## CAKRAM
Jurnal Teknik Mesin:
ANALISA  PENGUJIAN TURBIN AIR JENIS CROSSFLOW TERHADAP VARIASI DEBIT
Ihat Solihat 1 , Edi Tri Astuti 2, Hardy Rudiat 3
1,,2,3 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pamulang, Jl. Surya Kencana No. 1, Tangerang Selatan, Indonesia
E-mail : dosen00990@unpam.ac.id
Masuk : 7 Maret 2019 Direvisi : 27 Maret 2019 Disetujui :6 April 2019
Abstrak: Isu  krisis  energi  terus  berkembang,  dimana  dibutuhkan  energi  terbarukan  agar  dapat  menggantikan  energi  fosil yang  menurut  perkiraan  akan  segera  habis,  sehingga  apabila  tidak  ada  energi  yang  terbarukan  maka  manusia  akan kekurangan  energi,  salah  satu  upaya  pengembangan  energi  terbarukan  adalah  tenaga  air.  Tenaga  air  adalah  tenaga  yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam bentuk energi mekanis maupun  energi  listrik.  Turbin crossflow mempunyai  kontruksi  yang  sederhana  dan  memberikan  biaya  operasional  kecil. Penelitian ini dilakukan menggunakan instalasi penelitian yang tersusun atas beberapa peralatan utama. Diantaranya runner (piringan  dan  sudu),  nozel,  rotameter, preassure  gauge , tachometer dan  neraca  pegas.penelitian  ini  menggunakan  debit 0,000527 m³/s, 0,000611 m³/s dan 0,000694 m³/s dengan variasi volume air 0,05 m³, 0,1 m³, dan 0,2 m³, menggunakan sudu berjumlah 28 sudu. Unjuk kerja turbin crossflow ditunjukan berdasarkan tekanan, torsi, dan daya turbin serta efisiensi turbin yang  diperhitungkan  dari  hasil  pengujian.  Hasil  perhitungan  menunjukan  bahwa  debit  air  0,000694  m³/s  yang  lebih  baik dibandingkan dari debit air 0,000527 m³/s yaitu pada putaran (315,4 rpm) torsi (0,5886 Nm) daya turbin (15,475 watt), daya air (34,722 watt) dan efisiensi turbin (44,6%) terjadi pada debit air 0,000694 m³/s.
Kata kunci : Turbin Crossflow , Sudu, Volume, Efisiensi

## PENDAHULUAN
Distribusi  energi  listrik  di  daerah  belum  merata,  kebutuhan  energi  listrik  yang  semakin  meningkat membutuhkan  solusi  pembangkit  listrik  yang  mudah  serta  murah  namun  memiliki  efisiensi  dan  menghasilkan daya  yang  tinggi.  Sejumlah  cara  telah  dilakukan  untuk  memenuhi  kebutuhan  listrik  agar  terpenuhi,  misalnya dengan menggunakan berbagai alternatif sumber energi baik angin ataupun uap dalam bentuk pembangkit listrik tengan angin(PLTA) ataupun pembangkit listrik tenaga Uap (PLTU) . Namun Sumber energi alternatrif tersebut membutuhkan  biaya  pembangunan  dan  perawatan  yang  cukup  tinggi,  sehingga  masih  sangat  jarang  dilakukan pembanguanan instalasi PLTA ataupun PLTU tersebut.
Air  merupakan  sumber  energi  yang  berada  di  wilayah  permukiman.  Pemanfaatan    air  sebagai  sumber energi listrik berupa penggunaannya dlam pembangkit Listrik tenaga Air dengan menggerkan  turbin air. Turbin air  jenis crossflow paling  banyak  diaplikasikan  di  masyarakat  sebagai  sebuah  bagian  dari  pembangkit  listrik tenaga  air  skala  kecil  (mikrohidro).  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  variasi  volume  air    debit,  torsi turbin, dan daya turbin.   turbin air jenis crossflow. Turbin crossflow merupakan  turbin aksi   ( impulse turbine ). [8] Keuntungan penggunaan   turbin crossflow yaitu dapat mengghemat biaya namun menghasilkan daya yang besar.  Hal ini karena turbin crossflow memiliki ukuran lebih kecil dan kompak dibandingkan jenis turbin yang ada di Pembangklit Listrik tenaga angin. Diameter kincir pada turbin pembangkit tenaga angin biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter turbin crossflow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh  lebih  sedikit,  itulah  sebabnya  bisa  lebih  murah.  Hasil  lain  yang  menyatakan  keunggulan  turbin crossflow yaitu telah dilakukan pengujian   oleh ossberger yang  merupakan pabrik turbin di Jerman  yaitu daya   efisiensi pada  turbin crosflow lebih  tinggi  82%  dibandingkan  dengan  daya  yang  dihasilkan  dengan  turbin  jenis  lain meskipun  jenis  terbaik [8] .    Penyebab  efisiensi  turbin crossflow sangat  tinggi dikarenakan  terjadinya  dua  kali pemanfaatan   energi air. Pertama terjadi pada sudu-sudu saat air mulai masuk sehingga energy air akan muncul ketikasaling  berumbukan di putaran sudu sudu tersebut. Faktor kedua munculnya  gaya dorong air yang terjadi
di sudu-sudu ketika air meninggalkan roda gerak. Sistem yang sederhana dan bertingkatnya kerja air inilah yang menyebabkan turbin crossflow dapat menghasilkan daya yang tinggi namun tetpa mudah dan efidien Tujuan dari  penelitian  ini  mengetahui  berapa  daya  turbin  yang  diahasilkan  serta  evisiensi  turbin  jenis crossflow nya. Batasan penelitian ini hanya pada volume sebanyak 3 variasi,  ketinggian pipa dibuat tetap  dan Headloss yang terjadi diabaikan.

