memproduksi tenaga listrik. Turbin yang digunakan adalah turbin

impuls berbentuk “U” karena dengan turbin berbentuk “U” uap akan lebih

mudah untuk mendorong turbin. Tebal turbin 2cm, diameter turbin 27cm, dan

sudu berjumlah 65 sudu.


21

e. Rem tali dinamometer adalah kerja dari rem ini terdiri dari tali disekeliling roda.

Bahan tali biasanya kulit, ujung tali yang satu dikaitkan pada timbangan digital

dan ujung satunya lagi diberi beban, penyerapan daya dilakukan oleh tali karena

gesekan dengan roda. Rem tali sangat sederhana dan mudah dibuat, tetapi hanya

bisa bekerja pada putaran rendah dengan kapasitas penyerapan daya kecil.

Diameter pully 4cm, bahan tali polyes

f. Tabung LPG 12kg.

g. Orifice berdiameter 0,5 inci dan panjang 10cm.

h. Pengukur tekanan yang terdapat pada ketel uap dan orifice.

i. Luas nosel yang digunakan berukuran 0,0000316 m².

j. Nosel yang digunakan adalah 3 buah dengan ukuran yang sama.

3.3 Variasi Alat Penelitian

Dari dasar teori kita mengetauhi bahwa ketel uap adalah suatu bejana atau

wadah yang di dalamnya berisi air atau fluida lain untuk dipanaskan. Energi panas

dari fluida tersebut selanjutnya digunakan untuk berbagai macam keperluan, seperti

untuk turbin uap, pemanas ruangan , mesin uap, dan lain sebagainya. Secara proses

konversi energi, ketel uap memiliki fungsi untuk mengkonversi energi kimia yang

tersimpan di dalam bahan bakar menjadi energi panas yang tertransfer ke fluida

kerja. Berikut adalah variasi yang akan dilakukan untuk mengetauhi tekanan, laju

aliran massa, dan sudut nosel :

a. Tekanan masuk turbin 250.000𝑃𝑎 (variasi 1), 300.000𝑃𝑎 (variasi 2),

400.000𝑃𝑎 (variasi 3). Beban dari seriap tekanan adalah 0.3 kg, 0.4kg, dan

0.5kg tiap masing-masing tekanan, pada variasi 1,2,dan 3, laju aliran massa


22

0,0029 kg/detik disemua variasi, dan untuk sudut nosel pada variasi tekanan

masuk turbin yaitu 20⁰.

b. Laju aliran massa masuk turbin 0,0028 kg/detik (variasi 4), 0,0029 kg/detik

(variasi 4), dan 0,0030 kg/detik (variasi 5). Beban yang digunakan 0.3 kg,

0.4kg, dan 0.5 kg, tekanan pada setiap variasi yaitu 300.000 Pa, dan sudut

nosel yang digunakan adalah 20⁰.

c. Variasi sudut nosel 20⁰ (variasi 2), 30⁰ (variasi 6), dan 40⁰ (variasi 7). Beban

yang digunakan sama, tekanan pada variasi 2, 6, dan 7 adalah 300.000 Pa,

laju aliran massa pada variasi ini yaitu 0,0030 kg/detik.

3.4 Prosedur Penelitian

Tahapan pada penelitian ini meliputi :

a. Memasukan air kedalam ketel uap sebanyak 2 liter.

b. Menghidupkan kompor gas dan memanaskannya hingga pada manometer

pengukur tekanan sudah sesuai pada variasi tekanan yang akan dilakukan.

c. Memasang alat termokopel atau alat pengukur suhu pada ketele uap dan

orifice.

d. Mengatur sudut nosel pada variasi yang sudah ditentukan sebesar 20⁰, 30⁰

dan 40⁰.

e. Pengambilan data dengan membuka kran yang sudah ditentukan sebesar

180⁰ dengan laju aliran massa 0,0028 kg/detik, 270⁰ dengan laju aliran

massa 0,0029 kg/detik, dan 360⁰ dengan laju aliran massa 0,0030 kg/detik.

f. Melihat tekanan pada manometer yang terpasang pada orifice.Melihat rpm

pada turbin dari alat ukur tachometer.


23

g. Melihat pembebanan penyeimbang dari dynamometer rem tali dan melihat

seberapa besar beban penyeimbang pada timbangan digital.

h. Melakukan variasi 4,5,6, dan 7.

i. Mencatat parameter-parameter pengukuran.

j. Melakukan analisis data menggunakan persatuan.

3.5 Variabel Penelitian

Tabel 3. 1 variasi pada penelitian

Variasi 1 Variasi 2 Variasi 3

Tekanan

uap (Pa)

25000

0

25000

0

25000

0

30000

0

30000

0

30000

0

40000

0

40000

0

40000

0

Variasi

beban

(kg)

0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5

Laju alir

massa

(kg/detik

)

0.0029 0.0028 0.0029 0.0029 0.0029 0.0029 0.0028 0.0029 0.0028

Sudut

nosel (⁰) 20 20 20 20 20 20 20 20 20


Laju alir

massa

(kg/detik

)

0.0027 0.0028 0.0028 0.0029 0.0029 0.0029 0.0030 0.0030 0.0031

Variasi

beban

(kg)

0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5

Tekanan

uap (Pa)

30000

0

30000

0

30000

0

30000

0

30000

0

30000

0

30000

0

30000

0

30000

0

Sudut

nosel (⁰) 20 20 20 20 20 20 20 20 20


Sudut

nosel (⁰) 20 20 20 30 30 30 40 40 40

Variasi

beban

(kg)

0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5

Tekanan

uap (Pa)

30000

0

30000

0

30000

0

30000

0

30000

0

30000

0

30000

0

30000

0

30000

0

Laju alir

massa

(kg/detik

)

0.0029 0.0029 0.0029 0.0029 0.0030 0.0030 0.0030 0.0031 0.0031


24

3.6 Prosedur Pengolahan Data

Pada penelitian ini pengolahan data dapat dilakukan pada setiap variasi yang

dihitung dengan variasi tekanan, laju aliran massa dan sudut nosel sebagai

berikut:

a. Analisis efek tekanan uap pada unjuk kerja variasi 1,2, dan 3.

b. Analisis efek laju aliran massa uap pada unjuk kerja variasi 4,2 dan 5.

c. Analisis efek sudut nosel uap pada unjuk kerja variasi 2,6 dan 7.

3.7 Komponen Alat Pendukung

a. Tachometer

Tachometer adalah sebuah alat pengujian yang dirancang untuk mengukur

kecepatan rotasi dari sebuah objek, seperti alat pengukur dalam sebuah mobil yang

mengukur putaran per menit (RPM) dari poros engkol mesin.

Gambar 3. 3 Tachometer


25

b. Termokopel

Termokopel adalah jenis sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi

atau mengukur suhu melalui dua jenis logam konduktor berbeda yang

digabung pada ujungnya sehingga menimbulkan efek “Thermo-electric”.

Gambar 3. 4 Termokopel

c. Pengukur Tekanan

Pengukur tekanan adalah Sebuah pengukur vakum digunakan untuk

mengukur tekanan dalam ruang hampa-yang selanjutnya dibagi menjadi dua

subkategori, tinggi dan rendah vakum (vakum dan kadang-kadang ultra-tinggi).

Satuan dari alat ukur tekanan ini biasanya berupa psi (pound per square inch),

psf (pound per square foot), mmHg (millimeter of mercury), inHg (inch of

mercury), bar, atm (atmosphere), N/m^2 (pascal). dengan menunjukan meter 0

saat terkena tekanan atmosfer. technical pressure gauge seperti ini hanya

menunjukkan nilai tekanan dari suatu zat tanpa mempertimbangkan tekanan


26

atmosfirnya. pengukur secara khusus dirancang untuk digunakan oleh ketel uap,

udara rem, dan inspektur sistem tekanan.

Gambar 3. 5 Pengukur Tekanan


27

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

a. Data diperoleh pada variasi tekanan 250.000 𝑃𝑎, 300.000 𝑃𝑎, dan 400.000 𝑃𝑎.

