PENGUJIAN SUDU RATA PROTOTIPE TURBIN AIR TERAPUNG PADA ALIRAN SUNGAI SKRIPSI DANNY HARRI SIAHAAN

Transkripsi

1 PENGUJIAN SUDU RATA PROTOTIPE TURBIN AIR TERAPUNG PADA ALIRAN SUNGAI SKRIPSI Skripsi Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik DANNY HARRI SIAHAAN DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 009 Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

2 ABSTRAK Sebagian besar negara di dunia termasuk Indonesia, suplay energi listrik masih mengandalkan pembangkit berbahan bakar fosil yakni minyak bumi, gas alam dan batu bara yang terbatas jumlahnya di alam dan suatu saat akan habis, sementara permintaan akan energi listrik terus bertambah. Oleh karenanya pemanfaatan energi pada masa sekarang ini sudah diarahkan pada penggunaan energi terbarukan yang ada di alam. Berdasarkan pemikiran tersebut maka dilakukan pengujian prototipe turbin air terapung pada aliran sungai. Pada pengujian prototipe ini dipergunakan alternator sebagai penghasil listrik dan mengggunakan acci ( baterai basah) yang berfungsi sebagai pemberi arus untuk memancing alternator dapat menghasilkan listrik sekaligus sebagai penyimpan arus dan tegangan yang dihasilkan oleh altenator. Tujuan pengujian ini untuk mengetahui kapasitas daya listrik yang dihasilkan oleh turbin air terapung dengan memanfaatkan arus aliran sungai Namu Sira-Sira yang terletak di Kecamatan Sei Bingai, Kabupaten Langkat. Dari pengujian prototipe ini diperoleh arus listrik yang dihasilkan oleh alternator adalah arus searah (DC) dengan daya sebesar 115 Watt, putaran alternator sebesar 1030 rpm, dan beban puntir maksimum yang dialami poros alternator adalah sebesar 108,77 kgmm. Arus yang dihasilkan tersebut dapat diubah menjadi arus bolak-balik (AC) dengan menggunakan alat tertentu (misalnya inferter) sehingga dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik pada sebuah rumah tangga. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

3 ABSTRACK In mayority of states over the world including Indonesia, the electrical energy supply still relies on a generator that moved by a turbine which the fuels are fosil like kerosine, natural gas and coal of natural. These fuels are limited by quantity and will be depleted over time, otherwise the demand of electrical energy increase progressively. Thus the energy utilization nowadays has been on renewable energy use in nature. Based on logic, a test of floatng water turbine prototype in stream has been made. This prototype testing used alternator as electrical generating and acci (battery) functioning as current provider to induce the alternator to generate the electrical and in the same time as current and voltage storaging generated by alternator. The objective of this research would be to know the electrical power that produced by the floating water turbine by using the blade that utilizes the stream of Namu Sira-Sira river which located in Subdistrict of Sei-Bingai, District of Langkat. The Prototype testing indicated that the electrical current generated by alternator was Direct Current (DC) with the electical power was 115 Watt, the alternator rotation was 1030 rpm, and the maximum torque experienced by the alternator shaft was 108,77 kg-mm. The current that generated could be conversed to alternating current (AC) by means of certain instument (e.g., inverter), and the it could be used to get the electrical needs in certain household. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada berbagai pihak yang telah membantu dan mendukung penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Teristimewa kedua orang tua penulis yang tercinta, kakak, abang penulis yang tersayang yang telah banyak berperan memberikan bantuan baik berupa moril maupun materi selama perkuliahan sehingga tersusunya skripsi ini.. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, MSc selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan hingga selesainya skripsi ini. 3. Bapak Ir. Syahril Gultom, MT selaku koordinator lapangan selama pengujian berlangsung serta selaku dosen pembanding pada skripsi ini. 4. Bapak Ir. Tulus Burhanuddin, ST, MT selaku dosen pembanding sekaligus sekretaris Departemen Teknik Mesin yang telah menyediakan waktunya untuk memberikan bimbingan pada skripsi ini. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

5 5. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin yang telah memberikan izin untuk peminjaman alat ukur yang penulis gunakan selama melakukan pengujian hingga penulisan skripsi ini selesai. 6. Kepada sahabat-sahabat penulis khususnya Jhony R.H Damanik, Zainal Simatupang, dan Adileo Panjaitan serta seluruh stambuk 004 yang telah memberikan dukungan moril dan materi kepada penulis. Penulis juga menyadari bahwa masih ada terdapat kekurangan pada skripsi ini, oleh sebab itu penulis sangat berterima kasih kepada seluruh pihak yang telah bersedia memberikan saran demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga skripsi ini berguna bagi kita semua. Medan, 5 Februari 009 Penulis Danny Harri Siahaan NIM : Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

6 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK/ ABSTRACT KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR LAMBANG DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAN GRAFIK BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penulisan Manfaat Pengujian Metodologi Penulisan Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 5 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA.1. Potensi Energi Air Mesin-Mesin Fluida Klasifikasi Kincir Air Klasifikasi Turbin Air Gaya Apung, Mengapung dan Kestabilan... 1 BAB III. METODOLOGI PENGUJIAN 3.1. Waktu dan Tempat Alat Metode Pengumpulan Data Metode Pengolahan Data Pengamatan dan Tahap Pengujian... 3 Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

