PENGUJIAN SUDU LENGKUNG PROTOTIPE TURBIN AIR TERAPUNG PADA ALIRAN SUNGAI SKRIPSI EDIS SUDIANTO SIHOMBING

Transkripsi

1 PENGUJIAN SUDU LENGKUNG PROTOTIPE TURBIN AIR TERAPUNG PADA ALIRAN SUNGAI SKRIPSI Skripsi Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik EDIS SUDIANTO SIHOMBING DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 009

2 ABSTRAK Listrik adalah suatu sumber daya yang paling banyak digunakan sekarang ini karena memiliki banyak fungsi, diantaranya dalam menunjang kehidupan manusia, listrik digunakan sebagai suplay alat-alat elektronik dan alat-alat lainnya yang menggunakan listrik. Hal ini membuat banyak negara termasuk Indonesia mencari cara dalam pemanfaatan energi untuk menambah pasokan listriknya guna memenuhi kebutuhan manusia. Selain mengandalkan pembangkit berbahan bakar fosil yang jumlahnya terbatas di alam, salah satu aplikasi yang diarahkan adalah pemanfaatan energi terbarukan yang ada di alam, misalnya energi air, energi angin, energi matahari, dan panas bumi. Salah satu sumber energi terbarukan yang sangat berpotensi di Indonesia adalah pemanfaatan energi air dan apabila pemanfaatan energi tersebut dilakukan secara meluas diseluruh wilayah Indonesia maka peluang keluar dari krisis listrik akan semakin besar mengingat bahwa terdapat banyak tempat-tempat seperti sungai yang berpotensi untuk dimanfaatkan dan semuanya menyebar diseluruh pulau-pulau besar yang ada di negara kita. Prototipe Turbin Air Terapung adalah suatu alat yang dirancang untuk menggerakkan alternator guna menghasilkan listrik dengan memanfaatkan arus aliran sungai sebagai fluida kerja untuk memutar turbin atau kincir. Arus yang dihasikan oleh alternator adalah arus DC (arus searah) yang nantinya arusnya dapat diubah menjadi arus AC (arus bolak-balik) oleh suatu alat tertentu (misalnya alat inferter) sesuai dengan kebutuhan konsumen. Penggunaan Prototipe Turbin Air Terapung sangat cocok dibuat di daerah pedesaan, karena di daerah pedesaan terdapat banyak saluran irigasi yang berfungsi untuk mengairi sawah namun sangat berpotensi digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik, dan juga mengingat bahwa masih banyaknya daerah pedesaan yang belum mendapatkan pasokan listrik. Pemilihan model sudu yang tepat untuk menggerakkan runner turbin atau kincir pada Prototipe Turbin Air Terapung sangat perlu dilakukan untuk mendapatkan putaran dan daya listrik yang lebih maksimal. Oleh karena itu penulis melakukan pengujian model sudu lengkung pada Prototipe Turbin Air Terapung untuk mengetahui seberapa besar putaran turbin dan daya yang dihasilkan oleh alternator prototipe turbin air terapung dibandingkan dengan pengujian model sudu lain (model sudu datar) pada alat yang sama yang dilakukan oleh penguji lain. Kata kunci : Prototipe Turbin Air Terapung, Daya, Putaran, Sudu Lengkung

3 ABSTRACT Electric is the most common power resource used nowadays for it s multiple function, including in supporting the human life, survival, and it is also used as electronic supply, and another items using the electric. This situation leads to many countries, including Indonesia, to look for ways of utilizing the energy utilization to add the electrical supply in meeting the human needs. In addition to rely on the natural limited quantity of fossil fuel, one of directed applications is utilazation of natural renewable energy, for example : energy of water, wind, sun, and thermal. One of very potential renewable energy resources in Indonesia is water energy utilazition and if it is utilized widely in Indonesia, the chance of prolonged electric crisis solution will be great, because there are many potential rivers to be utilized and all of them scatter out in all big islands of Indonesia. The Floating Water Turbine Prototype is a special tool designed to drive the alternator to generate the electric by utilizing the river steram as a work fluide to rotate the turbine and blades. The current generated by the alternator is Direct Current (DC) of which current will be then conversed to Alternating Current (AC) by a certain instruments (e.g, inverter) according to the customer s need. The application of Floating Water Turbine Prototype is very suitable to prepare in rural areas, because in such area there are many irrigation streams functional to irrigate the fields or farming areas, but otherwise can be utilized to generate the electricity, and in addition there are still many rurals that do not enjoy the electrical supply get. The selection of suitable blade model to drive the runner turbine or wind in Floating Water Turbine Prototype is a highest considerations in order to get maximum rotation and electrical power. Therefore, the writer has conducted a convex blade model testing in Floating Water Turbine Prototype to know the magnitude of turbine rotation and force generated by the floating water turbine prototype alternator in comparison with another blade model testing (flat blade model) in the sane tool conducted by another tester. Keywords : Floating Water Turbine Prototype, Force, Rotation, Convex Blade

