227171497-Turbin-Pelton.pdf

PRAKTIKUM III TURBIN PELTON

LAPORAN PRAKTIKUM MESIN FLUIDA DAN SISTEM SEMESTER GENAP 2013/2014

OLEH : KELOMPOK 11 1. Bagus Wicaksana 2. Muhammad Abdul Rokim 3. Dimas Kurniawan 4. Mohammad Rosario Zamzami 5. Gabriel Yusian Gandung 6. Laurensius Henry Pratama Putra 7. Dimas Eko Kuswantoro 8. Muhammad Sidiq Prabowo 9. Devi Hotnauli Samosir 10. Aang Kunaifi

LABORATORIUM MESIN FLUIDA DAN SISTEM JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2014

4212100059 4212100067 4212100068 4212100069 4212100071 4212100079 4212100085 4212101021 4212101022 4213106011

LABORATORY of FLUID MACHINERY AND SYSTEM MARINE ENGINEERING DEPARTMENT MARINE TECHNOLOGY FACULTY Kampus ITS Sukolilo Gd. WA Lt. 3, Surabaya 60111 Telp. 031 599 4251 ext. 22 Fax. 031 599 4757

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN PRAKTIKUM MESIN FLUIDA DAN SISTEM SEMESTER GENAP 2013/2014

Disusun Oleh: KELOMPOK 11 1. Bagus Wicaksana 2. Muhammad Abdul Rokim 3. Dimas Kurniawan 4. Mohammad Rosario Zamzami 5. Gabriel Yusian Gandung 6. Laurensius Henry Pratama Putra 7. Dimas Eko Kuswantoro 8. Muhammad Sidiq Prabowo 9. Devi Hotnauli Samosir 10. Aang Kunaifi

4212100059 4212100067 4212100068 4212100069 4212100071 4212100079 4212100085 4212101021 4212101022 4213106011

Dengan ini Dapat Mengikuti Ujian Akhir Praktikum

Mengetahui/ Menyetujui Kepala Laboratorium Mesin Fluida dan Sistem

Sutopo Purwono Fitri, ST., M.Eng, Ph.D NIP. 1975 1006 2002 12 1003



LEMBAR PENGESAHAN PENGESAHAN LAPORAN PRAKTIKUM MESIN FLUIDA DAN SISTEM TURBIN PELTON

Disusun Oleh: KELOMPOK 11 1. Bagus Wicaksana 2. Muhammad Abdul Rokim 3. Dimas Kurniawan 4. Mohammad Rosario Zamzami 5. Gabriel Yusian Gandung 6. Laurensius Henry Pratama Putra 7. Dimas Eko Kuswantoro 8. Muhammad Sidiq Prabowo 9. Devi Hotnauli Samosir 10. Aang Kunaifi

4212100059 4212100067 4212100068 4212100069 4212100071 4212100079 4212100085 4212101021 4212101022 4213106011

Dengan Ini Telah Menyelesaikan Praktikum Mesin Fluida dan Sistem TURBIN PELTON

Mengetahui/Menyetujui Grader

Grader,

Rafli Ramadani 4211 100 017 LABORATORIUM MESIN FLUIDA DAN SISTEM JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2014


LEMBAR ASISTENSI LAPORAN RESMI PRAKTIKUM MESIN FLUIDA DAN SISTEM TURBIN PELTON

No

MATERI

TANGGAL PENGESAHAN

GRADER

ABSTRAK I.

DASAR TEORI TAHAPAN PRAKTIKUM 2.1 TUJUAN PRAKTIKUM

II.

2.2 PERALATAN PRAKTIKUM 2.3 GAMBAR RANGKAIAN 2.4 PROSEDUR PRAKTIKUM 2.5 DATA HASIL PRAKTIKUM ANALISA DATA

III.

3.1 PERHITUNGAN 3.2 ANALISA GRAFIK KESIMPULAN

IV.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN(HASIL PENGAMATAN)



LEMBAR LOG-BOOK LAPORAN RESMI PRAKTIKUM MESIN FLUIDA DAN SISTEM TURBIN PELTON

NO

MATERI

PARAF

WAKTU

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


KETERANGAN


ABSTRAK Turbin merupakan alat berputar yang mengambil energi dari aliran fluida, dimana suatu turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak yang disebut asembli rotor –blade.Turbin pelton merupakan turbin impuls yang prinsip kerjanya mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik. Cara kerja turbin pelton adalah megubah energi potensial menjadi energi kinetik dalam bentuk pancaran air, dimana pancaran air yang keluar dari mulut nozzle diterima oleh sudu-sudu pada roda jalan, sehingga roda jalan berputar.Tujuan praktikum turbin pelton ini adalah untuk mengetahui performansi atau efisiensi dari turbin pelton. Dalam praktikum turbin pelton ini alat - alat yang digunakan adalah turbin pelton, pompa, pressure gauge, spear, indikator gaya rem, rem prony, tachometer, flow meter, dan motor. Praktikum turbin pelton ini dimaksudkan untuk mengetahui unjuk kerja dari turbin. Dari percobaan ini, kita akan memperoleh data-data yang diperoleh dari pengamatan kerja turbin pelton oleh berbagai instrumen pengukuran yang digunakan. Data yang akan diperoleh adalah RPM, kapasitas (Q), tekanan (P), dan head ketinggian. Variabel yang digunakan dalam praktikum turbin pelton ini adalah sebagai berikut, dimana variabel kontrol terdiri dari panjang lengan dan diameter pipa, variabel manipulasi terdiri dari putaran turbin, dan bukaan spear, putaran yang digunakan selama percobaan adalah 1300,1500,1700,1900,2100. Variabel responnya terdiri dari debit (Q), tekanan (P), dan gaya rem (F). Kesimpulan yang kami ambil dari praktikum ini adalah hubungan antara effisiensi dengan BHP adalah berbanding lurus. Sesuai rumus effisiensi = (BHP/WHP) x 100%. Dalam dunia marine penggunaan turbin pelton masih jarang dipakai, namun dalam aplikasi darat turbin pelton biasanya digunakan untuk pembangkit listrik tenaga air.

