BAB III PENGUJIAN TURBIN FRANCIS 3.1.
PENDAHULUAN PLTA merupakan pembangkit listrik yang sangat penting bagi kemajuan di Indonesia. Hal ini didukung oleh kondisi alam di Indonesia yang mana terdapat sungai , danau, dan air terjun yang dapat digunakan sebagai PLTA. Dalam pembuatan PLTA sering digunakan Turbin untuk merubah energi potensial menjadi energi mekanik. Ada bermacam-macam jenis turbin, tetapi yang paling sering digunakan dalam pembangkit tenaga listrik adalah Turbin Pelton, Turbin Francis dan Turbin Kaplan. Turbin Francis merupakan jenis turbin yang paling banyak digunakan diantara turbin-turbin air yang ada, dan pengembangan turbin francis dalam dekade terakhir ini telah memberikan dampak yang besar dalam pengembangan aplikasi-aplikasi baru untuk jenis tipe ini. Penelitian-penelitian yang dilakukan saat ini membawa dampak yang besar dalam peningkatan performa turbin, pemilihan material yang cocok, dan desain dari turbin itu sendiri ditinjau dari sisi kontruksi, tingkat kesukaran yang ditimbulkan oleh proses manufaktur, dan faktor perawatan pada sisi desain. ( reff : www.google.com/turbin-air )
3.2.
TUJUAN PRAKTIKUM 1. Mengetahui besarnya efisiensi tertinggi turbin. 2. Mengetahui daya efektif maksimum turbin. 3. Agar praktikan mengetahui cara kerja Turbin Francis. (reff : “Jobsheet Praktikum Prestasi Mesin” Teknik Mesin UNDIP)
3.3.
DASAR TEORI
3.3.1
Pengetahuan Umum Tentang Turbin Francis Turbin francis petama kali dikembangkan oleh James B. Francis, pada tahun 1848 dia mampu membuktikan desainnya untuk menciptakan turbin dengan efisiensi sampai dengan 90%, dia mengaplikasikan ilmu science dengan
metode pengujian untuk menghasilkan turbin dengan efisiensi yang cukup besar, kemudian ia juga membuktikannya dengan perhitungan matematika dan grafik. Turbin francis adalah salah satu jenis turbin air (hidraulik) yang paling sering digunakan sampai sekarang, turbin ini beroperasi dalam headrange antara 10 sampai beberapa ratus meter dan fungsi utamanya adalah dalam memproduksi tenaga listrik. Memiliki vane antara 9 atau lebih, dimana air akanmengenai
vane-vane
tersebut
dan
mengelilinginya
hingga
dapat
menyebabkannya berputar. Turbin francis bekerja dengan mengunakan proses tekanan lebih. Pada waktu air masuk ke roda jalan, sebagian dari energi tinggi jatuh telah bekerja di dalam sudu pengarah dan diubah sebagai kecepatan arus masuk, kemudian sisa energi tinggi jatuh dimanfaatkan di dalam sudu jalan.Adanya pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja di sudu jalan dengan semaksimum mungkin Turbin ini termasuk turbin reaksi aliran yang mengkombinasikan konsep aliran radial dan axial.Temasuk dalam turbin reaksi yangberarti kerja fluida dalam hal ini air mengubah tekanan dan bergerak memasuki turbin dan memberikan energi. Inlet dari turbin perancis berbentuk spiral (rumah keong) yang menyebabkan air bergerak tangensial memasuki daun baling-baling runner (penggerak turbin), aliran radial ini mengenai runner dan menyebabkan runner ini berputar. Turbin francis dilaksanakan dengan posisi poros vertical atau horizontal. (reff:“Turbin Pompa dan Kompresor” Fritz Diesel) 3.3.2
Klasifikasi Turbin Secara umum tipe turbin air dikelompokkan menjadi dua:
a.
Turbin reaksi Turbin yang digerakkan oleh air, dimana perubahan tekanan hidrolis air menjadi energi mekanis mengakibatkan pergerakan turbin. Jadi kerja turbin ini bisa dijelaskan dengan teori Newton III. Kebanyakan turbin air menggunakan turbin reaksi. Semuanya menggunakan head medium dan rendah. Yang termasuk
dalam kelompok turbin reaksi adalah Turbin Francis, Kaplan, Propeller, Bulb, Tube, Straflo, Tyson, Water wheel.
Gambar.3.1 Turbin Francis (a) Turbin Kaplan (b)
( reff : http.www.emt-india.netprocesspower_plants Hydraulic_Turbine.htm ) b.
Turbin Impuls Pada Turbin Impuls kecepatan air ditambah sehingga momentumnya membesar dan kemudian momentum tersebut menggearkkan turbin. Contoh dari Turbin impuls adalah Turbin Pelton, Pelton, Turgo, Michell-Banki (disebut juga Crossflow or Ossberger turbine).
Gambar 3.2 a. Banki Turbine dan b. Turbin Pelton (reff : http.www.viswiki.comenBanki_turbine)
3.3.3
Prinsip Kerja Turbin Francis Turbin francis termasuk salah satu turbin reaksi, artinya fluida yang bekerja mengubah tekanan bersamaan dengan gerak dari turbin tersebut, yang menghasilkan energi. Inletnya berbentuk spiral. Guide Vane membawa air secara tangensia menuju runner. Aliran radial ini bekerja pada runner vanes, menyebabkan runner berputar. Guide vane (atau wicket gate) dapat disesuaikan untuk memberikan operasi turbin yang efisien untuk berbagai kondisi aliran air. Air pertama kali memasuki volute, dimana sebuah celah yang berbentuk gelang mengelilingi runner, dan aliran diantara guide vanes, yang memberikan air pada arah aliran yang optimum. Kemudian memasuki runner, yang secara total bergabung, merubah momentum dari air, yang menghasilkan reaksi pada turbin. Air mengalir secara radial menuju pusat. Runner dilengkapi dengan vane berbentuk kurva yang akan ditabrak oleh air. Guide vane dibuat sedemikian rupa sehingga sebagian energi dari air diubah menjadi gerakan berputar yang tidak akan timbul fenomena aliran eddies dan aliran-aliran lain yang tidak diinginkan yang dapat menyebabkan energi yang hilang. Guide vane dapat disesuaikan untuk memberikan derajat adaptabilitas untuk bermacam-macam variasi pada kecepatan aliran air dan beban dari turbin. ( reff : “Turbin Pompa dan Kompresor” Fritz Dietzel).
3.3.4
Bagian-Bagian Turbin Francis
Gambar 3.3 bagian-bagian turbin Francis ( reff :“Turbin Pompa dan Kompresor” Fritz Dietzel). Masing-masing bagian dari turbin francis mempunyai fungsi diantaranya sebagai berikut : a.
