TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT (Q) 0,025 M3/S DENGAN VARIASI SUDUT SUDU ROTOR 25º & SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º, 45º.
TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA
3
KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT (Q) 0,025 M /S DENGAN VARIASI
SUDUT SUDU ROTOR 25º & SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º, 45º
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
ANDRIE IRMANSYAH
NIM : D 200 060 067
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2011
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
“RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA
3
KETINGGIAN (H) 4 M, DEBIT (Q) 0,025 M /S DENGAN VARIASI SUDUT
SUDU ROTOR 25º & SUDU STATOR 25º, 30º, 45º ”
Yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana
S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi
dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk
mendapatkan gelar kesarjanaan dilingkungan Universitas Muhammadiyah
Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya
saya cantumkan sebagaimana mestinya.
Surakarta, 4 Maret 2011
Yang menyatakan,
Andrie Irmansyah
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir ini berjudul : ”RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN
KAPLAN DENGAN KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT 0,025 M3/S DENGAN VARIASI
SUDUT SUDU ROTOR 25º DAN SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º, 45º”, telah
disetujui oleh pembimbing untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh
derajat Sarjana (Strata 1) Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Dipersiapkan oleh:
Nama
: ANDRIE IRMANSYAH
Nim
: D 200 060 067
Disetujui pada:
Hari
:……………..
Tanggal
: ……………..
Pembimbing Utama
(Ir. Sartono Putro, MT)
Pembimbing Pendamping
(Ir. Subroto, MT)
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas
Akhir
ini
berjudul
”RANCANG
BANGUN
DAN
PENGUJIAN TURBIN KAPLAN DENGAN KETINGGIAN (H) 4 M
DEBIT 0,025 M3 /S DENGAN VARIASI SUDUT SUDU ROTOR 25º
DAN SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º, 45º” telah dipertahankan
dihadapan dewan penguji dan disahkan sebagai syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan Oleh:
Nama
: ANDRIE IRMANSYAH
Nim
: D 200 060 067
Disahkan pada
Hari
:
Tanggal
:
Tim Penguji
1. Ketua
: Ir. Sartono Putro, MT
(
)
2. Anggota 1 : Ir. Subroto, MT
(
)
3. Anggota 2 : Amin Sulistyanto, ST
(
)
Dekan
Ir. Agus Riyanto, MT
Ketua Jurusan
Ir. Sartono Putro, MT
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
MOTTO
“Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya yang
demikian itu sungguh berat, kecuali bagi orang-orang yang khusyu”
( Q.S. Al Baqarah : 45 )
“Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah
selesai (dari suatu urusan) kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang
lain dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap”
( Q.S. Al-Insyiqaaq : 6-8 )
“Barang siapa diuji, lalu bersabar, diberi lalu bersyukur, didzalimi lalu memaafkan
dan berbuat dzalim lalu istighfar, maka keselamatan dan merekalah orang-orang
yang memperoleh hidayah”
(H.R. Al Baihaqi)
“Berusaha, jalani dan berserah diri”
(Penulis)
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan penuh harap ridho Allah SWT teriring perasaan syukur dan
sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati
berbagai ujian dalam perjuangan yang abadi, Aku mempersembahkan
Tugas Akhir ini kepada :
Bapak dan Ibu yang dengan segala kasih sayang, kesabaran,
keikhlasan
dan
pengorbanannya,
senantiasa
mendukung,
membimbing dan mendo’akanku.
Keluargaku (Dian, Anis, Nanda, Indri ) dan keluarga semua yang
sudah bantu dan suport untuk saya.
Sahabatku (teman-teman angkatan 2006 teknik mesin yang selalu
kompak, saling mendukung dan berbagi tidak akan saya
lupakan )
Almamater ( Universitas Muhammadiyah Surakarta )
Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang
telah membimbing saya didalam perkuliah.
