8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
1/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BAB I
PENGUJIAN TURBIN AIR FRANCIS
1.1 PENDAHULUAN
1.1.1 Tinjauan Umum
Praktikum sangat membantu dalam mendapatkan gambaran yang nyata tentang
alat / mesin yang telah dipelajari di bangku kuliah. Dengan demikian dalam praktikum
turbin air, mahasiswa (praktikan) selain dapat melihat proses kerja yang sesungguhnya,
mereka juga akan mendapatkan ingatan yang tidak mudah hilang tentang turbin air.
Khususnya tipe francis dimana cara kerjanya merupakan salah satu hal yang harus
dikuasai. ntuk itu dalam praktikum ini, praktikan diharapkan aktif dan menguasai
terlebih dahulu dasar!dasar praktikum yang akan dilakukan. Peran praktikan juga sangat
penting dalam hal ide atau saran baik berbentuk lisan maupun tulisan jika menemukan
adanya keganjilan atai ketidaksempurnaan demi kemajuan bersama.
1.1.2 Tujuan Percoaan
"dapun tujuan dari praktikum kali ini adalah #
$. %emperoleh grafik yang menunjukkan hubungan antara kecepatan putar turbin
terhadap daya yang dapat dibangkitkan turbin pada head konstan
&. %emperoleh grafik yang menunjukkan hubungan antara kecepatan putar turbin
terhadap efisiensi pada head konstan
'. %engetahui grafik hubungan kecepatan putaran turbin terhadap efisiensi pada ariasi
guide ane berbeda
. %ampu melakukan analisa hasil pengujian
1.2 TINJAUAN PUSTA!A
1.2.1 Da"ar Teori Turin Air
1.2.1.1 Pen#er$ian Turin Air
*urbin air adalah suatu mesin konersi energi yang berfungsi mengkonersikan
atau mengubah bentuk energi potensial (head) yang dimiliki air ke bentuk energi
mekanik pada poros turbin. +nergi potensial yang tersimpan pada fluida yang diam pada
ketinggian tertentu. +nergi tersebut dapat menjadi energi kinetik pada waktu air masuk
$
$
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
2/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
keguide vane, sebagian dari energi jatuh atau tinggi jatuh (head) yang telah bekerja di
dalamguide vanediubah menjadi kecepatan arus masuk (energi kinetik). +nergi yang
berbentuk tersebut nantinya digunakan untuk memutar turbin dari turbin memutar poros
yang dihubungkan ke generator.
1.2.1.2 !%a"i&i'a"i Turin Air (an A)%i'a"i !erjan*a
*urbin air dapat dibedakan menjadi &, yaitu #
$. *urbin impuls
*urbin impuls adalah turbin yang dimana proses aliran fluida kerjanya,
penurunan tekanan yang terjadi pada nozzlesaja. *urbin impuls cocok untuk head
yang tinggi dengan kapasitas yang relatif rendah. enis turbin ini mengubah air dari
headyang tinggi menjadi semburan kecepatan yang tinggi pada nozzle.
a. *urbin pelton
*urbin ini mempunyai & bagian utama yaitu runner dan nozzle runner.
Runner terdiri dari poros, tangki, piringan, dan beberapa mangkuk. *urbin pelton
terutama yang digunakan untuk memanfaatkan potensi air yang memiliki head
tinggi.
-ambar $.$ *urbin Peltonumber #Anonymous$ (&0)
b. *urbin %ichell!1anki
*urbin jenis ini sering disebut dengan turbin arus lintang (cross flow), karena
fluida yaitu air menggerakkan sudu runnermelewati pengarah sehingga seolah!olah
terdapat fluida yang datang dari aliran yang berbeda.
&
&
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
3/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
*urbin %ichell!1anki terdiri dari runner, dan nozzle. Prinsip kerjanya yaitu
air yang keluar dari nozzleditumbukkan ke runnersehingga terjadi perubahan energi
dari energi kinetik air menjadi energi mekanik pada poros runner. *urbin ini banyak
digunakan pada headrendah hingga menengah
-ambar $.& Turbin cross flow
umber #Anonymous& (&2)
c. Kincir "ir
Kincir air memiliki ciri konstruksi yang sederhana dan memiliki diameter
yang besar. Prinsip kerja dari kincir air yaitu pancaran air ditumbukkan ke mangkok!
mangkok yang dipasang pada rotor, sehingga terjadi perubahan energi kinetik
menjadi energi mekanik. Kincir air banyak dimanfaatkan untuk headdan kapasitas
yang relatif kecil, biasanya tenaga yang dihasilkan kincir air berkisar antara $!' K3.
Kincir air bekerja pada putaran rendah akibat diameter yang besar.
