DENGAN
MENGGUNAKAN ALTERNATOR 12 VOLT 0,5 AMPERE

## REKAYASA TURBIN IMPULSE ”CROSS FLOW”
DENGAN MENGGUNAKAN ALTERNATOR 12 VOLT 0,5 AMPERE (IMPULSE TURBINE ENGINEERING “CROSS FLOW” BY USING ALTENATOR OF 12 VOLT 0.5 AMPERE)
Yunita Djamalu Politeknik Gorontalo E-mail : naura@poligon.ac.id

## ABSTRAK
Topografi    di  Indonesia  sangat  berpotensi  maka  energi  air  yang  berlimpah  perlu  dimanfaatkan.  Turbin adalah  salah  satu  solusi  dalam  pemanfaatkan  air  menjadi  energi  listrik.  Turbin  impulse  crossflow  bukan  hal yang  baru  lagi,  tetapi  bagaimana  merencanakan  turbin  yang  sesuai  untuk  mencapai  putaran  yang  dibutuhkan oleh  alternator  12  volt  0,5  ampere  sehingga  mampu  menghasilkan  tegangan  dan  arus  yang  dibutuhkan  oleh alternator. Hal utama dalam merencanakan turbin impulse crossflow adalah kontruksi dari turbin tersebut yang terbagi  dari,  rangka  sudu,  luas  penampang  sudu,  poros,  rangka  turbin  dan  sistem    penggeraknya  transmisi, bantalan.  Maka  dengan  mengasumsikan  debit  air,  kecepatan  aliran  air  dan  luasan  pada  sudu  turbin  yang dibutuhkan untuk mencapai putaran yang kita dapatkan. Dari hasil analisa turbin impulse crossflow. Massa jenis air,  60 o ketinggian  aliran  air    energi  potensial  adalah  48,94  watt,  sedangkan  massa  jenis  aliran  air,  1,72 meter/detik  kecepatan  aliran  air  energi  kenetik  adalah  6,08  watt.  Maka  dengan  putran  111  rmp  dan  luas penampang  sudu 90 mm 2 maka daya mekanis turbin adalah 6,08 watt dengan daya elektrik 1,1 watt
Kata  kunci :    Topografi,  energi,  turbin,  impulse  crossflow,  energi  potensial,  energi  kenetik,  luas  penampang sudu, daya mekanis
Topography  in  Indonesia is very  haves  potency  to  hence  galore  water  energy  require  to  be  exploited. Turbine is one of the solutions in exploiting of water become electrics energy. turbine of Impulse cross flow is not new matter again, but how to plan appropriate turbine to reach rotation required by alternator 12 volt 0,5 ampere  so  that  can  yield  current  and  tension  required  by  alternator.    Especial  matter  in  planning  turbine  of impulse cross flow is contruction of the turbine which divided from, frame of blade, wide cross of blade, axis, turbine  frame  and  its  activator  system  of  transmission,  pad.  Hence  by  assuming  water  debit,  speed  of  and current  of  area  at  turbine  blade  required  to  reach  rotation  which  we  get.  From  result  of  turbine  analysis  of impulse cross flows. Water specific mass, 60 o height of potential energy current is was 48,94 watt, while current specific mass, 1,72 meter / second speed of current of energy kinetic was 6,08 watt. Hence with rotary 111 rmp and wide of cross of blade 90 mm 2 hence mechanical energy of turbine is was 6,08 watt with electric power 1,1 watt
Keyword  :  Topography,  energy,  turbine,  cross  flow  impulse,  potential  energy,  kinetic  energy,  wide  cross  of blade, mechanical energy.

## I. Pendahuluan
Pelaksanaan penyediaan energi listrik yang dilakukan oleh PT.PLN (Persero), selaku lembaga resmi  yang  ditunjuk  oleh  pemerintah  untuk mengelola  masalah  kelistrikan  di  Indonesia, sampai  saat  ini  masih  belum  dapat  memenuhi kebutuhan  masyarakat  akan  energi  listrik  secara keseluruhan.  Kondisi  geografis  negara  Indonesia yang  terdiri  atas  ribuan  pulau  dan  kepulauan, tersebar  dan  tidak  meratanya  pusat-pusat  beban listrik, rendahnya tingkat permintaan listrik di
beberapa  wilayah,  tingginya  biaya  marginal pembangunan sistem suplai energi listrik (Ramani,K.V,1992), serta terbatasnya kemampuan finansial,  merupakan  faktor-faktor  penghambat penyediaan energi listrik dalam skala nasional.
Makin meningkatnya kesadaran akan usaha untuk melestarikan lingkungan, menyebabkan kita harus berpikir untuk mencari alternatif penyediaan energi  listrik  yaitu  dengan  sistem  konversi  energi yang memanfaatkan sumber daya energi