ABSTRACT Turbine is a rotating machine that takes energy from fluid flow, where a simple turbines have one moving part, called a rotor assembly - blade. Pelton turbine is an impulse turbine working principle change of potential energy of water into kinetic energy. The workings of pelton turbine is altering potential energy into kinetic energy in the form of jets, where jets of water coming out of the mouth of the nozzle is received by the blade on the wheel, so the wheel spins. The purpose this pelton turbine experiments is to determine the performance or efficiency of pelton turbine. In this pelton turbine experimentsthe tools used is a pelton turbine, pump, pressure gauge, spear, indicator style brake, Prony brake, tachometer, flow meters, and motors. Pelton turbine experiments was to determine the performance of the turbine. From this experiments, we will obtain the data obtained from the observation of pelton turbines work by various measuring instruments used. data to be obtained is RPM, capacity (Q), pressure (P), and head height. Variables used in this pelton turbine experiments is as follows, where the control variables consist of the length and diameter of the pipe, variable manipulation is consists of round pumps, turbine wheel, and the load on the turbine and the response variable consists of a debit / Q, pressure / P, and style / F. Our conclusions are drawn from this practical relationship between effisiensi with BHP is proportional. Suitable formula eff. = (BHP / WHP) x 100%. At 1300-2100 rpm while the Q and F are proportional, but P value is from spear 1 to spear 3 constant . In the world of marineuse, pelton turbine did not find, but in the land application pelton turbines are typically used for hydropower.


BAB I DASAR TEORI 1.1.

Pengertian Turbin pelton atau disebut juga dengan turbin impuls merupakan suatu alat yang merubah energi kinetik air yang diakibatkan adanya energi potensial dari air tersebut menjadi energi gerak rotasi pada sumbu atau poros turbin tersebut.Roda pelton suatu turbin impuls adalah mesin rotodinamik yang paling sederhana. Turbin pelton merupakan salah satu dari jenis turbin tekanan yang juga disebut turbin pancaran bebas atau turbin impuls, hal ini dikarenakan air yang keluar dari nozzel tekanannya sama dengan atmosfer sekitarnya. Sebagian energi dan tekanan ketika masuk ke sudu dari turbin dirubah menjadi energi gerak. Pada prinsipnya terdiri dari suatu seri ember (bucket) yang dipasang secara seragam pada suatu rangka berbentuk lingkaran yang kaku pada poros yang berputar.Suatu pancaran yang keluar dari suatu mulut pipa secara tangensial terhadap rata-rata lingkaran runner dan menimpa pada sistem ember.Ember direncanakan sedemikian rupa sehingga pancaran air membagi menjadi dua bagian dan meninggalkan ember dibelokkan melalui sudut yang hampir 180o.reaksi impuls antara pancaran yang dikenai dan ember menghasilkan suatu momen puntir pada poros sudu yang menyebabkan runner berputar dan terus berputar selama ada arus pancaran yang berkesinambungan datang dan menerjang ember. Prinsip kerja turbin pelton adalah memanfaatkan aliran air untuk menggerakkan sudu-sudunya.Yaitu air yang menyembur melalui nozel yang memiliki kecepatan aliran yang tinggi mendorong sudu-sudu turbin sehingga turbin berputar. Dengan kata lain turbin bergerak karena daya dorong yang diberikan air Permukaan roda turbin dipasang sudu sudu,Oleh karena sudu tersebut bergerak bersama sama dengan roda turbin,maka sudu tersebut dinamai sudu gerak . Pada sebuah roda turbin mungkin terdapat beberapa baris sudu gerak yang dipasang berturutan dalam arah aliran fluida kerja.Setiap baris sudu terdiri dari sudu yang disusun melingkari roda turbin,masing-masing dengan bentuk ukurn yang sama.Turbin dengan satu baris sudu gerak saja dinamai turbin bertingkat tunggal.Sedangkan turbin dengan beberapa baris sudu gerak dinamai turbin bertingkat ganda.Dalam hal tersebut terakir fluida yang mengalir melalui baris sudu yang pertama ,kedua dan seterusnya.Tetapi sebelum mengalir ke setiap barissudu berikutnya,fluida kerja melalui baris sudu yang bersatu dengan rumah turbin.Oleh karena sudu tersebut terakir tidak bergerak berputar,sudu tersebut dinamai sudu tetap. Sudu tetap berfungsi mengarahkan aliran fluida kerja masukn kedalam sudu gerak berikutnya dan berfungsi juga sebagai nosel.

Gambar 1.1 Roda Turbin Pelton http://turbinegenerators.blogspot.com/2011/07/pelton-water-turbines.html


Gambar 1.2. Turbin Pelton http://www.turbinesinfo.com/what-is-a-turbine/

1.2. Jenis Turbin 1.2.1.

Jenis Turbin Berdasarkan Momentum Fluida Kerja Dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya,turbin dibagi menjadi dua golongan utama,yaitu : 1.2.1.1.

