Laporan Pendahuluan Praktikum TURBIN PELTON

ABSTRAK Turbin air merupakan sarana untuk mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengetahui performansi atau efisiensi dari turbin pelton. Alat yang digunakan dalam praktikum ini yaitu; Turbin pelton, rem prony, indikator volume, Indikator tekanan, on/off sakelar, pengukur pengukur tekanan, pengukur pengukur gaya rem, spear, spear, tachometer, pengaris, pengaris, pompa dan dan motor. Data-data yang didapatkan terdiri dari beberapa variabel yang meliputi kapasitas, tekanan, putaran turbin, turbin, putaran pada pompa, dan beban pada turbin. turbin. Kesimpulan dari praktikum ini bahwa bahwa efisiensi dari turbin pelton merupakan perbandingan dari BHP dan WHP.

ABSTRACT Water turbine is a means to convert the potential energy of water into mechanical energy. The purpose of this lab is to determine the performance or efficiency of pelton turbine. The tools used in this lab are; turbine pelton, pelton, Prony Prony brake, brake, volume volume indicato indicator, r, pressure pressure indicator, indicator, on / off switch, pressure gauge, brake force gauge, spear, tachometer, pengaris, pumps and motors. The data obtained consists of several variables, including capacity, pressure, turbine wheel, spin the pump, and the load on the turbine. The conclusion of this lab that t he efficiency of pelton turbine is the ratio of BHP and WHP.

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 kinetik berupa putaran pada poros turbin tersebut. Dan perputaran poros dari poros tersebut bisa digunakan untuk memutar generator listrik, yang kemudian bisa dihasilkan 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. Dari sebuah mekanisme turbin pelton ada beberapa ukuran yang sering dijadikan acuan didalam penggunaannya. Ukuran-ukuran tersebut antara lain : 1. D= Diameter dari lingkaran sudu Turbin pelton yang terkena pancaran air, disingkat sebagai Diameter lingkaran pancar (diameter roda rata-rata). 2. d= Diameter pancaran air yang mengenai sudu-sudu turbin. 3. n = Kecepatan putar roda turbin akibat dari energi kinetik air yang melaluinya.

Gambar 1 Turbin Pelton http://www.jfccivilengineer.com/images/turbin4.gif 

Dua hal yang penting yang selalu menjadi acuan didalam menentukan ukuran utama Turbin pelton ialah kecepatan spesifik (n s) dan batas tinggi jatuh yang diinginkan (H maks). Ns ( Spesific Speed ) merupakan parameter untuk memilih pompa digunakan oleh para desainer pompa (perencana / perancang pompa). Q pompa 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

=

(TIM DOSEN MIPA, 2007) Selain itu dapat juga dihitung kecepatan tangensial roda (u =c 1/2). 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

(TIM DOSEN MIPA, 2007) Maka : V

= A . c1 →

V/A

=

V / A = c1

√2 g H

V / d2 . π/4 = √2 g H V  

d

= √(4 / √[2g] π)

d

= √(4 / √[2.9,8] 3,14)

d = 0,536 .

d = 0,54 .

 H  V    H 

V    H  V    H 

(Tahara,Haruo & Sularso, 2000) ,dimana

V = debit dalam m3/detik, dan H dalam meter 

Persamaan – persamaan dalam menenentukan efisiensi turbin, yang digunakan adalah :

A. BHP Turbin. BHP dapat didefinisakan sebagai daya yang dihasilkan oleh fluida penggerak turbin untuk menggerakkan turbin pada torsi dan kecepatan tertentu, atau bisa disebut juga input power ke turbin dari fluida BHP

= 2π x Mt x N

Dimana : N

= Putaran turbin (Rps)

Mt = Momen puntir = m.g

( m. g ) x0,16 0,95

(N.m)

= Beban

B. Head Turbin Head adalah energi persatuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan yang sesuai dengan kondisi instalasi. Head turbin dapat dirumuskan sebagai berikut :

Dimana :

Ht : head turbin P1 : tekanan pada permukaan fluida 1 P2 : tekanan pada permukaan fluida 2 V1 : kecepatan aliran dititik 1 V2 : kecepatan aliran dititik 2  p : massa jenis suatu fluida g : gravitasi bumi Z1 : tinggi aliran dititik 1 Z2 : tinggi aliran dititik 2