Sudu pengarah : berfungsi untuk mengarahkan air yang masuk sehingga
aliran air berubah menjadi searah (uniform).
b.
Casing spiral : Sebagian dari mesin ini memiliki poros vertikal meskipun
beberapa mesin yang lebih kecil dari jenis ini memiliki poros horisontal. Cairan masuk dari penstock (pipa yang menuju ke turbin dari reservoir pada ketinggian tinggi) ke casing spiral yang benar-benar mengelilingi runner. Casing ini dikenal sebagai gulir casing atau volute. Luas penampang casing ini menurun merata sepanjang keliling untuk menjaga kecepatan fluida konstan dalam besar di sepanjang jalan yang menuju guide vane. c.
Guide on stay vanes : fungsi guide vanes atau baling-baling tetap adalah
untuk mengkonversi bagian dari energi tekanan fluida di pintu masuk ke energi kinetik dan kemudian untuk mengarahkan cairan pada pisau runner pada sudut yang tepat untuk desain d.
Sudu runner : berfungsi untuk mengubah energi hidrolis air menjadi
energi mekanis. e.
Poros turbin : berfungsi untuk meneruskan torsi dan putaran ke poros
generator. f.Pipa hisap : berfungsi untuk mengubah energi kecepatan menjadi energi tekanan. g.
Draft-tube : Fungsi utama dari draft tube adalah untuk mengurangi
kecepatan air dibuang untuk meminimalkan kehilangan energi kinetik di outlet. Hal ini memungkinkan turbin yang akan ditetapkan di atas tail water tanpa appreciable drop yang cukup tersedia ( reff :“Turbin Pompa dan Kompresor” Fritz Dietzel) 3.3.5
Aplikasi Turbin Francis Contoh pemakaian turbin francis dalam kehidupan sehari-hari adalah: Turbin Francis untuk pembangkit listrik tenaga mini hidro (PLTM) sungai putih 2 x 815 kW, Head 41 m dan kapasitas aliran 4,5 m3/s. Indonesia memiliki sumber daya air yang banyak berupa sungai, air terjun, danau dan laut yang dapat dimanfaatkan sebagai tenaga pembangkit listrik. Dilatar belakangi oleh krisis energi listrik dan kebutuhan energi yang terus meningkat, maka sumber daya yang ada dimanfaatkan semaksimal
mungkin. Maka Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro (PLTM) adalah salah satu pembangkit listrik tenaga air yang menjadi pilihan dimana PLTM memanfaatkan energi air yang memiliki kapasitas aliran yang tidak terlalu besar. Perancangan ini bertujuan untuk menentukan jenis turbin yang sesuai dengan head dan kapasitas aliran yang tersedia berupa tinggi jatuh air, H = 41 m dan kapasitas aliran, Q = 4,5 m3/s yang diperoleh pada Sungai Putih, Pesisir Selatan dan menentukan spesifikasi bagian-bagian utama turbin berupa roda jalan, sudu pengarah, rumah turbin, saluran isap dan bagian pendukungnya. Berdasarkan hasil perancangan maka turbin yang digunakan adalah turbin Francis berukuran kecil dengan diameter terbesar rumah turbin 1,0023 m, putaran tinggi yaitu 1000 rpm dan daya yang dihasilkan 803,814 kW. Sehingga turbin Francis hasil rancangan sesuai untuk digunakan pada pembangkit mini hidro.
Gambar 3.4 Aplokasi Turbin francis ( reff: http. http://mesin.unand.ac.id/index.php?cat=post&id=60) 3.3.6
Karakteristik Dan Performansi Turbin Francis a)
Daya Air Daya yang masuk ked lam turbin francis adalah daya potensial air WHP = ρ.g.Q.H Dimana : WHP : daya hidrolis air (watt)
ρ : massa jenis air (kg/m3) g : percepatan gravitasi (m/dt2) Q : laju aliran masa (m3/dt) H : head dari tinggi jatuh air (mH2O) b)
Daya keluar turbin Daya yang dikeluarkan oleh turbin adalah daya poros karena tujuan turbin adalah mengubah energi hidrolis menjadi energi mekanis. BHP =
2.π.n.T 60
Dimana : BHP : daya mekanis (watt) n : kecepatan putar (rpm) T : Torsi (Nm) = F . s c)
Daya Listrik Daya poros yang dihasilkan turbin diubah oleh generator DC menjadi daya listrik Pel = Vj.Ij Pel : daya listrik efektif Vj : tegangan jangkar (Volt) Ij : Arus Jangkar (Ampere)
d)
Efisiensi Turbin ηT = daya mekanik / daya air .100% =
e)
x 100 %
Efisiensi total ηe =
f)
BHP WHP
Pel x 100 % WHP
Efisiensi Generator ηG =
Pel X 100 % BHP
(reff : “Jobsheet Praktikum Prestasi Mesin" Teknik Mesin UNDIP)
3.4
PERALATAN DAN BAHAN PENGUJIAN Bagian-bagian alat beserta fungsinya 15 5
16 5
Gambar 3.5 Mesin uji turbin Francis secara keseluruhan
Gambar 3.6 Bagian – bagian alat uji Turbin Francis
Gambar 3.7 V-Notch Nama bagian-bagian mesin percobaan : 1.
Saklar Lampu Beban Berfungsi untuk menghidupkan dan mematikan lampu pembebanan untuk mengatur besarnya pembebanan yang diberikan.
2.
Voltmeter Berfungsi untuk mengukur besarnya tegangan yang dihasilkan oleh generator dengan adanya variasi hambatan berupa lampu listrik.
3.
Amperemeter Berfungsi untuk mengukur besarnya arus yang dihasilkan oleh generator dengan adanya variasi hambatan berupa lampu listrik.
4.
Lampu / beban Berfungsi sebagai hambatan listrik.
5.
Sight Glass Berfungsi untuk mengukur ketinggian air terhadap weir.
6.
Katup Discharge. Berfungsi untuk mengatur laju aliran yang akan masuk ke turbin.
7.
Pompa Berfungsi untuk merubah tekanan pada air menjadi kecepatan sehingga menghasilkan aliran air untuk dipindahkan ke atas sehingga menimbulkan energy potensial sebagai pengganti air terjun pada PLTA.
8.
Turbin Berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanis.
9.
Generator Berfungsi untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
10. Pengatur bukaan Berfungsi untuk mengatur besar sudut bukaan pada sudu pengarah. 11. Saklar Motor Berfungsi untuk menghidupkan atau mematikan arus dan tegangan. 12. Pengatur Kecepatan Motor Berfungsi untuk mengatur Head masukan turbin. 13. Turbin Inlet Berfungsi untuk menunjukkan besarnya Head masukan turbin. 14. V-notch V-notch/ Weir digunakan untuk mengontrol laju aliran air, sehingga debit air yang melaluinya dapat diatur. 15. Indikator Gaya Berfungsi untuk mengetahui besarnya gaya yang dihasilkan turbin.
