laporan pengujian mesin turbin air pelton

FT UNP PADANG	LABORATORIUM SHEET
	JURUSAN  : TEKNIK MESIN
PRAKTEK PENGUJIAN MESIN	JUDUL        : TURBIN AIR PELTON
KODE : MTP/PM/10/99	WAKTU     : 4 X 60 MENIT

A.      TUJUAN

1.    Menentukan daya teoritis turbin.

2.    Menentukan daya efektif turbin.

3.    Menentukan efesiensi turbin.

4.    Menentukan hubungan debit aliran terhadap daya dan efisiensi turbin.

5.    Menentukan hubungan head ketinggian tergadap daya dan efisiensi turbin.

6.    Menentukan hubungan putaran terhadap daya dan efisiensi turbin.                                                               

B.       BAHAN/ALAT

1.    satu unit turbin air pelton.

2.    satu unit rem sabuk T segiempat/gambar mesin.

3.    satu Unit Hydraulic Bench.

4.    Hand Tachometer.

5.    Stop Watch.

C.      TEORI SINGKAT

Turbin air adalah salah satu dari jenis turbin air yang memanfaatkan impuls momentum dengan air sebagai fliuda kerjanya. Air mengalir dari tempat yang lebih tinggi menuju tempat yang lebih rendah. Dalam hal tersebut air memiliki energi potensial. Ketika di dalam pipa energi potensial berangsur-angsur berubah menjadi energi kinetik.  Di dalam turbin energi kinetik air diubah menjadi energi mekanis, di mana air memutar roda turbin. Di samping pengembangan teori dan kemampuan menggunakan alat dalam melakukan studi dan penelitian, ternyata insentif juga mendorong perkembangannya. Begitulah keadaan tersebut terjadi di Perancis yang lebih banyak sungainya tetapi tidak banyak batu bara seperti di Inggris. Akademi Ilmu Pengetahuan  Perancis menyediakan hadiah yang cukup besar (6000 franc saat itu) bagi mereka yang dapat menciptakan turbin air yang efisien. Benoit Fourneyron, murid dari Claud Burdin, memenangka hadiah itu dengan keberhasilannya menciptakan turbin air (radial-aliran keluar) yang sangat efisien (85%) pada tahun 1824-1827. Pada tahun 1875, James B. Fancis bersama-sama dengan Boyden dan A.H. Swaim di Amerika Serikat berhasil menciptakan turbin radial-aliran ke dalam yang sangat efisien pula. Yang kemudian dikenal dengan nama Turbin Francis. Sementara itu S.N. Knight (1872) dan N. J. Coleman (1873) mengembangkan turbin impuls, dengan pasangan mangkuk-mangkuk pada roda turbin. Tetapi baru kemudian Lester G. Pelton pada tahun 1878 berhasil mengadakan perbaikan sehingga diperoleh turbin yang sangat baik untuk tinggi air jatuh yang besar. Turbin inilah yang kemudian dikenal dengan nama Turbin Pelton. Setelah itu pada tahun 1900-an, Victor Kaplan juga membuat turbin yang kemudian dikenal dengan nama turbin Kaplan. 

Pada turbin pelton puntiran terjadi akibat pembelokan pancaran air pada mangkok ganda raner. Oleh karena itu maka turbin Pelton juga disebut Turbin Pancaran Bebas.

Turbin ini diterapkan untuk tinggi terjun sampai 2000 meter. Di bawah 250 meter, pemakaian turbin francis kebanyakan lebih disukai. Tergantung kepada debit, tinggi terjun dan mutu air, turbin pelton dipasang dengan sumbu mendatar, 1 atau 2 buah jet setiap raner sebagai turbin tunggal atau ganda, atau dipasang tegak dengan jumlah pancaran sampai 6. pada dasarnya turbin terdiri  atas bagian-bagian: nosel raner dan rumah turbin.

 

Gambar. Turbin pelton dengan 2 nozzel

Terdapat beberapa hal yang mempengaruhi efisiensi turbin pelton, seperti susunan geometri dan bentuk mangkok, kesalahan pembuatan, ketidak-sebarisan pancaran, gesekan aliran. Pengaruh yang berarti terhadap efisiensi turbin pelton bisa juga karena kerugian akibat adanya belokan.

Total tenaga dari turbin impulse adalah sebagai berikut :

                

 Secara matematis harga Φ berpengaruh terhadap nilai kecepatan V. Untuk mencari harga PT maksimum dapat dilakukan dengan mendiferensialkan persamaan di atas sebagai berikut :

                

Jika θ = 180^o            (pt) θ = (2) V

                

Jika           

Tenaga output maksimum dapat dihasilkan jika θ = 180^o dan

(PT)max = ρQj                (Fao, 1960,122)

Keterangan :

PT          = Tenaga output                                          (watt)

Qj          = Debit aliran masuk                                   (m³/dt)

 V_j         = kecepatan masuk mutlak                         (m/dt)

 V          = kecepatan masuk relatif                           (m/dt)

 V_i            = kecepatan keluar relatif                           (m/dt)

V_o             = kecepatan air keluar masuk                      (m/dt)

 θ           =  sudut aliran pada turbin                          (.....^o)

 ρ           =  massa jenis                                              (kg/m³)

kecepatan keliling roda turbin capat dihitung bedasarkan putaran turbin yaitu :

   

Secara teori daya yang dapat dihasilkan turbin adalah :

P_teori = ρgQH_eff    (watt)

Jika massa aliran      m = ρQ

maka                     P_teori = mgH_eff    (watt)

Di mana        ρ     = massa jenis          (kg/m³)

                     g     = gravitasi              (m/dt²)

                     m    = massa aliran        (kg/dt)

                     H_eff  = tinggi efektif       (m)

Dalam percobaan turbin pelton pada praktikum ini daya efektif dapat dihitung dengan menggunakan rem sabuk.