Turbin Impuls(pelton) adalah turbin dimana proses ekspansi dari fluida kerja (proses penurunan tekanan )hanya terjadi didalam sudu-sudu tetapnya saja.Jadi ,dalam hal ini diharapkan tidak terjadi penurunan tekanan didalam sudu geraknya.meskipun demikian,dalam kenyataannya penurunan tekanan (kecil) didalam sudu gerak tak dapat dihindarkan berhubung adanya gesekan,aliran turbulen,dan kerugian energi lainnya. Contoh: 

Turbin Pelton Merupakan suatu alat yang merubah energi kinetik air yang diakibatkan adanya energi potensial dari air tersebut menjadi energi gerak rotasi pada sumbu atau poros turbin tersebut.Roda pelton suatu turbin impuls adalah mesin rotodinamik yang paling sederhana. Turbin pelton merupakan salah satu dari jenis turbin tekanan yang juga disebut turbin pancaran bebas atau turbin impuls, hal ini dikarenakan air yang keluar dari nozzel tekanannya sama dengan atmosfer sekitarnya. Sebagian energi dan tekanan ketika masuk ke sudu dari turbin dirubah menjadi energi gerak.


Gambar 1.3 Turbin Pelton http://www.civilengineeringterms.com/fluid-mechanics-2/definition-of-pelton-wheel-partsof-pelton-wheel/ 

Turbin turgo Dapat beroperasi pada head 30 sampai dengan 300 m. Seperti turbin pelton,turbin turgo merupakan turbin implus, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle o membentur sudu pada sudu 20 . Kecepatan puntir tugo lebih besar dari pada turbin pelton,akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin generator sehingga menaikkan effisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.

Gambar 1.4 Turbin Turgo http://sistem-tenaga-listrik.blogspot.com/2011/05/plta-pembangkit-listrik-tenaga-airpart.html 

Crossflow turbin Salah satu jenis turbin implus ini juga dikenal dengan nama turbin michell-banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut turbin osberger yang merupakan perusahan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat dioperasikan 3 pada debit 20 liter/sekon hingga m /secon dan head antara 1 sampai dengan 200 m.


Gambar 1.5 Crossflow Turbin http://en.wikipedia.org/wiki/Cross-flow_turbine 1.2.1.2.

Turbin Reaksi adalah turbin dimana proses ekspansi dari fluida kerja terjadi baik didalam sudu tetap maupun sudu tetap.Namun ada kemungkinan sebuah turbin menggunakan sebuah roda turbin dengan baris sudu impuls dan reaksi.Contoh : Turbin Francis dab Turbin Propeller. Contoh: 

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.

Gambar 1.6. Turbin Francis http://www.microhydropower.net/basics/turbines.php




Turbin Propeller Pada dasarnya turbin propeller terdiri dari sebuah propeller (baling-baling) ,yang sama bentuknya dengan baling-baling kapal laut, yang dipasang pada tabung setelah pipa pesat. Poros turbin menyambung keluar dari tabung.Turbin propeller biasanya mempunyai tiga sampai enam sudu, biasanya tiga sudu untuk turbin yang mempunyai head sangat rendah dan aliran air diatur oleh sudu statis atau wicket gate yang dipasang tepat di hulu propeller. Turbin propeller ini dikenal sebagai fixed blade axial flow turbine karena sudut sudu rotornya tidak dapat diubah. Efisiensi operasi turbin pada beban sebagian (part-flow) untuk turbin jenis ini sangat rendah.

Gambar 1.7 Turbin Propeller http://www.jfccivilengineer.com/turbines.htm Perbedaan Trubin Impuls dan Francis

Perbedaan Jumlah Sudu Daerah aliran air Variasi head (m) Kecepatan spesifik (RPM) Efisiensi (%)

Turbin Impuls Banyak pada satu sisi lingkaran turbin 50 < H < 1000 10≤Ns≤40 89-90

Francis sedikit pada seluruh keliling lingkaran 10 < H < 350 40≤Ns≤550 90-94

Tabel 1.2.Perbedaan Turbin Impuls dan Francis.

Impuls (Pelton)

Kecepatan spesifik (RPM) 10 – 40

Durchstrom Turbin

20 – 165

Francis

40 – 550

90 – 94

350 – 25

Propeller

350 – 1050

85 – 94

50 – 5

Jenis Turbin

Efisiensi (%) 89 – 90

Tinggi Air Jatuh (m) 1800 – 300 12 – 50

Tabel 1.2. Perbedaan Turbin.


Tabel 1.3.Efisiensi Turbin Untuk Berbagai Kondisi Beban 1.2.2.

Jenis Turbin Berdasarkan Fluida Kerja Berdasarkan fluida kerjanya turbin dapat digolongkan menjadi tiga jenis antara lain : 1.2.2.1.

Turbin Air adalah turbin dengan air sebagai fluida kerjanya. Air mengalir dari tempat yang lebih tinggi menuju tempat yang lebih rendah. Dalam hal tersebut air memiliki energi potensial. Dalam proses aliran di dalam pipa energi potensial tersebut berangsur-angsur berubah menjadi energi kinetik di mana air tersebut memutar roda turbin.

Gambar 1.8 Mekanisme Turbin Air http://insyaansori.blogspot.com/2013/09/pembangkit-tenaga-listrik.html


1.2.2.2.

Turbin Gas adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.

Gambar 1.9. Turbin Gas http://yefrichan.wordpress.com/2010/05/14/turbin-gas-gas-turbine/ 1.2.2.3.

Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin, lansung atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang akan digerakkan. Tergantung pada jenis mekanisme yang digunakan, turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang seperti pada bidang industri, untuk pembangkit tenaga listrik dan untuk transportasi. Pada proses perubahan energi potensial menjadi energi mekanisnya yaitu dalam bentuk putaran poros dilakukan dengan berbagai cara.

Gambar 1.10 Turbin Uap http://newsmutimedia.blogspot.com/2010/12/turbin-uap.html


1.2.2.4.

Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.

Gambar 1.11. Turbin Angin http://sikasatmata.blogspot.com/2013/04/pembangkit-listrik-tenaga-angin-dan.html Dari tiga macam jenis turbin tersebut Turbin Pelton merupakan salah satu turbin yang digolongkan dalam turbin air.Maka untuk suatu kondisi air tertentu (kapasitas dan H tertentu), berdasarkan kecepatan spesifiknya dapat dipilih/ditentukan jenis turbin yang sebaiknya dipergunakan agar dapat diperoleh efisiensi maksimum.Untuk hal tersebut dapat dipergunakan sebagai pedoman angka-angka pada tabel tersebut di bawah ini.

