RE - DESAIN RUNNER TURBIN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PICO HYDRO DENGAN METODE REVERSE ENGINEERING MELALUI PENDEKATAN TEORITIS.

RE - DESAIN RUNNER TURBIN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
PICO HYDRO DENGAN METODE REVERSE ENGINEERING
MELALUI PENDEKATAN TEORITIS

HALAMAN JUDUL
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik

Disusun Oleh :
ABDILLAH ZUHUD SUPRABA
I 1413001

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016

Surat Tugas

Pengesahan

MOTTO
“Sebaik Apapun Perbuatan Kita Pasti Ada Yang Mencela, ABAIKAN”
(AZS)
“Sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan.”
(Q.S. Al Insyirah : 6)
“Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kemampuannya”
(Q.S. Al Baqarah : 86)
“Dan aku tidak menciptakan jin dan manusia kecuali hanya untuk
beribadah kepada-Ku.”
(Q.S. Adz Dzaariyaat : 56)

PERSEMBAHAN
Dengan segala kerendahan hati seraya mengucapkan syukur kehadirat Illahi,
kupersembahkan tulisan ini kepada:
1. Allah SWT, Pemilik segala keagungan, kemuliaan, kekuatan dan keperkasaan.
Segala yang kualami adalah kehendak-Mu, semua yang kuhadapi adalah
kemauan-Mu, segala puji hanya bagi-Mu, Ya Allah, Pengatur alam semesta,
tempat bergantung segala sesuatu, tempatku memohon pertolongan.
2. Junjungan Nabi besar Muhammad SAW, Manusia terbaik di muka bumi,

uswatun hasanah, penyempurna akhlak, sholawat serta salam semoga selalu
tercurah padanya, keluarga, sahabat dan pengikutnya yang istiqomah sampai
akhir zaman.
3. Kasih sayang dan cinta yang tak pernah putus dari kedua orang tua, adik dan
kamu serta keluarga tercinta. Kasih sayang kalian tak akan pernah kulupakan
sepanjang hidupku.
4. Bapak Prof. Dr. Dwi Aries Himawanto, ST, MT, Bapak D. Danardono, ST,
MT, PhD dan Bapak Sukmaji Indro Cahyono, ST, MEng yang tak pernah lelah
untuk membimbing tugas akhir saya.
5. Seluruh dosen, karyawan, dan mahasiswa Teknik Mesin UNS.
6. Henanto Pandu Dewanto, Aip Pradipta Farhan, Akhmad Nurdin, Awak Sigit
Wibowo serta rekan-rekan seperjuangan Non Reg 13 yang telah memberikan
motivasi untuk menyelesaikan skripsi ini.

ABSTRAK

Abdillah Zuhud Supraba

Daerah terpencil merupakan daerah terisolir secara geografisnya sehingga
tingkat aksesbilitasnya sangat rendah. Sebagian besar daerah ini berpenduduk

sedikit dan tingkat elektrifikasi daerahnya masih sangat kecil karena aksesnya
yang jauh dari jaringan listrik nasional. Masalah listrik di daerah terpencil dapat
dipecahkan dengan pembangunan PLTA skala pico hydro. Salah satu komponen
penting dalam PLTA adalah runner turbin. Berdasarkan proses perancangan
secara teoritis yang mengacu pada variabel tetap berupa debit aliran air 25l/s dan
tinggi jatuh 2 m serta target putaran turbin 1500 rpm didapat diameter terluar
runner turbin propeller 0,103m, diameter hub 0,515m, jumlah sudu 4 dengan
profil plat datar, effisiensi hidrolis 76% dan ditargetkan dapat membangkitkan
daya sebesar 490W.

Kata kunci: pico hydro, turbin air, propeller .

ABSTRACT
Abdillah Zuhud Supraba

Remote area is a geographically isolated area which has a very low
accessibility. Most of its area has a low level both population and electrification
due to its accessibility is so far from National power grid. The electrical problem
in remote area can be solved by building a Pico hydropower. One of the
important components of Pico hydro is a runner turbine. Based on theoretical

design process that refers to the fixed variable flow rate 25 l/s, head 2m and
number of turbine rotation 1500 rpm then to be obtained outer diameter runner
turbine propeller is 0,103m, hub diameter is 0,515m, number of blade is 4 with
flat blade profile, hydraulic efficiency is 76% and it is targeted to raise 490 Watt
electrical power.

