PERANCANGAN PLTMH SUMBER JERUK
MENGUNAKAN TURBIN PROPELLER POROS
HORIZONTAL DENGAN
DEBIT 1 M
3/S DAN HEAD 5 M
TUGAS AKHIR
Diajukan KepadaUniversitas Muhammadiyah Malang
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Starta Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
WAHANA ARIS MUNANDAR 09510053
JURUSAN MESIN
FAKULTAS TEKNIK
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
PERANCANGAN PLTMH SUMBER JERUK MENGGUNAKAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL DENGAN
DEBIT 1 M3/S DAN HEAD 5 M
Diajukan Kepada :
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin Program Strata satu (S-1) Jurusan Teknik Mesin
Oleh :
WAHANA ARIS MUNANDAR 09510053
Diterima dan Disetujui Pada tanggal 22 Januari 2016
Dosen Pembimbing I
Ir. Ali Mokhtar, M.T. NIP. 108.9109.0234
Dosen Pembimbing II
Ir. Sudarman, M.T. NIP. 108.8909.132
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang
iii
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 .
Malang,29 Oktober 2015
Dosen pembimbing I
No. Catatan Asistensi Paraf
Dosen pembimbing I
1 Persetujuan Judul Dan Konsultasi Bab I
2 Konsultasi Bab I dan ACC Bab I
3 Konsultasi Bab II
4 ACC Bab II
5 Konsultasi Bab III
6 ACC Bab III
7 Konsultasi Bab IV
8 ACC Bab IV
9 Konsultasi Bab 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
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR
No. Catatan Asistensi Paraf
Dosen pembimbing II
1 Persetujuan Judul Dan Konsultasi Bab I
2 Konsultasi Bab I dan ACC Bab I
3 Konsultasi Bab II
4 ACC Bab II
5 Konsultasi Bab III
6 ACC Bab III
7 Konsultasi Bab IV
8 ACC Bab IV
9 Konsultasi Bab V
10 ACC Bab V dan Seminar Hasil
Malang, 29 Oktober 2015
Dosen
v
LEMBAR SURAT PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini:
Nama : Wahana Aris Munandar
Nim : 09510053
Tempat/Tanggal Lahir : Indramayu, 1 Februari 1992
Fakultas/Jurusan : Teknik / Teknik Mesin
Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :
Sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “PERANCANGAN PLTMH
SUMBER JERUK MENGGUNAKAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL DENGAN DEBIT 1 m3/s DAN HEAD 5 m” yang diajukan
untuk memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan duplikasi (“PLAGIASI”) dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan / atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Malang atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan dan daftar pustaka sebagaimana mestinya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk digunakan sebagaimana mestinya.
Malang, 22 Januari 2016
Yang menyatakan,
PERANCANGAN PLTMH SUMBER JERUK MENGGUNAKAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL DENGAN
DEBIT 1 m3/s DAN HEAD 5 m
Wahana Aris Munandar, Ali Mokhtar, Sudarman
Jurusan Teknik Mesin - Fakultas Teknik – Universitas Muhammadiyah Malang Jl. Raya Tlogomoas No. 246 Telp (0341)464318 pswt 128 Fax. (0341)460782 Malang
ABSTRAK
Kebutuhan manusia akan listrik menjadi sangat besar. Dari sektor ketenagalistrikan, saat ini pembangkit listrik di Indonesia masih didominasi oleh
penggunaan bahan bakar fosil, khususnya batubara. Dalam data blueprint
pengelolaan Energi Nasional 2005-2025, diperkirakan batubara akan habis 147 tahun lagi. Melihat data tersebut, bahan bakar berbasis fosil tidak dapat berkelanjutan dan memiliki dampak negatif yang serius terhadap kesehatan akibat penggunaan bahan bakar biomasa tradisional yang tidak efisien terutama dalam mempercepat pemanasan global yang berdampak pada bencana alam. Pertimbangan konservasi energi dan lingkungan hidup menuntut untuk segera memanfaatkan energi terbarukan yang tersedia dengan mudah dan lebih ramah lingkungan dibanding dengan energi fosil.
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Sumber Maron merupakan suatu pembangkit listrik sederhana dengan energy terbarukan yang berada di Desa Karang Suko, Kecamatan Pagelaran, Kabupaten Malang. Dengan terpasangnya PLTMH Sumber Maron 1 masih terdapat potensi air yang ada di
sekitarnya yaitu Sumber Jeruk yang memiliki head lebih tinggi sehingga sangat
berpotensi untuk dijadikan pembangkit listrik kedua.
