PERANCANGAN TURBIN AIR PROPELLER SUMBU HORIZONTAL KAPASITAS ( Q ) 0,7 m3/s ( H ) 6 m
1
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 ).
Gambar 1.1 : Grafik pemakain komposisi energi di Indonesia.
1
2
Komposisi energi Indonesia sekarang adalah seperti gambar di atas
dimana penggunaan BBM untuk energi sangat dominan sehingga terjadi
pemborosan yang luar biasa saat harga BBM naik.
Kenaikanharga BBM dan kenaikan pemakain energi (demand) seharusnya
diperkirakan dengan melihat pola-pola berbagai parameter geo-politik dunia serta
perilaku konsumen dalam negeri. Namun tidak ada gunanya berpikir kebelakang,
hal yang lebih penting adalah optimasi pada masa depan seperti yang telah
ditetapkan oleh pemerintah. Optimasi komposisi yang direncanakan oleh
pemerintah adalah seperti gambar di bawah dimana terjadi keseimbangan yang
disebutenergi mix. Energi Air atau PLTA masuk sebagai bagian dari solusi
sebesar 2,4 % (2.4GWeskala 1000 MWe).
Gambar 1.2 : Grafik solusi optimasi energi di Indonesia.
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
3
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
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).
Dari data diatas maka diperoleh kesimpulan untuk pengembangan pabrik
pengelolaan teh, penerangan dan penghematan BBM solar maka perlu dibangun
MHP baru untuk kebutuhan daya listrik yang dimanfaatkan untuk produksi
pengelolaan teh dan penerangan rumah karyawan, guna menggantikan suplai
listrik yang berasal dari PLN menjadi listrik yang berasal dari Tenaga Mini Hidro
Power jenis pelton. Mengingat semakin mahalnya harga listrik, maka
pembangunan hidro power perlu dilakukan.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan pada latar belakang masalah yang diuraikan, maka rumusan
masalah yang telah dirumuskan sebagai berikut :
1. Berapa ukuran /dimensi yang digunakan dari setiap komponen
komponen Turbin Propeller.
4
2. Bagaimana gambar rancangan Turbin Proprller Mikro.
1.3. Tujuan Perancangan
Pembangunan Mini Hidro Power bertujuan untuk menggantikan Diesel
Genset dengan sumber alternatif ramah lingkungan (renewable energy) yang
handal, biaya operasional murah dan berfungsi 24 jam.
1.4 Batasan Masalah
Sehubungan dengan luasnya permasalahan dalam perancangan ini, serta
adanya keterbatasan dalam penyusunan tugas akhir ini, maka penulis membatasi
permasalahan sebagai berikut :
1. Perancangan ini digunakan untuk debit air(Q) 0,7 m³/detik.
2. Perancangan ini digunakan untuk tinggi jatuh (Head) 6 m
3. Aliran fluida yang masuk ke turbin diasumsikan sebagai aliran
yang stabil.
PERANCANGAN TURBIN AIR PROPELLER SUMBU HORIZONTAL
KAPASITAS ( Q ) 0,7 m3 /s ( H ) 6 m
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada:
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan
Program Sarjana Teknik (S1)
Oleh :
VEBRINDA FERGIE ARDENTA
09510118
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
POSTER
ii
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Satu Syarat Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik Mesin
Disusun oleh :
Vebrinda Fergie Ardenta
09510118
Yang telah disahkan oleh :
Dosen pembimbing I
Dosen pembimbing II
(Ir. Sudarman, MT)
NIP. 1088909132
(Ir. Herry Supriyanto, MT)
NIP. 10887090049
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin
(Ir. Daryono, MT)
NIP. 108.8909.0124
iii
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-21 Psw. 127
Fax. (0341) 460782 Malang 65144
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR
Nama
: Vebrinda Fergie Ardenta
Nim
: 09510118
Jurusan
: Teknik Mesin Strata Satu (S-1)
No. ST. Pem. TA
: E.2/147/FT/UMM/XII/2014
Judul
: Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal
Kapasitas ( Q ) 0,7
Pembimbing I
3
: Ir. Sudarman, MT
/� ( H ) 6 m
Paraf
No.
