## ANALISA PENGARUH TEKANAN POMPA TERHADAP DEBIT AIR DAN PUTARAN TURBIN
Boni Junita * , Ambo Intang ** , Muhammad Zahardi *
* Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Tamansiswa Palembang, Jalan Taman Siswa No.261, Kota Palembang, Sumatera Selatan, Indonesia
* Email : bonijunita21@gmail.com
* *Email: ambo.intang@gmail.com (Penulis Korespondensi)

## ABSTRAK
Pada  penelitian  ini  diaplikasikan  turbin  sederhana  untuk  mendapatkan  energi  listrik  dalam  skala  kecil dengan  penggerak  energi  kinetik  aliaran  air  dari  tekanan  pompa.  Pompa  sebagai  sumber  energi  dengan meningkatkan  energi  kinetik  air  sehingga  menggerakkan  turbin  karena  debit  air  yang  dihasilkannya tersebut. Pada penelitian ini diasumsikan bahwa tekanan pompa berpengaruh terhadap debit air, semakin besar tekanan yang diberikan maka debit air akan semakin kecil. Tekanan pompa mempengaruhi debit air dan daya turbin.
Kata kunci: debit, tekanan, turbin

## 1. PENDAHULUAN
Salah satu sumber energi terbaru yang sangat berpotensi di Indonesia adalah pemanfaatan energi  air.  Pemanfaatan  energi  tersebut  sudah  seharusnya  dilakukan  secara  meluas  di  seluruh Indonesia.  Jika  pemanfaatan  energi  tersebut  dilakukan,  maka  peluang  untuk  keluar  dari  krisis energi,  khususnya  energi  listrik  akan  semakin  besar.  Energi  air  adalah  suatu  tenaga  yang dihasilakan oleh aliran air.
Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis yang  dikonversi  kebentuk  energi  lain  termasuk  energi  listrik.  Pemanfaatan  energi  air  banyak dilakukan dengan  menggunakan  kincir  air  atau turbin  air,  dimana aliran  sungai  atau  air terjun berfungsi sebagai penggerak generator listrik sehingga dapat menghasilkan suatu energi listrik. Sejak awal abad ke 18, kincir air telah banyak dimanfaatkan sebagai penggerak gilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Sampai sekarang penggunaan kincir semakin berkembang seiring dengan banyaknya penelitian yang dilakukan oleh para peneliti.
Air  merupakan  sumber  energi  yang  murah  dan  relatif  mudah  di  dapat,  karena  pada  air tersimpan  energi  potensial  (pada  air  jatuh)  dan  energi  kinetik  (pada  air  mengalir).  Tenaga  air ( hydropower ) adalah energi yang di peroleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik.  Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air.
Penggunaan  ilmu  mekanika  fluida  pada  spesifikasi  teknis  yang  berkaitan  dengan mekanisme turbin  sangat  relevan sebagai  instrumen  utama dalam  penelitian.  Salah  satu model penelitian tentang mekanisme penggerak turbin adalah aplikasi tekanan pompa terhadap debit air masih sangat terbatas dilakukan, oleh sebab itu perlu dibuatkan model prototype turbin air untuk dapat  dilakukan  pengujian-pengujian  mekanisme tersebut,  untuk mendapatkan  parameter  yang berpengaruh pada pengoprasian pompa air sebagai tenaga penggerak pengganti fenomena alam secara nyata.
Pada penelitian ini diaplikasikan turbin sederhana untuk mendapatkan energi listrik dalam skala  kecil  dengan  penggerak  energi  kinetik  aliaran  air  dari  tekanan  pompa.  Pompa  sebagai sumber  energi  dengan  meningkatkan  energi  kinetik  air  sehingga  menggerakkan  turbin  karena
debit  air  yang  dihasilkannya  tersebut.  Pada  penelitian  ini  diasumsikan  bahwa  tekanan  pompa berpengaruh  terhadap  debit  air,  semakin  besar  tekanan  yang  diberikan  maka  debit  air  akan semakin kecil, serta tekanan pompa mempengaruhi debit air dan daya turbin.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh tekanan pompa terhadap debit air dan putaran turbin, dan untuk membuktikan bahwa semakin besar tekanan yang diberikan maka akan semakin kecil debit air yang dihasilkan dan putaran turbin akan semakin kecil, serta untuk mengetahui daya listrik yang dihasilkan.