16. Pulsemeter Sensor yang digunakan untuk mengukur kecepatan yang dipasang pada kabel keluaran pada poros turbin. (reff : Laboratorium Thermofluid Teknik Mesin UNDIP)
3.5
PROSEDUR PENGUKURAN Parameter yang diukur untuk menganalisa Turbin Francis ini adalah Head, Debit dan Kecepatan Poros.
3.5.1 Pengukuran Torsi Untuk memberi beban sekaligus mengetahui besarnya beban tersebut maka pada poros turbin dipasang lengan torsi dan indeks massa yang berfungsi untuk menghitung besarnya torsi yang dihasilkan. Untuk memberi beban sekaligus mengukur besarnya beban tersebut pada poros turbin digunakan electronic charging scale. Rangkaian Jangkar
Rangkaian Beban
V m indeks massa
L
A rotor
electronic charging scale
Gambar 3.8 Instalasi electronic charging scale a.
Memberi tegangan field dengan memutar pengatur tegangan.
b.
Mengatur batang penyeimbang sampai seimbang kembali dengan memutar screw, membaca besarnya gaya yang ditunjukkan oleh neraca pegas.
c.
Menghidupkan saklar beban pertama, kemudian dengan screw, mencatat besarnya gaya.
menyeimbangkan kembali
d.
Dengan mengalikan gaya yang terbaca dengan jarak L maka didapatkan torsi. (reff : “Jobsheet Praktikum Prestasi Mesin” Teknik Mesin UNDIP)
3.5.2 Pengukuran Tinggi Tekanan (Head) Pengukuran tinggi tekan untuk peralatan ini terdapat tiga manometer, yaitu untuk mengukur suction head pompa, discharge head pompa dan turbin inlet head. Manometer ini menggunakan tabung bourdon sebagai peralatan utama. Untuk penelitian kali ini hanya pengukuran head Turbin Inlet yang digunakan. 3.5.3 Pengukuran Debit Pembacaan untuk mengukur besarnya debit yang mengalir pada sistem ini menggunakan “V” notch/gerbang V. Dengan membaca ketinggian air yang mengalir melalui gerbang dapat dibaca melalui sight glass. Kemudian dengan menggunakan gambar dapat kita ketahui besarnya debit dalam m3/menit. 3.5.4 Pengukuran Kecepatan Untuk mengukur besarnya kecepatan tinggal menghubungkan Pulsemeter, dengan memasang sensor Pulsemeter dikabel keluaran pada poros turbin. (reff : “Jobsheet Praktikum Prestasi Mesin” Teknik Mesin UNDIP) 3.6
PROSEDUR PENGUJIAN Prosedur pengujian dalam praktikum Turbin Francis adalah sebagai berikut : 1.
Menghidupkan saklar utama.
2.
Menghidupkan saklar motor.
3.
Mengatur bukaan sudu pengarah.
4.
Mengatur head masukan turbin.
5.
Menyalakan saklar pembebanan untuk masing-masing variasi jumlah lampu.
6.
Menstabilkan head masukan turbin.
7.
Mencatat besarnya tegangan listrik, gaya/pembebanan, tinggi arus reservoir, kuat arus dan putaran mesin.
8.
Melakukan pencatatan untuk variasi head masukan turbin (3, 4 dan 5) dan variasi banyaknya lampu yang dinyalakan (5, 4, 3, 2, 1, dan 0).
9.
Mematikan saklar pembebanan dan kurangi kecepatan putaran pompa, kemudian atur bukaan sudu pengarah. Ulangi prosedur 1 s/d 8 di atas untuk variasi bukaan sudu pengarah 100%, 75% dan 50%.
10. Mematikan peralatan. 11. Menulis laporan sementara. (reff : “Jobsheet Praktikum Prestasi Mesin” Teknik Mesin UNDIP) 3.7 CONTOH SOAL DAN PENYELESAIAN TURBIN FRANCIS Contoh Soal dan Penyelesaian Turbin Francis Di ketahui turbin francis spiral dengan H = 156,5 V= 6 m3/dtk. n = 600 menit-1 ,P = 6000 KW.efisiensi turbin = 0,886. Berapakah nilai kecepatan air keluar ? Jawab. Kecepatan spesifik
nq = n .
2,5
V H
= 600 . 43 ,6
0 , 75
= 34,4 / menit Faktor yang digunakan adalah : 2. g.H
=
2.9,81 .156 ,5
= 55 m/detik
Pada pengeluaran yang tegak lurus ke dalam pipa hisap, maka c2u = nol dan α2 = 90o , jadi : Cu1 =
ηT • g • H = u1
0,886
•9,81 •156 ,5 38 ,5
= 33,8 m / detik
(Reff: “Turbin Pompa dan Kompresor” Fritz Dietzel)
3.8
PERHITUNGAN DAN ANALISA
3.8.1. Data Praktikum ( s : 32,5 cm ) No
Bukaan
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
100%
No
Bukaan
1 2 3 4 5 6
75%
H mH2O
3
4
5
H mH2O 3
n rpm
h mm
V volt
I ampere
Jumlah Lampu
1285 1300 1310 1322 1360 1365 1596 1600 1610 1625 1650 1655 1850 1850 1820 1850 1860 1915
58 58 57 57 56 55 59 59 59 59
0,32 0,4 0,48 0,8 1,75 4,72 0,45 0,54 0,76 1,37 2,46 5,56 0,54 0,66 1,17 1,88 3,2 6,77
1,89 1,85 1,74 1,59 1,11 0 2,4 2,4 2,29 1,97 1,29 0 2,71 2,67 2,7 2,22 1,47 0
5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0
n rpm 1220 1240 1270 1290 1280 1317
h mm 58 58 57 57
V volt 0,4 0,45 0,53 0,88 1,58 4,53
Arus ampere 1,85 1,85 1,8 1,62 1,08 0
Jumlah lampu 5 4 3 2 1 0
58 58 60 60 65 62 61 60
56 55
F N
