## MEKANIKA : JURNAL TEKNIK MESIN
Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya Volume 8 No. 1 (2022) ISSN: 2460-3384 (p); 2686-3693 (e)

## ANALISA PERFORMA TURBIN AIR PELTON TERHADAP VARIASI JUMLAH SUDU DAN BUKAAN KATUB PADA BEBAN LAMPU
Didik Sugiono 1 , Shultoni Mahardika 2 , R.Yudi Hartono 3
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Qomarudin,Gresik ,Jawa timur Indonesia
Email 1 : ( didik@uqgresik.ac.id ) Email 2 : ( mahardika89@uqgresik.ac.id ) Email 3 : ( yudih2502@gmail.com )

## ABSTRAK
Kapasitas  air  sebagai  alternatif  sumber  energi  untuk  menggerakkan  turbin,  air  memiliki energi  potensial    berubah  menjadi  energi  kinetis.  Energi  kinetis  menjadi  energi  mekanis untuk menggerakkan poros turbin sehingga menjadi sumber tenaga atau daya sehingga dapat menggerakkan alat-alat lain yang dibutuhkan, misal generator yang menimbulkan arus listrik. Turbin yang dipakai adalah jenis turbin pelton dengan nosel tunggal serta variasi jumlah sudu mangkok,  metode  yang  digunakan  pengujian  nyata.  Pengujian  ini  dilakukun  untuk mengetahui pengaruh variasi jumlah sudu dan bukaan katub terhadap performa turbin pelton. Pengambilan  data  dilakukan  pada  variabel-  variabel  kapasitas  air,  kecepatan  pancaran  air, putaran turbin serta daya hidrolis. Hasil penelitian dan analisa data diperoleh ;  untuk variasi 14  memiliki  nilai  maksimum,  kapasitas  (Q)  4,835x
,  (V)  kecepatan  pancaran  air 6,16  (m/s),  (N)  putaran  turbin  318  Rpm  dan  (Ph)  daya  hidrolis  1,81  watt,  untuk  variasi  16 memiliki  nilai  maksimum,  kapasitas  (Q)  6,136x
,  (V)  kecepatan  pancaran  air
7,82(m/s),  (N)  putaran  turbin  321  Rpm,  (Ph)  daya  hidrolis  2,29  watt,  untuk  variasi  18 memiliki nilai maksimum, kapasitas (Q) 7,627x
, (V) kecepatan pancaran air 9,72
(m/s), (N) putaran turbin 340 Rpm, (Ph) daya hidrolis 2,86 watt.
Kata kunci: turbin air pelton, variasi sudu, nosel, putaran turbin, bukaan katub

## PENDAHULUAN
Krisis  energi  yang  melanda  dunia dewasa  ini  telah  menarik  perhatian  untuk menemukan  sumber-sumber  energi  baru yang lebih murah dan tersedia dalam jumlah yang  besar.  Hal  ini  berkaitan  dengan semakin banyak dan meningkatnya pemakaian  penggunaan  energi.  Sumber energi  yang  sudah  lazim  dipergunakan adalah  sumber  energi  minyak  bumi,  gas alam,  dan  batubara.  Sedangkan  sumber energi  air,  panas  bumi,  panas  matahari,  dan nuklir masih terus dikembangkan. Telah kita ketahui  bersama  bahwa  persediaan  sumber
energi minyak bumi, gas alam dan batu bara sangat terbatas serta disamping kecenderungan  melonjaknya  harga  sumber energi  yang  dimaksud.  Faktor  inilah  yang menjadi  tantangan  bagi  kita  untuk berusaha menjauhkan  diri  dari ketergantungan  terhadap minyak  bumi,  gas  alam,dan  batubara. Alternatifnya  adalah  sumber  energi  listrsk dengan  penggerak  turbin  air.  Dalam  hal  ini air memiliki energi potensial yang berangsur-angsur  berubah  menjadi  energi kinetis.  Energi  kinetis  menjadi  energi mekanis  untuk  menggerakkan  poros  turbin sehingga  menjadi  sumber  tenaga  atau  daya
yang  dapat  menggerakkan    generator  yang menghasilkan arus listrik.