Berdasarkan perhitungan perancangan turbin pembangkit listrik tenaga mikro hidro maka didapat desain Turbin Propeller tipe poros horizontal. PLTMH
Sumber Jeruk memiliki debit 1 m3/s dan head efektif 5 m. dari hasil perhitungan
vii
DESIGN OF PLTMH SUMBER JERUK
USING PROPELLER TURBINE HORIZONTAL SHAFT WITH 1 M3/S DISCHARGE AND 5 M HEAD
Wahana Aris Munandar, Ali Mokhtar, Sudarman Mechanical Engineering Department – Engineering Faculty
University of Muhammadiyah Malang
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Phone (0341)464318 ext. 128 Fax. (0341)460782 Malang
ABSTRACT
The human necessity of electricity is extremely high. In the electricity sector, the current power plant in Indonesia is still dominated by fossil fuel use, particularly coal. In the data management blueprint National Energy 2005-2025, expected coal will run out 147 years. Referring to these data, fossil fuels are not sustainable and have a serious negative impact on health. It is as the consequent of traditional biomass fuels additionally fossil fuels inefficient particularly in accelerating the global warming impact on natural disasters. Consideration of energy conservation and environmental demands to immediately take advantage of renewable energy that is available easily and more environmentally friendly than fossil energy.
Micro Hydro Power (MHP) Sumber Maron is a simple power generation with renewable energy in the village of Karang Suko, Malang regency, Malang. With the installation of the MHP Sumber Maron 1 there is still potential in the surrounding water; Sumber Jeruk which has a higher head so it has the potential to be used as the second power plant.
Based on the design calculations turbine micro hydro power plants it acquired Turbine Propeller design horizontal shaft type. MHP Sumber Jeruk have a discharge of 1 m3 / s and effective head of 5 m. the power of calculation results obtained 39.24 kW and a rotation speed of the turbine ( ) at 150 rpm.
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena dengan rahmat dan bimbingannya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir
yang berjudul PERANCANGAN PLTMH SUMBER JERUK
MENGGUNAKAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL DENGAN DEBIT 1 M3/S DAN HEAD 5 M.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang turut membantu dalam penyusunan laporan ini, yaitu:
1. Allah SWT yang telah memberikan rahmat, bimbingan serta kemampuan dan
kesehatan sehingga terselesaikan laporan tugas akhir ini.
2. Mama, Papa, adikku Muhammad Faisal dan keluargaku tercinta juga Rohmah
Istiqomah, terima kasih atas semua dorongan, nasehat, dukungan moril maupun materiil dan doa yang telah diberikan kepada penulis.
3. Bpk.Ir. Ali Mokhtar, M.T. selaku dosen pembimbing I yang selalu sabar
meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membimbing penulis menyelesaikan laporan ini serta mengoreksi segala kesalahan.
4. Bpk.Ir. Sudarman, M.T. selaku dosen pembimbing II yang selalu memberikan
saran, nasehat, semangat dan perbaikan selama penyusunan tugas akhir ini.
5. Semua teman-teman Organisasi International Language Forum (EDS-ILF)
UMM yang telah mensupport dan membantu penulis dalam memperlancar kemampuan bahasa inggris.
6. Semua teman-teman dan staff di UPT PMB yang telah membantu dan
mendukung penulis dalam penulisan tugas akhir.
7. Semua teman-teman Organisasi Forum Diskusi Ilmiah (FDI) yang telah
membantu dan mendukung penulis dalam penulisan tugas akhir.
8. Semua teman-teman Organisasi Duta Pariwisata Joko-Roro Kab. Malang
yang telah memberikan warna lain dalam masa kuliah
9. Semua teman-teman seperjuangan di teknik mesin khususnya angkatan 2009
dan 2011 yang selalu membantu dan menemani agar Tugas akhir ini Dapat terselesaikan.
10.Teman-teman pengajar Primagama, Lab. MATC yang telah membantu dan
ix
11.Semua pihak-pihak yang membantu dalam pengerjaan laporan ini termasuk
jajaran dosen teknik mesin yang tidak mungkin disebutkan satu persatu. Kiranya allah SWT membalas budi baik yang telah beliau lakukan.
Penulis menyadari bahwa kemampuan penulis dalam pembuatan dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini terbatas dan masih banyak kekurangan, sehingga penulis menerima saran dan kritik yang sifatnya membangun.Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan ini bisa bermanfaat bagi pembaca.