7 BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1. Data Hasil Pengujian Analisa Daya dan Putaran Alternator di setiap Pemberian Beban Analisa Momen Puntir Pada Poros Alternator Analisa Kecepatan Pada Sisi Masuk dan Sisi Keluar Setelah Pengujian Perhitungan Efesiensi Turbin dan Efesiensi Alternator BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran... 5 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

8 DAFTAR LAMBANG Simbol Keterangan Satuan E P Energi potensial Joule m Massa Kg h Head ( ketinggian) m g Percepatan gravitasi m/s t Waktu s (detik) P Daya Watt Q Kapasitas m 3 /s ρ Densitas (massa jenis) air Kg/m 3 E K Energi kinetis Joule v Kecepatan aliran m/s A Luas penampang m I Arus listrik Ampere V Tegangan listrik Volt n Putaran rpm M P Momen Puntir Kgmm C Kecepatan absolut fluida m/s U Kecepatan tangensial sudu m/s W Kecepatan relative fluida terhadap sudu m/s α Besar sudut antara C dan U ( 0 ) Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

9 β Besar sudut antara W dan U ( 0 ) θ Posisi sudu dari sumbu vertikal ( 0 ) Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

10 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar.1 Kincir air overshot 9 Gambar. Kincir air undershot 10 Gambar.3 Kincir air breastshot 11 Gambar.4 Kincir air tub 1 Gambar.5 Turbin Pelton 14 Gambar.5a Sudu turbin Pelton 15 Gambar.5b Nosel 15 Gambar.6 Sudu turbin Turgo dan nosel 16 Gambar.7 Turbin Crossflow 16 Gambar.8 Turbin Francis 18 Gambar.9 Sketsa Turbin Francis 18 Gambar.10 Turbin Kaplan 19 Gambar.11 Pembangkit listrik tenaga tidal terapung. 9 Gambar 3.1 Prototipe turbin air terapung beserta model penampang sudu rata 8 Gambar 3. Multitester 8 Gambar 3.3 Flowmeter 9 Gambar 3.4 Tachometer 9 Gambar 3.5 Rangkaian pengukuran arus listrik ( A 1 ) tanpa beban lampu 30 Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

11 Gambar 3.6 Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( V 1 ) tanpa beban lampu 31 Gambar 3.7 Rangkaian pengukuran arus listrik ( A ) dengan beban lampu 31 Gambar 3.8 Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( V ) dengan beban lampu 31 Gambar 3.10 Diagram alir pengujian prototipe Turbin Air Terapung 3 Gambar 4.1 Pengambilan data kecepatan air masuk dengan flowmeter 33 Gambar 4. Analisa kecepatan pada sisi masuk 44 Gambar 4.3 Analisa kecepatan pada sisi keluar 45 Gambar 4.4 Segitiga kecepatan pada sisi keluar 46 Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

12 DAFTAR TABEL DAN GRAFIK Halaman A. TABEL Tabel.1. Pengelompokan turbin Tabel 4.1. Data hasil pengujian Turbin Air Terapung dengan menggunakan sudu datar Tabel 4. Data hasil pengujian prototipe turbin air terapung dengan menggunakan sudu lengkung Tabel 4.3 Hasil perhitungan Momen Puntir poros untuk setiap pembebanan lampu... 4 B. GRAFIK Grafik 4.1 Perubahan daya pengisian (cas) ke baterai terhadap penambahan beban lampu Grafik 4. Perubahan putaran di poros alternator terhadap penambahan beban lampu yang diuji Grafik 4.3 Hubungan perubahan daya pengisian ke baterai terhadap perubahan putaran alternator Grafik 4.4. Perubahan momen puntir terhadap perubahan putaran poros alternator.. 43 Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

13 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Seiring dengan perkembangan zaman yang terus meningkat, kebutuhan akan energi semakin meningkat pula, sehingga energi merupakan suatu unsur yang sangat penting dalam pengembangan suatu negara atau suatu daerah. Oleh karenanya pemanfaatan energi secara tepat guna akan menjadi suatu cara yang ampuh dalam perkembangan zaman tersebut. Sebagian besar negara di dunia termasuk Indonesia, suplay energi listrik masih mengandalkan pembangkit berbahan bakar fosil yakni minyak bumi, gas alam dan batu bara yang terbatas jumlahnya di alam dan suatu saat akan habis, sementara permintaan akan energi listrik terus bertambah. Oleh karenanya pemanfaatan energi pada masa sekarang ini sudah diarahkan pada penggunaan energi terbarukan yang ada di alam. Misalnya energi air, energi angin, energi matahari, panas bumi, dan nuklir. Hal ini karena energi terbarukan ini cukup mudah didapat dan dapat didaur ulang bila dibandingkan dengan energi fosil seperti minyak bumi dan batu bara. Untuk mendapatkan sumber energi fosil harus melalui berbagai proses dan susah mendapatkannya, karena umumnya terdapat di permukaan bumi. Selain itu cadangan sumber daya energi fosil mulai berkurang, karena sumber energi ini tidak dapat diperbaharui. Sumber-sumber energi yang dikenal dengan sumber energi terbarukan seperti yang disebutkan di atas antara lain adalah energi air, energi matahari, energi angin, Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