-ambar $.' Kincir "ir
umber #Anonymous' (&0)
'
'
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
4/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
%acam!macam kincir air #
a. Overshot
Overshot adalah salah satu dari kincir air yang prinsip kerjanya
mendapatkan aliran fluida yang mengenai sudu bagian atasnya sehingga fluidaatau air tersebut membuat kincir air berputar melawan arah jarum jam.
b. Undershot
Undershot adalah salah satu dari kincir air yang prinsip kerjanya
mendapatkan aliran fluida, dimana nantinya aliran fluida mengenai bagian bawah
dari sudu kincir sehingga membuat kincir berputar searah jarum jam.
c. Breastshot
Breastshotadalah jenis kincir air yang dikenai aliran fluida ditengah atau
dimuka dari sudu kincir air tersebut sehingga membuat lincir air berputar searah
jarum jam.
d. Pitch Back
Pitch backadalah jenis kincir air yang prinsip kerjanya tidak jauh beda
dengan overshot, akan tetapi disitu aliran fluida mengenai hampir di atas kincir air
sehingga membuat kincir air berputar searah jarum jam.
-ambar $. %acam!macam kincir air
umber #Anonymous (&0)
&. *urbin 4eaksi
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
5/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
*urbin reaksi adalah turbin dimana ekspansi dari fluida kerjanya terjadi pada
guide vanedan runner. 5ang termasuk dalam turbin reaksi yaitu turbin francis, turbin
roeller (aksial), dan turbin kaplan.
a. *urbin 6rancis
*urbin francis yaitu turbin yang dikelilingi dengan runner dan semuanya
terbenam ke dalam air. *urbin francis digunakan untuk memanfaatkan potensi
menengah. *urbin francis sudah bisa dibuat dengan kecepatan putar yang tinggi.
-ambar $.7 *urbin "ir 6rancis
umber #Anonymous7 (&8
b. *urbinProeller
*urbinroellerdigunakan untuk pemanfaatan potensi hidro yang memiliki
head rendah dengan kapasitas aliran besar dan putaran operasinya tidak terlalu
tinggi.
-ambar $.9 *urbinProeller
umber #Anonymous9 (&2)
c. *urbin Kaplan
7
7
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
6/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
*urbin kaplan adalah jenis turbinroellerdengan posisi sudu!sudu runner
yang dapat diatur posisinya. Pengaturan sudu!sudu runner dengan menggunakan
tenaga hidrolik yang terletak pada poros turbin. Karena sudu!sudu runner dapat
diubah, maka karakteristiknya menguntungkan efisiensinya cukup stabil walaupun
terjadi perubahan yang besar.!eadyang dibutuhkan dalam pengoperasian yang baik
dari turbin ini adalah lebih dari &: dari headrencananya.
-ambar $.8 *urbin Kaplan
umber #Anonymous8 (&0)
*abel $.$ Perbedaan *urbin "ir ;mpuls dan *urbin "ir 4eaksi
*urbin "ir ;mpuls *urbin "ir 4eaksi! perubahan momentumnya hanya
terjadi di runnersaja
! perubahan momentum hanya terjadi di
guide vanedan runner
! hanya dapat dipasang dengan posisi
hori
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
7/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
-ambar $.2 -rafik Perbedaan *urbin
umber #Anonymous2 (&$')
1.2.2 Turin Franci" (an Prin"i) !erjan*a
1.2.2.1 Ba#ian+a#ian Turin Franci"
*urbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. *urbin dipasang diantara
sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar.
*urbin ini mempunyai ' bagian utama yaitu runner, guide vane (sudu pengarah), dan
rumah turbin (casing)a. Runner
%erupakan bagian turbin francis yang dapat berputar, terdiri dari poros dan
sudu turbin yang berfungsi mengubah energi kinetik menjadi energi mekanik
-ambar $.0Runner
umber # =aboratorium %esin!mesin 6luida 6*!1
8
8
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
8/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
b. #asing
%erupakan saluran yang menyerupai rumah siput dengan bentuk penampang
melintang lingkaran. 1erfungsi menampung fluida yang terletak keluar guide vane
dan memaksimalkan energi tekanan.
-ambar $.$ #asing
umber # =aboratorium %esin!mesin 6luida 6*!1
c. $uide vane
1erfungsi sebagai pengarah aliran air dari katup pengatur kapasitas dari
casing ke runner dan berfungsi menaikkan kecepatan aliran air sebelum menuju
runner.
-ambar $.$$ $uide vane
umber # =aboratorium %esin!mesin 6luida 6*!1
2
2
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
9/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
d. Pipa%nlet
%erupakan bagian yang berfungsi untuk meneruskan air yang akan masuk ke
casing
-ambar $.$$ Pipa%nlet
umber # =aboratorium %esin!mesin 6luida 6*!1
e. &raft Tube
%erupakan bagian yang berfungsi untuk meneruskan air dari turbin ke
saluran pembuangan dengan menggunakan tinggi jatuh air
-ambar $.$&&raft Tube
umber # =aboratorium %esin!mesin 6luida 6*!1
0
0
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
10/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1.2.2.2 Prin"i) !erja Turin Franci"
Prinsip kerja turbin francis yaitu mengubah energi potensial air menjadi energi
mekanik pada poros. "ir masuk ke dalam turbin melalui saluran inlet, kemudian
diteruskan ke casing, air yang mempunyai energi potensial dinaikkan kecepatannya
karena bentuk dari casingyang semakin mengecil kemudian air dirubah menjadi energi
kinetik dengan mengalirkan air menujuguide vane. ehingga air menumbuk runnerdan
energi kinetik air akan diubah menjadi energi mekanik pada poros yang diputar oleh
runner.
