TUGAS AKHIR Perancangan Dan Pengujian Turbin Kaplan Pada Ketinggian (H) 4 M Sudut Sudu Jalan 45º Dengan Variabel Perubahan Debit Dan Sudut Sudu Pengarah.

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN DAN PENGUJIAN TURBIN
KAPLAN PADA KETINGGIAN (H) 4 M SUDUT
SUDU JALAN 45º DENGAN VARIABEL
PERUBAHAN DEBIT DAN SUDUT
SUDU PENGARAH

Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh derajat Sarjana S1
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

DWI WIDODO
NIM : D200 080 084

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2013

i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul

:

"Perancangan Dan Pengujian Turbin Kaplan Pada Kelinggian (H) 4 m

Sudut Sudu Jalan 45o Dengan Variabel Perubahan Debit (Q) Dan
Sudut Sudu Pengarah" Yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat
memperoleh derajat sa{ana 51 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui

bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah
dipubliltasikan dan/atau pemah dipakai untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan

di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta

atau

instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya
cantumkan sebagaimana mestinya.

013
t

HALATiAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir ini beriudul 'Perancargan Dan Pengujian Turbin l(aplan Pada

Ketinggian (H)

4 m Sudut Sudu Jalan 45o Dengan Variabel

Perubahan

Debit (Q) Dan Sudut Sudu Pengarah', Telah disetujui oleh Pembimbing
dan diterlma untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh deraiat

Sarjana

Sl pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh

Nama
Nirn

:

: DWIWDODO
: D2@ 080 O&4

Disetujui pada

.

Hari

lGtt

Tanggal

tt furbt,

u

Pembimbing Pendamping

Pembimbing Utama

( lr. Sartono Putro,

ffi

0rq\4

( Ndr Aklis, ST )

)

iii

HALAII'AN PENGESAHAN
Tugas Akhir beriudul "Perancangan Dan Pengujian Turbin Kaplan Pada
Ketinggian (H)

4 m Sudut Sudu Jalan

45o Dengan Variabel Perubahan

Debit (Q) Dan Sudut Sudu Pengarah", Telah dipertahankan dihadapan

Tim

Penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi sebagian syarat

memperoleh derajat Sariana

Sl pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh

Nama
Nim

:

: DW WIDODO
: D200 080 084

Disahkan pada:

Hari

: [ornrt

Tanggal : lr
Dewan Penguji

frrtotL

:

()

1.

lr. Sartono Putro, MT.

2.

Nur Aklis, ST.

)

3.

lr. SunardiWiyono, MT.

)

r.)
iv

v

DEDIKASI
Dengan penuh harap ridho Allah SWT teriring rasa syukur dan
sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi setelah melewati
berbagai ujian dalam perjuangan yang abadi, Aku dedikasi Tugas Akhir ini
kepada :


Allah SWT, puji syukur atas nikmat yang engkau berikan.



Orang tuaku Bapak Kardi dan Ibu Miyem yang dengan segala
kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya,
senantiasa mendukung, membimbing dan mendo’akanku.



Keluargaku semua yang telah membantu dan memberi
semangat saya.



Almamater ( Universitas Muhammadiyah Surakarta )



Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin
yang telah membimbing saya didalam perkuliahan.



Bapak Dosen Pembimbing Akademik Muh. Alfatih Hendrawan,
MT., Bapak Dosen Pembimbing Utama Tugas Akhir Ir. Sartono
Putro, MT., dan Bapak Dosen Pembimbing Pendamping Nur
Aklis, ST., Saya berterima kasih atas kesabaran bimbingannya
di Universitas Muhammadiyah Surakarta.



Sahabatku Andi Susanto, Nursalim yang menjadi teman
seperjuangan Tugas Akhir.



