PRESTASI POMPA SENTRIFUGAL DENGAN

IMPELER TERTUTUP SEBAGAI TURBIN AIR

No.745 / TA / FT-USD / TM / Januari / 2007

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh :

Nama : Teli Handayani

NIM : 015214033

PROGRAM STUDI TEKNIK MESINJURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGIUNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA2007

THE PERFORMANCE OF A CENTRIFUGAL PUMP

WITH CLOSED IMPELLER AS WATER TURBINE

No.745 / TA / FT-USD / TM / JANUARY/2007

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirementsfor the degree of Sarjana Teknik

in Mechanical Engineering

Presented by :

Teli HandayaniStudent Number: 015214033

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMMECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENTFACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITYYOGYAKARTA

2007

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 3 Oktober 2007

Teli Handayani

INTISARI

Krisis energi dan dampak pencemaran lingkungan mendorong penggunaan sumber energi alternative yang salah satunya berasal dari air. Pompa sebagi turbin cocok digunakan sebagai teknologi terapan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik terutama yang tinggal didaerah dengan banyak sungai. Penelitian pompa sebagai turbin ini bertujuan untuk mengetahui prestasi pompa sentrifugal yang digunakan sebagai turbin dari setiap variasi debit air masukan.

Alat yang digunakan dalam penelitian yaitu : pompa sebagai turbin dengan spesifikasi : debit air maksimum = 0,005m³/detik, Head maksimum = 18 m, Head isap maksimum = 9 m dan putaran kerja = 2900 rpm; pompa sumber; alternator; T-jungtion; pipa-pipa; alat-alat ukur; dll. Penelitian dimulai dengan merancang dan merangkai pipa-pipa untuk mengalirkan air dari bak sirkulasi ke pompa sumber, kemudian ke t-jungtion, pada t-jungtion terdapat katub yang mengatur debit air yang masuk ke pompa sebagai turbin. Air yang keluar dari pompa sebagai turbin dialirkan ke bak dan sisa air yang tidak masuk ke pompa sebagai turbin dialirkan kembali ke bak melalui saluran bypass. Setelah semua terpasang dilakukan percobaan awal, kemudian baru dilakukan tahap pelaksanaan dan pengambilan data. Dalam penelitian ini data yang diambil yaitu : tekanan pada saluran masuk dan saluran keluar turbin, putaran pada poros turbin, tegangan dan arus yang dihasilkan setiap pembebanan, dan jumlah air yang keluar dari turbin per satuan waktu yang terukur. Dari hasil penelitian didapat efisiensi tertinggi sebesar 5,74 % pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m dan Nq = 10,748 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 5,964 Watt . Daya terbesar yang dihasilkan 22,176 W pada Debit = 0,00385 m³/detik dan Nq = 15,508 rpm.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat yang

dianugerahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas

Akhir ini. Tugas Akhir ini adalah salah satu syarat dalam menyelesaikan studi di

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.Terwujudnya penyelesaian penulisan Tugas Akhir ini tidak terlepas

dari bantuan banyak pihak, oleh karena itu sudah sepantasnya penulis

menghaturkan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir.Greg. Heliarko, SJ., SS., B.ST., M.A., M.Sc., selaku Dekan

Fatultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T, selaku Ketua Prodi Teknik Mesin,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Bapak Yosef Agung Cahyananta, S.T, M.T, selaku dosen Pembimbing

Tugas Akhir yang telah berkenan meluangkan waktu memberi bimbingan

dan pengarahan sampai Tugas Akhir ini selesai.

4. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T, selaku dosen Pembimbing Akademik

5. Bapak Ir. Y.B.Lukiyanto, M.T, selaku Kepala Laboratorium Konversi

Energi Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta.

6. Bapak Ir. Agus Unggul Santosa, selaku Kepala Laboratorium Teknologi

Mekanik, Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta.

7. Seluruh Dosen di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta.

8. Bapak Intan, bapak Ronny, Bapak Martono dan Seluruh karyawan

Laboratorium Teknik Mesin maupun sekretariat Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

9. Ayah dan Ibu yang telah memberikan bantuan moril dan materiil selama

penulis menyelesaikan studi.

10. G.Dharu Hari Pribadi dan Putera Addo Dhaya Abadi yang selalu

memberikan semangat.

11. Seluruh teman-teman Angkatan 2001 Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah

banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis telah berusaha maksimal agar

dapat menyelesaikan dengan baik. Namun penulis menyadari masih ada hal-hal

yang jauh dari sempurna dalam penulisan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis

dengan besar hati akan menerima saran dan kritik yang bersifat membangun dari

pembaca demi perbaikan di kemudian hari.

Penulis

Teli Handayani

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ...............................................iii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iv

HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................ v

HALAMAN PERSEMBAHAN..........................................................................vi

INTISARI............................................................................................................ vii

KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii

DAFTAR ISI ........................................................................................................x

DAFTAR LAMBANG ...................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ..............................................................................................xiv

DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................xv

BAB I Pendahuluan ............................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang Masalah ..................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah................................................................................3

1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................ 3

1.4 Manfaat Penelitian............................................................................... 4

1.5 Batasan Masalah.................................................................................. 4

BAB II Dasar Teori..............................................................................................5

2.1 Tinjauan Pustaka .................................................................................5

2.2 Landasan Teori ....................................................................................7

2.2.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya ................................ 7

2.2.2 Daya yang Dihasilkan Turbin ............................................. 10

2.2.3 Kecepatan Spesifik ..............................................................11

2.2.4 Altenator ............................................................................. 12

2.3 Turbin Air........................................................................................... 14

2.3.1 Definisi Turbin Air ............................................................. 14

2.3.2 Perkembangan Turbin Air ...................................................15

2.3.3 Jenis-jenis Turbin Air.......................................................... 16

2.4 Pompa Sentrifugal ..............................................................................19

2.4.1 Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal ........................................ 19

2.4.2 Prinsip Dasar Turbin Francis .............................................. 21

2.5 Persamaan yang Digunakan ...............................................................23

BAB III Metode Penelitian ................................................................................26

3.1 Diagram Alir ...................................................................................... 26

3.2 Jenis Penelitian ...................................................................................27

3.3 Sarana Penelitian.................................................................................27

3.3.1 Sarana Pengujian .................................................................28

3.3.2 Sarana Perhitungan ............................................................. 33

3.4 Jalannya Penelitian .............................................................................33

3.4.1 Tahap Persiapan .................................................................. 33

3.3.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian .............................................35

BAB IV Perhitungan dan Pembahasan ........................................................... 36

4.1 Data Hasil Penelitian ..........................................................................36

4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data ..................................................... 40

4.2.1 Pengelompokan Data .......................................................... 41

4.2.2 Perhitungan Daya Air ......................................................... 44

4.2.3 Perhitungan Daya Turbin.....................................................44

4.2.4 Perhitungan Efisiensi Turbin............................................... 45

4.2.5 Perhitungan Kecepatan Spesifik.......................................... 45

4.3 Perhitungan Data dan Pembahasan.....................................................46

4.4 Kendala Saat Penelitian...................................................................... 56

BAB V Penutup .................................................................................................. 57

5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 57

5.2 Saran .................................................................................................. 57

DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................59

LAMPIRAN

DAFTAR LAMBANG

pE energi tempat (J)

zE energi tekanan (J)

kE energi kecepatan (J)

m massa (kg)

z ketinggian (m)

c kecepatan fluida (m/s)

inp tekanan masuk (Pa)

outp tekanan keluar (Pa)

inP daya air (W)

outP daya turbin (W)

P Daya listrik (W)

•V debit air (m3/detik)

m massa aliran air (kg/detik)

Tη efisiensi turbin

H head total air (m)

Nq kecepatan spesifik (rpm)

ρ massa jenis air (kg/m3)

g percepatan gravitasi (m/detik2)

V tegangan (Volt)

I arus listrik (amperre)

n putaran poros turbin (rpm)

DAFTAR TABEL

Table 4.1 Data pada putaran katub pertama...............................................36

Table 4.2 Data pada putaran katub kedua .................................................37

Table 4.3 Data pada putaran katub ketiga..................................................38

Table 4.4 Data pada putaran katub keempat .............................................38

Table 4.5 Data pada putaran katub kelima.................................................39

Table 4.6 Data pada putaran katub keempat..............................................40

Table 4.7 Data denagan variasi beban lampu 5 Watt.................................41

Table 4.8 Data denagan variasi beban lampu 10 Watt...............................41

Table 4.9 Data denagan variasi beban lampu 15 Watt...............................42

Table 4.10 Data denagan variasi beban lampu 20 Watt.............................42

Table 4.11 Data denagan variasi beban lampu 25 Watt.............................43

Table 4.12 Data denagan variasi beban lampu 35 Watt.............................43

Table 4.13 Hasil data variasi dengan beban lampu 5 Watt .......................46

Table 4.14 Hasil data variasi dengan beban lampu 10 Watt......................47

Tabel 4.15 Hasil data variasi dengan beban lampu 15 Watt......................48

Tabel 4.16 Hasil data variasi dengan beban lampu 20 Watt......................49

Tabel 4.17 Hasil data variasi dengan beban lampu 25 Watt......................50

Table 4.18 Hasil data variasi dengan beban lampu 35 Watt......................51

Table 4.19 Prediksi daya maksimum yang dihasilkan...............................54

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bentuk energi pada aliran air .............................................................. 7

Gambar 2.2 Daerah penggunaan dari beberapa jenis konstruksi turbin

yang berbeda..................................................................................... 12

Gambar 2.3 Alternator dengan magnet berputar dan kumparan tetap................... 14

Gambar 2.4 Bagan aliran fluida didalam pompa sentrifugal ................................ 19

Gambar 2.5 Bagan aliran fluida didalam turbin francis ........................................22

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ......................................................................26

Gambar 3.2 Skema alat penelitian ........................................................................ 28

Gambar 4.1 Grafik variasi dengan beban lampu satu ........................................... 46

Gambar 4.2 Grafik variasi dengan beban lampu dua.............................................47

Gambar 4.3 Grafik variasi dengan beban lampu tiga............................................ 48

Gambar 4.4 Grafik variasi dengan beban lampu empat.........................................49