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang telah melimpahkan berkat dan rahmat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Skripsi yang berjudul Pengujian Sudu Lengkung Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai ini dibuat sebagai syarat akhir bagi mahasiswa Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara untuk menyelesaikan studi studi strata satu. Dalam pembuatan hingga terselesaikannya skripsi ini penulis tak lepas dari bantuan pihak-pihak yang sangat membantu bagi penulis, sehingga pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa terimakasih yang mendalam serta setulus-tulusnya kepada : 1. Ibunda dan Ayahanda tercinta atas dukungan, doa, motivasi, kasih sayang, dan atas segala pengorbanan yang diberikan baik berpa moril maupun materil.. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST.MT selaku dosen pembimbing dan juga Sekretaris Departemen Teknik Mesin yang telah memberikan banyak ilmu dan meluangkan waktunya dalam membimbing penulis selama masa penyelesaian skripsi ini. 3. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, MSc selaku dosen penguji I yang telah memberikan banyak ilmu dan meluangkan waktunya dalam membimbing penulis selama masa penyelesaian skripsi ini.

5 4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom ST. MT selaku dosen penguji II yang telah memberikan banyak ilmu dan meluangkan waktunya dalam membimbing penulis selama masa penyelesaian skripsi ini. 5. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin 6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 7. Rekan-rekan Teknik Mesin, khususnya rekan-rekan stambuk 004 yang selalu memberikan semangat dan dukungan doanya kepada penulis. 8. Serta semua pihak yang banyak membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat memberikan banyak manfaat dan wawasan khususnya bagi penulis dan bagi masyarakat pada umumnya dan dengan senang hati penulis menerima kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. ` Medan, Februari 009 Penulis, EDIS S. SIHOMBING

6 DAFTAR ISI ABSTRAK ABSTRACT KATA PENGANTAR LEMBAR SPESIFIKASI TUGAS KARTU BIMBINGAN SKRIPSI EVALUASI SEMINAR SKRIPSI DAFTAR ISI DAFTAR SIMBOL DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR GRAFIK BAB PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penulisan Manfaat Pengujian Metodologi Penulisan Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Potensi Energi Air Mesin Mesin Fluida... 8

7 .3 Klasifikasi Kincir Air Kincir Air Overshot Kincir Air Overshot Kincir Air Overshot Kincir Air Undershot Kincir Air Breastshot Kincir Air Tub Klasifikasi Turbin Air Turbin Impuls Turbin Pelton Turbin Turgo Turbin Crossflow Turbin Reaksi Turbin Francis Turbin Kaplan & Propeller Pemilihan Tipe Turbin untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Sudu Turbin dan Jenis-Jenis Sudu Turbin Jenis-Jenis Sudu Turbin Sudu Turbin Pelton Sudu Turbin Turgo Sudu Turbin Crosflow Sudu Turbin Francis... 4

8 Sudu Turbin Kaplan... 5 BAB III PENGUJIAN SUDU Sudu Yang Digunakan Bahan dan Model Sudu Jumlah Sudu Kelengkungan Sudu Metodologi Pengujian Waktu dan Tempat Alat Metode Pengumpulan Data Metode Pengolahan Data Pengamatan dan Tahap Pengujian Prosedur Pengujian... 9 BAB IV HASIL DAN ANALISA PEMBAHASAN Data Hasil Pengujian Analisa Daya dan Putaran Alternator di setiap Pemberian Beban Analisa Perhitungan Momen Puntir pada Alternator di setiap Penambahan Beban Lampu Analisa Kecepatan Sudu Prototipe Turbin Air Terapung Setelah Pengujian Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Masuk Analisa Segitiga Kecepatan Pada Sisi Keluar Efesiensi Turbin dan Efesiensi Alternator 53

9 4.5.1 Efesiensi Turbin Efesiensi Alternator.56 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

10 Simbol Keterangan DAFTAR SIMBOL Satuan A luas penampang m Alt Bat C alternator baterai kecepatan absolut fluida masuk F gaya kg/s D diameter turbin m g percepatan gravitasi m/s h head (ketiggian air) m I arus A m massa kg n putaran rpm P daya Watt m/s P d daya rencana kw Q kapasitas aliran T momen puntir kg mm U kecepatan tangensial m/s V tegangan volt v kecepatan air m/s W kecepatan relatif fluida m/s Y kelengkungan sudu cm w kecepatan sudut m/s γ berat jenis fluida kn/m 3 η T efesiensi daya turbin % η A efesiensi daya alternator % θ sudut letak sudu terhadap sumbu poros turbin m 3 s derajat

11 DAFTAR GAMBAR Gambar.1 Kincir air overshot 9 Halaman 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 17 Gambar.8 Turbin Francis 18 Gambar.9 Sketsa Turbin Francis 18 Gambar.10 Turbin Kaplan 19 Gambar.11 Sudu Turbin Pelton 3 Gambar.1 Sudu Turbin Turgo 3 Gambar.13 Sudu Turbin Crosflow 4