Dengan laju aliran massa 45⁰ dan sudut nosel 20⁰. Data ini adalah pengambilan

data dari alat yang mendapatkan W, 𝑃𝑖𝑛, 𝑃𝑜𝑢𝑡, Rpm𝑇𝑖𝑛 ,𝑇𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑜𝑢𝑡, dan S

pembebanan pengereman. Pengambilan data pada variasi tekanan dapat dilihat

dari tabel berikut:

Tabel 4. 1 Variasi Tekanan 250.000𝑃𝑎, 300.000𝑃𝑎 dan 400.000𝑃𝑎, pada variasi 1,

2, dan 3

b. Data diperoleh pada variasi laju aliran massa pada 20º, 30⁰, dan 60⁰, tekanan

300.000𝑃𝑎, sudut nozel 20⁰. Data ini adalah pengambilan data dari alat yang

mendapatkan beban awal, 𝑃1,𝑃2, Rpm, 𝑇𝑖𝑛, 𝑇𝑜𝑢𝑡,𝑃𝑜𝑢𝑡, dan 𝑠 pembebanan

pengereman. Pengambilan data pada variasi tekanan dapat dilihat dari tabel

berikut:

Variasi W

(Kg)

𝑃1

(𝑃𝑎)

𝑃2

(𝑃𝑎)

Putaran

turbin

(rpm)

𝑇𝑖𝑛

(⁰C)

𝑇𝑜𝑢𝑡

(⁰C)

𝑃𝑜𝑢𝑡

(watt)

𝑠

(Kg)

1 0,3 175.842 134.473 561 154 134 0,115 0,310

0,4 168.947 127.579 300 149 129 0,637 0,500

0,5 168.947 127.579 246 132 112 0,682 0,635

2 0,3 210.316 162.052 625 123 103 0,192 0,315

0,4 210.316 162.052 320 121 101 0,682 0,510

0,5 203.421 155.158 285 120 100 0,761 0,630

3 0,3 224.105 189.631 575 125 105 0,413 0,335

0,4 224.105 189.631 425 120 100 0,960 0,510

0,5 231.000 203.421 305 130 110 0,971 0,655


28


kg/detik, pada variasi 4, 2, dan 5

Variasi W

(Kg) 𝑃1

(𝑃𝑎)

𝑃2

(𝑃𝑎)

Putaran

turbin

(rpm)

𝑇𝑖𝑛

(ºC)

𝑇𝑜𝑢𝑡

(ºC)

𝑃𝑜𝑢𝑡

(watt)

𝑠

(Kg)

4 0,3 168.947 134.473 630 130 110 0,259 0,320

0,4 168.947 127.579 561 130 110 0,692 0,460

0,5 168.947 127.579 250 125 105 0,770 0,650

2 0,3 210.316 162.052 625 123 103 0,193 0,315

0,4 210.316 162.052 302 121 101 0,682 0,510

0,5 203.421 155.158 285 120 100 0,761 0,630

5 0,3 217.210 168.947 1102 120 100 0,453 0,320

0,4 210.316 168.947 729 120 100 1,048 0,470

0,5 217.210 175.842 524 122 102 1,184 0,610

c. Data diperoleh pada variasi sudut nozel 20º, 30º, dan 40º, tekanan 3 Bar,

dan laju aliran massa 45º. Data ini adalah pengambilan data dari alat yang

mendapatkan beban awal, 𝑃1,𝑃2, Rpm, 𝑇𝑖𝑛, 𝑇𝑜𝑢𝑡, 𝑃𝑜𝑢𝑡, dan 𝑠 pembebanan

pengereman. Pengambilan data pada variasi tekanan dapat dilihat dari tabel berikut:

Tabel 4. 3 Variasi sudut nosel 20º, 30º, 40º, pada variasi 2, 6, dan 7.

Variasi W

(Kg) 𝑃1

(𝑃𝑎)

𝑃2

(𝑃𝑎)

Putaran

turbin

(rpm)

𝑇𝑖𝑛

(ºC)

𝑇𝑜𝑢𝑡

(ºC)

𝑃𝑜𝑢𝑡

(watt)

𝑠 (Kg)

2 0,3 210.316 162.052 625 123 103 0,193 0,315

0,4 210.316 162.052 302 121 101 0,682 0,510

0,5 203.421 155.158 285 120 100 0,761 0,630

6

0,3 175.842 155.158 552 147 127 0,227 0,320

0,4 175.842 148.263 474 140 120 0,779 0,480

0,5 182.737 148.263 401 125 105 0,906 0,610

7 0,3 175.842 148.263 470 150 130 0,290 0,330

0,4 182.737 148.263 415 144 124 0,938 0,510

0,5 182.737 155.158 395 121 101 1,136 0,640


29

4.2 Data ∆𝒑, 𝝆𝒖𝒂𝒑, 𝒉𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍𝒑𝒊 ṁ𝒍𝒂𝒋𝒖 𝒂𝒍𝒊𝒓 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂

Data Δp, ρ, entalpi, ṁ , dan hout didapat dari perhitungan pada data yang

diambil pada alat. Untuk mendapatkan nilai Δp dapat dihitung dengan (P1-P2), ρ,

entalpi, dan hout didapat dari tabel A-6 superheated dan sebagian dilakukan

interpolasi agar mendapatkan hasil interpolasinya, dan ṁ dicari dengan rumus yang

terdapat pada bab 2.

a. Data diperoleh dari pada variasi tekanan 250.000𝑃𝑎, 300.000𝑃𝑎, dan

400.000𝑃𝑎. Dengan laju aliran massa 45⁰ dan sudut nosel 20⁰. Pengambilan

data pada variasi tekanan dapat dilihat dari tabel berikut :

Tabel 4. 4 . Variasi Tekanan 250.000𝑃𝑎, 300.000𝑃𝑎 dan 400.000𝑃𝑎, pada variasi 1

, 2, dan 3

b. Data diperoleh pada variasi laju aliran massa pada 0,0028 kg/detik, 0,0029

kg/detik, dan 0,0030 kg/detik, tekanan 300.000𝑃𝑎, sudut nosel 20⁰. Pengambilan

data pada variasi tekanan dapat dilihat dari tabel berikut:

Variasi ∆𝑝 𝜌 ℎ𝑖𝑛 ṁ ℎ𝑜𝑢𝑡

(𝑃𝑎) (kg/m³) (kj/kg) (kg/d) (kj/kg)

1

41.368 0,707 2781,8 0,0029 2744,0

41.368 0,664 2772,5 0,0028 2735,1

41.368 0,671 2738,5 0,0028 2699,4

2

48.263 0,960 2715,3 0,0037 2686,1

48.263 0,920 2711,9 0,0036 2677,9

48.263 0,841 2711,4 0,0034 2675,8

3

34.473 0,999 2716,6 0,0032 2686,1

34.473 1,014 2708,0 0,0032 2675,8

27.579 1,098 2727,3 0,0029 2696,3


30


kg/detik, pada variasi 4, 2, dan 5


(Pa) (kg/m³) (kj/kg) (Kg/s) (kj/kg)

4 34.473 0,708 2734,0 0,0027 2696,3

41.368 0,653 2734,9 0,0028 2696,3

41.368 0,661 2724,8 0,0028 2686,1

2 48.263 0,960 2715,3 0,0037 2686,1

48.263 0,920 2711,9 0,0036 2677,9

48.263 0,841 2711,4 0,0034 2675,8

5

48.263 0,899 2710,3 0,0076 2675,8

41.368 0,899 2710,3 0,0033 2675,8

41.368 0,935 2709,7 0,0036 2679,9

c. Data diperoleh pada variasi sudut nozel 30º, dan 40º, tekanan 3 Bar, dan laju

aliran massa 45º. Pengambilan data pada variasi tekanan dapat dilihat dari

tabel berikut:

Tabel 4. 6 Variasi sudut nozel 20º, 30º, 40º, pada variasi 2, 6, dan 7.