Bapak Dosen pembimbing akedemik Marwan Effendy, ST, MT.,
Bapak Dosen pembimbing satu tugas akhir Ir. Sartono Putro,
MT.., dan Bapak Dosen pembimbing dua tugas akhir Ir. Subroto,
MT., saya berterima kasih atas penggarahan dan bimbingan yang
banyak diberikan di Universitas Muhammadiyah Surakarta.
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan
karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis,
sehingga Tugas
Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Sholawat dan salam semoga
selalu dilimpahkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW, beserta keluarga
dan sahabat-sahabatnya, Amien.
Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan
Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat
bantuan dari berbagai pihak secara moril maupun materiil. Oleh karena
itu pada kesempatan ini, penulis sampaikan rasa terimakasih yang tulus,
kepada :
1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Dosen Pembimbing I yang telah
membimbing, mengarahkan, memberi
petunjuk dalam penyusunan
Tugas Akhir ini
4. Bapak Ir. Subroto, MT., selaku Dosen Pembimbing II yang telah
meluangkan banyak waktu untuk memberikan bimbingan dan arahan
dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
5. Bapak Marwan Effendy, ST, MT., selaku Pembimbing Akademik.
6. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta staf Tata Usaha Fakultas Teknik
Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
7. Keluargaku di rumah, Jakarta dan Boyolali yang selalu memberikan
dukungan dan do’a.
8. Teman angkatan 2006 yang sudah banyak membantu saya dan
mendukung
saya
dalam
perkuliahan
selama
di
Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
9. Teman saya
Fendy, Eko, Agus, Fery, teman-teman praktikum
Hidrodinamika, Bp.Suwardi ( PBS Solo ) Mas Joko ( Lab Teknik Sipil )
yang telah banyak membantu saya dalam melakukan penelitian ini
dilapangan.
Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika
sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir
ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu,
dana, literature yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki. Harapan
penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.
Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis
dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.
Surakarta, 4 Maret 2011
Penulis
RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA
KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT 0,025 M3/S DENGAN VARIASI SUDUT
SUDU ROTOR 25º DAN SUDU STATOR 25º, 30º, 45º
Andrie Irmansyah, Sartono Putro, Subroto
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A.Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura.
Email : andrie.irmansyah@gmail.com
ABSTRAKSI
Indonesia memiliki potensi sumber energi terbarukan dalam jumlah
besar, termasuk tenaga air. Banyak sungai di Indonesia yang belum
dimanfaatkan untuk membangkitkan energi listrik. Disamping itu, krisis
energi yang terjadi di dunia, meningkatkan kesadaran untuk
mengembangkan pembangkit berbahan terbarukan (renewable source),
termasuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Rancang
bangun dan Pengujian Turbin Kaplan
ini mengacu pada data
pengukuran yang diperoleh dari survey aliran air di Desa Nogosaren,
Kecamatan Getasan, Kabupaten Semarang untuk mendapatkan desain,
konstruksi Turbin Kaplan yang paling optimal dengan melakukan pengujian
Turbin Kaplan. Dalam penelitian menggunakan hydrometer dan didapat
3
debit (Q) 0,025 m /s serta ketinggian yang ditentukan dengan head (H) 4
m.
Pengujian ini dilakukan dengan sudu rotor 25° dan sudu stator
25,°30°,45° dengan variasi pada debit yang telah ditentukan. Dari
pengujian ini nantinya dapat dihasilkan perubahan putaran turbin ketika
terjadi perubahan pada sudu stator dengan variasi debit aliran yang akan
diuji.
Berdasarkan pengujian yang dilaksanakan diperoleh data hasil
Turbin Kaplan dari sudu rotor 25° dengan ketiga sudu stator tersebut,
sudu stator 25° menghasilkan putaran tertinggi dibandingkan sudu stator
30° dan 45°. Dari semua pengujian turbin tersebut didapat putaran turbin
tertinggi 436 rpm pada kondisi debit 24,1 dm3/s dan putaran terendah
191,2 rpm pada debit 20,1 dm3/s.
