PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL Q = 0.450 m³/s DAN Head = 10 m DI SUNGAI KALIDUNGMALANG
PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS
HORIZONTAL Q = 0.450 m³/s DAN Head = 10 m DI SUNGAI
KALIDUNGMALANG
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana (S-1) Teknik Mesin
Oleh :
ARDI SETIAWAN
201010120311087
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2016
i
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ............................................................................................... i
POSTER .............................................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN SEKRIPSI ........................................................... iii
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING I ......................... iv
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING II ......................... v
LEMBAR PERNYATAAN .............................................................................. vi
ABSTRAK ........................................................................................................ vii
ABSTRACT ..................................................................................................... viii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... ix
DAFTAR ISI ....................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2 Rumusan masalah ................................................................................. 3
1.3 Tujuan perancangan ............................................................................... 3
1.4 Batasan masalah ..................................................................................... 3
1.5 Manfaat perancangan ............................................................................ 4
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................ 5
2.1 Turbin Air ............................................................................................. 5
2.1.1 Klasifikasi Turbin Air ..................................................................... 5
2.1.2 Jenis-jenis Turbin Implus ................................................................ 7
x
1. Turbin Pelton................................................................................ 7
2. Turbin Turgo ................................................................................ 8
3. Turbin Cross Flow ....................................................................... 9
2.1.3 Jenis- jenis Turbin Reaksi ............................................................. 10
1. Turbin Kaplan ............................................................................ 10
2. Turbin Propeller ......................................................................... 10
2.2 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik......................................................... 11
2.3 Teori Dasar Aliran (Hidronamik) ........................................................ 11
2.4 Perencanaan Pipa Pesat (Penstock) ...................................................... 15
2.4.1 Diameter Pipa Pesat .................................................................... 16
2.4.2 Perencanaan Tebal Pipa Pesat ..................................................... 16
2.5 Perencanaan Roda Jalan (Runner) ....................................................... 17
2.6 Poros .................................................................................................... 25
2.7 Pasak .................................................................................................... 27
2.8 Bantalan ............................................................................................... 29
2.8.1 Klasifikasi Bantalan .................................................................... 29
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ............................................... 30
3.1 Tinjauan Umum ................................................................................... 30
3.2 Perencanaan Gambar Desain Setruktur Turbin.................................... 30
3.3 Diagram Alir Perancangan................................................................... 31
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ........................................ 34
4.1 Data Teknis Aliran Sungai ................................................................... 34
4.2 Perhitungan Daya dan Kecepatan Spesifik Turbin .............................. 34
4.3 Pemilihan Jenis Turbin Air .................................................................. 35
4.4 Perancangan Pipa Pesat (Penstock) dan Perlengkapannya ................. 37
4.4.1 Diameter Pipa Pesat ...................................................................... 38
4.4.2 Perencanaan Tebal Pipa Pesat ....................................................... 38
4.5 Perencanaan Dimensi Roda Jalan (Runner) ......................................... 39
4.6 Kecepatan Pada Sudu Turbin (Kecepatan Aliran) ............................... 39
4.7 Perencanaan Poros ............................................................................... 44
4.8 Perencanaan Pasak ............................................................................... 47