(Pa) (kg/m³) (kj/kg) (kg/d) (kj/kg)

2 48.263 0,9600 2715,3 0,0037 2686,1

48.263 0,9200 2711,9 0,0036 2677,9

48.263 0,8417 2711,4 0,0034 2675,8

6 20.684 0,8050 2766,5 0,0022 2730,7

27.579 0,7440 2753,4 0,0025 2716,6

34.473 0,7740 2722,8 0,0028 2686,1

7 27.579 0,7254 2773,6 0,0024 2736,7

34.473 0,7791 2760,9 0,0028 2724,7

27.579 0,8509 2713,3 0,0026 2677,9

4.3 Unjuk Kerja

Pada unjuk kerja variasi tekanan, laju aliran massa, dan sudut nosel pada

ketel uap ini didapat torsi, Pin, Pout, dan efisiensi.


31

Tabel 4. 7 Variasi Tekanan 250.000 Pa, 300.000 Pa dan 400.000 Pa, pada

variasi 1 , 2, dan 3

Tabel 4. 8 Tekanan 3 Bar, laju aliran massa 0,0028 kg/detik, 0,0029 kg/detik, dan

0,0030 kg/detik.

Variasi W Torsi 𝑃𝑖𝑛 𝑃𝑜𝑢𝑡 efisiensi

(kg) (τ) (watt) (watt) (%)

4 0,3 0,0039 100,934 0,258 0,256

0,4 0,0206 108,706 0,691 0,636

0,5 0,0226 109,712 0,770 0,702

2 0,3 0,0029 107,573 0,192 0,179

0,4 0,0216 122,998 0,682 0,555

0,5 0,0255 122,936 0,761 0,619

5 0,3 0,0029 261,200 0,452 0,368

0,4 0,0216 113,990 1,0484 0,920

0,5 0,0216 108,640 1,1842 1,177

Variasi Torsi 𝑃𝑖𝑛 𝑃𝑜𝑢𝑡 efisiensi

(τ) (watt) (watt) (%)

1 0,0039 110,77 0,115 0,1040

0,0196 106,05 0,636 0,6005

0,0137 111,89 0,682 0,6097

2 0,0029 107,57 0,192 0,1790

0,0216 122,99 0,682 0,5549

0,0255 122,93 0,761 0,6192

3 0,0069 97,01 0,413 0,4262

0,0216 103,14 0,960 0,9311

0,0245 92,44 0,971 1,0506


32

Tabel 4. 9 Variasi sudut nosel 20⁰,30⁰,dan 40⁰ pada variasi 2, 6,dan 7.

Variasi W Torsi 𝑃𝑖𝑛 𝑃𝑜𝑢𝑡 efisiensi

(kg) (τ) (watt) (watt) (%)

2 0.3 0.0029 107,573 0,192 0,179

0.4 0.0216 122,998 0,682 0,555

0.5 0.0255 122,936 0,761 0,619

6 0.3 0.00294 79,191 0,226 0,286

0.4 0.01864 90,312 0,779 0,863

0.5 0.01864 102,700 0,906 0,882

7 0.3 0.0118 89,419 0,289 0,324

0.4 0.0216 101,756 0,937 0,922

0.5 0.0275 92,908 1,136 1,223

4.4 Efek Variasi Tekanan Uap Masuk Turbin Terhadap Unjuk Kerja

Dari data pada Tabel 4.7, 4.8, dan 4.9 dapat dilakukan perbandingan unjuk kerja

tiap variasi antara putaran turbin, torsi, daya input, daya output, dan efisiensi.

Pembahasan dibuat berdasarkan tiga parameter yang terukur pada boiler yaitu

tekanan, laju aliran massa, dan sudut nosel. Berikut analisis tiap variasi :

4.1.1 Efek tekanan masuk turbin 250.000, 300.000, dan 400.000𝑃𝑎 dengan variasi

daya dan efisiensi terhadap unjuk kerja

Gambar 4. 1 Hubungan Efisiensi dengan beban setiap variasi

0.104

0.581 0.610

0.211

0.733 0.748

0.476

1.0411.123

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5

Efis

ien

si

Ƞ

1 2 3Beban (Kg)


33

Dari Gambar 4.1 variasi 1 menujukan pada beban 0,3kg efisiensi sebesar 0,104%,

beban 0.4Kg efisiensi sebesar 0,581%, beban 0,5kg efisiensi sebesar 0,610%. Pada

variasi 2 menunjukan pada beban 0.3kg efisiensi sebesar 0,211%, beban 0,4kg

efisiensi 0,733%, beban 0,5 efisiensi 0,748%. Dan variasi 3 beban 0,3kg efisiensi

sebesar 0,467%, beban 0,4kg efisiensi 1,041%, beban 0,5kg efisiensi 1,123%. Data

tertinggi terdapat pada variasi 3, beban 0,5 kg dengan efisiensi 1,123%, dan yang

terendah terdapat pada variasi 1, beban 0,3 kg dengan efisiensi 0,104%. Pada variasi

1 memiliki efisiensi yang kecil karena tekanan pada variasi pertama 250.000 Pa

yang paling rendah, variasi 2 memiliki efisiensi rata-rata pada variasi 1 dan 3,

dengan tekanan 300.000 Pa, dan pada variasi 3 efisiensi paling tinggi karena

tekanan yang digunakan adalah 400.000 Pa, maka dari itu jika tekanan semakin

tinggi maka efisiensi alat akan semakin tinggi.Itu terjadi karena torsi semakin

tinggi. Jadi jika torsi semakin tinggi maka efisiensi akan semakin naik.

Gambar 4. 2 Hubungan 𝑃𝑜𝑢𝑡 dengan beban setiap variasi

Dari Gambar 4.2 daya output (𝑃𝑜𝑢𝑡) pada variasi 1 menunjukan pada beban 0,3kg

menghasilkan 0,115 watt, beban 0,4kg menghasilkan 0,616 watt, beban 0,5kg

0.115

0.6160.682

0.176

0.723 0.761

0.413

0.960 0.971

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5

Po

ut

wat

t

variasi1 2 3

Beban (Kg)


34

menghasilkan 0,682 watt. Pada variasi 2 beban 0,3kg menghasilkan 0,176

watt,beban 0,4kg menghasilkan 0,723 watt, beban 0,5kg menghasilkan 0,761 watt.

Dan pada variasi 3 menunjukan pada beban 0,3kg menghasilkan 0,413 watt, beban

0,4kg menghasilkan 0,960 watt, beban 0,5kg menghasilkan 0,971 watt. Daya

tertinggi terdapat pada variasi 3, beban 0.5kg dengan daya 0.971 watt dan yang

terendah terdapat pada variasi 1 beban 0.3 kg dengan daya 0.115 watt. Pada variasi

1 menghasilkan 𝑃𝑜𝑢𝑡 terendah diantara variasi 2 dan 3, pada variasi 2 menghasilkan

rata-rata daya dari variasi 1 dan 3, yang tertinggi terdapat pada variasi 3 antar

variasi. Dapat disimpulkan bahwa bila beban semakin tinggi maka 𝑃𝑜𝑢𝑡 juga

semakin tinggi, itu dikarenakan beban yang berat akan menghasilkan torsi yang

tinggi dan daya akan semakin tinggi juga. Pada variasi tekanan 250.000, 300.000,

dan 400.000 𝑃𝑎 terjadi kenaikan daya, dapat dilihat pada Gambar 4.4.2 bahwa

makin tinggi tekanan, daya yang dihasilkan akan makin tinggi. Itu disebabkan torsi

dan rpm semakin tinggi, bila rpm turbin tinggi, maka daya yang dihasilkan akan

semakin tinggi.