Tabel 1.4Jenis Turbin dan Kisaran Kecepatan Spesifiknya


Dari sebuah mekanisme turbin pelton ada beberapa ukuran yang sering dijadikan acuan didalam penggunaannya. Ukuran-ukuran tersebut antara lain : D =

Diameter dari lingkaran sudu Turbin pelton yang terkena pancaran air, disingkat sebagai Diameter lingkaran pancar (diameter roda rata-rata).

d =

Diameter pancaran air yang mengenai sudu-sudu turbin.

n =

Kecepatan putar roda turbin akibat dari energi kinetik air yang melaluinya.

Dua hal yang penting yang selalu menjadi acuan didalam menentukan ukuran utama Turbin pelton ialah kecepatan spesifik (ns) dan batas tinggi jatuh yang diinginkan (Hmaks). Ns ( Spesific Speed ) merupakan parameter untuk memilih pompa digunakan oleh para desainer pompa (perencana / perancang pompa). Ns berkaitan erat dengan kapasitas pompa , dengan mengetahui kapasitas pompa maka kita dapat menentukan berapa besarnya power dari pompa tersebut. Perbandingan D/d, tidak boleh lebih kecil daripada harga standar.Pengaruh harga ini adalah adalah pada saat pemilihan kecepatan putar roda turbin Pelton dan penentuan jumlah nosel yang digunakan.Diketahui tinggi air jatuh H. dengan demikian diketahui pula kecepatan air keluar.

  √ 

⁄

⁄



Selain itu dapat juga dihitung kecepatan tangensial roda .Diameter roda ditentukan menurut hasil pemilihan kecepatan putar roda turbin ( ).Sedangkan dalam pemilihan kecepatan putar roda turbin harus disesuaikan terhadap besarnya harga kecepatan spesifik dan apakah harga kecepatan spesifik tersebut memenuhi tinggi air jatuh H yang diijinkan. Selain itu untuk untuk n tinggi, apakah diameter roda tidak terlalu kecil, karena dikhawatirkan nanti akan menyulitkan pembuatan ember sudu dan penampung lintang kaki sudu yang menerima beban terlalu kecil. Diameter pancaran air d diperoleh dari persamaan kontinuitas :

     √  dengan

Karena

Maka :

      √     √       √       √        V

H

V

H

3

dimana: V dalam m /detik, dan H dalam meter c adalah kecepatan jatuh air dalam m/s


1.3.

Rumus-rumus Dalam Turbin Pelton 1.4.1.

Head Turbin (Ht) Head adalah energi persatuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan yang sesuai dengan kondisi instalasi. Head turbin terdiri dari head tekanan, head kecepatan dan head ketinggian, yang dapat dirumuskan :

    (        [    )  ] Dimana :

1.4.2.

Ht

= Head turbin (m)

p1

= Tekanan pada permukaan fluida 1 (N/m )

p2

= Tekanan pada permukaan fluida 2 (N/m )

V1

= Kecepatan aliran dititik 1 (m/s)

V2

= Kecepatan aliran dititik 2 (m/s)

p

= Massa jenis suatu fluida (kg/m )

g

= Gravitasi bumi (=9,8 m/s )

Z1

=Tinggi aliran dititik 1 (m)

Z2

= Tinggi aliran dititik 2 (m)

2 2

3

2

Momen Torsi (Mt)



F  L ηrem

Dimana : Mt

= Momen turbin ( Nm )

F

= Gaya pada rem prony ( N )

ηrem = Efisiensi rem dengan harga 0,95 L 1.4.3.

= Panjang lengan momen ( m )

Daya Turbin (BHP) BHP dapat didefinisakan sebagai daya yang dihasilkan oleh fluida penggerak turbinuntuk menggerakkan turbin pada torsi dan kecepatan tertentu, atau bisa disebut jugainput power ke turbin dari fluida.

 Dimana : N

= Putaran turbin (Rps)

Mt

= Momen puntir (Nm)


1.4.4.

Kecepatan Aliran (v) Yaitu jarak yang ditempuh fluida tiap satuan waktu dalam suatu penampang, dalamhal ini adalah pipa.



Q A

Dimana :

1.4.5.

v

= Kecepatan aliran (m/s)

Q

= Kapasitas / debit air (m /s)

A

= Luas penampang pipa (m )

3

2

Daya Air (WHP) Yaitu daya yang berasal dari fluida yaitu dipengaruhi oleh besarnya kapasitas / debit dan head dan juga berat jenis fluida atau dapat didefinisikan sebagai daya efektif yang diterima oleh air dari pompa per satuan waktu

 

Dimana :

1.4.6.



3

= Spesific gravity ( Kg/m ) 3

= Kapasitas turbin ( m /s )

     Effisiensi (η)

Dimana: BHP

= Daya yang dihasilkan oleh mesin dalam hal ini turbin ( watt )

WHP = Daya yang berasal dari fluida yaitu dipengaruhi oleh besarnya kapasitas / debit dan head dan juga berat jenis fluida ( watt )

1.4.