CatatanAsistensi
1
Konsultasi Bab I
2
Konsultasi Bab II dan ACC Bab II
3
Konsultasi Bab III lanjut pembahasan
4
Konsultasi Bab IV
5
Pembahasan ditambah
6
Desain gambar
7
Dapat dilanjutkan Seminar Hasil dan ujian
Dosen pembimbing I
Malang, 25 November 2015
Dosen pembimbing I
Ir. Sudarman, MT
iv
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-21 Psw. 127
Fax. (0341) 460782 Malang 65144
Nama
: Vebrinda Fergie Ardenta
Nim
: 09510118
Jurusan
: Teknik Mesin Strata Satu (S-1)
No. ST. Pem. TA
: E.2/147/FT/UMM/XII/2014
Judul
: Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal
Kapasitas ( Q ) 0,7
PembimbingII
/� ( H ) 6 m
: Ir.Herry Supriyanto, MT
No.
Catatan Asistensi
1
Konsultasi Bab I
2
Konsultasi Bab II lanjut
3
ACC Bab II
4
3
Paraf
Dosen pembimbing II
Konsultasi Bab III lanjut ( di bab IV bedakan
perhitungan
5
Konsultasi Bab IV dan gambar desain
6
Acc Laporan dan seminar hasil
Malang, 25 November 2015
Dosen pembimbing II
Ir. Herry Supriyanto, MT
v
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertandatangan di bawah ini :
Nama
: Vebrinda Fergie Ardenta
NIM
: 09510118
Tempat, tanggal lahir : Malang, 09 Desember 1990
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknik
Instansi
: Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan sebenar-benarnya bahwa :
Tugas akhir yang berjudul “Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu
Horizontal Kapasitas ( Q ) 0,7
3
/� ( H ) 6 m” adalah bukan karya dari orang lain
meskipun sebagian ataupun keseluruhan kecuali yang tertulis dan dikutip dalam
naskah serta disebutkan dalam daftar pustaka.
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya dan apabila
pernyataan yang tersebut di atas tidak benar, maka saya bersedia menerima sanksi
akademik.
Malang, 25 November 2015
Hormat saya,
Vebrinda Fergie Ardenta
vi
ABSTRAK
Energi listrik sangat berperan penting dalam berbagai sektor bidang
kehidupan. Namun sayangnya tidak semua daerah dapat terjangkau dari suplai
energi listrik terutama sekali pada wilayah-wilayah terpencil yang sulit di jangkau
dengan alat transportasi. Upaya yang dapat dilakukan dalam memperoleh energi
listrik salah satunya adalah dengan memanfaatkan potensi sumber daya alam
berupa aliran sungai dan dengan ketinggian tertentu (head) kemudian dikonversi
menjadi energi listrik melalui teknologi dari berbagai jenis turbin berdasarkan
sumber air yang tersedia.
Berdasarkan nilai kelayakkan potensi untuk dikembangkan dan diterapkan
PLTMH, dengan data: Kapasitas aliran (Q) = 0,7 m3/s, Head kotor (H) = 6 m.
Potensi ini tergolong dalam PLTMH head rendah.
Pada penelitian ini telah direncanakan, dirancang dan dibuat satu unit
turbin propeller untuk PLTMH head rendah. Hasil penentuan parameter-parameter
dimensi utama turbin diperoleh diameter runner sebesar 0,510 m, diameter hub
0,20 m dengan jumlah sudu 5 buah. Dari hasil pengujian diperoleh daya
maksimum keluaran turbin mencapai 33,55 KW pada putaran turbin 4082 rpm
dengan voltase 220-240 volt. Turbin hasil pengembangan kini dapat digunakan
sebagai dukungan dalam penyediaan energi listrik alternatif bagi masyarakat
khususnya yang berada disekitar lokasi. Turbin hasil pengembangan kini dapat
digunakan sebagai dukungan dalam penyediaan energi listrik alternatif bagi
masyarakat khususnya yang berada disekitar lokasi.
Kata kunci: Pengembangan, penerapan, Turbin Propeller, Head rendah, Energi
listrik alternative
vii
ABSTRACT
Electric energy plays an important role in various sectors of life. But
unfortunately not all areas accessible from the electrical energy supply
particularly in remote areas are difficult to reach with means of transportation.
Efforts to do in obtaining electrical energy one is to harness the potential of
natural resources in the form of a stream and with a certain height (head) is then
converted into electrical energy through the technology of the various types of
turbines based on available water resources.
Based on the value of the potential to be developed and implemented
MHP, with the data : Capacity flow (Q) = 0.7 m3 / s, gross head (H) = 6 m. This
potential is relatively low in the MHP head.