Kata kunci : renewable source, turbin kaplan, sudu rotor, sudu stator
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................................... I
HALAMAN KEASLIAN SKRIPSI ..................................................................... II
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................................... III
HALAMAN PENGESAHAN................................................................................... IV
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .................................................................... V
HALAMAN MOTTO ............................................................................................... VI
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................................VII
ABSTRAKSI................................................................................................................ VIII
KATA PENGANTAR................................................................................................. IX
DAFTAR ISI
................................................................................................... XI
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... XIV
DAFTAR TABEL ...................................................................................................... XVI
BAB I.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................... 3
1.3 Tujuan Penulisan ........................................................................ 3
1.4 Manfaat Penelitian ...................................................................... 3
1.5 Batasan Masalah.......................................................................... 4
1.6 Sistematika Penulisan…………………………………………....... 5
BAB I I. DASAR TEORI
2.1 Kajian Pustaka ............................................................................ 6
2.2. Energi Air ................................................................................... 7
2.2.1 Klasifikasi Turbin Air.......................................................... 10
2.2.2 Turbin Kaplan ................................................................... 10
2.3 Pemilihan Jenis Turbin............................................................ 13
2.3.1 Berdasarkan Kecepatan Spesifik………………………..... 13
2.3.2 Berdasarkan Perbandingan Karakteristik Turbin……...… 15
2.3.3 Berdasarkan Debit dan Head…………………………....… 17
2.3.4 Berdasarkan Efisiensi dan Daerah Kerja……………....... 19
2.4 Kecepatan Spesifik.......……………………………….……..... 20
2.5 Kecepatan Keliling Turbin………………..………………....…… 20
2.5.1 Kecepatan Keliling Turbin Bagian Luar Sudu………........ 20
2.5.2 Kecepatan Keliling Bagian Leher Poros Sudu………...… 21
2.5.3 Kecepatan Keliling Bagian Tengah Sudu……………….... 21
2.6 Diameter Turbin …………………………………………...…...… 21
2.6.1 Diameter Luar Sudu Turbin……………………………...… 22
2.6.2 Diameter Leher Poros Sudu Turbin……………………...… 22
2.6.3 Diameter Tengah Sudu Turbin………………………......… 22
2.7 Segitiga Kecepatan………………………….…………….…........ 22
2.7.1 Kecepatan Keliling…………………………………...…...... 23
2.7.2 Kecepatan Aliran………………………………….…......… 23
2.8 Profil Sudu................................................................................. 23
2.8.1 Profil Sudu Bagian Luar……….….……………….…...…
24
2.8.2 Profil Sudu Bagian Tengah……………………………....… 26
2.8.3 profil sudu bagian leher poros………………………......…. 27
2.9 Tinggi Sudu Pengarah…………………………………….....….. 28
2.10 Daya Turbin………………………………………..................…. 29
2.11 Gaya Aksial…………………………………………….……....... 29
2.15 Efisiensi.................................................................................. 30
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian ............................................................ 31