Teman-teman angkatan 2008 Teknik Mesin yang selalu
kompak, saling mendukung dan berbagi tidak akan saya
lupakan.

vi

HALAMAN MOTTO
“Man Jadda Wa Jada” ( barang siapa yang bersungguh-sungguh,
maka pasti akan berhasil ).
(Ali bin Abi Thalib)

vii

PERANCANGAN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA
KETINGGIAN (H) 4 M SUDUT SUDU JALAN 45º DENGAN
VARIABEL PERUBAHAN DEBIT (Q) DAN SUDUT SUDU
PENGARAH
Dwi Widodo, Sartono Putro, Nur Aklis
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartosura
Email : dwiwidodo89@gmail.com

ABSTRAKSI
Turbin Kaplan adalah jenis turbin air yang dapat beroperasi pada
tinggi jatuh air (head) yang sangat rendah dengan kapasitas air yang
tinggi maupun kapasitas air yang sangat rendah. Dalam Perancangan
dan Pengujian Turbin Kaplan perlu diperhatikan ketinggian air jatuh (head)
dan debit aliran air. Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah untuk
mendapatkan rancangan turbin Kaplan pada ketinggian 4 m sudut sudu
jalan 45º dengan variabel perubahan debit dan sudut sudu pengarah.
Pengujian turbin Kaplan mengacu pada data pengukuran yang
diperoleh dari survey aliran air di waduk Lalung Kabupaten Karanganyar
yaitu pada ketinggian (H) 4 m sudut sudu jalan 45º dengan variabel
perubahan debit dan sudut sudu pengarah. Dari analisis diperoleh
diameter luar turbin (DL) = 300 mm, diameter leher turbin (DN) = 130 mm,
dan diameter tengah turbin (DM) = 215 mm.
Dari hasil pengujian turbin Kaplan pada ketinggian (H) 4 m dan
sudut sudu jalan 45º diperoleh putaran tertinggi sebesar 493,6 rpm yaitu
pada debit 132 dm3/s dan sudut sudu pengarah 45º sedangkan putaran
terendah yang dihasilkan oleh turbin Kaplan ada pada putaran 285,4 rpm
yaitu pada debit 88 dm3/s dan sudut sudu pengarah 55º

Kata kunci : Turbin kaplan, Diameter turbin, Sudu turbin, Putaran
turbin

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum. Wr. Wb.
Syukur Alhamdulilah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas
berkah dan rahmat-nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat
terselesaikan.
Tugas akhir berjudul “Perancangan Dan Pengujian Turbin Kaplan
Pada Ketinggian (H) 4 m Sudut Sudu Jalan 45º Dengan Variabel
Perubahan Debit Dan Sudut Sudu Pengarah”, dapat terselesaikan atas
dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis
dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa
terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya 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 Utama
yang telah membimbing dan mengarahkan dalam penyusunan
Tugas Akhir ini.
4. Bapak Nur Aklis, ST., selaku Dosen Pembimbing Pendamping
yang

telah

memberikan

bimbingan

dan

arahan

dalam

penyusunan laporan Tugas Akhir ini.
5. Bapak, Muh. Alfatih Hendrawan, MT., selaku Pembimbing
Akademik.
6. Dosen Jurusan Teknik Mesin beserta staf Tata Usaha Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
7. Petugas

pengolahan

air

di

Waduk

Lalung

Kabupaten

Karanganyar, Jawa Tengah yang sudah memberi izin untuk
melakukan pengujian Tugas Akhir.

ix

8. Teman seperjuangan Andi Susanto, Nursalim terima kasih atas
kerjasama dan bantuannya.
9. Serta semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan
laporan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna,
oleh karena itu kritik dan dan saran yang bersifat membangun dari
pembaca akan penulis terima dengan senang hati.

Wasalamu’alaikum. Wr. Wb.