This study has been planned, designed and created a propeller turbine units
for low head MHP. Results of the determination of the parameters of the main
dimensions obtained turbine runner diameter of 0.510 m, 0.20 m diameter hub
with a number of blades 5 pieces. From the test results obtained maximum power
output of the turbine reached 33.55 KW at 4082 rpm with a turbine wheel voltage
of 220-240 volts. Turbine development results can now be used as a support in the
provision of electrical energy alternative for people especially those residing
around the site. Turbine development results can now be used as a support in the
provision of electrical energy alternative for people especially those residing
around the site.
Keywords: Development, implementation, Turbine Propeller, Head low,
alternative electric energy
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas
berkat, rahmat, taufik dan hidayah-Nya, penyusunan skripsi yang berjudul
“Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal Kapasitas ( Q ) 0,7
3
/�
( H ) 6 m” 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 penuyusnan skripsi
ini. Selain itu juga disampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Allah SWT yang telah memberi kesempatan, kesehatan, berkah, dan
hidayah-Nya.
2. Kedua Orang Tua, serta Keluarga besar saya yang telah banyak mendukung
saya baik dalam hal do’a, moral, masukan, arahan, motivasi, dan materi.
3. Bapak Ir. Sudarman, 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.
ix
4. Bapak Ir. Herry Suprianto, MT selaku pembimbing II yang dengan penuh
ketegasan, kesabaran, dan telah membangun mental saya menjadi lebih
besar. Dan telah banyak meluangkan waktu beliau, dan banyak memberikan
petunjuk arahan serta bimbingan untuk mengerjakan skripsi ini.
5. Dosen wali saya bapak Ir. Ali Syaifullah, MT, yang telah banyak-banyak
memberi motivasi dan semangat kepada saya untuk lekas menyelesaikan
skripsi ini.
6. Bapak Ir. Daryono, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammdiyah Malang yang telah banyak-banyak memberikan
solusi selama mengerjakan skrispsi ini.
7. 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. “BEST FRIEND FOREVER”.
8. Terimakasih kepada saudara rifai, dino, aryo dan indra yang sudah memberi
arahan dan selalu mengingatkan saya agar menyelesaikan skripsi ini.
Terimakasih juga kepada teman saya yang ada di tumpang handoyo, bang
jack, bang ucup, dan cak ikin
9. Terimakasih juga kepada oji ( andreas ), pak de yang2, mas apri dan mas
catur yang membantu untuk menyelesaikan tugas skripsi ini
10. Yossi Revalda dan Khizuran Alden Safaras selaku adik yang selalu
memarahin saya memberi motivasi kepada saya agar cepat menyelesaikan
skripsi ini, terima kasih adikku tercinta.
x
11. Yuyun Dwi W selaku penyemangat dalam hidupku yang tidak pernah bosan
untuk mengingatkan saya dalam mengerjakan skripsi ini hingga selesai.
12. Dosen-dosen dan staf kepengajaran dibangku perkuliahan yang telah banyak
memberikan saya ilmu, pengetahuan, dan wawasan kepada penulis.
13. Dosen penguji skripsi, yang telah banyak memberikan masukan, kritik, dan
sarannya tentang materi-materi yang penulis belum pahami sebelumnya.
14. Staf Tata Usaha (TU) jurusan Teknik Mesin, yang telah meluangkan
waktunya untuk saya mengurus keperluan administrasi.
15. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebut satu persatu yang telah
membantu dalam pengerjaan skripsi ini.
Akhirnya, dengan segala kerendahan hati penulis menyadari masih banyak
kekurangan-kekurangan disana-sini, sehingga penulias mengharapkan adanya
saran dan ktiriknya yang bersifat membangun demi kesempurnaan skripsi ini.