3.2 Bahan dan Alat……................................................................. 32
3.3 Tahapan Penelitian……............................................................. 34
3.4. Instalasi Penelitian ……………………………… …….…....….
35
3.5 Lokasi Penelitian………………………………………………..... 35
3.6. Analisa Perhitungan………………………………………….....
35
3.6.1 Kecepatan Spesifik………………………………………... 36
3.6.2 Kecepatan Keliling Turbin…………………………...…..... 37
3.6.3 Diameter Turbin…………………………………………..... 38
3.6.4 Segitiga Kecepatan……………………………………..…. 39
3.6.5 Tinggi Sudu Pengarah………………………………......… 48
3.6.6 Daya Turbin…………………………………………...…..... 47
3.6.7 Gaya Aksial……………………………………………..….. 50
3.6.8 Efisiensi………………………………………………....….. 50
3.7 Gambar Rancangan Turbin Kaplan……………………...…..…. 51
3.8 Metode Pengujian Turbin Kaplan…………………………..…...
52
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Grafik dan Pembahasan……………. ............................. 55
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .............................................................................. 61
5.2 Saran....................................................................................... 61
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram Klasifikasi Turbin Air…………………………………......... 10
Gambar 2.2. Turbin Kaplan..………..……………………………….…….…........ 12
Gambar 2.3. Turbin Kaplan dengan Sudu Jalan yang Dapat Diatur………….... 13
Gambar 2.4. Perbandingan Bentuk Sudu Turbin Berdasarkan Kecepatan
Spesifik……………………………….…………………………............... 15
Gambar 2.5. Grafik Perbandingan Karakteristik Turbin………………………..... 16
Gambar 2.6. Tinggi Jatuh Air Aktual Untuk Turbin Tekanan Sama…………..... 19
Gambar.2.7. Tinggi Jatuh Air Aktual Untuk Turbin Tekanan Lebih………….…..19
Gambar 2.8. Grafik Pembebanan Turbin………………………………………..... 21
Gambar 2.9. Sket Turbin Kaplan…………………………………………………... 22
Gambar 2.10. Sket Profil Sudu…………………………………………………….. 24
Gambar 2.11. Segitiga Kecepatan Bagian Luar ………………………………… 25
Gambar 2.12. Koefisien Gaya Angkat dan Tahanan……………………………. 26
Gambar 2.13. Grafik Kecepatan Spesifik …………………………………...........26
Gambar 2.14. Segitiga Kecepatan Bagian Tengah ……………………….……. 27
Gambar 2.15. Segitiga Kecepatan Bagian Leher Poros………………………... 28
Gambar 3.1. Skema Diagram Alir……………………………………………….... 32
Gambar 3.2. Theodolith………………………………………………………......... 33
Gambar 3.3. Bak Ukur.................................................................................... 32
Gambar 3.4. Hydrometer……………………………………………………....... 33
Gambar 3.5. Tachometer……………………………………………………...... 33
Gambar 3.6. Stopwatch………………………………………………………..... 33
Gambar 3.7. Instalasi Penelitian……………………………………………....... 35
Gambar 3.8. Sket Turbin……………………………………………………….... 38
Gambar 3.9. Segitiga Kecepatan Bagian Tengah…………………………. .... 42
Gambar 3.10. Segitiga Kecepatan Bagian Leher Poros…………………….... 44
Gambar 3.11.Segitiga Kecepatan Bagian Luar………………………….…..... 47
Gambar 3.12. Rotor Turbin Kaplan…………………………………………….. 51
Gambar 3.13. Komponen Turbin Kaplan………………………………………. 52
Gambar 3.14. Katup Pengatur Debit………………………………..………….. 52
Gambar 3.15. Sudu Rotor 25°.………........................………...…….………... 53
Gambar 3.16. Sudu Stator/ Pengarah.............................................................54
Gambar 4.1. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 25° dan
Stator 25°.................................................................................. 56
Gambar 4.2. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 25° dan
Stator 30°................................................................................. 57
Gambar 4.3. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 25° dan
Stator 45°.................................................................................. 58
Gambar 4.4. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 25° dan
Stator 25°, 30°, 45°.................................................................. 59
DAFTAR GRAFIK
Grafik 1. Sudu Rotor 25° dan Stator 25°……............................................ 57
Grafik 2. Sudu Rotor 25° dan Stator 30°……............................................ 58
Grafik 3. Sudu Rotor 25° dan Stator 45°……............................................ 59
Grafik 4. Sudu Rotor 25° dan Stator 25°, 30°, 45°.................................... 60
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Kecepatan Spesifik..................... 14
Tabel 2. Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Tinggi Jatuh Air………................ 19
Tabel 3. Perhitungan Segitiga Kecepatan………………………………..…......... 47
Tabel 4. Debit Terukur dengan Menggunakan Variasi………………….............. 53
Tabel 5.Data Putaran Sudu Rotor 25° dengan Sudu Stator 25°, 30°, 45°,......... 55
RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA
3
KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT (Q) 0,025 M /S DENGAN VARIASI
SUDUT SUDU ROTOR 25º & SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º, 45º
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
ANDRIE IRMANSYAH
NIM : D 200 060 067
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2011
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
“RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA
3
KETINGGIAN (H) 4 M, DEBIT (Q) 0,025 M /S DENGAN VARIASI SUDUT
SUDU ROTOR 25º & SUDU STATOR 25º, 30º, 45º ”
Yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana
S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi
dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk
mendapatkan gelar kesarjanaan dilingkungan Universitas Muhammadiyah
Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya
saya cantumkan sebagaimana mestinya.