Surakarta, Maret 2013
Penulis

x

DAFTAR ISI
Hal
i
ii
iii
iv
v
vi
vii
viii
ix
xi
xiv
xvi

Halaman Judul
Pernyataan Keaslian Skripsi
Halaman Persetujuan
Halaman Pengesahan
Halaman Soal
Dedikasi
Lembar Motto
Abstrak
Kata Pengantar
Daftar Isi
Daftar Gambar
Daftar Tabel
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
1.2. Rumusan Masalah
1.3. Tujuan Penelitian
1.4. Manfaat Penelitian
1.5. Batasan Masalah
1.6. Sistematika Penulisan

1
1
3
3
4
4
5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kajian Pustaka
2.2. Landasan Teori
2.2.1. Energi Air
2.2.2. Klasifikasi Turbin Air
2.2.3. Turbin Kaplan
2.3. Pemilihan Jenis Turbin
2.3.1. Berdasarkan Tinggi Jatuh (H) dan Jumlah
Putaran Spesifik
2.3.2. Berdasarkan Kecepatan Spesifik
2.3.3. Berdasarkan Debit dan Head
2.3.4. Berdasarkan Efisiensi dan Daerah Kerja
2.4. Rumus Perhitungan Turbin Kaplan
2.4.1. Kecepatan Spesifik
2.4.2. Kecepatan Keliling Turbin
2.4.2.1. Bagian Luar Sudu
2.4.2.2. Bagian Leher Sudu
2.4.2.3. Bagian Tengah Sudu
2.4.3. Diameter Turbin
2.4.3.1. Diameter Luar Sudu Turbin
2.4.3.2. Diameter Leher Sudu Turbin
2.4.3.3. Diameter Tengah Sudu Turbin

7
7
9
9
11
11
13

xi

14
14
16
18
19
19
19
19
19
19
20
20
20
21

2.4.4. Segitiga Kecepatan
2.4.5. Kecepatan Aliran
2.4.6. Profil Sudu Turbin
2.4.6.1. Sudu Bagian Luar
2.4.6.2. Sudu Bagian Tengah
2.4.6.3. Sudu Bagian Leher
2.4.7. Tinggi Sudu Pengarah
2.4.8. Daya Teoritis Turbin
2.4.9. Gaya Aksial
2.4.10 Efisiensi

21
21
22
23
26
27
28
29
29
30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian
3.2. Bahan dan Alat
3.3. Tahap Penelitian
3.4. Instalasi Penelitian
3.5. Lokasi Penelitian
3.6. Analisa Perhitungan
3.6.1. Kecepatan Spesifik
3.6.2. Kecepatan Keliling Turbin
3.6.2.1. Keliling Bagian Luar Sudu
3.6.2.2. Keliling Bagian Leher Sudu
3.6.2.3. Keliling Bagian Tengah Sudu
3.6.3. Diameter Turbin
3.6.3.1. Diameter Luar Sudu Turbin
3.6.3.2. Diameter Leher Sudu Turbin
3.6.3.3. Diameter Tengah Sudu Turbin
3.6.4. Segitiga Kecepatan
3.6.5. Kecepatan Aliran
3.6.6. Profil Sudu
3.6.6.1. Sudu Bagian Luar
3.6.6.2. Sudu Bagian Tengah
3.6.6.3. Sudu Bagian Leher
3.6.7. Tinggi Sudu pengarah
3.6.8. Daya Turbin
3.6.9. Gaya Aksial
3.6.10 Efisiensi
3.7. Gambar Rancangan Turbin Kaplan
3.8. Metode Pengujian Turbin Kaplan

31
31
32
33
34
35
35
36
37
37
37
38
38
38
49
49
49
49
41
41
44
47
55
55
57
57
58
69

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Pengujian Turbin
4.2. Pembahasan Hasil Pengujian Turbin Kaplan
4.2.1. Sudut Sudu Jalan 45° dan Debit 88 dm3/s
4.2.2. Sudut Sudu Jalan 45° dan Debit 102 dm3/s
4.2.3. Sudut Sudu Jalan 45° dan Debit 120 dm3/s
4.2.4. Sudut Sudu Jalan 45° dan Debit 132 dm3/s