Malang, 30 Maret 2016
DAFTAR ISI
Poster ...i
Lembar Pengesahan Skripsi ...ii
Lembar asistensi tugas akhir pembimbing I...iii
Lembar asistensi tugas akhir pembimbing II ...iv
Lembar Pernyataan...v
Abstrak ...vi
Abstract ...vii
Kata Pengantar ...viii
Daftar isi ...xi
Daftar gambar...xiii
Daftar Tabel ...xiv
BAB I Pendahuluan ...1
1.1. Latar Belakang...1
1.2. Rumusan Masalah... 4
1.3. Tujuan...4
1.4. Batasan Masalah……...4
Bab II Tinjauan Pustaka ... 5
2.1 Gambaran Umum PLTMH ... 5
2.2 Pinsip kerja PLTMH... 5
2.3 Jenis-jenis Turbin Impuls ... 8
2.4 Jenis-jenis Turbin Reaksi ... 10
2.5 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik ... 11
2.6 Teori Dasar Aliran (Hidrodinamik) ... 11
2.7 Perencanaan Pipa Pesat(Penstock) ... 15
2.7.1 Diameter Pipa Pesat ... 16
2.7.2 Perencanaan Tebal Pipa Pesat ... 16
xi
2.8.1 Kecepatan Aliran ... 17
2.9 Poros ... 23
2.10 Pasak ... 25
2.11 Bantalan ... 27
Bab III Metodologi Perancangan ... 29
3.1 Tinjauan Umum ... 29
3.2 Perancangan Gambar Desain Struktur Turbin ... 29
3.3 Diagram Alir Perancangan PLTMH ... 30
Bab IV Perhitungan Dan Pembahasan ... 33
4.1 Data Teknis Tentang Waduk Dawuhan ... 33
4.2 Perhitungan Daya dan Kecepatan Spesifik Turbin ... 33
4.3 Pemilihan Jenis Turbin Air ... 34
4.4 Perencanaan Pipa Pesat (Penstock) dan Perlengkapannya ... 36
4.4.1 Diameter Pipa Pesat ... 37
4.4.2 Perencanaan Tebal Pipa Pesat ... 37
4.5 Perencanaan Dimensi Roda Jalan (Runner) ... 37
4.5.1 Kecepatan Pada Sudu Turbin ... 39
4.5.2 Kecepatan Tangensial masuk sudu pada sisi luar sudu ... 39
4.5.3 Kecepatan Tangensial Masuk Sudu Pada Leher Poros Hub 39 4.5.4 Kecepatan Meridian Pengarah ) ... 40
4.5.5 Luas Penampang Sudu(A) ... 40
4.5.6 Kecepatan Meridian Keluar Sudu ... 40
4.5.7 Kecepatan Tangensial pada tengah sudu/ U rata-rata ... 41
4.5.8 Diameter tengah-tengah sudu ( )... 41
4.5.9 Kecepatan Mutlak Masuk Sudu Pada Arah U ... 41
4.5.10 Kecepatan Mutlak Masuk Sudu Pada Tengah-tengah Sudu ... 41
4.5.11 Kecepatan Relatif Keluar Sudu Pada Tengah-tengah Sudu ... 42
4.6 Perencanaan Fixed Guide Vane (FGV) ... 44
4.8 Perencanaan Pasak... 48
4.9 Perencanaan Bantalan ... 50
4.9.1 Umur Bantalan Dengan Keandalan 90% ... 51
4.9.2 Umur Bantalan Berdasarkan Waktu Oprasi ... 52
4.10 Desain Pipa Hisap (Draft Tube) ... 52
Bab V Penutup ... 54
5.1 Penutup ... 54
5.2 Saran ... 55
Daftar Pustaka ... 57
xiii
DAFTAR GAMBAR
BAB I Pendahuluan BAB II Dasar teori
2.1 Cara Kerja PLTMH Secara Sederhana ... 12
2.2 Gambar Pipa penstock ... 15
2.3 Segitiga kecepatan masuk dan segitiga kecepatan keluar ... 17
2.4 Grafik menentukan dan , pengaruh... 21
2.5 Model runner turbin propeller poros horizontal ... 21
2.6 Sudut masuk dan keluar aliran ... 22
2.7 Gambar Pasak ... 25
2.8 Gambar macam-macam bantalan gelinding ... 28
BAB III Metodologi Penenelitian 3.1 Diagram Alir perancangan PLTMH ... 30
BAB IV Perhitungan dan Pembahasan 4.1 Pemilihan jenis turbin berdasarkan Debit dan Tinggi Jatuh ... 35
4.2 Gambar Pipa penstock... 36
4.3 Grafik menentukan dan , pengaruh ... 38
4.4 nilai cu1 yang digambarkan secara grafis ... 42
4.5 dimensi poros ... 46
DAFTAR TABEL
BAB I Pendahuluan
1.1. Potensi Energi Terbarukan di Indonesia ... 2
BAB II Dasar Teori 2.1 Klasifikasi Pembangkit Daya Listrik Hidro ... 6
2.2 Pengelompokan turbin air ... 10
2.3 Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan tinggi head ... 13
2.4 Material untuk pipa ... 15
2.5 Tabel standart pasak menurut IS:2292 dan 2203-196 ... 27
BAB III Metodologi Penenelitian BAB IV Perhitungan dan Pembahasan 4.1 Aplikasi Penggunaan Turbin Berdasarkan Tinggi Head ... 35
4.2 Material Untuk Pipa ... 36
57
DAFTAR PUSTAKA
PLTMH Sumber Maron, (2010)
Sularso, I. M. (1997). Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen,Cetakan
Kesembilan. Jakarta: Pradnya Paramita.