Gambar 4.5 Grafik variasi dengan beban lampu lima........................................... 50

Gambar 4.6 Grafik variasi dengan beban lampu enam .........................................51

Gambar 4.7 Grafik Efisiensi vs Nq .......................................................................52

Gambar 4.8 Grafik P out vs Nq ............................................................................ 53

Gambar 4.9 Grafik daya yang dihasilkan pompa sebagi turbin.............................53

Gambar 4.10 Grafik prediksi daya yang dihasilkan pompa sebagi turbin.............54

Gambar 4.11 Grafik Debit, Putaran, dan Nq vs Head total................................... 55

Gambar 4.12 Grafik Daya keluar, Efisiensi, dan Torsi vs Putaran dan Nq........... 55

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Energi adalah basis dari perindustrian, tanpa energi era modern tidak akan

pernah ada. Teknologi adalah yang paling banyak mengexploitasi sumber energi

dari dalam perut bumi sehingga persedian sumber energi dalam perut bumi

didunia semakin menipis dan memerlukan waktu yang lama untuk memperoleh

kembali. Pada waktu minyak, kayu, batubara, dan sumber energi fosil yang lain

masih murah, perindustian lebih memilih batubara atau minyak sebagai sumber

energi, karena untuk membangun sistem energi air ini memerlukan biaya yang

lebih mahal. Namun karena persedian sumber energi dalam perut bumi menipis

dan efek dari perindustrian yang menggunakan sumber energi fosil sebagai bahan

bakar membuat gas asam arang yang ada diatmosfer meningkat, dan terlebih lagi

banyaknya hutan di dunia yang hilang sehingga gas asam arang yang ada

diatmosfer sebagian besar tidak terserap mengakibatkan peningkatan temperatur

global yang mengganggu pola cuaca, arus laut, badai, dan permasalahan

lingkungan yang lain. Maka dari itu perlu dikembangkan sumber energi

alternative seperti energi matahari, energi angin, energi air,dll.

Karena tuntutan energi listrik yang semakin meningkat, maka dewasa ini

banyak Negara telah mengembangkan dan menggunakan tenaga air sebagai

sumber energi baru. Selain itu sumber energi air adalah sumber energi yang

sangat bersih dalam arti tidak mencemari atau menyebabkan polusi. Waterpower

adalah sumber daya alami yang tersedia dimana saja, dengan volume air yang

cukup dan arus yang mengalir mantap dari tempat yang lebih tinggi ke tempat

yang lebih rendah yang dihasilkan dari hydraulic turbin. Waterpower tidak

mengkonsumsi air tetapi hanya memanfaatkan air untuk tujuan memperoleh

energi listrik. Teknologi waterpower merupakan teknologi yang sempurna dan

tahan lama, dapat mencapai umur 50 tahun atau lebih. Air secara alami adalah

suatu sumber energi yang bermanfaat dan itu diperoleh dalam bentuk tenaga

mekanis, tanpa harus kehilangan banyak kalori dan bahan bakar untuk

menjalankan mesin.

Contoh dari Teknologi Waterpower adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air

(PLTA). PLTA dibangun untuk memenuhi tuntutan energi listrik yang terus

meningkat, proses dari PLTA ini sendiri menggunakan turbin yang akan

mengkonversi energi dari gerakan arus air menjadi energi mekanik yang

kemudian di teruskan untuk menggerakkan generator dan dari situlah listrik

dihasilkan.

Indonesia dilihat dari letak gografis dengan banyak pulau dan sungai yang

dimiliki maka mendorong kearah suatu turbin yang dapat digunakan di banyak

sungai dimana dapat dibangun dam-dam kecil untuk memenuhi kebutuhan energi

listrik diseluruh wilayahnya, sehingga semua rakyatnya termasuk yang tinggal

dipedalaman dapat menggunakan energi listrik. Pump as Turbin adalah salah satu

bentuk picohidro power yang menghasilkan energi listrik kurang dari 3 kW.

Energi listrik yang dihasilkan dari pump as turbin dapat digunakan untuk sarana

pertanian, pencahayaan lokal, unit usaha kecil dll. Harga pump as turbin relative

lebih murah dibandingkan dengan turbin air, selain itu tidak menggunakan bahan

bakar dan biaya perawatan rendah. Pump as Turbin cocok digunakan sebagai

teknologi terapan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik terutama yang tinggal

di pedalaman.

1.2 Rumusan Masalah

Karena penggunaan turbin yang relatif digunakan untuk pemenuhan energi

listrik yang besar untuk kebutuhan energi listrik disetiap daerah maupun industri-

industri berskala besar, pada interval kerja di bawah 3 kW (Pico Hydro-Power)

sangat jarang sekali turbin yang diproduksi, maka harga dari turbin air tersebut

relatif sangat mahal dan tidak banyak pilihan terutama di Indonesia. Oleh karena

itu diperlukan suatu teknologi terapan untuk mengatasi penyebaran energi listrik

yang tidak merata. Karena secara sistem kerja pompa merupakan kebalikan dari

turbin dan dapat lebih mudah dicari dipasaran dibandingkan mesin turbin maka

penelitian ini meneliti prestasi pompa sentrifugal dengan impeller tertutup yang

digunakan sebagai turbin.

1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui prestasi pompa

jika dijadikan turbin, mengamati unjuk kerja dari setiap variasi debit air masukan;

dan mencari efisiensi terbaik dari variasi debit tersebut.

1.4 Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan tambahan pengetahuan

tentang tenaga air atau waterpower, terutama yang berkaitan dengan pemanfaatan

pompa sebagai turbin.

1.5 Batasan Masalah

Agar penelitian ini tidak terlalu luas dan tetap berada dalam jangkauan

penulis, maka perlu adanya batasan masalah. Untuk itu, dalam penelitian tentang

“Pompa sebagai turbin” batasan yang hendak ditetapkan sebagai berikut :

a) Pompa sebagai turbin yang digunakan dalam penelitian adalah jenis

pompa sentrifugal impeller tertutup maka jenis pompa yang lain dan jenis

impeller yang berbeda tidak dibahas.

b) Pembahasan hanya bekisar tentang pengaruh debit air masukan terhadap

daya input pompa sebagai turbin, putaran pompa sebagai turbin, daya

output pompa sebagai turbin yang telah dikonversi menjadi energi listrik,

dan efisiensi pompa sebagai turbin.

c) Pompa sebagai turbin yang digunakan sebagai sarana percobaan

kondisinya bukan pompa baru dan tidak diketahui spesifikasinya. Penulis

mencari data tentang pompa yang digunakan dengan cara mengambil data

dari pompa yang bentuk serta ukurannya sama seperti pompa yang dijual

dipasaran.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Penulis menggunakan beberapa jurnal tentang penggunaan pompa sebagai

turbin yang dijadikan pembanding untuk penelitian ini, yaitu :

1. Project report – Huai Kra Thing Micro-hydro project oleh Chris

Greacen. Dalam artikel itu ditulis tentang laporan penggunaan pompa

sebagai turbin untuk membangkitkan listrik hingga dapat mencapai 1,6

kW, dengan masukan head 20 m dan debit 10 l/detik, yang jika

dikalkulasi maka efisiensi yang terjadi sebesar 81 %.

2. Experimental Work on Modification of Impeller Tips of a Centrifugal

Pump as a Turbine oleh Made Suarda dan rekan-rekan. Dalam

penelitiannya mereka menggunakan 2 (dua) jenis pompa sentifugal

sebagai turbin, yaitu :

a. Pompa diffuser dengan kapasitas maksimal 0,22 m³/menit dan

head maksimal 46 m

b. Pompa volut dengan kapasitas maksimal 0,13 m³/menit dan

head maksimal 13 m

Kedua jenis pompa yang digunakan sebagai turbin tersebut

menghasilkan head yang sama dengan head maksimum pompa dan

kapasitasnya sama dengan 2/3 dari kapasitas maksimum pompa.

Sedangkan putaran porosnya mencapai 1500 rpm. Pada pompa difuser

yang digunakan sebagai turbin efisiensi tertinggi yang dicapai kurang

lebih 28% pada Head 46,03 m. Sedangkan pada pompa volut yang

digunakan sebagai turbin eisiensi tertinggi yang dicapai kurang lebih

34% pada Head 13 m. Selain itu dalam penelitiannya mereka

memodifikasi impeler jenis tertutup pada pompa volut yang digunakan

sebagai turbin. Hasil modifikasi impeler tersebut menghasilkan

efisiensi lebih tinggi dari sebelum dimodifikasi, yaitu :

• Sebagai Pompa :

Efisiensi maksimum ± 27% pada debit (Q) = 0,002 m³/detik

dan Head (H) = 8 m.

• Sebagai Turbin Sebelum Dimodiikasi :

Efisiensi maksimum ± 34% pada debit (Q) = 0,002 m³/detik

dan Head (H) = 13 m.

• Sebagai Turbin Sesudah Dimodiikasi :

Efisiensi maksimum ± 37% pada debit (Q) = 0,0015 m³/detik

dan Head (H) = 13 m.

3. Thima Pico Hydro, studi kasus yang dilakukan di Thima, distrik

Kirinyaga, Kenya. Studi kasus ini ditulis oleh P. Maher tentang

pengunaan pompa sentrifugal sebagai turbin, dimana pompa

sentrifugal terpasang menjadi satu dengan motor induksi. Motor

induksi ini kemudian digunakan sebagai generator dan dapat

menghasilkan daya keluaran sebesar 2,2 kW tapi putaran porosnya

dapat menghasilkan 3 kW untuk beban mekanik

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Aliran Zat Cair dan Bentuk Energinya

Persamaan energi dihasilkan dari penerapan prinsip kekekalan energi pada

aliran fluida. Energi yang dimiliki oleh suatu fluida yang mengalir terdiri dari

energi dalam dan energi-energi akibat tekanan, kecepatan dan kedudukan.

Hukum Newton menyatakan tentang kekekalan energi, yang berarti energi

tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan tetapi dapat diubah menjadi

bentuk energi lain. Arus air yang mengalir mengandung energi dan energi tersebut

dapat diubah bentuknya, misalnya perubahan dari energi potensial (tekanan)

kedalam energi kinetik (kecepatan), atau sebaliknya.