62
62
63
63
65
66
67

xii

4.2.5. Sudut Sudu Jalan 45° dan Debit 88, 102,
120, 132 dm3/s
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
5.2. Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

xiii

69
71
71
71

DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1.
Gambar 2.2.
Gambar 2.3.
Gambar 2.4.
Gambar 2.5.
Gambar 2.6.
Gambar 2.7.
Gambar 2.8.
Gambar 2.9.
Gambar 2.10.
Gambar 2.11.
Gambar 2.12.
Gambar 2.13.
Gambar 3.1.
Gambar 3.2.
Gambar 3.3.
Gambar 3.4.
Gambar 3.5.
Gambar 3.6.
Gambar 3.7.
Gambar 3.8.
Gambar 3.9.
Gambar 3.10.
Gambar 3.11.
Gambar 3.12.
Gambar 3.13.
Gambar 3.14.
Gambar 3.15.
Gambar 3.16.
Gambar 3.17.
Gambar 4.1.
Gambar 4.2.

Turbin Kaplan
Turbin Kaplan Dengan Sudu Jalan Yang Dapat
Diatur
Klasifikasi Turbin Air Menurut Daerah
Penggunaan dari beberapa Jenis Konstruksi
Turbin yang berbeda
Tinggi Jatuh Air Aktual Untuk Turbin Tekanan
Sama
Tinggi Jatuh Air Aktual untuk Turbin Tekanan
Lebih
Grafik Pembebanan Turbin
Sket Turbin Kaplan
Sket Profil Sudu Turbin
Segitiga Kecepatan Bagian Luar
Koefisien Gaya Angkat Dari Tahanan
Grafik Kecepatan Spesifik
Segitiga Kecepatan Bagian Tengah
Segitiga Kecepatan Bagian Leher
Skema Diagram Alir
Tachometer
Stopwatch
Meteran
Instalasi Penelitian
Sket Turbin
Segitiga Kecepatan Diameter Luar
Segitiga Kecepatan Diameter Tengah
Segitiga Kecepatan Diameter Leher
Profil Segitiga Kecepatan Diameter Luar
Profil Segitiga Kecepatan Diameter Tengah
Profil Segitiga Kecepatan Diameter Leher
Profil Sudu Jalan
Sudu Jalan Turbin Kaplan
Sudu Pengarah Turbin Kaplan
Turbin Kaplan
Instalasi Turbin Kaplan
Grafik hubungan putaran (rpm) dengan sudut
Sudu Pengarah dan debit 88 dm3/s pada sudu
Jalan 45°
Grafik hubungan putaran (rpm) dengan sudut
Sudu Pengarah dan debit 102 dm3/s pada sudu
Jalan 45˚

xiv

12
13
14
16
16
18
18
20
23
24
25
26
27
31
32
32
33
34
38
41
44
48
52
53
54
58
58
58
59
60
63
65

Gambar 4.3.
Gambar 4.4.
Gambar 4.5.

Grafik hubungan putaran (rpm) dengan sudut sudu
Pengarah dan debit 120 dm3/s pada sudu
Jalan 45˚
66
Grafik hubungan putaran (rpm) dengan sudut
sudu pengarah dan debit 132 dm3/s pada sudu
Jalan 45˚
67
Grafik hubungan putaran dengan sudut sudu
Pengarah pada sudu jalan 45˚ dan debit (α1) 88,
(α2) 102, (α3) 120, (α4) 132 dm3/s.
69

xv

DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 2.1.
Tabel 3.1.
Tabel 3.2.
Tabel 4.1.

Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Kecepatan
Spesifik
Hasil Perhitungan Segitiga Kecepatan
Debit Terukur Dengan Menggunakan Variasi
Data Hasil Pengujian Putaran Turbin Hasil
Pengujian Dari Variabel Perubahan Pada Debit
Dan Sudut Sudu Pengarah

xvi

15
51
61

62