PERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HYDRO
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Penyediaan energi di masa depan merupakan permasalahan yang
senantiasa menjadi perhatian semua bangsa karena bagaimanapun juga
kesejahteraan manusia dalam kehidupan modern sangat terkait dengan jumlah dan
mutu energi yang dimanfaatkan. Bagi Indonesia yang merupakan salah satu
negara sedang berkembang, penyediaan energi merupakan faktor yang sangat
penting dalam mendorong pembangunan. Seiring dengan meningkatnya
pembangunan terutama pembangunan di sektor industri, pertumbuhan ekonomi
dan pertumbuhan penduduk, kebutuhan akan energi terus meningkat ( Bono dan
Indarto, 2008 ).
Air adalah sumber energi yang dapat didaur ulang yang dapat dibedakan
menurut tenaga air (hydropower). Suatu energi air penggerak listrik bergantung
kepada energi potensial air pada suatu ketinggian tertentu. Energi potensial air
dikonversi menjadi energi mekanis melalui sebuah turbin untuk kemudian
dikonversi menjadi energi listrik melalui generator listrik. Daya keluaran dari
pusat listrik tenaga air bergantung dari aliran massa air yang mengalir dan tinggi
jatuhnya air. Energi air bergerak terdapat di tempat-tempat yang curah hujannya
tinggi. Indonesia memiliki potensial tenaga air yang cukup besar. Pengunaan
potensi tenaga air skala kecil dan menengah mulai dikembangkan dan digalakkan
mulai akhir-akhir ini untuk menghasilkan pusat lisrik tenaga mini dan mikrohidro
di daerah- daerah yang potensi sumber airnya tidak terlalu besar. Hal ini banyak
1
2
dilakukan di negara-negara yang sedang berkembang, termasuk Indonesia.
Terutama di daerah yang masih memiliki hutan yang lebat. Berawal dari itulah,
untuk
menghemat
pemakaian
sumber
energi
minyak
,
maka
sangat
menguntungkan apabila kita memanfaatkan sumber energi potensial air menjadi
energi listrik dengan menggunakan turbin air sebagai pesawat konversi energi
yang mengubah energi potensial air menjadi energi listrik ( Pudjanarsa dan
Nursuhud, 2006).
Oleh karena itu, sejalan dengan pemikiran di atas maka di Indonesia yang
mempunyai sungai-sungai yang cukup banyak jumlahnya, dimana sungai-sungai
tersebut sangat besar untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan,
terutama pada wilayah terpencil yang terletak di daerah pegunungan. Pembangkit
listrik tenaga mikro hydro (PLTMH) merupakan solusi yang tepat untuk
dikembangkan. Berbagai teknologi pembangkit banyak diterapkan dalam PLTMH
baik dari sisi turbin dan instrument. Di dalam turbin kita mengenal berbagai jenis
turbin yang dipergunakan. Salah satunya turbin pelton yang menggunakan prinsip
impuls dan memerlukan head yang cukup tinggi, turbin pelton inilah yang sangat
cocok untuk pembangkit listrik di daerah pegunungan yang mempunyai head yang
sangat tinggi.
1.2
Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari perancangan turbin pelton ini antara lain :
1. Berapa dimensi yang digunakan dari komponen-komponen utama
turbin pelton.
2. Bagaimana gambar rancangan turbin pelton
3
1.3
Tujuan Perancangan
Tujuan dari perancangan ini untuk merancang turbin pelton sebagai
pembangkit listrik tenaga mikro hydro.
1.4
Batasan Masalah
Batasan perancangan ini adalah :
1. Perancangan ini menggunakan kapasitas air Q = 0,25 (�3 / dt)
2. Perancangan ini menggunakan tinggi jatuh air H = 150 (m)
3. Aliran fluida yang masuk ke turbin diasumsikan sebagai aliran yang
stabil
4. Tidak membahas generator dan system transmisi.
PERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA MIKRO HYDRO
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada :
Universitas Muhammadiyah Malang
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
OVAN DWI RIVANTO
09510101
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMDIYAH MALANG
2015
ii
iii
iv
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas
berkat, rahmat, taufik dan hidayah-Nya, penyusunan skripsi yang berjudul
“Perancangan Turbin Pelton Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro”
dapat diselesaikan dengan baik, meskipun terdapat halangan-halangan yang
menjadi pelambat pengerjaannya.
