v7009 pengujian unjuk kerja turbin crossflow skala laboratorium dengan jumlah sudu 28

7/25/2019 v7009 Pengujian Unjuk Kerja Turbin Crossflow Skala Laboratorium Dengan Jumlah Sudu 28

1/14

PENGUJIAN UNJUK KERJA TURBIN CROSSFLOW

SKALA LABORATORIUM DENGAN

JUMLAH SUDU 28

Juprianto sinaga *) , Ir. Husin Ibrahim Lubis, MT

Jurusan Teknik MesinSekolah Tinggi Teknik Harapan

2015*) E-mail :[email protected]

ABSTRAK

Turbin Crossflow terdiri dari nosel yang mempunyai penampang berbentuk persegi panjang dengan lengkungan

pada bagian penutup atasnya yang berfungsi mengarahkan aliran ke sudu pada runner, sehingga terjadi konversi

energi kinetik menjadi energi mekanis. Pengujian ini bertujuan untuk menganalisa unjuk kerja turbin Crossflow

skala laboratorium dengan jumlah sudu 28 pada runner. Langkah yang dilakukan dalam penelitian ini adalah

melakukan pengujian untuk mengetahui karakteristik turbin. Turbin yang diuji mempunyai debit air dan tekanan

yang konstan (1100 liter/menit dan 0,25 bar). Dari hasil perhitungan diperoleh torsi (T) maksimum 8,2 Nm, daya

turbin (PT) maksimum 132,1 Watt dan efisiensi turbin (T) maksimum 31 % pada pembebanan yang sama 10 kg

(F = 98,1 N).

Kata kunci : Turbin Crossflow, sudu, Efisiensi Turbin.

ABSTRACT

Crossflow turbine consists of a nozzle that has a rectangular cross section with an arch on the cover of it that

serves to direct the flow to the runner blades, resulting in the conversion of kinetic energy into mechanicalenergy. This test aims to analyze the performance of the turbines Crossflow laboratory scale with the number 28

on the runner blade. The first step in this research is doing a testing to determine the characteristics of the

turbine. Turbines that have tested the water flow and pressure constant (1100 liters / minute and 0.25 bar).From the calculation of torque (T) maximum 8.2 Nm, the power turbine (PT) maximum of 132.1 Watts and

turbine efficiency (T) a maximum of 31% at the same loading of 10 kg (F = 98.1 N)

Keywords : Crossflow turbine, blade, turbine efficiency.

1. PENDAHULUAN

Latar Belakang

Saat ini turbin crossflow banyakmendapat perhatian karena dapat

diaplikasikan pada rentang aliran dan head

yang lebih luas. Karakteristik tersebut

membuat turbin crossflowbanyak digunakanpada pembangkit listrik tenaga air skala

kecil. Selain itu turbin crossflow juga

mempunyai konstruksi yang sederhana dan

ekonomis. Penggunaan turbin ini untuk daya

yang sama dapat menghemat biaya

pembuatan penggerak mula sampai 50 %dari penggunaan kincir air dengan bahan

yang sama. Penghematan ini dapat dicapai

karena ukuran turbin crossflow lebih kecildan lebih kompak dibanding kincir air.

Diameter kincir air yakni roda jalan atau

runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi

diameter turbincrossflowdapat dibuat hanya20 cm saja sehingga bahan-bahan yang

dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulahsebabnya bisa lebih murah. Demikian juga

daya guna atau efisiensi rata-rata turbin ini

lebih tinggi dari pada daya guna kincir air.

Haimerl, L.A [1] dari hasil pengujianlaboratorium yang dilakukan oleh pabrik

turbin Ossberger Jerman Barat yang

menyimpulkan bahwa daya guna kincir air

dari jenis yang paling unggul sekalipun

hanya mencapai 70 % sedangkan effisiensi

turbin Crossflow mencapai 82 %. Hal inijelas bahwa turbin crossflow mempunyai

tempat yang berbeda untuk turbin ukuran

kecil.Sejak munculnya turbin crossflow,

banyak kemajuan telah dibuat melalui

penelitian melalui metode percobaan


2/14

laboratorium terutama pada parameter

desain turbin seperti sudut datang, jumlah

sudu, rasio diameter runner, lebar Runner,

dan lebar nosel.Mackmore dan Merryfield [2]

melakukan studi laboratorium yang

bertujuan untuk menunjukkan serangkaian

hasil pengujian turbin crossflowyang dibuat

berdasarkan spesifikasi seperti yang

diusulkan oleh Prof. Banki yaitu dengan

sudut datang (1) 160. Secara teoritis

diperoleh jumlah sudu 18, tetapi dalam

desain pembuatan model mereka

menggunakan 20 sudu untuk pengujian

kinerja turbin. Mackmore dan Merryfield

memperoleh efisiensi 68%. Mereka padakesimpulannya juga mengatakan, sedikitperubahan pada parameter desain dapat

meningkatkan efisiensi yaitu dengan

melakukan eksperimen pada jumlah sudu

yang berbeda.