14 energi panas bumi, dan lain sebagainya. Semua energi tersebut telah memenuhi kriteria sehingga dalam pemanfaatannya dapat menghemat penggunaan energi fosil yang terbatas. Salah satu sumber energi terbarukan yang sangat berpotensi di negara kita adalah pemanfaatan energi air dan apabila pemanfaatan energi tersebut dilakukan secara meluas di seluruh wilayah Indonesia maka peluang untuk keluar dari krisis listrik akan semakin besar mengingat bahwa terdapat banyak tempat-tempat yang berpotensi untuk dimanfaatkan dan semuanya menyebar di seluruh pulau-pulau besar yang ada di negara kita. Indonesia dengan wilayahnya yang beriklim tropis dengan curah hujan yang tinggi dan kondisi topografi yang bergunung-gunung dengan aliran sungai yang berpotensi untuk dikembangkan sebagai pembangkit tenaga listrik. Potensi ini sebagian besar tersebar di daerah pedesaan, sementara diperkirakan masih banyak penduduk desa yang belum menikmati energi listrik sehingga sangat tepat untuk mengembangkan pembangkit tenaga listrik. Tenaga air adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air telah banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Sampai sekarang penggunaan kincir masih banyak digunakan khususnya untuk pembangkit arus listrik. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

15 1.. Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari pengujian ini adalah : a. Untuk lebih mengetahui dan memahami aplikasi ilmu yang diperoleh dibangku kuliah terutama mata kuliah Sistem Pembangkit Tenaga dan Mesin Fluida. b. Untuk mengetahui kapasitas daya listrik yang dihasilkan oleh turbin air terapung dengan memanfaatkan arus aliran sungai Namu Sira-Sira yang terletak di Kecamatan Sei Bingai, Kabupaten Langkat. 1.3 Manfaat Pengujian. Adapun manfaat pengujian ini adalah Untuk memberikan informasi sebagai referensi tambahan bagi kalangan dunia pendidikan yang ingin melakukan riset di bidang konversi energi dalam modifikasi dan pengembangan turbin air. 1.4 Metodologi Penulisan Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Survey lapangan, berupa peninjauan ke lokasi dan diskusi dengan pihakpihak yang terkait.. Perencanaan serta pembuatan prototipe turbin air terapung dimana prototipe ini yang nantinya akan di uji di lapangan untuk di analisa data hasil dari pengujian tersebut. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

16 3. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, studi internet, serta kajian-kajian dari buku-buku dan tulisan yang berhubungan dengan pengujian ini. 4. Pengambilan data, berupa seluruh data dari hasil pengujian di lapangan yang akan di analisa serta di lampirkan pada penulisan tugas akhir ini. 5. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing, mengenai isi perencanaan serta masalah-masalah yang timbul selama penyusunan tugas sarjana Batasan Masalah Dalam tulisan ini dibatasi perencanaan data yang diambil. Untuk pengambilan data tersebut berasal dari data hasil pengujian dan pengamatan di lapangan. Masalahmasalah yang dibahas dalam tulisan ini adalah : Penentuan spesifikasi peralatan dan perlengkapan prototipe turbin air terapung yang akan di uji di lapangan. 1. Penentuan bahan dan jenis yang digunakan pada prototipe turbin air terapung yang akan di uji dilapangan.. Analisa kapasitas daya yang dihasilkan oleh prototipe turbin air terapung setelah pengujian di aliran sungai Namu Sira-Sira terhadap kapasitas daya yang di rencanakan semula. 3. Analisa daya pengujian prototipe dengan memberikan variasi beban lampu 4. Analisa grafik hasil pengujian prototipe turbin air terapung. 5. Efesiensi prototipe turbin air terapung dan efesiensi alternator. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

17 1.6. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan skripsi ini dibagi dalam beberapa bab, yaitu pada bab I berisikan pendahuluan dimana bab ini menjelaskan latar belakang penulisan, tujuan penulisan, metodologi penulisan, manfaat penulisan, batasan masalah serta sistematika penulisan. Selanjutnya pada bab berisikan tinjauan pustaka yang menjelaskan pembahasan materi mesin-mesin fluida serta klasifikasi turbin. Pada bab 3 berisikan data spesifikasi peralatan yang digunakan dimana pada bab ini dijelaskan seluruh spesifikasi dari peralatan yang digunakan selama pengujian dilakukan. Pada bab 4 berisikan perhitungan dan analisa hasil pengujian, dimana seluruh data pengujian yang diperoleh akan dianalisa pada bab ini. Pada bab 5 berisikan tentang kesimpulan dari seluruh perhitungan dan analisa data yang diperoleh dari pengujian yang telah dilakukan. Sementara semua literatur yang digunakan selama pengujian dan penulisan skripsi ini akan didaftarkan pada daftar pustaka, serta seluruh gambar, tabel juga akan dilampirkan pada daftar tabel dan gambar. Sebagai lampiran dari skripsi ini, akan dilampirkan gambar penampang sudu rata yang digunakan selama pengujian dan transaksi biaya pembuatan turbin air terapung. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

18 BAB I I TINJAUAN PUSTAKA.1 Potensi Energi Air Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir air/turbin air. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalah merupakan energi potensial air yaitu : dengan : E P = mgh... (Lit.8 hal 10) E P adalah energi potensial air (Joule) m adalah massa air h adalah head (m) Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

