Terbit online pada laman web jurnal: https://journal.isas.or.id/index.php/JAMERE

## JOURNAL OF APPLIED MECHANICAL ENGINEERING AND RENEWABLE ENERGY (JAMERE)
Vol. 3 No. 2 Agustus 2023 76- 80
ISSN: 2775-1031

## Pembuatan Model Turbin Air Dengan Sistem Sirkulasi Tertutup
Muh Anhar Prodi Pemeliharaan Mesin,Politeknik Negeri Ketapang anhar@politap.ac.id

## Abstract
Modern society is very attached to  technological advances, With community technology can easily meet energy needs, one example is the electrical energy processing of energy conversion machines using turbine energy.The purpose of this manufacture is to find a solution to meet the need for electrical energy, as well as solving problems encountered in areas where there is no stream or waterfall.. as for the methodology in making this includes time and place, tools making, Tools and Materials and Methods of execution of Flow diagrams.The calculation result for effective head = 0.3 m, with the water discharge used to move the runner Q =  0.00033836 m3/s, obtained power  generated  for  0,87  Watt.  With  the  data  planned,  the  main  dimension  of  Pelton  type  turbine  is  the outer diameter of the runner Do = 435.28 mm, diameter of D = 400 mm, the number of bowl z = 59 pieces with 1 nozzle
Keywords: Pelton Turbine ; Circulation

## Abstrak
Masyarakat modern sangat lekat dengan kemajuan teknologi. Dengan teknologi masyarakat  dapat dengan mudah memenuhi kebutuhan energi, salah satu contoh adalah energi listrik hasil pengolahan mesin konversi energi  air dengan  menggunakan  turbin.Tujuan  pembuatan  adalah  mencari  solusi  untuk  memenuhi  kebutuhan  akan  energi lisrik, sekaligus sebagai pemecahan masalah yang dihadapi pada daerah yang tidak ada aliran sungai ataupun air terjun. Adapun metodologi dalam pembuataan ini meliputi waktu dan tempat, Pembuatan alat, Alat dan Bahan dan Metode Pelaksanaan Diagram Alir.Hasil perhitungan untuk head efektif = 0,3 m, dengan debit air yang digunakan untuk menggerakan runner Q = 0,00033836 m 3 /s, didapat daya yang dibangkitkan sebesar 0,87 Watt. Dengan data tersebut direncanakan  dimensi utama turbin jenis Pelton yaitu diameter luar runner Do = 435,28 mm, diameter lingkaran tusuk D = 400 mm, jumlah mangkuk z = 59 buah dengan 1 nosel Kata kunci: kata kunci dituliskan dalam 5  kata  yang  sebaiknya  merupakan  subset  dari  judul  makalah,  ditulis  dengan  menggunakan  huruf  kecil  kecuali untuk singkatan, dan dipisahkan dengan tanda baca koma untuk antar kata.
Kata Kunci : Turbin Pelton; Sirkulasi