## DENGAN
MENGGUNAKAN ALTERNATOR 12 VOLT 0,5 AMPERE
terbarukan,  seperti:  matahari,  angin,  air,  biomas dan lain sebagainya (Djojonegoro,1992).
Dengan memanfaatkan sumber daya energi terbarukan  yang  melimpah  menggantikan  energi yang  tak  terbarukan  terutama  di  Indonesia,  salah satunya  adalah  air.  Solusi  tersebut  adalah  dengan membuat  turbin  yang  dapat  dijadikan  sebagai sumber  energi  listrik  yang  mungkin  dapat dimanfaatkan  didaerah  pedesaan,  pelosok  atau pegunungan  yang  jauh  dari  jangkauan  jaringan listrik  PLN,  yang  mana  pemanfaatan  turbin  air  di Indonesia masih sangat minim .

## II. Bahan dan Metode
Pemanfaatan  energi  air  sebenarnya  bukan barang baru bagi umat manusia. Dalam www.awea.org  disebutkan  bahwa  semenjak  2000 tahun lalu teknologi  pemanfaatan sumber daya air, angin  dan  matahari  sudah  dikenal  manusia  dalam bentuk  apapun (wind mills) misal air dibuat turbin air atau turbin air dll.

## Gambar 1 Turbin Tampak Depan
II.1.    Air Tenaga  dari  aliran  air  sungai  boleh digunakan  untuk  menggerakan  kincir  air  dan turbin.  Kuasa  hidroelektrik  merupakan  sumbear tenaga  yang besar  karena terdapat banyak  sungai yang  membolehkan  pembinaan  empangan  serta penjanaan  hidroelektrik  dilakukan.  Keunggulan menggunkan  air  ini  adalah  menghasilkan  tenaga yang berterus-terusan, harganya murah, gampang perawatannya dibanding menggunkan mesin yang berbahan bakar.
II.2.  Energi Pada Aliran Air.
Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber  air  tergantung  pada  besarnya  head  dan debit  air.  Dalam  hubungan  dengan reservoir air maka heat adalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir air atau turbin air. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air  adalah  merupakan  energi potensial air yaitu :
h g m E p    
……. 1)
Dengan  mensubstitusikan  P  terhadap { 𝐸 𝑡 } dan men substitusikan Q  terhadap { 𝑚 𝑡 } maka:
Qgh P 


## ….… 2)
Selain  pemaanfaatkan  air  jatuh  hydropower dapat  di  peroleh  dari  air  aliran  datar.  Dalam  hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik II.3.  Poros
Dilihat  dari  fungsinya  poros  merupakan elemen  utama  dalam  meneruskan  daya  dan putaran.  Sebagaian  besar  mekanisme  yang mentranmisikan daya dilakukan melalui putaran
 Gaya-gaya yang bekerja pada poros, F ( kg )
 tan t r F F  ……… .4)     ) ( 0 F R F ……..… 5)  Tegangan geser, Torsi poros, Diameter poros
Syp N 58 . 0 max   ……….. 6) n N T p   63000 …….… .7) 2 2 max 3 ) . ( 16 Tp M D p     ...…..… 8)

