PERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HYDRO

(1)

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

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 ).

(2)

2

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).

Oleh karena itu, sejalan dengan pemikiran di atas maka di Indonesia yang mempunyai sungai-sungai yang cukup banyak jumlahnya, dimana sungai-sungai tersebut sangat besar untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan, terutama pada wilayah terpencil yang terletak di daerah pegunungan. Pembangkit listrik tenaga mikro hydro (PLTMH) merupakan solusi yang tepat untuk dikembangkan. Berbagai teknologi pembangkit banyak diterapkan dalam PLTMH baik dari sisi turbin dan instrument. Di dalam turbin kita mengenal berbagai jenis turbin yang dipergunakan. Salah satunya turbin pelton yang menggunakan prinsip impuls dan memerlukan head yang cukup tinggi, turbin pelton inilah yang sangat cocok untuk pembangkit listrik di daerah pegunungan yang mempunyai head yang sangat tinggi.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dari perancangan turbin pelton ini antara lain : 1. Berapa dimensi yang digunakan dari komponen-komponen utama turbin pelton.

(3)

3

1.3 Tujuan Perancangan

Tujuan dari perancangan ini untuk merancang turbin pelton sebagai pembangkit listrik tenaga mikro hydro.

1.4 Batasan Masalah

Batasan perancangan ini adalah :

1. Perancangan ini menggunakan kapasitas air Q = 0,25 (�3/ dt) 2. Perancangan ini menggunakan tinggi jatuh air H = 150 (m)

3. Aliran fluida yang masuk ke turbin diasumsikan sebagai aliran yang stabil

(4)

PERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKIT

LISTRIK TENAGA MIKRO HYDRO

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada :

Universitas Muhammadiyah Malang

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh : OVAN DWI RIVANTO

09510101

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMDIYAH MALANG

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat, rahmat, taufik dan hidayah-Nya, penyusunan skripsi yang berjudul “Perancangan Turbin Pelton Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro”

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 penuyusunan 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 saya, Kakak saya dan Keluarga besar saya yang telah banyak mendukung saya baik dalam hal do’a, moral, masukan, arahan,

motivasi, dan materi.

(10)

vii

4. Bapak Ir. Eko Hariyadi, MT, selaku pembimbing II saya, yang dengan penuh kesabaran telah banyak meluangkan waktu beliau, dan banyak memberikan petunjuk arahan serta bimbingan untuk mengerjakan skripsi ini.

5. Bapak Ir. Daryono, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammdiyah Malang.

6. Dosen wali saya bapak Ir. Ali Syaifullah, MT, yang telah banyak-banyak memberi motivasi dan semangat kepada saya untuk lekas menyelesaikan skripsi ini.

7. Terimakasih kepada Syamsul Arifin, Moh. Rifai Saputra yang telah membantu melancarkan pengerjaan skripsi ini secara nonteknis.

8. 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. “Tanpa Kalian Saya ZERO Kawan-kawan”.

9. Dosen-dosen dan staf kepengajaran dibangku perkuliahan yang telah banyak memberikan saya ilmu, pengetahuan, dan wawasan kepada penulis.

10.Dosen penguji skripsi, yang telah banyak memberikan masukan, kritik, dan sarannya tentang materi-materi yang penulis belum pahami sebelumnya. 11.Staf Tata Usaha (TU) jurusan Teknik Mesin, yang telah meluangkan

waktunya untuk saya mengurus keperluan administrasi.

(11)

(12)

ix DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

POSTER ... ii

LEMBAR PENGESAHAN ... iii

LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING I ... iv

LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING II ... v

LEMBAR SURAT PERNYATAAN ... vi

ABSTRAK INGGRIS ... vii

ABSTRAK INDONESIA ... vii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1Latar Belakang ... 1

1.2Perumusan Masalah ... 2

1.3Tujuan Perancangan ... 2

1.4Batasan Masalah ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1Prinsip Pembangkit Tenaga Air ... 4