Surakarta, 4 Maret 2011
Yang menyatakan,
Andrie Irmansyah
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir ini berjudul : ”RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN
KAPLAN DENGAN KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT 0,025 M3/S DENGAN VARIASI
SUDUT SUDU ROTOR 25º DAN SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º, 45º”, telah
disetujui oleh pembimbing untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh
derajat Sarjana (Strata 1) Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Dipersiapkan oleh:
Nama
: ANDRIE IRMANSYAH
Nim
: D 200 060 067
Disetujui pada:
Hari
:……………..
Tanggal
: ……………..
Pembimbing Utama
(Ir. Sartono Putro, MT)
Pembimbing Pendamping
(Ir. Subroto, MT)
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas
Akhir
ini
berjudul
”RANCANG
BANGUN
DAN
PENGUJIAN TURBIN KAPLAN DENGAN KETINGGIAN (H) 4 M
DEBIT 0,025 M3 /S DENGAN VARIASI SUDUT SUDU ROTOR 25º
DAN SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º, 45º” telah dipertahankan
dihadapan dewan penguji dan disahkan sebagai syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan Oleh:
Nama
: ANDRIE IRMANSYAH
Nim
: D 200 060 067
Disahkan pada
Hari
:
Tanggal
:
Tim Penguji
1. Ketua
: Ir. Sartono Putro, MT
(
)
2. Anggota 1 : Ir. Subroto, MT
(
)
3. Anggota 2 : Amin Sulistyanto, ST
(
)
Dekan
Ir. Agus Riyanto, MT
Ketua Jurusan
Ir. Sartono Putro, MT
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
MOTTO
“Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya yang
demikian itu sungguh berat, kecuali bagi orang-orang yang khusyu”
( Q.S. Al Baqarah : 45 )
“Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah
selesai (dari suatu urusan) kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang
lain dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap”
( Q.S. Al-Insyiqaaq : 6-8 )
“Barang siapa diuji, lalu bersabar, diberi lalu bersyukur, didzalimi lalu memaafkan
dan berbuat dzalim lalu istighfar, maka keselamatan dan merekalah orang-orang
yang memperoleh hidayah”
(H.R. Al Baihaqi)
“Berusaha, jalani dan berserah diri”
(Penulis)
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan penuh harap ridho Allah SWT teriring perasaan syukur dan
sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati
berbagai ujian dalam perjuangan yang abadi, Aku mempersembahkan
Tugas Akhir ini kepada :
Bapak dan Ibu yang dengan segala kasih sayang, kesabaran,
keikhlasan
dan
pengorbanannya,
senantiasa
mendukung,
membimbing dan mendo’akanku.
Keluargaku (Dian, Anis, Nanda, Indri ) dan keluarga semua yang
sudah bantu dan suport untuk saya.
Sahabatku (teman-teman angkatan 2006 teknik mesin yang selalu
kompak, saling mendukung dan berbagi tidak akan saya
lupakan )
Almamater ( Universitas Muhammadiyah Surakarta )
Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang
telah membimbing saya didalam perkuliah.
