Laporan Praktikum

Laporan Praktikum kke

Laporan Praktikum kke

Laporan Praktikum kke

Laporan PraktikumKonversi dan Konservasi EnergiTurbin Pelton

Nama Asisten: David KurniawanAnggota Kelompok:Adlian Pratama (1006758483)Fikri Ash Shidiqqie (1006705905)Ginanda Andria (1006705911)Hisyam Farabi (1006705924)Michael Stefanus (1006705975)Muhammad Zilvan Bey (1006705994)

Departemen Teknik MesinFakultas Teknik Universitas Indonesia2013Kata Pengantar

Puji syukur saya panjatkan kepada Allah SWT, karena berkat izin dan karunia-Nya saya dapat mengikuti praktikum Konversi dan Konservasi Energi dan dapat menyelesaikan laporan praktikum Turbin Pelton.Dalam laporan ini saya menyertakan latar belakang, tujuan, dasar teori, pengolahan data, grafik, analisis, serta kesimpulan.Pada kesempatan ini pula saya ingin berterima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. I Made Kartika D., Dipl.Ing dan Dr. Ir. Adi Surjosatyo, M.Eng selaku dosen pada mata kuliah Konversi dan Konservasi Energi. David Kurniawan selaku asisten praktikum Turbin Pelton beserta asisten-asisten lainnya. Teman-teman kelompok praktikum pada khususnya, dan teman-teman mahasiswa teknik Mesin pada umumnya. Juga kepada pihak-pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu-persatu,Saya sadar bahwa laporan ini masih jauh dari kata sempurna. Maka dari itu saya sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang membangun. Semoga laporan ini bermanfaat bagi kita semua dan mahasiswa Teknik Mesin pada umumnya.

Depok, 17 Mei 2013

Adlian Pratama

Daftar Isi

BAB I3I.1 Latar Belakang3I.2 Tujuan Percobaan3BAB II4II.1 Dasar Teori4II.2 Alat-alat yang digunakan pada percobaan7II.3 Prosedur Percobaan7BAB III9Perhitungan Data Percobaan9Grafik12Analisa16Analisa Percobaan16Analisa Perhitungan16Analisa Grafik17BAB IV18Kesimpulan18Saran18Referensi18LAMPIRAN19Data Percobaan20Tugas Tambahan21

BAB II.1 Latar BelakangPraktikum Prestasi Mesin merupakan kegiatan yang dilaksanakan untuk melengkapi perkuliahan mata kuliah Konversi dan Konservasi Energi. Pada praktikum ini, terdapat beberapa alat yang baik secara langsung maupun tidak langsung berkaitan dengan proses konversi dan konservasi energi, seperti:1. motor diesel, 2. motor otto, 3. turbin pelton, 4. kompresor, 5. pompa aksial, 6. pompa sentrifugal, 7. RTU, dan 8. heat pump.Percobaan dilakukan dengan pengamatan dan pengambilan data secara langsung terhadap mesin-mesin tersebut, sehingga kita dapat mengetahui secara umum karakteristik dari mesin-mesin tersebut.

I.2 Tujuan Percobaan

Praktikum Turbin Pelton bertujuan untuk mengetahui performa dan karakteristik dari turbin Pelton sebagai alat pengubah tenaga menjadi energi listrik, sehingga dapat ditentukan tenaga air yang sesuai bagi turbin jenis ini untuk mencapai efisiensi maksimum.

BAB IIII.1 Dasar Teori

Turbin pelton termasuk jenis turbin impuls yang merubah seluruh energi air menjadi energi kecepatan sebelum memasuki runner turbin. Perubahan energi ini dilakukan dalam nozzle dimana air yang semula mempunyai energi potensial yang tinggi, diubah menjadi energi kinetis. Pancaran air yang keluar dari nozzle akan menumbuk bucket yang dipasang tetap pada sekeliling runner dan garis pusat pancaran air menyinggung lingkaran dari pusat bucket. Kecepatan keliling adri bucket akibat tumbukan yang terjadi tergantung dari jumlah dan ukuran pancaran serta kecepatannya. Kecepatan pancaran tergantung dari tinggi air di atas nozzle-nya serta efisiensinya.

