ANALISIS PENGARUH JUMLAH SUDU RODA JALAN TERHADAP UNJUK KERJA TURBIN AIR CROSS FLOW DENGAN METODE TAGUCHI

Transkripsi

1 NLISIS PENGRUH JULH SUDU ROD JLN TERHDP UNJUK KERJ TURBIN IR CRO LOW DENGN ETODE TGUCHI Hri Irawan* Univrsitas Islam Kalimantan, akultas Tknik, Kalsl* BSTRK Turbin air crossflow adalah salah satu turbin aksi. Bsarnya putaran turbin air crossflow ini akibat pmanfaatan nrgi air pada turbin dilakukan dua kali, yang prtama nrgi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air masuk, dan yang kdua adalah daya dorong air pada sudu saat air mninggalkan runnr. Di dalam prancangan dan pmbuatan runnr turbin air crossflow mmpunyai pngaruh yang bsar trhadap putaran. Konstruksi runnr turbin air crossflow diantaranya adalah jumlah sudu, ktbalan sudu, klngkungan sudu, dan bntuk profil sudu. Tsis ini brtujuan untuk mngtahui pngaruh variasi jumlah sudu runnr trhadap unjuk krja, yaitu variasi jumlah sudu 8, 0 dan buah. Plaksanaan pnlitian digunakan dsain ksprimn mtod Taguchi yang mrupakan mtod prbaikan kualitas dngan mlakukan prcobaan baru. Hasil pnlitian mnunjukan bahwa faktor-faktor yang mmpngaruhi karaktristik kualitas unjuk krja turbin optimum yaitu faktor variasi jumlah sudu, faktor variasi bukaan katup, dan variasi luas pmasukan aliran. Dari faktor variasi jumlah sudu 8, 0, dan buah didapatkan hasil putaran yang optimum pada lvl faktor trpilih (8 buah) dngan hasil putaran sbsar 30, rpm, dari faktor variasi bukaan katup 50%, 75% dan 00% didapatkan hasil putaran yang optimum pada lvl faktor trpilih B (75%) didapatkan hasil putaran sbsar 3, rpm, dan dari faktor variasi luas pmasukan aliran 0 mm, 5 mm, dan 30 mm didapatkan hasil putaran yang optimum pada lvl trpilih C (0 mm) didapatkan hasil putaran sbsar 5,7 rpm. dapun faktor yang paling brpngaruh signifikan brdasarkan hasil NOV untuk nilai rata-rata dan SNR didapatkan stting lvl optimal dari faktor-faktor trkontrol, faktor yang mmiliki tingkat signifikan trhadap putaran yang dihasilkan yaitu faktor variasi jumlah sudu 8 buah dngan ( hitung 34,4477) dan faktor variasi bukaan katup 75% dngan ( hitung 5,348). Kata Kunci: Had, Turbin Crossflow, Jumlah Sudu, Unjuk Krja I PENDHULUN Turbin air crossflow adalah salah satu turbin air dari jnis turbin aksi (impuls turbin). Prinsip krja turbin ini mula-mula ditmukan olh sorang insinyur ustralia yang brnama.g.. ichl pada tahun 03. Kmudian turbin ini dikmbangkan dan dipatnkan di Jrman Barat olh Prof. Donat Banki shingga turbin ini dibri nama Turbin Banki kadang disbut juga Turbin ichll-ossbrgr (Haimrl, L..,60). Pmakaian jnis turbin air aliran silang lbih mnguntungkan dibanding dngan pnggunaan kincir air maupun jnis turbin mikro hidro lainnya. Pnggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat mnghmat biaya pmbuatan pnggrak mula sampai 50 % dari pngguna kincir air dngan bahan yang sama. Pnghmatan ini dapat dicapai karna ukuran turbin air aliran silang lbih kcil dan lbih kompak dibanding kincir air. Diamtr kincir air yakni roda jalan atau runnrnya biasanya