4.9 Perencanaan Bantalan .......................................................................... 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 52
5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 52
5.2 Saran .................................................................................................... 53
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 54
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 : Cara kerja PLTMH secara sederhana ................................11
Gambar 2.2 : Pipa penstock .....................................................................14
Gambar 2.3 : Segitiga kecepatan masuk dan segitiga kecepatan keluar....16
Gambar 2.4 : Grafik menentukan� ∗ , �� ∗ dan �� ∗ , �� ∗ pengaruh.........21
Gambar 2.5 : Model runner turbin propeller poros horizontal...................22
Gambar 2.6 : Sudut masuk dan keluar aliran ...........................................22
Gambar 2.7 : Pasak ..................................................................................25
Gambar 2.8 : macam-macam bantalan gelinding .....................................28
Gambar 3.1 : Diagram Alir perancangan PLTMH ..................................30
Gambar 4.1 : Pipa penstock
...................................................................36
Gambar 4.2 : Grafik menentukan� ∗ , �� ∗ dan �� ∗ , �� ∗ pengaruh ........38
Gambar 4.3 : nilai cu1 yang digambarkan secara grafis .............................42
Gambar 4.4 : dimensi poros ......................................................................43
Gambar 4.5 : Pasak ..................................................................................46
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 : Pengelompokan turbin air..........................................................9
Tabel 2.2 : Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan tinggi head ............12
Tabel 2.3 : Material untuk pipa ................................................................15
Tabel 2.4 : standart pasak menurut IS:2292 dan 2203-196 .......................27
Tabel 4.1 : Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan tinggi head ...........35
Tabel 4.2 : Material untuk pipa ................................................................36
Tabel 4.3 : standart pasak melintang menurut ISO:2292 dan 2293-1963..46
xii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
KarangGandu adalah salah satu desa terpencil yang berada di
selatan Kabupaten Trenggalek, terletak di daerah pesisir dan berhadapan
langsung dengan Samudra Hindia, Desa Karanggandu terletak di
kecamatan Watu Limo Kabupaten Trenggalek, Desa ini memiliki luas
wilayah sekitar 2.537,5 Ha dan jumlah penduduk sekitar 2.469 KK,
(Data01-november-2015) Sebagian besar Desa Karanggandu di kelilingai
oleh tanah pegunungan sesuai dengan ciri khas Kabupaten Trenggalek
yaitu kota SERIBU BUKIT yang dimana 2/3 bagian luas wilayah adalah
tanah pegunungan. Maka tidaklah heran jika potensi sumberdaya alam dan
pariwisata sangatlah melimpah di Kabupaten Trenggalek khususnya di
desa Karanggandu. Mayoritas mata pencaharian masarakat desa adalah
petani sekitar 65% baik persawahan ataupun perkebunan, sekitar 25%
adalah nelayan tangkap ikan dan sekitar 25% lagi adalah petani sekaligus
menjadi nelayan ikan. Selain itu Desa Karanggandu memiliki potensi
wisata bahari yang cukup bagus karena memiliki dua pantai yaitu Pantai
Cengkrong dan Pantai Damas serta memiliki Wisata Mangrove yang
terletak tepat di Pancer Pantai Cengkrong.
Kabupaten trenggalek berada di sekitar garis katulistiwa maka
seperti kabupaten-kabupaten lainnya di Jawa Timur yang mempunyai
perubahan iklim sebanyak dua jenis dalam satu tahunnya yakni musim
1
2
kemarau dan musim penghujan. Pada bulan september hingga bulan april
adalah musim penghujan sedangkan pada bulan mei hingga bulan agustus
adalah musim kemarau
oleh sebab itu tidaklah heran jika di Kabupaten
ini banyak di temui aliran sungai yang cukup besar dan berpotensi untuk di
kembangkan menjadi sumber pembangkit listrik sekala mikro.
Desa Karanggandu memiliki potensi aliran sungai yang cukup
besar yaitu aliran sungai KaliDung malang yang terdapat di Dusun
Gading, Aliran sungai Kalidung malang mempunya ketersediaan air yang
cukup sepanjang tahun dan debit yang dapat dihandalkan, di sungai kali
dungmalang terdapat air terjun alam yang memiliki ketinggian sekitar 8-10
M. selama ini aliran sungai hanya di manfaatkan sebagai saluran irigasi
untuk memenuhi kebutuhan pengairan persawahan masyarakat Desa
Karanggandu.
Dengan melihat keadaan dan ketersediaan air yang sangat
melimpah di desa ini maka penulis berkeyakinan bahwa potensi Aliran
sungai yang ada dapat di manfaatkan untuk pembangunan (PLTMH) yang
nantinya dapat menciptakan lapangan pekerjaan baru bagi masarakat desa
serta diharapkan dapat membantu masyarakat sekitar untuk meningkatkan
keadaan ekonomi dan memenuhi kebutuhan konsumsi listrik yang cukup
memadai. Keadaan–keadaan diatas menjadi dasar bagi penulis untuk
membahas studi perancangan pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro (PLTMH) di sungai Kalidung Malang yang terletak di Desa
Karanggandu Kecamatan Watu Limo Kabupaten Trenggalek Jawa Timur.
