## MODIFIKASI  SUDU TURBIN TERHADAP  KINERJA TURBIN ARUS LINTANG ( CROSS FLOW TURBINE ) DENGAN MENGGUNAKAN METODE EKSPERIMEN
JUSUF HAURISSA 1) , FERNANDO SITINJAK 2)
1) Dosen Program Studi Teknik Mesin,
2) Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri dan Kebumian Universitas Sains dan Teknologi Jayapura Email : jhaurissa@yahoo.com

## ABSTRAK
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah    memodifikasi  sudu  turbin  arus  lintang  (cross  flow turbine) untuk meningkatkan efisiensi turbin.
Metode  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  metode  eksperimen.  Ada  tiga variabel  yang  digunakan  yaitu  :  a. Variabel  bebas  adalah  pembebanan  pada  poros  yaitu tanpa  beban,  beban  1N,  beban  2  N,  beban  3  N  dan  beban  4  N,b).  Variabel  terikat  yang gunakan adalah Torsi (T),c). Variabel terkontrol : variabel yang ditentukan oleh peneliti, dan nilainya selalu dibuat kostan. Variabel terkontrol adalah debit air (Q).
Berdasarkan hasil penelitian dengan menggunakan metode eksperimen menghasilkan efisiensi sebesar 67,78 %, yang dicapai pada kondisi bukaan 100% dan beban maksimum 4 N.  Disamping itu juga dapat  dianalisa   unjuk kerja turbin cross-flow, daya yang dihasilkan oleh  turbin  sangat  dipengaruhi  oleh  besarnya  debit  aliaran  fluida  yang  diberikan  .  Dengan peningkatan  torsi  karena  faktor  pembebanan  yang  diberikan  hingga  4  N,  daya  keluaran turbin (P out ) diperoleh maksimal 41, 5736 watt.
Kata kunci : Turbin Arus Lintang, Daya Turbin, Efisiensi Turbin, Debit Air