mtr katas, ttapi diamtr turbin air aliran silang dapat dibuat hanya 0 cm saja shingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lbih sdikit, itulah sbabnya bisa lbih murah. Dmikian juga dngan daya guna atau fisinsi rata-rata turbin ini lbih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pngujian laboratorium yang dilakukan olh pabrik turbin Ossbrgr Jrman Barat yang mnyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jnis yang paling unggul skalipun hanya mncapai 70 % sdangkan fisinsi pada turbin crossflow mncapai 8 % (Haimrl, L..., 60). Tingginya fisinsi turbin air aliran silang ini akibat pmanfaatan nrgi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang prtama nrgi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kdua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air mninggalkan runnr. danya krja air yang brtingkat ini trnyata mmbrikan kuntungan dalam hal fktifitasnya yang tinggi dan ksdrhanaan pada sistm pngluaran runnr. Prancangan dan pmbuatan roda jalan (runnr) turbin aliran silang mmpunyai pngaruh yang sangat bsar trhadap fisinsinya. Hal-hal yang harus diprtimbangkan dalam prancangan dan konstruksi roda jalan (runnr) turbin air crossflow diantaranya adalah jumlah sudu, ktbalan sudu, klngkungan sudu, dan bntuk profil sudu. (gus Sugiri., 0) mlakukan pnlitian tntang pngaruh jumlah sudu roda jalan trhadap fisinsi turbin aliran silang (cross flow). Pnlitian dilakukan dngan studi ksprimntal mnggunakan roda jalan brdiamtr 80 mm, panjang 30 mm, variasi jumlah sudu 8, 0, dan buah dngan ktbalan sudu mm. Ktinggian muka air air/had yang digunakan pada pngujian 3

2 Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 6 No. adalah,5 m. Hasil pnlitian mnunjukan bahwa fisinsi trtinggi trjadi pada pngujian dngan muka air/had turbin,5 m, ktbalan sudu mm dan jumlah sudu 0 buah sbsar 76 %. II ETODODOLOGI PENELITIN. Diagram alir Orthogonal rray L (3 3 ) sprti yang ditunjukan Tabl brikut: Tabl. Orthogonal rray L (3 3 ) N aktor Rplikasi o B C R R R3 x x x x x x x x x 4 3 x x x 5 x x x 6 3 x x x 7 3 x x x x x x 3 3 x x x Pnlitian ini mmilih faktor-faktor yang diprkirakan akan mmbrikan pngaruh pada nilai rspon dan mnntukan nilai lvl faktornya yang brpngaruh sprti yang dijlaskan pada Tabl brikut. Tabl. Pntapan aktor dan Lvl aktor Lvl aktor aktor 3 Jumlah Sudu 8 0 Bukaan Ktup 50% 75% 00% Luas Pmasukan liran III HSIL DN PEBHSN Gambar Diaram alir pnlitian. Pngumpulan Data Sumbr data atau pngumpulan data mrupakan pross mngumpulkan data yang dibutuhkan dalam pnlitian. Data yang digunakan dalam pnlitian ini digunakan data primr dan data skundr. Pnlitian ini mmiliki data primr antara lain data putaran yang dihasilkan olh turbin air crossflow, dan data-data lainnya yang mndukung dalam pnlitian ini..3 Rancangan Eksprimn Pnlitian ini mmbuat rancangan ksprimn mnggunakan matriks Orthogonal rray yang trdapat dalam mtod Taguchi brdasarkan pada drajat bbas, faktor dan lvl faktor. Pada pnlitian ini mnggunakan 3. Pngujian turbin air crossflow dngan ksprimn Taguchi Dalam pngujian turbin dngan ksprimn taguchi trdiri dari faktor-faktor yang trkndali dimana faktor faktor trsbut digunakan dalam pnugasan pada tabl Orthogonal rray. 3. Pngujian Putaran Turbin (rpm) Karaktristik dalam pnlitian ini adalah Largr Th Bttr dngan rsponnya yaitu kualitas putaran turbin. 