Gambar 2.1 Bentuk energi pada aliran air (Fritz Dietzel,1992, hal 4)

Arti selanjutnya dari dari kaidah kekekalan energi adalah apabila arus air

dalam alirannya dilewatkan melalui turbin air, maka energi yang ada dalam air

akan diubah menjadi bentuk energi yang lain. Aliran air pada suatu standar

ketinggian tertentu mempunyai bentuk-bentuk energi sebagai berikut:

Energi tempat

= zgmEp (Nm) (Frizt Dietzel,1996,hal.4)…………………… 2.1

dengan:

m = massa

g = gravitasi

z = ketinggian

Energi tekanan

ρp

mEz = (Nm) (Frizt Dietzel1996,hal.4)………………………2.2

dengan:

m = massa

p = tekanan

ρ = massa jenis fluida

Energi kecepatan

2c

mE2

k = (Nm) (Frizt Dietzel,1996,hal.4)……………………..…2.3

dengan:

m = massa

c = kecepatan fluida

Persamaan Bernoulli

Pada suatu aliran air di dalam pipa, diambil suatu selisih ketinggian z

antara tinggi air atas dan tinggi air bawah, maka menurut Bernoulli, besar energi

aliran tersebut adalah:

Persamaan energi

2

2cmpmzgmW ⋅+⋅+⋅⋅=ρ

(Nm) (FriztDietzel,1996,hal.4)…………. 2.4

Bila pada aliran tersebut diatas diambil suatu jumlah air tiap 1 kg untuk

diperhitungkan, hal ini dinamakan “spesifik energi” satuannya dalam Nm/kg.

Karena dibagi m akan didapat:

Persamaan spesifik energi

tan2

2

konscpzgw =++⋅=ρ

(Nm/kg) (Frizt Dietzel,1996,hal.4)…...… 2.5

Kemudian dibagi lagi dengan percepatan gravitasi g, akan didapat salah

satu ruas dari persamaan Bernoulli, yang mempunyai arti ketinggian:

Persamaan ketinggian

tan2

2

konsg

cg

pzH =+⋅

+=ρ

(m) (FriztDietzel,1996,hal.4)………...…2.6

dengan:

z = ketinggian tempat

gp⋅ρ = tinggi tekanan

gc2

2

= tinggi kecepatan.

2.2.2 Daya yang Dihasilkan Turbin

Dari kapasitas air .V dan tinggi air jatuh H dapat diperoleh daya yang

dihasilkan turbin:

THgVP ηρ ⋅⋅⋅⋅=.

(Frizt Dietzel,1996, hal. 2) ………………….2.7

dengan :

P = daya yang dihasilkan turbin (kW)

.V = kapasitas air (m3/detik)

ρ = massa jenis air (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (m/detik2)

H = tinggi air jatuh (m)

Tη = randemen turbin

Bila massa aliran .m dan tinggi air jatuh telah diketahui, maka daya yang

dihasilkan:

THgmP η⋅⋅⋅=

. (FriztDietzel,1996,hal.2) ………………………

2.8

dengan : =.

m massa aliran air (kg/det)

2.2.3Kecepatan Spesifik

Kecepataan spesifik qn dipakai sebagai tanda batasan untuk membedakan

roda turbin dan dipakai sebagai suatu besaran yang penting dalam merencanakan

(desain) turbin air. Persamaan qn dapat dituliskan sebagai berikut :

4 43qH

Vnn

/= (FriztDietzel,1996,hal.20) ………………………

2.9

dengan :

qn = kecepatan spesifik ( rpm)

n = kecepatan putar turbin (rpm)

.V = kapasitas air (m3/detik)

H = tinggi air jatuh (m)

Bila disebutkan, berarti qn adalah jumlah putaran roda turbin yang bekerja pada

tinggi air jatuh H = 1 m dan kapasitas air V = 1 m3/detik (dengan jumlah putaran

yang tertentu n/menit)

Suatu roda turbin yang bekerja pada tinggi air jatuh yang berbeda dan kapasitas

air yang berbeda , serta bekerja pada putaran yang telah ditentukan n/menit dan

mempunyai harga qn yang sama, maka turbin tersebut secara bentuk adalah

mirip/serupa. Besar ukuran-ukuran pokoknya adalah berbeda, Diameter roda

turbin berbeda dan lebar rodanya pun berbeda, tetapi bentuk sudu, sudut sudu

pengarah dan sudut-sudut sudu jalan, perbandingan diameter roda/lebarnya adalah

sama.

Di lain pihak suatu turbin bisa direncanakan untuk kecepatan putar n yang

tertentu, tinggi air jatuh yang sama, kapasitas air sama, tetapi bekerja dengan tipe

sudu yang bebeda. Dari perbedaan roda turbin meskipun untuk besarnya daya

yang dihasilkan turbin sama, akan memberikan bentuk roda dan kecepatan

spesifik Nq yang berbeda pula.

Gambar 2.2 Daerah penggunaan dari beberapa jenis konstruksi turbin

yang berbeda (Fritz Dietzel,1992, hal 24)

2.2.4 Altenator

Altenator adalah suatu alat ektromekanikal yang mengkonversi daya

mekanis menjadi energi elektrik. Pada prinsipnya generator dapat juga disebut

sebagi altenator, tetapi biasanya altenator lebih mengacu pada bentuk yang lebih

kecil yang biasa digunakan pada otomotif. Fungsi utama dari altenator adalah

sebagai baterei pada kendaraan, dan pada saat mesin motor berputar, altenator

bertugas memberi tenaga kepada semua komponen elektrik yang lain. Altenator

memiliki 4 bagian yang penting, yaitu :

1. Rotor

Yang dimakud rotor adalah bagian yang berputar yang terdiri dari

magnet permanent, rotor berputar disekitar stator.

2. Stator

Bagian ini adalah bagian yang statis, yang berupa intibesi yang

dibungkus dengan kawat tembaga.

3. Dioda

Dioda mengkonversi arus bolak-balik yang dihasilkan oleh pasangan

rotor dan stator menjadi arus searah yang digunakan sebagai batterei

yang kemudian dapat menggerakan semua komponen elektrik yang

ada pada kendaraan.

4. Pengatur Tegangan

Pada bagian ini dapat mengontrol jumlah voltase yang diberikan oleh

altenator.

Arus yang dihasilkan pada altenator dapat diperoleh dengan dua cara yaitu,

magnet berputar didalam coil (lilitan) atau coil berputar pada medan magnet yang

diciptakan oleh magnet. Besarnya arus yang dihasilkan oleh altenator tergantung

pada kecepatan baling-baling, kekuatan medan magnet, dan ukuran dari coil.

Semakin tegaklurus medan magnet terhadap lilitan coil, maka semakin besar arus

elektrik dan keluaran energinya.

Altenator menghasilkan listrik dengan prinsip yang sama pada DC generator,

yakni adanya arus pengumpan yang disebut arus eksitasi saat terjadi medan

magnet disekitar kumparan.

Gambar 2.3 Altenator dengan magnet berputar dan kumparam tetap

(http://www.microhydropower.net/intro.html)

Arus yang keluar (I) dari altenator dan tegangan yang keluar (V) dari altenator

dapat diukur untuk mengetahui energi listrik yang dihasilkan yaitu :

P = V x I ..................................................……………………2.10

dengan :

P = daya listrik (kW)

V = tegangan listrik (volt)

I = arus listrik (ampere)

2.3 Turbin Air

2.3.1 Definisi Turbin Air

Turbin air adalah salah suatu mesin berputar yang mengkonversi energi

dari suatu gerakan aliran air menjadi energi mekanis. Energi mekanis ini

kemudian ditransfer melalui suatu poros untuk mengoprasikan mesin atau

generator. Turbin air digunakan pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA) untuk

mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan memanfaatkan aliran

dan tinggi air jatuh. Air dibawah tekanan tinggi didalam dam dilepaskan kedalam

suatu saluran dimana akan menggerakan impeler turbin sehingga menyebabkan

putaran yang cepat. Daya mekanis ini kemudian ditransfer ke generator oleh suatu

poros dan kemudian akan menghasilkan energi listrik. Pemilihan suatu turbin

tergantung pada karakteristik lokasi, karena menentukan tinggi air jatuh dan

kapasitas air. Selain itu pemilihan turbin juga tergantung dari kecepatan putar

yang diminta oleh generator.

2.3.2 Perkembangan Turbin Air

Bentuk yang paling tua dan sederhana dari turbin air adalah kincir air,

yang pertama kali digunakan oleh bangsa yunani pada abad pertengahan.

Perpindahan dari bentuk kincir air ke bentuk turbin air modern memakan waktu

sekitar 100 tahun.

Pada awal abad ke 19 seorang insinyur Prancis yang bernama Claude Bourdin

menemukan kata turbin yang diambil dari bahasa latin yang berarti memutar atau

pusaran air. Perkembangan turbin air mulai terlihat pada pertengahan abad 18 :

1. Pada pertengahan abad 17 Jan Andrej Segner mengembangkan suatu

turbin air reaktif, yang merupakan mesin yang sangat sederhana yang

hingga saat ini masih dapat dijumpai di lokasi hidro yang kecil.

2. Pada tahun 1826 Benoit Fourneyron mengembangkan sebuah turbin

air berefisiensi 80%. Air diarahkan menyimpang melalui turbin

runner sehingga turbin runner berputar (turbin aliran keluar).

3. Pada tahun sebelumnya sekitar tahun 1820, Jean- Victor Poncelete

mendisain turbin air aliran dalam, dengan menggunakan prinsip yang

sama dia mendapat U.S.paten di tahun 1838.

4. Pada tahun 1848 James B. Francis mengembangkan disain turbin air

aliran dalam untuk mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi (90%).

Yang disebut turbin Francis.