12 Gambar.14 Sudu Turbin Francis 4 Gambar.15 Sudu Turbin Kaplan 5 Gambar 3.1 Bentuk sudu yang diuji 6 Gambar 3. Prototipe Turbin Air Terapung 9 Gambar 3.3 Multitester 3 Gambar 3.4 Flowmeter 3 Gambar 3.5 Tachometer 33 Gambar 3.6 Rangkaian pengukuran arus listrik tanpa beban lampu 34 Gambar 3.7 Rangkaian pengukuran tegangan listrik tanpa beban lampu 35 Gambar 3.8 Rangkaian pengukuran arus listrik dengan beban lampu 35 Gambar 3.9 Rangkaian pengukuran tegangan listrik dengan beban lampu 36 Gambar 3.10 Diagram alir pengujian prototipe Turbin Air Terapung 37 Gambar 4.1 Pengambilan data kecepatan air masuk dengan flowmeter 38 Gambar 4. Analisa kecepatan pada sisi masuk 49 Gambar 4.3 Analisa kecepatan pada sisi keluar 51 Gambar 4.4 Analisa kecepatan pada sisi keluar 51

13 DAFTAR TABEL Halaman Tabel.1 Pengelompokan turbin 13 Tabel 4.1 Data Hasil pengujian kecepatan air masuk 38 Tabel 4. Data daya dan putaran hasil pengujian Turbin Air Terapung 4 Tabel 4.3 Hasil analisa perhitungan momen puntir pada alternator disetiap penambahan beban lampu 47

14 DAFTAR GRAFIK halaman Grafik.1a.b Pemilihan tipe turbin untuk PLTMH 1 Grafik 4.1 Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap jumlah pembebanan lampu 43 Grafik 4. Perubahan putaran alternator terhadap jumlah pembebanan lampu 44 Grafik 4.3 Perbandingan daya pengisian (cas) alernator ke baterai terhadap putaran alternator 45 Grafik 4.5 Perubahan momen puntir alternator terhadap putaran poros alternator 48

15 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang 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,

16 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.

17 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 prototipe turbin air terapung, menggunakan model sudu lengkung 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 skripsi ini adalah sebagai berikut : 1. Survey lapangan, berupa peninjauan ke lokasi dan diskusi dengan pihakpihak yang terkait.

18 . 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. 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 skripsi ini. 5. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing, mengenai isi pengujian serta masalah-masalah yang timbul selama penyusunan skripsi ini Batasan Masalah Dalam skripsi ini dibatasi perencanaan data yang diambil. Untuk pengambilan data tersebut berasal dari data hasil pengujian dan pengamatan di lapangan. Masalahmasalah yang dibahas dalam penelitian adalah : 1. Penentuan spesifikasi peralatan dan perlengkapan prototipe turbin air terapung yang akan di uji di lapangan.. Penentuan bahan dan jenis sudu yang digunakan pada prototipe turbin air terapung yang akan di uji dilapangan. 3. Analisa kapasitas daya yang dihasilkan oleh prototipe turbin air terapung setelah pengujian di aliran sungai Namu Sira-Sira terhadap kapasitas daya yang direncanakan semula. 4. Analisa daya pengujian prototipe dengan memberikan variasi beban lampu

19 5. Analisa grafik hasil pengujian prototipe turbin air terapung. 6. Efesiensi turbin dan alternator dari turbin air terapung itu sendiri Sistematika Penulisan Sistematika penulisan skripsi ini dibagi dalam beberapa bab, yaitu pada bab I pendahuluan, dimana dijelaskan mengenai latar belakang penulisan, tujuan penulisan,manfaat penulisan, metodologi penulisan, batasan masalah dan sistematika penulisan.pada bab II tinjauan pustaka yang menjelaskan pembahasan materi mesin fluida, klasifikasi turbin air, sudu turbin dan jenis-jenis sudu turbin. Selanjutnya pada bab III pengujian sudu, menjelaskan bentuk sudu yang digunakan atau diuji, metodologi pengujian, data spesifikasi alat-alat yang digunakan pada turbin air terapung dan alat-alat yang digunakan untuk pengujian. Pada bab IV hasil dan analisa pembahasan berisikan tentang data-data yang diperoleh dari lapangan yang akan dihitung berdasarkan rumus-rumus pada bab II dan dibuat dalam bentuk grafik dan analisa grafik,perhitungan efesiensi turbin dan alternator. Kesimpulan dan saran dijelaskan pada bab V, dimana kesimpulan yang diambil diperoleh dari seluruh perhitungan dan analisa 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 lengkung yang digunakan selama pengujian dan transaksi biaya pembuatan prototipe turbin air terapung

20 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 (bendungan) 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 = mgh (Lit.8 hal 10) m adalah massa air (kg) h adalah head (m)

21 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 potensial air (Watt) Q adalah kapasitas aliran m 3 s ρ adalah densitas air kg 3 m Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat diperoleh dari aliran air datar. Dalam hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik 1 E = mv (Lit.8 hal 10)

22 Dimana : 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

23 Merupakan mesin fluida yang berfungsi mengubah energi fluida menjadi energi mekanis pada poros, misalnya: Turbin Air, Turbin Uap, Turbin Gas, dan lain-lain..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. Kincir air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis kincir air yang lain. Gambar.1 Kincir Air Overshot

24 Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air overshot adalah : Keuntungan a. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%. b. Tidak membutuhkan aliran yang deras. c. Konstruksi yang sederhana. d. Mudah dalam perawatan. e. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir. Kerugian a. Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan air, memerlukan investasi yang lebih banyak. b. Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi. c. Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan. d. 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. 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.