Macam-macam Head

Gambar 1.12 Instalasi Head Pompa


1.4.1. Head Statik/Static Head (Hs) :

   

Dengan :

Hs Z1 Z2

= head statis (m) = tinggi aliran pada titik 1 (m) = tinggi aliran pada titik 2 (m)

1.4.2. Head Tekanan/Pressure Head (Hp)

Hp 

P 1  P 2  g

Dengan : HP P1 - P 2 g

= head tekanan (m) 2 = beda tekanan antara dua titik yang diukur (N/m ) 2 = percepatan gravitasi (m/s ) 3 = massa jenis zat cair (kg/ m )



1.4.3. Head Kecepatan/Velocity Head (Hv)



v1

Dengan :

2

2

v2 HV 2 g = head kecepatan (m) 

v1 v2 g

= kecepatan aliran pada titik 1 (m/s) = kecepatan aliran pada titik 2 fluida (m/s) 2 = percepatan gravitasi (m/s )

1.4.4. Head Losses (Hf) 1.4.5.1. Head loss major

          Dengan:

f v D L g

= koefisien gesekan = kecepatanaliranfluida ( m / s ) = diameter pipa (m) = panjang pipa (m) 2 = percepatan gravitasi (m/s )

1.4.5.2. Head loss minor

       Dengan :

k

v g

=koefisien kerugian karena perlengkapan pipa = kecepatanaliranfluida ( m / s ) 2 = percepatan gravitasi (m/s )


1.5.

Pemanfaatan Turbin Pelton Turbin pelton biasa digunakan di bendungan atau di dam dan air terjun.Energi kinetik yang timbul dari gerakan air melalui sudu-sudu turbin dimanfaatkan sebagai salah satu sumber tenaga.Semakin besar energi kinetik dari air yang melalui sudu-sudu turbin, maka semakin besar pula tenaga yang dihasilkan sebagai sebuah pembangkit.Turbin Pelton juga biasa dimanfaatkan di Industri – Industri untuk head antara 100 - 150 sampai 1000m lebih.

( Turbi n Pompa dan K ompres or F ritz Di etzel )

Gambar 1.13. Pembangkit Listrik dengan Turbin Pelton http://turbin-pelton.blogspot.com/2010/09/gambar-gambar-turbin-pelton-modern.html


BAB II TAHAPAN PRAKTIKUM 2.1. Tujuan Praktikum Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengetahui performansi atau efisiensi dari turbinpelton.

2.2. Peralatan No.

Nama

Fungsi

1

Turbin pelton

alat yang diamati

2

Pompa

menyuplai air ke turbin

3

Pressure gauge

mengetahui tekanan air yang masuk ke turbin

Gambar


4

Spear

mengatur aliran (luas penampang pipa) fluida

5

Indikator gaya rem

mengetahui besar gaya rem (BHP) pada turbin

6

Rem prony

mengerem / mengurangi putaran turbin

7

Tachometer

mengetahui kecepatan putaran turbin


8

Flowmeter

mengetahui volume air yang masuk di bak air

9

Motor Elektrik

Menghidupkan atau memutar pompa


2.3. Gambar Rangkaian Praktikum

Gambar 2.1 Rangkaian Praktikum Penjelasan rangkaian praktikum : 

Air dalam bak penampungan dialirkan oleh pompa  Setelah melewati pompa, air melalui pressure gauge untuk diukur  Kemudian air melewati spear dimana pada bagian ini diatur ukuran pancaran serta kecepatannya  Setelah itu, air memutar turbin dengan jumlah putaran yang bervariasi  Putaran ang bervariasi mengakibatkan gaya pada rem prony bervariasi juga  Gaya pada rem prony diukur dengan tachometer

2.4. Prosedur Praktikum a. Menghidupkan motor pompa dengan putaran pada kedudukan yang diberikan olehasisten/greder b. Mengatur kapasitas fluida yang menuju turbin dengan mengatur spear pada kedudukansatu (bukaan penuh) c. Mengatur rem prony untuk setiap kedudukan spear, sehingga putaran turbin sesuaiyang diinginkan hingga pada putaran max. d. Mengukur dan mencatat semua data yang diperlukan yaitu Q, P dan F.rem e. Ulangi langkah poinb ,c, dan d, untuk kedudukan spear pada kedudukan 2, 3, danseterusnya, dengan memutar spear 2 kali putaran untuk setiap perubahan kedudukan.


2.5. Data Hasil Praktikum Spear 1 no

Rpm

Q (l/s)

P (Psi)

F (kgf)

1

1000

4.55

17

0.95

2

1200

4.25

16.5

0.85

3

1400

4.5

17

0.6

4

1600

4.75

17

0.4

5

1800

4.75

16

0.3

no

Rpm

Q (l/s)

P (Psi)

F (kgf)

1

1000

4.75

17

1.1

2

1200

4.75

17

0.95

3

1400

4.75

18

0.65

4

1600

4.5

17

0.55

5

1800

4.5

17

0.4

no

Rpm

Q (l/s)

P (Psi)

F (kgf)

1

1000

4.5

18

1.05

2

1200

4.5

18

0.9

3

1400

4.5

18

0.7

4

1600

4.5

18

0.5

5

1800

4.5

18

0.4

no

Rpm

Q (l/s)

P (Psi)

F (kgf)

1

1000

4.25

20

1.1

2

1200

4.25

20

1.05

3

1400

4.25

20

0.8

4

1600

4.25

20

0.7

5

1800

4.25

20

0.5

Spear 2

Spear 3

Spear 4


BAB III ANALISA PERHITUNGAN 3.1. Perhitungan Setelah didapatkan hasil hasil dari percobaan, dilakukan analisa melalui perhitungan dan kemudian akan didapatkan grafik yang menghubungkan antara masing-masing elemen. 3.1.1. Konversi Satuan KONVERSI 1 Rpm

0.01667 Rps

1 L/s

0.001 m /s

1 Psi

6894.758 N/m2

1 kgf

9.80665 N

2

3.1.2. Hasil Data Yang Telah Dikonversi Spear 1 2

2

No.