0,06 0,055 0,05 0,045 0,035 0 0,065 0,065 0,055 0,055 0,04 0,01 0,065 0,065 0,07 0,065 0,055 0,015
F N
0,065 0,07 0,065 0,065 0,045 0,02
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
4
5
Bukaan
H mH2O
3
50%
4
5
1580 1570 1590 1609 1588 1611 1845 1828 1835 1847 1869 1878
59 59 59 59
n rpm 920 980 1006 1042 1100 1170 1340 1350 1358 1360 1405 1445 1460 1630 1646 1650 1654 1730
58 57 60 60 60 60 59 59
0,45 0,5 0,67 1,13 2,05 5,3 0,5 0,6 0,85 1,53 2,2 6,29
2,2 2,19 2,13 1,81 1,19 0 2,47 2,4 2,35 2,05 1,36 0
5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0
h mm 55 50 50 49 49 48 52 52 51 51 50 50 54 54 53 53 52 52
V volt 0,27 0,3 0,36 0,54 1,22 4,01 0,34 0,39 0,5 0,87 1,75 4,79 0,42 0,48 0,7 1,15 2,32 5,6
Arus ampere 1,49 1,48 1,45 1,31 0,98 0 2,83 2,75 2,71 2,25 1,45 0 2,57 2,36 2,21 1,88 1,27 0
Jumlah lampu 5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0
0,055 0,055 0,05 0,045 0,03 0 0,06 0,06 0,06 0,055 0,045 0,015
F N
0,06 0,05 0,045 0,045 0,05 0,015 0,05 0,055 0,06 0,05 0,045 0,02 0,054 0,06 0,06 0,055 0,045 0,015
3.8.2. Perhitungan Ralat Contoh perhitungan ralat : Datum no. 1 (bukaan 100%, H = 3 mH2O, jumlah lampu = 5) a. Ralat putaran n ∆
= 1285 rpm n
= 0,5
Ralat Nisbi = ∆ n/n . 100 % = 0,5/1285 . 100% = 0,03 % Keseksamaan = 100% - Ralat Nisbi = 100% - 0,03 % = 99,97 % b. Ralat Gaya F = 0,060 ∆F
= 0,0005
Ralat Nisbi = ∆ F/F . 100 % = 0,0005/0,060 .100% = 0.83 % Keseksamaan = 100% - Ralat Nisbi = 100% - 0,83% = 99,17% c. Head h = 60 1 ∆h = .1 = 0,5 2 RalatNisbi =
∆h 0,5 .100% = .100% = 0,86% h 58
Keseksamaa n = 100 % − RalatNisbi = 100 % − 0,86 % = 99,14 %
1. Perhitungan Ralat Putaran : ∆n = 0, 5 Bukaan 100 % H=3 N o
1 2 3 4 5 6
n
Δn
rpm 1285 1300 1310 1322 1360 1365
rp m 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
H=4
ralat nisbi
keseksam aan
% 0,04% 0,04% 0,04% 0,04% 0,04% 0,04%
% 99,96% 99,96% 99,96% 99,96% 99,96% 99,96%
ralat nisbi
keseksam aan
% 0,04% 0,04% 0,04% 0,04% 0,04%
% 99,96% 99,96% 99,96% 99,96% 99,96%
Bukaan 75% H=3 N o
1 2 3 4 5
N o
1 2 3 4 5 6
H=5 n
Δn
ralat nisbi
keseksam aan
rpm 1596 1600 1610 1625 1650 1655
rpm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
% 0,03% 0,03% 0,03% 0,03% 0,03% 0,03%
% 99,97% 99,97% 99,97% 99,97% 99,97% 99,97%
n
Δn
ralat nisbi
keseksam aan
rpm 1580 1570 1590 1609 1588
rpm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
% 0,03% 0,03% 0,03% 0,03% 0,03%
% 99,97% 99,97% 99,97% 99,97% 99,97%
H=4
n
Δn
rpm 1220 1240 1270 1290 1280
rp m 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
N o
1 2 3 4 5
N o
1 2 3 4 5 6
n
Δn
ralat nisbi
keseksam aan
rpm 1850 1850 1820 1850 1860 1915
rpm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
% 0,03% 0,03% 0,03% 0,03% 0,03% 0,03%
% 99,97% 99,97% 99,97% 99,97% 99,97% 99,97%
n
Δn
ralat nisbi
keseksam aan
rpm 1845 1828 1835 1847 1869
rpm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
% 0,03% 0,03% 0,03% 0,03% 0,03%
% 99,97% 99,97% 99,97% 99,97% 99,97%
H=5 N o
1 2 3 4 5
6
0,5
1317
0,04%
99,96%
Bukaan 50% H=3 N o 1 2 3 4 5 6
n
Δn
rpm 920 980 1006 1042 1100 1170
rpm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
F Newton
1
0,06
2
0,055
3
0,05
0,5
1611
0,03%
99,97%
H=4 ralat nisbi % 0,05% 0,05% 0,05% 0,05% 0,05% 0,04%
keseksama an % 99,95% 99,95% 99,95% 99,95% 99,95% 99,96%
Gaya : ∆F = 0,0005 Bukaan 100% H=3 N o
6
ΔF newto n 0,000 5 0,000 5 0,000 5
N o 1 2 3 4 5 6
6
0,5
1878
keseksam aan
%
%
0,83%
99,17%
0,91% 1,00%
No
99,97%
H=5 n
Δn
rpm 1340 1350 1358 1360 1405 1445
rpm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
ralat nisbi % 0,04% 0,04% 0,04% 0,04% 0,04% 0,03%
keseksam aan % 99,96% 99,96% 99,96% 99,96% 99,96% 99,97%
N o 1 2 3 4 5 6
n
Δn
rpm 1460 1630 1646 1650 1654 1730
rpm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
H=4 ralat nisbi
0,03%
ralat nisbi % 0,03% 0,03% 0,03% 0,03% 0,03% 0,03%
keseksam aan % 99,97% 99,97% 99,97% 99,97% 99,97% 99,97%
H=5 F
ΔF
Newton
newto n
1
0,065
0,0005
99,09%
2
0,065
0,0005
99,00%
3
0,055
0,0005
ralat nisbi
keseksam aan
% 0,77 % 0,77 % 0,91 %
%
N o
F Newton
99,23%
1
0,065
99,23%
2
0,065
99,09%
3
0,07
ΔF newto n 0,000 5 0,000 5 0,000 5
ralat nisbi
keseksam aan
% 0,77 % 0,77 % 0,71 %
% 99,23% 99,23% 99,29%
4
0,045
5
0,035
6
0
0,000 5 0,000 5 0,000 5
1,11%
98,89%
4
0,055
0,0005
1,43%
98,57%
5
0,04
0,0005
0%
100,00%
6
0,01
0,0005
0,91 % 1,25 % 5,00 %
99,09%
4
0,065
98,75%
5
0,055
95,00%
6
0,015
