Experimental Study on the Effect of the Transverse U-Shaped Bucket Height-to-Outer Diameter Ratio (t/D) on the Power Output and Efficiency of a Pelton Turbine

Studi Eksperimental Pengaruh Variasi Rasio Tinggi Sudu Tipe U Posisi Melintang dengan Diameter Luar Turbin Pelton Terhadap Daya dan Efisiensi.

Abstract

Kebutuhan energi listrik yang terus meningkat mendorong pengembangan sumber energi terbarukan, salah satunya melalui Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Turbin Pelton merupakan turbin impuls yang banyak digunakan pada PLTMH karena mampu bekerja pada kondisi head tinggi dan debit relatif kecil. Salah satu faktor yang memengaruhi performa turbin Pelton adalah geometri sudu, khususnya rasio tinggi sudu terhadap diameter luar turbin (t/D). Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh variasi rasio tinggi sudu tipe U posisi melintang terhadap daya dan efisiensi turbin Pelton.

Penelitian menggunakan metode eksperimen laboratorium pada turbin Pelton poros horizontal dengan diameter runner 246 mm, jumlah sudu 8 buah, sudut kelengkungan 180°, diameter nozzle 25,4 mm, dan jarak semprot 50 mm. Variasi rasio tinggi sudu yang digunakan yaitu 0; 0,0406; 0,0813; dan 0,1219. Pengujian dilakukan pada empat kapasitas aliran air, yaitu 0,00229 m³/s, 0,00260 m³/s, 0,00328 m³/s, dan 0,00449 m³/s, dengan pembebanan bertahap menggunakan Prony Brake hingga turbin berhenti berputar. Parameter yang dianalisis meliputi daya turbin dan efisiensi turbin.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi rasio tinggi sudu berpengaruh terhadap performa turbin Pelton. Rasio 0,0813 menghasilkan performa terbaik dibandingkan variasi lainnya karena mampu mengoptimalkan luas tangkapan pancaran air serta meningkatkan perubahan momentum aliran pada permukaan sudu sehingga transfer energi kinetik menjadi energi mekanik berlangsung lebih efektif. Daya turbin tertinggi diperoleh sebesar 28,405 Watt pada kapasitas aliran air 0,00449 m³/s dengan pembebanan 25 kg, sedangkan efisiensi tertinggi sebesar 26,39% diperoleh pada kapasitas aliran air 0,00229 m³/s dengan pembebanan 10 kg. Dengan demikian, rasio tinggi sudu 0,0813 merupakan konfigurasi yang paling optimal dalam meningkatkan daya dan efisiensi turbin Pelton untuk aplikasi PLTMH.