2.2Debit Turbin ... 5

2.3Penentuan Debit Air ... 5

2.3.1 Debit Maksimum ... 5

2.3.2 Jumlah Air Pasti ... 6

2.4 Head Turbin Air ... 6

2.4.1 Gross Head ... 6

2.4.2 Net Head atau Effektif Head ... 7

2.5 Klasifikasi Turbin... 7

2.5.1 Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya ... 7

2.5.1.1 Turbin Impuls ... 7

2.5.1.2 Turbin Reaksi ... 8

(13)

x

2.5.3 Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) ... 9

2.5.4 Berdasarkan Model Aliran Masuk Air Runner ... 10

2.6 Kontruksi Turbin Air... 12

2.6.1 Konstruksi Turbin Pelton ... 12

2.6.2 Kontruksi Turbin Francis ... 20

2.6.3 Kontruksi Turbin Kaplan ... 21

2.7 Karakteristik Turbin ... 23

2.8 Kecepatan Spesifik ... 24

2.9 Efisiensi Turbin ... 24

2.10 Perubahan Debit dan Efisiensi dengan Perubahan Kecepatan ... 26

2.11 Perubahan Debit, Efisiensidan Daya dengan Tinggi Jatuh ... 27

2.12 Kecepatan Lari ... 28

2.13 Kavitasi ... 29

BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ... 31

3.1 Prosedur Perancangan oleh Gerhard Pahl & Wolfgang Beitz’z ... 31

3.2Perencanaan & Penjelasan Tugas ... 32

3.3Perancangan Konsep ... 33

3.4Perancangan Bentuk ... 33

3.5Perencanaan detail ... 33

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 34

4.1Data Perancangan ... 34

4.2Perhitungan Daya Turbin ... 34

4.3Perancangan Pipa Saluran (Penstock) ... 35

4.4Pemilihan Jenis turbin ... 38

4.5Perhitungan Nozzle Turbin ... 41

4.6Perhitungan Runner Turbin ... 42

4.7Perhitungan Jumlah Mangkok (Bucket) ... 43

4.8Perhitungan Dimensi Mangkok (Bucket)... 43

4.9Perhitungan Gaya Pancar Air Terhadap Mangkok ... 44

4.10 Perhitungan Poros ... 45

4.11 Perancangan Bantalan ... 46

(14)

xi

4.13 Perancangan Baut ... 49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 51

5.1Kesimpulan ... 51

5.2Saran ... 52

(15)

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tinggi Jatuh Air dan Jenis Turbin Air ... 9

Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional... 10

Tabel 2.3 Efisiensi Turbin Pelton ... 25

Tabel 2.4 Efisiensi Turbin Francis dan Turbin Kaplan ... 25

Tabel 4.1 Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Tinggi Jatuh Air ... 39

(16)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Turbin Aliran Tangensial ... 10

Gambar 2.2 Model Turbin Aliran Aksial ... 11

Gambar 2.3 Model Turbin Aliran Aksial- Radial ... 11

Gambar 2.4 Perubahan Tekanan dan Tinggi jatuh Turbin Pelton ... 12

Gambar 2.5 Penampang Nozzle dan Pancaran Air ... 13

Gambar 2.6 Konstruksi Turbin Pelton Tegak ... 14

Gambar 2.7 Turbin Pelton Nozzle Tunggal ... 14

Gambar 2.8 Turbin Pelton NozzleBanyak ... 15

Gambar 2.9 Penampang Nozzle ... 16

Gambar 2.10 Runner dan Bucket ... 18

Gambar 2.11 Konstruksi Turbin Francis ... 20

Gambar 2.12 Turbin Francis Poros Horizontal ... 20

Gambar 2.13 Turbin Francis Poros Vertical ... 21

Gambar 2.14 Kontruksi urbim Kaplan ... 22

Gambar 2.15 Efisiensi Turbin Menurut Jenis Turbin dan Daya Keluarnya ... 25

Gambar 2.16 Efisiensi dan Debit Sebagai Fungsi Perubahan Kecepatan ... 25

Gambar 2.17 Efisiensi, Debit dan Daya Keluar Sebagai Perubahan Kecepatan .. 28

(17)

xiv

DAFTAR PUSTAKA http://sanjose.quebarato.co.cr/

Bono, & Indarto. (2008). KARAKTERISASI DAYA TURBIN PELTON MIKRO DENGAN VARIASI BENTUK SUDU. Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi .

DR.Jagdislal. (1956). HYDROULIC MACHINES. Delhi: Taj Offset Press. Urdubazar.

Einsenring, M. (1991). Micro Pelton Tirbines. Swiss.

Ir.Astu Pudjanarsa, M., & Prof. Ir. Djati Nursuhud, M. (2008). Mesin Konversi Energi. Jogyakarta: CV. Andi Offset.

IR.Sularso, M. (1978). DASAR PERENCANAAN DAN PEMILIHAN ELEMEN MESIN. Jakarta: PT PRADNYA PARAMITA.

Layman's. (1998). On How To Develope a Small Hydro Site.