## 2. METODE PENELITIAN
Alat yang dipakai dalam pengujian ini adalah trainer mesin mekanika fluida (Gambar 1) yang mempunyai spesifikasi kerangka besi tebal 1 mm, lebar 4 x 4 mm, panjang 3 m. Pompa air Simizu volt 220 V/50 Hz, 0,4 A, putaran 2900 rpm. Pipa PVC 3/4" dan pipa PVC 1". Bak penampung air. Kincir air panjang 200 mm, diameter 150mm. Poros kincir panjang 120 mm, diameter 2 mm. Nosel 7,34 mm dan 11,61 mm. Motor Listrik DC. Lampu Led 1 watt.
Variabel tetap pada penelitian ini adalah pipa  3/4" dan 1", nosel 11,61 mm dan 7,34 mm, bukaan katup 250, 400, 550, 700 dan 900. Variabel tidak tetap adalah tekanan aliran air, putaran turbin, volume air (cm 3 ), daya turbin.
Pada penelitian ini dilakukan experimen untuk mengetahui pengaruh tekan pompa terhadap debit air, putaran turbin dan daya turbin. Experimen dimulai dengan beberapa tahap yaitu sebelum melakukan  percoban  menghidupakan  pompa  air  selama  10  sampai  15  menit  agar  mendapat putaran normal. Mengatur bukaan valve beberapa derajat sesuai dengan percobaan. Selanjutnya mengukur tekanan pompa dengan melihat preasure gauge berapa hasil tekan air yang dihasilkan untuk mendorong sudu turbin. Mengukur putaran turbin menggunakan Tacho mater. Mencatat data tegangan dan arus generator.
Gambar 1. Rangkaian Trainer Mesin Mekanika Fluida
Data pengamatan hasil penelitian akan diolah dengan menggunakan beberapa persamaan yaitu besar debit aliran yang dihasilkan:
Q = V/t
........... pers. 1
Keterangan : Q  = Debit aliran (m 3 /s) V  = Volume air yang mnegalir (m 3 ) t  = Waktu Fluida mengalir (s)
Daya ( power ) yang dihasilkan:
P = ρ.Q.h.g
........... pers. 2
Keterangan:
P   = daya keluaran secara teoritis (watt) ρ   = massa jenis fluida (kg/m 3 ) Q = debit air (m 3 /s) h = ketinggian efektif (m) g   = gaya gravitasi (m/s 2 )
Kecepatan spesifik dan output tutbin:
𝑁 𝑠 = 𝑁.√𝑃 𝐻 5 4 ⁄ 𝑟𝑝𝑚
𝑃 = ( 𝑁 𝑠 .𝐻 5 4 ⁄ 𝑁 ) 2 𝑤𝑎𝑡𝑡
........... pers. 3
Keterangan: N s = kecepatan spesifik
N = kecepatan putaran turbin (rpm)
P = maksimum turbin output (kW)
H = head efektif (m)
Daya turbin: P = 9.81 × Q × H × η turbin ........... pers. 4
Keterangan:
P = daya Turbin (kW) Q = debit air (m 3 /s) H
= efektif head (m) η turbin = efisiensi turbin = 0,8 – 0,85 untuk turbin pelton
= 0,8 – 0,9 untuk turbin francis = 0,7 – 0,8 untuk turbin crossflow
= 0,8 – 0,9 untuk turbin propeller / kaplan
Frekuensi yang dihasilkan oleh generator:
F = (P.n)/120
........... pers. 5
Keterangan: F = frekuensi listrik (Hz) P = jumlah kutub pada rotor n = kecepatan putaran rotor (rpm)
Daya yang dihasilkan oleh generator 1 phasa:
P = V. I. cos φ
........... pers. 6
Keterangan:
P = daya yang dihasilkan generator (watt) V = tegangan terminal generator (volt) I = arus (ampere)
cos φ   = faktor daya = 1

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengamatan  dan  perhitungan  pada  penelitian  ini  diolah  dalam  bentuk  grafik  yang akan menjelaskan  hubungan  dan  pengaruh bukaan  katup  terhadap tekanan aliran  (Gambar  2.), hubungan  dan  pengaruh  bukaan  katup  terhadap  kecepatan  aliran  (Gambar  3),  hubungan  dan pengaruh bukaan katup terhadap debit aliran (Gambar 4), hubungan dan pengaruh bukaan katup terhadap  daya  turbin  (Gambar  5),  serta  hubungan  dan  pengaruh  katup  terhadap  daya  listrik terpasang (Gambar 6).