25 Gambar. Kincir Air Undershot Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air undershot adalah : Keuntungan a. Konstruksi lebih sederhana. b. Lebih ekonomis. c. Mudah untuk dipindahkan. Kerugian a. Efisiensi kecil. b. Daya yang dihasilkan relatif kecil.

26 .3.3 Kincir Air Breastshot Kincir air breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini memperbaiki kinerja dari kincir air tipe undershot. Gambar.3 Kincir Air Breastshot Sumber. Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air breastshot adalah : Keuntungan a. Tipe ini lebih efisien dari tipe undershot. b. Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek. c. Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar. Kerugian

27 a. Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit). b. Diperlukan dam pada arus aliran datar. c. 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. Karena arah gaya dari pancuran air menyamping maka, energi yang diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik. Gambar.4 Kincir Air Tub Sumber. Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan kincir air tub adalah : Keuntungan a. Memiliki konstruksi yang lebih ringkas.

28 b. Kecepatan putarnya lebih cepat. Kerugian a. Tidak menghasilkan daya yang besar. b. 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. Tabel.1 Pengelompokan Turbin (DP 7) JENIS high medium head low head TURBIN head impulse Pelton cross-flow cross-flow turbines Turgo multi-jet Pelton Turgo reaction Francis propeller

29 turbines 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 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. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi. Gambar.5 Turbin Pelton Sumber.

30 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 sehingga 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. Gambar.5a. Sudu Turbin Pelton Sumber: Gambar.5b Nosel Sumber:

31 .4.1. Turbin Turgo Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impuls, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nosel membentur sudu pada sudut 0 0. 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. Gambar.6. Sudu Turbin Turgo dan Nosel 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. 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 nosel 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

32 turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. Gambar.7. Turbin Crossflow Sumber: 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.

33 .4..1 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 Turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat. Gambar.8 Turbin Francis Sumber.

34 Gambar.9. Sketsa Turbin Francis Sumber : Turbin Kaplan & Propeller Turbin Kaplan dan Propeller merupakan turbin reaksi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu. Gambar.10. Turbin Kaplan Sumber.

35 .4.3 Pemilihan Tipe Turbin untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Pada dasarnya pemilihan tipe turbin untuk PLTMH sama seperti pemilihan tipe turbin pada PLTA konvensional yang pernah ada. Dasar pemilihan tipe turbin sebagai penggerak generator pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) terlebih dahulu harus diketahui besaran Head (meter), debit air (m3/detik), dan besarannya kecepatan putar turbin (n). Kecepatan putaran turbin diperoleh dengan mengetahui kecepatan air yang akan masuk sudu-sudu turbin, dengan merubah kecepatan linear menjadi kecepatan keliling (sentrifugal) pada poros turbin tersebut yang disebut dengan kecepatan keliling dengan persamaan : (Lit 7 hal 67) U1 = D x π x n Dimana: U1 = Kecepatan Keliling (m/s) D = Diameter Roda Turbin (m) n = Putaran Turbin (rpm) Dalam pemilihan kecepatan putaran sedapatnya ditentukan setinggi mungkin, karena dengan kecepatan putar yang tinggi akan didapat momen punter (kopel) yang kecil, poros yang kecil, dan diameter roda turbin yang kecil, sehingga akan membuat ukuran generator lebih kecil. Kecepatan keliling (U1) meningkat dengan membesarnya putaran. Selanjutnya yang sangat penting untuk diketahui dalam merencanakan turbin adalah menentukan kecepatan spesifik (nq ) yang akan sangat

36 menentukan dalam perencanaan tipe turbin yang akan digunakan dalam PLTMH. Besar kecepatan spesifik ( nq) dapat diperoleh dengan rumus: (Lit.7 hal 65) Dimana: n = Jumlah putaran (rpm) V = Kapasitas air ( m3/detik) H = Head/ tinggi air jatuh (m) Selain dengan menggunakan rumus diatas, nilai dapat juga diperoleh dengan menggunakan grafik kecepatan spesifik dibawah ini setelah diketahui besar nilai head, putaran turbin, dan kapasitas air. Setelah mengetahui kecepatan spesifik tersebut dapat ditentukan jenis turbin yang akan digunakan. Apakah akan digunakan turbin propeller, pelton, cross flow atau yang lainnya. Penentuan jenis turbin untuk PLTMH juga dapat secara langsung melalui grafik dibawah berikut setelah diketahui nilai kecepatan spesifik dari cara perhitungan diatas.