Indonesia mempunyai potensi sangat  besar  dalam  rangka  pengembangan sumber  energi  baru  yang  renewble  sebagai sumber  energi  alternatif  yaitu  pembangkit listrik  tenaga  air  (PLTA).Perkembangan penggunaan  turbin  air  jenis  mikrohydro merupakan pengembangan pemanfaatan energi  terbarukan  yang  telah  diaplikasikan dengan  menghasilkan  kapasitas  ≤  100  Kw[ Dietzel.F. 1993].[1]
Perkembangan  turbin  pelton  dari beberapa  penelitian  menyatakan  performa turbin  dipengaruhi  beberapa  faktor  indikator sehingga  karateristik  yang  dihasilkan  sangat beragam.  Peneilitian  pada  tekanan  konstan dengan  variasi  jumlah  sudu  berpengaruh terhadap  kinerja  turbin  pelton  yiatu  Putaran turbin  dan  efisiensi  beban    padaa  sudu  12 dicapai  turbin  79%    lebih  besar  daripada 71% pada sudu 9.[2]
Dari penelitian Mafruddin dkk (2019) tentang  pengaruh  jumlah  sudu  dan  variasi diameter  nosel  menyatakan  bahwa  jumlah sudu  dan  diameter  nozel  berpengaruh terhadap  daya  turbin.  Daya  turbin  tertinggi diperoleh dengan menggunakan jumlah sudu 21  dan  diameter  nozel  8  mm  sebesar  2,15 Watt. Sedangkan dengan jumlah sudu 19 dan diameter nozel 8 mm daya turbin 1,91 Watt, daya  turbin  dengan  jumlah  sudu  23  dan diameter  nozel  8 mm  yaitu  1,95 Watt.  Daya turbin  dengan  jumlah  sudu  19  dan  diameter nozel  10  mm  yaitu  1,4  Watt,  daya  turbin dengan  jumlah  sudu  21  dan  diameter  nozel 10  mm  yaitu  1,49  Watt  dan  daya  turbin dengan  jumlah  sudu  23  dan  diameter  nozel 10 mm yaitu 1,41 Watt.[3]
Pengujian dari Iman sugiono dkk.,terhadap  turbin  pelton  dengan  variasi mangkok  15,  mangkok  20  dan  diametre nozze  nozel  0,05  meter  memiliki  dimensi tertinggi  debit  air,  putaran  poros  turbin, kecepatan  aliran  dan  daya  paling  maksimal pada jumlah mangkok terbanyak [4].
Performa turbin pelton terhadap jarak semprot  nozel  dengan  variasi  bukaan  katub yang  telah  dianalisa  menunjukkan  pengaruh
terhadap  kecepatan  pancaran  air    yang mengenai  sudu  dan  kapasitas  debit  air  yang dihasilkan sehingga mempengaruhi performa turbin dengan  maksimal pada jarak semprot pendek  dan  bukaan  penuh  90°  dengan menghasilakan  nilai  efiensi  tertinggi,  nilai hidrolis power,daya turbin, kecepatan anguler serta torsi sebesar [5].