Studi eksperimental pada jumlah

sudu pertama kali dilakukan oleh

Khosrowpanah et al. [3] dengan jumlah sudu10, 15, dan 20 sudu. Mereka menyimpulkan,

runnerdengan jumlah sudu 15 lebih efisien

dibandingkan dengan runnerdengan jumlah

sudu 10 dan 20. Efisiensi maksimum yang

diperoleh 80%.Desai dan Aziz [4] dalam

percobaan mereka, melakukan penyelidikan

pada jumlah sudu 15, 20, 25, dan 30.Efisiensi tertinggi yaitu 88%, diperoleh

pada runner dengan 30 sudu. Sulit untuk

menyimpulkan bahwa ini adalah jumlah

maksimum sudu untuk efisiensi maksimum,

karena runner dengan 30 sudu adalah

percobaan terakhir.

Secara khusus, Totapally dan Aziz

[5] melakukan perbaikan dengan jumlah

sudu 25, 30, 35, dan 40. Dari hasil

penyelidikan ditemukan efisiensi meningkatdengan meningkatnya jumlah sudu,

sekaligus menunjukkan jumlah optimal

sudu. Efisiensi maksimum yaitu 92%,

diperoleh pada pada runner dengan 35 sudu.

Olgun [6] dengan sudut datang 160

dan jumlah sudu 28 memperoleh efisiensi

72%. Kaunda et al. [7] dengan sudut datang

yang sama dan jumlah sudu 24 pada turbin

corssflow sederhana memperoleh efisiensi

79%. Sammartano et al. [8] dengan sudut

datang 220dan jumlah sudu 35 memperoleh

efisiensi 86%.

Berdasarkan penelitian yang telah

dilakukan sebelumnya di atas, maka perlu

dilakukan pengujian terhadap turbin

Crossflow dengan jumlah sudu 28 gunamemperoleh unjuk kerja turbin tersebut.

Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas

maka perumusan masalah dalam penelitian

ini adalah bagaimana unjuk kerja turbinCrossflow dengan jumlah sudu 28 jika

diberikan variasi beban pengereman?

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini, secara

eksperimental guna untuk memperoleh :

1.

Daya turbin maksimum.2. Efisiensi turbin maksimum.

3. Karakteristik turbin Crossflow.

Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini

adalah :

1. Menghasilkan informasi ilmiah

dalam pengujian unjuk kerja turbin

Crossflow dengan variasi

pembebanan terhadap putaran, torsi,daya turbin, dan efisiensi turbin.

2. Sebagai pengembangan ilmu

pengetahuan dan teknologikhususnya bidang konversi energi

dan energi berkelanjutan.

3. Mahasiswa lainnya yang ingin

mengembangkan hasil penelitian ini

serta dapat dijadikan sebagai

pembanding dalam pembahasan

pada topik yang sama.

2. TINJAUAN PUSTAKA

Pengertian Dasar Tentang Turbin Air

Kata "turbine" ditemukan oleh

seorang insinyur Perancis yang bernama

Claude Bourdin pada awal abad 19, yangdiambil dari terjemahan bahasa Latin darikata "whirling" (putaran) atau "vortex"

(pusaran air). Turbin air ini biasanya

digunakan untuk tenaga industri untuk

jaringan listrik. Sekarang lebih umum

dipakai untuk generator listrik. Turbin kini

dimanfaatkan secara luas dan merupakan

sumber energi yang dapat diperbaharukan.

Dalam pembangkit listrik tenaga air (PLTA)

turbin air merupakan peralatan utama selain

generator.

Turbin adalah sebuah mesin

berputar yang mengambil energi dari aliran


3/14

fluida. Turbin sederhana memiliki satu

bagian yang bergerak, "asembli rotor-

blade". Fluida yang bergerak menjadikanbaling-baling berputar dan menghasilkan

energi untuk menggerakkan rotor. Contoh

turbin awal adalah kincir angin dan roda air.

Perkembangan kincir air menjadi turbin

modern membutuhkan jangka waktu yang

cukup lama. Perkembangan yang dilakukandalam waktu revolusi industri menggunakan

metode dan prinsip ilmiah. Mereka juga

mengembangkan teknologi material dan

metode produksi baru pada saat itu.

Perbedaan dasar antara turbin air

awal dengan kincir air adalah komponen

putaran air yang memberikan energi padaporos yang berputar.Komponen tambahan

ini memungkinkan turbin dapat memberikan

daya yang lebih besar dengan

komponenyang lebih kecil.Turbin dapat

memanfaatkan air dengan putaran

lebih cepat dan dapat memanfaatkan head

yang lebih tinggi.

Bagian-bagian Umum Turbin Air

Gambar berikut memperlihatkan

bagian-bagian umum dari turbin. Untuk

semua jenis turbin mempunyai bagian yang

tidak jauh berbeda dari turbin lainnya.

Gambar Bagian-bagian Turbin

Bagian-bagian turbin tersebut antara lain :

a. R

otor yaitu bagian yang berputar pada

sistem yang terdiri dari :

- S

udu-sudu berfungsi untukmenerima beban pancaran yang

disemprotkanoleh nozzle.

- P

oros berfungsi untuk meneruskan

aliran tenaga yang berupa gerak

putar yang dihasilkan oleh sudu.

-antalan berfungsi sebagai perapat-

perapat komponen-komponen

dengan tujuan agar tidak

mengalami kebocoran pada

sistem.

b.tator yaitu bagian yang diam pada

sistem yang terdiri dari :

-

ipa pengarah/nozzle berfungsi

untuk meneruskan alira fluida

sehinggatekanan dan kecepatanalir fluida yang digunakan di

dalam sistem besar.

-

umah turbin berfungsi sebagai

rumah kedudukan komponen

komponen dari turbin.