Rpm

Q (l/s)

P (mH2O)

F (kgf)

Rps

Q (m /s)

P (N/m )

F (N)

1

1000

4.55

17

0.95

16.67

0.0046

117210.9

9.32

2

1200

4.25

16.5

0.85

20.00

0.0043

113763.5

8.34

3

1400

4.5

17

0.6

23.33

0.0045

117210.9

5.88

4

1600

4.75

17

0.4

26.67

0.0048

117210.9

3.92

5

1800

4.75

16

0.3

30.00

0.0048

110316.1

2.94

No.

Rpm

Q (l/s)

P (mH2O)

F (kgf)

Rps

Q (m /s)

P (N/m )

F (N)

1

1000

4.75

17

1.1

16.67

0.0048

117210.9

10.79

2

1200

4.75

17

0.95

20.00

0.0048

117210.9

9.32

3

1400

4.75

18

0.65

23.33

0.0048

124105.6

6.37

4

1600

4.5

17

0.55

26.67

0.0045

117210.9

5.39

5

1800

4.5

17

0.4

30.00

0.0045

117210.9

3.92

No.

Rpm

Q (l/s)

P (mH2O)

F (kgf)

Rps

Q (m /s)

P (N/m )

F (N)

1

1000

4.5

18

1.05

16.67

0.0045

124105.6

10.30

2

1200

4.5

18

0.9

20.00

0.0045

124105.6

8.83

3

1400

4.5

18

0.7

23.33

0.0045

124105.6

6.86

4

1600

4.5

18

0.5

26.67

0.0045

124105.6

4.90

5

1800

4.5

18

0.4

30.00

0.0045

124105.6

3.92

Spear 2 2

2

Spear 3 2

2


Spear 4 2

2

No.

Rpm

Q (l/s)

P (mH2O)

F (kgf)

Rps

Q (m /s)

P (N/m )

F (N)

1

1000

4.25

20

1.1

16.67

0.00425

137895.1

10.79

2

1200

4.25

20

1.05

20.00

0.00425

137895.1

10.30

3

1400

4.25

20

0.8

23.33

0.00425

137895.1

7.85

4

1600

4.25

20

0.7

26.67

0.00425

137895.1

6.86

5

1800

4.25

20

0.5

30.00

0.00425

137895.1

4.90

3.1.3. Hasil Data Yang Telah Dihitung Spear 1 2

A (m )

v (m/s)

Mt (Nm)

Ht (m)

BHP (Watt)

WHP (Watt)

ηt (%)

0.00126

3.62

1.57

12.63

164.23

563.17

29.16

0.00126

3.38

1.40

12.19

176.33

507.83

34.72

0.00126

3.58

0.99

12.62

145.21

556.33

26.10

0.00126

3.78

0.66

12.69

110.64

590.72

18.73

0.00126

3.78

0.50

11.99

93.35

557.97

16.73

Perhitungan spear 1 pada 1000 rpm : 





Luas penampang pipa

                            

Kecepatan aliran fluida

Momen torsi

F  L ηrem



Head total




    (        [    )]       [    ]                                                BHP



WHP



Efisiensi turbin

Spear 2

2

A (m )

v (m/s)

Mt (Nm)

Ht (m)

BHP (Watt)

WHP (Watt)

ηt (%)

0.00126

3.78

1.82

12.69

190.16

590.72

32.19

0.00126

3.78

1.57

12.69

197.07

590.72

33.36

0.00126

3.78

1.07

13.39

157.31

623.47

25.23

0.00126

3.58

0.91

12.62

152.13

556.33

27.34

0.00126

3.58

0.66

12.62

124.47

556.33

22.37


Luas penampang pipa

          






                  (       [    )]       [    ]                                                Kecepatan aliran fluida

Momen torsi

F  L ηrem









Head total

BHP

WHP

Efisiensi turbin


Spear 3 2

A (m )

v (m/s)

Mt (Nm)

Ht (m)

BHP (Watt)

WHP (Watt)

ηt (%)

0.00126

3.58

1.73

13.32

181.52

587.36

30.90

0.00126

3.58

1.49

13.32

186.70

587.36

31.79

0.00126

3.58

1.16

13.32

169.41

587.36

28.84

0.00126

3.58

0.83

13.32

138.30

587.36

23.55

0.00126

3.58

0.66

13.32

124.47

587.36

21.19






Luas penampang pipa

                              (      [    )]       [    ]    Kecepatan aliran fluida

Momen torsi

F  L ηrem





Head total

BHP




                                            WHP



Efisiensi turbin

Spear 4

2

A (m )

v (m/s)

Mt (Nm)

Ht (m)

BHP (Watt)

WHP (Watt)

ηt (%)

0.00126

3.38

1.82

14.66

190.16

610.39

31.15

0.00126

3.38

1.73

14.66

217.82

610.39

35.69

0.00126

3.38

1.32

14.66

193.62

610.39

31.72

0.00126

3.38

1.16

14.66

193.62

610.39

31.72

0.00126

3.38

0.83

14.66

155.59

610.39

25.49






Luas penampang pipa

                   

Kecepatan aliran fluida

Momen torsi

F  L ηrem










             (        [    )]       [    ]                                                Head total

BHP

WHP

Efisiensi turbin


3.2. Analisa Grafik 3.2.1.

Grafik fungsi Q terhadap n

GRAFIK HUBUNGAN KAPASITAS DENGAN PUTARAN 0.0048 0.0047 0.0046 ) Q ( 0.0045 S A T I 0.0044 S A P 0.0043 A K 0.0042

SPEAR 1 SPEAR 2 SPEAR 3 SPEAR 4

0.0041 0.0040 1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

PUTARAN (RPM)

Pada praktikum turbin pelton, kapasitas diatur oleh Spear sehingga setiap spear seharusnya memiliki kapasitas yang sama. Kapasitas ang sama ditunjukkan pada grafik spear 3 dan 4, sedangkan pada spear 1 dan 2 menunjukkan hasil yang berbeda karena ketidak telitian saat membaca flowmeter.