## METODOLOGI
Penelitian  ini  dilakukan  di  di  Kp.  Cilenggang  2  No  89  Desa  Cilenggang  kecamatan  Serpong  Kota Tangerang Selatan,Banten.

## Teknik pengambilan data :
Dalam  desain  alat  uji  ini  mula  –  mula  air  dalam  bak  penampung  di  pompa  menggunakan  pompa sentrifugal agar dapat memenuhi toren penampung dengan ketinggian 510 cm dan mempunyai volume 200 ltr , dirancang pula pipa  – pipa dengan diameter  yang sama di dalam rancangan pipa ini kami  meletakan alat ukur tekanan (pressure gauge) dan alat ukur rotameter untuk mengukur laju aliran air tersebut, lalu pada ujung pipa akan dipasang sebuah nozzle agar laju aliran ini dapat bertambah kencang sehingga dapat memutar sudu – sudu pada turbin crossflow .
Setelah  semprotan  air  pada  pipa  mengenai  sudu  –  sudu  maka  turbin  akan  berputar  ,putaran  turbin  ini sangat  dipengaruhi  dengan  kecil  dan  besarnya  tekanan  dan  debit  yang  ada  didalam  pipa  tersebut.  Selain  dari rancangan dan alat berikut saya juga memasang sebuah neraca pegas untuk menghitung laju putaran turbin, hal ini  bertujuan  untuk  mendapatkan  hasil  analisa  dan  perhitungan  alat  uji  turbin crossflow ini.  Berikut  tahapan pengambilan data yang dilakukan:
1. Mengisi air pada toren/bak penampungan hingga benar-benar penuh sesuai kapasitasnya.
2. Instalasi  pipa,  Pipa  pada  instalasi  bantu  harus  kuat  dan  rapat  dalam  pemasangan  karena  dapat mempengaruhi  hasil  saat  pengujian,  hal  ini  isebabkan  oleh  adanya  penurunan  tekan  air  karena kebocoran pada pipa.
3. Pemeriksaan  turbin    terkait  kebocoran  maupun  gangguan  yang  dapat  mempengaruhi  hasil pengujian.
4. Pemasangan  alat  ukur  seperti  ; preassure gauge , rotameter,  liquid  flow,  stopwatch, dan tachometer Katup, Pemasangan dan kondisi pada Stop valve, Preassure gauge dan Rotameter.
5. Aliran air dialirkan dengan cara membuka valve pada toren.
6. Tekanan  diukur  dengan  menggunakan  preassure  gauge  yang  sebelumnya  telah  dipasang,  dan dipastikan valve yg menuju turbin di tutup dahulu sampai angka pada alat ukur ini benar-benar menunjukan angka yang stabil.
7. debit diukur dengan menggunakan Rotameter, untuk mengukur debit ini harus membuka valve yang terletak sejalur dengan rota meter.
8. diukur  kecepatan  putar  pada  turbin  dengan  menggunakan  tachometer,  untuk  mengukur kecepatan putar ini harus menutup valve yg sejalur dengan rotameter dan membuka valve yang ke arah turbinnya. Dan catat semua data hasil pengujian.
9. Ulangi kembali langkah 5-8  tetapi dengan menggunakan volume air yang berbeda.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Uji kinerja dilakukan pada mesin turbin air jenis crossflow dengan mengunakan variasi volume air 0,05 ,  0,1 ,  dan  0,2 ,  dengan  ketinggian  5,1  m  dibuat  tetap.  Kegiatan  yang  dilakukan  meliputi pengambilan data untuk mengetahui debit air, putaran turbin, torsi dan daya turbin pada mesin turbin crossflow . Tabel 1 . Data  pengukuran.
No Volume (m³) Debit (m³/s) Putaran Turbin (Rpm) Torsi (Nm) Daya Turbin (Watt) 1 0,05 0,000556 263,7 0,368 10,157 2 0,1 0,000611 280,9 0,441 11,456 3 0,2 0,000694 315,4 0,589 15,475

