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