1.2., Teori (an Per"amaan *an# -en(u'un# Percoaan
1.2.,.1 Per"amaan Bernou%%i
Persamaan 1ernoulli menyatakan bahwa jumlah energi dalam fluida yang
mengalir pada suatu penampang pada tiap titik adalah sama. >al ini berarti bahwa
jumlah energi potensial, energi kinetik, dan energi tekanan besarnya konstan.
-ambar $.$'# Persamaan 1ernoulli
umber #Anonymous0 (&9)
1ila ditinjau per satuan berat fluida maka persamaannya menjadi
dimana# h ? ketinggian (m)
? kecepatan fluida (m/s)
g ? percepatan graitasi (m/s&)
p ? tekanan (@/m)
A ? berat jenis fluida (kg/m')
$
$
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
11/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1.2.,.2 Per"amaan !on$inui$a"
>ukum kontinuitas berkaitan dengan aliran fluida sepanjang pipa dimana
menyatakan bahwa jumlah massa fluida yang mengalir (mass flow rate) pada setiap
penampang adalah sama
-ambar $.$# Persamaan Kontinuitas
umber #Anonymous$ (&0)
dimana# m ? laju alir massa (kg/s)
B ? debit (m'/s)
C ? massa jenis fluida (kg/m')
" ? luas penampang (m&)
? kecepatan alir fluida (m/s)
1.2.,., Se#i$i#a !ece)a$an
egitiga kecepatan adalah dasar kinematika dari aliran fluida yang menumbuk
sudu turbin. Dengan pemahaman segitiga kecepatan akan membantu dalam pemahaman
proses konersi energi pada turbin air.
$$
$$
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
12/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
-ambar $.$7 egitiga Kecepatan *urbin 4eaksi
umber# 3hite (&')
Pada turbin reaksi, guide vanemengarahkan aliran air masuk ke sudu dengan
sudut &, dengan kecepatan absolut E&. etelah menjumlahkan ektor dengan kecepatan
tangensial di ujung sudu u&, u&?rF, maka sudut luar sudu harus diatur sebesar G&untuk
mengakomodasi kecepatan relatif air menyinggung permukaan sudu w&. Profil sudu
tersebut menyebabkan arah dan kecepatan air menyinggung sudu pada sisi outlet
berubah w$, dan karena kecepatan tangensial sudu pada sisi outlet lebih kecil dari sisi
inlet u& H u$ akibat r& H r$. %aka jika dijumlahkan ektor w$ dan u$ maka akan
didapatkan nilai kecepatan absolut air di sisi outlet $yang lebih kecil dari sisi inlet.
"rtinya sebagian energi kinetik dari air dirubah menjadi energi kinetik sudu saat air
menyinggung permukaan sudu.
1.2. Rumu" Per/i$un#an
$. !ead &ro*urbin (>))(,$& m!!! =
Perhitungan ini mengabaikan perbedaan static head antara kedua buah titik
pengukuran.
&. Debit yang %elalui Orifice Plate(B)
$&
$&
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
13/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
)(,7&$.''
'am
mP( =
Dimana IP dalam satuan (mm>g)
'. *orsi (*))(, )m*+T =
Dimana # 6 ? -aya pengereman (@)
= ? Panjang lengan gaya (m) ? .&2 m
. 1rake >orse Power (1>P)
)(,9/
&,att
TnB!P
=
Dimana # n ? Kecepatan putar turbin (rpm)
7. 3ater >orse Power (3>P)
'9//
!(,!P
=
Dimana # ? water g
g ? Percepatan graitasi (m/s&)
9. +fisiensi ()
:$//=,!P
B!P
1., PELA!SANAAN PERC0BAAN
1.,.1 ariae% *an# Diama$i
1.,.1.1 ariae% Bea"
Eariabel bebas adalah ariabel yang tidak terikat dengan ariabel lain. @ilai
ariabel bebas yang diariasikan dalam percobaan ini yaitu#
! putaran
1.,.1.2 ariae% Teri'a$
Eariabel terikat adalah ariabel yang nilainya terikat dengan ariabel bebas.