Penyusunan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan
gelar Sarjana Teknik jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang.
Penulis menyadari bahwa dalam proses penulisan skripsi ini banyak mengalami
kendala, namun berkat bantuan, bimbingan, kerjasama dari berbagai pihak dan
berkah dari Allah SWT sehingga kendala-kendala yang dihadapi tersebut dapat
diatasi. Untuk itu penulis menyampaikan ucapan banyak-banyak terima kasih dan
penghargaan kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penuyusunan skripsi
ini. Selain itu juga disampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Allah SWT yang telah memberi kesempatan, kesehatan, berkah, dan hidayahNya.
2. Kedua Orang tua saya, Kakak saya dan Keluarga besar saya yang telah
banyak mendukung saya baik dalam hal do’a, moral, masukan, arahan,
motivasi, dan materi.
3. Bapak Ir.Herry Suprianto, MT, selaku pembimbing I yang telah dengan sabar,
tekun, tulus, ikhlas meluangkan waktu, tenaga dan pikiran memberikan
bimbingan, motivasi, arahan, dan saran-saran yang sangat berharga pada
penulis selama menyusun skripsi.
vi
4. Bapak Ir. Eko Hariyadi, MT, selaku pembimbing II saya, yang dengan penuh
kesabaran telah banyak meluangkan waktu beliau, dan banyak memberikan
petunjuk arahan serta bimbingan untuk mengerjakan skripsi ini.
5. Bapak Ir. Daryono, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammdiyah Malang.
6. Dosen wali saya bapak Ir. Ali Syaifullah, MT, yang telah banyak-banyak
memberi motivasi dan semangat kepada saya untuk lekas menyelesaikan
skripsi ini.
7. Terimakasih kepada Syamsul Arifin, Moh. Rifai Saputra yang telah
membantu melancarkan pengerjaan skripsi ini secara nonteknis.
8. Terimakasih yang terdalam juga kepada keluarga besar SIN-C 09 tanpa
pengecualian yang telah banyak-banyak memberi masukan, motivasi, bantuan
tenaga, moral maupun materi, dan do’anya sampai terselesaikannya skripsi
ini. “Tanpa Kalian Saya ZERO Kawan-kawan”.
9. Dosen-dosen dan staf kepengajaran dibangku perkuliahan yang telah banyak
memberikan saya ilmu, pengetahuan, dan wawasan kepada penulis.
10. Dosen penguji skripsi, yang telah banyak memberikan masukan, kritik, dan
sarannya tentang materi-materi yang penulis belum pahami sebelumnya.
11. Staf Tata Usaha (TU) jurusan Teknik Mesin, yang telah meluangkan
waktunya untuk saya mengurus keperluan administrasi.
12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebut satu persatu yang telah membantu
dalam pengerjaan skripsi ini.