37 Sumber : Keterangan grafik : Grafik.1a Pemilihan tipe turbin untuk PLTMH

38 Sumber : Grafik.1b Pemilihan tipe turbin untuk PLTMH.4.4. Sudu Turbin dan Jenis- Jenis Sudu Turbin Sudu (blade) merupakan bagian turbin yang berfungsi untuk menggerakkan roda turbin akibat adanya fluida kerja ( air, angin, uap, dll ) yang menggerakkannya, atau mengubah energi potensial menjadi energi kinetik, dimana bentuk sesuai dengan fluida kerja yang menggerakkannya dengan dimensi sesuai dengan kebutuhan untuk menggerakkan roda turbin Jenis-Jenis Sudu Turbin Sudu Turbin Pelton

39 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. Gambar.11 Sudu Turbin Pelton Sudu Turbin Turgo Bentuk sudu sama dengan turbin pelton namun pancaran air nosel membentur sudu pada sudut 0 0. Gambar.1 Sudu Turbin Turgo

40 Sudu Turbin Crosflow 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 parallel. Gambar.13 Sudu Turbin Crosflow Sudu Turbin Francis Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada Turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.

41 Gambar.14 Sudu Turbin Francis Sudu Turbin Kaplan Sudu Turbin Kaplan bentuknya mirip dengan propeller perahu dan biasanya terdiri dari 6 buah. ` Gambar.15 Sudu Turbin Kaplan

42 BAB III PENGUJIAN SUDU 3.1 Sudu Yang Digunakan Bahan Sudu dan Model Sudu Bentuk sudu yang digunakan dan diuji adalah model sudu lengkung dengan ukuran penampang dimana lebar sudu 19 cm dan panjang sudu 49 cm dengan bahan sudu dibuat dari plat ST-37 dengan tebal mm. Gambar 3.1 Bentuk sudu yang diuji 3.1. Jumlah Sudu (N) Untuk menentukan jumlah sudu pada Turbin air terapung didapatkan dari persamaan : (Lit. 7 hal 76) Dimana : N πdt = t

43 N = jumlah sudu D t = diameter turbin = 0,75 m t = jarak antar sudu (m) Jarak antar sudu (t) dapat dihitung dari persamaan : (Lit. 4) t = s i sinθ s i = k D t Dimana : k = konstanta tetapan = 0,13 ϑ = sudut yang dibentuk oleh letak sudu lengkung terhadap sumbu vertikal poros = 30 0 maka : s i = k D t s i = 0,13 x 0,75 s i = 0,0975 m Jadi t = s i sinθ t = 0, sin 30 t = 0,195 m sehingga :

44 N N N N πdt = t x 0,75 = π 0,195 = 1,07 = 1 buah Jadi jumlah sudu lengkung yang digunakan adalah 1 buah dengan posisi letaknya 30 0 terhadap sumbu poros turbin Kelengkungan Sudu ( Y ) Untuk menghitung kelengkungan sudu yang digunakan pada prototipe turbin air terapung didapat dari persamaan : (Lit. 4) Y = 0,36 x r 1 ( inch ) Dimana r 1 = jari-jari turbin = 0,375 m = 95,5 inch maka Y = 0,36 x r 1 ( inch ) Y = 0,36 x 95,5 = 31,05 inch = 1,5 cm Jadi kelengkungan sudu adalah 1,5 cm.

45 3. 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 merupakan alat yang akan diuji. Gambar 3. Prototipe Turbin Air Terapung Adapun spesifikasi peralatan dan perlengkapan yang digunakan pada Turbin Air terapung adalah sebagai berikut : 1. Peralatan turbin air terapung b) Poros Bahan : SC-45 Diameter poros : 1 inch ( 5,4 mm )

46 : 1 1 inch ( 3 mm ) 4 c) Bantalan (Bearing) Bahan Type : Baja Karbon : Ball bearing d) Puli ( pulley) Nomor bantalan : P 05 ( untuk diameter poros 1 inch ) P 07 ( untuk diameter poros 1 1 inch ) 4 Bahan Jumlah puli Diameter puli I Diameter puli II Diameter puli III Diameter puli IV : S-45C : 4 buah : 36 mm : 145 mm : 36 mm : 7 mm e) Sabuk ( V-Belt) Bahan Jumlah sabuk : Karet : buah Tipe sabuk I : A-6 Tipe sabuk II : B-117 Merk sabuk : Mitshubishi f) Sproket Bahan : Baja Karbon

47 Jumlah sproket Diameter Sproket I : buah : 84,50 mm Diameter Sproket II : 36,54 mm Jumlah gigi Sproket I : 45 buah Jumlah gigi Sproket II : 15 buah g) Rantai (chain) Bahan Type : S-45C : rantai rol Nomor : 50 Jumlah mata rantai : 106 mata rantai. Perlengkapan turbin air terapung a. Alternator Pabrikan / merk Putaran maksimum Putaran minimum Voltase Arus Maksimum Aplikasi / Fungsi : Toyota : 1500 rpm : 1000 rpm : 1 Volt : 30 Ampere : Penghasil arus listrik b. Baterai mobil Pabrikan / Merk Voltase Arus : NS-40 : 1 Volt : 3 Ampere c. Lampu

48 Voltase Ampere Daya : 1 V : 1,84 A : 5 W. Multitester untuk mengukur arus dan tegangan yang dihasilkan. Gambar 3.3 Multitester 3. Flowmeter untuk mengukur kecepatan arus aliran sungai. Gambar 3.4 Flowmeter

49 4. Tachometer untuk mengukur besar putaran turbin. Gambar 3.5 Tachometer 5. Beberapa lampu listrik dengan daya 5 Watt untuk pembebanan, dan kabel listrik. 1. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci Inggris, kunci ring, kunci L, obeng, tang, palu, dan lain sebagainya Metode Pengumpulan Data Data yang dipergunakan dalam pengujian ini merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada alat ukur pengujian Metode Pengolahan Data Data yang diperoleh diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.