C. Momen torsi (Mt)  FxL

Mt

=

η rem

(Tahara, Haruo & Sularso, 2000) Dimana :

Mt

= momen torsi turbin ( N.m )

F

= gaya pada rem prony ( N )

ηrem

= efesiensi rem dengan harga 0,95

L

= panjang lengan momen ( m )

D. Kecepatan aliran (v) v

=

Q  A

(Tahara, Haruo & Sularso, 2000) Dimana :

v

= kecepatan aliran (m/s)

Q

= kapasitas / debit air (m3/s)

(m) (N/m 2) (N/m 2) (m/s) (m/s) (kg/m3) (=9,8 m/s2) (m) (m)

 A

= luas penampang pipa (m2)

E. WHP (Daya Air) WHP dapat didefinisikan sebagai daya efektif yang diterima oleh air dari pompa per satuan waktu

(Tahara,Haruo & Sularso, 2000) Dimana:

γ 

=

ρ x g

Q

= Debit Air {m3/s)

Ht

= Head turbin (m)

= 1000 (kg/m3. m/s2)

F. Effisiensi Efisiensi merupakan suatu ukuran dalam membandingkan rencana penggunaan keluaran (output) dengan penggunaan masukan pada turbin. Nilai maksimum dari efisiensi adalah 1 atau 100%. Pada praktikum turbin pelton, output yang digunakan adalah daya pengereman pada turbin (BHP) sedangkan input yang digunakan adalah daya air itu sendiri (WHP). η

=

 BHP  WHP 

 X  100%

(Tahara, Haruo & Sularso, 2000)

BAB II TAHAPAN PRAKTIKUM 2.1. TUJUAN PRAKTIKUM Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengetahui performansi atau efisiensi dari turbin pelton.

2.2. PERALATAN PRAKTIKUM

•

Turbin pelton.  Alat yang akan diamati unjuk kerjanya.

•

Rem prony. Digunakan untuk mengerem putaran turbin

•

Indikator volume. Digunakan untuk mengukur besarnya volume yang masuk dalam bak air 

•

Indikator tekanan. Digunakan untuk mengukur tekanan pada turbin

•

Motor  Digunakan untuk menyalakan pompa

•

pengukur tekanan. Digunakan untuk mengukur besarnya tekanan pada pompa.

•

Pengukur gaya rem. Digunakan untuk mengukur besarnya gaya rem pada turbin

•

Spear. Digunakan untuk mengatur kapasitas fluida yang menuju turbin.

•

Tachometer  Digunakan untuk menghitung putaran turbin

•

Pompa Sebagai penyuplai air ke turbin

2.3. GAMBAR RANGKAIAN

2.4. LANGKAH PERCOBAAN 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.

2.5. TABEL PENGAMBILAN DATA Spear 1 No. 1. 2.

RPM Turbin

Q (l/s)

P (mH20)

F (kgf)

3. 4. 5. I.

Spear 2 No.

RPM Turbin

Q (l/s)

P (mH20)

F (kgf)

RPM Turbin

Q (l/s)

P (mH20)

F (kgf)

RPM Turbin

Q (l/s)

P (mH20)

F (kgf)

1. 2. 3. 4. 5. II.

Spear 3 No. 1. 2. 3. 4. 5. III.

Spear 4 No. 1. 2. 3. 4. 5. Surabaya, …………………… 2011 GRADER I,

GRADER II,

…………………………...

…………………………

NRP.

NRP.