3.2.2.

Grafik fungsi H terhadap Q

GRAFIK HUBUNGAN HEAD DENGAN KAPASITAS 15.00 14.50 spear 1

14.00

spear 2

D13.50 A E H13.00

spear 3 spear 4

12.50 12.00 11.50 4.2

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

4.8

KAPASITAS (Q)

Pada grafik diatas, dapat diketahui bahwa semakin besar kapasitas, maka headnya akan semakin besar. Hal ini sesuai dengan dasar teori sebelumnya, yang menyatakan bahwa hubungan antara debit dengan head akan berbanding lurus. Hal itu terlihat dalam rumus :

      (     [    )  ]             

Sehingga jika nilai dengan



  



, , , dan konstan maka akan diperoleh



berbanding lurus

Sedangkan pada spear 1 semakin besar kapasitasnya, headnya tidak selalu bertambah besar, akan tetapi kadang bertambah kecil. Hal ini tidak sesuai dengan rumus seperti diatas.Ketidaksesuaian ini dapat terjadi karena adanya pengaruh tekanan. Dengan kapasitas yang sama, apabila tekanannya semakin besar maka headnya akan semakin besar pula, begitupun sebaliknya, bila tekanannya turun maka headnya turun.


3.2.3.

Grafik fungsi η terhadap n

GRAFIK HUBUNGAN EFISIENSI DENGAN PUTARAN 40.00 35.00

) %30.00 ( I S N25.00 E I S I 20.00 F E


15.00 10.00 1000

1200

1400

1600

1800

PUTARAN (RPM)

Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa besarnya putaran rpm berbanding terbalik dengan besarnya effisiensi yang diperoleh. Grafik diatas tidak sesuai dengan teori yang menyebutkan bahwa efisiensi berbanding lurus terhadap putaran,yang dituliskan dengan rumus :  

BHP WHP



2  F  l  n

Q  H  

Hal ini di karenakan adanya pengaruh gaya, kapasitas, dan head. Dengan putaran yang sama, apabila gayanya bertambah besar, maka efisiensi akan bertambah besar. Tetapi apabila kapasitas dan headnya yang bertambah besar, maka efisiensinya akan turun.


3.2.4.

Grafik fungsi η terhadap BHP

GRAFIK HUBUNGAN EFISIENSI DENGAN BHP

36.00 ) %31.00 ( I S N E I S I 26.00 F E


21.00

16.00 80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

180.00

200.00

220.00

BHP

Pada grafik diatas dapat diketahui bahwa semakin besar BHP maka efisiensinya akan semakin besar. Hal ini sesuai dengan dasar teori sebelumnya yang menyatakan bahwa BHP berbanding lurus dengan efisiensi, berdasarkan rumusan: 

=

BHP WHP

x 100%


3.2.5.

Grafik fungsi η terhadap Q

GRAFIK HUBUNGAN EFISIENSI DENGAN KAPASITAS 0.0048 0.0047 SPEAR 1

0.0046 ] s / 2 m [ ) 0.0045 Q ( s a 0.0044 t i s a p a 0.0043 K

SPEAR 2 SPEAR 3 SPEAR 4

0.0042 15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

Efisiensi (%)

Pada grafik diatas, pada spear 1 dapat diketahui bahwa semakin besar kapasitas, maka akan efisiensinya akan semakin kecil. Hal sesuai dengan rumus yang menyatakan bahwa hubungan antara kapasitas dan efisiensi adalah berbanding terbalik. Rumus tersebut ditunjukkan sebagai berikut :

η=

BHP WHP

x

100% =

Atau Q =

2 . Mt .n  . Ht .

2 . Mt .n

Q. . Ht

 100%

x 100%


3.2.6.

Grafik fungsi BHP terhadap Q

GRAFIK HUBUNGAN BHP DENGAN KAPASITAS 0.0048 0.0047 ) Q ( S A T I S A P A K

SPEAR 1

0.0046

SPEAR 2

0.0045 SPEAR 3

0.0044 SPEAR 4

0.0043 0.0042 75.00

100.00

125.00

150.00

175.00

200.00

225.00

BHP

Dari grafik diatas, dari spear 1 dapat diketahui bahwa besarnya putaran BHP berbanding terbalik dengan besarnya kapasitas yang diperoleh. Grafik diatas tidak sesuai dengan teori yang menyebutkan bahwa kapasitas berbanding lurus terhadap BHP, yang dituliskan dengan rumus :

η=

BHP WHP

x

100% =

BHP 

2 . Mt .n

Q. . Ht

x 100%

  Q    Ht

100%

Hal ini di karenakan adanya pengaruh dari head dan efisiensi. Apabila pada kapasitas yang sama,head dan efisiensinya bertambah, maka BHP akan bertambah, sedangkan apabila head dan efisiensinya berkurang, maka BHP akan turun juga nilainya.


3.2.7.

Grafik fungsi η terhadap WHP GRAFIK HUBUNGAN EFISIENSI DENGAN WHP

630.00 610.00 SPEAR 1

590.00

SPEAR 2

P 570.00 H W550.00

SPEAR 3

530.00 SPEAR 4

510.00 490.00 15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

EFISIENSI (%)

Pada grafik diatas, pada sebagian data pada spear 1 dapat diketahui bahwa semakin besar WHPya, maka akan efisiensinya akan semakin kecil. Hal sesuai dengan rumus yang menyatakan bahwa hubungan antara efisiensi dengan WHP adalah berbanding terbalik. Rumus tersebut ditunjukkan sebagai berikut : 

=

BHP WHP

x 100%

Pada spear 2,3, 4, serta sebagian data dari spear 1, semakin besar WHPya, efisiensinya tidak selalu bertambah kecil, akan tetapi kadang bertambah besar. Hal ini tidak sesuai dengan rumus seperti diatas. Ketidaksesuaian ini dapat terjadi karena adanya pengaruh momen torsi ( ). apabila pada WHP yang sama momen torsinya bertambah besar, maka efisiensinya akan naik, sedangkan bila momen torsinya bertambah kecil, maka efisiensinya akan turun.