-

Klasifikasi Turbin Air

Dengan kemajuan ilmu Mekanika

fluida dan Hidrolika serta memperhatikan

sumber energi air yang cukup banyaktersedia di pedesaan akhirnya timbullah

perencanaan-perencanaan turbin yang

divariasikan terhadap tinggi jatuh ( head )dan debit air yang tersedia. Dari itu maka

masalah turbin air menjadi masalah yang

menarik dan menjadi objek penelitian untukmencari sistim, bentuk dan ukuran yang

tepat dalam usaha mendapatkan effisiensi

turbin yang maksimum.

Pada uraian berikut akan dijelaskan

pengklasifikasian turbin air berdasarkan

beberapa kriteria.1. Berdasarkan Model Aliran Air Masuk

Runner.

Berdasaran model aliran air masuk

runner,maka turbin air dapat dibagi menjaditiga tipe yaitu :

A. Turbin Aliran Tangensial

Pada kelompok turbin ini posisi air

masuk runner dengan arah tangensial atau

tegak lurus dengan poros runner

mengakibatkan runner berputar (gambar

berikut), contohnya Turbin Pelton danTurbin Crossflow


4/14

Gambar Turbin Aliran Tangensial

(Sumber : Haimerl, L.A., 1960)

B. Turbin Aliran Aksial

Pada turbin ini air masuk runnerdan keluar runner sejajar dengan poros

runner(gambar berikut), Turbin Kaplanatau

Propeller adalah salah satu contoh dari tipeturbin ini.

Gambar Model Turbin Aliran Aksial


C. Turbin Aliran Aksial-Radial

Pada turbin ini air masuk ke

dalam runner secara radial dan keluar

runner secara aksial sejajar dengan poros

(gambar berikut), Turbin Francis adalah

termasuk dari jenis turbin ini.

Gambar Model Turbin Aliran Aksial- Radial

(Sumber : Haimerl, L.A., 196`0)

2. Berdasarkan Perubahan Momentum

Fluida Kerjanya.

Dalam hal ini turbin air dapatdibagi atas dua tipe yaitu :

A.

Turbin Reaksi.

B. Turbin Impuls.

A. Turbin Reaksi

Turbin reaksi adalah turbin yangmemanfaatkan energi potensial untuk

menghasilkan energi gerak. Sudu pada

turbin reaksi mempunyai profil khusus yang

mebabkan terjadinya penurunan tekanan air

selama memalui sudu. Perbadaan tekanan ini

memberikan gaya pada sudu sehinngarunner (bagian turbin yang berputar) dapat

berputar. Turbin yang bekerja pada

berdasarkan prinsip ini dikelompokkan

sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi

sepenuhnya tercelup dalam air dan berada

dalam rumah turbin.Adapun jenis-jenis dari turbin reaksi antara

lain:

c. Turbin Francis

Turbin francis merupakan salah

satu turbin reaksi. Turbin dipasang

diantara sumber air tekanan tinggi di

bagian masuk dan air bertekanan rendah

di bagian keluar. Turbin Francis

menggunakan sudu pengarah. Sudu

pengarah mengarahkan air masuk secara

tangensial. Sudu pengarah pada turbinFrancis merupakan suatu sudu pengarah

yang tetap ataupun sudu pengarah yang

dapat diatur sudutnya. Untukpenggunaan pada berbagai kondisi aliran

air penggunaan sudu pengarah yang

dapat diatur merupakan pilihan yangtepat.


sketsa dari turbin Francis yang

mempunyai bagian-bagian utama antara

lain sudu pengarah, casing spiral, Guide

vanes, sudu runner, draft-tube.

Gambar Sketsa turbin Francis

b. Turbin Kaplan.Tidak berbeda dengan turbin

francis, turbin kaplan cara kerjanya

menggunakan prinsip reaksi. Turbin ini

mempunyai roda jalan yang miripdengan baling-baling pesawat terbang.


5/14

Bila baling-baling pesawat terbang

berfungsi untuk menghasilkan gaya

dorong, roda jalan pada kaplan berfungsiuntuk mendapatkan gaya F yaitu gaya

putar yang dapat menghasilkan torsi pada

poros turbin. Berbeda dengan roda jalan

pada francis, sudu-sudu pada roda jalan

kaplan dapat diputar posisinya untuk

menyesuaikan kondisi beban turbin.Turbin kaplan banyak dipakai

pada instalasi pembangkit listrik tenaga

air sungai, karena turbin ini mempunyai

kelebihan dapat menyesuaikan head

yang berubah-ubah sepanjang tahun.

Turbin Kaplan dapat beroperasi padakecepatan tinggi sehingga ukuran roda

turbin lebih kecil dan dapat dikopel

langsung dengan generator.

Pada kondisi pada beban tidak

penuh turbin kaplan mempunyai efisiensi

paling tinggi, hal ini dikarenakan sudu-

sudu turbin kaplan dapat diatur

menyesuaikan dengan beban yang ada.