Daya efektif = torsi x kecepatan sudut

   Dimana  : F = Gaya pengereman             (N)

                   R = jari-jari pully                      (m)

                   n  = putaran poros                    (rpm)

Efisiensi turbin (η) =  

D.      Prosedur kerja

1.    Pasang slang aliran dari hidrolik bench pada instalasi turbin

2.    Tempelkan posisi rem pada poros turbin dan hubungan lengan rem dengan spring balance

3.    Hidupkan hidrolik bench sampai air memasukin turbin

4.    Untuk percobaan I : turbin dioperasikan pada head dan putaran konstan, sedangkan bukaan nozel divariasikan, dengan kelipatan 10%, sehingga diperoleh harga Q dan T. data dimasukan ke table I

5.    Untuk percobaan II : turbin dioperasikan pada head dan putaran konstan, sedangkan bukaan nozel divariasikan,  sehingga diperoleh harga Q dan T. data dimasukan ke table II

6.    Untuk percobaan III : turbin dioperasikan pada head dan putaran konstan, sedangkan bukaan nozel divariasikan, sehingga diperoleh harga Q, n dan T. data dimasukan ke table III

Hal-hal ditekankan

1.    Untuk mencari putaran maximum tidak boleh diberikan beban pada poros turbin

2.    Pada pembacaan debit aliran harus diperhatikan penyumbat pada tabung harus tertutup rata.

E.       ANALISA DATA

Untuk menganalisa data diambil dari table I

Diketahui:

Head (H)                              = 9 m

Bukaan nozel                       = 100%

Waktu yang digunakan (t)   = 17 det

Tinggi air                              = 0.2 m

Putaran poros (n)                  = 1550 rpm

Gaya rem (F)                        = 0,5 N

Diameter nozel                     = 0.005 m

Diameter tabung                  = 0.25 m

Diameter picth runner          = 0.08 m

Jari-jari pully (R)                  = 0.025 m

Grafitasi(G)                          = 9.81 m/det²

1.    Debit aliran masuk (Q)  [ m³/det ]

2.    Daya yang dihasilkan oleh turbin (P_teori) [ watt ]

3.    Daya effektif (Pe) [ watt ]

4.    Effisiensi turbin (η) [ % ]

Debit

Daya yang dihasilkan oleh turbin(Pteori) [ watt ]

Daya efektif (Pe) [ watt ]

Effisiensi turbin

F.     TABULASI DATA

NO	Head	Putaran	Waktu	Debit (Q)	Gaya rem	Daya (Watt)		Effesiensi
	(rpm)	Rpm	t	m3/s	(N)	Pt	Pe	%
1	9	1550	17.01	0.000576867	1.2	50.93154762	4.867	9.555963303
2	9	1200	16.69	0.000587927	2.4	51.90806621	7.536	14.51797486
3	9	1000	13.68	0.000717288	4.6	63.32935855	12.03666667	19.006456
4	9	900	16.61	0.000590759	4.8	52.15807495	11.304	21.672579
5	9	850	20.29	0.000483613	5.2	42.69815796	11.56566667	27.08703892
6	8	1550	16.88	0.000581309	0.5	45.62114929	2.027916667	4.445124023
7	8	1200	17.37	0.000564911	3.5	44.33419689	10.99	24.78899083
8	8	1000	14.71	0.000667063	4.1	52.35112169	10.72833333	20.49303432
9	8	900	13.81	0.000710536	4.3	55.76285301	10.1265	18.15993884
10	8	850	12.3	0.000797764	4.6	62.60853659	10.23116667	16.34148828
11	7	1550	14.35	0.000683798	0.3	46.95640244	1.21675	2.591233435
12	7	1200	16.41	0.000597959	1.4	41.06181444	4.396	10.7058104
13	7	1000	15.64	0.000627398	3.4	43.08339994	8.896666667	20.64987137
14	7	900	16.66	0.000588986	3.5	40.44564076	8.2425	20.37920489
15	7	850	17.76	0.000552506	3.7	40.44566862	8.229416667	20.34684293

G.    GRAFIK

H.      INTERPRESTASI DATA

1.         Dari tabulasi data terlihat, semakin besar putaran pada setiap ketinggian maka gaya pengereman semakin kecil. Hal ini menunjukan bahwa torsi berbanding terbalik dengan putaran.

2.         Daya teoritis berbanding terbalik dengan putaran.

3.         Dari grafik, untuk head 7 m dan 8 m terlihat adanya penurunan nilai efisiensi jika dibandingkan dengan head  9 m. Hal ini mungkin disebabkan oleh pengaruh kekuatan nosel yang diberikan.

I.         KESIMPULAN

1.         Kecepatan  putaran dari mesin merupakan faktor penentu untuk mendapatkan nilai daya efektif (pe), daya teoritis, efisiensi turbin serta torsi yang diberikan.

2.         Pada head terendah pada pengujian yang dilakukan, yaitu 7 meter, kita harus hati-hati dalam memberikan gaya pengereman, karena gaya pengereman yang terlalu tinggi akan menyebabkan tidak tercapainya putaran maksimum yang diinginkan.

3.         Dari praktikum yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa alat uji turbin pelton yang digunakan masih dalam kondisi yang baik, karena efisiensi yang dihasilkan alat ini cukup tinggi.

J.        SARAN

1.      Sebelum melakukan praktikum sebaiknya periksa semua perlengkapan alat uji dan kalibrasikan semua peralatan sebelum memulai praktikum.

2.       Perhatikan cara pemakaian peralatan yang ada, jangan menyimpang dari prosedur kerja, sebab akan memberikan kemungkinan kerusakan pada alat uji yang dipakai.