Kecepatan pancaran nozzle dapat dihitung dengan: Kecepatan pancaran nozzle: (m/s) Energi Potensial: (Joule) Daya input turbin: (Watt)dimana:Ha = Head sebenarnya (m)Qa = Kapasitas air sebenarnya (m3/s) = berat jenis fluida (air = 9810 N/m3) Energi output turbin: (N/m)dimana:Ft = Gaya turbin pada ukung lengan dari prony brakenya (N)Rt = Panjang lengan pron brake = 0.16 m Daya output turbin: (watt)dimana: nt = kecepatan putaran turbin (rpm)T = Torsi turbin (Nm) Kapasitas air teoritis (m3/s)dimana: = 0.8 + 0.88 = 67.5d1 = 0.01905 md2 = (1-k).d1 mk = presentase bukaan katupg = 9.81 m/s2Ha = Head actual (m) Efisiensi turbin: Efisiensi nozzle: dimana: Qa = Kapasitas sebenarnya yang melewati turbin Qt = kapasitas teoritisEfisiensi turbin yang tinggi dapat dicapai jika turbin bekerja pada kondisi yang optimum. Untuk menentukan jenis turbin yang sesuai dengan kondisi kerjanya, dasay yang dipakai adalah kecepatan spesifik. Kecepatan spesifik: (watt)dimana: n = kecepatan putaran turbin (rpm)N = daya input turbin = BHP (HP)Ha = head actual (m)

nsJenis Turbin

4-35Turbin Pelton dengan 1 nozzle

17 50Turbin Pelton dengan 2 nozzle

24 70Turbin Pelton dengan 4 nozzle

80 120Turbin Francis putaran rendah

120 220Turbin Francis putaran normal

220 350Turbin Francis putaran tinggi

350 430Turbin Francis putaran sangat tinggi

300 - 1000Turbin Kaplan

Tabel 1 Hubungan antara kecepatan spesifik dengan jenis turbinTurbin pelton dapat dikatakan sebagai turbin air dengan ns yang paling rendah dan bekerja dengan H yang paling tinggi. Turbin francis dapat digolongkan sebagai turbin dengan ns menengah dan bekerja dengan H yang menengah pula. Turbin Kaplan tergolong sebagai turbin dengan ns yang tinggi, bekerja dengan H yang rendah dan Q yang tinggi. Percobaan kali ini menggunakan turbin pelton dengan 1 nozzle.

Gambar 1 Turbin Pelton dengan 1 nozzle (http://re.emsd.gov.hk/english/other/hydroelectric/hyd_tech.html)

II.2 Alat-alat yang digunakan pada percobaan

1. Tangki air yang terdiri dari dua bagian. Bagian pengukur alirannya dilengkapi dengan peredam gelombang, serta skala pengukur dalam inchi dan ft3/min.2. Pompa sentrifugal dengan penggerak motor listrik yang dapat diatur putarannya3. Transformator untuk mengatur tegangan dan arus yang masuk ke motor, yang digunakan untuk mengatur putaran motor listrik penggerak pompa.4. Prony brake dengan panjang tangan 0.16m5. Force gauge untuk mengukur:a. Gaya yang terjadi pada ujung lengan prony brakeb. Gaya pada lengan dynamometer dari motor6. Pressure gauge untuk mengukur tekanan discharge dari pompa pada ketinggian yang sama dengan tinggi nozzle turbin.7. Tachometer untuk mengukur kecepatan putaran turbin.8. Aparat pengujian turbin pelton yang telah terpasang lengkap dengan nozzle dan spear valvenya.II.3 Prosedur PercobaanSebelum percobaan dimulai, praktikan melakukan beberapa hal seperti dibawah ini:1. Memeriksa air dalam tangki, apakah sudah mencukupi atau belum.2. Memeriksa tinggi air raksa dalam tabung force gauge. Lakukan kalibrasi apabila force gauge tidak menunjukkan angka nol.3. Sebelum menekan tombol on, memastikan rotary speed regulator menunjukkan angka 0, memastikan prony brake dalam keadaan bebas.4. Membuka katup discharge dari pompa dan memutar spear gear sampai membuka penuh kemudian menekan tombol on dan sebuah lampu merah kecil akan menyala. Setelah itu menaikkan kecepatan motor dengan cara memutar speed regulator perlahan sampai tekanan discharge pompa menunukkan skala sesuai instruksi asisten.