Gambar 4. 3 Hubungan 𝑃𝑖𝑛 dengan beban setiap variasi

110.778106.055

111.898

83.326

98.618 101.801

86.77792.259

86.473

0

20

40

60

80

100

120

0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5

Pin

wat

t

variasi 1 2 3

beban Kg


35

Dari Gambar 4.3 daya input (𝑃𝑖𝑛) pada variasi 1 menghasilkan 110,778 watt pada

beban 0,3kg, beban 0,4kg menghasilkan 106,055 watt, beban 0,5kg menghasilkan

111,898 watt. Variasi 2 menghasilkan 83,326 watt, beban 0,4kg menghasilkan

98,618 watt, beban 0,5kg menghasilkan 101,801 watt. Pada variasi 3 menghasilkan

86,777 watt pada beban 0,3kg, beban 0,4kg menghasilkan 92,259 watt, beban 0,5kg

menghasilkan 86,473 watt. Data tertinggi terdapat pada variasi 1, beban 0.5kg

dengan daya input 111.898 watt, dan yang terendah terdapat pada variasi 2, beban

0.3kg dengan daya input 83,326 watt. Pada setiap variasi 𝑃𝑖𝑛 tertinggi terdapat pada

variasi 1, variasi 2 adalah rata-rata dari variasi 1 dan 3, dan variasi 3 adalah yang

terendah diantara variasi 1 dan 2. Untuk variasi paling baik terlihat pada variasi 2

dengan tekanan 300.000 Pa dan yang terendah terdapat pada variasi 3 dengan

tekanan 400.000Pa. Dikarenakan daya input dipengaruhi oleh entalphi masuk

turbin dan suhu yang terdapat dalam ketel uap, maka dari itu daya input mengalami

naik turun pada 𝑇𝑖𝑛.

Gambar 4. 4 Hubungan torsi dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡

0.0020

0.0196

0.0265

0.0029

0.0216

0.0255

0.0069

0.0216

0.0304

0.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

0.115 0.616 0.682 0.176 0.723 0.761 0.413 0.960 0.971

Tors

i τ

1 2 3Pout


36

Dari Gambar 4.4 torsi (τ) terhadap 𝑃𝑜𝑢𝑡 pada variasi 1 menghasilkan 0,0020 beban

0,3kg dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,115 watt, beban 0,4kg menghasilkan torsi 0,0196 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡

0,616 watt, beban 0,5kg menghasilkan torsi 0,0265 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,682 watt. Variasi

2 beban 0,3kg menghasilkan torsi 0,0029 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,176 watt, beban 0,4kg

menghasilkan torsi 0,0216 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,723 watt, beban 0,5kg menghasilkan torsi

0,0255 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,761 watt. Pada variasi 3 beban 0,3kg menghasilkan torsi

0,0069 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,413 watt, beban 0,4kg menghasilkan torsi 0,0216 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡

0,960 watt, beban 0,5kg menghasilkan torsi 0,0304 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,971 watt. Data

tertinggi terdapat pada variasi 3 tekanan 400.000𝑃𝑎 dengan torsi 0,0304 dan 𝑃𝑜𝑢𝑡

0,971 watt sedangkan torsi yang terendah terdapat pada variasi 1 tekanan 250.000𝑃𝑎

dengan torsi 0,0020 dan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,115 watt, dikarenakan semakin besar torsi maka

daya output akan semakin besar. Dari data diatas didapatkan data semakin besar

tekanan yang masuk maka uap yang mendorong turbin akan semakin besar dengan

begitu torsi akan semakin tinggi dan begitupula daya output semakin tinggi. Data

keseluruhan yang tertinggi terdapat pada variasi 3.

Gambar 4. 5 Hubungan putaran turbin dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡

561

300246

570

320285

575

425

305

0

100

200

300

400

500

600

700

0.115 0.616 0.682 0.176 0.723 0.761 0.413 0.960 0.971

RP

M

1 2 3P OUT


37

Dari Gambar 4.5 putaran turbin (rpm) terhadap 𝑃𝑜𝑢𝑡 pada variasi 1 menghasilkan

561 rpm, 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,115 watt pada beban 0,3kg, beban 0,4kg menghasilkan 300 rpm,

𝑃𝑜𝑢𝑡 0,616 watt, beban 0,5kg menghasilkan 246 rpm, 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,682. Variasi 2 beban

0,3kg menghasilkan 570 rpm dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,176 watt, beban 0,4kg menghasilkan

320 rpm dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,723 watt, beban 0,5kg menghasilkan 285 rpm dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡

0,761. Pada variasi 3 beban 0,3kg menghasilkan 575 rpm dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,413 watt,

beban 0,4kg menghasilkan 425 rpm dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,960 watt, beban 0,5kg

menghasilkan 305 rpm dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,971 watt. Dapat disimpulkan bahwa data

yang paling tinggi terdapat pada variasi 3 tekanan 400.000𝑃𝑎 ,rpm 575, beban 0,3kg

dan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,413 watt. Data terendah terdapat pada variasi 1 tekanan 250.000𝑃𝑎 ,rpm

246, beban 0,5kg dan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,682 watt, dikarenakan semakin berat pembebanan

maka daya output bekerja semaki besar , beban yang berat akan menghasilkan rpm

yang rendah dan daya akan semakin tinggi bila pembembebanan mengecil. Data

tertinggi terdapat pada variasi 3 pada setiap pembebanan. Variasi 1 adalah data

terendah pada setiap variasi.

Gambar 4. 6 Hubungan pin dengan hin

110.778106.055

111.898

83.326

98.618101.801

86.77792.259

86.473

0.000

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

2781.82772.52738.62715.32711.92711.42716.62708.02727.3

pin

wat

t

variasi1 2 3

hin (kj/kg)


38

Dari Gambar 4.6 tekanan input (𝑝𝑖𝑛) terhadap entalpi input (ℎ𝑖𝑛) pada variasi 1

beban 0,3kg menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 110,778 watt dengan ℎ𝑖𝑛 2781,8 kj/kg, beban 0,4

menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 106,055 watt dengan ℎ𝑖𝑛 2772,5 kj/kg, dan beban 0,5kg

menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 111,898 watt dengan ℎ𝑖𝑛 2738,6. Variasi 2 beban 0,3kg

menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 83,326 watt dengan ℎ𝑖𝑛 2715,3 kj/kg, beban 0,4kg menghasilkan

𝑝𝑖𝑛 98,618 watt dengan ℎ𝑖𝑛 2711,9 kj/kg, beban 0,5kg menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 101,801

watt dengan ℎ𝑖𝑛 2711,4 kj/kg. Variasi 3 beban 0,3Kg menghasilkan 𝑝 86,777 watt

dengan ℎ𝑖𝑛 2716,6 kj/kg, beban 0,4kg menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 92,259 watt dengan ℎ𝑖𝑛

2708,0 kj/kg, beban 0,5kg menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 86,473 watt dengan ℎ𝑖𝑛 2727,3 kj/kg.

Data yang terbaik terdapat pada variasi 1 tekanan tekanan masuk turbin, daya input

111,898 watt dengan entalphi 2738,6 kj/kg, dan data terendah terdapat pada variasi

2 daya input 83,326 watt dengan entalphi 2715,3 kj/kg. itu karena daya input akan

semakin tinggi apa bila entalphi udara dan temperature masuk turbin rendah. Grafik

mengalami naik turun pada daya inputnya, itu disebabkan pemanasan pada ketel

uap dengan begitu uap yang digunakan sudah ke luar mendorong turbin.

Gambar 4. 7 Hubungan ℎ𝑖𝑛 dengan 𝑇𝑖𝑛

2781.82772.5

2738.6

2715.3 2711.9 2711.42716.6

2708.0

2727.3

2660.0

2680.0

2700.0

2720.0

2740.0

2760.0

2780.0

2800.0

154 149 132 123 121 120 125 120 130

hin

kj/k

g

Variasi1 2 3

Tin ⁰C


39

Dari Gambar 4.7 ℎ𝑖𝑛 dengan suhu masuk (𝑇𝑖𝑛) pada variasi 1 beban 0,3kg

menghasilkan ℎ𝑖𝑛 2781,8 kj/kg dengan 𝑇𝑖𝑛 154⁰C, beban 0,4kg menghasilkan ℎ𝑖𝑛

2772,5 kj/kg dengan 𝑇𝑖𝑛 149⁰C, beban 0,5kg menghasilkan ℎ𝑖𝑛 2738,6 kj/kg dengan

𝑇𝑖𝑛 132⁰C. Variasi 2 beban 0,3kg menghasilkan ℎ𝑖𝑛 2715,3 kj/kg dengan 𝑇𝑖𝑛 123⁰C,

beban 0,4kg menghasilkan ℎ𝑖𝑛 2711,9 kj/kg dengan 𝑇𝑖𝑛 121⁰C, beban 0,5kg

menghasilkan ℎ𝑖𝑛 2716,6 kj/kg dengan 𝑇𝑖𝑛 120⁰C. Dan pada variasi 3 pada beban

0,3kg menghasilkan ℎ𝑖𝑛 2716,6 kj/kg dengan 𝑇𝑖𝑛 125⁰C, beban 0,4kg menghasilkan

ℎ𝑖𝑛 2708,0 kj/kg dengan 𝑇𝑖𝑛 120⁰C, beban 0,5kg menghasilkan ℎ𝑖𝑛 2727,3 kj/kg

dengan 𝑇𝑖𝑛 130⁰C. Data tertinggi terdapat pada variasi 1 dengan ℎ𝑖𝑛 2781,8 kj/kg

dan 𝑇𝑖𝑛 154⁰C, yang terendah terdapat pada variasi 3 dengan ℎ𝑖𝑛 2708 kj/kg dan

𝑇𝑖𝑛 120⁰C. ℎ𝑖𝑛 akan semakin tinggi bila 𝑇𝑖𝑛tinggi pula, karena suhu masuk sangan

berpengaruh pada ketel uap. Dari grafik diatas variasi 1 dan 2 mengalami penurunan