19 g adalah percepatan gravitasi m s Daya merupakan energi tiap satuan waktu E t, sehingga persamaan (1.1) dapat dinyatakan sebagai : E = t m t gh Dengan mensubsitusikan P terhadap E t dan mensubsitusikan ρ Q terhadap m maka : t P = ρqgh... (Lit.8 hal 1) dengan P adalah daya (watt) yaitu Q adalah kapasitas aliran m 3 s ρ adalah densitas air kg 3 m Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat diperoleh dari aliran air rata. Dalam hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik Dimana : 1 mv EK =... (Lit.8 hal 10) Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

20 E adalah energi kinetis air (Joule) v adalah kecepatan aliran air m s Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut : P 1 ρ Qv =... (Lit.8 hal 13) atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas Q = Av maka P Dimana : 1 ρ Av 3 =... (Lit.8 hal 14) A adalah luas penampang aliran air ( m ).. Mesin Mesin Fluida Mesin mesin fluida adalah mesin-mesin yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis menjadi energi fluida kerja (energi potensial dan energi kinetik) atau sebaliknya. Secara umum mesin fluida dapat dibagi atas dua golongan utama, yaitu: 1 Mesin Kerja Merupakan mesin fluida yang berfungsi mengubah energi mekanis menjadi energi fluida, misalnya: Pompa, Kompresor, Blower, Fan, dan lain-lain.. Mesin Tenaga Merupakan mesin fluida yang berfungsi mengubah energi fluida menjadi energi mekanis pada poros, misalnya: Turbin Air, Turbin Uap, Turbin Gas, dan lain-lain. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

21 .3 Klasifikasi Kincir Air Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi mekanik berupa putaran pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu : 1. Kincir Air Overshot. Kincir Air Undershot 3. Kincir Air Breastshot 4. Kincir Air Tub.3.1 Kincir Air Overshot Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian sudu-sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar. Gambar.1 Kincir air overshot Kincir air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis kincir air yang lain. Keuntungan 1. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.. Tidak membutuhkan aliran yang deras. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

22 3. Konstruksi yang sederhana. 4. Mudah dalam perawatan. 5. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir. Kerugian 1. Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan air, memerlukan investasi yang lebih banyak.. Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi. 3. Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan. 4. Daya yang dihasilkan relatif kecil..3. Kincir Air Undershot Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head. Gambar. Kincir air undershot Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

23 Tipe ini cocok dipasang pada perairan dangkal pada daerah yang rata.tipe ini disebut juga dengan Vitruvian. Disini aliran air berlawanan dengan arah sudu yang memutar kincir. Keuntungan 1. Konstruksi lebih sederhana. Lebih ekonomis 3. Mudah untuk dipindahkan Kerugian 1. Efisiensi kecil. Daya yang dihasilkan relatif kecil.3.3 Kincir Air Breastshot Kincir air Breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Gambar.3 Kincir air Breastshot Sumber. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki kinerja dari kincir air tipe under shot. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

24 Keuntungan 1. Tipe ini lebih efisien dari tipe under shot. Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek 3. Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran rata Kerugian 1. Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit). Diperlukan dam pada arus aliran rata 3. Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot.3.4 Kincir Air Tub Kincir air Tub merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara horisontal dan sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini dapat dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot. Gambar.4 Kincir air Tub Sumber. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

25 Karena arah gaya dari pancuran air menyamping maka, energi yang diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik. Keuntungan 1. Memiliki konstruksi yang lebih ringkas. Kecepatan putarnya lebih cepat Kerugian 1. Tidak menghasilkan daya yang besar. Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang lebih teliti..4 Klasifikasi Turbin Air Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik.. Turbin air adalah mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis dengan menggunakan air sebagai fluida kerja. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

26 Tabel.1 Pengelompokan Turbin high head medium head low head impulse turbines Pelton cross-flow cross-flow Turgo multi-jet Pelton Turgo reaction turbines Francis propeller Kaplan.4.1 Turbin Impuls Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nosel. Air keluar nosel yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impuls). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

27 Turbin Pelton Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nosel. Gambar.5 Turbin Pelton Sumber. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi. Gambar.5a. Nosel Sumber: Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

28 Gambar.5b Nosel Sumber: Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga 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. Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil. Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 0 meter sudah mencukupi Turbin Turgo Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

29 Gambar.6. Sudu turbin Turgo dan nosel Sumber: Pancaran air dari nozle membentur sudu pada sudut 0 o. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan Turbin Crossflow Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell- Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Gambar.7. Turbin Crossflow Sumber: Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

30 Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 0 litres/sec hingga 10 m 3 /sec dan head antara 1 s/d 00 m. Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel..4. Turbin Reaksi Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin 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 pad turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

31 penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat. Gambar.8 Turbin Francis Sumber. Gambar.9. Sketsa Turbin Francis Sumber : Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

32 .4.. Turbin Kaplan & Propeller Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu. Gambar.10. Turbin Kaplan Sumber. Turbin Energi Tidal (Gelombang) Energi tidal atau energi pasang surut barangkali kurang begitu dikenal dibandingkan dengan energi samudera yang lain seperti energi ombak (wave energy). Jika dibandingkan dengan energi angin dan surya, energi tidal memiliki sejumlah keunggulan antara lain: memiliki aliran energi yang lebih pasti/mudah diprediksi, lebih hemat ruang dan tidak membutuhkan teknologi konversi yang rumit. Kelemahan energi ini diantaranya adalah membutuhkan alat konversi yang handal yang mampu bertahan dengan kondisi lingkungan laut yang keras yang disebabkan antara lain oleh tingginya tingkat korosi dan kuatnya arus laut. Saat ini baru beberapa negara yang yang sudah melakukan penelitian secara serius Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

