## UNJUK KERJA TURBIN AIR TIPE CROSS FLOW DENGAN VARIASI DEBIT AIR DAN SUDUT SERANG NOSEL
Yudi Setiawan, Irfan Wahyudi, Erwin Nandes Jurusan Teknik Mesin, Universitas Bangka Belitung Jl.Merdeka no. 04 Pangkalpinang E-mail : yudiubb@yahoo.co.id

## Abstrak
Turbin  air  adalah  suatu  mesin  yang  menghasilkan  energi  mekanik  berupa  putaran  poros  dengan memanfaatkan  energi  potensial  air.  Energi  ini  selanjutnya  diubah  menjadi  bentuk  energi  lain  seperti  energi listrik. Turbin air yang digunakan di Indonesia sebagian  besar adalah turbin aliran silang (cross flow). Turbin cross flow  memiliki kontruksi  yang sederhana dan  memberikan biaya operasional kecil. Pentingnya dilakukan penelitian ini adalah  untuk  mengetahui pengaruh debit air  dan variasi  sudut serang nosel terhadap unjuk kerja turbin  cross  flow.  Penelitian  ini  dilakukan  menggunakan  instalasi  penelitian  yang  tersusun  atas  beberapa peralatan  utama.  Diantaranya  runner  (piringan  dan  sudu),  nosel,  rotameter,  tachometer,  dan  neraca  pegas. Penelitian ini menggunakan debit 5 gpm dan 10 gpm dengan  variasi sudut serang nosel mulai dari 10 o , 20 o , 30 o , 40 o ,  50 o ,  60 o ,  70 o ,  dan  80 o menggunakan  sudu  berjumlah  18.  Unjuk  kerja  turbin  cross  flow  ditunjukkan berdasarkan  daya,  putaran  dan  efisiensi  turbin  yang  dihasilkan  dari  percobaan.  Hasil  percobaan  menunjukkan bahwa debit 10 gpm ternyata lebih baik dibandingkan debit 5 gpm yaitu pada  putaran (131,7 rpm), daya (0,901 watt) dan efisiensi (72,90 %)  terjadi pada sudut 30 o .
Kata kunci : Debit, Sudut Serang Nosel, Daya Turbin, Putaran, Efisiensi.

## PENDAHULUAN
Sumber  migas  yang  terdapat  di  bumi sangat terbatas dan pada suatu saat akan habis. Saat  ini  energi  listrik  merupakan  salah  satu sumber  energi    vital  bagi  kehidupan  manusia, baik  sektor  rumah  tangga,  komersial,  publik maupun industri. Havinato, J. (2009) menyatakan  turbin  cross-flow  merupakan  jenis turbin  yang  dikembangkan  oleh  Anthony Michell  (Australia),  Donat  Banki  (Hongaria) dan Fritz Ossberger (Jerman). Turbin crossflow dapat  dioperasikan  pada  debit  20  litres/sec hingga 10 m 3 /sec dan head antara 1 s/d 200 m. Beberapa keunggulan turbin cross flow diantara kisaran  operasi  yang  luas,  sebagai  alternatif Turbin Francis, pengaturan efisiensi yang tetap tinggi  pada  debit  rendah,  mudah  dan  murah proses fabrikasi dan pemeliharaan. Namun juga memiliki  keterbatasan  yaitu  efisiensi  lebih rendah dan pengaturan secara load control .
Beberapa  penelitian  tentang  turbin  air  antara lain,  Salim  (2009)  melakukan  uji  kelayakan turbin cross  flow menggunakan  pipa  3  inchi dan  jumlah  sudu  10  buah  menghasilkan efisiensi  dan  daya  terbesar  juga  pada  sudut  30 pada  debit  10  gpm  dibandingkan  debit  6  gpm dan  8  gpm  sebesar  3,96  %.  Hasil  ini  memang lebih  kecil  dibandingkan  penelitian  yang dilakukan  menghasilkan  efisiensi  mesin  turbin
sebesar  14,56  %.  Winardi,  dkk  (2004) menyimpulkan  bahwa  semakin  banyak  jumlah sudu,  putaran  turbin  semakin  meningkat. Sedangkan  Setyarini,  P.,  dkk,  (2012)  bahwa pada posisi sudut pancar miring torsi, daya dan efisiensi  turbin  air  aliran  silang  lebih  tinggi dibandingkan pada posisi sudut pancar horizontal atau vertikal.
Sumber energi ini berupa  air sungai di wilayah  pemukiman  daerah  perbukitan,  ada beberapa  air  sungai    yang  dapat  dimanfaatkan untuk  membangkitkan  energi  listrik  dengan menggunakan  turbin  air  untuk  memenuhi kebutuhan  energi  penduduk  di  sekitarnya. Turbin  air tipe  cross  flow paling  banyak diaplikasikan  di  masyarakat  sebagai  sebuah bagian  dari  pembangkit  listrik  tenaga  air  skala kecil  (mikrohidro).  Penelitian  ini  bertujuan untuk  mengetahui  pengaruh  variasi  sudut serang  dan  debir  air  terhadap  unjuk  kerja (putaran,  daya  dan  effisiensi)  turbin  air  tipe cross flow.