2.3.3 Jenis-jenis Turbin Air

Terdapat berbagai jenis turbin air yang digunakan untuk penyediaan

kebutuhan energi listrik. Turbin air biasanya dikelompokan berdasarkan kegunaan

tertentu, kapasitas aliran dan tinggi air jatuh. Oleh karena itu turbin air

diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara, tapi secara umum turbin air

dikelompokkan menurut tinggi air jatuh (Head) dan juga prinsip kerja turbin

tersebut merubah energi air menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi ini

turbin air dibagi menjadi :

Head tinggi Head sedang Head rendahTurbin impuls Turbin pelton

Turbin turgo

Turbin cross flow

TurbinPelton

multi jet

Turbin Turgo

Turbin cross flow

Turbin reaksi Turbin Francis Turbin Kaplan

1. Turbin impuls

Turbin impuls disebut juga turbin tekanan sama atau turbin pancaran

bebas karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama

dengan tekanan atmosfir disekitarnya. Yang dimaksud turbin implus

adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah semua energi

tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan menjadi energi

kecepatan dari pancaran.air. Pancaran air akan membentur roda jalan

turbin yang kemudian membalikkan arus air, sehingga menghasilkan

perubahan pada daya dorongan yang disebabkan oleh roda jalan turbin.

Pada roda jalan turbin tidak terjadi perubahan tekanan. Sebelum

pancaran air membentur roda jalan turbin, tekanan air (energi

potensial) dikonversi ke tenaga gerak (energi kinetic) oleh nossel dan

dipusatkan pada roda jalan turbin. Jumlah nosel tergantung pada

besarnya kapasitas air, tiap roda turbin bisa dilengkapi dengan 1

sampai 6 nosel. Bentuk sudu turbin ini terdiri dari 2 bagian yang

simetris, maksudnya agar bisa membalikan pancaran air dengan baik

dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Turbin impuls sering

digunakan pada aplikasi turbin yang membutuhkan head yang sangat

tinggi. Yang termasuk turbin impuls antara lain:

a. Turbin Pelton

Turbin ini terdiri dari roda jalan yang diputar oleh pancaran air

yang keluar dari nosel. Roda jalan turbin Pelton menyarupai

roda jalan pada kincir air.

b. Turbin Crossflow

Turbin ini juga disebut Michell-Banki turbin. Cara kerja turbin

ini adalah seperti turbin Pelton, yaitu hanya sebagian sudu-sudu

saja yang bekerja membalikan aliran air. Turbin ini mempunyai

alat pengarah sehingga dengan demikian celah bebas dengan

sudu-sudu di sekeliling roda hanya sedikit. Karena itu pada

keadaan pembebanan penuh putarannya roda terjadi sedikit

kemacetan yang sedikit menimbulkan tekanan lebih.

c. Turbin Turgo

Turbin ini sama persis dengan turbin Pelton, yang membedakan

hanya kecepatan spesifik yang lebih tinggi.

2. Turbin reaksi

Turbin ini juga disebut turbin tekanan lebih. Yang dimaksud dengan

turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah

seluruh energi air yang tersedia menjadi energi puntir. Turbin air

reaksi dibagi menjadi dua jenis yaitu:

a. Francis

Turbin Francis dikembangkan oleh James B. Francis pada

tahun 1848, yang juga disebut turbin aliran dalam.

b. Propeller

Jenis ini saat pertama kali dikembangkan dirancang dan dibuat

dengan sudu yang tidak dapat diatur atau fixed blade, tetapi

karena sudu tidak dapat diatur, maka efesiensinya berkurang

jika digunakan pada kisaran debit yang lebar. Oleh karena itu

maka dikembangkanlah jenis baru dengan sudu yang dapat

diatur atau adjustable blade, contoh dari turbin ini antara lain:

Kaplan, Nagler, Bulb, Moody.

2.4 Pompa Sentrifugal

2.4.1 Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal, seperti diperlihatkan dalam Gb. 2.1, juga dikenal

dengan nama rotary pump (pompa rotasi). Pompa sentrifugal mempunyai sebuah

impeler (roda jalan) yang terbenam didalam zat cair, untuk mengangkat zat cair

dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Agar supaya bisa

bekerja pompa membutuhkan daya dari mesin penggerak pompa. Didalam roda

jalan zat cair mendapat percepatan sedemikian rupa sehingga fluida tersebut

mempunyai kecepatan mengalir keluar dari sudu-sudu roda jalan.

.

Gambar 2.4 Bagan aliran fluida di dalam pompa sentrifugal (Sularso 2004, hal 4)

Zat cair masuk ke pompa dari dekat sumbu impeler. Daya dari luar

diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeler yang terbenam di

dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeler, oleh dorongan sudu-sudu

ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah

impeler keluar melalui saluran di antara sudu-sudu. Di sini head tekanan zat cair

manjadi lebih tinggi. Demikian pula head kecepatannya bertambah besar karena

zat cair mengalami percepatan. Pompa sentriugal dapat digolongkan lebih lanjut

atas pompa volut dan pompa difuser. Pada pompa difuser, impeler memberi zat

cair suatu percepatan yang relatif tinggi yang diubah oleh difuser menjadi

tekanan. Pompa difuser disebut juga pompa tekanan tinggi, dimana sejumlah

impeler digunakan secara urut dengan penomoran dan difuser yang terdiri dari

pemandu sudu untuk mengurangi percepatan zat cair secara perlahan-lahan

mengikuti masing-masing impeler. Pada pompa volut atau disebut juga pompa

tekanan rendah zat cair yang keluar dari impeller ditampung oleh saluran

berbentuk volut (spiral) di sekeliling impeler dan disalurkan ke luar pompa

melalui nosel. Di dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi

head tekanan.

Jadi impeler pompa berfungsi memberikan kerja kepada zat cair sehingga

energi yang dikandungnya menjadi bertambah besar. Selisih energi per satuan

berat atau head total zat cair antara flens isap dan flens keluar pompa desebut head

total pompa.

Dari uraian di atas jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi

mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang

mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial

pada zat cair yang mengalir secara kontinyu.

2.4.2 Prinsip Dasar Turbin Francis

Turbin Francis beroperasi dengan mengembangkan energi tekan dalam air

selama ada disepanjang jalur lintasan impeler (roda jalan) yang kemudian

menghasilkan reaksi berupa gaya tangensial terhadap roda yang berputar.Turbin

Francis adalah turbin reaksi, yang berarti bahwa air yang bekerja pada turbin

karena adanya perbedaan tekanan yang melewati turbin, dan memberikan energi.

Pada dasarnya turbin butuh aliran air untuk mengubah energi.

Turbin terletak diantara air yang mempunyai tekanan tinggi dan air yang

bertekanan rendah untuk keluarannya. Air yang masuk ke dalam turbin bisa

dialirkan melalui pengisian air dari atas (turbin Schacht) atau melalui suatu rumah

yang berbentuk spiral (rumah keong). Roda jalan semuanya selalu bekerja.

Biasanya menggunakan dam.

Inlet berbentuk spiral dan terdapat baling-baling pengarah agar aliran menuju

runner menyimpang. Aliran radial bekerja pada baling-baling runner sehingga

runner berputar.

Pergerakkan air yang melewati runner seperti putaran yang memotong jari-jari.

Dan selanjutnya beraksi pada runner. Jika dibayangkan seperti bola dengan

benang yang berayun mengelilingi lingkaran, jika benang yang didorong pendek

maka bola berputar cepat.

Fungsi tambahan dari tekanan air adalah membantu aliran air masuk ke turbin

dengan memanfaatkan energi air.

Pada keluarannya air keluar lewat runner lanjutan yang berbentuk seperti

cangkir,meninggalkan turbin tanpa putaran dan sangat sedikit menimbulkan

energi kinetik maupun energi potensial. Keluaran turbin dibuat khusus agar dapat

mengurangi aliran pada air dan mengurangi energi kinetik.

Pipa isap pada turbin ini mempunyai tugas yang mirip dengan sudu hantar yang

terdapat pada pompa sentrifugal, yaitu sama-sama mengubah energi kecepatan

menjadi energi tekanan.

Daya yang dihasilkan turbin bisa diatur dengan cara mengubah posisi

pembukaan sudu pengarah, dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam

roda turbin bisa diperbesar atau diperkecil.

Turbin Francis dilaksanakan dengan posisi poros vertikal atau horisontal.

Gambar 2.5 Bagan aliran fluida di dalam Turbin Francis

(http://www.microhydropower.net/intro.html)

2.5 Persamaan yang Digunakan

Persamaan-persamaan yang digunakan pada saat pengolahan dan

perhitungan data antara lain:

1. Persamaan untuk menghitung daya air ( inP )

a. Konversi satuan tekanan pressure meter( p (kg/cm2)) menjadi head

( H (m))

ρ10000p

H×

= .............................................................(Pers.

2.6)

dengan:

H = head total air (m)

p = tekanan pressure meter rata-rata (kg/cm2)

ρ = massa jenis air (kg/m3)

=g percepatan gravitasi (m/detik2)

b. Konversi massa aliran ( m (x liter/detik)) menjadi debit ( •V

(m3/detik)

1000m

V

=•

(FriztDietzel,1996,hal.2).................................(Pers. 2.7)

dengan:

•V = kapasitas air (m3/detik)

m = massa aliran (liter/detik)

x = banyaknya air yang ditampung dalam waktu t detik

c. Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya air adalah:

HgVPin ⋅⋅⋅=•

ρ (FritzDietzel,1992,hal.2).......................(Pers. 2.8)

dengan:

inP = daya air (W)

•V = kapasitas air (m3/detik)

ρ = massa jenis air (kg/m3)

=g percepatan gravitasi (m/detik2)

H = head total air (m)

2. Persamaan untuk menghitung daya turbin ( outP )

Menghitung daya turbin ( outP ) dengan menghitung daya yang telah

dikonversi kebentuk litrik. Dengan menggunakan persamaan daya listrik :

P = V X I .........................................................................(Pers. 2.10)

dengan :

P = Daya listik yang dihasilkan altenator (watt)

V = Tegangan listrik yang dihasilkan altenator (volt)

I = Arus listrik yang dihasilkan altenator (amperre)

3. Persamaan untuk menghitung efisiensi turbin ( Tη )

Persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi turbin adalah:

%100×=in

outT P

Pη ............................................................(Pers. 2.7)

dengan:

Tη = efisiensi turbin

inP = daya air (W)

outP = daya turbin (W)

4. Persamaan untuk menghitung kecepatan spesifik ( qn ) adalah:

4 43qH

Vnn

/= ............................................................(Pers. 2.9)

dengan :

qn = kecepatan spesifik ( rpm)

n = kecepatan putar turbin (rpm)

.V = kapasitas air (m3/detik)

H = tinggi air jatuh (m)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir

Diagram alir penelitian dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

YA

Perancangan alat penguajian

Pembelian komponen alat pengujian

Merangkai alat pengujian

Trial alat pengujian

Pengambilan data

Pengolahan data

Penulisan naskah Tugas Akhir

START

BERHASIL

STOP

TIDAK

3.2 Jenis Penelitian

Penelitian yang dilakukan merupakan studi kasus dan bersifat deskriptif

kualitatif, yaitu suatu penelitian terhadap obyek tertentu dan kesimpulan yang

diambil hanya terbatas pada obyek yang diteliti berdasarkan hasil analisa data

yang dilakukan. Dalam hal ini penelitian yang dilakukan terhadap prestasi pompa

sentrifugal dengan impeller tertutup yang digunakan sebagai turbin.