Malang, 25 November 2015
Penulis,
Vebrinda Fergie Ardenta
xi
DAFTAR ISI
JUDUL ................................................................................................................... i
POSTER ................................................................................................................ ii
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. iii
LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING I ........................................................... iv
LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING II ............................................................ v
LEMBAR SURAT PERNYATAAN .................................................................... vi
ABSTRAK INDONESIA .................................................................................... vii
ABSTRAK INGGRIS ......................................................................................... viii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
DAFTAR ISI ........................................................................................................ xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiv
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................... 3
1.3 Tujuan Perancangan .................................................................................... 4
1.4 Batasan Masalah.......................................................................................... 4
BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................ 5
2.1 Prinsip Pembangkit Tenaga Air .................................................................. 5
2.2 Klasifikasi Turbin........................................................................................ 6
2.2.1
Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya .............. 6
2.2.1.1 Turbin Impuls ............................................................................ 6
2.2.1.2 Turbin Reaksi ............................................................................ 6
2.2.2
Berdasarkan Head dan kapasitas air ................................................ 7
2.2.3
Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) .............................................. 8
2.2.4
Berdasarkan Model Aliran Masuk Air Runner ............................... 9
2.3 Kontruksi Turbin Francis .......................................................................... 12
2.4 Konstruksi Turbin Pelton .......................................................................... 14
2.5 Kontruksi Turbin Kaplan .......................................................................... 16
2.5.1
Perancangan dimensi sudu ( propeller ) dan Rumah sudu ............ 16
2.5.1.1 Perhitungan Diameter Runner ................................................. 17
xii
2.5.1.2 Kecepatan pada sudu turbin ................................................... 18
2.6 Desain Pasak ............................................................................................. 22
2.7 Bantalan..................................................................................................... 23
2.7.1 Klasifikasi Bantalan ......................................................................... 23
BAB III METODOLOGI ...................................................................................... 25
3.1 Prosedur Perancangan .............................................................................. 25
3.2 Perencanaan dan penjelasan tugas ............................................................ 27
3.3 Perancangan konsep produk...................................................................... 27
3.4 Perancangan bentuk (embodiment design) ............................................... 27
3.5 Perencanaan detail ..................................................................................... 27
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................. 28
4.1 Data Perancangan ...................................................................................... 28
4.2 Analisa Grafis Penentuan Tipe Turbin ...................................................... 28
4.3 Kecepatan Spesifikasi .............................................................................. 30
4.3.1
Perhitungan daya turbin...... .......................................................... 30
4.3.2
Kecepatan Putaran Turbin ( n� ) ................................................... 31
4.4 Desain Sudu Turbin ( Runner atau propeller) ........................................... 31
4.5 Perancangan Poros .................................................................................... 39
4.6 Bantalan..................................................................................................... 42
4.7 Rumah sudu ( Casing ) .............................................................................. 43
4.8 Pipa Hisap ( Draft Tube ) .......................................................................... 44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 46
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 46
5.2 Saran ......................................................................................................... 46
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 48
LAMPIRAN-LAMPIRAN
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tinggi jatuh air dan jenis turbin air .............................................................. 7
Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional................................................... 8
Tabel 4.1 Dimensi Sudu ............................................................................................. 37
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Grafik pemakain komposisi energi di Indonesia ....................................... 1
Gambar 1.2 Grafik solusi optimasi energi di Indonesia ..................................................... 2
Gambar 2.1 Bagan turbin air aliran tangensial................................................................... 9
Gambar 2.2 Bagan turbin ...................................................................................... 10
Gambar 2.3 Turbin air jenis spiral casing ............................................................. 11
Gambar 2.4 Turbin air jenis Open Flume (saluran terbuka) ................................. 11
Gambar 2.5 Turbin air jenis Tubular..................................................................... 12
Gambar 2.6 Konstruksi Turbin Francis ................................................................. 13
Gambar 2.7 Turbin Francis Poros Horizontal ....................................................... 13
Gambar 2.8 Turbin Francis Poros Vertical ........................................................... 14
Gambar 2.9 Penampang nozzle dan pancaran air ................................................. 15
Gambar 2.10 Konstruksi Turbin Kaplan dan propeller ......................................... 16
Gambar 2.11 Runner Kaplan atau Propeller ......................................................... 17
∗
Gambar 2.12 Grafik menentukan �1∗ , ��∗ �� ��
pengarah .................................. 21
Gambar 3.1 Diagram Alir Dari Perancangan Turbin Propeller ............................ 26
Gambar 4.1 Pemilihan Tipe Turbin ...................................................................... 29
Gambar 4.2 segitiga kecepatan bagian tengah ...................................................... 33
Gambar 4.3 segitiga kecepatan leher poros........................................................... 38
Gambar 4.4 segitiga kecepatan tengah sebelah luar.............................................. 38
Gambar 4.5 Dimensi Poros ................................................................................... 39
xiv
47
DAFTAR PUSTAKA
Dietzel, P. D. (1980). Turbin, Pompa dan Kompresor. Wurzbrug : Erlangga
DR.Jagdislal. (1956). HYDROULIC MACHINES. Delhi: Taj Offset Press.
Urdubazar.