vii
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i
POSTER ................................................................................................................ ii
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. iii
LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING I ........................................................... iv
LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING II ............................................................ v
LEMBAR SURAT PERNYATAAN .................................................................... vi
ABSTRAK INGGRIS .......................................................................................... vii
ABSTRAK INDONESIA .................................................................................... vii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
DAFTAR ISI ........................................................................................................ xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiv
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ................................................................................... 2
1.3 Tujuan Perancangan .................................................................................... 2
1.4 Batasan Masalah ......................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. 4
2.1 Prinsip Pembangkit Tenaga Air .................................................................. 4
2.2 Debit Turbin ................................................................................................ 5
2.3 Penentuan Debit Air .................................................................................... 5
2.3.1
Debit Maksimum............................................................................. 5
2.3.2
Jumlah Air Pasti .............................................................................. 6
2.4 Head Turbin Air .......................................................................................... 6
2.4.1
Gross Head ...................................................................................... 6
2.4.2
Net Head atau Effektif Head ........................................................... 7
2.5 Klasifikasi Turbin........................................................................................ 7
2.5.1 Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya ................. 7
2.5.1.1 Turbin Impuls ......................................................................... 7
2.5.1.2 Turbin Reaksi ......................................................................... 8
2.5.2 Berdasarkan Head dan kapasitas air .................................................... 8
ix
2.5.3 Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) ................................................. 9
2.5.4 Berdasarkan Model Aliran Masuk Air Runner ................................ 10
2.6 Kontruksi Turbin Air................................................................................. 12
2.6.1 Konstruksi Turbin Pelton ................................................................. 12
2.6.2 Kontruksi Turbin Francis ................................................................. 20
2.6.3 Kontruksi Turbin Kaplan ................................................................. 21
2.7 Karakteristik Turbin .................................................................................. 23
2.8 Kecepatan Spesifik .................................................................................... 24
2.9 Efisiensi Turbin ......................................................................................... 24
2.10 Perubahan Debit dan Efisiensi dengan Perubahan Kecepatan ............... 26
2.11 Perubahan Debit, Efisiensidan Daya dengan Tinggi Jatuh ..................... 27
2.12 Kecepatan Lari ........................................................................................ 28
2.13 Kavitasi ................................................................................................... 29
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ...................................................... 31
3.1 Prosedur Perancangan oleh Gerhard Pahl & Wolfgang Beitz’z .............. 31
3.2 Perencanaan & Penjelasan Tugas ............................................................. 32
3.3 Perancangan Konsep ................................................................................. 33
3.4 Perancangan Bentuk ................................................................................. 33
3.5 Perencanaan detail .................................................................................... 33
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................. 34
4.1 Data Perancangan ...................................................................................... 34
4.2 Perhitungan Daya Turbin ......................................................................... 34
4.3 Perancangan Pipa Saluran (Penstock) ....................................................... 35
4.4 Pemilihan Jenis turbin ............................................................................... 38
4.5 Perhitungan Nozzle Turbin ...................................................................... 41
4.6 Perhitungan Runner Turbin ....................................................................... 42
4.7 Perhitungan Jumlah Mangkok (Bucket) .......................................... 43
4.8 Perhitungan Dimensi Mangkok (Bucket).................................................. 43
4.9 Perhitungan Gaya Pancar Air Terhadap Mangkok ................................... 44
4.10 Perhitungan Poros ................................................................................... 45
4.11 Perancangan Bantalan ............................................................................. 46
4.12 Perancangan Pasak .................................................................................. 47
x
4.13 Perancangan Baut .................................................................................... 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 51
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 51
5.2 Saran ......................................................................................................... 52
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 53
LAMPIRAN – LAMPIRAN
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tinggi Jatuh Air dan Jenis Turbin Air ........................................................ 9
Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional................................................. 10
Tabel 2.3 Efisiensi Turbin Pelton ............................................................................ 25
Tabel 2.4 Efisiensi Turbin Francis dan Turbin Kaplan ............................................. 25
Tabel 4.1 Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Tinggi Jatuh Air .............................. 39
Tabel 4.2 Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Kecepatan Spesifik......................... 39
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Turbin Aliran Tangensial .................................................................... 10
Gambar 2.2 Model Turbin Aliran Aksial.................................................................. 11
Gambar 2.3 Model Turbin Aliran Aksial- Radial ...................................................... 11
Gambar 2.4 Perubahan Tekanan dan Tinggi jatuh Turbin Pelton ......................... 12
Gambar 2.5 Penampang Nozzle dan Pancaran Air ............................................... 13
Gambar 2.6 Konstruksi Turbin Pelton Tegak ....................................................... 14
Gambar 2.7 Turbin Pelton Nozzle Tunggal .......................................................... 14
Gambar 2.8 Turbin Pelton NozzleBanyak ............................................................ 15
Gambar 2.9 Penampang Nozzle .......................................................................... 16
Gambar 2.10 Runner dan Bucket .......................................................................... 18
Gambar 2.11 Konstruksi Turbin Francis ............................................................... 20
Gambar 2.12 Turbin Francis Poros Horizontal ..................................................... 20
Gambar 2.13 Turbin Francis Poros Vertical ......................................................... 21
Gambar 2.14 Kontruksi urbim Kaplan .................................................................. 22
Gambar 2.15 Efisiensi Turbin Menurut Jenis Turbin dan Daya Keluarnya ........ 25
Gambar 2.16 Efisiensi dan Debit Sebagai Fungsi Perubahan Kecepatan ............ 25
Gambar 2.17 Efisiensi, Debit dan Daya Keluar Sebagai Perubahan Kecepatan .. 28
Gambar 3.1 Diagram Alir Dari Perancangan Turbin Pelton ................................. 32
xiii
DAFTAR PUSTAKA
http://sanjose.quebarato.co.cr/
Bono, & Indarto. (2008). KARAKTERISASI DAYA TURBIN PELTON MIKRO
DENGAN VARIASI BENTUK SUDU. Seminar Nasional Aplikasi Sains dan
Teknologi .
