BAB I

TUJUAN PERCOBAAN

1. Mengetahui cara pengujian Turbin Pelton.

2. Mencari karakteristik dari Turbin Pelton antara lain :

a. Karakteristik output, yaitu daya output pada tekanan air berubah-

ubah

b. Karakteristik output, yaitu daya output pada flowrate air berubah-

ubah

c. Efisiensi turbin

1

BAB II

DASAR TEORI

Turbin adalah salah satu dari mesin tenaga atau penggerak mula yang perinsip

kerjanya mengubah tenaga Fluida / air menjadi suatu tenaga mekanaik. Sejumlah

massa air dari sebuah pompa sentrifugal yang dianalogikan dengan ketinggian air,

dialirkan masuk kerumah turbin yang oleh sudu-sudu turbin diubah menjadi tenaga

mekanik, berupa putaran poros.

Putaran dari poros yang dihasilkan oleh suatu turbin, pada umumnya

digunakan untuk menggerakkan suatu generator pembangkit listrik. Sebuah turbin

yang bekerja terbalik disebut kompresor  atau pompa turbo. Turbin

gas, uap dan air biasanya memiliki "casing" sekitar baling-baling yang memfokus dan

mengontrol fluid. "Casing" dan baling-baling mungkin memiliki geometri variabel

yang dapat membuat operasi efisien untuk beberapa kondisi aliran fluida. Energi

diperoleh dalam bentuk tenaga "shaft" berputar

Penggunaan turbin

Penggunaan paling umum dari turbin adalah pemroduksian tenaga listrik.

Hampir seluruh tenaga listrik diproduksi menggunakan turbin dari jenis tertentu.

Turbin kadangkala merupakan bagian dari mesin yang lebih besar. Sebuah turbin gas,

sebagai contoh, dapat menunjuk ke mesin pembakaran dalam yang berisi sebuah

turbin, kompresor, kombustor, dan alternator. Turbin dapat memiliki kepadatan

tenaga ("power density") yang luar biasa (berbanding dengan volume dan beratnya).

Ini karena kemampuan mereka beroperasi pada kecepatan sangat tinggi. Mesin utama

dari Space Shuttle menggunakan turbopumps (mesin yang terdiri dari sebuah pompa

yang didorong oleh sebuah mesin turbin) untuk memberikan propellant (oksigen cair

dan hidrogen cair) ke ruang pembakaran mesin. Turbopump hidrogen cair ini sedikit

lebih besar dari mesin mobil dan memproduksi 70.000 hp (52,2 MW). Turbin juga

merupakan komponen utama mesin jet.

Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk

tenaga industri untuk jaringan listrik. Sekarang lebih umum dipakai untuk generator

listrik. Turbin kini dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energi yang dapat

2

diperbaharukan. Kincir air sudah sejak lama digunakan untuk tenaga industri. Pada

mulanya yang dipertimbangkan adalah ukuran kincirnya, yang membatasi debit dan

head yang dapat dimanfaatkan.

Perkembangan kincir air menjadi turbin modern membutuhkan jangka waktu

yang cukup lama. Perkembangan yang dilakukan dalam waktu revolusi industri

menggunakan metode dan prinsip ilmiah. Mereka juga mengembangkan teknologi

material dan metode produksi baru pada saat itu.

Kata "turbine" ditemukan oleh seorang insinyur Perancis yang bernama

Claude Bourdin pada awal abad 19, yang diambil dari terjemahan bahasa Latin dari

kata "whirling" (putaran) atau "vortex" (pusaran air). Perbedaan dasar antara turbin air

awal dengan kincir air adalah komponen putaran air yang memberikan energi pada

poros yang berputar. Komponen tambahan ini memungkinkan turbin dapat

memberikan daya yang lebih besar dengan komponen yang lebih kecil. Turbin dapat

memanfaatkan air dengan putaran lebih cepat dan dapat memanfaatkan head yang

lebih tinggi. (Untuk selanjutnya dikembangkan turbin impulse yang tidak

membutuhkan putaran air). Ján Andrej Segner mengembangkan turbin air reaksi

pada pertengahan tahun 1700. turbin ini mempunyai sumbu horizontal dan merupakan

awal mula dari turbin air modern. Turbin ini merupakan mesin yang simpel yang

masih diproduksi saat ini untuk pembangkit tenaga listrik skala kecil. Segner bekerja

dengan Euler dalam membuat teori matematis awal untuk desain turbin.

Pada tahun 1820, Jean-Victor Poncelet mengembangkan turbin aliran

kedalam. Pada tahun 1826, Benoit Fourneyon mengembangkan turbin aliran keluar.