50 3..4 Pengamatan dan tahap pengujian Pada pengujian ini yang akan diamati adalah : 1. Parameter arus (I) dan parameter tegangan (V). Parameter putaran turbin dan putaran alternator (rpm) 3. Parameter kecepatan arus sungai ( v ) 4. Effisiensi turbin ( η T ) dan efesiensi alternator ( η A ) 3..5 Prosedur Pengujian Prosedur pengujian dapat dilakukan dengan beberapa tahap antara lain : 1. Pengukuran kecepatan air dengan menggunakan alat ukur flowmeter kemudian mencatat hasilnya.. Pengukuran putaran turbin dengan menggunakan alat ukur tachometer kemudian mencatat hasilnya. 3. Pengukuran arus dan tegangan yang dihasilkan alternator dengan alat ukur multitester dapat dilakukan dengan cara atau rangkaian sebagai berikut : a. Rangkaian pengukuran arus listrik ( I 1) tanpa beban lampu atau pengisian (charger) alternator terhadap baterai digambarkan sebagai berikut : I (+) I (-) (+} Alt (-) (+) (-) Bat Gambar 3.6 Rangkaian pengukuran arus listrik ( I 1) tanpa beban lampu

51 b. Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( V 1 ) tanpa beban lampu atau besar tegangan yang dicharger alternator terhadap baterai digambarkan sebagai berikut : I (+) V (-) (+} Alt (-) (+) (-) Bat Gambar 3.7 Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( V 1 ) tanpa beban lampu c. Rangkaian pengukuran arus listrik ( I ) dengan beban lampu digambarkan sebagai berikut : I (+) I (-) (+} L Alt (-) L (+) (-) Bat Gambar 3.8 Rangkaian pengukuran arus listrik ( I ) dengan beban lampu d. Rangkaian pengukuran tegangan listrik ( V ) dengan beban lampu dapat digambarkan sebagai berikut :

52 I (+) V (-) (+} L Alt (-) L (+) (-) Bat Gambar 3.9 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 alternator turbin menghasilkan arus listrik (tidak melebihi daya pengisian (cas) alternator ke baterai sebelum adanya pembebanan lampu). 4. Mengulang pengujian beberapa kali dengan metode yang sama, dalam hal ini dilakukan 5 kali pengujian untuk mendapatkan data pengujian yang lebih maksimal.

53 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 alternator turbin dengan beban 1,,3 lampu sampai mencapai limit daya yang dihasilkan alternator turbin. Mengulang pengujian beberapa kali (5 kali pengujian)dengan metode yang sama Menganalisa data hasil pembacaan alat ukur dengan rumus empiris Berhenti Selesai Gambar 3.10 Diagram alir Pengujian Prototipe Turbin Air Terapung

54 BAB IV HASIL DAN ANALISA PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Pengujian a. Kecepatan air masuk Adapun data hasil pengujian kecepatan air masuk dengan menggunakan alat ukur flowmeter dilakukan sebanyak 10 kali pengujian dengan cara pengambilan data ditunjukkan seperti gambar sebagai berikut : Gambar 4.1 pengambilan data kecepatan air masuk dengan alat ukur flowmeter Tabel 4.1 Data hasil pengujian kecepatan air masuk Percobaan Kecepatan air masuk (m/s) 1,75 1,73 1,74 1,74 1,75 1,75 1,77 1,77 1,75 1,76 Dari data hasil pengujian kecepatan air masuk menggunakan alat ukur flowmeter diatas dapat dihitung rata-rata kecepatan air masuk ( v ) adalah : v = v1 + v + v3 + v4 + v5 + v6 + v7 + v8 + v9 + v10 banyak pengujian v = 1,75 + 1,73 + 1,74 + 1,74 + 1,75 + 1,75 + 1,77 + 1,77 + 1,75 + 1,76 10

55 v = 1,75 m/s Maka kecepatan air masuk ( v ) adalah 1,75 m/s b. Data daya dan putaran hasil pengujian Turbin Air Terapung Dari hasil pengukuran dengan alat ukur berupa multitester dan tachometer pada pengujian prototipe turbin air terapung yang menggunakan sudu lengkung, diperoleh data sebagai berikut : 1. Untuk tanpa pembebanan lampu, diperoleh : a) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) : 9,03 Ampere b) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 13,95 Volt c) Putaran alternator (n 1 ) : 1088 rpm d) Putaran poros sudu (n ) : 9 rpm. Untuk pembebanan dengan menggunakan 1 lampu (5 Watt) : a) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) : 7,68 Ampere b) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 1,7 Volt c) Putaran (n 1 ) : 1083 rpm d) Putaran poros sudu (n ) : 8 rpm 3. Untuk pembebanan dengan menggunakan lampu (50 Watt) : a) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) : 5,84 Ampere b) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 13,0 Volt c) Putaran alternator (n 1 ) : 1075 rpm d) Putaran poros sudu (n ) : 8 rpm 4. Untuk pembebanan dengan menggunakan 3 lampu (75 Watt) : a) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) : 3,96 Ampere