Dietzel, P. D. (1980). Turbin, Pompa dan Kompresor. Wurzburg: Erlangga.
BLUEPRINT PENGELOLAAN ENERGI NASIONAL2006 – 2025. (Jakarta, 2006)
Sularso & Tahara, Haruo. (1996). Pompa dan Kompresor. Cetakan Keenam.
Jakarta: Pradnya Paramita.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi listrik telah menjadi kebutuhan yang sangat penting.
Kebutuhan manusia akan listrik menjadi sangat besar dengan makin
majunya zaman. Hal itu disebabkan makin banyaknya peralatan yang
dipermudah pengoperasiannya yang semula dengan cara yang tradisional
dengan tenaga manusia menjadi tenaga listrik, dimana alat tersebut bisa di
hidupkan apabila menggunakan energi listrik. Dari sektor
ketenagalistrikan, saat ini pembangkit listrik di Indonesia masih
didominasi oleh penggunaan bahan bakar fosil, khususnya batubara.
Berdasarkan data Blueprint pengelolaan Energi Nasional
2005-2025 yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral
pada Tahun 2005, cadangan minyak bumi d Indonesia pada tahun 2004
diperkrakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun dengan rasio
cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedagkan gas akan habis dalam
kurun waktu 61 tahun, Minyak 18 tahun dan batubara 147 tahun.
Melihat data tersebut, bahan bakar berbasis fosil tidak dapat
berkelanjutan dan memiliki dampak negatif yang serius terhadap
kesehatan akibat penggunaan bahan bakar biomasa tradisional yang tidak
efisien. Pertimbangan konservasi energi dan lingkungan hidup menuntut
untuk segera memanfaatkan energi terbarukan yang tersedia dengan
mudah dan lebih ramah lingkungan dibanding dengan energi fosil.
Energi Terbarukan berarti segala bentuk energi yang dihasilkan
dari sumber-sumber yang terbarukan secara berkesinambungan, termasuk,
diantaranya; bioenergi, energi panas bumi (geothermal), energi air
(hydropower), energi laut, termasuk diantaranya gelombang, ombak, dan
2
Pemanfaatan energy terbarukan di Indonesia masih kurang
optimal. Misalnya, untuk kasus energi air kapasitas terpasang dari
pemanfaatan tenaga air hanya mencapai 4.200 MW dari 75,67 GW ( 5,55
% dari potensi yang ada). Potensi yang besar dari energi terbarukan dalam
memberikan akses yang terdesentralisasi terhadap energi, terutama di
negara-negara berkembang, dan akses terhadap energi bagi daerah-daerah
terpencil dan kepulauan.
Tabel 1.1. Potensi Energi terbarukan di Indonesia
Sesuai dengan data potensi energi terbarukan di Indonesai bahwa
Indonesia memiliki potensi air yang sangat besar seerta mempunyai
dampak lingkungan yang kecil maka sudah saatnya mengebangkan dan
mengelola Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) secara
optimal sehingga mampu memasok kebutuhan listrik didaerah tertinggal di
Indonesia.