33 dalam bidang energi tidal, diantaranya Inggris dan Norwegia. Di Norwegia, pengembangan energi ini dimotori oleh Statkraft, perusahaan pembangkit listrik terbesar di negara tersebut. Statkraft bahkan memperkirakan energi tidal akan menjadi sumber energi terbarukan yang siap masuk tahap komersial berikutnya di Norwegia setelah energi hidro dan angin. Keterlibatan perusahaan listrik besar seperti Statkraft mengindikasikan bahwa energi tidal memang layak diperhitungkan baik secara teknologi maupun ekonomis sebagai salah satu solusi pemenuhan kebutuhan energi dalam waktu dekat. Gambar.11 Pembangkit listrik tenaga tidal terapung. Sumber. Turbine Perlu diketahui bahwa potensi energi tidal di Indonesia termasuk yang terbesar di dunia, khususnya di perairan timur Indonesia. Sekarang inilah saatnya bagi Indonesia untuk mulai menggarap energi ini. Jika bangsa kita mampu memanfaatkan dan menguasai teknologi pemanfaatan energi tidal, ada dua keuntungan yang bisa Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

34 diperoleh yaitu, pertama, keuntungan pemanfaatan energi tidal sebagai solusi pemenuhan kebutuhan energi nasional dan, kedua, kita akan menjadi negara yang mampu menjual teknologi tidal yang memberikan kontribusi terhadap devisa negara. Belajar dari India yang mampu menjadi salah satu pemain teknologi turbin angin dunia (dengan produk turbin angin Suzlon), maka tujuan yang kedua bukanlah hal yang terlalu muluk untuk kita wujudkan..5 Gaya Apung,Mengapung dan Kestabilan.5.1 Prinsip Archimedes (87-1 SM) Jika sebuah benda diam terendam seluruhnya di dalam sebuah fluida,atau mengapung sedemikian sehingga hanya sebagian saja yang terendam,gaya fluida resultan yang bekerja pada benda itu disebut gaya apung (buoyant force). Sebuah gaya netto ke arah atas terjadi karena tekanan meningkat dengan kedalaman dan gaya-gaya tekan yang bekerja dari bawah lebih besar daripada gaya-gaya yang bekerja dari atas. Gaya ini dapat ditentukan dengan pendekatan yang sama seperti yang digunakan pada bagian sebelumnya mengenai gaya-gaya pada permukaan lengkung. Oleh karena itu, gaya apung mempunyai besar yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut dan mengarah vertikal ke atas. Hal ini disebut sebagai prinsip Archimedes. Untuk menghormati Archimedes (87-1 SM),seorang ahli mekanik dan matematika Yunani yang pertama kali mengemukakan gagasan-gagasan dasar yang berkaitan dengan hidrostatika. Letak garis dari gaya apung dapat ditentukan dengan menjumlahkan momen gaya-gaya terhadap suatu Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

35 sumbu yang memudahkan. Misalnya dengan menjumlahkan momen terhadap sebuah sumbu tegak lurus terhadap permukaan kertas. Jadi dapat disimpulkan bahwa gaya apung melewati pusat massa dari volume yang dipindahkan. Titik yang dilalui gaya apung yang bekerja disebut pusat apung ( center of buoyancy ). Hasil yang sama juga berlaku pada benda-benda yang terapung di mana hanya sebagian saja yang terendam. Jika berat jenis fluida di atas permukaan cairan sangat kecil dibandingkan dengan berat cairan di mana benda tersebut akan mengapung, karena fluida di atas permukaan biasanya udara. Namun demikian, gaya apung tersebut tidak melewati pusat massa tetapi akan melewati pusat gravitasi dari volume yang dipindahkan tersebut..5. Kestabilan Sebuah benda dikatakan berada dalam suatu posisi kesetimbangan yang stabil jika benda tersebut kembali ke posisi kesetimbangannya ketika diusik. Sebaliknya, benda berada dalam keadaan kesetimbangan yang tidak stabil jika ketika diusik (meskipun sedikit),benda tersebut bergerak menuju posisi kesetimbangan baru. Pertimbangan kestabilan sangat perlu khususnya bagi benda-benda yang terendam atau terapung karena pusat apung dan pusat gravitasi tidak selalu bertepatan. Sebuah rotasi kecil dapat menghasilkan kopel yang mungkin mengembalikan posisi atau yang menggulingkannya. Misalnya, untuk benda yang terendam penuh yang mempunyai pusat gravitasi di bawah pusat apung, suatu rotasi dari posisi kesetimbangannya akan menghasilkan sebuah kopel pemulih yang dibentuk oleh berat dan gaya apung yang akan menyebabkan benda berotasi kembali ke posisi asalnya. Jadi, untuk konfigurasi Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