DR.Jagdislal. (1956). HYDROULIC MACHINES. Delhi: Taj Offset Press.
Urdubazar.
Einsenring, M. (1991). Micro Pelton Tirbines. Swiss.
Ir.Astu Pudjanarsa, M., & Prof. Ir. Djati Nursuhud, M. (2008). Mesin Konversi
Energi. Jogyakarta: CV. Andi Offset.
IR.Sularso, M. (1978). DASAR PERENCANAAN DAN PEMILIHAN ELEMEN
MESIN. Jakarta: PT PRADNYA PARAMITA.
Layman's. (1998). On How To Develope a Small Hydro Site.
Sriyono, I. D. (1988). Turbin Kompresor Dan Kompresor. Jakarta: Erlangga.
Suprianto, H. (2010). Seri Mesin Konversi Energi. Malang.
xiv
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Penyediaan energi di masa depan merupakan permasalahan yang
senantiasa menjadi perhatian semua bangsa karena bagaimanapun juga
kesejahteraan manusia dalam kehidupan modern sangat terkait dengan jumlah dan
mutu energi yang dimanfaatkan. Bagi Indonesia yang merupakan salah satu
negara sedang berkembang, penyediaan energi merupakan faktor yang sangat
penting dalam mendorong pembangunan. Seiring dengan meningkatnya
pembangunan terutama pembangunan di sektor industri, pertumbuhan ekonomi
dan pertumbuhan penduduk, kebutuhan akan energi terus meningkat ( Bono dan
Indarto, 2008 ).
Air adalah sumber energi yang dapat didaur ulang yang dapat dibedakan
menurut tenaga air (hydropower). Suatu energi air penggerak listrik bergantung
kepada energi potensial air pada suatu ketinggian tertentu. Energi potensial air
dikonversi menjadi energi mekanis melalui sebuah turbin untuk kemudian
dikonversi menjadi energi listrik melalui generator listrik. Daya keluaran dari
pusat listrik tenaga air bergantung dari aliran massa air yang mengalir dan tinggi
jatuhnya air. Energi air bergerak terdapat di tempat-tempat yang curah hujannya
tinggi. Indonesia memiliki potensial tenaga air yang cukup besar. Pengunaan
potensi tenaga air skala kecil dan menengah mulai dikembangkan dan digalakkan
mulai akhir-akhir ini untuk menghasilkan pusat lisrik tenaga mini dan mikrohidro
di daerah- daerah yang potensi sumber airnya tidak terlalu besar. Hal ini banyak
1
2
dilakukan di negara-negara yang sedang berkembang, termasuk Indonesia.
Terutama di daerah yang masih memiliki hutan yang lebat. Berawal dari itulah,
untuk
menghemat
pemakaian
sumber
energi
minyak
,
maka
sangat
menguntungkan apabila kita memanfaatkan sumber energi potensial air menjadi
energi listrik dengan menggunakan turbin air sebagai pesawat konversi energi
yang mengubah energi potensial air menjadi energi listrik ( Pudjanarsa dan
Nursuhud, 2006).