Jumlah  sudu  pada  turbin  kinetik merupakan salah satu variabel yang mempengaruhi  putaran  dan  gaya  tangensial suatu  turbin,  sehingga  berpengaruh  terhadap daya dan efisiensi suatu turbin kinetik. Hasil penelitian  yang  dilakukan  oleh  Richard Pietersz  dkk  menunjukkan  pengaruh  jumlah sudu terhadap daya dan efisiensi jumlah sudu 5,  7,  9  dan  11,  dimana  jumlah  sudu  11 memiliki pengaruh yang lebih besar terhadap performa tuebin kinetik. [6]
Mohammad  Ulinnuha  dkk,  dalam penelitian  bertujuan  untuk  menentukan berapa banyak sudu yang digunakan prototype  turbin  pelton  untuk  menggerakan generator  sehingga  diketahui  maksimun performa  turbin.  Dari  penelitian  pada penggunaan  jumlah  sudu  maksimum  pada runner  yang  memiliki  daya  listrik  yang efektif dikarenakan memiliki kecepatan putar maksimun (Rpm).[7]
Untuk  mengetahui  parameter  kinerja dari prototype turbin pelton maka diperlukan rumus perhitungan data pengujian. Parameter yang    sudah  diukur  kemudian  dihitung  dalam penelitian  ini  yaitu  kapasitas    debit    air  dengan mengunakan  ketinggian  dari  Weirmeter  (v- notch)  seperti gambar dibawah ini:
Tujuan dari perancangan alat
Prototipe Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro Turbin Pelton ini ialah mendapatkan  satu  unit  prototipe  pembangkit listrik  tenaga  mikrohidro  turbin  Pelton sumber  daya  maxsimal  berdasarkan  variasi jumlah sudu dan debit aliran air dikarenakan bukaan  valve.Perhitungan  ini  terhadap  data- data yang didapat secara aktual.
Untuk  mengetahui  parameter  kinerja dari prototype turbin pelton maka diperlukan formula perhitungan data pengujian. Parameter  yang    sudah  diukur  kemudian
dihitung  dalam    penelitian  ini  yaitu  kapasitas debit    air  dengan    mengunakan  ketinggian  dari Weirmeter  (v-notch)    seperti  gambar dibawah ini:
Gambar 7. Weirmeter V-Notch (International, 2001) [8]
Gambar 8. Hubungan Antara Head ft dengan Coefficient Discharge (Priambodho,2019)[9]
Jumlah debit aliran air yang mengalir dapat dihitung setelah menghitung p Weirmeter (v-notch)

## (1)
Kecepatan  pancaran  (V)    dapat  diketahui kecepatan  pancar  air  dari  setiap  nosel, persamaan :
(2)
Head  total pompa pada instalasi untuk mengalirnya jumlah air dapat ditulis persamaan :
(3)
Dari  kapasitas  air  dan  tinggi  air  jatuh dapat  diperoleh  daya  yang  dihasilkan  Daya hidrolis (Ph)
(4)

## PROSEDUR EKSPERIMEN
Turbin  Pelton  adalah  turbin  impuls yang  memiliki  prinsip  kerjanya  mengubah energi  potensial  air  menjadi  energi  kinetik dalam  bentuk  pancaran  air.  Kecepatan pancaran air yang ke luar dari ujung   nozzle menumbuk sudu-sudu pada runner atau roda jalan mengakibatkan runner berputar.
Komponen utama  turbin pelton adalah  Sudu  turbin,  Nosel,  Rumah  Turbin dan bak penampungan berbentuk V- notch.Sudu  turbin  berguna  untuk  menerima kecepatan  pancaran  air  sehingga  terjadi prubahan  energi    mekanik  dalam  poros turbin.  Sudu  turbin  berbentuk  mangkok, dipasang disekeliling runner blade.