ℎ𝑖𝑛 dan 𝑇𝑖𝑛 dengan beraturan, tetapi pada variasi 3 mengalami naik turun yang tidak

stabil karena pada teori yang diperoleh suhu pada ketel uap yang tidak beraturan

dan didapat nilai ℎ𝑖𝑛 dari tabel A-6.

Gambar 4. 8 Hubungan 𝑝𝑖𝑛 dengan ℎ𝑖𝑛

134474127579

127579

162053

162053

155158

196527 196527206869

0

50000

100000

150000

200000

250000

2782 2773 2739 2715 2712 2711 2717 2708 2727

pin Pa

variasi1 2 3

hin (kj/kg)


40

Dari Gambar 4.8 𝑝𝑖𝑛 terhadap ℎ𝑖𝑛 pada variasi 1 beban 0,3kg menghasilkan 𝑝𝑖𝑛

134.474 Pa dengan ℎ𝑖𝑛 2781,8 kj/kg, beban 0,4kg menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 127.579 Pa

dengan ℎ𝑖𝑛 2772,5 kj/kg, beban 0,5kg menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 127.579 Pa dengan ℎ𝑖𝑛

2738,6 kj/kg. Variasi 2 beban 0,3kg menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 162.053 Pa dengan ℎ𝑖𝑛

2715,3 kj/kg, beban 0,4kg menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 162.053 Pa dengan ℎ𝑖𝑛 2711,9 kj/kg,

beban 0,5kg menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 155.158 Pa dengan ℎ𝑖𝑛 2711,4 kj/kg. Variasi 3 beban

0,3kg menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 196.527 Pa dengan ℎ𝑖𝑛 2716,6 kj/kg, beban 0,4kg

menghasilkan 𝑝𝑖𝑛 196.527 Pa dengan ℎ𝑖𝑛 2708,0 kj/kg, beban 0,5kg menghasilkan

𝑝𝑖𝑛 206.869 Pa dengan ℎ𝑖𝑛 2727,3 kj/kg. Data tertinggi terdapat pada variasi 3,

beban 0.5 kg, ℎ𝑖𝑛 2727,3 kj/kg dengan 𝑝𝑖𝑛206.869 Pa, dan yang terendah terdapat

pada variasi 1, beban 0.5 kg, ℎ𝑖𝑛 2781.8 kj/kg dengan 𝑝𝑖𝑛 127579 Pa. Dari data

tersebut dapat disimpulkan bahwa entalphi uap dan tekanan pada turbin berubah-

ubah dikarenakan 𝑝𝑖𝑛 memiliki tekanan yang bervariasi, sehingga entalphi uap dan

tekanan pada turbin berubah dari setiap variasi penelitian. Pada setiap variasi

dengan grafik tertinggi yaitu terdapat pada variasi 3. Tekanan input mengalami naik

turun pada setiap variasi dikarenakan suhu masuk ke dalam ketel uap tidak

beraturan, jika suhu masuk konstan pada setiap variasi, maka entalpi juga akan

semakin tinggi setelah dilakukan interpolasi pada tabel entalpi (Lampiran tabel)..


41

4.5 Efek laju aliran massa masuk turbin 0,0029, 0,0030, dan 0,0031 kg/detik

dengan variasi daya dan efisiensi terhadap unjuk kerja.



beban 0.4kg efisiensi sebesar 0,510%, beban 0,5kg efisiensi sebesar 0,660%. Pada



sebesar 0,435%, beban 0,4kg efisiensi 1,007%, beban 0,5kg efisiensi 1,290%.

efisiensi tertinggi terdapat pada variasi ke 5, beban 0.5 kg, laju aliran massa 0,0031

kg/detik dengan efisiensi 1.290 dan yang terendah terdapat pada variasi 4 beban

0.3 kg, laju aliran massa 0,0028 kg/detik dengan efisiensi 0.153. Dapat disimpulkan

bahwa bila beban semakin tinggi maka Efisiensi juga semakin tinggi, itu terjadi

karena torsi semakin tinggi. Jadi jika torsi tinggi maka efisiensi akan semakin naik.

Dapat dilihat pada variasi Laju aliran massa 0,0029, 0,0030, dan 0,0031 kg/detik

terjadi kenaikan Efisiensi, dapat dilihat pada gambar diatas bahwa makin besar laju

aliran massa, Efisiensi akan makin tinggi.

0.153

0.510

0.660

0.211

0.733 0.748

0.435

1.007

1.290

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5

Efis

ien

si

Variasi4 2 5

beban (Kg)


42


Dari Gambar 4.10 𝑃𝑜𝑢𝑡 pada variasi 4 menunjukan pada beban 0,3kg menghasilkan

0,154 watt, beban 0,4kg menghasilkan 0,555 watt, beban 0,5kg menghasilkan 0,724

watt. Pada variasi 2 beban 0,3kg menghasilkan 0,176 watt,beban 0,4kg

menghasilkan 0,723 watt, beban 0,5kg menghasilkan 0,761 watt. Dan pada variasi

5 menunjukan pada beban 0,3kg menghasilkan 0,453 watt, beban 0,4kg

menghasilkan 1,048 watt, beban 0,5kg menghasilkan 1,184 watt. data tertinggi

terdapat pada variasi 5, beban 0.5 kg dengan daya output 1.184 watt dan yang

terendah terdapat pada variasi 4, beban 0.3 kg dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0.154 watt. Dapat

disimpulkan bahwa bila W semakin tinggi maka daya 𝑃𝑜𝑢𝑡 juga semakin tinggi, itu

dikarenakan beban yang berat akan menghasilkan Torsi yang tinggi dan daya akan

semakin tinggi juga. Pada variasi Laju aliran massa 0,0028, 0,0029, dan 0,0030

Kg/detik terjadi kenaikan daya, dapat dilihat pada gambar diatas bahwa makin

tinggi Laju aliran massa daya akan makin tinggi. Gafik mengalami kenaikan yang

konstan pada setiap variasi, grafik keseluruhan paling tinggi terdapat pada variasi

5, rata-rata terdapat pada variasi 2, dan yang terendah terdapat pada variasi 1.

0.154

0.555

0.724

0.176

0.723 0.761

0.453

1.048

1.184

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5

Po

ut

wat

t

Variasi4 2 5

beban (w)


43

Gambar 4. 11 Hubungan Pin dengan beban setiap variasi

Dari Gambar 4.11 𝑃𝑖𝑛 pada variasi 4 menghasilkan 110,934 watt pada beban 0,3kg,

beban 0,4kg menghasilkan 108,706 watt, beban 0,5kg menghasilkan 109,713 watt.