3
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan pada latar belakang yang diuraikan, maka rumusan
masalah dalam tugas akhir ini adalah :
1.
Ada potensi pembangunan PLTMH (Pembangkit Listrik Tenaga
Mikro Hidro)
2.
Berapa daya yang dihasilan turbin tersebut.
3. Berapa dimensi yang digunakan setiap komponen Turbin.
1.3 Tujuan Perancangan
Dari rumusan masalah diatas maka tujuan perancangan turbin ini
adalah:
1. Untuk menghasilkan desain turbin yang sesuai dengan potensi
yang ada di Sungai Kali Dungmalang Desa Karanggandu.
2. Dapat menentukan daya turbin
3. Dapat menentukan dimensi komponen turbin.
1.4 Batasan Masalah
Dalam perancangan ini ditetapkan batasan masalah sebagai berikut:
1. Turbin di desain berdasarkan potensi yang ada, tinggi rendahnya
titik jatuh air
2. Perancangan tidak termasuk generator, instalasi listrik dan
pelengkapnya
4
3. Perancangan
ini
tidak
termasuk
sistem
transmisi,
sitem
pelumasan, bendungan, Sistem pengatur kecepatan turbin, dan
analisa pembiayaan pembangunan.
1.5 Manfaat Perancangan
Adapun manfaat dari perancangan turbin propeller di Sungai
Kalidung Malang ini adalah :
1. Memanfaatkan debit air yang ada di Sungai Kalidungmalang untuk
energi listrik.
2. Sebagai solusi untuk mengatasi kekurangan energi listrik di Desa
Karanggandu dan sekitarnya agar menjadi desa yang berkembang
dan mandiri energi.
HORIZONTAL Q = 0.450 m³/s DAN Head = 10 m DI SUNGAI
KALIDUNGMALANG
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana (S-1) Teknik Mesin
Oleh :
ARDI SETIAWAN
201010120311087
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2016
i
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ............................................................................................... i
POSTER .............................................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN SEKRIPSI ........................................................... iii
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING I ......................... iv
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING II ......................... v
LEMBAR PERNYATAAN .............................................................................. vi
ABSTRAK ........................................................................................................ vii
ABSTRACT ..................................................................................................... viii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... ix
DAFTAR ISI ....................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2 Rumusan masalah ................................................................................. 3
1.3 Tujuan perancangan ............................................................................... 3
1.4 Batasan masalah ..................................................................................... 3
1.5 Manfaat perancangan ............................................................................ 4
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................ 5
2.1 Turbin Air ............................................................................................. 5
2.1.1 Klasifikasi Turbin Air ..................................................................... 5
2.1.2 Jenis-jenis Turbin Implus ................................................................ 7
x
1. Turbin Pelton................................................................................ 7
2. Turbin Turgo ................................................................................ 8
3. Turbin Cross Flow ....................................................................... 9
2.1.3 Jenis- jenis Turbin Reaksi ............................................................. 10
1. Turbin Kaplan ............................................................................ 10
2. Turbin Propeller ......................................................................... 10
2.2 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik......................................................... 11
2.3 Teori Dasar Aliran (Hidronamik) ........................................................ 11
2.4 Perencanaan Pipa Pesat (Penstock) ...................................................... 15
2.4.1 Diameter Pipa Pesat .................................................................... 16
2.4.2 Perencanaan Tebal Pipa Pesat ..................................................... 16
2.5 Perencanaan Roda Jalan (Runner) ....................................................... 17
2.6 Poros .................................................................................................... 25
2.7 Pasak .................................................................................................... 27
2.8 Bantalan ............................................................................................... 29
2.8.1 Klasifikasi Bantalan .................................................................... 29