Bapak Dosen pembimbing akedemik Marwan Effendy, ST, MT.,
Bapak Dosen pembimbing satu tugas akhir Ir. Sartono Putro,
MT.., dan Bapak Dosen pembimbing dua tugas akhir Ir. Subroto,
MT., saya berterima kasih atas penggarahan dan bimbingan yang
banyak diberikan di Universitas Muhammadiyah Surakarta.
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan
karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis,
sehingga Tugas
Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Sholawat dan salam semoga
selalu dilimpahkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW, beserta keluarga
dan sahabat-sahabatnya, Amien.
Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan
Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat
bantuan dari berbagai pihak secara moril maupun materiil. Oleh karena
itu pada kesempatan ini, penulis sampaikan rasa terimakasih yang tulus,
kepada :
1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Dosen Pembimbing I yang telah
membimbing, mengarahkan, memberi
petunjuk dalam penyusunan
Tugas Akhir ini
4. Bapak Ir. Subroto, MT., selaku Dosen Pembimbing II yang telah
meluangkan banyak waktu untuk memberikan bimbingan dan arahan
dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
5. Bapak Marwan Effendy, ST, MT., selaku Pembimbing Akademik.
6. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta staf Tata Usaha Fakultas Teknik
Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
7. Keluargaku di rumah, Jakarta dan Boyolali yang selalu memberikan
dukungan dan do’a.
8. Teman angkatan 2006 yang sudah banyak membantu saya dan
mendukung
saya
dalam
perkuliahan
selama
di
Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
9. Teman saya
Fendy, Eko, Agus, Fery, teman-teman praktikum
Hidrodinamika, Bp.Suwardi ( PBS Solo ) Mas Joko ( Lab Teknik Sipil )
yang telah banyak membantu saya dalam melakukan penelitian ini
dilapangan.
Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika
sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir
ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu,
dana, literature yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki. Harapan
penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.
Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis
dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.
Surakarta, 4 Maret 2011
Penulis
RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA
KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT 0,025 M3/S DENGAN VARIASI SUDUT
SUDU ROTOR 25º DAN SUDU STATOR 25º, 30º, 45º
Andrie Irmansyah, Sartono Putro, Subroto
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A.Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura.
Email : andrie.irmansyah@gmail.com
ABSTRAKSI
Indonesia memiliki potensi sumber energi terbarukan dalam jumlah
besar, termasuk tenaga air. Banyak sungai di Indonesia yang belum
dimanfaatkan untuk membangkitkan energi listrik. Disamping itu, krisis
energi yang terjadi di dunia, meningkatkan kesadaran untuk
mengembangkan pembangkit berbahan terbarukan (renewable source),
termasuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Rancang
bangun dan Pengujian Turbin Kaplan
ini mengacu pada data
pengukuran yang diperoleh dari survey aliran air di Desa Nogosaren,
Kecamatan Getasan, Kabupaten Semarang untuk mendapatkan desain,
konstruksi Turbin Kaplan yang paling optimal dengan melakukan pengujian
Turbin Kaplan. Dalam penelitian menggunakan hydrometer dan didapat
3
debit (Q) 0,025 m /s serta ketinggian yang ditentukan dengan head (H) 4
m.
Pengujian ini dilakukan dengan sudu rotor 25° dan sudu stator
25,°30°,45° dengan variasi pada debit yang telah ditentukan. Dari
pengujian ini nantinya dapat dihasilkan perubahan putaran turbin ketika
terjadi perubahan pada sudu stator dengan variasi debit aliran yang akan
diuji.
Berdasarkan pengujian yang dilaksanakan diperoleh data hasil
Turbin Kaplan dari sudu rotor 25° dengan ketiga sudu stator tersebut,
sudu stator 25° menghasilkan putaran tertinggi dibandingkan sudu stator
30° dan 45°. Dari semua pengujian turbin tersebut didapat putaran turbin
tertinggi 436 rpm pada kondisi debit 24,1 dm3/s dan putaran terendah
191,2 rpm pada debit 20,1 dm3/s.