## 1. Pendahuluan
Energi air tergolong energi terbarukan atau Renewable Energy.  Renewable  Energy  adalah  energi  yang  tidak memiliki batasan masa/waktu. Energi gerak air termasuk energi  yang  murah  dan  relatif  mudah  didapat.  Energi gerak  air  terjadi  karena  adanya  beda  ketinggian permukaan,  secara  umum  air  bergerak  dari  permukaan tinggi  menuju  permukaan  yang  rendah  atau  dapat dikatakan bahwa air bergerak pada tekanan yang tinggi menuju  tekanan  rendah.  Energi  gerak  air  dapat dimanfaatkan dikarenakan dalam air mengandung energi potensial (pada air jatuh) berupa perbedaan ketinggian
pada  air  dan  energi  kinetik  (  pada  air  mengalir)  yang disebabkan oleh kecepatan aliran air dan tenaga air. Hydropower adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Pada hukum newton dikatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dilenyapkan, energi memiliki sifat  mutlak  sebagaimana  dinyatakaan  dalam  hukum kekekalan  energi.  Mesin  konversi  energi  yang digunakan untuk mengkonversi energi air adalah turbin air [1] . Turbin air adalah alat mekanik yang terdiri dari poros dan sudu-sudu. Sudu tetap atau Stationary blade, tidak ikut berputar bersama poros, berfungsi mengarahkan  aliran  fluida[2].  Sedangkan  sudu  putar
atau rotary blade,  mengubah  arah dan  kecepatan aliran fluida  sehingga  timbul  gaya  yang  memutar  poros[3]. Penelitian  ini  memberikan  permasalahan  bagaiamana membuat  model  turbin  air  dengan  system  sirkulasi tertutup  dan  penentuan  bahan  yang  dipakai.  Turbin reaksi  adalah  turbin  air  yang  cara  kerjanya  dengan merubah seluruh energi air yag tersedia menjadi energi puntir.  Hampir  semua  dari  jenis  turbin  ini  beroperasi didalam  air,  oleh  karena  itu  pada  bagian  masuk  dan keluar turbin mempunyai tekanan yang lebih besar dari tekanan  udara  luar[4].  Turbin  impuls  adalah  turbin  air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air (yang  terdiri  dari  energi  potensial  +  tekanan  + kecepatan)  yang  tersedia  menjadi  energi  kinetik  untuk memutar  turbin,  sehingga  menghsilkan  energi  puntir. Pada turbin air jenis impuls, misalkan turbin pelton, air tidak  memenuhi  saluran.  Oleh  karena  itu  persamaan kontinuitas  tidak  dapat  di  terapkan.  Energi  fluida  yang masuk sudu gerak, dalam bentuk energi gerak pancaran air  yang  di  hasilkan  oleh  nosel[5].  Turbin  impuls  atau turbin  aksi  di  sebut  turbin  tak  bertekanan  karena  sudu gerak beroperasi pada tekanan amosfer[6].

## Teori Dasar Aliran (Hidrodinamik)
Air  yang  mengalir  mempunyai  energi  yang  dapat digunakan unuk memutar roda turbin, karena itu pusat- pusat  tenaga  air  dibangun  di  sungai-sungai  dan  di pegunungan-pegunungan[7].  Pusat  tenaga  air  tersebut dapat  di  bedakan  dalam  2  golongan,  yaitu  tenaga  air tekanan  tinggi  dan  tekanan  rendah  Bagan  pusat  tenaga air  tekanan  tinggi,  dari  sini  di  ketahui  bahwa  dengan didirikanya  bendungan  di  daerah  yang  tinggi  akan terdapatlah  sebuah  resorvoir  air  yang  cukup  besar. Dengan  menggunakan  pipa,  air  tersebut  di  alirkan  ke rumah  pusat  tenaga,  yang  di  bangun  di  bawah bendungan,  dan  di  dalam  rumah  tersebut  telah  di  roda turbin,  kemudian  air  tersebut  di  buang  ke  saluran pembuangan. Selisih tinggi permukaan air atas TPA dan permukaan air bawah TPB terdapat tinggi air jatuh H.[9]