## METODE PENELITIAN
Peralatan  penelitian  dirangkai  dalam suatu  instalasi  penelitian  yang  tersusun  atas pompa  sentrifugal  dengan  spesifikasi  debit maksimal 340 L/m yang tersusun atas beberapa
peralatan  utama.  Diantaranya  runner  (piringan dan  sudu),  nosel, rotameter,  tachometer, dan neraca pegas. Penelitian ini menggunakan debit 5 gpm dan 10 gpm dengan variasi sudut serang nosel mulai dari 10 o , 20 o , 30 o , 40 o , 50 o , 60 o , 70 o , dan 80 o menggunakan sudu berjumlah 18.
(a)
(b)
Gambar 1.(a) variasi sudut serang nosel  (b)
Instalasi  Penelitian
Unjuk kerja turbin cross flow ditunjukkan  berdasarkan  daya  (P),  putaran  (N) dan  efisiensi  turbin  (µ).  Daya  teoritis  (po) adalah  daya  yang  mungkin  dihasilkan  oleh potensi  air  yang  ada.  Daya  turbin  (P T )  adalah daya  yang  dihasilkan  setelah  daya  teoritis tersebut  dikonversi  oleh  turbin  menjadi  daya mekanik.  Dietzel,  Fritz  (1990),  besarnya  daya teoritis:
(  ) dimana V 2 = √2gh
Turbin air cross flow yang sedang dialiri air  dengan  debit  (Q)    akan  berputar  dengan kecepatan putaran turbin (N) rpm. Untuk setiap nilai  Q  yang  dipilih,  dilakukan  pembebanan pada  poros  turbin  hingga  putaran  turbin mencapai  0  rpm.  Besarnya  beban  ( M) ,  dapat digunakan  untuk  mengetahui  besarnya  torsi turbin ( T ) yang pada akhirnya didapatkan daya turbin.
Daya turbin
Nilai  torsi  (T)  didapat  dari  selisih tegangan tali dengan beban kemudian dikalikan dengan  jari-jari  puli  (R).  Rumus  untuk menghitung torsi adalah sebagai berikut :