0,000 5 0,000 5 0,000 5
0,77 % 0,91 % 3,33 %
99,23% 99,09% 96,67%
Bukaan 75% H=3 N o
F Newton
1
0,065
2
0,07 0,065
3 0,065 4 5
0,045
6
0,02
H=4 ΔF newto n 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5
ralat nisbi
keseksam aan
%
%
F Newton
1
0,06
2
0,05
3
0,045
4
0,045
5
0,05
6
0,015
H=5 F
Newton
0,055 0,77%
99,23%
1
0,71%
99,29%
2
0,77%
99,23%
3
0,05
0,77%
99,23%
4
0,045
1,11%
98,89%
5
0,03
2,50%
97,50%
6
0
0,055
Bukaan 50% H=3 N o
N o
ΔF newto n 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5
ralat nisbi
keseksam aan
%
%
newto n 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5
N o
F Newton
0,06 0,91%
99,09%
1
0,91%
99,09%
2
1,00%
99,00%
3
0,06
1,11%
98,89%
4
0,055
1,67%
98,33%
5
0,045
0%
100,00%
6
0,015
0,06
H=4 ΔF
N o
ΔF newto n 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5
ralat nisbi
keseksam aan
%
%
0,83%
99,17%
0,83%
99,17%
0,83%
99,17%
0,91%
99,09%
1,11%
98,89%
3,33%
96,67%
ralat nisbi
keseksam aan
%
%
0,93%
99,07%
0,83%
99,17%
0,83%
99,17%
0,91%
99,09%
1,11%
98,89%
3,33%
96,67%
H=5
ralat nisbi
keseksam aan
%
%
0,83%
99,17%
1
0,05
1,00%
99,00%
2
0,055
1,11%
98,89%
3
0,06
1,11%
98,89%
4
0,05
1,00%
99,00%
5
0,045
3,33%
96,67%
6
0,02
F Newton
ΔF newto n 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5
ralat nisbi
keseksam aan
N o
%
%
1,00%
99,00%
1
0,91%
99,09%
2
0,83%
99,17%
3
1,00%
99,00%
4
0,055
1,11%
98,89%
5
0,045
2,50%
97,50%
6
0,015
F Newton
0,054 0,06 0,06
ΔF newto n 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5 0,000 5
Ketinggian : ∆h = 0, Bukaan 100 % H=3 N o
1 2 3 4 5 6
H=4
h
Δh
ralat nisbi
keseksam aan
mm 58 58 57 57 56 55
mm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
% 0,86% 0,86% 0,88% 0,88% 0,89% 0,91%
% 99,14% 99,14% 99,12% 99,12% 99,11% 99,09%
Bukaan 75% H=3 N o 1 2 3 4
N o
1 2 3 4 5 6
H=5 h
Δh
ralat nisbi
keseksam aan
mm 59 59 59 59
mm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
% 0,85% 0,85% 0,85% 0,85% 0,86% 0,86%
% 99,15% 99,15% 99,15% 99,15% 99,14% 99,14%
58 58
H=4
h
Δh
mm 58 58 57 57
mm 0,5 0,5 0,5 0,5
ralat nisbi % 0,86% 0,86% 0,88% 0,88%
keseksam aan % 99,14% 99,14% 99,12% 99,12%
N o 1 2 3 4
N o N o 1 2 3 4 5 6
h
Δh
ralat nisbi
keseksam aan
mm 60 60 65 62 61 60
mm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
% 0,83% 0,83% 0,77% 0,81% 0,82% 0,83%
% 99,17% 99,17% 99,23% 99,19% 99,18% 99,17%
h
Δh
mm 60 60 60 60
mm 0,5 0,5 0,5 0,5
ralat nisbi % 0,83% 0,83% 0,83% 0,83%
keseksam aan % 99,17% 99,17% 99,17% 99,17%
H=5 h
Δh
mm 59 59 59 59
mm 0,5 0,5 0,5 0,5
ralat nisbi % 0,85% 0,85% 0,85% 0,85%
keseksam aan % 99,15% 99,15% 99,15% 99,15%
N o 1 2 3 4
5 6
56 55
0,5 0,5
0,89% 0,91%
99,11% 99,09%
Bukaan 50% H=3 N o 1 2 3 4 5 6
5 6
58 57
0,5 0,5
0,86% 0,88%
99,14% 99,12%
H=4
h
Δh
mm 55 50 50 49 49 48
mm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
ralat nisbi % 0,91% 1,00% 1,00% 1,02% 1,02% 1,04%
keseksam aan % 99,09% 99,00% 99,00% 98,98% 98,98% 98,96%
N o 1 2 3 4 5 6
5 6
59 59
0,5 0,5
0,85% 0,85%
99,15% 99,15%
H=5 h
Δh
mm 52 52 51 51 50 50
mm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
ralat nisbi % 0,96% 0,96% 0,98% 0,98% 1,00% 1,00%
keseksam aan % 99,04% 99,04% 99,02% 99,02% 99,00% 99,00%
N o 1 2 3 4 5 6
h
Δh
mm 54 54 53 53 52 52
mm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
ralat nisbi % 0,93% 0,93% 0,94% 0,94% 0,96% 0,96%
keseksam aan % 99,07% 99,07% 99,06% 99,06% 99,04% 99,04%
3.8.3. Tabel Perhitungan a. No
1
Bukaa n
Tabel Perhitungan untuk bukaan 100 % H
n
h
V
I
Jumlah
F
Torsi
Q
Pel
mH2O
rpm
mm
volt
ampere
Lampu
N
Nm
m3/s
Watt
100%
1285
58
0,32
1,89
5
1300
58
0,4
1,85
4
1310
57
0,48
1,74
3
4
1322
57
0,8
1,59
2
5
1360
56
1,75
1,11
1
6
1365
55
4,72
0
0
1596
59
0,45
2,4
5
8
1600
59
0,54
2,4
4
9
1610
59
0,76
2,29
3
10
1625
59
1,37
1,97
2
2 3 3
7
4
0,06 0 0,05 5 0,05 0 0,04 5 0,03 5 0 0,06 5 0,06 5 0,05 5 0,05 5
0,020 0,018 0,016 0,015 0,011 0 0,021 0,021 0,018 0,018
0,0011 76 0,0011 76 0,0011 3 0,0011 3 0,0010 86 0,0010 42 0,0012 22 0,0012 22 0,0012 22 0,0012 22
0,6048 0,7400 0,8352 1,2720 1,9425 0 1,0800 1,2960 1,7404 2,6989
WHP
ƞT
W
W
2,62 3 2,43 2 2,22 8 2,02 4 1,61 9
34,60 0 34,60 0 33,26 0 33,26 0 31,95 0 30,67 0 47,95 8 47,95 8 47,95 8 47,95 8
BHP
0 3,52 9 3,53 8 3,01 2 3,04 0
ƞe
ƞG
Turbin
Total
Generator
7,58 % 7,03 % 6,70 % 6,08 % 5,07 %
1,75 % 2,14 % 2,51 % 3,82 % 6,08 %
23,06 % 30,43 % 37,48 % 62,86 % 119,97 %
0% 7,36 % 7,38 % 6,28 % 6,34 %