## 1.   PENGANTAR
Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan  pokok  yang  sangat  penting  dalam kehidupan  Manusia  saat  ini,  dimana  hampir semua  aktifitas  Manusia  berhubungan  dengan energi  listrik.  Seiring  dengan  pertumbuhan ekonomi  dan  tingkat  populasi  penduduk  di Indonesia yang semakin tinggi maka permintaan akan  energi  listrik  juga  meningkat.  Oleh karenanya  pemanfaatan  energi  secara  tepat guna,  akan  menjadi  suatu  cara  yang  ampuh dalam perkembangan zaman saat ini.
Sebagian  besar  negara  di  dunia, suply pembangkit  listriknya  masih  mengandalkan pembangkit  berbahan  bakar  fosil  yakni:  minyak bumi,  gas  alam  dan  batu  bara  yang  terbatas jumlahnya  di  alam    dan  suatu  saat  akan  habis. Sementara  permintaan  akan  energi  listrik semakin bertambah. Oleh karena itu pemanfaatan energi di masa kini dan mendatang sudah diarahkan pada pemanfaatan energi  terbarukan  yang  ada  di  alam.  Misalnya: energi  air,  energi  matahari,  energi  angin,  panas bumi,  dan  nuklir.  Hal  ini  karena  energi
terbarukan  ini  cukup  mudah  didapat  dan  dapat di  daur  ulang,  bila  dibandingkan  dengan  energi fosil  yang  harus  melalui  banyak  proses  dan susah  mendapatkannya,  karena  umumnya terdapat  di  permukaan  bumi.  Selain  itu cadangan  akan  sumber  energi  fosil  semakin berkurang. Karena sumber energi ini tidak dapat diperbaharui. Apabila bahan bakar fosil semakin berkurang atau semakin susah ditemukan, maka dapat dipastikan bahwa harga bahan bakar fosil akan  meningkat  dipasaran,  hal  ini  dapat mempersulit  perekonomian  suatu  bangsa  atau daerah.
Sumber-sumber energi yang dikenal dengan  sumber  energi  terbarukan,  seperti  yang disebutkan di atas antara lain: energi air, enargi matahari,  energi  angin,  panas  bumi,  dan  lain sebagainya.  Semua  energi  tersebut  telah memenuhi kriteria, sehingga dalam pemanfaatannya dapat
menghemat penggunaan energi fosil yang terbatas.
Salah  satu  energi  yang  berpotensi  di negara  kita  adalah  pemanfaatan  energi  air  dan apabila  pemanfaatan  tersebut  dilakukan  secara meluas,  di  seluruh  wilayah  Indonesia,  maka
peluang  untuk  keluar  dari  krisis  listrik  akan semakin  besar.  Mengingat  bahwa  terdapat banyak  tempat-tempat  yang  berpotensi  untuk dimanfaatkan  terutama  di  seluruh  pulau-pulau besar yang ada dinegara kita.
Negara  Indonesia  merupakan  negara  yang mempunyai  iklim  tropis  dan  kondisi  banyak gunung  dengan  aliran  sungai  yang  berpotensi untuk  di  kembangkan  sebagai  pembangkit tenaga  listrik.  Potensi  ini  sebagian  besar tersebar  di  bagian  pedalaman,  namun  masih banyak  penduduk  desa  yang  belum  menikmati energi  listrik  sehingga  sangat  tepat  untuk dikembangkan pembangkit tenaga listrik.
Air memiliki energi potensial dan apabila air mengalir akan menghasilkan energi kinetik yang berpotensi  untuk  menghasilkan  energi  listrik dengan  merubahnya  menjadi  energi  mekanik terlebih dahulu. Untuk memperoleh energi  listrik berdasarkan energi kinetik air, dibutuhkan suatu analisa yang tepat untuk menentukan penggunaan  jenis  turbin  yang  tepat  untuk digunakan.  Dengan  mempelajari  hal-hal  yang lebih  mudah  terlebih  dahulu  maupun  dari  jenis turbin berukuran kecil, seperti jenis turbin impuls dan turbin reaksi.
Dalam  penelitian  ini  akan  membahas tentang Turbin arus Lintang ( cross-flow ) dengan menganalisa  unjuk kerja Turbin  dengan  metode eksperimen. Untuk mendapatkan hasil perancangan Runner Turbin Cross-flow yang sesuai  dengan  yang  direncanakan,  dimana turbin  yang  lebih  baik  tentu  akan  menghasilkan efisiensi  yang  besar  dari  pemanfaatannya. Dengan demikian untuk mendapatkan rancangan Runner Turbin Cross-flow yang sempurna,  dibutuhkan  analisis  baik  dari  jumlah sudu, ketinggian, kecepatan roda turbin ( Runner ),  juga  kecepatan  aliran  debit  air  yang menumbuk sudu turbin yang kemudian jadi hasil gerak putar pada roda jalan ( runner ). Hasil  rancangan Runner Turbin Cross-flow yang  direncanakan  ini,  akan  terlihat  dari  besar efisiensi  yang  dihasilkan  turbin.  Semakin  besar efisiensi yang dihasilkan oleh turbin, maka turbin tersebut  semakin  baik.    Jika  dibandingkan dengan  turbin  yang  lain,  maka  turbin cross-flow merupakan  turbin  dengan  sistem  kerja  ganda. yakni,  kecepatan  air  menumbuk  sudu  masuk roda jalan merupakan system kerja pertama dan air  yang  keluar  sudu  tingkat  pertama  akan menumbuk sudu tingkat kedua yang merupakan sistem kerja kedua dari turbin tersebut.

## 2.  METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  dilakukan  adalah metode  eksperimen  yang  bersifat  korelasi. Metode  eksperimen  korelasi  yang  dimaksud adalah  untuk  untuk  melihat  atau  meneliti
hubungan  unjuk  kerja  turbin cross-flow dengan besar  debit  aliran  terhadap  putaran  turbin, torsi, maupun efisiensi. Dari hasil pengamatan kemudian dilakukan
pengolahan  data  berdasarkan  teori  unjuk kerja turbin cross-flow .

## a.  Alat dan Bahan
Alat  dan  bahan yang  digunakan  dalam penelitian  rancangan  turbin cross-flow sudu  18 ini adalah antara lain sebagai berikut:
1.  Runner Turbin cross-flow Runner meliputi  3  bagian  utama,  yaitu  poros turbin,  cakram  turbin,  dengan  bahan  plat  baja, dan  sudu,  dengan  bahan  plat  baja  dipasang sekeliling cakram.
2.  Nozel /Pipa Pancar 3. Rumah turbin
Rumah  turbin  dibutuhkan  untuk  melindungi pancaran air yang dihasilkan putaran runner . 4. Pompa.
Pompa digunakan untuk mengalirkan air dari dalam feed tank menuju nosel.
5. Katup Pengatur Aliran
Katup  ini  berfungsi  untuk  mengatur  aliran, terutama pada saat penelitian berlangsung, dan dibutuhkan  penyesuaian  kecepatan  aliran  untuk mendapatkan putaran runner yang diinginkan. 6.  Handel pengatur sudut nozel Handel pengatur  ini  dilengkapi  dengan  skala busur  derajat,  yang  bermanfaat  untuk mengatur dan  mengetahui  posisi  sudut  pipa  pancar  (  ) terhadap arah kecepatan putar runner.
7. Rotameter digital Rotameter berfungsi sebagai pengukur kecepatan aliran. Penelitian ini akan menggunakan sebuah rotameter yang digunakan  untuk  mengukur  kecepatan  aliran  air memasuki nozel .