Eariabel terikat dalam percobaan ini yaitu #
! beda ketinggian kolom >g pada orificemeter
! gaya pengereman (6)
1.,.1., ariae% Ter'on$ro%
Eariabel terkontrol adalah ariabel yang nilainya dijaga tetap sepanjang jalannya
percobaan. Eariabel terkontrol dalam percobaan ini adalah #
! bukaanguide vane
! headdro
$'
$'
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
14/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1.,.2 S)e"i&i'a"i Pera%a$an *an# Di#una'an
*urbin tipe 6rancis
%odel # J $9 %">
erial # 1 7&2 8$
utput # $$ 3att
Putaran # &0 rpm
Eoltase # ' E
"rus # '' "
6rekuensi # 7 >orse Power (1>P)
9
...& TnB!P
=
(watt)
9
92,2.$9..&=B!P (watt)
99$,$7'=B!P (watt)
7. 3ater >orse Power (3>P)
'9
.. !(,!P
=
(watt)
'9
)($2)./(722,'')../($.2,0 '&& m'ammsmkg,!P= (watt)
$9
$9
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
17/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
7$.$98=,!P (watt)
9. +fisiensi (M)
:$0,!P
B!P=
:$//7/$,$98
9$$,$7'0=
:&'$,22=
$8
$8
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
18/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1.., Gra&i' (an Pema/a"an
". -rafik >ubungan antara Putaran dan 1>P
$2
$2
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
19/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
". "nalisa -rafik >ubungan antara Putaran dan 1>P
1rake >orse Power adalah kemampuan untuk melakukan gaya pengereman
pada putaran poros turbin. "danya perubahan pada turbin akan berpengaruh pada
daya yang dihasilkan. ecara sistematis 1>P dapa dirumuskan sebagai berikut #
Dari rumusan diatas, ariabel yang berpengaruh terhadap 1>P adalah putaran
(n) dan torsi (*) dimana putaran dan torsi ini berbanding lurus dengan 1>P.
ehingga kenaikan putaran dan torsi akan meningkatkan 1>P.
Pada grafik terlihat bahwa kenaikan putaran akan menaikkan nilai 1>P. >al
ini sesuai dengan teori diatas. "kan tetapi kenaikan tersebut mencapai nilai
maksimum pada putaran $9 rpm, dengan 1>P sebesar $7'.9$$ 3att, lalu
mengalami penurunan ketika putarannya melebihi titik tersebut. Penurunan tersebut
diakibatkan karena semakin naiknya putaran melebihi titik maksimal tersebut, gaya
pengereman atau gaya gesek yang terjadi pada poros tersebut akan berkurang karena
adanya tekanan balik dari turbin, sehingga torsi pada turbin juga menurun. >al ini
sesuai dengan rumusan #
* ? 6N =
emakin tinggi gaya pengereman maka putaran turbin akan semakin rendah.
Karena pengereman digunakan untuk mengatur putaran. Pada awalnya pengereman
kecil sehingga putaran tinggi.
$0
$0
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
20/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1. -rafik >ubungan antara Putaran dan 3>P
&
&
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
21/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1. "nalisa -rafik >ubungan antara Putaran dan 3>P
,ater horse ower (3>P) adalah kemampuan yang dihasilkan air untuk
memutar sud!sudu pada turbin. ecara sistematis 3>P dirumuskan sebagai berikut #
1isa dilihat dirumus bahwa faktor yang mempengaruhi 3>P adalah berat
jenis air ( ), debit air (B) dan head drop (>). Pada percobaan, berat jenis air
besarnya tetap selama percobaan, begitu juga dengan head drop yang ditentukan
pada awal percobaan, sehingga faktor yang mempengaruhi 3>P adalah debit air.
Pada grafik dapat dilihat bahwa semakin besar putaran maka 3>P nya akan
meningkat, tapi mencapai titik maksimal pada putaran 2 rpm dengan daya
$80,90&88 3att. etelah itu semakin besar putaran, 3>P nya semakin turun. >al
ini disebabkan karena #
$. emakin tinggi putaran, maka losses yang terjadi semakin besar, baik losses yang
terjadi karena gesekan fluida dengan permukaan penampang (mayor losses)
maupun losses yang terjadi karena perubahan penampang (belokan, orifice) ataudisebut juga minor losses
&. emakin besar debit maka putaran akan semakin meningkat. *api karena rumah
keong mungkin saja penuh sehingga terjadi tekanan balik yang menyebabkan
fluida tidak dapat masuk ke dalam rumah keong sehingga putarannya tidak
bertambah.
&$
&$
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
22/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
J. -rafik >ubungan antara Putaran dan +fisiensi
&&
&&
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
23/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
J. "nalisa -rafik >ubungan antara Putaran dan +fisiensi
+fisiensi menunjukkan kemampuan turbin untuk mengubah energi potensial
air menjadi energi mekanik pada putaran poros. 1erdasarkan teori efisiensi
bergantung dari besarnya selisih antara 1>P dan 3>P. emakin besar nilai 1>P dan
semakin kecil nilai 3>P maka efisiensi nya akan semakin besar. >al ini sesuai
dengan rumus #
Dari rumusan diatas terlihat bahwa efisiensi dipengaruhi oleh putaran (n),
torsi (*), berat jenis air (A), debit air (B), dan head (>). Dari kelima ariabel hanya
ada tiga ariabel yang berpengaruh karena berat jenis air dan head drop dijaga tetap
konstan selama percobaan. ehingga dapat disimpulkan secara teoritis bahwa putaran
dan torsi berbanding lurus dengan efisiensi, sedangkan debit air berbanding terbalik
dengan efisiensi turbin.