3.3 Sarana Penelitian

Sarana yang digunakan dalam penelitian ini dibedakan menjadi 2 macam

sarana yaitu; sarana pengujian dan sarana perhitungan. Sarana pengujian terdiri

dari pompa sebagai turbin, pompa sumber, altenator dan kelengkapannya, alat

ukur dan kelengkapannya, pipa dan kelengkapannya yang digunakan untuk

sirkulasi air. Untuk pengadaan sarana pengujian ada yang swadaya dan ada yang

difasilitasi oleh Laboratorium Konversi Energi, Laboratorium Mekanika Fluida

dan Laboratorium Teknologi Mekanik, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Untuk sarana perhitungan

merupakan fasilitas pribadi penulis berupa satu set komputer.

3.3.1Sarana Pengujian

Gambar 3.2 Skema alat penelitian.

Pada saat penelitian sarana pengujian dapat dikelompokkan menjadi :

a. Pompa Sumber

1. Pompa sentrifugal dengan merek ME Primary Pump tipe NS-100

dengan spesifikasi sebagai berikut :

Debit maksimum = 449 GPM (0,0284 m3/det)

Head Maksimum = 82 ft (25,26 m)

Daya kerja = 10 HP (7,46 Kw)

Putaran kerja = 2000 rpm

2. Motor tiga fase (tipe bintang) buatan MAICO.Ltd. menghasilkan daya

18,5 Kw dengan magnet induksi. Dengan jumlah kutup 6 bekerja pada

putaran 1450 rpm. Motor litrik ini berfungsi untuk memutar pompa

sumber.

3. Panel kelistrikan dan kelengkapannya

Panel kelistrikan ini berfungsi sebagai pengatur dan pengaman motor

listrik pada saat dioperasikan agar tidak terjadi sesuatu yang tidak

diinginkan. Sistem tersebut juga untuk mempermudah pengoperasian.

4. Mekanisme pully sabuk

Mekanisme ini terdiri dari dua buah pully, yang terletak pada motor

listrik dan terletak pada pompa yang dihubungkan oleh tiga buah sabuk

tipe V.

5. Pondasi mesin

Pondasi mesin dibuat dari baja profile I yang berfungsi untuk menopang

motor listrik, pompa sentrifugal dan panel listrik.

b. Pompa sebagai Turbin

Pompa yang digunakan adalah jenis pompa sentrifugal semi terbuka yang

divariasi pada impelernya dengan diberi penutup dengan seng. Dengan ukuran

diameter hisap dan diameter tekannya sebesar 1½”.

Dengan spesifikasi sebagai berikut:

Debit maksimum = 0,005 m3/detik

Head maksimum = 18 m

Head hisap maksimum = 9 m

Putaran kerja = 2900 rpm.

Bagian-bagian mesin pompa tersebut :

1. Rumah pompa

Rumah pompa asli dari pabrik yang terbuat dari besi cor.

2. Poros pompa

Poros pada pompa ini menggunakan satu poros tanpa sambungan, dimana

rumah pompa terpasang permanent dengan rumah motor. Pada bagian poros

yang terletak di rumah pompa dibuat bertingkat, ada yang dibuat untuk ulir

M8 untuk mengunci impeller, dan berikutnya diameter 12 mm untuk

dudukan impeller, pada bagian tersebut terdapat lubang pasak yang lebarnya

4 mm dengan kedalaman 2 mm. Tingkat poros berukutnya untuk dudukan

perapat (seal) dengan diameter 14 mm. Pada tingkat berikutnya poros masuk

dalam bagian ruamah motor, dengan ukuran poros diameter 20 mm, pada

bagian tengah poros terdapat rotor. Disetiap depan dan belakang rumah

pompa terdapat bantalan. Kemudian poros akan bertingkat lagi selepas

dudukan bantalan , besar poros berikutnya adalah berdiameter 14 mm, yang

digunakan untuk kipas pendingin. Panjang keseluruhan poros sebesar 261

mm.

3. Impeler (roda jalan)

Impeler yang digunakan adalah impeler standard pompa yang divariasi

dengan diberi penutup dari seng setebal 0,5 mm, yang direkatkan pada

sudu-sudu impeller dengan menggunakan plastic steel, sehingga menjadi

impeler jenis tertutup. diameter luar impeler sebesar 114 mm, diameter

dalam sebesar 41,5 mm dan diameter lubang poros sebesar 12 mm. Dengan

jumlah sudu 8, lebar sudu sebesar 8,5 mm dan tebal sudu sebesar 3 mm.

ukuran pasak 4 mm x 4 mm x 10 mm.

4. Bantalan

Bantalan yang digunakan dengan merek ESK dengan tipe 6203 Z dengan

dimensi diameter luar 40 mm, diameter lubang 20 mm dan lebar 10 mm.

c. Perpipaan dan Kelengkapannya

Pipa yang digunakan yaitu :

1. Pipa PVC ∅ 4” dan pipa PVC ∅ 1½”

Pipa PVC ∅ 4” yang dibutuh kurang lebih 2,5 m, sedangkan pipa PVC

∅ 1½” yang dibutuhkan kurang lebih 2 m, untuk memperkecil diameter

dari diameter 4” ke diameter 1½” dengan menggunakan sambungan

over-sock ∅ 4” x ∅ 2” dan over-sock ∅ 2” x ∅ 1½”.

2. Pipa flesibel ∅ 4”

Pipa yang dibutuhkan ± 10 m, klem dan kawat baja ± 10 m untuk

penguat sambungan.

3. Komponen penunjang

Lem PVC, selang, klem, kawat baja untuk penguat sambugan, balok

kayu untuk pondasi mesin pompa,dll.

d. Alternator dan Kelengkapannya

Yang terdiri dari 1-set alternator mobil (SUZUKI CARRY) merk SWIP

dengan lisensi ND (Nippon Denso) dengan tengangan 12 Volt dan arus

maksimum yang dapat dihasilkan 55 Ampere. Kelengkapan yang lain berupa

kabel ± 2,5 m dan bohlam lampu rem sebanyak 6 buah beserta fittingnya dan

accu untuk memberi arus exsitasi.

e. Alat-alat Ukur dan Kelengkapannya

1. Pressure-Gauge

Pressure Gauge yang digunakan berjumlah dua buah yang diletakkan

pada saluran masuk turbin dan saluran keluar turbin. Berfungsi untuk

mengetahui besarnya tekanan yang terjadi pada setiap variasi bukaan

katub.

2. Taco-Meter

Mengukur putaran pada poros turbin.

3. Multi-Tester

Mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan oleh alternator.

4. Timbangan

Mengukur berat air yang ditakar.

5. Stop-watch

Mengukur waktu pada saat menakar air yang ditampung.

6. Selang ∅ ¼”

Membuat saluran tambahan agar dapat terhubung dengan pressure

gauge.

7. Nipple

Menghubungkan lubang pada pipa saluran dengan selang ∅ ¼” (setiap

saluran masuk dan saluran keluar turbin).

8. Ember

Untuk menampung air yang digunakan untuk mengetahui debit air.

3.3.2Sarana Perhitungan

Sarana perhitungan yang dipakai dalam penelitian ini ada dua, yaitu

perangkat keras dan perangkat lunak.

a. Perangkat keras

Perangkat keras yang dipakai adalah satu set komputer yang memiliki

spesifikasi; AMD sempron 1.50 GHz dengan RAM 286 MB.

b. Perangkat lunak

Perangkat lunak berupa Microsoft Windows XP, yang digunakan untuk

memproses perhitungan, tabulasi dan menggambar grafik.

3.4 Jalannya Penelitian

Penelitian ini dilaksanankan dalam dua tahap, yaitu tahap persiapan dan

tahap pelaksanaan penelitian.

3.4.1Tahap Persiapan

a. Persiapan Pendahuluan

Langkah pertama yang dilakukan adalah membuat rancangan dan rangkaian

pipa-pipa yang menghubungkan bak air ke pompa sumber kemudian menuju T-

junction. Keluaran dari T-junction ada dua saluran, yang satu menuju ke pompa

sebagai turbin dan yang lain menuju bak air sebagai saluran balik/bypass. Pada

saluran balik ini ditempatkan kran katup untuk mengatur debit yang masuk ke

pompa sebagai turbin.

Selanjutnya adalah pemasangan Pressure Gauge pada sisi masuk dan sisi

keluar pompa sebagai turbin. Dari pengalaman yang dialami, tersita banyak waktu

untuk pembuatan alat pengujian.

Setelah rangkaian terpasang, selanjutnya membuat dudukan untuk mesin

pompa sebagai turbin dan alternator.

b. Percobaan Awal

Setelah semua rangkaian telah terpasang, maka pengujian pertama adalah

mengukur putaran pompa sebagai turbin tanpa tersambung dengan alternator,

dengan variasi bukaan katup pada saluran balik. Variasi yang dilakukan dengan

keadaan pada saat katup terbuka penuh sampai keadaan saat katup tertutup penuh.

Langkah selanjutnya adalah sama seperti diatas tetapi poros turbin

dipasangkan dengan pully, kemudian dengan menggunakan sabuk profile-V

dihubungkan dengan alternator. Perbandingan diameter pully pada pompa sebagai

turbin dengan pully pada alternator adalah 1 : 1. Dari data yang didapat, kemudian

menentukan pilihan pengaturan bukaan katub yang akan diambil datanya untuk

dijadikan bahan analisa.