36 ini benda tersebut stabil. Perlu dicatat bahwa selama pusat gravitasi berada di bawah pusat apung, kondisi ini selalu berlaku; artinya benda berada dalam posisi kesetimbangan stabil terhadap rotasi-rotasi kecill. Sebaliknya jika pusat gravitasi si atas pusat apung, kopel yang terbentuk dari berat dan gaya apung akan menyebabkan benda terguling dan menuju sebuah kesetimbangan baru. Jadi, sebuah benda yang terendam penuh dengan pusat gravitasi di atas pusat apungnya berada dalam posisi kesetimbangan tidak stabil. Untuk benda yang terapung, masalah kestabilan lebih rumit, karena jika benda berotasi, lokasi dari pusat apungnya (yang melewati pusat massa dari volume yang dipindahkannya) bisa berubah. Hal ini dapat terjadi karena jika benda berputar, gaya apung bergeser melewati pusat massa dari volume yang terdesak yang baru terbentuk. Gaya apung ini berkombinasi dengan berat, membentuk sebuah kopel yang akan menyebabkan benda tersebut kembali ke posisi kesetimbangan semula. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

37 BAB III METODOLOGI PENGUJIAN 3.1 Waktu dan tempat Pengujian dilakukan di sungai Namo Sira-Sira yang terletak di desa Namo Tating Kecamatan Sei Bingai Kabupaten Langkat selama 1 bulan. 3. Alat Alat yang dipakai dalam pengujian ini terdiri dari : 1. Prototipe turbin air terapung yang memiliki spesifikasi peralatan dan perlengkapan sebagai berikut : a) Sudu Turbin Bahan : ST-37 Tebal : mm Model sudu : Rata (sebagai perbandingan terhadap sudu lengkung) Luas penampang : 16 x 49 cm Untuk menentukan jumlah sudu turbin didapatkan dari persamaan : N πdt =..(Lit.10 Hal 4) t Dimana : N = jumlah sudu D t = diameter turbin = 0,75 m t = jarak antar sudu (m) Jarak antar sudu (t) dapat dihitung dari persamaan : Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

38 t = s i.(lit.10 Hal 4) sinθ s i = k D t.(lit.10 Hal 4) Dimana : k = konstanta tetapan = 0,13 ϑ = sudut yang dibentuk oleh letak sudu rata terhadap sumbu vertikal poros = 30 0 maka : s i = k D t s i = 0,13 x 0,75 s i = 0,0975 m t = s i sinθ t = 0, sin 30 t = 0,195 m sehingga : N πdt = t x 0,75 N = π 0,195 Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

39 N N = 1,07 = 1 buah Jadi jumlah sudu rata yang digunakan adalah 1 buah dengan posisi letaknya 30 0 terhadap sumbu poros turbin. b) Poros Bahan : SC-45 Diameter poros : 1 inch ( 5,4 mm ) c) Bantalan (Bearing) d) Puli ( pulley) : 1 1 inch ( 3 mm ) 4 Bahan : Baja Karbon Type : Ball bearing Nomor bantalan : P 05 ( untuk diameter poros 1 inch ) Bahan Jumlah puli Diameter puli I Diameter puli II P 07 ( untuk diameter poros : S-45C : 4 buah : 36 mm : 145 mm Diameter puli III : 36 mm Diameter puli IV : 7 mm e) Sabuk ( V-Belt) Bahan : Karet Jumlah sabuk : buah Type sabuk I : A-6 sabuk II : B inch ) 4 Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

40 Merk sabuk : Mitshubishi f) Sproket Bahan : Baja Karbon Jumlah sproket : buah Diameter Sproket I : mm Diameter Sproket II : 36,54 mm Jumlah gigi Sproket I : 13 Jumlah gigi Sproket II : 39 g) Rantai (chain) Bahan : S-45C Type : rantai rol Nomor : 50 Jumlah mata rantai : 106 mata rantai h) Alternator Pabrikan / merk : Toyota Diameter pulley : 7 mm Putaran maksimum : 1500 rpm Putaran minimum : 1000 rpm Voltase : 1 Volt Arus Maksimum : 30 Ampere Aplikasi / Fungsi : Penghasil arus listrik i) Baterai mobil Pabrikan / Merk : NS-40 Voltase : 1 Volt Arus : 3 Ampere Dalam pembuatan prototipe turbin air terapung ini terdiri atas dua bagian pembuatan yaitu mekanisme turbin yang terdiri dari rangka pelampung yang terbuat dari besi, Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

41 sproket dan rantai serta beberapa puli dengan ukuran diameter yang berbeda dimana pulli ini digunakan untuk menaikkan putaran pada alternator hingga melewati batas putaran minimumnya yaitu 1000 rpm agar dapat menghasilkan arus dan tegangan listrik. Mekanisme turbin terapung yang memiliki ukuran sekitar 1 x meter tersebut dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat menjadi mekanisme rasio perbandingan putaran. Setelah menyelesaikan mekanisme turbinnya maka pengerjaan selanjutnya adalah pembuatan penampang sudu rata. Sudu dibuat dari plat besi ST-37 yang dipotong menjadi 1 bagian yang masing masing bagian berukuran 16 cm x 49 cm, kemudian sudu-sudu tersebut disambungkan pada impeller yang berdiameter 75 cm dengan metode las titik. Selanjutnya pada impeler diberi lubang sebagai tempat poros sudu tersebut. Prototipe turbin air terapung ini sendiri merupakan alat yang akan di uji di lapangan untuk mengetahui besar daya yang mampu dihasilkannya dengan menggunakan model sudu rata agar dapat dibandingkan terhadap daya yang dihasilkan alternator bila menggunakan sudu lengkung. Berikut ini adalah gambar prototipe turbin air terapung beserta model penampang sudu rata yang akan di uji tersebut. Gambar 3.1 Prototipe turbin air terapung beserta model penampang sudu rata Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