## 2. Metode Penelitian
Turbin sebagai komponen utama dalam rancangan alat “ model turbin air dengan sistem sirkulasi tertutup” dengan metode :
a. Perhitungan runner Runner turbin pelton pada dasarnya terdiri atas cakra dan  sejumlah  mangkuk  terpasang  sekelilingnya Kecepatan  keliling runner dapat  dihitung  dengan persamaan:
U1=ku(2. .Hn)1/2(m/s)………………….....…1 U 1 = kecepatan keliling optimal (m/s) k u = koefisien 0.45- 0.49 = percepatan gravitasi (m/s 2 ) H n = tinggi jatuh efektif (m) Diameter  luar runner dapat  dihitung  dengan persamaan berikut : D 0 = D +1,2h (m)…………………….…………..2
b. Perhitungan nozel
Nosel  terdiri  atas  bagian  selubung  serupa  hidung yang dipasang pada pipa, dan jarum nosel yang biasa digerakkan didalam belokan pipa kerucut jarum dan selubung  yang  cepat  aus.  Kecepatan  mutlak  dapat dihitung dengan Persamaan:
c1=kc2. .Hn ..........................................................3
c. Perhiungan Bucket (mangkuk )
Mangkuk  turbin  Pelton  dipasang  ke  rotor  dengan sambungan  positif.  Dilakukan  dengan  memberi bentuk  dovetail  pada  tangkai  mangkuk,  Jumlah mangkuk optimal dihitung dengan persamaan,
Z
= 𝜋𝐷 2𝑑 +15……………………………………….…..4 diameter  jet  optimal  dapat  dihitung  dengan persamaan :
4 4𝐷 - 𝛑 .C 1 …………………………………………..….5 Alat-alat yang akan digunakan untuk menyelesaikn yaitu  menggunakan  alat  yang  ada  di  work  shop Politeknik  Negeri Ketapang khususnya Jurusan Teknik Mesin dan bahan yang digunakan dapat dibeli di pasaran maupun  yang di dapat dari barang sekitar dan dapat di manfaatkan sebagai komponen pendukung.
1. Mesin bor duduk dan bor tangan
2. Mesin gergaji besi dan gergaji tangan
3. Gergaji kayu
4. Mesin gerinda
5. Mesin las/alat las
6. Palu dan penggores
7. Kunci ring pas set
8. Ala ukur
9. Gunting
10. Obeng (+) dan Obeng ( - ).
Perhitungan  dalam  Pembuatan  Model  Turbin  Air
Dengan Sistem Sirkulasi Tertutup
Perhitungan head efektif.[10]
Head  efektif  adalah  tinggi  air  yang  di  berguna  untuk menumbuk  sudu  sudu  turbin  setelah  memperhitungan kehilangan  atau  kerugian  (  losses  energi  yang  terjadi pada pipa pesat dan pada belokan rumah turbin Hef=Hac Hls…………………………………………..6 Dimana : Hef = head efektif (m) Hac = Head Actual (m) Hls = Head losses (m)
2.  . 2.  . 2.  .
3.   Hasil dan Pembahasan
Gambar 1 Detail Model Turbin Air Dengan Sistem Tertutup
Tabel 1 Spesifikasi Turbin
a. Runner Turbin  bisa  di  katakan  sebagai  komponen utama dalam pembuatan ini, untuk runner turbin di gunakan Vlag  S epeda  dengan  ukuran  ketebalan runner 15  mm. Runner turbin  dapat  dilihat  pada table 2.
Tabel 2 Runner Turbin
Pada gambar diatas  vlag ini di  lakukan pengeboran keliling sebanyak 26 lubang  dengan jarak 22,6 mm dan ketebalan runner 15 mm.
Gambar 2. Detail Turbin
1. Pembuatan Mangkuk (Bucket) Mangkuk  ini  di  buat  menggunakan  botol  minuman floridina 360 ml dan di bentuk menggunakan gunting dengan ukuran sebagai berikut:
Dalam mangkuk = 40 mm,
Panjang = 90 mm dan,
Lebar = 60 mm.
Pembentukan  mangkuk  turbin  dipola  menggunakan spidol  kemudian  di  bentuk  dan  di  potong menggunakan  gunting.  Setelah  selesai  langkah selanjutnya  dilakukan  pengeboran  pada  tengah mangkuk menggunakan bor tangan dengan mata bor ukuran  8  mm,  kemudian  di  lakukan  penguncian dengan baut ukuran tersebut.
Gambar 3 Proses Pembuatan Mangkuk (Bucket)
Dalam  proses  pembuatan  mangkuk  terdapat perbedaan  antara  hasil  perhitungan  dan  hasil pembuatan,  sehingga  akan  berpengaruh  terhadap nilai diameter luar runner (Do). Berdasarkan hasil perhitungan  diameter  luar  runner  adalah  435,28 mm.  Hal  ini  disebabkan  oleh  sulitnya  membuat mangkuk yang sesuai dengan spesifikasi perhitungan, sehingga digunakanlah botol minuman floridina sebagai mangkuk.
2. Pembuatan Nozel Dalam  pembuatan  Nozel  yang  harus  di  persiapkan adalah pipa ¾ inc kenudian dirangkai, setelah selesai dirangkai lalu di lakukan pengeleman. Pembuatan Nozel dapat dilihat pada gambar 4.5 di bawah ini.
 Panjang pipa nosel sebelum masuk pipa tekuk adalah = 200mm  Pipa Tekuk = 240mm  Diameter Nozel   = 17mm