Percobaan dilakukan dengan tahapan:1. Memutar rotary speed regulator sampai tekanan discharge pompa menunjukan head teoritis tertentu.2. Mengatur spear valve sampai menunjukan bukaan katup tertentu.3. Mengatur putaran turbin dengan mengencangkan prony brake sampai putaran yang ingin dicapai.4. Mencatat data-data yang diperlukan (Ha, Ft, Fp, Qa, V, dan I) ketika putaran yang diinginkan tercapai.5. Melakukan langkah 3 s/d 4 untuk beberapa macam putaran turbin dari putaran 1600rpm sampai putaran 1200rpm dengan interval 100 rpm.6. Melakukan langkah 2 s/d 3 untuk beberapa variabel bukaan diffuser yaitu 75 % dan 50 %7. Melakukan langkah 1 s/d 6 untuk beberapa variabel head teoritis. (Ht = 8 m dan 10 m)

BAB IIIPerhitungan Data PercobaanPada bagian ini, akan dilakukan contoh perhitungan yang terdapat pada buku panduan praktikum Prestasi Mesin dengan mengambil salah satu data percobaan.Data yang digunakan adalah sebagai berikut:K: 75%; Nt: 1500 rpm; Ht: 10m; Ha: 9.8m; Qa: 0.186 m3/s; Ft = 2.5N; Fp: 4.5N1. Daya input turbin: (Watt)= 17881.668 watt2. Energi output turbin: (N/m) N/m

3. Daya output turbin: (watt) = 62.8 watt4. Kapasitas air teoritis (m3/s) Qt = 0.003529238 m3/s

5. Efisiensi turbin: = 0.35%6. Efisiensi nozzle: = 5270.25 %7. Kecepatan spesifik: (watt) = 685.5489757 rpm8. Kecepatan pancaran nozzle: (m/s) V = 730.7932044 m/s

Hasil perhitungan dari data-data praktikum lainnya, akan disajikan dalam bentuk tabel.

Tabel 5 Ht = 8; K = 50%Tabel 4 Ht = 8; K = 75%Tabel 3 Ht = 10m K = 50%Tabel 2 Ht = 10m K = 75%

Grafik

Keterangan: Data A merupakan pengamatan Np = 2450 rpm; K = 75% dan Ht = 10m Data B merupakan pengamatan Np = 2450 rpm; K = 50% dan Ht = 10m Data C merupakan pengamatan Np = 2150 rpm; K = 75% dan Ht = 8m Data A merupakan pengamatan Np = 2150 rpm; K = 50% dan Ht = 8m

AnalisaAnalisa PercobaanPercobaan dilakukan sesuai dengan apa yang tercantum pada prosedur percobaan. Pada awalnya percobaan dan pengambilan data dapat dianggap cukup lancar. Namun pada pertengahan proses praktikum, praktikan terkendala dengan tachometer inframerah yang terkadang tidak dapat membaca kecepatan putaran turbin. Sehingga proses praktikum mengalami hambatan untuk menunggu tachometer jenis sentuhan yang dipakai oleh praktikan lain di alat lainnya. Alat percobaan yang dipakai walaupun terlihat tua, namun masih dalam kondisi yang cukup baik untuk dilakukan percobaan.Pada praktikum kali ini, akan diambil empat set data, dengan masing-masing set dilakukan empat kali percobaan dengan parameter yang berbeda. Hal yang membedakan tiap setnya adalah putaran motor, head teoritis, dan bukaan nozzle. Set pertama dengan kedua berbeda pada bukaan nozzle yaitu 75% dan 50%, sedangkan putaran motor dan head teoritis diberi nilai yang sama. Begitu pula untuk set ketiga dan keempat. Dalam satu set pengambilan data, setiap percobaan mengambil data dengan parameter putaran turbin yang berbeda-beda. Terdapat empat nilai putaran, yaitu 1600, 1500, 1400, dan 1300 putaran per menit yang dapat diatur menggunakan prony brake.Dari percobaan ini akan didapat lima buah parameter. Yaitu head actual (Ha) , debit air (Q), gaya yang dihasilkan oleh pompa (Fp), gaya yang dihasilkan oleh turbin (Ft), dan kuat arus pompa (I).Analisa PerhitunganDari data-data yang praktikan dapat pada praktikum, praktikan dapat menghitung beberapa parameter sesuai petunjuk di buku panduan praktikum prestasi mesin. Yaitu:1. Kecepatan pancaran nozzle (V)2. Daya input turbin (WHP)3. Energi output turbin (T)4. Daya output turbin (BHP)5. Efisiensi turbin ()6. Kapasitas air teoritis (Qt)7. Effisiensi Nozzle (ns), dan8. Head (H)Hasil perhitungan yang praktikan dapat yang telah ditunjukkan pada halaman sebelumnya, menunjukkan adanya beberapa kejanggalan, seperti nilai efisiensi turbin yang sangat kecil, dan nilai efisiensi nozzle yang teramat tinggi. Terdapat juga nilai pengukuran yang konstan, padahal seharusnya praktikan dapat mengharapkan nilai yang tidak konstan. Hal ini dapat disebabkan karena kesalahan pembacaan yang difaktori oleh alat ukur yang sudah tidak presisi, maupun kesalahan pada pengamatan sendiri.Analisa GrafikDalam penyusunan laporan ini, praktikan membuat sembilan buah grafik yang telah dicantumkan pada halaman sebelumnya. Tujuan dari dibuatnya grafik adalah untuk menunjukkan secara jelas korelasi antara dua variabel. Idealnya, apabila terdapat beberapa data dalam satu grafik, kesemua data tersebut dapat menunjukkan hubungan yang sama. Namun dalam pembuatan grafik dengan data yang ada, didapati beberapa grafik tidak sesuai dengan yang diharapkan. Hal ini dapat terjadi akibat pengambilan data yang kurang sempurna. Apabila alat ukur pada praktikum masih dapat membaca dengan baik, grafik yang dihasilkan dapat diharapkan menjadi lebih baik.