Keyword : pico hydro,runner, turbine, propeller.

DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL............................................................................................... 1
SURAT TUGAS ..................................................................................................... 2
PENGESAHAN ...................................................................................................... 3
MOTTO .................................................................................................................. 4
PERSEMBAHAN ................................................................................................... 5
ABSTRAK .............................................................................................................. 6
DAFTAR ISI ........................................................................................................... 8
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ 10
DAFTAR TABEL ................................................................................................. 11
DAFTAR SIMBOL............................................................................................... 12
BAB I ..................................................................... Error! Bookmark not defined.

1.1

Latar Belakang Masalah .......................... Error! Bookmark not defined.

1.2

Perumusan masalah .................................. Error! Bookmark not defined.

1.3

Batasan masalah ....................................... Error! Bookmark not defined.

1.4

Tujuan Penelitian ..................................... Error! Bookmark not defined.

1.5

Sistematika Penulisan .............................. Error! Bookmark not defined.

BAB II .................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.1

Tinjauan Pustaka ...................................... Error! Bookmark not defined.

2.2

Dasar Teori............................................... Error! Bookmark not defined.

2.2.1

Pembangkit Listrik Tenaga Pico Hydro (PLTPH) . Error! Bookmark
not defined.

2.2.2

Komponen Turbin dan Prinsip Kerja Turbin Air... Error! Bookmark
not defined.

2.2.3

Kriteria Perancangan dan Pemilihan Jenis Turbin Air ............. Error!
Bookmark not defined.

2.2.4

Metode Reverse Engineering ............ Error! Bookmark not defined.

BAB III .................................................................. Error! Bookmark not defined.
3.1

Peralatan yang digunakan ........................ Error! Bookmark not defined.

3.2

Garis besar pelaksanaan penelitian .......... Error! Bookmark not defined.

3.2.1.

Mengumpulkan literature dan mempelajari hasil-hasil penelitian

sebelumnya. ...................................... Error! Bookmark not defined.

3.2.2.

Menentukan jenis turbin yang sesuai berdasarkan head, debit dan
kecepatan putaran turbin. .................. Error! Bookmark not defined.

3.2.3.

Menghitung karakteristik runner turbin dan perlengkapan lainnya
menggunakan persamaan-persamaan yang telah ditentukan

kemudian mendesain PLTA menggunakan SolidWorks. ......... Error!
Bookmark not defined.
3.2.4.

Mengevaluasi hasil desain dilanjutkan membuat kesimpulan. . Error!
Bookmark not defined.

BAB IV .................................................................. Error! Bookmark not defined.

4.1.

Perhitungan Dimensi Runner ................... Error! Bookmark not defined.

4.1.1.

Daya Dibangkitkan ........................... Error! Bookmark not defined.

4.1.2.

Perhitungan Kecepatan Spesifik (Ns) ............. Error! Bookmark not
defined.

4.1.3.

Perhitungan Diameter Runner Turbin Propeller ... Error! Bookmark
not defined.

4.1.4.

Perhitungan Jarak Runner Turbin Propeller dengan Sudu Pengarah
( )...................................................... Error! Bookmark not defined.

4.1.5.

Perhitungan Jarak antar Sudu Runner Turbin propeller ........... Error!
Bookmark not defined.

4.2.

Perhitungan Segitiga Kecepatan runner .. Error! Bookmark not defined.

4.2.1.

Perhitungan Efisiensi Hidrolik runner (h).... Error! Bookmark not
defined.

4.2.2.

Perhitungan Kecepatan Gerak Sudu propeller (U) Error! Bookmark

not defined.

4.2.3.

Perhitungan Proyeksi Kecepatan Absolut terhadap U ( Cu) ..... Error!
Bookmark not defined.

4.2.4.

Perhitungan Kecepatan Aksial (Cx) . Error! Bookmark not defined.

4.2.5.