## (     )
Dari  persamaan  diatas  dapat  diperoleh  rumus effisiensi turbin ( ) sebagai berikut:
Efisiensi turbin

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Variasi  Perubahan  Sudut  Serang  Terhadap Putaran Maksimum Turbin
Tabel 1. Pengaruh Perubahan sudut serang terhadap putaran maksimum turbin Sudut Serang Putaran Turbin (rpm) Q = 5 gpm Q = 10 gpm 10 117,367 145,233 20 132,033 193,267 30 134,9 200,5 40 124,9 175 50 67,0667 102,533 60 46,9 99,4667 70 0 38,8667 80 0 0
Berdasarkan  tabel  1  perubahan  sudut serang nozel terhadap kecepatan putaran turbin sangat  berpengaruh.  Kisaran  besar  putaran turbin  pada  debit  5  gpm  yaitu  0  –  140  rpm. Pada  debit  air  (Q)  =  5  gpm  ternyata  sudut  30 o memiliki kecepatan putaran turbin paling tinggi yaitu 134, 9 rpm. Sedangkan pada sudut serang yang  lainnya  putaran  turbin  semakin  menurun. Bahkan pada sudut 70 o dan 80 o tidak dihasilkan putaran  sama  sekali.  Hal  ini  berhubungan dengan  posisi  sudut  yang  semakin  horizontal pada  sudut  kecil  dan  semakin  vertikal  pada sudut  yang  semakin  besar.  Sehingga  posisi jatuhnya  air  terhadap  turbin  tidak  maksimum untuk sudut yang cenderung horizontal maupun vertikal.  Sebab  pada  posisi  miring  merupakan posisi  terbaik  dibandingkan  dengan  posisi horizontal atau vertikal (Soenoko, R. 1992).
Secara umum perbedaan putaran turbin terhadap  perubahan  sudut  serang  dapat  dilihat pada gambar 2 berikut.
Gambar 2  Grafik Perubahan Sudut Terhadap Putaran Turbin Kisaran  besar  putaran turbin  pada  debit  5  gpm yaitu 0 – 201 rpm. Sama halnya pada debit air (Q)  =  10  gpm,  sudut  30 o memiliki  pengaruh terbesar  untuk  kecepatan  turbin    yaitu dihasilkan  200,5  rpm.    Hanya  saja  pada  sudut 70 o untuk  debit  air  sebanyak  10  rpm  masih
dihasilkan  putaran  turbin  meskipun  jumlah kecil.
Hal  ini  terjadi  karena  memang  sudut terbaik  untuk  mendapatkan  daya  dan  efisiensi maksimum  pada  suatu  turbin  air cross  flow dilakukan  pada  sudut  30 o .  Dikarenakan  pada sudut ini memang kecepatan air terbesar terjadi akibat  pengaruh  posisi  semburan  yang  miring. Sebab  pada  posisi  miring  merupakan  posisi terbaik  dibandingkan  dengan  posisi  horizontal atau vertikal ( Soenoko, R. 1992).

## Hubungan Putaran Turbin Pada Daya Maksimum untuk Q= 5 gpm
Perbedaan daya maksimum yang dihasilkan  pada  setiap  putaran  turbin  untuk sudut  serang  yang  berbeda  dapat  dilihat  pada gambar 3 berikut:
Gambar  3  Grafik  Daya  Turbin  dengan  Putaran Turbin pada debit 5 gpm
Daya terbesar dihasilkan pada saat posisi sudut serang  sebesar  30 o yaitu  daya  maksimum mencapai  0,2415  watt  dengan  putaran  turbin sebesar 70,567 rpm. Selanjutnya semakin besar sudut  ternyata  daya  turbin  mencapai  titik  nol (turbin  tidak  bergerak  sama  sekali).  Hal  ini berhubungan  dengan  posisi  sudut  serang  air semakin  tegak  lurus  turbin  sehingga  turbin tidak bergerak.

## Hubungan Putaran Turbin Pada Daya Maksimum untuk Q= 10 gpm
Pada gambar 4 terlihat perbedaan daya maksimum yang dihasilkan pada setiap putaran turbin untuk sudut serang yang berbeda.
Gambar 4  Grafik Daya Turbin dengan Putaran Turbin pada debit 10 gpm
Daya terbesar dihasilkan pada saat posisi sudut serang  sebesar  30 o yaitu  daya  maksimum mencapai  0,901  watt  dengan  putaran  turbin sebesar  131,7  rpm.  Selanjutnya  semakin  besar sudut ternyata daya turbin semakin kecil hingga mencapai  titik  nol  (turbin  tidak  bergerak  sama sekali).  Namun  berbeda  pada  percobaan  debit air  5  gpm,  pada  debit  air  10  gpm  untuk  sudut 60 o dan  70 o masih  dihasilkan  putaran  dengan daya  yang  semakin  kecil.  Hal  ini  disebabkan pada  debit  10  gpm  kuantitas/jumlah  air  yang masuk  pada  alat  lebih  besar  sehingga memungkinkan  untuk  menggerakan  turbin meskipun  putarannya  semakin  kecil.  Hal  ini juga  berhubungan  dengan  posisi  sudut  serang air semakin tegak lurus turbin sehingga putaran turbin  semakin  kecil  hingga  turbin  tidak bergerak.