## 1. Volume Terhadap  Debit
Volume aliran pada turbin air untuk mengetahui seberapa besar debit suatu aliran dalam turbin air pada keadaan volume air yang berbeda. Semakin tinggi volume air maka semakin tinggi pula debitnya.
Dari  tabel  1  diketahui  volume  dapat  mempengaruhi  Debit  yang  diterima.  Semakin    banyak  volume airnya, maka semakin besar debit yang diterima. Berdasarkan tabel di atas, maka dapat dibuat sebuah grafik di gambar 1 untuk mengetahui pengaruh kecepatan volume air terhadap debit. Berdasarkan gambar  di atas , debit tertinggi didapat ketika volume air sebanyak 0,2 m³, sedangkan yang terendah pada saat volume air sebesar 0,05 m³. Semakin banyak volume airnya, maka semakin tinggi pula debit yang dihasilkan.
0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 0.05 0.1 0.2 D eb it ( m ³/ s) Volume (m³)

## Gambar 1. Grafik Pengukuran Debit Dengan Volume

## 2. Debit Terhadap daya turbin
Untuk  menghitung  daya  turbin  dibutuhkan  perhitungan  torsi  dan  kecepatan  angulernya.  Data  yang diambil dari pengujian debit air ini didapat hasil nilai massa bebannya, dan disetiap variasi debit air maka akan berbeda  hasil  massanya,  dalam  pengujian  ini  didapat  massa  pada  turbin.    diketahui  debit  air  dapat mempengaruhi massa beban yang diterima. Semakin besar debit airnya, maka semakin besar massa beban yang diterima.  Dari  data    hasil  pengujian  didapat  perhitungan  torsi.  Untuk  mendapatkan  nilai  torsinya  maka diperlukan persamaan sebagai berikut :
Dengan : = torsi (N.m)
= massa (kg)
= 2,5 kg, = 3 kg dan = 4 kg
g  = gaya gravitasi (m/s) 9,81 m/s r  = jari-jari poros turbin (m) 0,015 m
3. Perhitungan Torsi
1. Perhitungan ke-1 dengan beban 2,5 kg
= 2,5 x 9,81 x 0,015 = 0,368 N.m
2. Perhitungan ke-2 dengan beban 3 kg
= 3 x 9,81 x 0,015 = 0,441 N.m
3. Perhitungan ke-3 dengan beban 4 kg
= 4 x 9,81 x 0,015 = 0,5886 N.m
Berdasarkan  perhitungan  diatas,  torsi  tertinggi  didapat  ketika  massa  pembebanan  sebesar  4  kg, sedangkan  yang  terendah  pada  saat  massa  pembebanan  sebesar  2,5  kg.  Selain  torsi,  untuk  mengetahui  daya turbin  adalah  kecepatan  anguler,    dan  dari  pengujian  volume  ini  didapat  nilai  putaran  turbinnya,  dimana  nilai putaran turbin ini untuk mengetahui nilai kecepatan angulernya. Seperti yang terlihat pada tabel 4.1
Dari tabel tersebut kita dapat mengetahui nilai kecepatan Anguler dengan menggunakan persamaan:
=
Dengan : = kecepatan anguler (rad/s) n = Putaran Turbin (Rpm)
4. Perhitungan Kecepatan Anguler