BAB IVKesimpulanSetelah mengikuti praktikum Prestasi Mesin dengan alat Turbin Pelton dan menyusun laporannya dengan perhitungan dan grafik, dapat penulis simpulkan beberapa hal dari praktikum ini, yaitu:1. Turbin pelton berfungsi mengubah tenaga air menjadi tenaga listrik. Yaitu dengan mengubah energi potensial air menjadi energi kinetic yang memutar bucket.2. Turbin pelton menggunakan nozzle yang menyemprotkan air untuk memutar bucket. Nozzle dapat berjumlah satu, dua, ataupun empat.3. Turbin pelton dapat dikatakan sebagai turbin air dengan ns yang paling rendah dan bekerja dengan H yang paling tinggi.4. Tujuan praktikum untuk mencari efisiensi maksimum tidak terpenuhi.5. Keandalan alat ukur akan sangat mempengaruhi data hasil percobaan.6. Dari hasil perhitungan yang dilakukan, didapat efisiensi tertinggi pada Np = 2450 rpm, Ht = 10m, dan K=50%SaranDiharapkan pada kesempatan praktikum selanjutnya agar alat-alat yang digunakan untuk diperiksa terlebih dahulu keandalannya. Mengingat bahwa hasil praktikum akan sangat tergantung dengan kondisi alat. Alat-alat yang ada dirasa sudah cukup tua, sehingga pembacaan skala kesalahannya makin tinggi.

ReferensiBuku Penuntun Praktikum Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin 2012

LAMPIRAN

Data Percobaan

Tugas TambahanReview JurnalM.K. Padhy, R.P. Saini. Study of silt erosion on performance of a Pelton turbine. Elsevier. 2010.Silt, atau dalam bahasa Indonesia berarti lanau, yaitu sebuah material berbentuk granula dengan ukuran diantara pasir dan tanah liat. Lanau dapat berupa sedimen pada permukaan maupun dasar air. Jurnal ini membahas pengaruh keberadaan lanau pada air dan pengaruhnya dengan performa sebuah turbin pelton.

Di India dimana sungai-sungainya berasal dari pegunungan Himalaya, terkandung lanau-lanau dan pasir yang keras dan abrasive terutama pada musim monsoon. Hal ini dapat menjadi masalah bagi pembangkit-pembangkit listrik tenaga air di daerah tersebut karena endapan di aliran sungainya dapat merusak komponen turbin. Hal ini berpengaruh pada performa dan daya yang diasilkan oleh turbin.

Penelitian yang tercantum dalam jurnal ini menggunakan bucket yang terbuat dari kuningan pada penelitiannya. Air yang dialirkan ke turbin sudah dicampur dengan lanau dan endapan lainnya menyerupai kondisi di sungai-sungai dengan konsentrasi 5000-10000ppm dan ukuran terbesar 335m, kecepatan air 26.62-29.75m/s. Pengetesan tiap setnya dilakukan selama delapan jam, dan setelah itu bucket akan diukur besar perubahan beratnya.

Hasil penelitian menyatakan bahwa dalam fenomena berkurangnya efisiensi pada turbin Pelton dipengaruhi oleh konsentrasi lanau, ukuran lanau, kecepatan air, dan lama waktu operasi. Persentase hilangnya efisiensi turbin pelton meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi lanau, ukuran lanau, maupun kecepatan air yang mengenai bucket. Sedangkan daya yang dihasilkan dari turbin berkurang seiring dengan berkurangnya massa bucket akibat erosi yang disebabkan oleh lanau yang mengendap di air sungai. Hasil penelitian ini merekomendasikan desainer turbin untuk meningkatkan efisiensi dan daya yang ingin dihasilkan oleh turbin ketika dalam proses manufaktur untuk mengkompensasi fenomena erosi yang diakibatkan oleh lanau yang mengendap pada air sungai.

Adlian Pratama2

Adlian Pratama1