## 8. Optocoupler
Optocoupler  adalah  sensor  yang  dipakai  untuk mengukur  putaran  runner      turbin.  Hasil pembacaan optocoupler akan dikirim ke ADC. 9. ADC
ADC  berfungsi  untuk  mengubah  sinyal  yang masih  analog  menjadi  sinyal  digital.  ADC dibutuhkan  karena  semua  sensor  yang  dipakai dalam  penelitian  ini  masih  bersifat  analog. Sedangkan peraga atau penerima sinyal adalah sebuah komputer yang sifatnya adalah digital. 10. Komputer.
Besaran  kecepatan  aliran,  putaran  turbin  dan torsi  yang  dihasilkan  akan  direkam  oleh komputer.  Selanjutnya  data  hasil  penelitian  ini akan  diolah  dan  dihasilkan  beberapa  diagram atau  grafik  untuk melihat  fenomena  yang  terjadi pada penelitian ini.
Gambar 2.1. Instalasi Penelitian
b. Rancangan Penelitian
Penelitian ini terdiri dari 3 (tiga) tahapan penelitian yaitu :
-  Variabel bebas (independent variable):
variabel  yang  besarnya  ditentukan  nilainya oleh  peneliti  sebelum  melakukan  penelitian.
Variabel  bebas  yang  digunakan  adalah  beban 0, 1, 2, 3 dan 4 N.
-  Variabel  terikat (dependent  variabel)  :  variable yang  besarnya  tidak  dapat  ditentukan  oleh peneliti,  nilai  dari  variabel  ini  tergantung  pada nilai  dari  variabel  bebasnya.    Variabel  terikat yang digunakan adalah Torsi (T),
-  Variabel  terkontrol  :  variabel  yang  ditentukan oleh peneliti, dan nilainya selalu dibuat kostan. Variabel terkontrol adalah debit air (Q).
Tabel 3.1. Data hasil rata-rata percobaan
3.  Analisa Dan Pembahasan
3.1.  Data hasil percobaan
Pada  penelitian  Turbin cross-flow ini, pengujian  pertama  dilakukan  dengan  tanpa memberi beban dengan terlebih dahulu mengatur  bukaan  nozel  sebesar  25  %.  Hal  ini dilakukan  untuk  mengontrol  jumlah  debit  air menerjang  sudu  turbin,  dan  hasilnya  akan terlihat  pada  digital  control  panel.  Selanjutnya hal sama dilakukan pada beban 2N, 3N dan 4N dengan  variasi  bukaan  50%,  75%,  dan  100%. Dari  hasil  penelitian  turbin cross-flow sesuai dengan tahapan yang tersebut diatas, percobaan  dilakukan  sebanyak  3  kali  dan  ada baiknya  jika  dilakukan  percobaan  sebanyak-
banyaknya.  Dari  hasil  rata-rata  percobaan tersebut dapat dilihat pada tabel 3.1.

## 3.2.  Pengolahan data
Sesuai dengan tujuan dari penelitian Turbin cross-flow ini,  adalah  mengetahui  seberapa besar  efisiensi  yang  dihasilkan  turbin  dengan jumlah  sudu  18  maka  dilakaukan  pengolahan data  Berdasarkan  hasil  pengabilan  data  dari tabel  3.2.  Data  tersebut  diolah  berdasarkan unjuk kerja turbin cross-flow dengan debit aliran yang terkontrol 25 %, 50 %, 75% dan 100% dan pembebanan 1 sampai 4N.
Tabel 3.2.  Tabel Pengolahan Data.
Gambar  3.1    Grafik  daya  turbin  (P out )  terhadap Torsi
Gambar grafik 3.1 berikut menunjukkan perbandingan  antara  daya  turbin  ( P out ).  dengan Torsi.  Grafik  menunjukkan  bahwa  daya  turbin (P out ) dipengaruhi  oleh  Torsi.  Semakin  besar Torsi  karena  faktor  penambahan  pembebanan yang diberikan dapat meningkatkan daya turbin.
Dan sebaliknya karena faktor pembebanan yang diberikan terhadap turbin sangat mempengaruhi Putaran  semakin  menurun  seperti  terlihat  pada Gambar grafik 3.2 berikut.
Gambar  3.2.Grafik  Putaran  (rpm)  terhadap Pembebanan (N)
Gambar  3.3  .Grafik  Daya  turbin  terhadap
Efisiensi turbin Gambar grafik 4.3
menunjukkan perbandingan antara  daya  turbin (P out ) terhadap efisiensi  turbin.    Grafik  tersebut  menunjukan bahwa  efisiensi  turbin  akan  semakin  meningkat seiiring  dengan  peningkatan  daya  turbin  dan penambahan bukaan nozel hingga maksimum.
Gambar 3.4.  Grafik Efisiensi terhadap Torsi.
Dari  grafik  3.4  diatas  menunjukkan  bahwa efisiensi  meningkat  seiring  dengan  peningkatan Torsi dan penambahan debit bukaan Nozel.