Komponen Utama Turbin

Kaplan diperlihatkan pada gambar 2.6,

komponen tersebut antara lain rumahspiral, pipa pelepas air, turbin: katup

pemandu,

runner,poros menghubungkan turbin dengangenerator , bantalan poros, kedudukan poros

Gambar Turbin Kaplan

B. Turbin ImpulsTurbin Impuls adalah turbin yang

memanfaatkan energi potensial air diubah

menjadi energi kinetik dengan nozel. Air

keluar nozel yang mempunyai kecepatan

tinggi membentur sudu turbin. Setelah

membentur sudu arah kecepatan aliranberubah sehingga terjadi perubahan

momentum (impuls). Akibatnya roda turbin

akan berputar. Turbin impuls memiliki

tekanan yang sama karena aliran air yang

keluar dari nosel tekanannya sama dengantekanan atmosfir sekitarnya. Energi

potensial yang masuk ke nosel akan dirubah

menjadi energi kecepatan (kinetik).

Adapun jenis-jenis dari turbin impuls antaralain:

1. Turbin Pelton

Turbin Pelton adalah salah satu

dari jenis turbin air yang paling efisien.

Hal ini ditemukan oleh Lester Pelto

Allan pada 1870-an. Turbin Peltonadalah turbin yang lebih disukai untuk

hidro-listrik, ketika sumber air yang

tersedia mempunyai head yang relatif

tinggi pada tingkat aliran rendah. Roda

Pelton dapat dibuat dalam semua ukuran.

Unit terbesar bisa sampai 200 MW. RodaPelton yang kecil, dapat digunakan untuk

menyadap kekuatan dari sungai gunung

yang mengalir seperti saluran irigasi.

Unit-unit kecil ini dianjurkan digunakan

untuk head 30 m atau lebih, untuk

menghasilkan tingkat daya yang

signifikan. Tergantung pada aliran air

dan desain, roda Pelton terbaik

beroperasi dengan head dari 15 meter

sampai 1.800 meter, meskipun tidak ada

batas teoretis.Turbin Pelton terdiri dari satu

set sudu jalan yang diputar oleh pancaran

airyang disemprotkan dari satu atau lebihalat yangdisebut nosel. Bentuk sudu

turbin terdiri dari dua bagian yang

simetris. Sudu dibentuk sedemikiansehingga pancaran air akan mengenai

tengah-tengah sudu dan pancaran air

tersebut akan berbelok ke kedua arah

sehinga bisa membalikkan pancaran air

dengan baik dan membebaskan sudu dari

gaya-gaya samping sehingga terjadikonversi energi kinetik menjadi energi

mekanis.


skema aliran masuk pada turbin Pelton,dimana air bertekanan tinggi keluar

melalui nosel yang mempunyai diameter

d dan melintasi sudu-sudu pada runner

yang berdiameterD.


6/14

Gambar Aliran masuk pada turbin Pelton

2. Turbin TurgoTurbin Turgo adalah sebuah

turbin air jenis impuls yang dirancang

untuk headsedang diantara turbin Pelton

dan Francis, yang beroperasi pada head

30 m s/d 300 m. Jenis turbin ini

dikembangkan pertama kali pada tahun1919 oleh Gilkes sebagai modifikasi

jenis Pelton. Turbin Turgo mempunyai

beberapa keunggulan dibandingkan

dengan jenis Francis dan Pelton untuk

aplikasi tertentu, diantaranya adalah :

-pembuatan runner lebih mudahdibangdingkan dengan jenis

pelton

- tidak memerlukan rumah turbin

yang kedap suara seperti turbin

francis

- memiliki kecepatan spesifik yang

lebih tinggi dan dapat menangani

aliaran air yang lebih besar

dibandingkan dengan turbin

pelton pada diameter yang sama.

Turbin Turgo dalampengoperasiannya dapat mencapai

efisiensi sekitar 87%. Dalam tes pabrik

dan laboratorium Turbin Turgo tampildengan efisiensi hingga 90%. Bentuk

runner Turgo terlihat seperti runner

Pelton yang terbelah dua. Untukkekuatan yang sama, runner Turgo

adalah setengah diameter runner Pelton,

dan dua kali kecepatan tertentu. Turgo

dapat menangani aliran air yang lebih

besar dari Pelton karena keluaran air

tidak mengganggu sudu yang berdekatan.Komponen dari turbin Turgo

diperlihatkan pada gambar berikut yang

mempunyai komponen utama antara lain

generator, nozzle inlet, dan runner.

Gambar Komponen turbin Turgo

Pemilihan Jenis Turbin

Seleksi awal dari pemilihan jenisturbin yang sesuai dengan

pengaplikasiannya untuk masing-masing

karakteristik turbin air dapat dilakukan

dengan dua cara, yaitu berdasarkan net head

(m) VS flow (m/s), dan berdasarkan

Kecepatan Spesifik (Ns) .1. Berdasarkan net headdanflow

Untuk seleksi awal pemilihan jenis

turbin berdasarkan ketersediaan debit air dan

tinggi air jatuh diperlihatkan pada gambar

berikut.

Gambar Pemilihan jenis turbin net head vs

flow.

Dapat dilihat pada gambar di atas

turbin kaplan adalah turbin yang beroperasi

pada head yang rendah dengan kapasitas

aliran yang tinggi atau bahkan beroperasi

pada kapasitas yang sangat rendah. Hal ini

karena sudu-sudu turbin kaplan dapat diatur

secara manual atau otomatis untuk merespon

perubahan kapasitas.

Berkebalikan dengan turbin kaplan,

turbin pelton adalah turbin yang beroperasi

pada head yang tinggi dengan kapasitas yang

rendah. Untuk turbin francis mempunyai

karakteristik yang berbeda dengan yang

lainnya yaitu turbin francis dapat beroperasi

pada headyang rendah atau beroperasi pada

headyang tinggi.