Turbin ini sangan efisien (~80%) yang mengalirkan air melalui saluran dengan sudut

lengkung satu dimensi. Saluran keluaran juga mempunyai lengkungan pengarah. Pada

tahun 1844, Uriah A. Boyden mengembangkan turbin aliran keluar yang

meningkatkan performa dari turbin Fourneyon. Bentuk sudunya mirip dengan turbin

Francis. Pada tahun 1849, James B. Francis meningkatkan efisiensi turbin reaksi

aliran kedalam hingga lebih dari 90%. Dia memberikan test yang memuaskan dan

mengembangkan metode engineering untuk desain turbin air. Turbin Francis

dinamakan sesuai dengan namanya, yang merupakan turbin air modern pertama.

Turbin ini masih digunakan secara luas di dunia saat ini.

Turbin air aliran kedalam mempunyai susunan mekanis yang lebih baik dan

semua turbin reaksi modern menggunakan desain ini. Putaran massa air berputar

hingga putaran yang semakin cepat, air berusaha menambah kecepatan untuk

3

membangkitkan energi. Energi tadi dibangkitkan pada sudu dengan memanfaatkan

berat jatuh air dan pusarannya. Tekanan air berkurang sampai nol sampai air keluar

melalui sirip turbin dan memberikan energi. Sekitar tahun 1890, bantalan fluida

modern ditemukan, sekarang umumnya digunakan untuk mendukung pusaran turbin

air yang berat. Hingga tahun 2002, bantalan fluida terlihat mempunyai arti selama

lebih dari 1300 tahun Sekitar tahun 1913, Victor Kaplan membuat turbin Kaplan,

sebuah tipe mesin baling-baling. Ini merupakan evolusi dari turbin Francis tetapi

dikembangkan dengan kemampuan sumber air yang mempunyai head kecil.

Pada umumnya semua turbin air hingga akhir abad 19 (termasuk kincir air)

merupakan mesin reaksi; tekanan air yang berperan pada mesin dan menghasilkan

kerja. Sebuah turbin reaksi membutuhkan air yang penuh dalam proses transfer

energi. Pada tahun 1866, tukang pembuat gilingan di California, Samuel Knight

menemukan sebuah mesin yang mengerjakan tuntas sebuah konsep yang berbeda

jauh. Terinspirasi dari system jet tekanan tinggi yang digunakan dalam lapangan

pengeboran emas hidrolik, Knight mengembangkan ceruk kincir yang dapat

menangkap energi dari semburan jet, yang ditimbulkan dari energi kinetik air pada

sumber yang cukup tinggi (ratusan kaki) yang dialirkan melalui sebuah pipa saluran.

Turbin ini disebut turbin impulse atau turbin tangensial. Aliran air mendorong ceruk

disekeliling kincir turbin pada kecepatan maksimum dan jatuh keluar sudut dengan

tanpa kecepatan.

Pada tahun 1879, Lester Pelton, melakukan percobaan dengan kincir Knight,

dikembangkanlah desain ceruk ganda yang membuang air kesamping, menghilangkan

beberapa energi yang hilang pada kincir Knight yang membuang sebagian air kembali

melawan kincir. Sekitar tahun 1895, William Doble mengembangkan ceruk setengah

silinder milik Pelton menjadi ceruk berbentuk bulat memanjang, termasuk sebuah

potongan didalamnya yang memungkinkan semburan untuk membersihkan masukan

ceruk. Turbin ini merupakan bentuk modern dari turbin Pelton yang saat ini dapat

memberikan efisiensi hingga 92%. Pelton telah memprakarsai desain yang efektif,

kemudian Doble mengambil alih perusahaan Pelton dan tidak mengganti namanya

menjadi Doble karena nama Pelton sudah dikenal.Turgo dan turbin aliran silang

merupakan desain turbin impulse selanjutnya.

4

Gambar – 1 Turbin Pelton

II.I. Daya yang diberikan kepada roda Pelton secara teoritis adalah :

F = ρ Q ( Vj – u ) ( 1 – Cos β )dengan :

F = gaya air yang diberikan pada roda Turbin Pelton [ N ]

ρ = massa jenis air [ g/cm³ ]

Q = debit air [ liter / meter ]

Vj = kecepatan semburan air [ m / det ]

u = kecepatan linier roda Turbin [ m / det ]

cos β = sudut ember [ 165 ° ]

II.II. Kecepatan air :

Vj = Cv ( 2 H )½

dengan :

Vj = kecepatan semburan air [ m / det ]

Cv = koefisien kecepatan 0,92 – 0,98

5

H = head [ m ]

II.III. Daya yang diberikan pada roda Turbin Pelton :

Nт = F . u

dengan :

Nт = daya teoritis [ KW ]

F = gaya air yang diberikan pada roda Turbin Pelton [ N ]

u = kecepatan linier roda Turbin Pelton [ m / det ]

Dengan :

u = 2 π n r

dengan :

n = putaran roda Turbin [ rpm ]

r = jari-jari roda Turbin [ m ] *

*r = 0,170 m

II.IV Daya poros Turbin :

Nр = Mт ω

dengan :

Np = daya poros Turbin [ KW ]

Mт = momen puntir [ Nm ]