Pada grafik terlihat bahwa semakin besar nilai putaran efisiensi turbin juga
akan meningkat hingga titik maksimal pada putaran $9 rpm dengan efisiensi
sebesar 22,&'$& :. @amun jika putaran ditambah efisiensi turbin mengalami
penurunan. >al ini disebabkan oleh pada putaran yang sangat tinggi, maka torsi juga
akan menurun yang menyebabkan tekanan balik pada orifice, sehingga debit air akan
menurun begitu juga dengan 3>P nya. Penurunan 3>P ini juga akan
mengakibatkan turunnya 1>P. %eskipun 1>P dan 3>P sama!sama turun, tapi
penurunan 1>P yang terjadi lebih besar. Penyimpangan ini juga bisa disebabkan
karena semakin tinggi putaran mengakibatkan loses yang terjadi baik mayor losses
maupun minor losses akan menjadi semakin besar.
&'
&'
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
24/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
D. -rafik >ubungan antara Putaran dan 1>P pada 1ukaan -uide Eane 1erbeda
&
&
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
25/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
D. "nalisa -rafik >ubungan antara Putaran dan 1>P pada 1ukaan -uide Eane 1erbeda
Pada grafik terlihat bahwa besarnya putaran turbin berbanding lurus dengan
nilai 1>P. Dayaguide vanetersebut pada bukaanguide vane8 nilai 1>P tertinggi
terjadi pada $7',9$$ 3att pada putaran turbin $9 rpm. Pada bukaan guide vane2
nilai 1>P tertinggi terjadi pada $7',9$$ 3att pada putaran turbin $ rpm Pada
bukaan guide vane0 nilai 1>P tertinggi terjadi pada $8&,2$ 3att pada putaran
turbin $9 rpm. Dari grafik!grafik tersebut dapat disimpulkan nilai 1>P tertinggi
pada head droyang sama dengan bukaanguide vaneberbeda terjadi pada bukaan
guide vane 0. >al ini disebabkan karena semakin besar bukaan guide vane maka
gaya pengereman akan semakin kecil sehingga akan menaikkan nilai torsi. ika nilai
torsi semakin besar maka nilai 1>P akan semakin besar pula. >al ini sesuai dengan
rumus #
adi dapat disimpulkan bahwa semakin besar bukaanguide vanemaka nilai
torsi akan semakin besar. ika nilai torsi semakin besar maka nilai 1>P akan semakin
besar pula.
@amun penyimpangan terjadi pada bukaan guide vane $. >al ini terjadi
karena pada bukaan ini luas penampang untuk masuknya air terlalu besar sehingga
tumbukan antara air dengan dinding runner semakin kecil, akibatnya berpengaruh
kepada 1>P.
+. -rafik >ubungan antara Putaran dan 3>P pada 1ukaan -uide Eane 1erbeda
&7
&7
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
26/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
&9
&9
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
27/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
+. "nalisa -rafik >ubungan antara Putaran dan 3>P pada 1ukaan -uide Eane
1erbeda
-rafik ini menunjukkan hubungan antara putaran dengan 3>P pada bukaan
guide ane berbeda. Pada grafik dapat dilihat bahwa nilai 3>P cenderung naik
ketika bukaan guide anenya semakin besar. -aris kecenderungan bukaan guide ane
$ berada di atas diikuti dengan kecenderungan 3>P bukaan -E 0, 2, dan yang
paling rendah 8. Pada kecepatan putaran 9 rpm, -E $ sebesar $07'.0'70 watt,
-E 0 sebesar $09$,77&' watt, -E 2 sebesar $89$,&7&2 watt, dan -E 8 sebesar
$80,90&88 watt. >al ini sesuai dengan rumus #
5ang berarti bahwa semakin besar bukaan guide vanemaka luas penampang
akan ikut membesar dan menyebabkan debit yang masuk semakin besar sehingga
nilai 3>P menjadi besar.adi dapat disimpulkan bahwa semakin besar bukaanguide
vanemaka debit yang masuk akan semakin besar sehingga nilai 3>P ikut menjadi
besar. @amun terdapat penyimpangan yang terjadi pada -E $ dan -E 0. Pada
grafik terlihat bahwa garis yang dibentuk oleh -E $ berada dibawah dari garis yang
dibentuk oleh -E 0, hal ini disebabkan karena semakin besar bukaan -E maka air
yang masuk akan semakin banyak namun nilai tumbukkan dengan runner semakin
kecil, hal inilah yang menyebabkan menurunnya nilai 3>P.