Pemilihan turbin kebanyakandidasarkan pada head air yang didapatkan

dan kurang lebih pada rata-rata alirannya.

Umumnya, turbin impuls untuk tempat

dengan head tinggi, danturbin reaksi

digunakan untuk tempat dengan head

rendah. Turbin Kaplan baik digunakan untuk
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5e/Turgo_turbine.png


7/14

semua jenis debit dan head, efisiensinya

baik dalam segala aliran.

Aplikasi penggunaan turbinberdasarkan tinggi head yang didapatkan

adalah sebagai berikut ini:

1. Turbin Kaplan

: 2 < H < 100

meter

2. Turbin Francis : 5 < H < 500

meter

3. Turbin Pelton

: H < 30 meter

4. Turbin Banki

: 2 < H < 200meter

2.

Berdasarkan Kecepatan Spesifik (NS)

Seleksi awal dari jenis turbin yang

cocok untuk suatu kecepatan paling tepat

dilakukan degan menggunakan kecepatan

spesifik (Ns). Kecepatan spesifik dipakai

sebagai tanda batasan untuk membedakan

tipe roda turbin dan dipaki sebagai suatu

besaran yang penting dalam merencanakan

(desain) turbin air. Persamaan untuk

kecepatan spesifik yang didapat dariperimbangan, perbandingan dan penyesuaian

perhitungan yang ada secara panjang lebar

yang seharusnya ada penurunannya, digantidengan penggunaannya di dalam contoh

perhitungan perhitungan dengan persamaan :

dimana :Ns = kecepatan spesifik turbin

(rpm)n = kecepatan putar turbin yang

ditentukan (rpm)

Q = kapasitas air (m3/s)

H = tinggi air jatuh (m)Bila disebutkan, berarti kecepatan

spesifik adalah jumlah putaran roda turbin

yang bekerja pada tinggi air jatuh H = 1m

dan kapasitas air Q= 1 m3/s (dengan jumlah

putaran yang tertentu rpm).

Dalam pemilihan kecepatan putaran

turbin sedapatnya ditentukan setinggi

mungkin, karena dengan kecepatan putar

yang tinggi akan didapat momen puntir

(kopel) yang kecil, poros yang kecil, dan

diameter turbin yang kecil serta ukuran-

ukuran bagian-bagian mesin lainnya kecil.

Kecepatan spesifik sangat penting

untuk konstruktor, seperti untuk yang

mengerjakan perencanaan dan insinyur-

insinyur yang mengerjakannya, sebab

dengan diketahuinya harga kecepatanspesifik, maka secara garis besar dapat

diketahui pula konstruksi turbin

keseluruhannya dan kondisi kerjanya.

Pabrik-pabrik turbin air memakai

standar pelaksanaannya menurut kecepatan

spesifik dan daya yang dihasilkan turbin.Daerah penggunaan jenis-jenis konstruksi

turbin diperlihatkan oleh gambar di bawah.

Pokok utama pada gambar adalah adanya

daerah penggunaan tipe turbin. Tetapi

supaya diketahui bahwa pada gambar

tersebut di dalam daerah yang dibatasidengan garis terdapat banyak jenis turbin

yang dibuat, jadi sebetulnya garis tersebut

sudah bukan merupakan garis batas lagi.

Gambar Daerah penggunaan dari beberapa

jenis konstruksi turbin yang berbeda,

VOITH, Fritz Dietzel

Turbin Air Aliran Silang (Crossflow)

TurbinCrossflow adalah salah satu

turbin air dari jeis turbin aksi (impulse

turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula

ditemukan oleh seorang insinyur Australiayang bernama A.G.M. Michell pada tahun

1903. Kemudian turbin ini dikembangkan

dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof.

Donat Bankisehingga turbin ini diberi nama

Turbin Banki kadang disebut juga Turbin

Michell-Ossberger.

Pemakaian jenis Turbin Crossflow

lebih menguntungkan dibanding dengan

pengunaan kincir air maupun jenis turbin

mikro hidro lainnya. Penggunaan turbin ini

untuk daya yang sama dapat menghemat

biaya pembuatan penggerak mula sampai 50

% dari penggunaan kincir air dengan bahan

yang sama. Penghematan ini dapat dicapaikarena ukuran Turbin Crosfslow lebih kecil


8/14

dan lebih kompak dibanding kincir air.

Diameter kincir air yakni roda jalan atau

runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapidiameter Turbin Crossflow dapat dibuat

hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan

yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah

sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga

daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini

lebih tinggi dari pada daya guna kincir air.Hasil pengujian laboratorium yang

dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger

Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa

daya guna kincir air dari jenis yang paling

unggul sekalipun hanya mencapai 70 %

sedang effisiensi turbin Crossflow mencapai

82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ).

Gambar di bawah menjelaskantentang perbandingan effisiensi dari

beberapa turbin konvensional.

Gambar Effisiensi Beberapa Turbin dengan

Pengurangan Debit Sebagai Variabel


Dari kurva tersebut ditunjukanhubungan antara effisiensi dengan

pengurangan debit akibat pengaturan

pembukaan katup yang dinyatakan dalam

perbandingan debit terhadap debit

maksimumnya.Untuk Turbin Crossflow

dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensiyang cukup tinggi sekitar 80%, disamping

itu untuk perubahan debit sampai dengan

Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi

yang relatif tetap ( Meier, Ueli,1981).