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. .
Suprianto, H. (2010). Seri Mesin Konversi Energi. Malang.
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 ).
Gambar 1.1 : Grafik pemakain komposisi energi di Indonesia.
1
2
Komposisi energi Indonesia sekarang adalah seperti gambar di atas
dimana penggunaan BBM untuk energi sangat dominan sehingga terjadi
pemborosan yang luar biasa saat harga BBM naik.
Kenaikanharga BBM dan kenaikan pemakain energi (demand) seharusnya
diperkirakan dengan melihat pola-pola berbagai parameter geo-politik dunia serta
perilaku konsumen dalam negeri. Namun tidak ada gunanya berpikir kebelakang,
hal yang lebih penting adalah optimasi pada masa depan seperti yang telah
ditetapkan oleh pemerintah. Optimasi komposisi yang direncanakan oleh
pemerintah adalah seperti gambar di bawah dimana terjadi keseimbangan yang
disebutenergi mix. Energi Air atau PLTA masuk sebagai bagian dari solusi
sebesar 2,4 % (2.4GWeskala 1000 MWe).
Gambar 1.2 : Grafik solusi optimasi energi di Indonesia.
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
3
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
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).
Dari data diatas maka diperoleh kesimpulan untuk pengembangan pabrik
pengelolaan teh, penerangan dan penghematan BBM solar maka perlu dibangun
MHP baru untuk kebutuhan daya listrik yang dimanfaatkan untuk produksi
pengelolaan teh dan penerangan rumah karyawan, guna menggantikan suplai
listrik yang berasal dari PLN menjadi listrik yang berasal dari Tenaga Mini Hidro
Power jenis pelton. Mengingat semakin mahalnya harga listrik, maka
pembangunan hidro power perlu dilakukan.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan pada latar belakang masalah yang diuraikan, maka rumusan
masalah yang telah dirumuskan sebagai berikut :
1. Berapa ukuran /dimensi yang digunakan dari setiap komponen
komponen Turbin Propeller.
4
2. Bagaimana gambar rancangan Turbin Proprller Mikro.
1.3. Tujuan Perancangan
Pembangunan Mini Hidro Power bertujuan untuk menggantikan Diesel
Genset dengan sumber alternatif ramah lingkungan (renewable energy) yang
handal, biaya operasional murah dan berfungsi 24 jam.
1.4 Batasan Masalah
Sehubungan dengan luasnya permasalahan dalam perancangan ini, serta
adanya keterbatasan dalam penyusunan tugas akhir ini, maka penulis membatasi
permasalahan sebagai berikut :
1. Perancangan ini digunakan untuk debit air(Q) 0,7 m³/detik.
2. Perancangan ini digunakan untuk tinggi jatuh (Head) 6 m
3. Aliran fluida yang masuk ke turbin diasumsikan sebagai aliran
yang stabil.
PERANCANGAN TURBIN AIR PROPELLER SUMBU HORIZONTAL
KAPASITAS ( Q ) 0,7 m3 /s ( H ) 6 m
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada:
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan
Program Sarjana Teknik (S1)
Oleh :
VEBRINDA FERGIE ARDENTA
09510118
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
POSTER
ii
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Satu Syarat Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik Mesin
Disusun oleh :
Vebrinda Fergie Ardenta
09510118
Yang telah disahkan oleh :
Dosen pembimbing I
Dosen pembimbing II
(Ir. Sudarman, MT)
NIP. 1088909132
(Ir. Herry Supriyanto, MT)
NIP. 10887090049
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin
(Ir. Daryono, MT)
NIP. 108.8909.0124
iii
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-21 Psw. 127
Fax. (0341) 460782 Malang 65144
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR
Nama
: Vebrinda Fergie Ardenta
Nim
: 09510118
Jurusan
: Teknik Mesin Strata Satu (S-1)
No. ST. Pem. TA
: E.2/147/FT/UMM/XII/2014
Judul
: Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal
Kapasitas ( Q ) 0,7
Pembimbing I
3
: Ir. Sudarman, MT
/� ( H ) 6 m
Paraf
No.