1. Perhitungan ke-1 dengan = 263,7 Rpm
=
= 27,60 rad/s
2. Perhitungan ke-2 dengan
Rpm
= =
= 29,40 rad/s 3. Perhitungan ke-3 dengan =315,4 Rpm
= =
= 33,012 rad/s
Berdasarkan perhitungan di atas, kecepatan anguler tertinggi didapat ketika debit air sebanyak 0,000694 m³/s,  sedangkan  yang  terendah  pada  saat  debit  air  sebanyak  0,000556  m³/s.  Semakin  banyak  volume  airnya, maka  semakin  tinggi  kecepatan  anguler  yang  didapat.  Setelah  mendapatkan  nilai  torsi  dan  nilai  kecepatan angulernya  maka  dibutuhkan  perhitungan  daya  turbinnya.  Untuk  mengetahui  nilai  daya  turbin  maka menggunakan persamaan:
Dengan  : = Daya turbin (watt)
= Torsi (N.m) = = 0,386 Nm, = 0,441 Nm, = 0, 5886 Nm
= Kecepatan anguler (rad/s) = = 27,60 rad/s, = 25,978 rad/s, = 26,292 rad/s
5. Perhitungan Daya Turbin 4.4 Perhitungan ke-1 dengan = 0,386 Nm dan = 27,60 rad/s
= 0,368 x 27,60 = 10,157 watt Perhitungan ke-2 dengan = 0,441 Nm dan = 25,978 rad/s
= 0,441 x 25,978
= 11,456 watt Perhitungan ke-3 dengan
= 0,5886 Nm dan = 26,292 rad/s
= 0,5886 x 26,292 = 15,475 watt Hasil perhitungan daya kemudian dibuatkan grafik, seperti yang terlihat pada gambar  2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0.05 0.1 0.2 D ay a Tur bi n W at t)
Berdasarkan grafik di atas, daya turbin tertinggi didapat ketika  volume air sebanyak 0,2 m³, sedangkan yang terendah pada saat torsi sebesar 0,05 m³. Semakin banyak volume airnya, maka semakin tinggi pula Daya turbinnya . 6. Debit Terhadap Daya Air
Untuk mengetahui nilai daya air dengan ketinggian tetap 5,1 meter dengan menggunakan persamaan :
Dengan : Q = debit air (m³/s) = = 0,000556,
= 0,000611, = 0,000694
= massa jenis air (kg/m³) = 1000 kg/m³
= gaya gravitasi (m/s²) = 9,81 m/s² = ketinggian (m) = 5,1 m

## Perhitungan Pengujian
Perhitungan ke-1 dengan = 0,000556 m³/s
= 0,000556 x 1000 x 9,81 x 5,1 = 27,817 watt
Perhitungan ke-2 dengan = 0,000611 m³/s
= 0,000611 x 1000 x 9,81 x 5,1 = 30,569 watt
Perhitungan ke-3 dengan = 0,000694 m³/s
= 0,000694 x 1000 x 9,81 x 5,1 = 34,722 watt
Hasil perhitungan daya air kemudian dibuatkan tabel, seperti yang terlihat pada tabel 4.5.
Tabel 2 Data Hasil Perhitungan Daya Air Pada Ketinggian Tetap 5,1 m
No Debit (m³/s) Daya Air (watt) 1 0,000556 27,817 2 0,000611 30,569 3 0,000694 34,722
Berdasarkan tabel di atas, daya air tertinggi didapat ketika debit air sebesar 0,000694 m³/s, sedangkan yang terendah pada saat debit air sebesar 0,000527 m³/s. Semakin tinggi debit airnya, maka semakin tinggi pula daya air yang didapat.