Oleh karena itu, sejalan dengan pemikiran di atas maka di Indonesia yang
mempunyai sungai-sungai yang cukup banyak jumlahnya, dimana sungai-sungai
tersebut sangat besar untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan,
terutama pada wilayah terpencil yang terletak di daerah pegunungan. Pembangkit
listrik tenaga mikro hydro (PLTMH) merupakan solusi yang tepat untuk
dikembangkan. Berbagai teknologi pembangkit banyak diterapkan dalam PLTMH
baik dari sisi turbin dan instrument. Di dalam turbin kita mengenal berbagai jenis
turbin yang dipergunakan. Salah satunya turbin pelton yang menggunakan prinsip
impuls dan memerlukan head yang cukup tinggi, turbin pelton inilah yang sangat
cocok untuk pembangkit listrik di daerah pegunungan yang mempunyai head yang
sangat tinggi.
1.2
Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari perancangan turbin pelton ini antara lain :
1. Berapa dimensi yang digunakan dari komponen-komponen utama
turbin pelton.
2. Bagaimana gambar rancangan turbin pelton
3
1.3
Tujuan Perancangan
Tujuan dari perancangan ini untuk merancang turbin pelton sebagai
pembangkit listrik tenaga mikro hydro.
1.4
Batasan Masalah
Batasan perancangan ini adalah :
1. Perancangan ini menggunakan kapasitas air Q = 0,25 (�3 / dt)
2. Perancangan ini menggunakan tinggi jatuh air H = 150 (m)
3. Aliran fluida yang masuk ke turbin diasumsikan sebagai aliran yang
stabil
4. Tidak membahas generator dan system transmisi.
PERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA MIKRO HYDRO
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada :
Universitas Muhammadiyah Malang
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
OVAN DWI RIVANTO
09510101
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMDIYAH MALANG
2015
ii
iii
iv
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas
berkat, rahmat, taufik dan hidayah-Nya, penyusunan skripsi yang berjudul
“Perancangan Turbin Pelton Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro”
dapat diselesaikan dengan baik, meskipun terdapat halangan-halangan yang
menjadi pelambat pengerjaannya.
Penyusunan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan
gelar Sarjana Teknik jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang.
Penulis menyadari bahwa dalam proses penulisan skripsi ini banyak mengalami
kendala, namun berkat bantuan, bimbingan, kerjasama dari berbagai pihak dan
berkah dari Allah SWT sehingga kendala-kendala yang dihadapi tersebut dapat
diatasi. Untuk itu penulis menyampaikan ucapan banyak-banyak terima kasih dan
penghargaan kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penuyusunan skripsi
ini. Selain itu juga disampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Allah SWT yang telah memberi kesempatan, kesehatan, berkah, dan hidayahNya.
2. Kedua Orang tua saya, Kakak saya dan Keluarga besar saya yang telah
banyak mendukung saya baik dalam hal do’a, moral, masukan, arahan,
motivasi, dan materi.
3. Bapak Ir.Herry Suprianto, MT, selaku pembimbing I yang telah dengan sabar,
tekun, tulus, ikhlas meluangkan waktu, tenaga dan pikiran memberikan
bimbingan, motivasi, arahan, dan saran-saran yang sangat berharga pada
penulis selama menyusun skripsi.
vi
4. Bapak Ir. Eko Hariyadi, MT, selaku pembimbing II saya, yang dengan penuh
kesabaran telah banyak meluangkan waktu beliau, dan banyak memberikan
petunjuk arahan serta bimbingan untuk mengerjakan skripsi ini.
5. Bapak Ir. Daryono, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammdiyah Malang.
6. Dosen wali saya bapak Ir. Ali Syaifullah, MT, yang telah banyak-banyak
memberi motivasi dan semangat kepada saya untuk lekas menyelesaikan
skripsi ini.