Turbin Crossflow secara umumdapat dibagi dalam dua tipe ( Meier, Ueli,

1981 ) yaitu :

1.Tipe T1, yaitu Turbin Crossflow

kecepatan rendah

2.Tipe T3, yaitu Turbin Crossflow

kecepatan tinggi.

Kedua tipe turbin tersebut lebih

diperlihatkan pada gambar berikut.

Gambar Dua Tipe TurbinCrossflow(Sumber : Haimerl, L.A., 1960)

Komponen-komponen utama dari

turbin crossflow antara lain terdiri dari rotor,

rumah turbin, guide vane, pulley, adapter

dan base frame, seperti yang diperlihatkan

pada gambar berikut.

Gambar Komponen dari turbin Crossflow

Keterangan :1. Adapter

2. Porosguide vane

3. Guide vane

4. Nozel

5.Runner

6. Rangka pondasi

7. Rumah turbin

8. Tutup turbin

9. Poros runner


9/14

Aliran Melalui Turbin Crossflow

Sebuah turbin crossflow dalam

bentuk yang paling sederhana terdiri dariroda jalan (runner) dan nosel. Runner

tersusun atas dua buah piringan sejajar yang

dihubungkan oleh serangkaian sudu

melengkung. Nosel turbin crossflow

mempunyai penampang berbentuk persegi

panjang dengan lengkungan pada bagianpenutup atasnya, yang berfungsi

mengarahkan aliran ke sudu pada runner.

Gambar di bawah menunjukkan

skema aliran pada turbin crossflow. Titik A

didefinisikan sebagai outlet nosel, B adalah

titik di mana penutup atas berakhir dan Fmerupakan pusat poros. Air mengalir

melalui nosel dan memasuki runner. Aliran

air melintasi blade pada runner terjadi dua

kali, pertama yaitu ketika air masuk melalui

lengkungan nosel antara titik A dan titik B.

Kedua dihasilakan saat air mengalir

melintasi ruang tengah yang terbuka (bagian

dalam runner) dan diteruskan melaului

blade antara titik C, D dan E. Oleh karena

itu turbin ini disebut dengan turbin dua

tingkat kecepatan. Bagian air yang melintasirunner sebanyak dua kali dikenal sebagai

cross-flow, dan nama turbin berasal dari

fenomena ini. Ada beberapa bagian dari airyang terikut dalam blade dan terlempar

keluar dari runner, ini disebut dengan

entrained flow.

Gambar Skema aliran turbin Crossflow

Teori Pengujian Turbin

1. Daya Hidrolis

Daya hidrolis adalah daya yangdihasilkan oleh air yang mengalir dari suatu

ketinggian. Dalam hal ini daya hidrolis

diperoleh dari daya air yang dihasilkan oleh

pompa. Daya hidrolis dilambangkan dengan

PH. Daya hidrolis dirumuskan sebagai

berikut:

PH = g Q H (2.18)Dengan :

= massa jenis air (kg/m3)

g = gaya gravitasi (m/s2)

Q = debit air (m3/s)

H = head (m)

Besarnya debit air dan head

masing-masing diperoleh dengan

menggunakan alat ukur yang terpasang pada

pipa.

Headadalah energi yang dikandungoleh fluida persatuan berat fulida tersebut.

Head diukur dengan menggunakan alat ukur

tekanan (pressure gauge), dengan demikian

dapat diperoleh besarnya head yaitu :

(2.19)

Dengan pgauge adalah pembacaantekanan pada alat ukur (bar)

2. Daya Turbin

Daya turbin adalah daya yang

dibangkitkan oleh turbin air dengan mengu-

bah energi kinetik air menjadi energi

mekanik berupa putaran poros turbin. Daya

turbin dilambangkan sebagai PT. Besarnya

daya turbin dapat dihitung menggunakan

persamaan sebagai berikut:

(2.20)

Dengan :

n = putaran turbin (rpm)

T = torsi pada poros (Nm)

Torsi diukur dengan menggunakanmekanisme rope brakeseperti pada Gambar

berikut.

GambarRope brake

T = F r

Dengan :

F = beban yang diberikan

pada poros (N)

= F1F2


10/14

r = jari-jari pulli (m)

3. Efesiensi TurbinEfisiensi turbin merupakan

perbandingan antara output dan input atau

antara daya turbin dengan daya hidrolis.

Besarnya efisiensi turbin dapat dirumuskan

sebagai berikut :

(2.22)

3. METODE PENELITIAN

Tempat dan WaktuPenelitian dilaksanakan di Laborato

rium Pengujian Mesin Fakultas Teknik

Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan.Waktu penelitian dilaksanakan

setelah memperoleh persetujuan, yaitu sejaktanggal pengesahan usulan oleh pengelola

Program Studi sampai dengan dinyatakan

selesai.

Peralatan

Pada pengujian ini digunakan

beberapa peralatan antara lain :

1. Alat pengujian turbin Crossflow

Alat ini terdiri dari beberapa

bagian, antara lain :

a.

Reservoar, berfungsi sebagai tempatsumber air dan tempat menampung

kembali air yang keluar dari saluran

pembuangan.

b. Pipa PVC tipe AW 2,5, berfungsi

untuk tempat mengalirkan air sampai

ke turbin.c. Pompa Irigasi, dengan kapasitas 1100

liter/menit berfungsi untuk

memindahkan air melalui pipa

sebagai sumber tenaga air.

