PERCOBAAN TURBIN PELTON A. TUJUAN PERCOBAAN Tujuan dari pelaksanaan percobaan ini adalah untuk mempelajari prinsip kerja dan karakteristik performance turbin air (pelton). Karakteristik performance turbin air dapat dipelajari dengan mengamati: 1. Debit dan kecepatan air 2. Head turbin 3. output (BHP) 4. daya air (WHP) 5. efisiensi (η) B. ALAT DAN BAHAN 1. 1 Turbin Pelton Demonstrator 2. Tachometer Digital 3. Stopwatch C. TEORI DASAR Turbin dapat bergerak apabila ada energi dari fluida yang menggerakkannya. Dari prinsip kerjanya, turbin dapat dikatakan sebagai mesin yang digerakkan oleh fluida yang ber-density konstan. Aliran fluida yang terjadi pada turbin adalah aliran incompressible, yaitu aliran dengan Mach number M 0,3. Turbin air dapat diklasifikasikan menjadi dua macam, yaitu: 1. Turbin aksi (turbin impuls), contoh: turbin pelton 2. turbin reaksi, contoh: turbin francis (tipe radial) dan turbin kaplan (tipe aksial) Perbedaan antara turbin aksi dan reaksi adalah bahwa pada turbin aksi, perubahan momentum atau ekspansi dari fluida kerja terjadi pada nozzle atau diluar roda sudu, sedang pada turbin reaksi terjadi pada permukaan lengkung sudunya. Laboratorium Mekanika Fluida hal. 18
Turbin air merupakan suatu peralatan konversi energi dengan fluida kerja air, dan proses yang terjadi adalah perubahan energi kinetik air menjadi energi mekanis yang berupa putaran poros. Turbin air sering digunakan untuk pembangkit tenaga listrik. Desain dari turbin air akan ditentukan oleh kegunaannya. Turbin air yang didesain untuk kegunaan tertentu akan mengalami perubahan kondisi di lapangan. Hal ini menyebabkan terjadinya penurunan efisiensi pada turbin air, sehingga turbin air tidak dapat bekerja secara optimal. Oleh karena itu perlu adanya pengetahuan tentang karakteristik turbin air untuk mengetahui hal tersebut. Pada percobaan ini, air yang digerakkan oleh pompa dipakai untuk memutar sudu-sudu turbin pelton dengan bantuan nozzle. Sehingga terjadi perubahan energi listrik yang dibutuhkan oleh pompa menjadi energi kinetis air, selanjutnya akan diubah menjadi energi mekanis poros yang dapat diamati sebagai energi pengereman dari rem. Head Turbin Head turbin adalah head netto kecepatan, yaitu energi kinetik spesifik air, yang langsung dimanfaatkan untuk memutar poros turbin. Skema dari instalasi percobaan adalah: Gambar 2.1 Skema instalasi percobaan turbin pelton Laboratorium Mekanika Fluida hal. 19
Tinggi Head dapat diperoleh dari rumus : p H. g ; 1000 kg m g 9,81m s 2 3 H adalah Head indikatif yang dimiliki fluida dan diberikan kepada sudu-sudu turbin : Perhitungan Torsi Torsi diperoleh dari gaya yang terjadi pada turbin dapat dihitung dengan rumus ; Dimana : F F1 F2 Momen gaya x panjang lengan D M F. ( Nm) ; D 50mm 2 Perhitungan Turbin(Pout) Turbin Momen x kec. angular n P.2.. ; 1 out M Watt n dalam 60 mnt Perhitungan Hidrolik (Phyd) hidrolik dapat dihitung dengan rumus :. 5 Vp..10. Phyd ( Watt ) ; V dalam 1000.60 ltr mnt Laboratorium Mekanika Fluida hal. 20
Perhitungan Efisiensi Tabel Data Untuk karakteristik turbin Tanggal : Temperatur : Tekanan : Debit: (ltr/mnt) F (N) Momen M (Nm) P out (Watt) Air P hyd (Watt) Efisiensi η (%) Tabel Data untuk Kurva Turbin Tanggal: Temperatur: Tekanan: Posisi Nozel Posisi Nozzel Posisi Nozzel Debit Debit Debit F ( N) P out (W) F ( N) P out (W) F ( N) P out (W) Laboratorium Mekanika Fluida hal. 21
D. Sketsa Alat Uji E. Prosedur Percobaan 1. Letakkan peralatan ke atas Unit HM 150 2. Sambungkan pipa pada peralatan dengan tangki air dari unit HM 150 dengan menggunakan selang. 3. Kendurkan beban pengereman turbin dengan memutar handwheel (8) hingga pegasnya seimbang dan sabuknya tidak lagi ditarik oleh pully. 4. Katup HM 150 dalam kondisi tertutup kemudian hidupkan pompa HM 150. Perlahan-lahan buka katup penyaluran. 5. Untuk pengambilan data karakteristik turbin : a. Buka katup HM 150 hingga tekanan menunjukan 0,2 bar ( H = 2 m ) b. Catat kapasitas (Q) aliran ( ltr/mnt) c. Posisi Nozzel berada pada skala 0 (nol) d. Lakukan pengambilan data putaran pully mulai beban pengereman 0 N, 0,5 N, 1 N, 1,5 N,.. 9 N e. Setiap pengambilan data dilakukan sebanyak 3 5 kali. f. Lengkapi data yang disediakan pada tabel 6. Untuk pengambilan data turbin : Laboratorium Mekanika Fluida hal. 22
a. Atur posisi skala Nozzel pada posisi 0 4 b. Atur katup HM 150 hingga tekanan menunjukkan 0,2 Bar ( H = 2 m) c. Untuk setiap perubahan posisi skala Nozzel catat Kapasitas Aliran (Q) d. Lakukan pengambilan data putaran pully untuk setiap berubahan beban pengereman. Mulai dari 0 N 9 N e. Hitung yang dihasilkan Turbin ( P out ) 7. Buatlah Kurva karakteristik Turbin yang menunjukkan hubungan antara an Pully Momen, an Pully P out dan an η 8. Buat kurva Turbin yang menunjukkan hubungan antara putaran dan P out, untuk masing-masing posisi skala Nozzel. 9. Buat analisa daya yang telah diperoleh dalam bentuk laporan a. Grafik fungsi Q terhadap n b. Grafik fungsi H terhadap Q c. Grafik fungsi η terhadap n d. Grafik fungsi η terhadap BHP e. Grafik fungsi η terhadap Q f. Grafik fungsi BHP terhadap Q g. Grafik fungsi η terhadap WHP h. Grafik fungsi F terhadap n i. Grafik fungsi WHP terhadap n j. Grafik fungsi BHP terhadap n Laboratorium Mekanika Fluida hal. 23
Penyusunan Laporan Sampul depan Sampul dalam Lembar Asistensi Lembar Pengesahan Kata Pengantar Daftar Simbol Daftar Gambar Daftar Tabel (jika ada) Daftar Isi Bab I Pendahuluan - Latar Belakang - Tujuan Percobaan Bab II Dasar Teori - Prinsip Kerja Turbin - Persamaan Energi - Head Turbin - Head Losses - Air - - Turbin - Efisiensi Bab III Prosedur Percobaan - Skema instalasi - Metodologi percobaan Bab IV Perhitungan dan analisa data - Data hasil perhitungan - Analisa Grafik - Kurva karakteristik Turbin - Kurva Turbin Bab V Penutup - Kesimpulan - Saran Lampiran-Lampiran Laboratorium Mekanika Fluida hal. 24