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ............................................... 30
3.1 Tinjauan Umum ................................................................................... 30
3.2 Perencanaan Gambar Desain Setruktur Turbin.................................... 30
3.3 Diagram Alir Perancangan................................................................... 31
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ........................................ 34
4.1 Data Teknis Aliran Sungai ................................................................... 34
4.2 Perhitungan Daya dan Kecepatan Spesifik Turbin .............................. 34
4.3 Pemilihan Jenis Turbin Air .................................................................. 35
4.4 Perancangan Pipa Pesat (Penstock) dan Perlengkapannya ................. 37
4.4.1 Diameter Pipa Pesat ...................................................................... 38
4.4.2 Perencanaan Tebal Pipa Pesat ....................................................... 38
4.5 Perencanaan Dimensi Roda Jalan (Runner) ......................................... 39
4.6 Kecepatan Pada Sudu Turbin (Kecepatan Aliran) ............................... 39
4.7 Perencanaan Poros ............................................................................... 44
4.8 Perencanaan Pasak ............................................................................... 47
4.9 Perencanaan Bantalan .......................................................................... 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 52
5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 52
5.2 Saran .................................................................................................... 53
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 54
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 : Cara kerja PLTMH secara sederhana ................................11
Gambar 2.2 : Pipa penstock .....................................................................14
Gambar 2.3 : Segitiga kecepatan masuk dan segitiga kecepatan keluar....16
Gambar 2.4 : Grafik menentukan� ∗ , �� ∗ dan �� ∗ , �� ∗ pengaruh.........21
Gambar 2.5 : Model runner turbin propeller poros horizontal...................22
Gambar 2.6 : Sudut masuk dan keluar aliran ...........................................22
Gambar 2.7 : Pasak ..................................................................................25
Gambar 2.8 : macam-macam bantalan gelinding .....................................28
Gambar 3.1 : Diagram Alir perancangan PLTMH ..................................30
Gambar 4.1 : Pipa penstock
...................................................................36
Gambar 4.2 : Grafik menentukan� ∗ , �� ∗ dan �� ∗ , �� ∗ pengaruh ........38
Gambar 4.3 : nilai cu1 yang digambarkan secara grafis .............................42
Gambar 4.4 : dimensi poros ......................................................................43
Gambar 4.5 : Pasak ..................................................................................46
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 : Pengelompokan turbin air..........................................................9
Tabel 2.2 : Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan tinggi head ............12
Tabel 2.3 : Material untuk pipa ................................................................15
Tabel 2.4 : standart pasak menurut IS:2292 dan 2203-196 .......................27
Tabel 4.1 : Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan tinggi head ...........35
Tabel 4.2 : Material untuk pipa ................................................................36
Tabel 4.3 : standart pasak melintang menurut ISO:2292 dan 2293-1963..46
xii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
KarangGandu adalah salah satu desa terpencil yang berada di
selatan Kabupaten Trenggalek, terletak di daerah pesisir dan berhadapan
langsung dengan Samudra Hindia, Desa Karanggandu terletak di
kecamatan Watu Limo Kabupaten Trenggalek, Desa ini memiliki luas
wilayah sekitar 2.537,5 Ha dan jumlah penduduk sekitar 2.469 KK,
(Data01-november-2015) Sebagian besar Desa Karanggandu di kelilingai
oleh tanah pegunungan sesuai dengan ciri khas Kabupaten Trenggalek
yaitu kota SERIBU BUKIT yang dimana 2/3 bagian luas wilayah adalah
tanah pegunungan. Maka tidaklah heran jika potensi sumberdaya alam dan
pariwisata sangatlah melimpah di Kabupaten Trenggalek khususnya di
desa Karanggandu. Mayoritas mata pencaharian masarakat desa adalah
petani sekitar 65% baik persawahan ataupun perkebunan, sekitar 25%
adalah nelayan tangkap ikan dan sekitar 25% lagi adalah petani sekaligus
menjadi nelayan ikan. Selain itu Desa Karanggandu memiliki potensi
wisata bahari yang cukup bagus karena memiliki dua pantai yaitu Pantai
Cengkrong dan Pantai Damas serta memiliki Wisata Mangrove yang
terletak tepat di Pancer Pantai Cengkrong.