## Gambar 4 Detail Nozel
Setelah  itu  untuk  pembentukan  Nozel  di  lakukan pemotongan  pipa  satu  demi  satu  menggunakan  gergaji besi,  kemudian  menyatukan  pipa  yang  telah  dipotong dengan stop kran. Setalah itu dilakukan pengeleman. 3. Pembuatan Kerangka Tandon
Kerangka  tandon  adalah  sebagai  tempat  untuk menahan  bak  air.  Dalam  pembuatan  ini  pada  bagian kerangka  di  gunakan  kayu  Punak  ukuran  30x50x3000 mm. Pemotongan dilakukan menggunakan gergaji kayu
Dimensi alat 1960 x 610 x 1920 mm Daya yang dihasilkan Turbin 0.87 Watt. Kecepatan  mutlak jet, c1 2,39 m/s Diameter lingkaran tusuk, D 400 mm Diameter jet, d 14 mm Jumlah mangkuk, z 59 buah Lebar mangkuk, b 35 mm Tinggi mangkuk, h 29,4 mm Lebar bukaan mangkuk, a 16,8 mm Nama bagian Ukuran Poros Ø 9 mm panjang 160 mm Bantalan Ø 35 mm panjang 80 mm Jari-jari (diameter tusuk)  180 mm Diameter turbin 400 mm Runner 15 mm
dan  paku  ukuran  2,5  inc  untuk  menyatukan  komponen dengan ukuran pemotongan adalah sebagai berikut Untuk tiang utama 1620 mm sebanyak 4 batang. Untuk bagian siku 610 mm 4 batang dan 550 mm sebanyak 4 batang.
Untuk rak atas 610 mm 2 batang dan 550 mm sebanyak 3 batang
Gambar 5 Detail Kerangka Tandon Tabel 3 Spesifikasi Kayui Rangka Spesifikasi Kayu Keterangan Kayu punak Tetramerista glabra miq Kelas kuat III Tegangan Tekan 57 kg/cm 2 Dimensi 30 mm x 50 mm
Karena  jenis  pembebanan  dalam  keadaan  tetap, maka faktor keamanan diambil (v) adalah 1
= 57
/
= 50 =   30 Dimana
= tegangan izin
= tegangan izin √= Faktor keamanan Kapasitas tandon : 60 liter = 0,060 m3 Dimana  density (ρ) air adalah 1000 kg/m3 Maka massa dalam tandon (air) adalah : m = density x volume = 1000 kg/m3 x 0,060 m3 = 60 kg Sehingga beban yang dapat diterima oleh rangka : σ = 1 𝑣 =57 kg cm 2 σ = 𝑓 𝐴
Dimana F=m=60kg
σ = 𝑓 𝐴 57 kg cm 2 =60kg
σ = 60𝑘𝑔
[5 𝑥 3]𝑐𝑚2
= 4 kg cm 2
Maka kayu cukup kuat untuk menerima beban tandon air. Konversi dari liter ke kg1 liter = 0,001 m3, Massa jenis air ρ = 1000 kg/m 3 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 (𝑚) 60 𝐿𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑥0,001𝑚3 =0,06m 3
Maka massa air (m) =  massa jenis air x volume air =  1000 kg/m 3 x 0,06 m 3 =  60 kg Perhitungan Dimensi-Dimensi Utama Turbin Pelton Berdasarkan  pengukuran  yang  dilakukan  penulis, diperoleh  hasil  sebagai berikut:
 Tinggi air terjun yang diambil H = 0.54 m
 Debit air Q = 0,0003383 m3/s.
 Kapasitas bak air 60 L D = 𝐷1 + 𝐷2 2 + 50 + 39 2 = 44.50 𝑟 = 22,25 Volume tandom = 𝛑 r2t = 3,14.22,25 2. .38,5 =60L Dimana : diameter atas D1 = 50 cm diameter alas D2 = 39 cm tinggi  = 38,5 cm Pengujian debit dalam 1 menit = 20,3 L 1 ∶ 20,3 L menit=.. L detik
D = 20,3 60 𝑥0,3383𝐿 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 =debit = 0,0003383m 3 /detik a. Kecepatan mutlak jet, C1
C1=Kc. 2..𝑔.𝐻𝑛
= 1 2.9,81.0.54
= 3,18986613 = 3,19m/sX Dimana : c1 = kecepatan mutlak jet (m/s) kc = koefisien nosel (0,96-0,98) g = percepatan grafitasi (m/s2) Hn = Head efektif (m) b. Kecepatan keliling optimal, U 1 U 1= k u (2.g.H n) 1/2 = 1,59m/s
Dimana
U 1 = kecepatan keliling optimal (m/s)
k u = koefisien 0.45- 0.49
= percepatan gravitasi (m/s 2 ) H n = tinggi jatuh efektif (m)
c. Diameter lingkaran tusuk
Karena  dalam  perancangan  ini  menggunakan  Vlag sepeda dengan diameter yang sudah ada yaitu = 400 mm.
d. Diameter jet optimalnya, d
d = 4.𝑄 𝜋.𝐶1 = 4.0,0003383
3,14.3,19
= 0,00013509574107 = 11𝑚𝑚
e. Jumlah Bucket (mangkuk
𝑍 = 𝜋.𝑑
2.𝑑 + 15 = 1256 11 + 15 = 72 𝑏𝑢𝑎ℎ  Lebar mangkuk (bucket), b
b = 2,5.11
 Tinggi mangkuk (bucket), h
h=2,1.11 = 23,1
 Lebar bukaan mangkuk (bucket),
= 1,2.11
= 13,2 mm
 Kedalaman mangkuk (bucket), t
t = 0,9.11 = 9,9MM
 Kelonggaran mangkuk (bucket), k K = 0,1.400
= 40mm
f. Diameter luar runner, Do
D 0 = D + 1,2. h = 400 + 1,2. 23,1 = 427,72 mm