56 b) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 1,85 Volt c) Putaran (n 1 ) : 1064 rpm d) Putaran poros sudu (n ) : 7 rpm 5. Untuk pembebanan dengan menggunakan 4 lampu (100 Watt) : a) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) :,19 Ampere b) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 1,6 Volt c) Putaran (n 1 ) : 1046 rpm d) Putaran poros sudu (n ) : 7 rpm 6. Untuk pembebanan dengan menggunakan 5 lampu (15 Watt) : a) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) : 0,008Ampere b) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 1,01Volt c) Putaran (n 1 ) : 101 rpm d) Putaran poros sudu (n ) : 7 rpm 7. Untuk pembebanan dengan menggunakan 6 lampu (150 Watt) : e) Arus yang diisi dari alternator ke baterai (I 1 ) : 0 f) Tegangan yang diisi dari alternator ke baterai (V 1 ) : 0 g) Putaran (n 1 ) : 975 rpm h) Putaran poros sudu (n ) : 6 rpm 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

57 tergantung pada besar beban ( lampu) yang digunakan, sehingga dapat dihitung besar daya pengisian alternator ke baterai dengan menggunakan rumus : P = V I (Watt)... (Lit 9. Hal 8) maka daya yang dihasilkan alternator : 1. Untuk tanpa pembebanan lampu, diperoleh : P 1 = V 1 x I 1 = 13,95 x 9,03 = 15,97 Watt. Untuk pembebanan dengan menggunakan 1 lampu (5 Watt) : P 1 = V 1 x I 1 = 13,7 x 7,68 = 101,9 Watt 3. Untuk pembebanan dengan menggunakan lampu (50 Watt) : P 1 = V 1 x I 1 = 13,0 x 5,84 = 75,9 Watt 4. Untuk pembebanan dengan menggunakan 3 lampu (75 Watt) : P 1 = V 1 x I 1 = 1,85 x 3,96 = 50,9 Watt 5. Untuk pembebanan dengan menggunakan 4 lampu (100 Watt) : P 1 = V 1 x I 1 = 1,6 x,19

58 = 6,85 Watt 6. Untuk pembebanan dengan menggunakan 5 lampu (15 Watt) : P 1 = V 1 x I 1 = 1,01 x 0,008 = 0,1 Watt Dari perhitungan data diatas, dapat ditampilkan dalam bentuk tabel yakni sebagai berikut : Tabel 4. Data daya dan putaran hasil pengujian Turbin Air Terapung Jumlah lampu I 1 ( Ampere ) V 1 ( Volt ) P ( 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 = Daya pengisian alternator ke baterai = I 1 x V 1 (Watt) n 1 = Putaran turbin (rpm)

59 n = Putaran alternator (rpm) Untuk pembebanan 6 lampu, alternator tidak menghasilkan daya atau alternator tidak mengisi (cas) lagi ke baterai, karena daya beban lampu total telah melebihi daya alternator sebelum adanya pemberian penambahan beban lampu yaitu 15,97 Watt, dan juga putaran dari alternator kurang dari 1000 rpm, sementara alternator sendiri membutuhkan 1000 rpm agar dapat menghasilkan daya ( sesuai dengan spesifikasi alternator 30A 1V pada putaran minimum 1000 rpm dan putaran maksimum 1500 rpm). Analisa perhitungan data hasil pengujian di atas dapat ditampilkan kedalam bentuk grafik untuk mengetahui fenomena yang terjadi pada perbandingan daya dan putaran terhadap jumlah beban lampu yang digunakan yaitu sebagai berikut : Daya Pengisian Alternator ke Baterai (Watt) R = Jumlah Lampu Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap penambahn pembebanan lampu yang diuji Linear (Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap penambahn pembebanan lampu yang diuji) Grafik 4.1 Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap jumlah pembebanan lampu