0% 2,25 % 2,70 % 3,63 % 5,63 %
0% 30,60 % 36,63 % 57,78 % 88,77 %
11
1650
58
2,46
1,29
1
12
1655
58
5,56
0
0
13
1850
60
0,54
2,71
5
14
1850
60
0,66
2,67
4
1820
65
1,17
2,7
3
16
1850
62
1,88
2,22
2
17
1860
61
3,2
1,47
1
18
1915
60
6,77
0
0
15 5
0,04 0 0,01 0 0,06 5 0,06 5 0,07 0 0,06 5 0,05 5 0,01 5
0,013 0,003 0,021 0,021 0,023 0,021 0,018 0,005
0,0011 76 0,0011 76 0,0012 7 0,0012 7 0,0015 23 0,0013 68 0,0013 18 0,0012 7
3,1734 0 1,4634 1,7622 3,1590 4,1736 4,7040 0
2,24 5 0,56 3 4,09 1 4,09 1 4,33 4 4,09 1 3,48 0 0,97 7
46,13 3 46,13 3 62,27 9 62,27 9 74,69 0 67,09 2 64,66 1 62,27 9
4,87 % 1,22 % 6,57 % 6,57 % 5,80 % 6,10 % 5,38 % 1,57 %
6,88 %
141,35 %
0% 2,35 % 2,83 % 4,23 % 6,22 % 7,27 %
0% 35,78 % 43,08 % 72,89 % 102,03 % 135,18 %
0%
0%
b. Tabel Perhitungan untuk bukaan 75 % Bukaa n
H
n
h
V
Arus
Jumlah
F
Torsi
Q
Pel
BHP
WHP
ƞT
ƞe
ƞG
mH2O
rpm
mm
volt
ampere
lampu
N
Nm
m3/s
Watt
W
W
Turbin
Total
Generator
1220
58
0,4
1,85
5
2
1240
58
0,45
1,85
4
3
1270
57
0,53
1,8
3
4
1290
57
0,88
1,62
2
5
1280
56
1,58
1,08
1
55
4,53
0
0
7
1580
59
0,45
2,2
5
8
1570
59
0,5
2,19
4
1590
59
0,67
2,13
3
10
1609
59
1,13
1,81
2
11
1588
58
2,05
1,19
1
7,80 % 8,53 % 8,44 % 8,58 % 6,13 % 2,92 % 6,16 % 6,12 % 5,64 % 5,14 % 3,51 %
27,43 % 28,20 % 33,97 % 49,98 % 87,09 %
1317
0% 2,06 % 2,28 % 2,98 % 4,26 % 5,29 %
0% 33,49 % 37,28 % 52,77 % 83,04 % 150,53 %
12
1611
57
5,3
0
0
1845
60
0,5
2,47
5
34,6 00 34,6 00 33,2 60 33,2 60 31,9 50 30,6 70 47,9 58 47,9 58 47,9 58 47,9 58 46,1 33 44,3 47 62,2 79
2,14 % 2,41 % 2,87 % 4,29 % 5,34 %
6
2,69 8 2,95 3 2,80 8 2,85 2 1,95 9 0,89 6 2,95 6 2,93 7 2,70 4 2,46 3 1,62 1
0% 6,05 %
0% 1,98 %
0% 32,80 %
No
1
75%
3
9 4
13
5
0,06 5 0,07 0 0,06 5 0,06 5 0,04 5 0,02 0 0,05 5 0,05 5 0,05 0 0,04 5 0,03 0 0 0,06 0
0,021 0,023 0,021 0,021 0,015 0,007 0,018 0,018 0,016 0,015 0,010 0 0,020
0,0011 76 0,0011 76 0,0011 3 0,0011 3 0,0010 86 0,0010 42 0,0012 22 0,0012 22 0,0012 22 0,0012 22 0,0011 76 0,0011 3 0,0012 7
0,7400 0,8325 0,9540 1,4256 1,7064 0 0,9900 1,0950 1,4271 2,0453 2,4395 0 1,2350
0 3,76 6
14
1828
60
0,6
2,4
4
15
1835
60
0,85
2,35
3
16
1847
60
1,53
2,05
2
17
1869
59
2,2
1,36
1
18
1878
59
6,29
0
0
0,06 0 0,06 0 0,05 5 0,04 5 0,01 5
0,020 0,020 0,018 0,015 0,005
0,0012 7 0,0012 7 0,0012 7 0,0012 22 0,0012 22
1,4400 1,9975 3,1365 2,9920 0
3,73 1 3,74 5 3,45 6 2,86 1 0,95 8
62,2 79 62,2 79 62,2 79 59,9 48 59,9 48
5,99 % 6,01 % 5,55 % 4,77 % 1,60 %
2,31 % 3,21 % 5,04 % 4,99 %
38,60 % 53,33 % 90,77 % 104,58 %
0%
0%
c. Tabel Perhitungan untuk bukaan 50 % Bukaa n
H
n
h
V
Arus
Jumlah
F
Torsi
Q
Pel
BHP
WHP
ƞT
ƞe
ƞG
mH2O
rpm
mm
volt
ampere
lampu
N
Nm
m3/s
Watt
W
W
Turbin
Total
Generator
920
55
0,27
1,49
5
2
980
50
0,3
1,48
4
3
1006
50
0,36
1,45
3
4
1042
49
0,54
1,31
2
5
1100
49
1,22
0,98
1
48
4,01
0
0
7
1340
52
0,34
2,83
5
8
1350
52
0,39
2,75
4
1358
51
0,5
2,71
3
10
1360
51
0,87
2,25
2
11
1405
50
1,75
1,45
1
0% 2,67 % 2,98 % 3,93 % 5,68 % 7,70 %
0% 42,22 % 42,46 % 48,89 % 84,63 % 117,98 %
12
1445
50
4,79
0
0
1460
54
0,42
2,57
5
6,12 % 6,75 % 6,23 % 6,76 % 7,93 % 2,65 % 6,33 % 7,02 % 8,05 % 6,71 % 6,53 % 2,98 % 5,47 %
21,42 % 26,64 % 33,90 % 44,35 % 63,90 %
1170
30,67 0 24,70 2 24,70 2 23,59 5 23,59 5 22,51 6 36,00 4 36,00 4 34,45 1 34,45 1 32,93 7 32,93 7 49,03 0
1,31 % 1,80 % 2,11 % 3,00 % 5,07 %
6
1,87 8 1,66 7 1,54 0 1,59 5 1,87 1 0,59 7 2,27 9 2,52 6 2,77 2 2,31 3 2,15 1 0,98 3 2,68 2
0% 2,20 %
0% 40,25 %
No
1
50%
3
9 4
13
5
0,06 0 0,05 0 0,04 5 0,04 5 0,05 0 0,01 5 0,05 0 0,05 5 0,06 0 0,05 0 0,04 5 0,02 0 0,05 4
0,020 0,016 0,015 0,015 0,016 0,005 0,016 0,018 0,020 0,016 0,015 0,007 0,018
0,0010 4 0,0008 4 0,0008 4 0,0008 0 0,0008 0 0,0007 7 0,0009 18 0,0009 18 0,0008 78 0,0008 78 0,0008 39 0,0008 39 0,0010 0
0,4023 0,4440 0,5220 0,7074 1,1956 0 0,9622 1,0725 1,3550 1,9575 2,5375 0 1,0794
14
1630
54
0,48
2,36
4
15
1646
53
0,7
2,21
3
16
1650
53
1,15
1,88
2
17
1654
52
2,32
1,27
1
18
1730
52
5,6
0
0
0,06 0 0,06 0 0,05 5 0,04 5 0,01 5
0,020 0,020 0,018 0,015 0,005
0,0010 0 0,0009 6 0,0009 6 0,0009 2 0,0009 2
1,1328 1,5470 2,1620 2,9464 0
3,32 7 3,35 9 3,08 7 2,53 2 0,88 3
49,03 0 46,99 3 46,99 3 45,00 5 45,00 5
6,79 % 7,15 % 6,57 % 5,63 % 1,96 %
2,31 % 3,29 % 4,60 % 6,55 %
34,05 % 46,05 % 70,04 % 116,37 %
0%
0%
3.8.4 Analisa Perhitungan Data diambil dari data no 7, dimana data no. 7, percobaan pada bukaan 100%, H = 3 mH2O, jumlah lampu = 5. 1.