7. Terimakasih kepada Syamsul Arifin, Moh. Rifai Saputra yang telah
membantu melancarkan pengerjaan skripsi ini secara nonteknis.
8. Terimakasih yang terdalam juga kepada keluarga besar SIN-C 09 tanpa
pengecualian yang telah banyak-banyak memberi masukan, motivasi, bantuan
tenaga, moral maupun materi, dan do’anya sampai terselesaikannya skripsi
ini. “Tanpa Kalian Saya ZERO Kawan-kawan”.
9. Dosen-dosen dan staf kepengajaran dibangku perkuliahan yang telah banyak
memberikan saya ilmu, pengetahuan, dan wawasan kepada penulis.
10. Dosen penguji skripsi, yang telah banyak memberikan masukan, kritik, dan
sarannya tentang materi-materi yang penulis belum pahami sebelumnya.
11. Staf Tata Usaha (TU) jurusan Teknik Mesin, yang telah meluangkan
waktunya untuk saya mengurus keperluan administrasi.
12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebut satu persatu yang telah membantu
dalam pengerjaan skripsi ini.
vii
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i
POSTER ................................................................................................................ ii
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. iii
LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING I ........................................................... iv
LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING II ............................................................ v
LEMBAR SURAT PERNYATAAN .................................................................... vi
ABSTRAK INGGRIS .......................................................................................... vii
ABSTRAK INDONESIA .................................................................................... vii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
DAFTAR ISI ........................................................................................................ xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiv
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ................................................................................... 2
1.3 Tujuan Perancangan .................................................................................... 2
1.4 Batasan Masalah ......................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. 4
2.1 Prinsip Pembangkit Tenaga Air .................................................................. 4
2.2 Debit Turbin ................................................................................................ 5
2.3 Penentuan Debit Air .................................................................................... 5
2.3.1
Debit Maksimum............................................................................. 5
2.3.2
Jumlah Air Pasti .............................................................................. 6
2.4 Head Turbin Air .......................................................................................... 6
2.4.1
Gross Head ...................................................................................... 6
2.4.2
Net Head atau Effektif Head ........................................................... 7
2.5 Klasifikasi Turbin........................................................................................ 7
2.5.1 Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya ................. 7
2.5.1.1 Turbin Impuls ......................................................................... 7
2.5.1.2 Turbin Reaksi ......................................................................... 8
2.5.2 Berdasarkan Head dan kapasitas air .................................................... 8
ix
2.5.3 Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) ................................................. 9
2.5.4 Berdasarkan Model Aliran Masuk Air Runner ................................ 10
2.6 Kontruksi Turbin Air................................................................................. 12
2.6.1 Konstruksi Turbin Pelton ................................................................. 12
2.6.2 Kontruksi Turbin Francis ................................................................. 20
2.6.3 Kontruksi Turbin Kaplan ................................................................. 21
2.7 Karakteristik Turbin .................................................................................. 23
2.8 Kecepatan Spesifik .................................................................................... 24
2.9 Efisiensi Turbin ......................................................................................... 24
2.10 Perubahan Debit dan Efisiensi dengan Perubahan Kecepatan ............... 26
2.11 Perubahan Debit, Efisiensidan Daya dengan Tinggi Jatuh ..................... 27
2.12 Kecepatan Lari ........................................................................................ 28
2.13 Kavitasi ................................................................................................... 29
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ...................................................... 31
3.1 Prosedur Perancangan oleh Gerhard Pahl & Wolfgang Beitz’z .............. 31
3.2 Perencanaan & Penjelasan Tugas ............................................................. 32