Variasi 2 menghasilkan 83,326 watt, beban 0,4kg menghasilkan 98,618 watt, beban

0,5kg menghasilkan 101,801 watt. Pada variasi 5 menghasilkan 104,059 watt pada

beban 0,3kg, beban 0,4kg menghasilkan 104,059 watt, beban 0,5 menghasilkan

91,818 watt. Data tertinggi terdapat pada variasi 4, beban 0.5 kg dengan daya input

109.713 watt dan data terendah terdapat pada variasi 2 beban 0.3 kg dengan daya

input 83.326 watt. Pada setiap variasi 𝑃𝑖𝑛 tertinggi terdapat pada variasi 4, variasi 5

adalah rata-rata dari variasi 4 dan 2, dan variasi 2 adalah yang terendah diantara

variasi 4 dan 5. Untuk variasi paling baik terlihat pada variasi 4 dengan tekanan

300.000 Pa dan yang terendah terdapat pada variasi 2 dengan tekanan 300.000Pa.

Itu karena daya input akan semakin tinggi apa bila entalpi udara dan temperature

masuk turbin rendah. Grafik mengalami naik turun pada daya inputnya, itu

disebabkan pemanasan pada ketel uap dengan begitu uap yang digunakan sudah

keluar mendorong turbin

100.934

108.706109.713

83.326

98.618 101.801104.059

104.05991.818

0

20

40

60

80

100

120

0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5

Pin

wat

t

Variasi4 2 5

beban (Kg)


44

Gambar 4. 12 Hubungan torsi dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡

Dari Gambar 4.12 torsi terhadap 𝑃𝑜𝑢𝑡 pada variasi 4 menghasilkan 0,0029 beban

0,3kg dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,154 watt, beban 0,4kg menghasilkan torsi 0,0118 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡

0,555 watt, beban 0,5kg menghasilkan torsi 0,0294 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,724 watt. Variasi

2 beban 0,3kg menghasilkan torsi 0,0029 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,176 watt, beban 0,4kg

menghasilkan torsi 0,0216 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,723 watt, beban 0,5kg menghasilkan

torsi 0,0255 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,761 watt. Pada variasi 5 beban 0,3kg menghasilkan

torsi 0,0039 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,453 watt, beban 0,4kg menghasilkan torsi 0,0137

dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 1,048 watt, beban 0,5kg menghasilkan torsi 0,0216 dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 1,184

watt. Data tertinggi terdapat pada variasi 4, daya ouput 0.724 watt dengan torsi

0.0294 dan yang data terendah terdapat pada variasi 4, daya 0.154 watt dengan torsi

0.0029. dapat disimpulkan bahwa torsi berpengaruh dengan rpm turbin maka dari

itu daya output mengalami naik turun pada data tersebut. Dan yang lebih stabil pada

variasi 5 laju aliran massa. Terdapat peningkatan yang stabil, berbeda dengan

variasi 2 yang mengalami kenaikan pada beban 0.4 kg, menggalami kenaikan yang

0.0029

0.0118

0.0294

0.0029

0.0216

0.0255

0.0039

0.0137

0.0216

0.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

0.154 0.555 0.724 0.176 0.723 0.761 0.453 1.048 1.184

Tors

i

variasi4 2 5

Pout (watt)


45

sangat tinggi disbanding dengan beban 0.4 kg pada variasi 1 dan 3 pada data

tersebut.

Gambar 4. 13 Hubungan rpm dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡

Dari Gambar 4.13 rpm terhadap 𝑃𝑜𝑢𝑡 pada variasi 4 menghasilkan 500 rpm, 𝑃𝑜𝑢𝑡

0,154 watt pada beban 0,3kg, beban 0,4kg menghasilkan 450 rpm, 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,555 watt,

beban 0,5kg menghasilkan 235 rpm, 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,724 watt. Variasi 2 beban 0,3kg

menghasilkan 570 rpm dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,176 watt, beban 0,4kg menghasilkan 320 rpm

dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,723 watt, beban 0,5kg menghasilkan 285 rpm dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,761.

Pada variasi 5 beban 0,3kg menghasilkan 1102 rpm dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,453 watt, beban

0,4kg menghasilkan 729 rpm dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 1,048 watt, beban 0,5kg menghasilkan

524 rpm dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 1,184 watt. Data tertinggi terdapat pada variasi 5, beban 0.3

kg, daya output 0.453 watt dengan rpm 1102, dan data terendah terdapat pada

variasi 4, beban 0.5 kg, daya 0.724 watt dengan rpm 235. Dari data diatas dapat

disimpulkan bahwa semakin besar beban dan daya yang dihasilkan, maka rpm akan

semakin turun. dikarenakan semakin berat pembebanan maka daya output bekerja

500450

235

570

320 285

1102

729

524

0

200

400

600

800

1000

1200

0.154 0.555 0.724 0.176 0.723 0.761 0.453 1.048 1.184

Rp

m

variasi4 2 5

Pout


46

semaki besar , beban yang berat akan menghasilkan rpm yang rendah dan daya akan

semakin tinggi bila pembembebanan mengecil. Data keseluruhan yang paling tinggi

terdapat pada variasi 5.

Gambar 4. 14 Hubungan 𝑃𝑖𝑛 dengan ṁ

Dari Gambar 4.14 𝑃𝑖𝑛 terhadap laju aliran massa (ṁ) pada variasi 4 beban 0,3kg

menghasilkan 𝑃𝑖𝑛 100,934 watt dengan ṁ 0,0027 kg/detik, beban 0,4kg

menghasilkan 𝑃𝑖𝑛 108,706 watt dengan ṁ 0,0028 kg/detik. Beban 0,5kg

menghasilkan 𝑃𝑖𝑛 109,713 watt dengan ṁ 0,0028 kg/detik. Variasi 2 beban 0,3kg



menghasilkan 𝑃𝑖𝑛 101,801 watt dengan ṁ 0,0029. Variasi 5 beban 0,3kg

menghasilkan 𝑃𝑖𝑛 104,059 watt dengan ṁ 0,0030, beban 0,4kg menghasilkan

104,059 watt dengan ṁ 0,0030, beban 0,5kg menghasilkan 𝑃𝑖𝑛 91,818 watt dengan

ṁ 0,0031. Data tertinggi terdapat pada variasi 4, beban 0.5 kg, laju aliran massa

0.0028 kg/detik dengan daya input 109.713 watt, dan yang terendah terdapat pada

variasi 2, beban 0.3 kg, laju aliran massa 0.0029 kg/detik dengan daya input 83.326

100.934108.706

109.713

83.326

98.618101.801

104.059104.059

91.818

0

20

40

60

80

100

120

0.0027 0.0028 0.0028 0.0029 0.0029 0.0029 0.0030 0.0030 0.0031

Pin

wat

t

variasi4 2 5

ṁ (Kg/detik)


47

watt. Daya input akan semakin tinggi apabila temperatur masuk turbin tinggi.

Grafik mengalami naik turun karena pemanasan pada setiap variasi terhadap ketel

uap tidak beraturan.

Gambar 4. 15 Hubungan ṁ dengan Δp

Dari Gambar 4.15 ṁ terhadap Δp pada variasi 4 beban 0,3kg menghasilkan ṁ

0,0027 kg/detik dengan Δp 34.474 Pa, beban 0,4kg menghasilkan ṁ 0,0028

kg/detik dengan Δp 41.369 Pa, beban 0,5kg menghasilkan ṁ 0,0028 kg/detik

dengan Δp 41.369 Pa. Variasi 2 beban 0,3kg menghasilkan ṁ 0,0029 kg/detik

dengan Δp 28.958 Pa, beban 0,4kg menghasilkan ṁ 0,0029 kg/detik dengan Δp

31.026 Pa, beban 0,5kg menghasilkan ṁ 0,0029 kg/detik dengan Δp 33.095 Pa.

pada variasi 5 beban 0,3kg menghasilkan ṁ 0,0030 kg/detik dengan Δp 24.474 Pa,

beban 0,4kg menghasilkan ṁ 0,0030 kg/detik dengan Δp 34.474 Pa, beban 0,5kg

menghasilkan ṁ 0,0031 dengan Δp 34.474 Pa. Data tertinggi terdapat pada variasi

5 beban 0.5 kg, Δp 34474 Pa, dengan laju aliran massa 0.0031 kg/detik, dan yang

terendah terdapat pada variasi 4, beban 0.3 kg, Δp 34.474 Pa, dengan laju aliran

0.0027

0.0028 0.0028 0.00290.0029

0.0029

0.0030 0.00300.0031

0.0024

0.0025

0.0026

0.0027

0.0028

0.0029

0.0030

0.0031

0.0032

34474 41369 41369 28958 31026 33095 34474 34474 34474

ṁK

g/d

etik

variasi4 2 5

Δp (Pa)


48

massa 0,0027 kg/detik. Dari data diatas dapat diambil kesimpulan bahwa perbedaan

tekanan pada setiap variasi semakin tinggi terhadap laju alran massa, perbedaan

tekanan tekanan palinggi tinggi di dapat pada variasi 4 beban 0.4 kg dengan ṁ

0.0028 memilikiki perbedaan paling tinggi diantara yang lain.