Kata kunci : renewable source, turbin kaplan, sudu rotor, sudu stator
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................................... I
HALAMAN KEASLIAN SKRIPSI ..................................................................... II
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................................... III
HALAMAN PENGESAHAN................................................................................... IV
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .................................................................... V
HALAMAN MOTTO ............................................................................................... VI
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................................VII
ABSTRAKSI................................................................................................................ VIII
KATA PENGANTAR................................................................................................. IX
DAFTAR ISI
................................................................................................... XI
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... XIV
DAFTAR TABEL ...................................................................................................... XVI
BAB I.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................... 3
1.3 Tujuan Penulisan ........................................................................ 3
1.4 Manfaat Penelitian ...................................................................... 3
1.5 Batasan Masalah.......................................................................... 4
1.6 Sistematika Penulisan…………………………………………....... 5
BAB I I. DASAR TEORI
2.1 Kajian Pustaka ............................................................................ 6
2.2. Energi Air ................................................................................... 7
2.2.1 Klasifikasi Turbin Air.......................................................... 10
2.2.2 Turbin Kaplan ................................................................... 10
2.3 Pemilihan Jenis Turbin............................................................ 13
2.3.1 Berdasarkan Kecepatan Spesifik………………………..... 13
2.3.2 Berdasarkan Perbandingan Karakteristik Turbin……...… 15
2.3.3 Berdasarkan Debit dan Head…………………………....… 17
2.3.4 Berdasarkan Efisiensi dan Daerah Kerja……………....... 19
2.4 Kecepatan Spesifik.......……………………………….……..... 20
2.5 Kecepatan Keliling Turbin………………..………………....…… 20
2.5.1 Kecepatan Keliling Turbin Bagian Luar Sudu………........ 20
2.5.2 Kecepatan Keliling Bagian Leher Poros Sudu………...… 21
2.5.3 Kecepatan Keliling Bagian Tengah Sudu……………….... 21
2.6 Diameter Turbin …………………………………………...…...… 21
2.6.1 Diameter Luar Sudu Turbin……………………………...… 22
2.6.2 Diameter Leher Poros Sudu Turbin……………………...… 22
2.6.3 Diameter Tengah Sudu Turbin………………………......… 22
2.7 Segitiga Kecepatan………………………….…………….…........ 22
2.7.1 Kecepatan Keliling…………………………………...…...... 23
2.7.2 Kecepatan Aliran………………………………….…......… 23
2.8 Profil Sudu................................................................................. 23
2.8.1 Profil Sudu Bagian Luar……….….……………….…...…
24
2.8.2 Profil Sudu Bagian Tengah……………………………....… 26
2.8.3 profil sudu bagian leher poros………………………......…. 27
2.9 Tinggi Sudu Pengarah…………………………………….....….. 28
2.10 Daya Turbin………………………………………..................…. 29
2.11 Gaya Aksial…………………………………………….……....... 29
2.15 Efisiensi.................................................................................. 30
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian ............................................................ 31