CatatanAsistensi
1
Konsultasi Bab I
2
Konsultasi Bab II dan ACC Bab II
3
Konsultasi Bab III lanjut pembahasan
4
Konsultasi Bab IV
5
Pembahasan ditambah
6
Desain gambar
7
Dapat dilanjutkan Seminar Hasil dan ujian
Dosen pembimbing I
Malang, 25 November 2015
Dosen pembimbing I
Ir. Sudarman, MT
iv
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-21 Psw. 127
Fax. (0341) 460782 Malang 65144
Nama
: Vebrinda Fergie Ardenta
Nim
: 09510118
Jurusan
: Teknik Mesin Strata Satu (S-1)
No. ST. Pem. TA
: E.2/147/FT/UMM/XII/2014
Judul
: Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal
Kapasitas ( Q ) 0,7
PembimbingII
/� ( H ) 6 m
: Ir.Herry Supriyanto, MT
No.
Catatan Asistensi
1
Konsultasi Bab I
2
Konsultasi Bab II lanjut
3
ACC Bab II
4
3
Paraf
Dosen pembimbing II
Konsultasi Bab III lanjut ( di bab IV bedakan
perhitungan
5
Konsultasi Bab IV dan gambar desain
6
Acc Laporan dan seminar hasil
Malang, 25 November 2015
Dosen pembimbing II
Ir. Herry Supriyanto, MT
v
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertandatangan di bawah ini :
Nama
: Vebrinda Fergie Ardenta
NIM
: 09510118
Tempat, tanggal lahir : Malang, 09 Desember 1990
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknik
Instansi
: Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan sebenar-benarnya bahwa :
Tugas akhir yang berjudul “Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu
Horizontal Kapasitas ( Q ) 0,7
3
/� ( H ) 6 m” adalah bukan karya dari orang lain
meskipun sebagian ataupun keseluruhan kecuali yang tertulis dan dikutip dalam
naskah serta disebutkan dalam daftar pustaka.
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya dan apabila
pernyataan yang tersebut di atas tidak benar, maka saya bersedia menerima sanksi
akademik.
Malang, 25 November 2015
Hormat saya,
Vebrinda Fergie Ardenta
vi
ABSTRAK
Energi listrik sangat berperan penting dalam berbagai sektor bidang
kehidupan. Namun sayangnya tidak semua daerah dapat terjangkau dari suplai
energi listrik terutama sekali pada wilayah-wilayah terpencil yang sulit di jangkau
dengan alat transportasi. Upaya yang dapat dilakukan dalam memperoleh energi
listrik salah satunya adalah dengan memanfaatkan potensi sumber daya alam
berupa aliran sungai dan dengan ketinggian tertentu (head) kemudian dikonversi
menjadi energi listrik melalui teknologi dari berbagai jenis turbin berdasarkan
sumber air yang tersedia.
Berdasarkan nilai kelayakkan potensi untuk dikembangkan dan diterapkan
PLTMH, dengan data: Kapasitas aliran (Q) = 0,7 m3/s, Head kotor (H) = 6 m.
Potensi ini tergolong dalam PLTMH head rendah.
Pada penelitian ini telah direncanakan, dirancang dan dibuat satu unit
turbin propeller untuk PLTMH head rendah. Hasil penentuan parameter-parameter
dimensi utama turbin diperoleh diameter runner sebesar 0,510 m, diameter hub
0,20 m dengan jumlah sudu 5 buah. Dari hasil pengujian diperoleh daya
maksimum keluaran turbin mencapai 33,55 KW pada putaran turbin 4082 rpm
dengan voltase 220-240 volt. Turbin hasil pengembangan kini dapat digunakan
sebagai dukungan dalam penyediaan energi listrik alternatif bagi masyarakat
khususnya yang berada disekitar lokasi. Turbin hasil pengembangan kini dapat
digunakan sebagai dukungan dalam penyediaan energi listrik alternatif bagi
masyarakat khususnya yang berada disekitar lokasi.
Kata kunci: Pengembangan, penerapan, Turbin Propeller, Head rendah, Energi
listrik alternative
vii
ABSTRACT
Electric energy plays an important role in various sectors of life. But
unfortunately not all areas accessible from the electrical energy supply
particularly in remote areas are difficult to reach with means of transportation.
Efforts to do in obtaining electrical energy one is to harness the potential of
natural resources in the form of a stream and with a certain height (head) is then
converted into electrical energy through the technology of the various types of
turbines based on available water resources.
Based on the value of the potential to be developed and implemented
MHP, with the data : Capacity flow (Q) = 0.7 m3 / s, gross head (H) = 6 m. This
potential is relatively low in the MHP head.