## Hubungan  Putaran  Turbin  Pada  Efisiensi Maksimum untuk Q = 5 gpm
Perbedaan  besar  efisiensi  turbin  pada setiap sudut serang dapat dilihat pada gambar 5 berikut:
Gambar  5  Grafik  Efisiensi  Turbin  dengan Putaran Turbin pada debit 5 gpm
Gambar  5  menjelaskan    perbedaan besar  efisiensi  turbin  pada  setiap  sudut  serang yang  diujikan.  Kisaran  tingkat  efisiensi maksimum  pada  masing-masing  sudut  serang yaitu  0  –  40%.  Sebanding  dengan  besar  daya turbin  efisiensi  turbin  juga  dihasilkan  pada debit 5 gpm dan  sudut 30 o yaitu sebesar 39,07 % dengan putaran turbin 70,567 rpm.
Hubungan Putaran Turbin Pada Efisiensi Maksimum untuk Q= 10 gpm Hubungan antara efisiensi turbin dengan putaran turbin pada debit 10 gpm dapat dilihat pada gambar 6 berikut:
Gambar 6 Grafik Efisiensi Turbin dengan Putaran Turbin pada debit 10 gpm
Gambar  6  menggambarkan  kisaran tingkat  efisiensi  maksimum  pada  masing- masing sudut serang untuk Q = 10 gpm yaitu 0 –  75%.  Efisiensi  maksimum  turbin  juga dihasilkan  pada debit  10    gpm  dan  sudut  30 o sebesar  72,90  %  dengan  putaran  turbin  131,7 rpm.

## KESIMPULAN
Daya maksimum dan efisiensi maksimum  yang  dihasilkan  berturut-turut adalah  0,91  watt  dengan  tingkat  efisiensi sebesar  72,90  %  dengan  kecepatan  turbin sebesar  131,7  rpm  terjadi  pada  debit  10  gpm. Sudut serang nosel terbaik untuk menghasilkan daya  dan  efisiensi  mesin  turbin  air  tipe cross flow adalah  pada  sudut  30 o berlaku  untuk  tiap debit  air  yang  diujikan.  Putaran  turbin maksimum  terjadi  pada  debit  10  gpm  dengan perbandingan  debit  yang  diujikan  5  gpm. Semakin  besar  debit  air  yang  digunakan  maka semakin  besar  pula  puataran  turbin  yang dihasilkan.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Dietzel,  Fritz.  1990.  Turbin,  Pompa  dan Kompresor. Jakarta : Erlangga.
2. Havinato,  J.  2009.  Penggunaan  Turbin Cross Flow pada Pembangkit Listrik Tenaga
Mikro  Hidro.  Deputi  Manager  Evaluasi Diklat dan Assessment PLN Pusdiklat.
3. Salim,  N.  2009.  Unjuk  Kerja  Turbin  Air Tipe Cross  flow dengan  Variasi  Jari-jari
Kelengkungan  Sudu.  Yogyakarta  Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada.
4. Setyarini, P., dkk. 2012. Unjuk Kerja Turbin Arus  Lintang  Berlorong  Pengarah  Dengan Variasi Sudut Pipa Pancar.
5. Soenoko,  R.  1992.  Desain  Turbin  Arus
Lintang  di  Indonesia.  Jurnal  Vol.  1  No.  2 Desember 1992. Fakultas Teknik UNIBRAW.
6. Winardi, dkk. 2004. Pengaruh Jumlah Sudu Roda  Jalan  Terhadap  Unjuk  Kerja    Turbin Aliran Silang. Jurnal Teknosains Vol. 2 No. 17 Tahun 2004. Fakultas Teknik Universitas
Gajah Mada.