42 . Multitester Alat ini digunakan untuk mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan di alternator. Gambar 3. Multitester 3. Flowmeter Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan arus aliran sungai di lokasi pengujian Gambar 3.3 Flowmeter Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

43 4. Tachometer Alat ini digunakan untuk mengukur putaran pada sudu turbin dan alternator Gambar 3.4 Tachometer 5. Kabel listrik dan lampu. 6. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci Inggris, kunci ring, kunci L, obeng, tang, palu, dan lain sebagainya. 3.3 Metode Pengumpulan Data Data yang dipergunakan dalam pengujian ini merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada alat ukur pengujian. 3.4 Metode Pengolahan Data Data yang diperoleh diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik. 3.5 Pengamatan dan tahap pengujian Pada pengujian ini yang akan diamati adalah : 1. Parameter arus (A) dan parameter tegangan (V). Parameter putaran turbin (rpm) 3. Parameter kecepatan arus sungai ( v ) 4. Effisiensi turbin ( η T ) Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

44 Prosedur pengujian dapat dilakukan dengan beberapa tahap antara lain : 1. Pengukuran kecepatan air dengan menggunakan flowmeter kemudian mencatat hasilnya.. Pengukuran putaran turbin dengan menggunakan tachometer kemudian mencatat hasilnya. 3. Pengukuran arus dan tegangan yang dihasilkan turbin dengan multitester dapat dilakukan dengan cara atau rangkaian sebagai berikut : a. Rangkaian pengukuran arus listrik ( A 1 ) tanpa beban lampu atau pengisian (charger) alternator terhadap baterai digambarkan sebagai berkut (+) A (-) (+} Alt (-) (+) (-) Bat Gambar 3.5 Rangkaian pengukuran arus listrik ( A 1 ) tanpa beban lampu b. Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( V 1 ) tanpa beban lampu atau besar tegangan yang dicharger alternator terhadap baterai digambarkan sebagai berikut : (+) V (-) (+} Alt (-) (+) (-) Bat Gambar 3.6 Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( V 1 ) tanpa beban lampu Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

45 c. Rangkaian pengukuran arus listrik ( A ) dengan beban lampu digambarkan sebagai berikut : (+) A (-) (+} L Alt (-) L (+) (-) Bat Gambar 3.7 Rangkaian pengukuran arus listrik ( A ) dengan beban lampu d. Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( V ) dengan beban lampu dapat digambarkan sebaga berikut : (+) V (-) (+} L Alt (-) L (+) (-) Bat Gambar 3.8 Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( V ) dengan beban lampu Untuk pengukuran arus listrik dan tegangan listrik dengan beban lampu dilakukan dengan mencatat besar arus dan tegangan dengan 1 beban lampu, beban lampu,dan seterusnya sampai mencapai limit kemampuan turbin menghasilkan arus listrik. 4. Mengulang pengujian beberapa kali dengan metode yang sama. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

46 Prosedur tahap pengujian diatas dapat digambarkan dengan diagram alir sebagai berikut : Mulai Mengukur kecepatan arus aliran sungai. Mengukur putaran turbin. Mengukur arus (A) dan tegangan (V) yang dihasilkan turbin dengan mengunakan beban lampu Mengulang pengujian hingga 5 kali dengan metode yang sama, dan melakukan penambahan beban -5 buah lampu Menganalisa data hasil pembacaan alat ukur dengan rumus empiris untuk mendapatkan kesimpulan dari pengujian Berhenti Selesai Gambar 3.9 Diagram alir Pengujian Prototipe Turbin Air Terapung Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

47 BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Data Hasil Pengujian Adapun data yang diperoleh dari pengujian prototipe turbin air terapung dengan menggunakan sudu rata meliputi : 1. Kecepatan rata-rata air masuk ( ) vrata rata Setelah melakukan 10 kali pengukuran kecepatan air dengan menggunakan alat ukur flowmeter, diperoleh data seperti berikut ini : Gambar 4.1 pengambilan data kecepatan air masuk dengan alat ukur flowmeter v 1 = 1,75 m/s v 6 = 1,75 m/s v = 1,73 m/s v 7 = 1,77 m/s v 3 = 1,74 m/s v 8 = 1,77 m/s v 4 = 1,74 m/s v 9 = 1,75 m/s v 5 = 1,75 m/s v 10 = 1,76 m/s v rata rata 1,75 + 1,73 + 1,74 + 1,74 + 1,75 + 1,75 + 1,77 + 1,77 + 1,75 + 1,76 = 10 Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