## 1.1 Hasil Pengujian
Setelah  proses  pembuatan  alat  selesai,  maka  langkah selanjutnya  alat  dapat  diuji  untuk  mengetahui  kinerja alat.
a. Persiapkan air pada tandon atas
b. Pastikan semua komponen alat dalam keadaan baik terutama  yang  menggunakan  baut  harus  terkunci dengan benar
c. Membuka penuh stopkeran yang ada  pada tandon bagian atas.

## 4.   Kesimpulan
Dari  hasil  pembuatan  model  turbin  air  dengan sistem  sirkulasi  tertutup, dapat  disimpulkan  bahwa permasalahan  di  daerah  yang  tidak  adanya  air  terjun dapat di  bangun model turbin air dengan sistem sirkulasi tertutup  sebagai  pemecah  masalah tersebut.  Hal  ini  di buktikan  dengan  hasil  pembuatan  yang  mampu menghasilkan  daya  turbin  0.87  Watt  dengan  putaran runner  50  putaran  dalam  waktu  1  menit  atau  50 rpm,pembuatan model turbin air dengan sistem sirkulasi tertutup  di  mulai dengan  membuat  tandon  sebagai  air terjun  yang  kemudian menjadi  patokan  dalam perhitungan  pembuatan  komponen  turbin pelton. Selanjunya  memilih  pompa  yang  berfungsi  sebagai pengantar air kembali pada tandon atas dan pompa yang di  gunakan  dalam  pembuatan  ini  adalah  jenis pemindahan  pompa  positif  ( positive  displacement pump ).

## Daftar Rujukan
[1] Y.  C.  Dwiaji  and  M.  Anhar,  “Analisis  Proses Pemesinan  Dan  Biaya  Manufaktur  Pembangkit  Listrik Tenaga Hidro Mini (PLTHM),” no. 2, 2017.
[2] “Teknik  Energi  Terbarukan_Teknik  Energi Hidro_Konversi  Energi  Air_Kelompok  Kompetensi 2.pdf.”
[3] A.  F.  Silaen,  “Pengaruh  Beban  Terhadap Putaran  Turbin  Helikal  Untuk  Pembangkit  Tenaga Listrik,” vol. 9, no. 2, 2015.
[4]
R.  Darpono  and  R.  Dewi,  “SIMULASI PEMILIHAN TURBIN AIR MENGGUNAKAN SIMULATOR  TURBNPRO  STUDI  KASUS  PLTMH MALABAR,” Power Elektron. J. Orang Elektro , vol. 8,
no.
2, pp. 29–36, Aug.
2020,
doi:
10.30591/polektro.v8i2.1405.
[5] H.  Alamsyah  and  A.  Kurniawan,  “Analisa Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Performa Turbin Ventilator”.
[6] B.  Wahyudi,  “Diajukan  Sebagai  Salah  Satu Syarat  Untuk  Memperoleh  Gelar  Sebagai  Sarjana Teknik Universitas Medan Area”.
[7] “Mustangin_buku turbin uap.pdf.”