3.2.8.

Grafik fungsi F terhadap n GRAFIK HUBUNGAN GAYA DENGAN KAPASITAS

11.00 10.00 9.00

SPEAR 1

8.00 ) F ( 7.00 A Y A6.00 G 5.00

SPEAR 2 SPEAR 3

4.00

SPEAR 4

3.00 2.00 0.0042

0.0043

0.0044

0.0045

0.0046

0.0047

0.0048

KAPASITAS (Q)

Pada grafik diatas dapat diketahui bahwa besarnya putaran berbanding terbalik dengan besarnya gaya. Hal ini sesuai dengan rumus yang menyatakan bahwa hubungan antara putaran dengan gaya adalah berbanding terbalik. Rumus tersebut ditunjukkan sebagai berikut : BHP = 2π.Mt.n, dimana Mt = ( F.L ) /rem

BHPx rem Atau

n = 2 xFxL


3.2.9.

Grafik fungsi WHP terhadap n GRAFIK HUBUNGAN WHP DENGAN PUTARAN

640.00 620.00 SPEAR 1

600.00 P 580.00 H W 560.00

SPEAR 2

540.00

SPEAR 4

SPEAR 3

520.00 500.00 1000

1200

1400

1600

1800

PUTARAN (RPM)

Pada grafik diatas, pada sebagian besar data spear 1 dapat diketahui bahwa semakin besar putarannya, maka WHPnya akan semakin besar pula. Hal sesuai dengan rumus yang menyatakan bahwa hubungan antara putaran dengan WHP adalah berbanding lurus. Rumus tersebut ditunjukkan sebagai berikut 

      BHP

2 . Mt .n

WHP

WHP 2 . Mt .n

Atau

 t

 

 100%

Sedangkan pada spear 2,3, dan 4 semakin besar putarannya, WHP nya tidak selalu bertambah besar, kadang WHPnya bertambah kecil atau konstan.Hal ini tidak sesuai dengan rumus seperti diatas.Ketidaksesuaian ini dapat terjadi karena adanya pengaruh momen torsi dan efisiensi. Pada putaran yang sama, apabila momen torsinya semakin besar maka WHPnya akan semakin besar pula. Sedangkan apabila efisiensinya yang semakin besar, maka WHPnya akan semakin kecil.


3.2.10. Grafik fungsi BHP terhadap n GRAFIK HUBUNGAN BHP DENGAN PUTARAN

220.00 190.00 SPEAR 1

160.00 P H B 130.00

SPEAR 2 SPEAR 3

100.00 70.00 1000

SPEAR 4

1200

1400

1600

1800

PUTARAN (RPM)

Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa besarnya putaran BHP berbanding terbalik dengan besarnya putaran. Grafik diatas tidak sesuai dengan teori yang menyebutkan bahwa putaran berbanding lurus terhadap BHP, yang dituliskan dengan rumus



Hal ini di karenakan adanya pengaruh dari momen torsi. Pada putaran yang sama, apabila momen torsinya bertambah besar, maka BHP akan semakin besar pula. Sebaliknya, apabila momen torsinya semakin kecil, maka BHPnya akan semakin kecil pula.


KESIMPULAN Pada percobaan turbin peltonkesimpulan didapatkan dari menjawab pertanyaan dari Modul Praktikum Mesin Fluida 2014, pertanyaan dan jawabannya adalah sebagai berikut: 1.

Bagaimana pengaruh efisiensi turbin terhadap BHP ? Berbanding lurus, karena jika semakin besar BHP atau daya rem akan semakin besar pula efisiensinya. BHP atau daya rem dibuat sebesar mungkin dengan WHP atau daya air yang kecil. BHP adalah daya yg keluar dari turbin, sehingga BHP dalah daya yang digunakan agar turbin dapat menjalankan fungsinya

2.

Bagaimana pengaruh BHP terhadap kapasitas pompa ? Dari data yang valid mengenai kapasitasnya (spear 3 dan 4), BHP berbanding terbalik dengan kapasitas pompa, misalkan pada 1000 rpm spear 3 BHPnya adalah 181,52 Watt dan 1000 rpm spear 4 adalah 190,16.Data tersebut menunjukkan bahwa kapasitas yang kecil memiliki BHP yang tinggi karena kapasitas yang kecil memiliki dorongan yang kuat daripada kapasitas yang besar yang hanya membuang daya untuk menggerakkan pompa.

3.

Bagaimana pengaruh efisien turbin terhadap WHP ? Berbanding terbalik, karena secara rumus :  =

BHP WHP

x 100% . Dimana semakin besar WHP akan memiliki

nilai efisiensi yang lebih rendah dalam keadaan BHP yang konstan. WHP dalah daya air, atau dalam percobaan sebagai daya yang dikeluarkan pompa untuk mengalirkan air, sehingga jika daya air nya besar akan menghasilkan keborosan energi dan enurunan efisiensi. 4.

Bagaimana pengaruh F terhadap putaran ? Berbanding terbalik. Dari hasil percobaan, semua.spear menunjukkan perbangdingan terbalik antara gaya dan putaran. Hal ini sesuai dengan rumus yang menyatakan bahwa hubungan antara putaran dengan gaya adalah berbanding terbalik. Rumus tersebut ditunjukkan sebagai berikut :

    dimana

F  L ηrem

Sehingga

F  L ηrem

Analisa rumus tersebut menunjukkan perbandingan ter balik antara gaya F dan putaran N.

227171497-Turbin-Pelton.pdf

Recommend Documents