1
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
[image:1.595.200.428.445.656.2]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.
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.
[image:2.595.114.498.380.540.2]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.
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 propeller. 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 :
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) 5.50 m 3. Aliran fluida yang masuk ke turbin diasumsikan sebagai aliran
PERANCANGAN TURBIN AIR PROPELLER SUMBU HORIZONTAL KAPASITAS ( Q ) 0,7 m3/s ( H ) 5,50 m
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada:
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan
Program Sarjana Teknik (S1)
Oleh :
ACHMAD FATDKUR ROZI
09510129
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
iii
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Satu Syarat Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik Mesin
Disusun oleh :
Achmad Fatdkur Rozi
09510129
Yang telah disahkan oleh :
Dosen pembimbing I
(Ir. Sudarman, MT)
NIP. 1088909132 Dosen pembimbing II
(Ir. Herry Supriyanto, MT) NIP. 10887090049
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin
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
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR Nama : Achmad Fatdkur Rozi
Nim : 09510129
Jurusan : TeknikMesin 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 3/� ( H ) 5,50 m
Pembimbing I : Ir. Sudarman, MT
No. CatatanAsistensi Paraf
Dosen pembimbing I 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
Malang, 25 November 2015 Dosen pembimbing I
v
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 : Achmad Fatdkur Rozi
Nim : 09510129
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 3/� ( H ) 5,50 m
PembimbingII : Ir.Herry Supriyanto, MT
No. Catatan Asistensi Paraf
Dosen pembimbing II 1 Konsultasi Bab I
2 Konsultasi Bab II lanjut
3 ACC Bab II
4 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
vi
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertandatangan di bawah ini :
Nama : Achmad Fatdkur Rozi
NIM : 09510129
Tempat, tanggal lahir : Bengalon, 28 Maret 1991 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 ) 5,50 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,
vii 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) = 5,50 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 0,488 m, diameter hub 0,19 m dengan jumlah sudu 5 buah. Dari hasil pengujian diperoleh daya maksimum keluaran turbin mencapai 30,76 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.
viii 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) = 5.50 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 0.488 m, 0.19 m diameter hub with a number of blades 5 pieces. From the test results obtained maximum power output of the turbine reached 30.76 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.
ix
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 ) 5.50 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.
x
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 denta ( mbot ), pak de yang2, mas apri dan mas catur yang membantu untuk menyelesaikan tugas skripsi ini
xi
11.Terimakasih buat anak kost gang 10 no 16 b yang selalu menggaggu saya, memberikan masukan, yang membuat saya semangat untuk menyelesaikan skripsi ini.
12.Lailana Nurduha selaku penyemangat dalam hidupku yang tidak pernah bosan untuk mengingatkan saya dalam mengerjakan skripsi ini hingga selesai.
13.Dosen-dosen dan staf kepengajaran dibangku perkuliahan yang telah banyak memberikan saya ilmu, pengetahuan, dan wawasan kepada penulis.
14.Dosen penguji skripsi, yang telah banyak memberikan masukan, kritik, dan sarannya tentang materi-materi yang penulis belum pahami sebelumnya. 15.Staf Tata Usaha (TU) jurusan Teknik Mesin, yang telah meluangkan
waktunya untuk saya mengurus keperluan administrasi.
16.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,
xii 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
1.1Latar Belakang ... 1
1.2Rumusan Masalah ... 3
1.3Tujuan Perancangan ... 4
1.4Batasan Masalah... 4
BAB II LANDASAN TEORI ... 5
2.1Prinsip Pembangkit Tenaga Air ... 5
2.2Klasifikasi Turbin... 6
2.2.1 Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya ... 6
2.2.1.1Turbin Impuls ... 6
2.2.1.2Turbin 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
2.3Kontruksi Turbin Francis ... 12
2.4Konstruksi Turbin Pelton ... 14
2.5Kontruksi Turbin Kaplan ... 16
2.5.1 Perancangan dimensi sudu ( propeller ) dan Rumah sudu ... 16
xiii
2.5.1.2Kecepatan pada sudu turbin ... 18
2.6Desain Pasak ... 22
2.7Bantalan... 23
2.7.1 Klasifikasi Bantalan ... 23
BAB III METODOLOGI ... 25
3.1Prosedur Perancangan ... 25
3.2Perencanaan dan penjelasan tugas ... 27
3.3Perancangan konsep produk ... 27
3.4Perancangan bentuk (embodiment design) ... 27
3.5Perencanaan detail ... 27
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 28
4.1Data Perancangan ... 28
4.2Analisa Grafis Penentuan Tipe Turbin ... 28
4.3Kecepatan Spesifikasi ... 30
4.3.1 Perhitungan daya turbin... ... 30
4.3.2 Kecepatan Putaran Turbin ( n�) ... 31
4.4Desain Sudu Turbin ( Runner atau propeller) ... 31
4.5Perancangan Poros ... 39
4.6Bantalan... 42
4.7Rumah sudu ( Casing ) ... 43
4.8Pipa Hisap ( Draft Tube ) ... 44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 46
5.1Kesimpulan ... 46
5.2Saran ... 46
xiv
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
48
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.