3.3 Prhitungan NOV Nilai Rata-Rata Brikut ini langkah-langkah prhitungan NOV nilai rata-rata : ) nghitung rata-rata smua ksprimn y y n 345, 300, 5 35,...,5 y 7 33

3 7686, 4 y 85, ) nghitung nilai rata-rata stiap lvl faktor, contoh faktor lvl : yijk y n ijk 33,6 338, 4 68,7 y 3 30,7 y 30, 3 3) mbuat rspon tabl dan rspon grafik Pada Tabl 5. maparkan rspon tabl Tabl 3 Tabl Rspon Nilai Rata-Rata aktor Lvl Jumlah Sudu Bukaan Katup Luas Pmasukan Slisih Ranking 3 Pada grafik brikut ini mmaparkan rspon grafik nilai rata-rata. Putaran (rpm) Gambar Grafik Rspon Nilai Rata-Rata 4) nghitung nilai sum of squar Y 33,6 338, 4 68, , 48647, 45 Rspon Nilai Rata-Rata 0 3 Lvl 5) nghitung nilai sum of squars du to man Jumlah Sudu Bukaan Katup Luas Pmasukan man ( Sm) ny man 7. 84,68 man 386,063 6) nghitung nilai sum of squas du to factors, contoh prhitungan faktor : n. n. n. 3 S 3 m (.30, ) (., ) (.5, 7 ) , ,8385 7) nghitung nilai sum of squars du to rror Sm ( B C ) 48647, , 063 ( , 64, 6 ) 8, 8) nghitung drajat bbas, contoh prhitungan faktor : D Jumlah lvl D 3 D ) nghitung nilai man sum of squars, contoh prhitungan faktor : S D 553,8385 S S 7766, 45 0) nghitung nilai ratio, contoh prhitungan faktor : 7766, 45 45,50 6,0 ) nghitung pur sum of squars, contoh prhitungan faktor : ' D. ' 553,8 (.45, 50) ' 463,8 ) nghitung prcnt contribution, contoh prhitungan faktor : '.00% t 463,8.00% 5483, 4 6, 653% 34

4 Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 6 No. Hasil sluruh prhitungan NOV untuk nilai rata dipaparkan pada Tabl 6. Tabl 4 NOV Rata-Rata Sourc D S ' Ratio % B C Error t an E+06 Ss E+06 7 Dari tabl NOV diktahui bahwa faktor yang mmiliki pngaruh yang signifikan yaitu faktor dan faktor B trhadap putaran yang dihasilkan turbin air crossflow, dimana mmiliki prbandingan -ratio lbih bsar dari Tabl ( 0,05::0) =3.4. 3) Pooling Up Pada tahap pooling up mrupakan rkomndasi untuk pnggunaan sparuh jumlah drajat kbbasan pada orthogonal array yang diguakan. Hal ini brtujuan agar pnghindaran dari stimasi yang brlbihan dan juga mnghindari ksalahan pada ksprimn. Pooling up dibrlakukan pada faktor-faktor yang kurang signifikan yaitu faktor C, brikut prhitungann pooling up. ( Poold ) C ( Poold ) 0 64, 6 ( Poold ) 083, 608 D( Poold ) D DB DC D( Poold ) 0 4 ( Poold ) S( Poold ) D( Poold ) 083, 608 S( Poold ) S( Poold ) 4,345 Pada tabl Brikut prhitungan NOV stlah pooling. Tabl 5 NOV stlah pooling Sourc D S ' Ratio% B C 64 Error 8. Poold t an 38 Ss Brdasarkan hasil tabl NOV stlah pooling diktahui bahwa faktor dan faktor B mmpngaruhi putaran turbin, dngan kata lain dua faktor trsbut mmiliki kontribusi trbsar untuk mningkatkan nilai rata-rata ksprimn putaran turbin. Untuk faktor C sbnarnya mmiliki kontribusi juga tapi nilainya lbih kcil. Dari tabl di atas mnunjukan bahwa nilai prsn kontribusi rror sbsar 3,3460% yang dapat diartikan bahwa smua faktor yang signifikan mmpngaruhi rata-rata sudah cukup dimasukan dalam ksprimn (syarat mtod Taguchi untuk prsn kontribusi 50%). 