Kabupaten trenggalek berada di sekitar garis katulistiwa maka
seperti kabupaten-kabupaten lainnya di Jawa Timur yang mempunyai
perubahan iklim sebanyak dua jenis dalam satu tahunnya yakni musim
1
2
kemarau dan musim penghujan. Pada bulan september hingga bulan april
adalah musim penghujan sedangkan pada bulan mei hingga bulan agustus
adalah musim kemarau
oleh sebab itu tidaklah heran jika di Kabupaten
ini banyak di temui aliran sungai yang cukup besar dan berpotensi untuk di
kembangkan menjadi sumber pembangkit listrik sekala mikro.
Desa Karanggandu memiliki potensi aliran sungai yang cukup
besar yaitu aliran sungai KaliDung malang yang terdapat di Dusun
Gading, Aliran sungai Kalidung malang mempunya ketersediaan air yang
cukup sepanjang tahun dan debit yang dapat dihandalkan, di sungai kali
dungmalang terdapat air terjun alam yang memiliki ketinggian sekitar 8-10
M. selama ini aliran sungai hanya di manfaatkan sebagai saluran irigasi
untuk memenuhi kebutuhan pengairan persawahan masyarakat Desa
Karanggandu.
Dengan melihat keadaan dan ketersediaan air yang sangat
melimpah di desa ini maka penulis berkeyakinan bahwa potensi Aliran
sungai yang ada dapat di manfaatkan untuk pembangunan (PLTMH) yang
nantinya dapat menciptakan lapangan pekerjaan baru bagi masarakat desa
serta diharapkan dapat membantu masyarakat sekitar untuk meningkatkan
keadaan ekonomi dan memenuhi kebutuhan konsumsi listrik yang cukup
memadai. Keadaan–keadaan diatas menjadi dasar bagi penulis untuk
membahas studi perancangan pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro (PLTMH) di sungai Kalidung Malang yang terletak di Desa
Karanggandu Kecamatan Watu Limo Kabupaten Trenggalek Jawa Timur.
3
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan pada latar belakang yang diuraikan, maka rumusan
masalah dalam tugas akhir ini adalah :
1.
Ada potensi pembangunan PLTMH (Pembangkit Listrik Tenaga
Mikro Hidro)
2.
Berapa daya yang dihasilan turbin tersebut.
3. Berapa dimensi yang digunakan setiap komponen Turbin.
1.3 Tujuan Perancangan
Dari rumusan masalah diatas maka tujuan perancangan turbin ini
adalah:
1. Untuk menghasilkan desain turbin yang sesuai dengan potensi
yang ada di Sungai Kali Dungmalang Desa Karanggandu.
2. Dapat menentukan daya turbin
3. Dapat menentukan dimensi komponen turbin.
1.4 Batasan Masalah
Dalam perancangan ini ditetapkan batasan masalah sebagai berikut:
1. Turbin di desain berdasarkan potensi yang ada, tinggi rendahnya
titik jatuh air
2. Perancangan tidak termasuk generator, instalasi listrik dan
pelengkapnya
4
3. Perancangan
ini
tidak
termasuk
sistem
transmisi,
sitem
pelumasan, bendungan, Sistem pengatur kecepatan turbin, dan
analisa pembiayaan pembangunan.
1.5 Manfaat Perancangan
Adapun manfaat dari perancangan turbin propeller di Sungai
Kalidung Malang ini adalah :
1. Memanfaatkan debit air yang ada di Sungai Kalidungmalang untuk
energi listrik.
2. Sebagai solusi untuk mengatasi kekurangan energi listrik di Desa
Karanggandu dan sekitarnya agar menjadi desa yang berkembang
dan mandiri energi.