&8
&8
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
28/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
6. -rafik >ubungan antara Putaran dan +fisiensi pada 1ukaan -uide Eane 1erbeda
&2
&2
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
29/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
6. "nalisa -rafik >ubungan antara Putaran dan +fisiensi pada 1ukaan -uide Eane
1erbeda
-rafik diatas menunjukkan hubungan antara putaran dan efisiensi pada
bukaan guide ane berbeda. emakin besar bukaan guide ane, maka efisiensi dari
turbin akan semakin besar. >al ini disebabkan semakin besar putaran maka nilai 1>P
akan semakin besar pula dan nilai 1>P berbanding lurus dengan nilai efisiensi. >al
ini sesuai dengan rumus #
Pada grafik dapat dilihat bahwa kecenderungan paling tinggi ada pada bukaan
-E 0. Diikuti kecenderungan efisiensi pada bukaan -E 2, 8, dan $. Pada bukaan
guide vane0 terjadi pada nilai 08,$7&&: pada putaran & rpm. edangkan pada
-E 2 sebesar 0&,&$:, -E 8 sebesar 27,82972:, dan -E $ sebesar 9&,22:
Penyimpangan ini disebabkan oleh nilai 1>P -E $ yang menyimpang,
esuai pada segitiga kecepatan, dimana bukaan guide ane yang besar sehingga
sudut antara guide vanesemakin tegak lurus yang menyebabkan ketika air masukmenumbuk guide vanesehingga terjadi losses ketika tumbukan di guide vane, lalu
mengakibatkan gaya gaya pengereman kecil kemudian mengecilnya nilai torsi, maka
sehingga 1>P nya turun., dan efisiensinya juga turun.
adi dapat disimpulkan bahwa efisiensi bergantung dari besarnya selisih
antara 1>P dan 3>P. emakin besar nilai 1>P dan semakin kecil nilai 3>P maka
efisiensinya akan semakin besar.
&0
&0
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
30/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
-. -rafik
>ubungan
antaraPutaran dan
1>P pada
>ead Drop
1erbeda
'
'
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
31/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
-. "nalisa -rafik >ubungan antara Putaran dan 1>P pada >ead Drop 1erbeda
-rafik diatas menunjukkan hubungan antara putaran dan daya 1>P pada head
drop berbeda. Pada grafik hubungan putaran dan daya (1>P) pada head dro
berbeda terlihat grafik cenderung meningkat. -rafik dengan niali head dro $2
berada pada posisi paling atas. >al ini disebabkan semakin tinggi nilai head dro
maka semakin tinggi pula kecepatan putar turbin dan torsinya karena semakin tinggi
niali head dro, fluida tersebut memiliki energi tekan yang semakin besar. ika
kecepatan putar turbin dan torsi meningkat, maka nilai daya (1>P) semakin
meningkat pula. >al ini sesuai dengan rumus #
Pada kecepatan putar $9 rpm, posisi paling atas yaitu garis >D $0 yaitu
$7',9$$ watt, disusul dengan >D $8 $$9&,220 yaitu $'0 watt dan $0 yaitu
0$',902watt.
*erjadi penyimpangan pada >D $0. %enurut teori semakin besar nilai head
drop maka nilai 1>P semakin besar, namun disini terdapat penimpangan yang
diakibatkan oleh tekanan balik yang terjadi pada >D $0 sehingga air yang masuk
sedikit dan mengakibatkan nilai pengereman semakin rendah dan akhirnya membuat
1>P juga rendah.
'$
'$
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
32/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
>. -rafik
>ubungan
antara
Putaran dan
3>P pada
>ead Drop
1erbeda
'&
'&
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
33/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
>. "nalisa -rafik >ubungan antara Putaran dan 3>P pada >ead Drop 1erbeda
-rafik diatas menunjukkan hubungan antara putaran dan 3>P pada head
drop berbeda. Pada grafik hubungan putaran dan daya (3>P) pada head dro
berbeda, terlihat gambar grafik cenderung menurun. ika berdasar rumus 3>P#
Eariasi head dro pada aliran air di dalam turbin air mengakibatkan nilai
tekanan (P) dan kecepatan () pada tiap gambar grafik berbeda!beda. emakin tinggi
nilai head dromaka semakin tinggi pula nilai daya (3>P)!nya
Pada kecepatan putar & rpm, gambar grafik dengan nilai head dro $2
berada di posisi paling atas yaitu $78',$820 watt. Kemudian di posisi tengah
terdapat gambar grafik dengan nilai head dro sebesar $0 yaitu $27,997& watt.
-ambar grafik dengan nilai head drosebesar $8 berada di posisi dibawahnya yaitu
$'0&,'0&9' watt.
*erdapat penyimpangan pada >D $0 yang seharusnya berada diatas >D $2.
>al ini kemungkinan disebabkan karena banyaknya air yang masuk sedikit yang
diakibatkan karena adanya tekanan balik, sehingga berimbas pada nilai 3>P yang
cenderung lebih rendah daripada >D $2.