Nosel.berfungsi;  (1)  Mengarahkan  pancaran air  ke  sudu  turbin,  (2)  Mengubah  tekanan menjadi  energi  kinetic,  dan  (3)  Mengatur kapasitas  air  yang  masuk  ke  turbin.  Rumah Turbin  berfungsi  sebagai  tempat  dudukan roda jalan dan penahan air yang ke luar dari sudu-sudu  turbin.  Konstruksi  instalasi  turbin air  pelton  harus  kuat  untuk  menahan  teknan air  dari  runner  blade  seperti  gambar  sebagai berikut:
Gambar 9. Instalasi Turbin air pelton
Metode  penelitian  yang  dilakukan dengan  metode  eksperimen  di  laboratorium jurusan teknik mesin Penelitian yang maksud dengan  metode  eksperimen  nyata  (true experimental  research)  dengan  perancangan alat  berupa  runner  blade,sudu,poros  dan rumah  turbin  untuk  mengetahui  performa turbin  air  jenis  pelton  bila  jumlah  sudu divariasi, antara lain 14, 16, dan 18 sudu dan
bukaan katub dengan kondisi runner tetap.Perangcangan  runner  menggunakan ukuran  250  mm  yang  nanti  terpasang berbagai variasi sudu yang telah ditetapkan,model  perancangan  seperti  yang ditunjukkan pada gambar sebabagai berikut:
Gambar 10.runner sudu 14
Gambar 11.Runner sudu 16
Gambar 12.Runner sudu 18
Ukuran  sudu  memiliki  ukuran  lebar 50  mm  serta  tinggi  70  mm  dibuat  dengan proses  pengecoran  alumunium  dan  diameter nosel 10 mm. Perakitan sudu-sudu yang telah dibor  seperti  gambar.13  serta  gambar  14 rumah  turbin,  pada  runner  yang  memiliki besaran sudut dan jumlah sudu yang berbeda serta  pemasang  poros  sehingga  terlihat  pada gambar dibawah ini:

## Gambar 13.Runner Turbin Air Pelton
Gambar 14.Turbin Air Pelton Prosedur  pengoperasian  peralatan instalasi  turbin  pelton  meliputi;  (1)  Jenis  jet pompa  yang  memiliki  tekanan  pancaran  air tinggi,  (2)  Pressure  gauge  berfungsi  untuk mengukur  tekanan  aliran  air,  (3)  multimeter berfungsi  untuk  mengukur  tegangan  dan ampere, dan (4) Tachometer berfungsi untuk mengukur putran poros turbin.
Prosedur  pengambilan  data  instalasi turbin  pelton  dengan  variasi  jumlah  sudu meliputi;  (1)  Mengukur  ketinggian  pada alat ukur weir atau bendungan yang berbentuk V untuk  memperoleh  data  nilai  V-notch,  (2) Pengukuran tekanan air menggunakan manometer,  (3)  pengukuran  Revolution  per menit  (Rpm)  menggunakan  tachometer,(4) pengukuran  dan  analisa  kapasitas  atau  debit air dan head turbin sebagai data pembahasan selanjutnya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Performa  turbin  air  pelton  sangat tergantung  pada  besarnya  debit  air,  dimana peneltian  ini  melakukan    kontrol  bukaan katub  dan  penambahan  sudu  sehingga berpengaruh  terhadap  kapasitas  air  yang
dihasilkan,  semakin  besar  debit  yang diberikan  akan  menaikan  daya  suatu  turbin. Dari  hasil  penelitian  dan  pengeolahan  data, maka  terdapat  suatu  perhitungan  dimana hasil  performa  turbin  air  pelton  dapat dipengaruhi  kontrol  bukaan  katub  dan penambahan sudu.

## 4.1 Analisa data penelitian
Setelah  melakukan  perhitungan  dan analisa  data  maka  diperoleh  hasil  data  pada tabel dibawah ini:
Tabel 1. Analisa jumlah sudu 14
Bukaan Katup (°) Q (m³/s) Vc (m/s ) N (rpm) Vn oth (cm )
P (kg/cm ²) Ph (watt )
15 0 0 0 0 0 0
30 1,348.