Gambar 4. 16 Hubungan ṁ dengan ρ

Dari Gambar 4.16 ṁ terhadap massa jenis (ρ) pada variasi 4 beban 0,3kg

menghasilkan ṁ 0,0027 kg/detik dengan ρ 0,708 kg/m³, beban 0,4kg menghasilkan

ṁ 0,0028 kg/detik dengan ρ 0,653 kg/m³, beban 0,5kg menghasilkan ṁ 0,0028

kg/detik dengan ρ 0,662 kg/m³. Variasi 2 beban 0,3kg menghasilkan ṁ 0,0029

kg/detik dengan ρ 0,960 kg/m³, beban 0,4kg menghasilkan ṁ 0,0029 kg/detik

dengan ρ 0,920 kg/m³, beban 0,5kg menghasilkan ṁ 0,0029 kg/detik dengan ρ

0,842 kg/m³. Variasi 5 beban 0,3kg menghasilkan ṁ 0,0030 kg/detik dengan ρ

0,899 kg/m³, beban 0,4kg menghasilkan ṁ 0,0030 kg/detik dengan ρ 0,899 kg/m³,

beban 0,5kg menghasilkan ṁ 0,0031 kg/detik dengan ρ 0,935 kg/m³. data paling

tinggi terdapat pada variasi 5, beban 0.5 kg, massa jenis 0.935 kg/m³, dengan laju

0.0027

0.0028 0.0028 0.00290.0029

0.0029

0.0030 0.00300.0031

0.0024

0.0025

0.0026

0.0027

0.0028

0.0029

0.0030

0.0031

0.0032

0.708 0.653 0.662 0.960 0.920 0.842 0.899 0.899 0.935

ṁK

g/d

etik

Variasi4 2 5

ρ (Kg/m³)


49

aliran massa 0.0031 kg/detik, dan laju aliran massa terendah terdapat pada variasi

4, beban 0.3 kg, massa jenis 0.708 kg/m³, dengan laju aliran massa 0.0027 kg/detik.

Massa jenis tertinggi terdapat pada variasi 2, beban 0.3 kg, massa jenis 0.0029

kg/detik, dengan massa jenis 0.960 kg/m³.

4.6 Efek variasi sudut nosel masuk turbin 20º, 30º, 40º dengan variasi daya dan

efisiensi terhadap unjuk kerja.



beban 0.4kg efisiensi sebesar 0,733%, beban 0,5kg efisiensi sebesar 0,748%. Pada



sebesar 0,265%, beban 0,4kg efisiensi 0,841%, beban 0,5kg efisiensi 1,043%. Data

tertinggi terdapat pada variasi 7, beban 0.5 kg dengan efisiensi 1.043, dan yang

terendah terdapat pada variasi 2, beban 0.3 kg dengan efisiensi 0.211. Dapat

disimpulkan bahwa bila W semakin tinggi maka Efisiensi juga semakin tinggi, itu

terjadi karena torsi semakin tinggi. Jadi jika torsi tinggi maka efisiensi akan

semakin naik. Dapat dilihat pada variasi sudut nosel 20º, 30º, dan 40º terjadi

0.211

0.733 0.748

0.222

0.792 0.819

0.265

0.841

1.043

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5

Efis

ien

siȠ

2 6 7beban (kg)


50

kenaikan Efisiensi, maka dari itu jika tekanan semakin tinggi maka efisiensi alat

akan semakin tinggi.Itu terjadi karena torsi semakin tinggi. Jadi jika torsi tinggi

maka efisiensi akan semakin naik.


Dari Gambar 4.18 𝑃𝑜𝑢𝑡 pada variasi 2 menunjukan pada beban 0,3kg

menghasilkan 0,176 watt, beban 0,4kg menghasilkan 0,723 watt, beban 0,5kg

menghasilkan 0,761 watt. Pada variasi 6 beban 0,3kg menghasilkan 0,227 watt,

beban 0,4kg menghasilkan 0,876 watt, beban 0,5kg menghasilkan 0,906 watt. Dan

pada variasi 7 menunjukan pada beban 0,3kg menghasilkan 0,290 watt, beban 0,4kg

menghasilkan 0,938 watt, beban 0,5kg menghasilkan 1,136 watt. data tertinggi

terdapat pada variasi 7, beban 0.5 kg, dengan daya output 1.136 watt, dan yang

terendah terdapat pada variasi 2, beban 0.3 kg, dengan daya output 0.176 watt.

Dapat terlihat bahwa bila W semakin tinggi maka P out yang dihasilkan semakin

tinggi. Hal tersebut terjadi karena beban yang berat akan menghasilkan torsi yang

tinggi dan daya akan semakin tinggi juga. Pada variasi sudut nosel 20º, 30º, 40º

terjadi kenaikan daya, dapat dilihat pada gambar diatas bahwa makin besar Sudu

0.176

0.723 0.761

0.227

0.876 0.906

0.290

0.938

1.136

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5

P o

ut

wat

t

2 6 7Beban (kg)


51

nosel, daya akan makin tinggi. Gafik mengalami kenaikan yang konstan pada setiap

variasi, grafik keseluruhan paling tinggi terdapat pada variasi 7, rata-rata terdapat

pada variasi 6, dan yang terendah terdapat pada variasi 2.

Gambar 4. 19 Hubungan 𝑃𝑖𝑛 dengan beban setiap variasi

Dari Gambar 4.19 𝑃𝑖𝑛 pada variasi 2 menghasilkan 83,326 watt pada beban 0,3kg,

beban 0,4kg menghasilkan 98,618 watt, beban 0,5kg menghasilkan 101,801 watt.

Variasi 6 menghasilkan 102,235 watt, beban 0,4kg menghasilkan 110,609 watt,

beban 0,5kg menghasilkan 101,80110,621 watt. Pada variasi 7 menghasilkan

109,515 watt pada beban 0,3kg, beban 0,4Kg menghasilkan 111,469 watt, beban

0,5 menghasilkan 108,945 watt. 𝑃𝑖𝑛 tertinggi terdapat pada variasi 7, beban 0.4 kg

dengan daya input 111.469 watt dan data terendah terdapat pada variasi 2 beban 0.3

kg dengan daya input 83.326 watt. itu karena daya input akan semakin tinggi apa

bila entalphi udara dan temperature masuk turbin rendah. Grafik mengalami naik

turun pada daya inputnya, itu disebabkan pemanasan pada ketel uap dengan begitu

uap yang digunakan sudah keluar mendorong turbin.

83.326

98.618101.801 102.235110.609

110.621109.515

111.469108.945

0

20

40

60

80

100

120

0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5 0.3 0.4 0.5

Pin

wat

t

variasi 2 6 7

beban Kg


52


300.000Pa, laju aliran massa 0,0029 kg/detik

Dari Gambar 4.20 diperoleh kecepatan masuk turbin (𝑐1) 31,38 m/detik pada α 20⁰,

kecepatan relatif uap masuk sudu turbin (𝑤1) 23,97 m/detik pada sudut masuk sudu

(β) 26,6⁰, dan didaptkan kecepatan tangensial (𝑢1) 8,05 m/detik, setelah itu

mendapatkan kecepatan mutlak uap keluar sudu gerak pertama (𝑐1𝑢) sebesar 29,45

m/detik. Uap di dalam sudu jalan tekanannya tetap sama hanya aliran uap saja yang

berbelok, untuk aliran tanpa gesekan besarnya 𝑤2 = 𝑤1. Sudu-sudu jalan tetap

sama 𝛽1 = 𝛽2. Kecepatan mutlak keluar sudu turbin (𝑐2) 17,15 m/detik, 𝑢2 = 𝑢1,

kecepatan mutlak uap keluar sudu gerak kedua (𝑐2𝑢) 13,38 m/detik. Komponen

kecepatan uap pada digambar ke dalam arah kecepatan keliling 𝑐𝑢 Besaran

komponen ini adalah untuk mendapatkan harga gaya tangensial yang dihasilkan

aliran uap untuk menggerakkan turbin. Rendemen perpindahan energi akan menjadi

lebih besar, bila kecepatan keluar 𝑐2 makin kecil.