Datum no. 7 (bukaan 100%, H = 4 mH2O, jumlah lampu = 5) a. Debit Aliran (Q)
Gambar 3.9. Grafik Kalibrasi Weirs Dari grafik kalibrasi weirs didapat ; y = 7.10 −6 ( x ) 2, 2702 Dimana y = Q (m3/menit) x = h (mm) Maka untuk h = 59 mm Q = 7.10 −6.( 59 ) Q = 0,00122
2 , 2702
m3/s
Daya Air (WHP) WHP = ρ.g.Q.H Dimana : ρ = 1000 kg/m3 g = 9,81 m/s2 Q = 0,00122 m3/s H = 4 mH2O
.
1 60
Sehingga WHP = 1000
kg m m3 . 9 , 81 . 0 , 00122 .4m s m3 s2
WHP = 47,958 watt
Torsi (T) T = F .s
Dimana
F = 0,065 N s = 32,5 cm = 0,325 m
maka T = 0,065 x 0,325 = 0,021 Nm Daya Turbin (BHP) BHP = =
2.π.n.T 60
2.3,14 .1596 .0,021 60
= 3,529 watt Daya Listrik (PEL) Pel = Vj.Ij = 0,45volt . 2,40 A = 1.08 watt Efisiensi Generator ηG =
Pel X 100 % BHP 1,08
= 3,529 x 100 % = 30,60 %
Efisiensi Turbin ηT = daya mekanik / daya air .100% =
BHP WHP
x 100 %
3,529
= 47 ,958 x 100% = 7,36 %
Efisiensi total ηe =
Pel x 100 % WHP 1,08
= 47 ,958 x 100 % = 2,25 %
3.8.5
Grafik dan Analisa Grafik
a. Grafik Hubungan n-Q
Gambar 3.11 Grafik Hubungan n-Q pada H=3 mH2O dengan variasi bukaan vane Pada grafik digambarkan bukaan sudu 100% dengan warna biru, bukaan sudu 75% dengan warna merah dan bukaan sudu 50% dengan warna hijau. Dengan mengetahui nilai n (rpm) dan debit (Q) maka akan diketahui titik dan korelasinya. Titik pada grafik menunjukkan beban lampu, titik pertama beban 5 lampu, titik kedua beban 4 lampu, titik ketiga beban 3 lampu, titik keempat beban 2 lampu, titik kelima beban 1 lampu, dan titik keenam tidak ada beban lampu. Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa pada masing-masing bukaan terdapat kecenderungan menurun. Misal pada bukaan 100%, jika nilai rpm turbin naik maka nilai debit dari inlet masuk turbin akan turun. Pada bukaan yang lainnya pun juga memiliki kecenderungan seperti itu. Hubungan ini bisa didapat dari skema sistem seperti:
Gambar 3.12 Skema sistem pengujian turbin francis WHP turbin = ρ.g.Q.H
WHP pompa = ρ.g.Q.H
BHP turbin = 2.π.n.T
BHP pompa = 2.π.n.T
60
60
Dalam sistem pengujian turbin francis ditentukan bahwa daya listrik dari generator yang tersalurkan pada lampu adalah tetap. Ketika beban lampu ada 5 buah, maka semua daya akan tersalurkan pada lampu tersebut. Tapi ketika beban lampu hanya 4 lampu, maka sisa daya dari generator akan dikonversikan ke poros turbin sehingga putaran (rpm) turbin akan meningkat. Padahal selain daya juga tetap, head pada pompa juga dijaga tetap. Karena itulah debit pada inlet masuk turbin akan menurun nilainya. Pada bukaan sudu 100% dan 75% terdapat anomali yaitu pada titik 4 lampu dan titik 2 lampu nilai debit (m3/s) dari inlet turbin tetap, hal ini
disebabkan oleh adanya parameter-parameter yang kadang tidak konstan seperti torsi. Sedangkan pada bukaan sudu 50% terdapat anomali yaitu pada titik 3 lampu yang mengalami peningkatan nilai debit (m3/s), hal ini disebabkan oleh adanya parameter-parameter yang kadang tidak konstan seperti putaran (rpm). b. Grafik Hubungan n-T
Gambar 3.13 Grafik Hubungan n-T pada H=3 mH2O dengan variasi bukaan vane Pada grafik digambarkan bukaan sudu 100% dengan warna biru, bukaan sudu 75% dengan warna merah dan bukaan sudu 50% dengan warna hijau. Dengan mengetahui nilai putaran (rpm) dari turbin dan torsi (N.m) dari inlet turbin maka akan diketahui korelasinya. Titik pada grafik menunjukkan beban lampu, titik pertama beban 5 lampu, titik kedua beban 4 lampu, titik ketiga beban 3 lampu, titik keempat beban 2 lampu, titik kelima beban 1 lampu, dan titik keenam tidak ada beban lampu. Semakin banyak nyala lampu pembebanan, maka gaya semakin besar sehingga torsi juga besar. Sedangkan putarannya semakin kecil. Pada bukaan yang lainnya pun juga memiliki kecenderungan serupa dikarenakan torsi dan
nilai putaran (rpm) memiliki hubungan berbanding terbalik sesuai dengan rumus: BHP turbin =
2.π.n.T = 60
Pada grafik diatas terdapat anomali pada bukaan 50% dititik lampu ke 3, titik lampu ke 2 dan titik lampu ke1 nilai torsi meningkat . pada bukaan 75% juga terdapat anomali dimana pada titik lampu ke 2 nilai Torsinya (N.m) tetap. Hal ini disebabkan oleh adanya parameter-parameter yang tidak konstan seperti nilai putaran (rpm). c. Grafik Hubungan n-WHP
Gambar 3.14 Grafik Hubungan n-WHP pada H=3 mH2O dengan variasi bukaan vane Pada grafik hubungan antara putaran dengan daya hidrolisis air (WHP) digambarkan bukaan sudu 100% dengan warna biru, bukaan sudu 75% dengan warna merah dan bukaan sudu 50% dengan warna hijau. Seperti halnya pada grafik n-Q, besarnya WHP dipengaruhi oleh debit (Q), semakin besar debit maka akan semakin besar nilai WHP. Pada bukaan 100% akan lebih besar nilai WHP dibanding dengan bukaan 75% dan 50%. Berdasarkan grafik di atas bahwa semakin kecil putaran turbin maka semakin besar nilai WHP-nya.