3.4.2Tahap Pelaksanaan Penelitian

Setelah vareasi bukaan katub telah ditentukan maka selanjutnya

pengambilan data sudah siap dilakukan. Pada setiap bukaan katub dilakukan 5

kondisi pembebanan secara pararel terhadap alternator dengan menggunakan

lampu, yaitu : 1 lampu 5 watt-12 Volt, 2 lampu 5watt-12 Volt, 3 lampu 5 watt -12

Volt, 4 lampu 5 watt -12 Volt, 5 lampu 5 watt -12 Volt, 1 lampu 35 Watt. Data-

data yang diambil antara lain :

1. Tekanan pada saluran masuk dan saluran keluar turbin dengan hasil

penunjukan skala pada Pressure Gauge yang ditempatkan pada saluran masuk

dan saluran keluar tubin.

2. Mengukur putaran yang terjadi pada poros turbin dengan menggunakan Taco

Meter.

3. Mencatat tegangan dan arus yang dihasilkan pada setiap pembebanan

4. Menakar berat air yang keluar dari turbin per satuan waktu yang terukur.

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Penelitian

Data penelitian yang diambil berdasarkan variasi putaran katub pada T-

junction untuk memperoleh variasi debit air. Variasi putaran katub sebanyak 6

putaran untuk memperoleh 6 variasi debit yang berbeda. Setiap variasi debit air

terdapat 6 variasi pembebanan lampu yang masing-masing adalah : 5 Watt, 10

Watt, 15 Watt, 20 Watt, 25 Watt dan lampu keenam sebesar 35 Watt. Data

penelitian yang diperoleh sebagai berikut :

a. Data pada putaran katub pertama

Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran

katub pertama adalah sebagai berikut:

Debit = 2,12 liter/detik

inp = 0,5 kg/cm ²

outp = 0

Tabel 4.1 Data pada putaran katub pertama

No Beban Putaran(rpm)

V(Volt)

I(ampere)

Lampu 0 watt 796 6,01 0

1 Lampu 5 watt 630 5,46 0,29

2 Lampu 10 watt 634 5,02 0,57

3 Lampu 15 watt 654,3 4,78 0,82

4 Lampu 20 watt 667,5 4,41 1,07

5 Lampu 25 watt 680,9 4,05 1,3

6 Lampu 35 watt 780 4,23 1,41

b.Data pada putaran katub kedua

Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran

katub kedua adalah sebagai berikut:

Debit = 3,34 liter/detik

= 0,6 kg/cm ²

= 0

Tabel 4.2 Data pada putaran katub kedua

No Beban Putaran(rpm)

V(Volt)

I(ampere)

Lampu 0 watt 738,9 8,25 0

1 Lampu 5 watt 725,5 7,29 0,32

2 Lampu 10 watt 702,4 6,81 0,64

3 Lampu 15 watt 704,1 6,52 0,94

4 Lampu 20 watt 706,3 5,93 1,21

5 Lampu 25 watt 715,3 5,54 1,43

6 Lampu 35 watt 719,4 5,59 1,61

c.Data pada putaran katub ketiga

Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran

katub ketiga adalah sebagai berikut:

Debit = 3,9 liter/detik

= 0,9 kg/cm ²

= 0

Tabel 4.3 Data pada putaran katub ketiga

No Beban Putaran(rpm)

V(Volt)

I(ampere)

Lampu 0 watt 1142 11,4 0

1 Lampu 5 watt 1123 10,5 0,37

2 Lampu 10 watt 1143 9,7 0,74

3 Lampu 15 watt 1087 9,05 1,07

4 Lampu 20 watt 1080 8,1 1,4

5 Lampu 25 watt 1060 7,98 1,7

6 Lampu 35 watt 1103 7,7 1,9

d.Data pada putaran katub keempat

Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran

katub keempat adalah sebagai berikut:

Debit = 5,41 liter/detik

= 1,3 kg/cm ²

= 0

Tabel 4.4 Data pada putaran katub keempat

No Beban Putaran(rpm)

V(Volt)

I(ampere)

Lampu 0 watt 1677 12,6 0

1 Lampu 5 watt 1671 11,43 0,41

2 Lampu 10 watt 1663 10,81 0,79

3 Lampu 15 watt 1645 9,9 1,14

4 Lampu 20 watt 1640 9,4 1,45

5 Lampu 25 watt 1620 9,01 1,78

6 Lampu 35 watt 1619 8,22 1,97

e. Data pada putaran katub kelima

Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran

katub kelima adalah sebagai berikut:

Debit = 0,00385 liter/detik

= 1,7 kg/cm ²

= 0,1 kg/cm ²

Tabel 4.5 Data pada putaran katub kelima

No Beban Putaran(rpm)

V(Volt)

I(ampere)

Lampu 0 watt 2230 12,8 0

1 Lampu 5 watt 2218 11,66 0,4

2 Lampu 10 watt 2228 10,6 0,77

3 Lampu 15 watt 2230 9,82 1,09

4 Lampu 20 watt 2004 12,01 1,64

5 Lampu 25 watt 1998 11,2 1,98

6 Lampu 35 watt 2226 8,01 2

f. Data pada putaran katub keenam

Data yang diperoleh pada saat pengujian pompa sebagai turbin pada putaran

katub keenam adalah sebagai berikut:

Debit = 0,0036 liter/detik

= 1,95 kg/cm ²

= 0,1 kg/cm ²

Tabel 4.6 Data pada putaran katub keenam

No Beban Putaran (rpm)

V(Volt)

I(ampere)

Lampu 0 watt 2443 12,9 0

1 Lampu 5 watt 2443 11,86 0,4

2 Lampu 10 watt 2427 10,7 0,78

3 Lampu 15 watt 2441 9,71 1,12

4 Lampu 20 watt 2420 9 1,44

5 Lampu 25 watt 2421 8,01 1,7

6 Lampu 35 watt 2430 8,35 1,96

4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data

Pengolahan data dilakukan dengan metode komputasi yang dikerjakan

menggunakan bantuan softwhere Microsoft excel. Disini penulis hanya

menampilkan jalannya perhitungan dengan mengambil satu contoh data, ini

dikarenakan persamaan yang digunakan dalam perhitungan data adalah sama.

Data yang dijadikan sempel adalah data dari pembebanan lampu pertama (5 Watt)

dengan variasi debit pertama (0,00212 m³/detik) dan untuk hasil yang lainnya

penulis menampilkan langsung dalam bentuk tabel. Dari hasil data penelitian yang

diperoleh maka penulis mengelompokkan data berdasarkan beban lampu agar

terlihat kenaikan putaran, debit dan Head yang signifikan. Kemudian dari hasil

pengelompokan data penulis menampilkan dalam bentuk table agar lebih mudah

menganalisa dan mengambil kesimpulan dari penelitian ini.

4.2.1Pengelompokan Data

Data yang diperoleh dikelompokan berdasarkan beban lampu dan

diperoleh data sebagai berikut :

a.Data dengan Variasi Beban Lampu 5 Watt

Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam

beban lampu, maka data dengan beban lampu satu sebesar 5 Watt dikelompokan

menjadi satu.

Tabel 4.7 Data dengan variasi beban lampu 5 watt

No Debit (m³/detik)

Putaran (rpm)

V(Volt)

I(ampere)

p in(Pa)

p out(Pa)

1 0,00212 630 5,46 0,29 49000 0

2 0,00334 725,5 7,29 0,32 58800 0

3 0,0039 1123 10,5 0,37 88200 0

4 0,00541 1671 11,43 0,41 127400 0

5 0,00385 2218 11,66 0,4 166600 9800

6 0,0036 2443 11,86 0,4 191100 9800

b.Data dengan Variasi Beban Lampu 10 Watt

Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam

beban lampu, maka data dengan beban lampu dua sebesar 10 Watt dikelompokan

menjadi satu.

Tabel 4.8 Data dengan variasi beban lampu 10 WattNo Debit

(m³/detik)Putaran(rpm)

V(Volt)

I(ampere)

p in(Pa)

p out(Pa)

1 0,00212 634 5,02 0,57 49000 0

2 0,00334 702,4 6,81 0,64 58800 0

3 0,0039 1143 9,7 0,74 88200 0

4 0,00541 1663 10,81 0,79 127400 0

5 0,00385 2228 10,6 0,77 166600 9800

6 0,0036 2427 10,7 0,78 191100 9800

c.Data dengan Variasi Beban Lampu 15 Watt

Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam

beban lampu, maka data dengan beban lampu tiga sebesar 15 Watt dikelompokan

menjadi satu.

Tabel 4.9 Data dengan variasi beban lampu 15 Watt

No Debit(m³/detik)

Putaran(rpm)

V(Volt)

I(ampere)

p in(Pa)

p out(Pa)

1 0,00212 654,3 4,78 0,82 49000 0

2 0,00334 704,1 6,52 0,94 58800 0

3 0,0039 1087 9,05 1,07 88200 0

4 0,00541 1645 9,9 1,14 127400 0

5 0,00385 2230 9,82 1,09 166600 9800

6 0,0036 2441 9,71 1,12 191100 9800

d.Data dengan Variasi Beban Lampu 20 Watt

Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam

beban lampu, maka data dengan beban lampu empat sebesar 20 Watt

dikelompokan menjadi satu.

Tabel 4.10 Data dengan variasi beban lampu 20 Watt

No Debit(m³/detik)

Putaran(rpm)

V(Volt)

I(ampere)

p in(Pa)

p out(Pa)

1 0,00212 667,5 4,41 1,07 49000 0

2 0,00334 706,3 5,93 1,21 58800 0

3 0,0039 1080 8,1 1,4 88200 0

4 0,00541 1640 9,4 1,45 127400 0

5 0,00385 2004 12,01 1,64 166600 9800

6 0,0036 2420 9 1,44 191100 9800

e.Data dengan Variasi Beban Lampu 25 Watt

Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam

beban lampu, maka data dengan beban lampu lima sebesar 25 Watt dikelompokan

menjadi satu.