## 4. Kesimpulan
Dari  penelitian  turbin cross-flow dengan jumalah  sudu  18  buah  dan  metode  penelitian menggunakan metode eksperimen, dapat dibuat kesimpulan sebagai berikut:
1.  Berdasarkan  analisa  unjuk  kerja  turbin cross-flow , daya yang dihasilkan oleh Turbin sangat  dipengaruhi  oleh  torsi  dan  besarnya debit  aliaran  fluida.  Dengan  peningkatan torsi  karena  faktor  pembebanan  yang diberikan  hingga  4  N,  daya  keluaran  turbin (P out ) diperoleh mkasimal 41, 5736 watt. 2.  Daya  yang masuk (P in ) ke ruang Turbin dari fluida  air  cenderung  dipengaruhi  Tekanan aliran.  Semakin  besar  nilai  tekanan  fluida semakin  besar  Daya  yang  masuk  ke  ruang Turbin.
3.  Dari  hasil  analisis  dan  pengolahan  data pada  Turbin cross-flow sudu  18  buah
dengan  diameter runne r  20  cm,  besar efisiensi yang dihasilkan oleh Turbin maksimal adalah 67,78 %. 4.  Turbin cross-flow sudu  18  tidak  lebih  baik dari  Turbin coross-flow sudu  20.  Dengan besar  ukuran  diameter runner turbin,  tebal runner dan  tebal  sudu  yang  sama,  sudu  20 efisiensinya  70%    dan  sudu  18  efisiensinya 67,78 % pada penelitian ini..

## 5.  DAFTAR PUSTAKA
Abhiroop  Chattopadhyay,  2010. Cross-flow Water Turbine Design Manual . Andi Ade Larasakti,Syukri Himran dan
A.Syamsur  Arifin.  2012. “Pembuatan  dan Pengujian Pembangkit     Listrik     Tenaga Mikrohidro  Daya  200  Watt” Universitas Hasanuddin, Makasar.
A.T.Sayers.  1992 “ Hydraulic  And  Compressible Flow Turbomachines ”  Department  Of Mechanical Engineering, University of Cape
Town.
FH  Formelsammlung.  2011 “  Energietechnik Editiert ”  Jahren. Frank  M.  White.  1988” Mekanika  Fluida ”  Jilid  1 Edisi Kedua. Penerbit Erlangga. Jakarta Frank  M.  White.1998” Mekanika  Fluida ”  Jilid  1 Edisi Kedua. Penerbit Erlangga. Jakarta.. Fritz  Dietsel. 1993.  Alih bahasa Dakso Sriyono”
Turbin Pompa dan Kompresor ,turbin aliran ossberger” . Penerbit Erlangga. Jakarta.
J usuf  Haurissa,  2010  “ Optimasi  Unjuk  Kerja Turbin  Arus  Lintang  Sebagai  Pembangkit Listrik  Tenaga  Air” .  Universitas  Brawijaya, 2010. Malang.
Mohkamad  Tirono.  2012.  “ Pemodelan  turbin cross-flow untuk diaplikasikan pada sumber air  dengan  tinggi  jatuh  dan  debit  kecil ” Fakultas  Sains  dan  Teknologi  UIN  Maliki Malang.
Sularso,Msme.  1997.  “ Dasar  Perencanaan  Dan Pemilihan  Elemen  Mesin ”  .Penerbit  Pt Pradnya Paramita. Jakarta.
Syukri  Himran.  2006.  “ Dasar –  Dasar Merencana Turbin Air ” Universitas Hasanuddin. Makasar. Yanziwar. 2007 “ perencanaan Turbin Crossflow” , Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang.
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/ 24300/4/Chapter%20II.pdf.  Dikujnjungi  9 Oktober 2012.
http://202.90.195.156/bse/ smk12%20TeknikMesinIndustri%20Sunyo to.pdf. Dikujnjungi 9 Oktober 2012.
http://en.wikipedia.org/wiki/pelton_wheel.
Dikujnjungi 9 Oktober 2012 . http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman 2.pdf. Dikunjungi  12 Oktober 2012