## II.4.   Luasan Sudu Pada Turbin Impulse

## Gambar 2. Dimensi Sudu Turbin Implus
Dari  gambar  diatas,  dapat  ditenentukan luasan  persudu  dan  luasan  untuk  turbin  imlpuse crossflow  dengan  jumlah  sudu  8  buah,  dengan mengunakan persamana – persamaan berikut:
……..… 9)
II.5.  Daya Turbin
Adapun  persamaan  yang  dgunakan  untuk menentukan daya pada turbin adalah
N t = T x ω                  ……… 10)
60 . . 2 n    ……..… 11)
II.6.  Bantalan Gelinding Bantalan  adalah  elemen  yang  berfungsi menmpu poros yang berbeban, sehingga sehingga poros  dapat  berputar  langsung  secara  halus  dan aman.
 Beban ekuivalen yang bekerja pada bantalan P=(X.V.F y +Y.F a ) ……… 12) 3 . . . 2 L r A sudu  
MENGGUNAKAN ALTERNATOR 12 VOLT 0,5 AMPERE
 Beban ekuivalen pembanding  ang  bekerja pada bantalan
𝑃 = 𝑉. 𝐹 𝑦 ……… 13)
 Lama pemakaian bantalan
) . 60 ( 10 6 10 n P c L b h        
........… 14)
II.7.  Sistim Transmisi
Trasmisi  berfungsi  meneruskan  putaran  dan torsi  ke  alternator.  System  transmisi  yang dikehendaki  memiliki  rugi-rugi  yang  rendah. Putaran  yang  rendah  perlu  ditingkatkan  melalui system  transmisi  sehingga  mencapai  putaran operasi  alternator.  sistem  transmisi  dirancang berupa  increaser  (  rasio  <1  )  yang  berarti penaikan putaran namun terjadi penurunan torsi.
Roda gigi lurus salah satu bagian terpenting dari  suatu  mesin  dimana  berguna  untuk mentransmisi  dari  poros  turbin  implus  poros kealternator.  Roda  gigi  ini  cocok  digunakan untuk mentransmisi putaran rendah (n < 3600)
 Perbandingan kecepatan
g p g p g p p g w w Nt Nt d d n n rv     ….…. 15)  Torsi yang terjadi Np Hp T . 63000  …….… 16)  Jarak poros ( C ) 2 2 1 d d C   ……… 17)
II.8.    Daya Elektrik
Daya  elektrik  yang  dibeerikan  alternator adalah:
P = V x I x cos  …… 18)

## III. Hasil dan Pembahasan
III.1.   Perhitungan Energi.
Dalam  aliran  air  terkandung    energi,  yang meliputi energi potensial dan energi kinetik.
 m = 4,116 kg/detik g = 9,8 m/detik 2 h = sin 60 0 x 1,5 meter v = 1,72 m/detik
 Perhitungan Energi Potensial
Dengan  mengetahui  massa  jenis  air dan  ketinggian  aliran  air  maka  energi potensial adalah
watt
E p 94 , 48 
 Perhitungan Energi Kenetik.
Dengan  mengetahui  massa  jenis  air dan kecepatan aliran air maka energi kenetik adalah
watt E k 08 , 6 
III.2.    Daya Mekanis Turbin Dengan mengetahui energy kenetik terhadap  turbin,    maka  daya  mekanis  turbin  dapat diketahui dengan persamaam sebagai berikut:
watt
N m 08 , 6
  Kecepatan sudut det / 618 , 11 rad    Torsi turbin Nm
T 52 , 0   Gaya pada turbin N F 88 , 2  N F transmisi 625 , 1 
III.3.  Perencanaan Poros
Dalam  perhitungan  poros  diperlukan  data- data sebagai berikut:
o Diameter poros (Dp)= 12 mm = 0,012
o Putaran (n) = 111 rpm o Sudut kontak transmisi = 159  o Gaya transmisi (F tra )      = 1,625 N o Gaya turbin yang timbul ( F )   = 2,88  N o Panjang poros total = 700 mm = 0,7 m
 Tegangan bahan maksimum, max  (psi)
Dalam  pembuatan  poros  ini  direncanakan menggunakan bahan AISI 1040 CD didapat syp = 88000 psi , N = 2.5
psi 17600
= =  121347776 kg/m 2
 Perhitungan  gaya  –  gaya  yang  terjadi  pada poros
Gambar  3  Gaya-gaya yang terjadi pada poros
Dimana:
Q  =  Berat  turbin  dan  rangka  impluse crossflow 0,3 0,3 0,3 F R B R A F t r

## DENGAN
MENGGUNAKAN ALTERNATOR 12 VOLT 0,5 AMPERE

## Q   =  4,54
 Reaksi Gaya Arah.
Gambar 4  Reaksi gaya arah. 625 , 1 88 , 2    B A R R N R B 335 , 3 6 , 0 0015 , 2   N R A 17 , 1  R A + R B = 4,505 N
 Momen lentur.
Gambar 5. Reaksi momen lentur.
Untuk  X 2 = 0 M A =  0 M B = – 0,1625
M C = 0,351  N.m Untuk  X 3 = 0 M B = 1,625 . 0 M B = 0 N.m Gambar 6.  Diagram momen reaksi gaya arah.  Momen Terbesar
N
M 351 , 0 
 Pengecekan Tegangan Pada Poros
2 max / 5 , 1850922 m N   Syarat poros aman Syp  max  Syp  max  1850922N/m 2 ≤ 121347776 kg/m 2