''
''
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
34/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
;. -rafik >ubungan antara Putaran dan +fisiensi pada >ead Drop 1erbeda
'
'
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
35/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
;. "nalisa -rafik >ubungan antara Putaran dan +fisiensi pada >ead Drop 1erbeda
Pada grafik hubungan putaran dan efisiensi pada head droberbeda terlihat
cenderung meningkat. emakin besar head drop maka seharusnya efisiensi dari
turbin akan menurun. Pada kecepatan putar &rpm gambar grafik dengan nilai
head drosebesar $2 berada di posisi paling atas yaitu 27,82972:. Diikuti grafik
dengan nilai head drop $8 yaitu 27,87'9:, lalu $0 yaitu 7:. Ketika kecepatan
putar turbin meningkat, maka efisiensi yang dihasilkan semakin meningkat pula. >al
disebabkan nilai output lebih besar dari nilai input. esuai dengan rumus #
Pada grafik dapat dilihat garis head drop di paling atas $2, $8, dan yang
paling rendah $0. >al ini bisa jadi disebabkan karena kemungkinan terjadinya
fluktuasi tekanan yang menyebabkan perubahan gaya 1>P dan 3>P nya berubah
secara tidak sebanding/tidak seimbang.
'7
'7
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
36/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1. PENUTUP
1..1 !e"im)u%an
$. emakin besar putaran turbin maka nilai 1>P akan semakin besar karena torsi yang
dihasilkan juga semakin besar akibat adanya daya pengereman yang besar pula.
&. emakin besar putaran turbin maka nilai 3>P akan semakin menurun karena
kecepatan turbin mempengaruhi banyaknya air yang masuk dan akhirnya
mempengaruhi besarnya 3>P.
'. emakin besar putaran turbin maka efisiensi turbin juga akan meningkat karena
semakin besar putaran mengakibatkan nilai 1>P besar dan nilai 3>P kecil.
. emakin besar bukaan guide ane maka nilai 1>P akan semakin besar karena
banyaknya air yang masuk dipengaruhi oleh bukaan guide ane yang nantinya akan
mempengaruhi putaran dari turbin itu sendiri.
7. emakin besar bukaan guide ane maka nilai 3>P akan semakin besar. >al ini
dikarenakan pengaruh banyaknya air yang masuk.
9. emakin besar bukaan guide ane maka efisiensi turbin juga akan meningkat. >al ini
dikarenakan oleh semakin besar bukaan guide ane maka semakin besar nilai 1>P
yang dihasilkan.
8. emakin besar head drop maka nilai 1>P akan semakin besar. >al ini disebabkanoleh debit air yang masuk yang mempengaruhi putaran turbin sehingga
mempengaruhi beban torsi yang diterima.
2. emakin besar head drop maka nilai 3>P akan semakin besar. >al ini disebabkan
oleh semakin besar head drop maka semakin banyak debit yang masuk.
0. emakin besar head drop maka efisiensi turbin akan menurun. >al ini P dan 3>P juga semakin meningkat.
1..2 Saran
$. ebaiknya alat dirawat dan diketahui dengan pasti kondis terkini untuk mencegah
penyimpangan dan juga untuk pembahasan yang lebih akurat
'9
'9
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
37/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
LA-PIRAN
Da$a An$ar !e%om)o' (en#an aria"iHead DropBere(a )a(a
Guide VaneSama
Kelompok # 7
1ukaan $uide 1ane # 8
!ead &ro # $2
@o n IP B 6 * 1>P 3>P +ffisiensi
(rpm) (mm>g) (m'/jam) (@) (@m) (3att) (3att) (:)
$ & 2' '&.882 &9 9.2 $'0.82$ $78'.$820 27.82972
