BAB I DASAR TEORI Turbin pelton atau biasa disebut turbin impuls adalah suatu alat yang bekerja untuk merubah energi kinetik air yang diakibatkan karena adanya energi potensial yang dimiliki oleh air menjadi energi mekanik berupa putaran pada poros turbin tersebut. Dan perputaran poros dari poros tersebut bisa digunakan untuk memutar generator listrik yang kemudian bisa menghasilkan energi listrik Pada roda turbin terdapat sudu dan fluida kerja mengalir melaui ruang di antara sudu tersebut. Apabila kemudian ternyata bahwa roda turbin dapat berputar, maka tentu ada gaya yang bekerja pada sudu. Gaya tersebut timbul karena terjadinya perubahan momentum dari fluida kerja yang mengalir di antara sudunya. Jadi, sudu haruslah dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat terjadi perubahan momentum pada fluida kerja tersebut. Pemanfaatan 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. 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.
c1
=
√2 g H fisika dasar 1, fmipa its
Selain itu dapat juga dihitung kecepatan tangensial roda (u =c1/2). Diameter roda (D = 60.u/ πn) ditentukan menurut hasil pemilihan kecepatan putar roda turbin (n). 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 diperoleh dari persamaan kontinuitas:
(A = d2 . π/4)
V = A . c1 Karena c1
=
√2 g H fisika dasar 1, fmipa its
Maka : V = A . c1 → V/A = √2 g H 2 V / d . π/4 = √2 g H
V / A = c1
V
d
= √(4 / √[2g] π)
d
= √(4 / √[2.9,8] 3,14)
d = 0,536 .
d = 0,54 .
H V H
V H V
(pompa dan kompresor)
H
V = debit dalam m3/detik, dan H dalam meter
dimana
Persamaan persamaan dalam menenentukan efisiensi turbin, yang digunakan adalah : • BHP Turbin. = 2π x Mt x N
BHP Dimana : N Mt m.g
•
= Putaran turbin (Rps) = Momen puntir =
(N.m)
Head Turbin (Ht)
p
v
+
Dimana : Ht P V g z
2
2 g
γ
+
z
(pompa dan kompresor)
= Head turbin. (m) = Berat zat cair per satuan volume (kgf/m3) = Kecepatan (m/s) = Percepatan grafitasi (m/s2) = Tinggi air (m)
Momen torsi (Mt) Mt Dimana :
=
FxL
(pompa dan kompresor)
η rem
Mt F L
= momen torsi turbin ( N.m ) = gaya pada rem prony ( N ) = efesiensi rem dengan harga 0,95 = panjang lengan momen ( m )
v
=
ηrem •
0,95
= Beban
Ht =
•
( m. g ) x0,16
Kecepatan aliran (v)
Dimana :
v Q A
Q A
= kecepatan aliran (m/s) = kapasitas / debit air (m3/s) = luas penampang pipa (m2)
(pompa dan kompresor)
–
•
•
WHP (Daya Air) WHP = γ .Q.Ht Dimana: γ = ρ x g Q = Debit Air {m3/s) Ht = Head turbin (m)
(pompa dan kompresor) = 10.000 (kg/m3. m/s2)
Effisiensi η
=
BHP X 100% WHP
(pompa dan kompresor)
BAB II TAHAPAN PRAKTIKUM 2.1 TUJUAN PRAKTIKUM Tujuan dari percobaan Turbin pelton ini ialah : Untuk mengetahui performansi atau unjuk kerja dari turbin air jenis turbin pleton. Untuk mengetahui performa dari turbin ketika diberi pembebanan Mengetahui efisiensi turbin pelton Mengetahui perbandingan daya yang dihasilkan dari turbin, pembebanan turbin, terhadap kecepatan pancaran air yang bekerja pada sudu.
2.2 PERALATAN PRAKTIKUM Turbin pelton.
Rem prony.
Indikator kapasitas
: Alat yang akan diamati unjuk kerjanya. : Digunakan untuk mengerem putaran turbin : Digunakan untuk mengukur besarnya volume yang
masuk dalam bak
air Indikator tekanan.
On/of sakelar
Pengukur gaya rem
Spear Tachometer Penggaris Pompa
: Digunakan untuk mengukur tekanan pada turbin : Digunakan untuk mematikan dan menyalakan pompa : Digunakan untuk mengukur besarnya gaya rem pada turbin : Digunakan untuk mengatur kapasitas fluida yang menuju turbin. : Digunakan untuk menghitung putaran turbin : Digunakan untuk mengukur diameter pipa : Sebagai penyuplai air ke turbin
2.3 PROSEDUR PRAKTIKUM Didalam melakukan pecobaan ini harus diperhatikan urutan langkah-langkah percobaan sebagai berikut :
Memeriksa Alat a. Penunjukkan beban pada motor maupun rem proni harus pada keadaan nol b. Mengisi bak air c. Menyiapkan 1 buah Tachometer
Langkah Percobaan a. Menghidupkan motor pompa dengan putaran pada kedudukan low b. Mengatur kapasitas fluida yang menuju turbin dengan mengatur spear pada kedudukan satu c. Mengatur rem prony untuk setiap kedudukan spear, sehingga putaran turbin. d. Mengukur dan mencatat semua data yang diperlukan e. Ulangi langkah poin b, c, dan d, untuk kedudukan spear pada kedudukan 2, 3, dan seterusnya, dengan memutar spear 2 kali putaran untuk setiap perubahan kedudukan.
2.4 GAMBAR RANGKAIAN PRAKTIKUM
2.5TABEL PENGAMATAN
Spear 1 No. RPM Turbin
Q (l/s)
P (mH20)
F (kgf)
Spear 2 No. RPM Turbin
Q (l/s)
P (mH20)
F (kgf)
Spear 3 No. RPM Turbin
Q (l/s)
P (mH20)
F (kgf)
Spear 4 No. RPM Turbin
Q (l/s)
P (mH20)
F (kgf)
1. 2. 3. 4. 5.
1. 2. 3. 4. 5.
1. 2. 3. 4. 5.
1. 2. 3. 4. 5.
GRAFIK DATA a. b. c. d. e. f. g. h. i. j.
Grafik fungsi Q terhadap n Grafik fungsi H terhadap Q Grafik fungsi η terhadap n Grafik fungsi η terhadap BHP Grafik fungsi η terhadap Q Grafik fungsi BHP terhadap Q Grafik fungsi η terhadap WHP Grafik fungsi F terhadap n Grafik fungsi WHP terhadap n Grafik fungsi BHP terhadap n