## Maka, perencanaan poros AMAN
 Pengecekan Pada Torsi Maksimum ( T max )
N = 2.5 Maka => 5 , 2 . 850922 1 max   2 max / 4627306 m kg   Nm T 6191 , 2 max 
 Pengecekan debit air  maksimum untuk turbin impulse crossflow
Dari  persamaan  energi  potensial  maka debit air maksimum didapat dicari  yaitu:
watt N m 42 , 30 
Dengan  daya  mekanis  maksimum  turbin, maka  debet  air  maksimum  bisa  didapat  dengan menggunakan energi kenetik yaitu:
watt
E k 42 , 30  Maka : det 565 , 20 kg m  
III.4    Perencanaan Bantalan
Bantalan  yang  direncanakan  adalah single row deep grove ball bearing seri 2
 Daya yang hilang (akibat gesekkan)
= 9,9371 x 10 -5 HP
 Umur bantalan jam L              111 . 60 10 10 1180 6 3 10 = 519861373,5 jam ≈ 520 x 10 6 jam
III.5.   Luasan blade turbin ( A sudu )
X 3 X 1 X 2 R B 0,3 0,3 0,3 F R B R A F t r 0,3 0,1 0,3 F R A F t r

## DENGAN
MENGGUNAKAN ALTERNATOR 12 VOLT 0,5 AMPERE
Dengan  mengetahui  jari  pada  sudu,  maka luasan dari sudu dapat dihitung dari persamaan :
Dimana :
r : 86 mm = 0,086 m
L : 500 mm = 0,5 m
III.6.   Perhitungan Roda Gigi
Dalam  perhitungan  perencanaan  roda  gigi ini, data-data yang diketahui sebagai berikut:
 Putaran (n) = 111 rpm
 Daya (N)  = 112,64 watt
 Diameter roda gigi 1 ( 1 d ) = 645 mm
 = 25,39 in
 Diameter roda gigi 2 ( 2 d )= 50 mm
 = 1,96 in
 Asumsi : sudut kontak = 159 
o Rasio dari diameter roda gigi
111 50 645 2   n rpm n 1430 2 

## IV. Kesimpulan
hasil Perencanaan Turbin Impulse  crossflow
Dengan  Alternator  12  Volt  0,5  Ampere  adalah bahwa  alat  ini  dapat  membantu  masyarakat  yang jauh  dari  jangkauan  energi  listrik  dan  sebagai altrenatif,  PT.PLN  (Persero)  selaku  lembaga  resmi yang  ditunjuk  oleh  pemerintah  untuk  mengelola masalah  kelistrikan  di  Indonesia,  sampai  saat  ini masih belum dapat memenuhi kebutuhan masyarakat  akan  energi  listrik  secara  keseluruhan. Maka dari hasil perhitungan diatas didapatkan:
Energi aliran air. o Energi potensial = 48,94 watt
o Energi kenetik = 6,08 watt Daya mekanis turbin
o watt
N m 08 , 6  Poros.
o Pengecekan  pada  poros  aman  karena max

lebih kecil dari pada Syp = 10639599kg/m 2 ≤ 121347776 kg/m 2 o Torsi maksimum  = Nm 703 , 68
Bantalan. o Jenis bantalan
= single row deep grove ball  Bearing seri 2 o Diameter dalam bantalan o = 0.47 in = 12 mm
o Lebar bantalan
o =  0,3937 in = 10 mm
o Daya yang hilang o = 9,9 x 10 -5
o Umur bantalan o = 520 x 10 6 jam Luasan per blade.
o 2 2 90 09 , 0 mm m A blade  

## Penghargaan
Ucapan  terima  kasih  untuk  Direktur Politeknik  Gorontalo  dan  untuk  Dewan  Redaksi Jurnal Technopreneur atas kerjasama dan perhatian.

## Daftar Pustaka
A. D. Deutcsman, “ Machine Design Theory and Practice “ , Macmilan Publishing, New York, 1975. G. Takeshi Sato, N. Sugiarto H , “ Menggambar Mesin Menurut Standar ISO “ , PT. PRADNYA PARAMITA, Jakarta, 1992 Skripsi, Edi Santoso. “ Perancanaan dan Rancang Bangun Alat Perajang Tembakau Dengan Mata Pisau Silinder Alur ” , Surabaya, 2007. Sularso, Ir., Kiyokatsu Suga, “ Dasar Perencanaan dan Pemilihan Mesin ” , PT. PRADNYA PARAMITA, Jakarta, 1997. Wayan Berata, “ Elemen Mesin I dan II “ , Jurusan Teknik Mesin, F T I ITS, Surabaya, 1986. Skripsi, Umngelo Rusdiansyah. “ Perancanaan Kincir Angin Sumbu Horizontal Tipe Multi Blade” , Surabaya, 2007.
2 09 , 0 m
A sudu 