& $2 2 '$.0&82 &8.7 9.2& $&2.222 $7.8&0' 2'.$80'
' $9 0$ ''.722& '7 2.92 $7'.9$$ $98.7$$8 22.&'$&
$ 09 '.029$ '8.7 0.' $'9&.89 $90&.$7900 2.7''0
7 $& 07 '.'$29 '0 0.98& $&$.2' $92'.'&9 8&.$988
9 $ 07 '.'$29 0.0& $'2.&0' $92'.'&9 9$.92$&9
8 2 02 '.279$& & $.$9 28&.$99 $80.90&88 7$.$'7
2 9 02 '.279$& ' $.99 990.900 $80.90&88 '0.$88'
Kelompok # $
1ukaan $uide 1ane # 8
!ead &ro # $8
@o n IP B 6 * 1>P 3>P +ffisiensi
(rpm) (mm>g) (m'/jam) (@) (@m) (3att) (3att) (:)
$ & 97 &2,'28&$ &' 7,8 $$0,'8 $'0&,'0&9' 27,87'9
& $2 97,8 &2,7'097 &7 9,& $$92,2 $'00,287 2',&'
' $9 87 ',0&87 &2 9,0 $$9&,220 $07,9909$ 88,87'9
$ 87,2 ',9707 &0 8,$0& $7',292 $7',9&7'7 8,227
7 $& 2& '$,22$ '& 8,0'9 009,89& $79',0$8 9',8'7&
9 $ 2' '&,882 '& 8,0'9 2',9'7 $78',$820 7&,80$88 2 27,2 '&,9$& '8 0,$89 892,''8 $700,8'8' 2,&207
2 9 27,2 '&,9$& 0,0& 9&&,089 $700,8'8' '2,0&'0
Kelompok # 0
'8
'8
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
38/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDA
TEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1ukaan $uide 1ane # 8
!ead &ro # $0
@o n IP B 6 * 1>P 3>P +ffisiensi(rpm) (mm>g) (m'/jam) (@) (@m) (3att) (3att) (:)
$ & 8 ',&2280 $' ',&& 98,20$ $27,997& 7,&92
& $2 82 '$,099' $2 ,9 2$,$2 $7&7,&208 77,$'2&&
' $9 29 '&,97&$ && 7,79 0$',902 $9$,987 78,09
$ 22 '',&00$ &7 9,& 02,78 $9&,$$902 79,899$
7 $& 0 '','$ &8 9,909 2$,$2 $9'2,&'09 7$,''20
9 $ 08 ',9882' ' 8, 882,8& $8,082 7,82$7
8 2 0' '',077&0 '& 8,0'9 99,72 $997,78$0 '0,202&&
2 9 0' '',077&0 '' 2,$2 7$',077 $997,78$0 ',27282
Da$a An$ar !e%om)o' (en#an aria"i Guide VaneBere(a )a(a
Head DropSama
Kelompok # &
1ukaan $uide 1ane # 2
!ead &ro # $2
@o n IP B 6 * 1>P 3>P +ffisiensi
(rpm) (mm>g) (m'/jam) (@) (@m) (3att) (3att) (:)
$ & 2 '$,0&82 &8,7 9,2& $&8,97' $7,8&0' 0&,&$
& $2 2' '&,882 ' 8, $$,909 $78',$820 20,299
' $9 29 '&,97&$ '&,7 2,9 $'0,82$ $9$,987 2,&88&
$ 0$ '',722& 0,0& $7',9$$ $98,7$$8 22,&'$&
7 $& 09 ',029$ '8,7 0,' $$92,2 $90&,$7900 90,&09
9 $ $ '7,&$ '8,7 0,' 08', $8&8,77 79,'9$00
8 2 $' '7,8'&7 &,7 $,7 22&,70 $87&,892' 7,'7$2
2 9 $ '7,08' &,7 $,7 99$,0$& $89$,&7&2 '8,72$22
Kelompok # 2
1ukaan $uide 1ane # $
'2
'2
8/11/2019 LAPORAN turbin revisi.doc
39/39
LAPORAN PRAKTIKUM TURBIN FRANCIS SEMESTER GENAP
2013/2014
!ead &ro # $2
@o n IP B 6 * 1>P 3>P +ffisiensi
(rpm) (mm>g) (m'/jam) (@) (@m) (3att) (3att) (:)
$ & 0 ',$'8'9 & ,09 $'2,&0' $98,'872 9&,22
& $2 $7 '9,807$ &7 9,& $$92,2 $890,8$ 99,
' $9 $$ '9,0&279 &0 8,$0& $&,& $2$$,'727 99,0'$$
$ $$9 '8,0&&'' '$ 8,922 $$&9,72 $29,0'$ 9,79$8
7 $& $$0 '2,072 '$ 8,922 097,9$' $22',02098 7$,&7'9$
9 $ $&' '0,082 ' 2,'& 22&,70 $0$7,'0$99 9,898
8 2 $&7 '0,'9702 '7 2,92 8&9,27 $0',0$$9 '8,98'
2 9 $&2 '0,2'778 0,0& 9&&,089 $07',0'70 '$,22'$9
Kelompok # =aboratorium1ukaan $uide 1ane # 0
!ead &ro # $2
@o n IP B 6 * 1>P 3>P +ffisiensi
(rpm) (mm>g) (m'/jam) (@) (@m) (3att) (3att) (:)
$ && 0$ '',722& &7 9,& $&8,97' $98,7$$8 29,97792
& & 0& '',88&&7 '$ 8,922 $90,'77 $979,7&297 08,$7&&
' $2 $ '7,08' '7 2,92 $9'7,'$& $89$,&7&2 0&,20'9
$9 $$7 '8,8727& $ $,$92 $8&,2$ $27&,77'' 0$,0$$9
7 $ $$2 '2,&827 & $,$9 $7&9,&0$ $289,787 2$,'79''9 $& $&' '0,082 $,0$& $'8,78 $0$7,'0$99 8$,77$
8 $ $& '0,&2& 7 $$,$9 $$92,2 $0&',$9&7 9,8'88
2 2 $&7 '0,'9702 9 $$,2 077,&' $0',0$$9 0,892
0 9 $&0 '0,0028 2 $$,0 88,78$& $09$,77&' '2,$$$&