48 = 1,75 m/s Maka kecepatan rata-rata air masuknya adalah sebesar 1,75 m/s. Arus, tegangan dan putaran Dari hasil pengukuran dengan menggunakan alat ukur multitester dan tachometer pada pengujian diperoleh data sebagai berikut : a. Untuk tanpa pembebanan lampu, diperoleh : 1) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) : 8,50 Ampere ) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 13,5 Volt 3) Putaran alternator (n 1 ) : 1030 rpm 4) Putaran poros sudu (n ) : 7,4 rpm 7rpm b. Untuk pembebanan dengan menggunakan 1 lampu (5 Watt) : 1) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) : 6,87 Ampere ) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 13,10 Volt 3) Putaran (n 1 ) : 105 rpm 4) Putaran poros sudu (n ) : 7,3 rpm 7rpm c. Untuk pembebanan dengan menggunakan lampu (50 Watt) : 1) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) : 5,11 Ampere ) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 1,7 Volt 3) Putaran alternator (n 1 ) : 1015 rpm 4) Putaran poros sudu (n ) : 7 rpm Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

49 d. Untuk pembebanan dengan menggunakan 3 lampu (75 Watt) : 1) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) : 3,5 Ampere ) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 1,31 Volt 3) Putaran (n 1 ) : 1008 rpm 4) Putaran poros sudu (n ) : 6.8 rpm 7rpm e. Untuk pembebanan dengan menggunakan 4 lampu (100 Watt) : 1) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) : 0,99 Ampere ) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 1,05 Volt 3) Putaran (n 1 ) : 985 rpm 4) Putaran poros sudu (n ) : 6,8 rpm 7rpm f. Untuk pembebanan dengan menggunakan 5 lampu (15 Watt) : 1) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) : 0 Ampere ) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 0 Volt 3) Putaran (n 1 ) : 985 rpm 4) Putaran poros sudu (n ) : 6,8 rpm 7rpm 4.. Analisa daya dan putaran alternator di setiap pemberian beban Dari data yang telah diperoleh dari hasil pengujian di lapangan, dapat diketahui bahwa tegangan dan besar arus yang pengisian dari alternator ke baterai Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

50 tergantung pada besar jumlah beban (lampu) yang digunakan, sehingga dapat dihitung besar daya pengisian (cas) ke baterai dengan menggunakan rumus : P = V I (Watt)... (Lit 9. Hal 8) maka daya pengisian (cas) ke baterai adalah sebagai berikut: 1. Untuk tanpa pembebanan lampu, diperoleh : P c = V 1 x I 1 = 13,5 x 8,50 = 115,03 Watt. Untuk pembebanan dengan menggunakan 1 lampu (5 Watt) : P c = V 1 x I 1 = 13,10 x 6,87 = 90,04 Watt 3. Untuk pembebanan dengan menggunakan lampu (50 Watt) : P c = V 1 x I 1 = 1,7 x 5,11 = 65,05 Watt 4. Untuk pembebanan dengan menggunakan 3 lampu (75 Watt) : P c = V 1 x I 1 = 1,31 x,44 = 40,06 Watt 5. Untuk pembebanan dengan menggunakan 4 lampu (100 Watt) : P c = V 1 x I 1 = 1,05 x 0,99 Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

51 = 11,9 Watt Dari perhitungan data diatas, dapat ditampilkan dalam bentuk tabel yakni sebagai berikut : Tabel 4.1. Data hasil pengujian Turbin Air Terapung dengan menggunakan sudu rata Jumlah Beban lampu I 1 (Ampere) V 1 (Volt) P c (Watt) n 1 (rpm) n (rpm) , , , Dimana : I 1 = Pengisian arus dari alternator ke baterai (Ampere) V 1 = Pengisian Tegangan dari alternator ke baterai ( Volt ) P c = Daya pengisian alternator ke baterai = A 1 x V 1 (Watt) n 1 n = Putaran alternator (rpm) = Putaran poros sudu (rpm) Dari tabel diketahui daya listrik yang dihasilkan oleh alternator adalah sebesar 115,03 Watt, sehingga hanya dapat diberi pembebanan sebanyak 4 buah lampu (100 Watt). Pada pembebanan dengan 5 lampu alternator tidak dapat menghasilkan daya Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009

52 listrik sama sekali, karena putaran di poros alternator telah berada di bawah 1000 rpm, sementara alternator membutuhkan putaran 1000 rpm agar dapat menghasilkan listrik (sesuai dengan spesifikasi alternator 30A, 1V yang memiliki putaran minimum 1000 rpm, dan putaran maksimum 1500 rpm). Data tabel diatas dapat ditampilkan kedalam bentuk grafik untuk mengetahui lebih jelas fenomena yang terjadi pada perubahan daya pengisian (cas) ke baterai dan putaran di poros alternator terhadap penambahan beban lampu yang digunakan. Pc (Watt) Perubahan daya pengisian ke baterai oleh alternator terhadap penambahan beban lampu Linear (Perubahan daya pengisian ke baterai oleh alternator terhadap penambahan beban lampu) R = Jumlah beban lampu Grafik 4.1 Perubahan daya pengisian (cas) ke baterai terhadap penambahan beban lampu Dengan melihat grafik diatas, dapat dianalisa masih bahwa semakin besar penambahan beban lampu yang digunakan maka semakin sedikit daya yang akan diisi alternator ke baterai. Dari grafik juga dapat diketahui bahwa masih terdapat kesalahan dalam pengambilan data pengukuran, hal ini dapat dilihat dari nilai R regresi linearnya sebesar 0,995 (tidak mencapai angka 1). Selanjutnya hubungan antara perubahan putaran di poros alternator terhadap penambahan beban lampu yang digunakan dapat dilihat dari grafik di bawah ini. Danny Harri Siahaan : Pengujian Sudu Rata Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai, 009. USU Repository 009