Perhitungan Sudut Relatif Masuk (β2) ............ Error! Bookmark not
defined.

4.2.6.

Perhitungan Sudut Relatif Keluar (β3) ............ Error! Bookmark not
defined.

4.2.7.

Perhitungan Sudut dan Kecepatan Relatif Rata-Rata (βinf dan Winf)
Error! Bookmark not defined.

4.2.8.

Segitiga Kecepatan ........................... Error! Bookmark not defined.

4.3. Rincian Desain ............................................ Error! Bookmark not defined.
4.3.

Perhitungan Kekuatan .............................. Error! Bookmark not defined.

BAB V.................................................................... Error! Bookmark not defined.
5.1

Kesimpulan .............................................. Error! Bookmark not defined.

5.2 Saran ............................................................. Error! Bookmark not defined.
Daftar Pustaka ........................................................ Error! Bookmark not defined.
LAMPIRAN ........................................................... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Turbin Impuls .................................................................................... 8
Gambar 2.2 Turbin Reaksi .................................................................................... 9
Gambar 2.3 Komponen turbin air ......................................................................... 9
Gambar 2.4 Skema Pembangkit Listrik Skala Kecil ........................................... 11
Gambar 2.5 Hubungan antara tinggi jatuh net dan debit aliran .......................... 12
Gambar 2.6 Sketsa parameter turbin kaplan ....................................................... 14
Gambar 2.7 Grafik Penentuan Parameter Awal .................................................. 15
Gambar 2.8 sketsa turbin kaplan dan diagram segitiga kecepatan sisi masuk dan
keluar runner .................................................................................. 16
Gambar 2.9 Tahapan dalam pelaksanaan reverse engineering ........................... 18
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian .................................................................... 21
Gambar 4.1 Parameter desain sudu ..................................................................... 24
Gambar 4.2 Segitiga kecepatan masuk dan keluar tip ........................................ 28
Gambar 4.3 Segitiga kecepatan masuk dan keluar hub....................................... 29
Gambar 4.4 Perhitungan Properti Geometri dengan SolidWork ........................ 30
Gambar 4.5 Gaya-gaya yang terjadi pada sudu runner turbin propeller ............ 30
Gambar 4.6 Tegangan yang terjadi pada sudu runner ....................................... 32

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Range of Head ..................................................................................... 13
Tabel 2.2 Kisaran Kecepatan Spesifik Turbin Air (Ns) ...................................... 14
Tabel 4.1 Rincian desain runner turbin propeller skala pico hydro ................... 29

DAFTAR SIMBOL
Simbol

Keterangan

satuan

g

Percepatan gravitasi

m/s2

Q

Laju Aliran air

m3/s

H

Tinggi Jatuh

m

Ns

Kecepatan spesifik

rpm

n

putaran turbin

rpm

Dt

Diameter terluar runner

m

dh

Diameter terluar hub

m

dh/dt

hub to tip ratio

-

Cx

kecepatan aksial

m/s

s

jaran antar sudu runner

m

U

kecepatan gerak sudu runner

m/s

cu2

proyeksi kecepatan absolut terhadap U spesifik

-

Cx

kecepatan aksial

m/s

Cm

Kecepatan aksial spesifik

-

l

panjang chord sudu runner

m

u

kecepatan gerak sudu runner spesifik

-

winf

kecepatan relatif spesifik rata-rata

-

V

Volume

m3

Pa

Gaya Aksial

N

Rt

jari-jari tengah runner

m

Pt

Gaya Tangensial

N

Ps

Gaya Sentrifugal

N

Z0

section modulus

m3

M

Momen lengkung/bending

Nm

massa Jenis
Jarak antara runner dengan sudu pengarah

kg/m3
m

Selisih proyeksi kecepatan absolut terhadap U

m/s

effsiensi hidrolis asumsi

%

effisiensi hidrolis

%

sudut serang rata-rata

o



Cu

hasumsi
h

inf



Specific gravity

kg/m2.s2

s

Tegangan bending

MPa

Tegangan geser

kPa

2

Tegangan tarik

kPa

Sudut serang sisi masuk runner

o

Sudut serang sisi keluar runner

o

b
t

3