Gambar Pompa irigasi

d. Flowmeter, digunakan untuk

mengukur debit air.

e. Pressure gauge, mengukur tekana air

dalam pipa.

f. Spring balance, untuk mengetahuibeban pengereman yang diberikan.

g. Rope Brake, berfungsi sebagai alat

untuk mengukur beban pengereman

dengan diameterpulley120 mm.

Gambar Rope Brake

h. Tali manila, berfungsi sebagai media

break.

i. Cassing/Rumah turbin, berfungsisebagai tempat pemasangan turbin

dan nosel. Selain itu rumah turbin

berfungsi untuk menghindari sisa

pancaran air mengarah ke berbagai

arah.

Gambar Alat pengujian turbin Crossflow2. Tachometer, digunakan untuk mengukur

putaran pada poros turbin.

Gambar 3.4. Tachometer


11/14

Turbin

G

V I

F1 F2

RopeBrake

Pressure

Gauge Flow Meter

Kotak Panel

Pompa

Bak Penampungan

Katub

Katub

Pipa

Gambar Skema Instalasi Pengujian

Pelaksanaan Pengujian

1. Variabel PengamatanDalam pengujian ini variabel yang

akan diamati adalah :

a. Tekanan air di dalam pipa (Pgauge).

b.

Beban pengereman (F).c. Putaran turbin (N)

2. Persiapan PengujianSebelum pengujian dilaksanakan,

terlebih dahulu persiapkan hal-hal berikut :

a. Memastikan Tachometer berfungsi

dengan baik.

b. Melakukan kalibrasi alat ukur beban

dengan memberikan beban yang telah

ditetapkan massanya.

c. Membersihakan reservoar dari

kotoran, dan mengisinya dengan air

bersih minimal dari volume

reservoar.d. Mengisi dan mengecek bahan bakar

pada pompa air sebelum

dioperasikan.

e. Memasang runner pada turbin

dengan jumlah sudu 28.

f. Memastikan nosel telah terbukapenuh atau 100%.

g. Memeriksa kembali instalasi alat

pengujian sehingga siap untuk

dipergunakan.

3. Pengambilan Data

Tahap pengambilan data dapat

dilaksanakan setelah seluruh tahap persiapanselesai. Pengambilan data dapat dimulai

dengan :

a. Sebelum pompa dihidupkan, terlebih

dahulu mengatur katub nosel pada

posisi terbuka penuh.

b. Menghidupkan pompa dengan

mengengkol tuas pada mesin pompa.

c. Setelah pompa dihidupkan, kemudian

tambah power pada pompa secara

perlahan sampai pada posisimaksimum.

d. Membaca tekanan air dalam pipa

pada pressure gauge dan

mencatatnya pada datasheet..e.

Mengatur beban pengereman F1 dan

F2 serta mengukur putaran turbin

dengan menggunakan tachometer,

kemudian mencatat data-data tersebut

pada datasheet.

f. Mengulangi langkah 5 untuk variasibeban pengereman.

Data Hasil Pengujian

Dari hasil pengujian dengan jumlah

sudu 28 pada runner dan variasi bebanpengereman diperoleh data hasil pengujian

seperti diperlihatkan pada table 3.1.

Tabel 3.1. Data hasil pengujian

No NbQ

(m/s)

Pgauge

(bar)

m

(kg)

N

(rpm)

1

28 0,018 0,25

0 460

2 2 408

3 4 356

4 6 291

5 8 257

6 10 214

7 12 1708 14 135

Diagram Alir Penelitian


12/14

MULAI

Permasalahan

Studi literatur

turbin crossflow

khusus jumlah

sudu

Persiapan alat dan

bahan

Data

hasil

pengujian

Analisa data

SELSAI

Pengujian turbin

crossflow

4. HASIL DAN ANALISA DATA

Hasil

Perhitungan data dari hasil

pengujian unjuk kerja turbin Crossflow

dengan jumlah sudu 28, yang terdiri dari

perhitungan Head (H), Daya hidrolis (PH),Torsi (T), Daya turbin (PT), dan Efisiensi

(), diperlihatkan pada tabel 4.1.

Tabel 4.1. Data hasil perhitungan

NoF

(N)

T

(Nm)

PT

(W)

(%)

1 0 0 0 0

2 19,62 1,2 51,2 11

3 39,24 2,35 87,6 19

4 58,86 3,5 106,6 24

5 78,48 4,7 126,4 29

6 98,1 5,9 132,1 31

7 117,72 7,06 125,6 28

8 137,34 8,2 115,8 26

Analisa Data

1. Pengaruh Pembebanan terhadapTorsi.

2. Pengaruh Pembebanan terhadap Daya

Turbin.

3. Pengaruh Pembebanan terhadap

Efisiensi Turbin.

Dari tabel data perhitungan dan

grafik karakteristik di atas, diperoleh hasil

analisa sebagai berikut :

1. Daya Turbin maksimum diperoleh

pada pengujian dengan beban 10 kg


13/14

(F= 98,1 N) dengan kapasitas air dan

tekanan yang sama, yaitu 132,1 Watt

2. Efisiensi turbin maksimum diperolehpada pengujian dengan beban 10 kg

(F = 98,1 N) dengan kapasitas air dan

tekanan yang sama, yaitu 31 %.