This study has been planned, designed and created a propeller turbine units
for low head MHP. Results of the determination of the parameters of the main
dimensions obtained turbine runner diameter of 0.510 m, 0.20 m diameter hub
with a number of blades 5 pieces. From the test results obtained maximum power
output of the turbine reached 33.55 KW at 4082 rpm with a turbine wheel voltage
of 220-240 volts. Turbine development results can now be used as a support in the
provision of electrical energy alternative for people especially those residing
around the site. Turbine development results can now be used as a support in the
provision of electrical energy alternative for people especially those residing
around the site.
Keywords: Development, implementation, Turbine Propeller, Head low,
alternative electric energy
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas
berkat, rahmat, taufik dan hidayah-Nya, penyusunan skripsi yang berjudul
“Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal Kapasitas ( Q ) 0,7
3
/�
( H ) 6 m” 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 penuyusnan skripsi
ini. Selain itu juga disampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Allah SWT yang telah memberi kesempatan, kesehatan, berkah, dan
hidayah-Nya.
2. Kedua Orang Tua, serta Keluarga besar saya yang telah banyak mendukung
saya baik dalam hal do’a, moral, masukan, arahan, motivasi, dan materi.
3. Bapak Ir. Sudarman, 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.
ix
4. Bapak Ir. Herry Suprianto, MT selaku pembimbing II yang dengan penuh
ketegasan, kesabaran, dan telah membangun mental saya menjadi lebih
besar. Dan telah banyak meluangkan waktu beliau, dan banyak memberikan
petunjuk arahan serta bimbingan untuk mengerjakan skripsi ini.
5. Dosen wali saya bapak Ir. Ali Syaifullah, MT, yang telah banyak-banyak
memberi motivasi dan semangat kepada saya untuk lekas menyelesaikan
skripsi ini.
6. Bapak Ir. Daryono, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammdiyah Malang yang telah banyak-banyak memberikan
solusi selama mengerjakan skrispsi ini.
7. 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. “BEST FRIEND FOREVER”.
8. Terimakasih kepada saudara rifai, dino, aryo dan indra yang sudah memberi
arahan dan selalu mengingatkan saya agar menyelesaikan skripsi ini.
Terimakasih juga kepada teman saya yang ada di tumpang handoyo, bang
jack, bang ucup, dan cak ikin
9. Terimakasih juga kepada oji ( andreas ), pak de yang2, mas apri dan mas
catur yang membantu untuk menyelesaikan tugas skripsi ini
10. Yossi Revalda dan Khizuran Alden Safaras selaku adik yang selalu
memarahin saya memberi motivasi kepada saya agar cepat menyelesaikan
skripsi ini, terima kasih adikku tercinta.
x
11. Yuyun Dwi W selaku penyemangat dalam hidupku yang tidak pernah bosan
untuk mengingatkan saya dalam mengerjakan skripsi ini hingga selesai.
12. Dosen-dosen dan staf kepengajaran dibangku perkuliahan yang telah banyak
memberikan saya ilmu, pengetahuan, dan wawasan kepada penulis.
13. Dosen penguji skripsi, yang telah banyak memberikan masukan, kritik, dan
sarannya tentang materi-materi yang penulis belum pahami sebelumnya.
14. Staf Tata Usaha (TU) jurusan Teknik Mesin, yang telah meluangkan
waktunya untuk saya mengurus keperluan administrasi.
15. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebut satu persatu yang telah
membantu dalam pengerjaan skripsi ini.
Akhirnya, dengan segala kerendahan hati penulis menyadari masih banyak
kekurangan-kekurangan disana-sini, sehingga penulias mengharapkan adanya
saran dan ktiriknya yang bersifat membangun demi kesempurnaan skripsi ini.