Gambar 2 Hubungan anatara Bukaan Katup terhadap Tekanan Aliran
Gambar 2 di atas merupakan gambaran dari hubungan dan pengaruh bukaan katup terhadap tekanan aliran yang memperlihatkan bahwa tekanan aliran tertinggi di capai pada aliran Pipa 3/4” dengan Nozel Ø 7,34 mm dan yang terendah terjadi pada Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø 11,61 mm hal ini menunjukkan bahwa penurunan tekan pada konstruksi aliran pipa Pipa 3/4” dengan Nozel Ø 7,34 mm rendah tapi pada Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø 11,61 mm tinggi.
Gambar 3 di bawah ini merupakan gambaran dari hubungan dan pengaruh bukaan katup terhadap kecepatan aliran yang memperlihatkan bahwa kecepatan aliran tertinggi di capai pada aliran  Pipa 3/4” dengan Nozel Ø 11,61 mm dan yang terendah terjadi pada  Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø 7,34 mm hal ini menunjukkan bahwa hambatan aliran pada konstruksi aliran pipa Pipa 3/4” dengan Nozel Ø 11,61 mm rendah tapi pada Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø 7,34 mm tinggi.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 25 40 55 70 90 T ek a n x (1 /1 0 ) (ba r) Bukaan Katup Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø 7,34 mm Pipa Ø 1” dengan Nozel
Ø 11,61 mm
Pipa 3/4” dengan Nozel
Ø 7,34 mm
Pipa 3/4” dengan Nozel Ø 11,61 mm
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 25 40 55 70 90 K ec epa ta n a lira n ( m /det ) Bukaan Katup Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø 7,34 mm
Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø 11,61 mm
Pipa 3/4” dengan Nozel
Ø 7,34 mm
Pipa 3/4” dengan Nozel Ø 11,61 mm
Gambar 4 di bawah ini merupakan gambaran dari hubungan dan pengaruh bukaan katup terhadap debit aliran yang memperlihatkan bahwa debit aliran tertinggi di capai pada aliran Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø 11,6 mm dan yang rata-rata terendah terjadi pada Pipa 3/4” dengan Nozel Ø 7,34 mm hal ini menunjukkan bahwa debit aliran berbanding terbalik dengan tekanan aliran.
Gambar 4 Hubungan antara Bukaan Katup terhadap Debit Aliran
Gambar 5 di bawah ini merupakan gambaran dari hubungan dan pengaruh bukaan katup terhadap daya turbin yang memperlihatkan bahwa  daya turbin tertinggi rata-rata di capai pada aliran Pipa 3/4” dengan Nozel Ø 11,61 mm dan rata-rata yang terendah terjadi pada Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø 7,34 mm hal ini menunjukkan bahwa untuk mendapatkan daya turbin yang tinggi maka dibutuhkan kecepatan aliran tinggi dan tekanan aliran yang rendah.