3.3 Perancangan Konsep ................................................................................. 33
3.4 Perancangan Bentuk ................................................................................. 33
3.5 Perencanaan detail .................................................................................... 33
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................. 34
4.1 Data Perancangan ...................................................................................... 34
4.2 Perhitungan Daya Turbin ......................................................................... 34
4.3 Perancangan Pipa Saluran (Penstock) ....................................................... 35
4.4 Pemilihan Jenis turbin ............................................................................... 38
4.5 Perhitungan Nozzle Turbin ...................................................................... 41
4.6 Perhitungan Runner Turbin ....................................................................... 42
4.7 Perhitungan Jumlah Mangkok (Bucket) .......................................... 43
4.8 Perhitungan Dimensi Mangkok (Bucket).................................................. 43
4.9 Perhitungan Gaya Pancar Air Terhadap Mangkok ................................... 44
4.10 Perhitungan Poros ................................................................................... 45
4.11 Perancangan Bantalan ............................................................................. 46
4.12 Perancangan Pasak .................................................................................. 47
x
4.13 Perancangan Baut .................................................................................... 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 51
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 51
5.2 Saran ......................................................................................................... 52
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 53
LAMPIRAN – LAMPIRAN
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tinggi Jatuh Air dan Jenis Turbin Air ........................................................ 9
Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional................................................. 10
Tabel 2.3 Efisiensi Turbin Pelton ............................................................................ 25
Tabel 2.4 Efisiensi Turbin Francis dan Turbin Kaplan ............................................. 25
Tabel 4.1 Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Tinggi Jatuh Air .............................. 39
Tabel 4.2 Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Kecepatan Spesifik......................... 39
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Turbin Aliran Tangensial .................................................................... 10
Gambar 2.2 Model Turbin Aliran Aksial.................................................................. 11
Gambar 2.3 Model Turbin Aliran Aksial- Radial ...................................................... 11
Gambar 2.4 Perubahan Tekanan dan Tinggi jatuh Turbin Pelton ......................... 12
Gambar 2.5 Penampang Nozzle dan Pancaran Air ............................................... 13
Gambar 2.6 Konstruksi Turbin Pelton Tegak ....................................................... 14
Gambar 2.7 Turbin Pelton Nozzle Tunggal .......................................................... 14
Gambar 2.8 Turbin Pelton NozzleBanyak ............................................................ 15
Gambar 2.9 Penampang Nozzle .......................................................................... 16
Gambar 2.10 Runner dan Bucket .......................................................................... 18
Gambar 2.11 Konstruksi Turbin Francis ............................................................... 20
Gambar 2.12 Turbin Francis Poros Horizontal ..................................................... 20
Gambar 2.13 Turbin Francis Poros Vertical ......................................................... 21
Gambar 2.14 Kontruksi urbim Kaplan .................................................................. 22
Gambar 2.15 Efisiensi Turbin Menurut Jenis Turbin dan Daya Keluarnya ........ 25
Gambar 2.16 Efisiensi dan Debit Sebagai Fungsi Perubahan Kecepatan ............ 25
Gambar 2.17 Efisiensi, Debit dan Daya Keluar Sebagai Perubahan Kecepatan .. 28
Gambar 3.1 Diagram Alir Dari Perancangan Turbin Pelton ................................. 32
xiii
DAFTAR PUSTAKA
http://sanjose.quebarato.co.cr/
Bono, & Indarto. (2008). KARAKTERISASI DAYA TURBIN PELTON MIKRO
DENGAN VARIASI BENTUK SUDU. Seminar Nasional Aplikasi Sains dan
Teknologi .
DR.Jagdislal. (1956). HYDROULIC MACHINES. Delhi: Taj Offset Press.
Urdubazar.
Einsenring, M. (1991). Micro Pelton Tirbines. Swiss.
Ir.Astu Pudjanarsa, M., & Prof. Ir. Djati Nursuhud, M. (2008). Mesin Konversi
Energi. Jogyakarta: CV. Andi Offset.
IR.Sularso, M. (1978). DASAR PERENCANAAN DAN PEMILIHAN ELEMEN
MESIN. Jakarta: PT PRADNYA PARAMITA.
Layman's. (1998). On How To Develope a Small Hydro Site.
Sriyono, I. D. (1988). Turbin Kompresor Dan Kompresor. Jakarta: Erlangga.
Suprianto, H. (2010). Seri Mesin Konversi Energi. Malang.
xiv