BAB III ANALISA DATA 3.1. PERHITUNGAN Dari data-data percobaan yang didapat maka dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut : Menghitung kecepatan fluida Dari data percobaan didapatkan nilai Q yang kemudian kita cari nilai kecepatan fluida dengan menggunakan rumus perhitungan data diatas. V=Q/A

Dimana : Q = kapasitas fluida (m3/ s )  A = luas penampang pipa ( m2 ) V = kecepatan aliran fluida ( m/s ) Gaya yang bekerja pada turbin Beban yang terdapat pada turbin dalam satuan kilogram sedangkan gaya dalam satuan Newton konversi dari kilogram ke Newton. F (Newton)

= beban (kg) x g

Menghitung momen torsi Dalam menghitung momen torsi diketahui panjang lengan gaya pada rem prony sepanjang 16 cm dari pusat putaran torsi. Dengan menggunakan rumus perhitungan momen torsi, akan didapatkan : = ( F.L ) /ηrem

Mt Dimana : Mt

= momen turbin ( N.m )

F

= gaya pada rem prony ( N )

ηrem

= efesiensi rem dengan harga 0.95 L

= panjang lengan momen ( m )

Menghitung head total dari instalasi Untuk menghitung head total instalasi pada system, beriktu ini rumusan head total dari sistem instalasinya : Ht = ( P/γ ) + ( V 2/2g ) + Z + Hl Dimana Ht P

= head total ( m ) = pressure ( N/m2 )

V

= velocity (m/s)

g

= grativy = 10 m/s2

Z

= head static (m) =Z1-Z2

Hl

= head loses (m)

Menghitung BHP Dengan menggunakan rumus perhitungan Ht kita dapat menghitung daya BHP , yaitu : BHP = 2π.Mt.n ( watt ) Dimana

Mt = momen torsi ( N.m) n = putaran (rps )

Menghitung WHP Untuk menghitung WHP dapat menggunakan rumusan yang telah ada yaitu : HP = γ x Q x Ht Dimana WHP = daya yang dibutuhkan ( watt ) Ht= head total γ = berat jenis zat cair (kg/m 2) Q= kapasitas ( m3/s) Menghitung efesiensi dari turbin Efisiensi turbin merupakan perbandingan BHP dan WHP, berikut ini cara mencari efesiensi ηt

=

 BHP 

 x100% WHP 

3.2. ANALISA GRAFIK Dari rumus-rumus yang ada di dasar teori maka akan diperoleh beberapa grafik, antara lain :

Gambar 2 

1. Grafik fungsi Q terhadap n  BHP 

 X  100%

η

=

η

= [(2π x Mt x n) /(γ .Q.Ht) x 100%

η.Q

= [(2π x Mt x n) /(γ .Ht) x 100%

→Q≈n

WHP 

2. Grafik fungsi H terhadap Q WHP = γ .Q.Ht Ht

= WHP / γ .Q

→ Ht ≈ 1/Q 3. Grafik fungsi Efisiensi terhadap n  BHP 

 X  100%

η

=

η

= [(2π x Mt x n) /(γ .Q.Ht) x 100%

WHP 

→η ≈n 4. Grafik fungsi BHP terhadap Q η

=

 BHP 

 X  100%

WHP 

η.WHP = BHP x 100% η. γ.Q.Ht

= BHP x 100%

→η ≈Q 5. Grafik fungsi Effisiensi terhadap BHP η

=

 BHP 

 X  100%

WHP 

→ η ≈ BHP 6. Grafik fungsi Effisiensi terhadap Q  BHP 

 X  100%

η

=

η

= [ BHP / (γ.Q.Ht ) ] x 100%

WHP 

→ η ≈ 1/Q

7. Grafik fungsi F terhadap n BHP

=

2π x Mt x n

BHP

=

2π x ((F x l) / ηrem) x n

BHP / l = 2π x l / ηrem x n 8. Grafik fungsi WHP terhadap n η

=

 BHP 

 X  100%

WHP 

η.WHP = 2π x Mt x n x 100% → WHP ≈ n

9. Grafik fungsi Efisiensi terhadap WHP

η

=

 BHP 

 X  100%

WHP 

→ η ≈ 1 / WHP 10. Grafik fungsi BHP terhadap n BHP

=

2π x Mt x n

→ BHP ≈ n

DAFTAR PUSTAKA Dietzel, Fritz, ”Turbin, Pompa dan kompresor”, Erlangga, Jakarta. Tahara,Haruo & Sularso, 2000, “Pompa dan kompresor”, Jakarta, PT Pradnya Paramita. TIM DOSEN MIPA, 2007, ”FISIKA DASAR 1”, FMIPA-ITS.

http://www.jfccivilengineer.com/images/turbin4.gif