60 Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa daya pengisian (cas) yang dihasilkan oleh alternator ke baterai hanya cukup digunakan dengan 5 pembebanan lampu yang mana daya 1 lampu sebesar 5 Watt, makin besar jumlah pembebanan lampu, maka daya pengisian (cas) alternator ke baterai akan semakin berkurang. Dari grafik diatas juga dapat diketahui bahwa masih terdapat kesalahan-kesalahan pengukuran pada saat pengambilan data di lapangan, hal ini dapat dilihat dari nilai R pada regresi linearnya tidak mencapai angka 1. Hubungan perubahan putaran di poros alternator terhadap adanya penambahan pembebanan lampu, dapat dilihat pada graik di bawah ini yaitu : Putaran Alternator (rpm) R = Jumlah Lampu Perubahan putaran alternator terhadap penambahan pembebanan lampu yang diuji Poly. (Perubahan putaran alternator terhadap penambahan pembebanan lampu yang diuji) Grafik 4. Perubahan putaran alternator terhadap jumlah pembebanan lampu Dari grafik di atas dapat dianalisa bahwa putaran di poros alternator polynomial terhadap jumlah beban lampu, dimana semakin besar pembebanan lampu yang diberikan, maka putaran di poros alternator juga akan semakin berkurang. Dari grafik diatas juga dapat diketahui bahwa masih terdapat kesalahan-kesalahan

61 pengukuran pada saat pengambilan data di lapangan, hal ini dapat dilihat dari nilai R pada regresi linearnya tidak mencapai angka R = Daya Pengisian Alternator ke Baterai (Watt) Putaran Alternator (rpm) Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap putaran alternator yang diuji Poly. (Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap putaran alternator yang diuji) Grafik 4.3 Perubahan daya pengisian (cas) alternator ke baterai terhadap putaran alternator Dari grafik dapat dianalisa bahwa besar daya pengisian ke baterai polynomial terhadap perubahan putaran di poros alternator, dimana semakin besar putaran poros alternator maka semakin besar pula daya pengisian (cas) yang dihasilkan oleh alternator ke baterai. Dari grafik diatas juga dapat diketahui bahwa masih terdapat kesalahan-kesalahan pengukuran pada saat pengambilan data di lapangan, hal ini dapat dilihat dari nilai R pada regresi linearnya tidak mencapai angka 1.

62 4.3. Analisa perhitungan momen puntir pada alternator di setiap penambahan beban lampu Dari data tabel dan grafik di atas, dapat dihitung momen puntir ( T 1 ) yang terjadi pada alternator disetiap adanya penambahan beban lampu dengan daya lampu ( 5 Watt ) yaitu dari persamaan : T = 9, P (Lit.3 hal 36) n Dimana : T = Momen puntir Alternator (kg mm) P = Daya alternator (kw) n = Putaran alternator ( rpm ) maka : 1. Momen puntir tanpa pembebanan lampu ( T 1 ) T 1 = 9, P n T 1 = 9, , T 1 = 11,77 kg mm. Momen puntir dengan pembebanan 1 lampu ( T ) T = 9, P n T = 9, , T = 113,9 kg mm

63 3. Momen puntir dengan pembebanan lampu ( T 3 ) T 3 = 9, P n T 3 = 9, , T 3 = 114,13 kg mm 4. Momen puntir dengan pembebanan 3 lampu ( T 4 ) T 4 = 9, P n T 4 = 9, , T 4 = 115,31 kg mm 5. Momen puntir dengan pembebanan 4 lampu ( T 5 ) T 5 = 9, P n T 5 = 9, , T 5 = 117,9 kg mm 6. Momen puntir dengan pembebanan 5 lampu ( T 6 ) T 6 = 9, P n T 6 = 9, , T 6 = 11,3 kg mm

64 Dari perhitungan di atas bahwa momem puntir maksimum terjadi pada putaran 101 rpm di alternator yaitu sebesar 11,3 rpm. Hasil analisa perhitungan momen puntir pada alternator diatas dapat dibuat dalam tabel sebagai berikut : Tabel 4.3 Hasil analisa perhitungan momen puntir pada alternator disetiap penambahan beban lampu. Jumlah Beban lampu n 1 (rpm) P 1 (Watt) Momen Puntir (kgmm) , , , , , ,97 11,3 Analisa perhitungan momen puntir diatas juga dapat ditampilkan kedalam bentuk grafik untuk mengetahui fenomena yang terjadi pada perbandingan momen puntir dengan daya dan putaran pada alternator antara lain :

65 1.00 R = Momen Puntir Alternator (kg mm) Putaran Alternator (rpm) Perubahan momen puntir alternator terhadap putaran alternator Linear (Perubahan momen puntir alternator terhadap putaran alternator) Grafik 4.4 Perubahan momen puntir alternator terhadap putaran poros alternator Dari grafik diatas dapat dianalisa bahwa besar perubahan momen puntir linear terhadap perubahan putaran di poros alternator. Besar perubahan beban puntir alternator dipengaruhi perubahan putaran di poros alternator yang diakibatkan adanya variasi beban lampu yang diberikan, dimana semakin besar putaran poros alternator maka beban puntir yang dialami oleh poros alternator tersebut akan semakin kecil. Dalam hal ini dapat disimpulkan bahwa analisa tersebut sesuai dengan rumus teori untuk menghitung besar beban puntir pada poros alternator, dimana besar harga momen puntir alternator bergantung pada perbandingan daya yang dihasilkan alternator terhadap putaran poros alternator sendiri. Dari grafik diatas juga dapat diketahui bahwa masih terdapat kesalahan-kesalahan pengukuran pada saat pengambilan data di lapangan, hal ini dapat dilihat dari nilai R pada regresi linearnya tidak mencapai angka 1.