3.4 Prhitungan NOV nilai SNR Brikut ini langkah-langkah prhitungan NOV nilai SNR : ) nghitung nilai rata-rata SNR sluruh ksprimn: 50,580 50, , ,5600 ) nghitung nilai rata-rata SNR stiap lvl faktor, contoh faktor lvl : 50,580 50,547 48, , ) mbuat rspon tabl dan rspon grafik Pada tabl brikut mmaparkan rspon tabl nilai SNR. Tabl 6 Rspon Nilai SNR aktor Lvl Jumlah Sudu Bukaan Katup Luas Pmasukan Slisih Ranking 3 Pada grafik Brikut ini mmaparkan rspon grafik nilai SNR. 35

5 SNR Gambar 3 Grafik Rspon Nilai SNR 4) nghitung nilai sum of squars 50,580 50, ,676 58,08 5) nghitung nilai sum of squars du to man Sm Sm..48, 5600 S 565,446 m 6) nghitung nilai sum of squars du to factors, contoh prhitungan faktor : S m (3.4, 768 ) (3.4,77 ) + (3.47,45 ) 565,446 5,3488 S( Poold ) 64, 64 7) nghitung drajat bbas, contoh faktor D Jumlah lvl D 3 D 8) nghitung nilai man sum of squars S D 5,3488 S S, ) nghitung nilai Ratio, contoh prhitungan faktor : Rspon Nilai SNR 46 3 Lvl Jumlah Sudu Bukaan Katup Luas Pmasukan, , ,507 0) nghitung pur sum of squars, contoh prhitungan faktor ' D. ' 5,3488 (.0,07745) ' 5,38 ) nghitung prcnt contribution, contoh prhitungan faktor '.00% t 5, % 5, , 4477% Hasil dari sluruh prhitungan NOV untuk nilai SNR dipaparkan pada Tabl brikut. So urc B C t an Sst ota l P o ol Y Tabl 7 NOV Nilai SNR D S, Ra tio ' Rat io % Ta b l Brdasarkan prhitungan NOV nilai SNR diatas mnunjukan bahwa nilai prsn kontribusi pada rror sbsar 6,66705% yang mnunjukan bahwa smua faktor signifikan mmpngaruhi variansi sudah dimasukan dalam ksprimn ini (syarat mtod Taguchi untuk prsn kontribusi 50%). 36

6 Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 6 No. 3.5 Pnntuan Stting Lvl Stlah mnghitung NOV untuk nilai rata-rata dan juga nilai SNR, didapatkan lvllvl faktor optimal dari stiap faktor yang brpngaruh. Pada tabl 0. mrupakan tabl stting optimal. Tabl 8 Stting Lvl aktor Pngaruh Stting Lvl Jumlah Sudu Signifikan Bukaan Signifikan B Katup Luas Pmasukan Kurang Signifikan C3 3.6 Slang kprcayaan kondisi optimal Prkiraan slang kprcayaan dilakukan dngan cara mmbandingkan pada hasil ksprimn konfirmasi, dimana jika nilai prkiraan dari hasil ksprimn mmiliki nilai hampir sama atau mndkati maka dapat disimpulkan bahwa rancangan ksprimn Taguchi sudah mmnuhi syarat yang ada. Brikut ini prhitungan slang kprcayaan kondisi optimal untuk nilai rata-rata dan juga nilai SNR : ) Prkiraan slang kprcayaan kondisi optimal nilai rata-rata a) Prkiraan kondisi optimal nilai rata-rata untuk sluruh data yaitu y 85,048 prdiksi y ( y) ( B y) prdiksi B y 30, 3, 85, 048 prdiksi prdiksi 346, 5 rpm b) Prhitungan slang kprcayaan CIman a ; v; v. S. nff dngan nff :.3 nff D D DB 7 nff 5,4 aka prhitungan slang kprcayaan sbagai brikut : CIman a ; v; v. S. nff CIman CI man CIman 5, 4 0,05;;.4,345. 