300.000Pa, laju aliran massa 0,0030 kg/detik.


53














300.000Pa, laju aliran massa 0,0031 kg/detik






54









Gambar 4. 23 Perbandingan 𝑃𝑜𝑢𝑡 dan 𝑃𝑢 dengan beban 0,3kg pada variasi 2

Dari Gambar 4.23 𝑃𝑜𝑢𝑡 pada perhitungan dengan rumus menghasilkan 0,176 watt,

dan daya output (Pu) pada perhitungan segitiga kecepatan menghasilkan 0,99 watt

pada beban yang sama 0,3kg. Perbandingan yang terjadi pada eksperimen dan

perhitungan pada segitiga percepatan jauh berbeda, dengan beda 81,4%.

Perbandingan berbeda jauh dikarenakan debit pada setiap nosel dianggap sama

pada perhitungan tetapi pada kenyataannya berbeda, pada subbab (1.4) diasumsikan

0.176

0.99

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

0.3

Po

ut

dan

Pu

w

att

bebanvariasi 2

Pout Pu


55

debit pada setiap nosel sama. 𝑃𝑜𝑢𝑡 dan 𝑃𝑢 pada variasi 2 pada beban yang sama

berbeda sangat jauh karena 𝑃𝑜𝑢𝑡 dihitung dari dinamometer rem tali yang

merupakan percobaan faktual yang mana hal-hal yang tidak diperhitungkan akan

terjadi, sedangkan 𝑃𝑢 dihitung dari perhitungan segitiga kecepatan teoritis yang

dianggap semua sistem sempurna.

Gambar 4. 24 Perbandingan 𝑃𝑜𝑢𝑡 dan 𝑃𝑢 dengan beban 0,3kg pada variasi 6




perhitungan pada segitiga percepatan jauh berbeda, dengan beda 86,3%.






0.227

1.09

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

0.3

Po

ut

dan

Pu

wat

t

beban variasi 6

Pout Pu


56



Gambar 4. 25 Perbandingan 𝑃𝑜𝑢𝑡 dan 𝑃𝑢 terhadap beban 0,3kg pada variasi 7




perhitungan pada segitiga percepatan jauh berbeda, dengan beda 75%.








0.290

1.04

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

0.3

Po

ut

dan

Pu

w

att

beban variasi 7

Pout Pu


57

BAB 5

PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan terhadap vaariasi tekanan, laju

aliran massa, dan sudut nosel terhadap unjuk kerja, maka dapat diambil beberapa

kesimpulan diantaranya adalah :

a. Tekanan yang paling tinggi terdapat pada variasi 3 adalah 400.000Pa

dengan begitu semakin tinggi tekanan masuk turbin maka efisiensi akan

semakin tinggi. Data tertinggi terdapat pada variasi 3, beban 0,5 kg dengan

efisiensi 1,123%. Dan 𝑃𝑜𝑢𝑡 tertinggi terdapat pada variasi 3, beban 0,5kg

dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 0,971 watt.

b. Laju aliran massa pada variasi 5 adalah 0,0031kg/detik, semakin besar laju

aliran massa maka efisiensinnya akan semakin tinggi. Efisiensi tertinggi

terdapat pada variasi ke 5, beban 0,5 kg, laju aliran massa 0,0031 kg/detik

dengan efisiensi 1,290%. Dan 𝑃𝑜𝑢𝑡 tertinggi terdapat pada variasi 5, beban

0,5kg dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 1,184 watt.

c. Sudut nosel pada variasi yang terbaik terdapat pada sudut 40⁰. Terdapat

pada variasi 7, beban 0,5 kg dengan efisiensi 1,043%. Dan 𝑃𝑜𝑢𝑡 tertinggi

terdapat pada variasi 7, beban 0,5kg dengan 𝑃𝑜𝑢𝑡 1,136 watt.

5.2 SARAN

Berdasarkan serangkaian penelitian yang telah dilakukan, ditemukan beberapa

hambatan. Untuk penelitian selanjutnya penulis menganjurkan beberapa perbaikan

diantarannya :


58

a. Perlu dilakukan sistem tertutup untuk melakukan pengambilan data, agar

mendapatkan hasil yang baik.

b. Perlu menggunakan referensi pada siklus rankine untuk alat yang akan

dibuat dan diteliti, agar hasil lebih baik.

c. Memasang alat ukur yang kuat terhadap tekanan panas yang terdapat pada

ketel uap.


59

DAFTAR PUSTAKA

Arif. M.S, Margianto, Marlina. E.2017.Pengaruh Putaran Runner Terhadap Daya

Listrik yang Dihasilkan Dengan Memvariasikan Ukuran Nozzle Pada Prototype

Turbin Pelton, Universitas Islam Malang. https://scholar.google.co.id/scholar.

Dietzel, Fritz, Dipl. Ing,. 1980. Turbin Pompa dan Kompresor, Jakarta, Penerbit

Erlangga.

Prabawa. H.P, Mungsidi, Yusuf M.D, Heriyani.O.2016.PengaruhVariasi Ukuran

Diameter Nozzle Terhadap Daya dan Efisiensi Kincir Air Sudu Datar. Program

Studi Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. HAMKA, Jakarta

Timur. (https://jurnal.umj.ac.id/index.php/semnastek/article/view/818).

Priangkoso. T, Mustaqim. A, Heriyanto, Malik. A. 2017. Uji Efisiensi Turbin

Pelton dengan Sudu Setengah Pipa Elbow. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas

Teknik,Universitas Wahid Hasyim. Momentum. Vol.13. ISSN 0216-7395.

https://www.publikasiilmiah.unwahas.ac.id/index.php/MOMENTUM/article/view/2032.

Risqiawan. D.Dharma, Putra.AB.K. 2013. Studi Eksperimen Perbandingan

Pengaruh Variasi Tekanan Inlet Turbin dan Variasi Pembebanan Terhadap

Karakteristik Turbin Pada Organic Rankine Cycle. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas

Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh November (ITS). JURNAL

TEKNIK POMITS Vol.2, No.3,(2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271

Print).http://ejurnal.its.ac.id/index.php/teknik/article/view/5117.

Sari.S.P, Yusuf.R. 2015. Pengaruh Jarak dan Ukuran Nozzle Pada Putaran Sudu

Terhadap Daya Listrik Turbin Pelton. Teknik Mesin Universitas Gunadarma.

Soelaiman, Sofyan, Priyanto. N. 2009. Analisa Prestasi Kerja Turbin Uap Pada

Beban yang Bervariasi. Universitas Muhammadiyah Jakarta.

https://scholar.google.co.id/scholar.

Rany Puspita Dewi. 2017. Perancangan Boiler Mini Berbahan Bakar Biogas

Dengan Berbagai Variasi Tekanan. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,

Universitas Tidar. https://jurnal.polines.ac.id/index.php/eksergi/article/view/907.


https://scholar.google.co.id/scholar?hl=en&as_sdt=0%2C5&q=pengaruh+putaran+runner+terhadap+daya+listrik+yang+dihasilkan&btnG=

https://jurnal.umj.ac.id/index.php/semnastek/article/view/818

https://www.publikasiilmiah.unwahas.ac.id/index.php/MOMENTUM/article/view/2032

http://ejurnal.its.ac.id/index.php/teknik/article/view/5117

https://scholar.google.co.id/scholar?hl=en&as_sdt=0%2C5&q=pengaruh+putaran+runner+terhadap+daya+listrik+yang+dihasilkan&btnG=

https://jurnal.polines.ac.id/index.php/eksergi/article/view/907

60

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Tabel uap A-6


61


62


63


64

Lampiran 2. Foto ketel uap


unjuk kerja turbin uap impuls satu tingkat …repository.usd.ac.id/35373/2/155214127_full.pdfunjuk...

Documents