10ˉ⁴ 1,72 145 3 0,24 0,52
45 1,982. 10ˉ⁴ 2,52 233 3,5 0,48 0,77
60 2,768. 10ˉ⁴ 3,53 263 4 0,5 1,04
75 3,716. 10ˉ⁴ 4,73 269 4,5 0,52 1,39
90 4,835. 10ˉ⁴ 6,16 318 5 0,55 1,81

## Tabel 2. Analisa jumlah sudu 16
Bukaan Katup (°) Q (m³/s) Vc (m/s) N (rpm) Vnot h (cm) P (kg/ cm²) Ph (watt) 15 0 0 0 0 0 0
30 1,348. 10ˉ⁴ 1,72 161 3 0,24 0,52
45 1,982. 10ˉ⁴ 2,52 295 3,5 0,48 0,77 60
2,768. 10ˉ⁴ 3,53 316 4 0,5 1,04 75 3,716. 10ˉ⁴ 4,73 318 4,5 0,52 1,39
90 6,136. 10ˉ⁴ 7,82 321 5,5 0,55 2,29
Tabel 3. Analisa jumlah sudu 18

## 4.2 Analisa data pada grafik
Dari  tabel  analisa  data  pada  setiap jumlah  sudu  dan  bukaan  katup  diatas, selanjutnya dapat digambarkan dalam diagram  grafik  guna  mengetahui  pengaruh jumlah  sudu  dan  bukaan  katup  yang digunakan  terhadap  aliran  fluida,  daya hidrolis,  kecepatan  putar  dan  kecepatan pancaran air  yang  dihasilkan  pada  prototype turbin air pelton
Gambar 15. Grafik bukaan katub dan sudu terhadap kapasitas air (m³/s) Dari  gambar  15  hubungan  grafik diperoleh  debit  fluida  yang  bervariasi  dari ketiga  bukaan  katup  pada  masing  masing jumlah  sudu,  dimana  semakin  besar  bukaan katup,  maka  debit  aliran  fluida  yang dihasilkan  akan  semakin  banyak  pula. Namun jumlah sudu tidak begitu berpengaruh terhadap debit yang dihasilkan.
Bukaan Katup (°)
Q (m³/s) Vc (m/s) N (rpm) Vnot h (cm) P
(kg/c m²)
Ph
(watt) 15 0 0 0 0 0 0
30 1,348. 10ˉ⁴ 1,72 181 3 0,24 0,52
45 2,768. 10ˉ⁴ 3,53 308 4 0,48 0,77
60 3,716. 10ˉ⁴ 4,73 329 4,5 0,5 1,39
75 4,846. 10ˉ⁴ 6,17 333 5 0,52 1,82
90 7,627. 10ˉ⁴ 9,72 340 6 0,55 2,86
Gambar 16. Grafik bukaan katub dan sudu terhadap kecepatan pancaran air (m/s)
Dari  gambar  16  hubungan  grafik diperoleh  kecepatan  pancaran  air  keluar dari nozzel  yang  bervariasi  dari  ketiga  bukaan katup  pada  masing  masing  jumlah  sudu, dimana  semakin  besar  bukaan  katup,  maka debit  aliran  fluida  yang  dihasilkan  akan semakin  banyak  sehingga  berpengaruh  pada kecepatan pancaran air. Namun jumlah sudu tidak  begitu  berpengaruh  terhadap  debit  dan kecepatan pancaran air yang dihasilkan.
Gambar 17. Grafik bukaan katub dan sudu terhadap kecepatan putar (Rpm) Dari  gambar  17  hubungan  grafik diperoleh  kecepatan  putar  turbin  yang bervariasi  dari  ketiga  bukaan  katup  pada masing masing jumlah  sudu, dimana semakin  besar  bukaan  katup,  maka  debit aliran  fluida  yang  dihasilkan  akan  semakin banyak sehingga berpengaruh pada kecepatan  pancaran  air.  Penambahan  jumlah sudu  berpengaruh  terhadap  kecepatan  putar turbin yang dihasilkan.