4,30.4,345. 5, 4,800 Didapatkan slang kprcyaan nilai ratarata optimal CI CI prdiksi man prdiksi prdiksi man 346, 5,800 prdiksi 346, 5,800 36, 5 366, 05 prdiksi ) Prkiraan slang kprcayaan kondisi optimal nilai SNR a) Prkiraan kondisi optimal nilai SNR rata-rata. Nilai rata-rata untuk SNR sluruh data yaitu 48,5 prdiksi ( ) ( B ) prdiksi B 4, 76 50, 06 48,5 prdiksi prdiksi 50,87 b) Prhitungan slang kprcayaan CISNR a ; v; v. S. nff dngan nff : nff D D DB nff,8 aka slang kprcayaan utuk nilai SNR : CISNR a ; v; v. S. nff CISNR.0,0774.,8 0,05;;4 CI SNR 7,7.0,0774.,8 CISNR 0,5757 Didapatkan slang kprcayaan nilai SNR optimal CI CI prdiksi SNR prdiksi prdiksi SNR 37

7 50,87,8 prdiksi 50,87,8 4,07 prdiksi 5,67 IV KESIPULN Brdasarkan hasil analisis yang tlah ditliti pada turbin air crossflow dngan variasi jumlah sudu, bukaan katup, dan luas pmasukan aliran dapat diambil ksimpulan sbagai brikut : ) Dari faktor variasi jumlah sudu 8 buah, 0 buah dan buah didapatkan hasil putaran yang optimum pada lvl faktor trpilih (8 buah) dngan hasil putaran yang didapat sbsar 30, rpm. Dari faktor variasi bukaan katup 50%, 75% dan 00% didapatkan hasil putaran yang optimum pada lvl faktor trpilih B (75%) dngan hasil putaran yang didapat sbsar 3, rpm. Dari faktor variasi luas pmasukan aliran 0 mm, 5 mm, dan 30 mm didapatkan hasil putaran optimum pada lvl faktor trpilih C (0 mm) dngan hasil putaran yang didapat sbsar 5,7 rpm. ) dapun faktor yang paling brpngaruh signifikan brdasarkan hasil NOV untuk nilai rata-rata maupun nilai SNR didapatkan stting lvl optimal dari faktor-faktor trkontrol, faktor yang mmiliki tingkat signifikan lbih trhadap putaran yang dihasilkan olh turbin air aliran silang yaitu faktor variasi jumlah sudu 8 buah dngan ( hitung 34,4477) dan faktor variasi bukaan katup 75% dngan ( hitung 5,348). 7. Haimrl, L.., (60), Th Crossflow Turbin., Watr Powr Enginring agazin, Volum, No.: R. P. Saini., S. K. Singal., (05), Dvlopmnt Of Crossflow Turbin or Pico Hydro, ltrnat Hydro Enrgy Cntr, IIT Roork, Ultrakhand.. Chandra Prastya, rif Rahman, Rmba Yanuar Efranto., (03), nalisa Dsain Eksprimn Pmbuatan ltrnatif Lumpur Lapindo dan ly sh Dngan tod Taguchi, Univrsitas Brawijaya., alang. 0. Nur irstiawan., (0), Optimasi Paramtr Pross Pmsinan CNC illing Trhadap Kkasaran Prmukaan Kayu Jati Dngan tod Taguchi, Univrsitas Sblas art, Surakarta. Daftar Pustaka. gus Sugiri., (0), Pngaruh Jumlah Sudu Roda Jalan Trhadap Efisinsi Turbin liran silang (Crossflow), Univrsitas Lampung, Bandar Lampung.. Safril., (0), Prncanaan Runnr dan Poros Turbin Crossflow Pmbangkit Listrik Tnaga ikro Hidro, Politknik Ngri Padang, Padang. 3. rismunandar., Wiranto., (7)., Pnggrak ula Turbin., ITB Bandung. 4. Paryatmo Wibowo., (007), Turbin ir., Graha Ilmu, Yogyakarta. 5. ritz Ditzl., (3)., Turbin, Pompa dan Komprsor., Erlangga, Jakarta. 6. Isnogroho., (00), Pompa ir ikro Hidro, ltrnatif nghadapi Krisis Enrgi, Pusat Pnlitian dan Pngmbangan Sumbr Daya ir, Kmntrian Pkrjaan Umum, Surakarta. 38