Pada bukaan sudu 100% dan 75% terdapat anomali yaitu pada titik 4 lampu dan titik 2 lampu nilai
WHP (watt) dari inlet turbin tetap, hal ini
disebabkan oleh adanya parameter-parameter yang kadang tidak konstan seperti torsi. Sedangkan pada bukaan sudu 50% terdapat anomali yaitu pada titik 3 lampu nilai WHP (watt) dari turbin mengalami peningkatan. Hal ini disebabkan oleh adanya parameter-parameter yang tidak konstan seperti nilai debit (m3/s). d. Grafik Hubungan H-ƞt
Gambar 3.15 Grafik Hubungan H-ηt pada Lampu 5 dengan variasi bukaan vane Pada grafik digambarkan bukaan sudu 100% dengan warna biru, bukaan sudu 75% dengan warna merah dan bukaan sudu 50% dengan warna hijau. Dengan mengetahui nilai head pompa (m) dan ήt (%) dari turbin maka akan diketahui korelasinya. Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa pada masing-masing bukaan terdapat kecenderungan menurun. Misal pada bukaan 100%, jika nilai head pompa (m) naik dan ήt (%) dari turbin naik. Hal ini dikarenakan nilai putaran (rpm) yang berubah sangat drastis, dari nilai 1285 rpm head 3, lalu 1596 rpm
head 4, dan 1850 rpm head 5. Pada bukaan yang lainnya pun juga memiliki kecenderungan serupa. Pada grafik diatas terdapat anomali pada bukaan 50%, dimana Efisiensi turbin (ƞt) pada titik head 4 mH2O mengalami peningkatan dibanding pada titik head 3 mH2O. Hal ini disebabkan oleh perubahan nilai n (rpm) yang tidak tajam. e. Grafik Hubungan H-ƞt
Gambar 3.16 Grafik Hubungan H-ηt pada Lampu 1 dengan variasi bukaan vane Pada grafik digambarkan bukaan sudu 100% dengan warna biru, bukaan sudu 75% dengan warna merah dan bukaan sudu 50% dengan warna hijau. Dengan mengetahui nilai head pompa (m) dan ήt (%) dari turbin maka akan diketahui korelasinya. Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa pada masing-masing bukaan terdapat kecenderungan menurun . Misal pada bukaan 50%, jika nilai head pompa (m) naik dan ήt (%) dari turbin naik. Hal ini dikarenakan nilai putaran (rpm) yang berubah sangat drastis, dari nilai 1280 rpm head 3, lalu 1588 rpm
head 4, dan 1869 rpm head 5. Pada bukaan yang lainnya pun juga memiliki kecenderungan serupa. Pada bukaan sudu 100% terdapat anomali yaitu pada head 5, nilai ήt (%) turbin meningkat. Sedangkan pada bukaan sudu 75% yaitu pada head 5, nilai ήt (%) turbin meningkat, daripada head 4. Hal ini disebabkan oleh perubahan nilai n yang tidak tajam. f. Grafik Isoefisiensi
Gambar 3.17 Grafik Isoefisiensi H = 4 mH2O Isoefisiensi pada grafik ini merupakan perpotongan titik antara nilai efisiensi-efisiensi yang sama pada grafik hubungan debit (m3/s) dan putaran (rpm) pada nilai head yang sama yaitu 4 mH2O tetapi pada bukaan yang berbeda. Bukaan divariasikan yaitu bukaan sudu 100% dengan warna biru, bukaan sudu 75% dengan warna merah dan bukaan sudu 50% dengan warna hijau.
Nilai isoefisiensi pada grafik diatas semakin naik, ini menunjukkan bahwa nilai efisiensi yang terbaik adalah pada bukaan 100%. Grafik Isoefisiensi untuk efisiensi 6,33% pada bukaan 100%, 75%, dan 50% digambarkan dengan warna kuning. Garis lengkung menandakan efisiensi. Garis efisiensi yang terbentuk ada yang menyimpang, yang disebabkan kurang akuratnya pada pembacaan skala. Pada efisiensi bukaan 50% mampu menghidupkan 5 lampu, bukaan 75% mampu menghidupkan 5 lampu, sedangkan bukaan 100% hanya mampu menghidupkan 3 lampu. Karena itu pada bukaan 100% agar mampu menghidupkan 5 lampu, nilai efisiensinya harus dinaikkan.
3.9 Kesimpulan dan Saran 3.9.1 1.
Kesimpulan Persentase vane bukaan 100% akan menghasilkan daya yang lebih besar dibandingkan dengan persentase vane bukaan 75% dan 50 %
2. Torsi yang lebih besar akan menghasilkan daya yang lebih besar 3. Effisiensi turbin tertinggi terjadi pada H = 4 mH2O dengan efisiensi 8,58% pada bukaan 100 % Q = 0,00113 m3/s T = 0,021 N.m BHP = 2,852 Watt WHP = 33,260 Watt 4. PEL maksimum terjadi pada : H = 5 mH2O dengan PEL 4,7040 watt pada bukaan 100% , V = 3,2 Volt I = 1,47 Ampere 5. Nilai gaya bertambah sebanding dengan bertambahnya lampu dikarnakan daya keluaran turbin yang dibutuhkan tergantung besarnya nilai arus (I) dan hambatan (R)
3.9.2
Saran
1. Agar mesin tetap stabil sebaiknya di tambah stabilizer 2. Kurangnya kalibrasi pada alat ukur dan mesinnya, karna pada suatu pengukuran kesalahan dengan selisih 0,01 akan berpengaruh besar pada pengukuran torsi dan effisiensi 3. Karena percobaan manual maka praktikan harus benar – benar teliti, agar kesalahan dalam perhitungan dapat dihindari. 4. Praktikan harus lebih berhati – hati dalam melakukan pembacaan gaya (F) dan head (H) sehingga didapatkan hasil pengamatan yang benar. 5. Setelah melaksanakan praktikum hendak membersihkan peralatan dan perlengkapan dengan tertib.