Kabupaten Malang terus mengembangkan energi alternatif untuk
melakukan penghematan terhadap penggunaan energi listrik, khususnya
pada pelayanan publik. Salah satunya menggunakan Pembangkit Listrik
Tenaga Mikro Hidro (PLTMH).Mikro Hidro Sumber Maron merupakan
suatu pembangkit listrik sederhana yang berada di Desa Karang Suko,
Kecamatan Pagelaran, Kabupaten Malang, mikro hidro Sumber Maron
dibangung oleh sebuah wawasan beserta warga desa dan bekerja sama
dengan Universitas Muhamadiyah Malang dan Australia Indonesia
Partnership. PLMTH Sumber Maron dikelola oleh yayasan sanitasi
sumbermaron dibantu oleh beberapa orang ahli dari Universitas
Muhammadiyah Malang, PLMTH mulai dibangun pada tahun 2009
selalu setabil meskipun pada musim kemarau sehingga sangat cocok
dibangun PLMTH.
PLTMH Sumbermaron menghasilkan energi listrik sebesar 35
KWA. Listrik yang dihasilkan dimanfaatkan untuk menggerakkan mesin
pompa pengairan dan air bersih yang selama ini mengandalkan listrik dari
PLN. Biaya yang dikeluarkan untuk membayar listrik perbulan sebelum
adanya PLMTH rata-rata sekitar Rp 10 juta. Akan tetapi setelah adanya
PLTMH biaya yang dikeluarkan jauh lebih murah, bahkan menghasilkan
keuntungan bagi pengelola. Dengan dibangunnya PLTMH tersebut, biaya
yang dikeluarkan masyarakat untuk penggunaan air bersih menjadi
berkurang. Yang saat ini dinamakan sumber maron 1 Selain itu keberadaan
PLMTH sumbermaron 1 memberikan berkah tersendiri bagi warga desa,
karena PLMTH tersebut saat ini dimanfaatkan oleh warga desa sekitar
menjadi sebuah tempat wisata pemandian. (PLTMH Sumber Maron, 2010)
Dengan terpasangnya PLTMH Sumber Maron 1 masih terdapat
potensi air yang ada di saekitarnya, maka dari itu HIPPAM (Himpunan
Penduduk Pengguna Air Minum) yang bekerja sama dengan universitas
muhammadiyah malang akan membangun pltmh sumber Sumber Jeruk
yang letaknya berdekatan dengan Sumber Maron dengan Head lebih tinggi
sehingga sangat berpotensi untuk dijadikan pembangkit listrik kedua di
Desa Karang Suko. Dalam pembangunan Sumber Jeruk output turbin tidak
langsung di trasmisikan ke generator listrik melainkan digunakan untuk
memutar pompa. Dengan demikian pemanfaatan energi yang dihasilkan
oleh turbin lebih efisien.
Oleh karena itu pemanfaat PLTMH sebagai sarana energi alternatif
sangat diperlukan guna pemanfaatan air bersih Desa karangsuko menuju
Desa sukosari ke Desa brongkal dan terakhir Desa gondanglegi kulon,
selain itu biaya pembuatan yang tidak memakan biaya besar dan dapat
digunakan sebagai sarana perikanan. (PLTMH Sumber Maron, 2010).
4
serta volatilitas harga energy. kontribusi dari energi terbarukan bagi
konservasi lingkungan, dengan membatasi tekanan terhadap sumber daya
alam dan mengurangi penebangan hutan, terutama penebangan hutan
tropis, penggurunan serta hilangnya keaneka- ragaman hayati;
perlindungan cuaca, pertumbuhan ekonomi dan kohesi sosial termasuk
pengentasan kemiskinan dan pembangunan yang berkesinambungan; akses
dan keamanan pasokan energi; pembangunan regional serta tanggung
jawab kepada generasi berikutnya.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang maka dapat di rumuskan seperti berikut :
1. Berapa Head dan Debit rencana PLTMH Sumber Jeruk.
2. Merancang Turbin Propeler.
3. Menghitung dimensi utama rancangan Turbin Propeler
1.3 Tujuan
1. Mengetahui Head dan Debit rencana PLTMH Sumber Jeruk.
2. Merencanakan Turbin Propeler.
3. Menganalisis dimensi utama rancangan Turbin Propeler
1.4 Batasan Masalah
1. Lokasi perencanaan berada di Sumber Jeruk, Desa Karang Suko
Kecamatan Pagelaran Kabupaten Malang dengan Head 5 meter dan
Debit 1 M3/S
2. Perencanaan meliputi Turbin dan komponen utama Turbin
3. Perhitungan detail Turbin hanya dilakukan tipe yang dipilih, dalam hal
ini turbin type Propeler.