ω = kecepatan sudut [ rad / det ]

ω = 2 π / 60 n

Efisiensi Turbin :

ηт = Np / Nт

6

BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1. Sistem Turbin Pelton

Sistem pengujian Turbin Pelton diperlihatkan pada gambar dibawah ini :

Keterangan :1. Panel Kontrol 2. Rotameter3. Sensor Rpm4. Pengukur Daya5. Turbin 6. Nozel7. Pompa Air8. Bak Air

Gambar – 2 Gambar Sistem Pengujian Turbin Pelton

3.2. Langkah – Langkah Percobaan :

7

● Hubungkan kabel daya pada jala-jala listrik yang telah disediakan● On kan inventer dan atur putaran pompa● Tentukan tekanan air dari pompa● Lakukan pengukuran momen puntir dengan dynamometer

BAB IV

SKEMA GAMBAR

8

BAB V

DATA DAN PERHITUNGAN

A. Daya teoritis : Nт

u = kecepatan linier roda turbin [ m / det ]

u = 2 π n r

n = putaran roda turbin [ rpm ], lihat takometer

r = jari-jari roda Turbin [ m ]

Q = debit air [ liter / menit

Vj = kecepatan semburan air [ m / det ]

Vj = Cv ( 2H )½

H = P2 – P1 / ρ g

P1 = tekanan air pada udara sekitarnya

P2 = tekanan air pada pompa, lihat pada panel indicator

ρ = massa jenis air [ g / cm³ ], lihat tabel pada temperature ruang

g = gaya gravitasi

B. Daya Poros : NpNp = Mt 2 π / 60 n

Mt = Momen puntir dynamometer [ Nm ]Mt = F . L

dengan :

F = gaya pada beban [ N ]L = panjang lengan dynamometer ( 0,125m )n = putaran poros [ rpm ] takometer

9

C. Efisiensi Turbin : η t

η t = Np/NT

BAB VI

ANALISA

Setelah melakukan percobaan kita dapat menganalisa bahwa setiap gerakan

dinamo stater mempengaruhi kecepatan turbin, sehingga kecepatan tersebut bisa di

atur sesuai dengan keinginan.Debit air dan tekanan air pun berbeda tergantung dengan

putaran poros dinamo stater. Kemudian data yang di dapat dari percobaan kita dapat

menghitung daya yang di berikan pada roda pelton, kecepatan air,daya yang di

berikan pada roda turbin, daya poros turbin dan efisiensi turbin.

10

LAPORAN PENGUJIAN PRESTASI MESIN

TURBIN PELTON

Disusun oleh:

Engkin

112112501

Tanggal Praktikum: 11 Maret 2012

Kelompok II

Engkin

Anton Hernawan

Jurusan Teknik Mesin

11

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Indonesia

Serpong

2012

KATA PENGANTAR

Perkembangan dunia industri di Indonesia pada saat sekarang maju dengan

pesatnya dan pengetahuan teknik mesin ialah salah satu ilmu yang berkembang dan

memiliki peranan yang sangat vital untuk di pakai dan di kembangkan di berbagai

bidang keperluan industri ,otomotif dan perminyakan.

Laporan praktikum prestasi mesin ini di maksudkan agar mahasiswa dapat

mengamati , menganalisa suatu mesin serta membandingkan hasil percobaan yang di

lakukan oleh literatur.

Di samping itu penulis sangat bersyukur dan berterima kasih kepada Tuhan

Yang Maha Esa, rekan-rekan mahasiswa, serta asisten lab yang telah berperan aktif

dalam penyusunan laporan praktikum prestasi mesin ini.

Akhir penulis berharap semoga laporan praktikum prestasi mesin ini

bermanfaat bagi pembaca dan bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.

Serpong, 11 Maret 2012

Penulis

(…………..)

12

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR...................................................................................... ii

DAFTAR ISI..................................................................................................... iii

BAB I TUJUAN PERCOBAAN..................................................................... 1

BAB II DASAR TEORI.................................................................................. 2

BAB III METODE PERCOBAAN.................................................................. 7

31. Sistem Turbin Pelton.................................................................. 7

3.2. Langkah-Langkah Percobaan.................................................... 7

BAB IV SKEMA GAMBAR............................................................................ 8

BAB V DATA DAN PERHITUNGAN........................................................... 9

A. Daya Teoritis............................................................................... 9

B. Daya Poros................................................................................... 9

C. Efesiensi Turbin........................................................................... 9

BAB VI ANALISA DAN KESIMPULAN...................................................... 10-11

LAMPIRAN

13

ii

14

iii

.

15

KESIMPULAN

- Semakin besar debit dan tekanan yang dikeluarkan dari nosel maka tenaga

yang dihasilkan poros semakin besar.

- Efisiensi turbin berubah-ubah sesuai putaran yang dihasilkan.

- Data teoritis yang paling besar yaitu saat turbin memiliki putaran poros

yang paling besar.

16

17

11