Tabel 4.11 Data dengan variasi beban lampu 25 Watt

No Debit(m³/detik)

Putaran(rpm)

V(Volt)

I(ampere)

p in(Pa)

p out(Pa)

1 0,00212 680,9 4,05 1,3 49000 0

2 0,00334 715,3 5,54 1,43 58800 0

3 0,0039 1060 7,98 1,7 88200 0

4 0,00541 1620 9,01 1,78 127400 0

5 0,00385 1998 11,2 1,98 166600 9800

6 0,0036 2421 8,01 1,7 191100 9800

f.Data dengan Variasi Beban Lampu 35 Watt

Dari enam data variasi putaran yang setiap putarannya divariasi dengan enam

beban lampu, maka data dengan beban lampu enam sebesar 35 Watt

dikelompokan menjadi satu.

Tabel 4.102 Data dengan variasi beban lampu 35 Watt

No Debit(m³/detik)

Putaran(rpm)

V(Volt)

I(ampere)

p in(Pa)

p out(Pa)

1 0,00212 680,9 4,23 1,41 49000 0

2 0,00334 715,3 5,59 1,61 58800 0

3 0,0039 1060 7,7 1,91 88200 0

4 0,00541 1620 8,22 1,97 127400 0

5 0,00385 1998 8,01 2 166600 9800

6 0,0036 2421 8,35 1,96 191100 9800

4.2.2Perhitungan Daya Air

Dengan menggunakan (Pers. 2.1), maka diperoleh head :

gp-p

H outin

.ρ=

81,91000049000

.-

=

= 4,99 m

Dengan menggunakan (Pers. 2.7), maka diperoleh kapasitas air :

1000m

V

=•

100012,2

=

= 0,00212 m3/detik

Dengan menggunakan (Pers. 2.8), maka diperoleh daya air :

HgVPin ⋅⋅⋅=•

ρ

,99...= 481,9100000212,0

= 103,88 Watt

4.2.3Perhitungan Daya Turbin

Dengan menggunakan (Pers. 2.10), maka diperoleh daya listrik :

IVPout ×=

290465 ,, ×=

= 1,5834 Watt

4.2.4Perhitungan Efisiensi Turbin

Dengan menggunakan (Pers. 2.7), maka diperoleh efisiensi

turbin :

%100×=in

outT P

Pη

%,

,100

8810358341

×=

= 1,524259 %

4.2.5 Perhitungan kecepatan Spesifik

Dengan menggunakan persamaan (Pers. 2.9) maka diperoleh

kecepatan spesifik :

4 43qH

Vnn

/

=

4 4399494122

630/,

,=

= 8,6818 rpm

Setelah seluruh data variasi debit dengan variasi pembebanan lampu

dihitung dan kemudian dihasilkan perhitungan daya air, daya turbin, kecepatan

spesifik, dan efisiensi turbin maka selanjutnya ditampilkan dalam bentuk tabel

dan grafik.

4.3Perhitungan Data dan Pembahasan

a. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 5 Watt

Tabel 4.13 Hasil data variasi denagan beban lampu 5 Watt

n(rpm)

V(m³/s)

V(Volt)

I(amp)

p in(kPa)

p out(kPa)

H(m)

inP (W)

outP(W)

η(%)

Nq(rpm)

630 0,002 5,46 0,29 49 0 4,99 103,9 1,58 1,5 8,68

725,5 0,003 7,29 0,32 58,8 0 5,99 196,4 2,33 1,2 10,95

1123 0,004 10,5 0,37 88,2 0 8,99 344 3,88 1,1 13,51

1671 0,005 11,43 0,41 127,4 0 12,9 689,2 4,68 0,67 17,97

2218 0,004 11,66 0,4 166,6 9,8 15,9 603,7 4,66 0,77 17,22

2443 0,004 11,86 0,4 191,1 9,8 18,4 652,7 4,74 0,72 16,44

0

0.5

1

1.5

2

0 5 10 15 20 25

Nq (rpm)

Efis

iens

i (%

)

0

1

2

3

4

5

6

P o

ut (W

att)

Data Efisiensi sebenarnya Data P out sebenarnya

Efisiensi P out

Gambar 4.1 Grafik variasi dengan beban lampu 5 Watt

Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 5 Watt diketahui bahwa

efisiensi tertinggi 1,524% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m dan Nq

= 8,681 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 1,583 Watt. Pada nilai

efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi terendah

dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum terletak

pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu pada nilai

efisiensi ± 1,15 % dengan Nq ± 12,5 rpm dan P out ± 3,3 Watt.

b. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 10 Watt

Tabel 4.14 Hasil data variasi dengan beban lampu 10 Watt

00.5

11.5

22.5

33.5

0 5 10 15 20 25

Nq (rpm)

Efis

iens

i (%

)

0

2

4

6

8

10

P ou

t (W

att)

Data efisiensi sebenarnya Data P out sebenarnya

P out Efisiensi

Gambar 4.2 Grafik variasi dengan beban lampu 10 Watt

Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 10 Watt diketahui bahwa

efisiensi tertinggi yaitu 2,755% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m

n (rpm)

V (m³/s)

V (Volt)

I (amp)

p in (kPa)

p out (kPa)

H (m)

inP (W)

outP (W)

η (%)

Nq (rpm)

634 0,002 5,02 0,57 49 0 4,99 103,88 2,86 2,75 8,74

702,4 0,003 6,81 0,64 58,8 0 5,99 196,39 4,35 2,21 10,6

1143 0,004 9,7 0,74 88,2 0 8,99 343,98 7,17 2,08 13,7

1663 0,005 10,81 0,79 127,4 0 12,99 689,23 8,54 1,24 17,9

2228 0,004 10,6 0,77 166,6 9,8 15,98 603,68 8,16 1,35 17,3

2427 0,004 10,7 0,78 191,1 9,8 18,48 652,68 8,34 1,27 16,3

dan Nq = 8,736 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 2,861 Watt. Pada

nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi

terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum

terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu

pada nilai efisiensi ± 2,2 % dengan Nq ± 12,5 rpm dan P out ± 6,1Watt.

c. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 15 Watt

Tabel 4.15 Hasil data variasi dengan beban lampu 15 Watt

0

1

2

3

4

5

0 5 10 15 20 25

Nq (rpm)

Efis

iens

i (%

)

0

2

4

6

8

10

12

P ou

t (W

att)

Data Efisiensi sebenarnya Data P out sebenarnya

Efisiensi P out

Gambar 4.3 Grafik variasi dengan beban lampu 15 Watt

n (rpm)

V (m³/s)

V (Volt)

I (amp)

p in (kPa)

p out (kPa)

H (m)

inP (W)

outP (W)

η (%)

Nq (rpm)

654,3 0,002 4,78 0,82 49 0 4,99 103,88 3,92 3,77 9,02

704,1 0,003 6,52 0,94 58,8 0 5,99 196,39 6,129 3,12 10,6

1087 0,004 9,05 1,07 88,2 0 8,99 343,98 9,684 2,81 13,1

1645 0,005 9,9 1,14 127,4 0 12,99 689,23 11,29 1,63 17,7

2230 0,004 9,82 1,09 166,6 9,8 15,98 603,68 10,7 1,77 17,3

2441 0,004 9,71 1,12 191,1 9,8 18,48 652,68 10,88 1,66 16,4

Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 15 W diketahui bahwa

efisiensi tertinggi yaitu 1,524% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m

dan Nq = 3,773 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 3,92 Watt. Pada

nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi

terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum

terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu

pada nilai efisiensi ± 3,2% dengan Nq ± 11,5 rpm dan P out ± 7,5 Watt.

d. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 20 Watt

Tabel 4.16 Hasil data variasi dengan beban lampu 20 Watt

n (rpm)

V (m³/s)

V (Volt)

I (amp)

p in (kPa)

p out (kPa)

H (m)

inP (W)

outP (W)

η (%)

Nq (rpm)

667,5 0,002 4,41 1,07 49 0 4,99 103,88 4,71 4,54 9,2

706,3 0,003 5,93 1,21 58,8 0 5,99 196,39 7,17 3,6 10,7

1080 0,004 8,1 1,4 88,2 0 8,99 343,98 11,34 3,29 13

1640 0,005 9,4 1,45 127,4 0 12,99 689,23 13,63 1,97 17,6

2004 0,004 12,01 1,64 166,6 9,8 15,98 603,68 19,7 3,26 15,6

2420 0,004 9 1,44 191,1 9,8 18,48 652,68 12,96 1,98 16,3

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20 25

Nq (rpm)

Efis

iens

i (%

)

0

5

10

15

20

25

P ou

t (W

att)

Data Efisiensi sebenarnya Data P out sebenarnya

P out Efisiensi

Gambar 4.4 Grafik variasi data dengan beban lampu 20 Watt

Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 20 W diketahui bahwa

efisiensi tertinggi yaitu 4,542 % pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m

dan Nq = 9,198 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 4,719 Watt. Pada

nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi

terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum

terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu

pada nilai efisiensi ± 3,6 % dengan Nq ± 12 rpm dan P out ± 9,4 Watt.]

e. Beban Lampu 25 Watt

Tabel 4.17 Hasil data variasi dengan beban lampu 25 Watt

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20 25

Nq (rpm)

Efi

sien

si (

%)

-5

0

5

10

15

20

25

P o

ut

(Wat

t)

Data Efisiensi sebenarnya Data P out sebenarnya

P out Efisiensi

Gambar 4.5 Grafik variasi data dengan beban lampu 25 Watt

Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 25 W diketahui bahwa

efisiensi tertinggi yaitu 5,058% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m

dan Nq = 9,383 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 5,265 Watt. Pada

nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi

terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum

terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu

pada nilai efisiensi ± 4,1 % dengan Nq ± 11,7 rpm dan P out ± 10,5 Watt.

n (rpm)

V (m³/s)

V (Volt)

I (amp)

p in (kPa)

p out (Pa)

H (m)

inP (W)

outP (W)

η (%)

Nq (rpm)

680,9 0,002 4,05 1,3 49 0 4,99 103,88 5,265 5,06 9,38

715,3 0,003 5,54 1,43 58,8 0 5,99 196,39 7,922 4,03 10,8

1060 0,004 7,98 1,7 88,2 0 8,99 343,98 13,57 3,94 12,7

1620 0,005 9,01 1,78 127,4 0 12,99 689,23 16,04 2,32 17,4

1998 0,004 11,2 1,98 166,6 9,8 15,98 603,68 22,18 3,67 15,5

2421 0,004 8,01 1,7 191,1 9,8 18,48 652,68 13,62 2,08 16,3

f. Hasil Data Variasi Dengan Beban Lampu 35 Watt

Tabel 4.18 Hasil data variasi dengan beban lampu 35 Watt

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25

Nq (rpm)