Gambar 5 Hubungan antara Bukaan Katup terhadap Daya Turbin
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 25 40 55 70 90 Debit x (1 /1 0 0 0 0 ) (m 3 /det ) Bukaan Katup Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø 7,34 mm Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø
11,61 mm
Pipa 3/4” dengan Nozel Ø
7,34 mm Pipa 3/4” dengan Nozel Ø 11,61 mm
1 500 25 40 55 70 90 Da y a T urbin ( Wa tt ) Bukaan Katup Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø 7,34 mm
Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø
11,61 mm Pipa 3/4” dengan Nozel Ø 7,34 mm Pipa 3/4” dengan Nozel Ø
11,61 mm
Gambar 6 di bawah ini merupakan gambaran dari hubungan dan pengaruh bukaan katup terhadap daya listrik terpasang yang memperlihatkan bahwa daya listrik tertinggi rata-rata di capai pada aliran Pipa 3/4” dengan Nozel Ø 7,34 mm dan rata-rata yang terendah terjadi pada Pipa 3/4” dengan Nozel Ø11,61 mm hal ini menunjukkan bahwa instalasi kelistrikan yang terpasang masih sangat kecil kapasitasnya karena justru pada daya turbin tertinggi, daya listrik terpasang paling rendah hasilnya.
Gambar 6 Hubungan antara Bukaan Katup terhadap Daya Listrik Terpasang
4. KESIMPULAN
1. Penelitian  ini  berhasil  membuktikan  bahwa  pada  tekanan  aliran  yang  rendah,  terjadi kecepatan aliran yang tinggi.
2. Untuk mendapatkan daya Turbin tinggi maka yang dibutuhkan adalah kecepatan aliran yang tinggi, bukan tekanan aliran aliran yang tinggi.
3. Instalasi  listrik  tepasang  masih  sangat  kecil  dibanding  daya  turbin  yang  tersedia sehingga  terjadi  fenomena  ketidak  mampuan  konstrusi  kelistrikan  menerima  daya turbin yang tinggi tersebut.
4. Debit  aliran  berbanding  terbalik  dengan  Tekanan  aliran,  pada  Tekanan  aliran  yang Tinggi  terjadi  Debit  aliran  yang  rendah  sehingga  mengahasilkan  Daya  Turbin  yang lemah.
5. Secara umum konstruksi Turbin sudah memadai, tapi masih perlu peningkatan diasin poros  turbin  agar  saat  beroperasi  tidak  terjadi  kegagalan  operasi.  Kapsitas  instalasi kelistrikan, mulai dari dinamo pembangkit arus searah samapai pada lampu indikator terpasang perlu di perbesar.

## DAFTAR PUSTAKA
Church, A. H. (1972). Qentrifqgal Pump and Blower . Diterjemahkan: Harahap, Zulkifli. 1990. Penerbit Erlangga. Jakarta.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 25 40 55 70 90 Da y a li st ri ( Wat t) Bukaan Katup Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø 7,34 mm Pipa Ø 1” dengan Nozel Ø
11,61 mm
Pipa 3/4” dengan Nozel Ø
7,34 mm
Pipa 3/4” dengan Nozel Ø 11,61 mm
Dua, K. S. Y.  Klass (2009). Desain Jaringan Pipa: Prinsip Dasar dan Aplikasi . Penerbit Mandar Maju. Bandung.
Dietzel,  Fritz  (1990). Turbin  Pompa  dan  Kompresor .  Edisi  1.  Jilid  1.  Diterjemahkan:  Dakso Sriyono. 2000. Penerbit Erlangga. Jakarta.
Munson,  B.  R.,  Young,  D.  F.  and  Okiishi  (2002). Mekanika  Fluida .  Edisi  4.  Jilid  1. Diterjemahkan: Harinaldi & Budiarso. 2004. UI. Penerbit Erlangga. Jakarta.
Suparno (2013). Optimisasi Penggunaan Energi Listrik Pada Unit Pengolahan Air Minum Selat Panjang . Jurnal ELKHA, 5 (1): 20-25.