3.2 Bahan dan Alat……................................................................. 32
3.3 Tahapan Penelitian……............................................................. 34
3.4. Instalasi Penelitian ……………………………… …….…....….
35
3.5 Lokasi Penelitian………………………………………………..... 35
3.6. Analisa Perhitungan………………………………………….....
35
3.6.1 Kecepatan Spesifik………………………………………... 36
3.6.2 Kecepatan Keliling Turbin…………………………...…..... 37
3.6.3 Diameter Turbin…………………………………………..... 38
3.6.4 Segitiga Kecepatan……………………………………..…. 39
3.6.5 Tinggi Sudu Pengarah………………………………......… 48
3.6.6 Daya Turbin…………………………………………...…..... 47
3.6.7 Gaya Aksial……………………………………………..….. 50
3.6.8 Efisiensi………………………………………………....….. 50
3.7 Gambar Rancangan Turbin Kaplan……………………...…..…. 51
3.8 Metode Pengujian Turbin Kaplan…………………………..…...
52
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Grafik dan Pembahasan……………. ............................. 55
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .............................................................................. 61
5.2 Saran....................................................................................... 61
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram Klasifikasi Turbin Air…………………………………......... 10
Gambar 2.2. Turbin Kaplan..………..……………………………….…….…........ 12
Gambar 2.3. Turbin Kaplan dengan Sudu Jalan yang Dapat Diatur………….... 13
Gambar 2.4. Perbandingan Bentuk Sudu Turbin Berdasarkan Kecepatan
Spesifik……………………………….…………………………............... 15
Gambar 2.5. Grafik Perbandingan Karakteristik Turbin………………………..... 16
Gambar 2.6. Tinggi Jatuh Air Aktual Untuk Turbin Tekanan Sama…………..... 19
Gambar.2.7. Tinggi Jatuh Air Aktual Untuk Turbin Tekanan Lebih………….…..19
Gambar 2.8. Grafik Pembebanan Turbin………………………………………..... 21
Gambar 2.9. Sket Turbin Kaplan…………………………………………………... 22
Gambar 2.10. Sket Profil Sudu…………………………………………………….. 24
Gambar 2.11. Segitiga Kecepatan Bagian Luar ………………………………… 25
Gambar 2.12. Koefisien Gaya Angkat dan Tahanan……………………………. 26
Gambar 2.13. Grafik Kecepatan Spesifik …………………………………...........26
Gambar 2.14. Segitiga Kecepatan Bagian Tengah ……………………….……. 27
Gambar 2.15. Segitiga Kecepatan Bagian Leher Poros………………………... 28
Gambar 3.1. Skema Diagram Alir……………………………………………….... 32
Gambar 3.2. Theodolith………………………………………………………......... 33
Gambar 3.3. Bak Ukur.................................................................................... 32
Gambar 3.4. Hydrometer……………………………………………………....... 33
Gambar 3.5. Tachometer……………………………………………………...... 33
Gambar 3.6. Stopwatch………………………………………………………..... 33
Gambar 3.7. Instalasi Penelitian……………………………………………....... 35
Gambar 3.8. Sket Turbin……………………………………………………….... 38
Gambar 3.9. Segitiga Kecepatan Bagian Tengah…………………………. .... 42
Gambar 3.10. Segitiga Kecepatan Bagian Leher Poros…………………….... 44
Gambar 3.11.Segitiga Kecepatan Bagian Luar………………………….…..... 47
Gambar 3.12. Rotor Turbin Kaplan…………………………………………….. 51
Gambar 3.13. Komponen Turbin Kaplan………………………………………. 52
Gambar 3.14. Katup Pengatur Debit………………………………..………….. 52
Gambar 3.15. Sudu Rotor 25°.………........................………...…….………... 53
Gambar 3.16. Sudu Stator/ Pengarah.............................................................54
Gambar 4.1. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 25° dan
Stator 25°.................................................................................. 56
Gambar 4.2. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 25° dan
Stator 30°................................................................................. 57
Gambar 4.3. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 25° dan
Stator 45°.................................................................................. 58
Gambar 4.4. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 25° dan
Stator 25°, 30°, 45°.................................................................. 59
DAFTAR GRAFIK
Grafik 1. Sudu Rotor 25° dan Stator 25°……............................................ 57
Grafik 2. Sudu Rotor 25° dan Stator 30°……............................................ 58
Grafik 3. Sudu Rotor 25° dan Stator 45°……............................................ 59
Grafik 4. Sudu Rotor 25° dan Stator 25°, 30°, 45°.................................... 60
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Kecepatan Spesifik..................... 14
Tabel 2. Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Tinggi Jatuh Air………................ 19
Tabel 3. Perhitungan Segitiga Kecepatan………………………………..…......... 47
Tabel 4. Debit Terukur dengan Menggunakan Variasi………………….............. 53
Tabel 5.Data Putaran Sudu Rotor 25° dengan Sudu Stator 25°, 30°, 45°,......... 55