Gambar 18. Grafik bukaan katub dan sudu terhadap daya hidrolis turbin (watt)
Dari  gambar  18  hubungan  grafik diperoleh daya hidrolis turbin yang bervariasi  dari  ketiga  bukaan  katup  pada masing masing jumlah  sudu, dimana semakin  besar  bukaan  katup,  maka  debit aliran  fluida  yang  dihasilkan  akan  semakin banyak  sehingga  berpengaruh  pada  daya hidrolis  turbin.  Penambahan  jumlah  sudu tidak  berpengaruh  terhadap  daya  hidrolis turbin  yang  dihasilkan,  namun  dipengaruhi ketinggian jatuh air dan kapasitas air.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan analisis hasil dan pembahasan  yang telah dilakukan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Semakin  banyak  jumlah  sudu  pada runner  turbin  air  pelton  dapat menaksimalkan  implus  kecepatan pancaran  air  yang  mengenai  sudu sehingga  menghasilkan    kecepatan putaran turbin yang maksimal dan.Performa  turbin  air  pelton  pada penelitian  ini  terletak  pada  jumlah sudu  18  dengan  bukaan  katub  penuh 90°
2. Besarnya bukaan katub akan menghasilkan  debit  air  maksimal pada  turbin  air  pelton  sehingga mempengaruhi    kapasitas  air  yang dibutuhkan untuk menghasilkan kecepatan  pancaran air keluar nozzel mengenai sudu turbin sehingga mampu  menggerakan  turbin  dengan kecepatan  putar  dan  daya  hidyrolis maksimum.

## REFERENSI
[1]  Dietzel.  F.,1993.  “Turbin  pompa  dan kompresor, Erlangga Jakarta
[2]Niharman dkk., 2021 “Analisa pengaruh jumlah    sudu    terhadap  efisiensi  turbin pelton    dengan    tekanan    konstan  , Teknik  Mesin  ,  Fakultas  Teknik Universitas  Prof.  DR.  Hazairin  ,SH.
Jurnal  TEKNOSIA  vol.  1  no.1,  Juni 2021,hal: 36-42.
[3] Mahfruddin  dkk.,  2019.  “  Pengaruh jumlah    sudu  dan  diameter  nozel terhadap kinerja  turbin  pelton “., Jurnal program  studi teknik masin  Universitas
Muhamadyah Metro ,Lampung Indonesia. [4] Imam  Sugiono  dkk.,2021  .  “  Pengujian turbin  pelton  dengan  variasi  jumlah mangkok  tunggal  dan  dimensi  nozel terhadap  putaran  turbin dan daya turbin ”, Prodi Teknik Mesin, Fakultas Teknik,
Universitas Islam Kalimantan MAB,Kayu Tangi Banjarmasin. [5] Anugrah  Zikri,  2022.    “Analisa pengaruh  jarak  semprot  nozzle  dan variasi  bukaan  katub  pengatur  debit  air terhadap  unjuk  kerja    turbin    pelton  , Tugas  Akhir  Program    studi  Teknik
Mesin  ,  Fakultas  Tenik,  Universitas Islam  Riau..
[6] Richard    Pieters  dkk,2013.  Pengaruh jumlah    sudu    terhadap  optimalisasi
kinerja turbin kinetik roda
tunggal,Jurusan  Teknik  .mesin,Fakultas teknik  Universitas    Brawijaya  Malang
,indonesia.
[7] Mohammad  Ulinnuha  dkk,2017  . Pengaruh  variasi jumlah sudu  terhadap daya  listrik yang  dihsilkan  pada  turbin turbin  pelton  ,  Jurusan  Teknik  Mesin Fakultas    Teknik    Universitas  Islam
Malang. Indonesia
[8] International  A..,  2001.  Standar  test method for open-Chanel flow
measurement  of    water  with  thin-plate weirs
[9] Priambodho,G.R,
2019. Laporan praktikum fenomena dasar mesin turbin reaksi aliran vortex berpenampang pelat datar sudu 8 dengan variasi kapasitas,Universitas Negeri  Surabaya .