3. Gambar 1 memperlihatkan bahwa

torsi yang terjadi pada turbin semakin

besar seiring dengan penambahanmassa (pembebanan).

4. Gambar 2 memperlihatkan pada daya

turbin (PT) terjadi penurunan

setetelah diberikan pembebanan

sebesar 12 kg (F = 117,72 N) dan 14

kg (F= 137,34 N).5. Gambar 3 memperlihatkan pada

efisiensi turbin () terjadi penurunan

setelah diberikan penambahan massa

sebesar 12 kg (F = 117,72 N) dan 14

kg (F = 137,34 N), atau penurunan

efisiensi terjadi seiring dengan

penurunan daya turbin.

5. KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Dari hasil dan analisa datapengujian turbin Crossflow skala

laboratorium menggunakan runner dengan

jumlah sudu 28, maka diperoleh kesimpulansebagai berikut :

1. Daya turbin maksimum diperoleh

pada pengujian dengan pembebanan10 kg (F= 98,1 N)yaitu 132,1 Watt.

2. Efisiensi turbin maksimum diperoleh

pada pengujian dengan pembebanan

10 kg (F= 98,1 N)yaitu 31%.

Hal ini berbanding lurus dengan daya

turbin (PT) yang dihasilkan, apabiladaya turbin meningkat maka efisiensi

turbin akan meningkat pula.

3. Karakteristik turbin Crossflow :

Torsi yang dihasilkan olehturbin meningkat seiringdengan penambahan beban

sampai pada beban maksimum

14 kg (F = 137,34 N).

Daya yang dihasilkan oleh

turbin meningkat sampai pada

pembebanan 12 kg (F =117,72 N), dan terjadi

penurunan daya sampai pada

pembebanan 14 kg (F =

137,34 N).

Efisiensi yang dihasilkan oleh

turbin meningkat sampai pada

pembebanan 12 kg (F =

117,72 N), dan terjadi

penurunan efisiensi sampaipada pembebanan 14 kg (F =

137,34 N).

5.2. Saran

Untuk lebih menyempurnakan

pembahasan mengenai pengujian ini, makasebaiknya :

1. Dilakukan penelitian terhadap

mekanisme Rope Brake dengan

merubah tali pengereman dengan

bahan yang berbeda untuk

mengetahui perbedaan torsi padaporos turbin.

2.

Dilakukan proses pendinginan pada

mesin pompa disetiap penggantian

beban untuk menjaga tenaga (power)

yang dihasilkan oleh pompa. Karena

kondisi mesin pompa dalam keadaan

panas yang diberi beban secara

continue akan mengurangi tenaga

dari pompa.

3. Dilakukan perawatan terhadap

komponen komponen instalasipengujian turbin Crossflow,

khususnya pada pompa untuk

menjaga kerusakan pada impellerpompa.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Haimerl, L. A. The Cross-Flowturbine. Water PowerEngineering

Magazine, Volume 12, No.1, (1960):

5-13.

[2] Mockmore, C.A.; Merryfield, F. TheBanki Water Turbine. Bulletin

Series No.25, Engineering

Experimental Station, Oregon State

System of Higher Education, Oregon

State College, Corvalis, USA, (1949):

4-27.

[3] Khosrowpanah, S., Fiuzat, A. A.,

Albertson, M.L. Experimental Study

of Cross-Flow Turbine. Journal

Hydraulic Engineering, Vol.114,

No.3 (1988): 299-314.


14/14

[4] Desai, V. R., and Aziz, N. M.,

Parametric Evaluation of Cross-

Flow Turbine Performance. Journalof Energy Engineering, Vol.120,

No.1 (1994): 17-34. American

Society of Civil Engineers (ASCE).

[5] Totapally H., Aziz M. Refinement

of Crossflow Turbine DesignParameters. Journal of Energy

Engineering, Vol.120, No.3 (1994):

133-147, American Society of Civil

Engineers (ASCE).

[6] Olgun, H. Investigation of thePerformance of a Cross-Flow

Turbine. International Journal of

Energy Resources, Vol.22 (1998):

953-964.

[7] Kaunda, C.S., Kimambo, C.Z.,

Nielsen, T.K. Experimental Study

on a Simplified Crossflow Turbine.

International Journal of Energy and

Environment, Volume 5, N0.2

(2014): 155-182.

[8] Sammartano, V., Arico, C.,

Carravetta, A., Fecarotta, O.,Tucciarelli, T. Bank-Michell

Optimal Design by Computational

Fluid Dynamic Testing andHydrodynamic Analysis. Energies,

Volume 6 (2013): 2362-2385.

https://aseppadang.wordpress.com/20

09/06/21/karakteristik-turbin-

crossflow/

http://tulisanakhwat.blogspot.co.id/20

14/02/makalah-turbin-air.html

http://mesin.ub.ac.id/jurnal/jurnal/do

wnload.php?id=29
http://mesin.ub.ac.id/jurnal/jurnal/download.php?id=29http://mesin.ub.ac.id/jurnal/jurnal/download.php?id=29http://mesin.ub.ac.id/jurnal/jurnal/download.php?id=29http://mesin.ub.ac.id/jurnal/jurnal/download.php?id=29http://mesin.ub.ac.id/jurnal/jurnal/download.php?id=29

v7009 pengujian unjuk kerja turbin crossflow skala laboratorium dengan jumlah sudu 28

Documents