Efi

sie

ns

i (%

)

024681012141618

P o

ut

(Wa

tt)

Data sebenarnya Efisiensi Data sebenarnya P out

P out Efisiensi

Gambar 4.6 Grafik variasi data dengan beban lampu 35 Watt

Dilihat dari grafik variasi dengan beban lampu 35 W diketahui bahwa

efisiensi tertinggi yaitu 5,742% pada Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m

dan Nq = 10,748 rpm dan menghasilkan daya keluaran sebesar 5,964 Watt. Pada

nilai efisiensi yang tinggi dihasilkan daya terendah dan pada nilai efisiensi

terendah dihasilkan daya tertinggi, maka dapat dilihat bahwa nilai kerja optimum

n(rpm) m³/s)

V(Volt)

I(amp)

p in(kPa)

p out(Pa)

H(m) (W) (W) (%)

Nq(rpm)

780 0,002 4,23 1,41 49 0 4,99 103,88 5,964 5,74 10,7

719,4 0,003 5,59 1,61 58,8 0 5,99 196,39 9 4,58 10,9

1103 0,004 7,7 1,91 88,2 0 8,99 343,98 14,71 4,27 13,3

1619 0,005 8,22 1,97 127,4 0 12,99 689,23 16,19 2,34 17,4

2226 0,004 8,01 2 166,6 9,8 15,98 603,68 16,02 2,65 17,3

2430 0,004 8,35 1,96 191,1 9,8 18,48 652,68 16,37 2,50 16,4

terletak pada titik pertemuan antara kurva daya keluar dan kurva efisiensi, yaitu

pada nilai efisiensi ± 4,5 % dengan Nq ± 12,5 rpm dan P out ± 13 Watt.

g. Efisiensi

0

2

4

6

8

0 5 10 15 20 25

Nq (rpm)

Efis

iens

i (%

)

Efisiensi L 5W Efisiensi L 10 W Efisiensi L15 WEfisiensi L 20 W Efisiensi L 25 W Efisiensi L 35 W

Gambar 4.7 Grafik Efisiensi vs Nq

Dari grafik Efisiensi Vs Nq pada dari seluruh pembebanan, dapat dilihat

nilai efisiensi tertinggi yaitu 5,7415 % pada Nq = 10,749 rpm. Semakin rendah

nilai Nq semakin tinggi efisiensinya.

h. Daya Yang Dihasilkan

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25

Nq (rpm)

P o

ut (W

att)

P out L 5 W P out L 10 W P out L 15 WP ou L 20 W P out L 25 W P out L 35 W

Gambar 4.8 Grafik P out vs Nq

Dari grafik P out vs Nq dari seluruh pembebanan, dapat dilihat nilai P out

tertinggi yaitu 22,176 W pada Nq = 15,508 rpm. Nilai Pout = 22,176 W

melonjak cukup signifikan ini dikarenakan putaran yang tidak stabil akibat

olengnya puli pada pompa.

i. Performansi Pompa Sebagai Turbin

y = -0,0041x2 + 0,3101x + 0,1597

y = -0,0068x2 + 0,4879x + 0,1368

y = -0,0107x2 + 0,788x + 0,2507

y = -0,0094x2 + 0,747x + 1,5361

y = -0,0153x2 + 1,0026x - 0,0295

y = -0,0352x2 + 1,8927x - 5,8579

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40

Beban (Watt)

P o

ut

(Wa

tt)

P out debit 1 P out debit 2 P out debit 3

P out debit 6 P out debit 4 P out debit 5

Gambar 4.9 Grafik daya yang dihasilkan pompa sebagai turbin

Dapat dilihat dari grafik performansi pompa sebagai turbin masih belum

maksimal, daya yang dihasilkan masih bisa lebih besar lagi. Dengan bantuan

software Microsoft Exel dicari persamaan dari kurva Efisiensi vs Nq yang

kemudian digunakan untuk mencari kemungkinan terbesar dari daya yang dapat

dihasilkan.

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60Beban (Watt)

P o

ut (W

att)

prediksi pada debit 0,002 prediksi pada debit 0,003prediksi pada debit 0,004 prediksi pada debit 0,005prediksi pada debit 0,00385 prediksi pada debit 0,0036

Gambar 4.10 Grafik prediksi daya yang dihasilkan pompa sebagai turbin

Dengan fasilitas forcats pada softwhere Microsoft Exel dapat dibuat

prediksi dari daya maksimum yang dihasilkan pada setiap variasi debit air

masukan, yaitu :

Tabel 4.19 Prediksi daya maksimum yang dihasilkan

Debit(m³/det)

P out maks(Watt)

P in(Watt)

Efisiensi(%)

0,00212 6 103,88 5,775895

0,003 8,88 196,392 4,521569

0,004 14,7 343,98 4,273504

0,005 16,3 689,234 2,364944

0,00385 19,4 603,68 3,213623

0,0036 16,376 652,68 2,50904

j. Karakteristik Mesin Pompa Sebagai Turbin Yang Diuji

Dari setiap titik maksimum pada tiap variasi debit diperoleh karakteristik

mesin pompa sebagai turbin.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

5.2 6.5 9.6 14.2 16.6 19.0

Head Total (m )

Deb

it (x

0,0

05 m

3 /dtk

)Pu

tara

n ( x

290

0 rp

m)

02468101214161820

n q (rp

m)

Debit Putaran nq

Gambar 4.11 Grafik Debit, Putaran danNq vs Head total

Dari grafik Debit, Putaran dan Nq vs Head total, dapat dilihat bahwa Nq

tertinggi = 17,40 rpm pada Head total = 14,2 m dan Debit terbesar yaitu 0,0054

m³/det.

0

5

10

15

20

25

0 1000 2000 3000

Putara Turbin (rpm )

P ou

t (W

att)

Efis

iens

i (%

)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

Tors

i (N

m)

Daya Efisiensi Torsi

0

5

10

15

20

25

0 10 20

Nq (rpm )

P ou

t (W

att)

ef

isie

nsi (

%)

00.020.040.060.080.10.120.14

Tors

i (N

m)

Torsi Efisiensi Daya

Gambar 4.12 Grafik Daya keluar, Efisiensi danTorsi vs Putaran Turbin dan Nq

Efisiensi tertinggi 5,74 % pada putaran 780 rpm dan Nq = 10,749 rpm. Daya

tertinggi yang dihasilkan adalah 22,176 W pada putaran 2000 rpm dan Nq = 15,

508 rpm. Torsi terbesar adalah 0,126 Nm pada putaran 1103 rpm dan Nq = 13,266

rpm.

4.4 Kendala Saat Penelitian

Dalam melakukan penelitian ini penulis banyak menemukan kendala-

kendala, diantaranya :

1. Pengecilan diameter pipa dari diameter 4” ke diameter 2” membuat tekanan

dalam pipa menjadi besar dan membuat sambungan-sambungan pipa sering

lepas,sehingga cukup memakan waktu.

2. Ukuran pompa sumber yang cukup besar dan berat, dan keterbatasan tenaga

membuat jalannya penelitian cukup melelahkan dan lama.

3. Kurang lengkapnya fasilitas yang mendukung untuk melakukan penelitian

pompa sebagai turbin.

4. Karena penelitian harus dilakukan diluar ruangan sehingga harus melihat

perkiraan cuaca.

5. Kurangnya pengetahuan tentang kelistrikan.

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil yang didapat tentang penelitian pompa sebagai turbin ini, dapat

disimpulkan beberapa hal, antara lain:

1. Dari keenam hasil data variasi debit efisiensi tertinggi yaitu 5,742% pada

Debit = 0,00212 m³/detik, Head = 4,994 m dan Nq = 10,748 rpm dan

menghasilkan daya keluaran sebesar 5,964 Watt. Pada saat nilai Nq semakin

rendah, efisiensi turbin semakin tinggi.

2. Dari keenam hasil data variasi debit, daya terbesar yang dapat dihasilkan yaitu

22,176 Watt pada Debit = 0,00385 m³/detik, Nq = 15,508 rpm..

3. Dari hasil ekstrapolasi, efisiensi tertinggi sebesar 5,77% dan menghasilkan

daya maksimum 6 Watt pada Debit = 0,00212 m³/detik dan pembebanan 40

Watt.

5.2 Saran

Beberapa saran yang penting untuk peneliti yang ingin melanjutkan penelitian

pada bidang sejenis dengan penelitian ini atau yang ingin mengembangkan

penelitian ini:

1. Melakukan penelitian dengan jenis impeler yang berbeda agar dapat dilihat

perbandingan efisiensi.

2. Melakukan penelitian dengan jenis pompa yang berbeda.

3. Melakukan penelitian dengan menambah beban lampu untuk mengetahui daya

maksimum yang dapat dihasilkan, karena dilihat dari grafik P out vs Nq kurva

P out masih terus naik.

DAFTAR PUSTAKA

Altenator, The Free Encyclopedia

Chris Greace, Project report-Huai Kra Thing Micro-Hydro project, 2006

Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor,cetakan ke-5, Pnerbit Erlangga,

Jakarta, 1996

Made Suarda, Nengah Suarnadwipa dan Wayan Bandem Adnyana, Experimental

Work on Modification of Impeller Tips of Centrifugal Pump as a

Turbine, Udayana University Denpasar, Bali

Micro Hydropower Basics, http://www.microhydropower.net/intro.html

P.Maher, Micro Hydro Centre, The Nottingham Trent University, 2000

Sularso dan Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor, cetakan ke-8, PT. Pradnya

Paramita, Jakarta, 2004

LAMPIRAN

Pompa Sumber Motor Pompa Sumber

Pompa Sebagai Turbin Alternator

Impeler Sebelum Divariasi Impeler Sesudah Divariasi

Lampu T-Jungtion

Rangkaian Pompa Sebagai Turbin dan Alternator

Bak Sirkulasi