## 7. Efisiensi turbin (
Untuk mengetahui nilai efisiensi pada turbin dengan daya turbin dan daya air yang telah diketahui (lihat table 3)
Tabel 3 Data Hasil Perhitungan Daya Turbin Dan Daya Air No Daya Turbin (Watt) Daya Air (Watt) 1 10,157 26,366 2 11,456 30,569 3 15,475 34,722
Berdasarkan Tabel diatas, maka untuk mengetahui efisiensi turbin dengan  menggunakan persamaan :

## Perhitungan Pengujian
= x 100% = 36.5 %
2. Perhitungan ke-2 dengan
= 11,456  watt dan
= 30,569 watt
=
x 100% =37,5 %
3. Perhitungan ke-3 dengan
= 15,475 watt dan
= 34,722 watt
= x 100% = 44,6 %
Hasil perhitungan efisiensi turbin kemudian dibuatkan tabel, seperti yang terlihat pada tabel 4.4 .
Tabel 4 Data Hasil Perhitungan Efisiensi Turbin No (watt) Efisiensi turbin ( 1 0,365 36,5 2 0,375 37,5 3 0,446 44,6
Berdasarkan tabel 4. nilai efisiensi turbin tertinggi yaitu 44,6% didapat ketika debit air sebesar 0,000694 m³/s,  sedangkan  yang terendah  yaitu 36,5% pada saat debit air sebesar 0,000556 m³/s. Dalam perhitungan ini, maka  bisa  disimpulkan  semakin  besar  debit  air  yang  keluar,  maka  semakin  tinggi  pula  efisiensi  turbin  yang didapat.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  perhitungan  perancangan  turbin  air  jenis crossflow ,  maka  dapat  disimpulkan  yaitu daya  turbin  tertinggi  yaitu  15,475  Watt  didapat  ketika  debit  air  sebanyak  0,000694  m³/s,  sedangkan  yang terendah  yaitu 10,157 Watt didapat ketika debit air 0,000556  m³/s. Nilai efisiensi turbin tertinggi  yaitu 44,6% didapat ketika debit air sebesar 0,000694 m³/s, sedangkan yang terendah yaitu 36,5% pada saat debit air sebesar 0,000556 m³/s.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Kuehuan, V.A. dan Agustinus , S. “ Analisis Desain Turbin Air Tipe Aliran  Silang ( Crossflow) Dan Aplikasinya di Desa Were I Kabupaten Ngada-NTT ”, Kupang-NTT, 2015
2. Direktorat  Jendral  EnergI  Baru  Terbarukan  Dan  Konversi  Energi  Republik  Indonesia,  “PLTMH Project In Indonesia”, November 2011.
3. Ridwan. “Mekanika Fuida Dasar”. Jakarta Pusat : GUNADARMA, 2000
4. Lisa Y.F dan R. Faisal “Analisa Aliran Fluida Pengaruh Elbow, Fitting, Valve Dan Perubahan Luas Permukaan Dalam Sistem Perpipaan”. Banten
5. Novie  .  R.  J.  “Pengaruh  Material  Plastik  Terhadap  Laju Alir  Debit  Pada  Aliran  Saluran  Terbuka”, 2013
6. Ongga, P. dkk “ Konsepsi Mahasiswa Tentang Tekanan Hidrostatis” Yogyakarta, 2009
7. Jati,  B.  M.  E  dan  Tri,  K.  P.  “  Fisika  Dasar  Untuk    Mahasiswa  Ilmu-Ilmu  Eksakta,  Teknik  Dan Kedokteran Edisi 2”, 2013
8. Himran, S. “ Turbin Air Teori dan Dasar Perencanaan Turbin Air, Cara Kerja Turbin Air, Pipa Isap, Turbin Bangki, Roda Air”, 2017
9. Rosmiati dan Ahmad, Y. “Pengaruh Variasi Diameter Nozel Terhadap Torsi Dan Daya Turbin Air”. Bontang-Kalimantan Timur,2017