Malang, 25 November 2015
Penulis,
Vebrinda Fergie Ardenta
xi
DAFTAR ISI
JUDUL ................................................................................................................... i
POSTER ................................................................................................................ ii
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. iii
LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING I ........................................................... iv
LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING II ............................................................ v
LEMBAR SURAT PERNYATAAN .................................................................... vi
ABSTRAK INDONESIA .................................................................................... vii
ABSTRAK INGGRIS ......................................................................................... viii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
DAFTAR ISI ........................................................................................................ xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiv
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................... 3
1.3 Tujuan Perancangan .................................................................................... 4
1.4 Batasan Masalah.......................................................................................... 4
BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................ 5
2.1 Prinsip Pembangkit Tenaga Air .................................................................. 5
2.2 Klasifikasi Turbin........................................................................................ 6
2.2.1
Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya .............. 6
2.2.1.1 Turbin Impuls ............................................................................ 6
2.2.1.2 Turbin Reaksi ............................................................................ 6
2.2.2
Berdasarkan Head dan kapasitas air ................................................ 7
2.2.3
Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) .............................................. 8
2.2.4
Berdasarkan Model Aliran Masuk Air Runner ............................... 9
2.3 Kontruksi Turbin Francis .......................................................................... 12
2.4 Konstruksi Turbin Pelton .......................................................................... 14
2.5 Kontruksi Turbin Kaplan .......................................................................... 16
2.5.1
Perancangan dimensi sudu ( propeller ) dan Rumah sudu ............ 16
2.5.1.1 Perhitungan Diameter Runner ................................................. 17
xii
2.5.1.2 Kecepatan pada sudu turbin ................................................... 18
2.6 Desain Pasak ............................................................................................. 22
2.7 Bantalan..................................................................................................... 23
2.7.1 Klasifikasi Bantalan ......................................................................... 23
BAB III METODOLOGI ...................................................................................... 25
3.1 Prosedur Perancangan .............................................................................. 25
3.2 Perencanaan dan penjelasan tugas ............................................................ 27
3.3 Perancangan konsep produk...................................................................... 27
3.4 Perancangan bentuk (embodiment design) ............................................... 27
3.5 Perencanaan detail ..................................................................................... 27
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................. 28
4.1 Data Perancangan ...................................................................................... 28
4.2 Analisa Grafis Penentuan Tipe Turbin ...................................................... 28
4.3 Kecepatan Spesifikasi .............................................................................. 30
4.3.1
Perhitungan daya turbin...... .......................................................... 30
4.3.2
Kecepatan Putaran Turbin ( n� ) ................................................... 31
4.4 Desain Sudu Turbin ( Runner atau propeller) ........................................... 31
4.5 Perancangan Poros .................................................................................... 39
4.6 Bantalan..................................................................................................... 42
4.7 Rumah sudu ( Casing ) .............................................................................. 43
4.8 Pipa Hisap ( Draft Tube ) .......................................................................... 44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 46
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 46
5.2 Saran ......................................................................................................... 46
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 48
LAMPIRAN-LAMPIRAN
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tinggi jatuh air dan jenis turbin air .............................................................. 7
Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional................................................... 8
Tabel 4.1 Dimensi Sudu ............................................................................................. 37
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Grafik pemakain komposisi energi di Indonesia ....................................... 1
Gambar 1.2 Grafik solusi optimasi energi di Indonesia ..................................................... 2
Gambar 2.1 Bagan turbin air aliran tangensial................................................................... 9
Gambar 2.2 Bagan turbin ...................................................................................... 10
Gambar 2.3 Turbin air jenis spiral casing ............................................................. 11
Gambar 2.4 Turbin air jenis Open Flume (saluran terbuka) ................................. 11
Gambar 2.5 Turbin air jenis Tubular..................................................................... 12
Gambar 2.6 Konstruksi Turbin Francis ................................................................. 13
Gambar 2.7 Turbin Francis Poros Horizontal ....................................................... 13
Gambar 2.8 Turbin Francis Poros Vertical ........................................................... 14
Gambar 2.9 Penampang nozzle dan pancaran air ................................................. 15
Gambar 2.10 Konstruksi Turbin Kaplan dan propeller ......................................... 16
Gambar 2.11 Runner Kaplan atau Propeller ......................................................... 17
∗
Gambar 2.12 Grafik menentukan �1∗ , ��∗ �� ��
pengarah .................................. 21
Gambar 3.1 Diagram Alir Dari Perancangan Turbin Propeller ............................ 26
Gambar 4.1 Pemilihan Tipe Turbin ...................................................................... 29
Gambar 4.2 segitiga kecepatan bagian tengah ...................................................... 33
Gambar 4.3 segitiga kecepatan leher poros........................................................... 38
Gambar 4.4 segitiga kecepatan tengah sebelah luar.............................................. 38
Gambar 4.5 Dimensi Poros ................................................................................... 39
xiv
47
DAFTAR PUSTAKA
Dietzel, P. D. (1980). Turbin, Pompa dan Kompresor. Wurzbrug : Erlangga
DR.Jagdislal. (1956). HYDROULIC MACHINES. Delhi: Taj Offset Press.
Urdubazar.
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. .
Suprianto, H. (2010). Seri Mesin Konversi Energi. Malang.