i
PERANCANGAN PLTM KAPASITAS 0,90 m
3/s PADA
BENDUNGAN TUGU KABUPATEN TRENGGALEK
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
OLEH
VIKY RIZQI AWALIA NIM: 201510120311023
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH
MALANG
viii
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan memanjatkan puji syukur ke hadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat dan hidayahNya penulis dapat menyelesaikan naskah tugas akhir ini. Penulis dalam menyusun naskah tugas akhir ini tidak lepas dari dukungan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis tidak lupa menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
Bapak Ir. Mulyono, MT, selaku Ketua Komisi Pembimbing yang telah memberikan pengarahan, wawasan dan bimbingan dalam penyusunan naskah tugas akhir ini.
Bapak Ir. Daryono, MT, selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah memberikan pengetahuan, pengarahan dan koreksi dalam penyusunan naskah tesis ini.
Bapak Murjito, ST., MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan kesempatan dan fasilitas dalam memperlancar penelitian dan penyusunan naskah tugas akhir ini.
Ucapan terima kasih secara khusus penulis sampaikan kepada kedua orang tua tercinta Imam Wahyudin dan Tutik Paryati yang telah mendukung dan memberikan motivasi kepada penulis dalam penyelesaian penyusunan naskah tugas akhir ini.
Rekan-rekan penulis, terutama Adi , Ridho, Agung Reza, dan Irfan yang telah banyak memberikan bantuan berupa buku, jurnal maupun artikel yang diperlukan dalam penelitian dan penyusunan naskah tugas akhir ini.
Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Ika Dwi Martanti, yang telah memberi dukungan dan motivasi kepada penulis dalam penyelesaian penulisan naskah tugas akhir ini.
Akhirnya semoga Allah SWT memberikan balasan yang baik kepada semua pihak yang membantu dalam penyusunan naskah tugas akhir ini.
Malang, 7 Oktober 2019 Penulis,
Viky Rizqi Awalia NIM:201510120311023
ix
ABSTRAK
Rizqi, Viky. Awalia. 2019. Perancangan PLTM Kapasitas 0,90 m3/s pada
Bendungan Tugu Kabupaten Trenggalek. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Malang. Pembimbing: I. Ir. Mulyono, MT., II. Ir. Daryono, MT.
Kata kunci: Perancangan, PLTM, pipa pesat, turbin pelton,
Bendungan Tugu yang berada di Kabupaten Trenggalek merupakan salah satu lokasi yang memiliki pontensi untuk dimanfaatkan sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM). Dari hasil observasi atau pengamatan lapangan, debit yang dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit adalah 0,90 m3/s dengan total elevasi atau head mencapat 76,2 m.
Dalam perancangan PLTM ini turbin yang digunakan adalah turbin pelton. Turbin pelton merupakan jenis turbin implus yang cocok untuk debit tidak terlalu besar tetapi memiliki head yang tinggi. Tujuan perancangan ini untuk mendapat dimensi komponen PLTM yaitu pipa pesat, turbin pelton, dan generato listrik. Untuk mendapatkan hasil rancangan PLTM metode yang digunakan meliputi perencanaan dan penjelasan tugas, perencanaan konsep PLTM bendungan tugu, perencanaan bentuk PLTM dan perencanaan detail PLTM. Dari metode tersebut didapat hasil diameter pipa pesat 680 mm, tebal pipa pesat adalah 4 mm. Daya yang dihasilkan turbin sebesar turbin sebesar 297,45 Kw dengan effisiensi 50%. Pitch diameter runner adalah 580 mm dengan jumlah bucket 18 buah, diameter pancaran air sebesar 100 mm, daya keluaran generator adalah 267,97 dengan effisiensi generatior sbesar 90%.
x ABSTRACT
Rizqi, Viky. Awalia. 2019. Perancangan PLTM Kapasitas 0,90 m3/s pada Bendungan Tugu Kabupaten Trenggalek. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Malang. Pembimbing: I. Ir. Mulyono, MT., II. Ir. Daryono, MT.
Key word: Design, PLTM, Penstock, pelton turbine,
Tugu Dam in Trenggalek Regency is one of the locations that has the potential to be used as a Minyhidro Power Plant (PLTM). From the results of observations or field observations, flow rate that can be used as a generator is 0.90 m3/s with a total height or head reaching 76,2 m. In this PLTM design the turbine used is the pelton turbine. Pelton turbine is a type of impulse turbine which is suitable for discharge not too large but has a high head. The purpose of this design is to get the dimensions of PLTM components, namely rapid pipe, pelton turbine, and electricity generator. To get the results of the design of PLTM, the method used includes planning and clarification of tasks, planning the concept of PLTM tugu dam, planning the shape of PLTM and PLTM detail planning. From this method the results obtained pipe diameter rapidly 680 mm, thick penstock thickness is 4 mm. The power generated by the turbine is 297.45 Kw with a efficiency of 50%. Runner pitch diameter is 580 mm with 18 buckets, water jet diameter is 100 mm, generator output power is 267.97 with generator efficiency of 90%.
xi
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur ke hadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat dan hidayahNya penulis dapat menyelesaikan naskah Tugas Akhir yang berjudul: Perancangan PLTM Kapasitas 0,90 m3/s Pada Bendungan Tugu Kabupaten Trenggalek
Dalam tulisan naskah Tugas Akhir ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi:
Bab I Pendahuluan, menjelaskan latar belakang perancangan, rumusan masalah perancangan, tujuan perancangan dan manfaat perancangan.
Bab II Tinjauan Pustaka, menjelaskan beberapa penelitian terdahulu yang telah dilakukan, beberapa teori yang digunakan dalam pembahasan perancangan ini.
Bab III Metodologi Perancangan, menjelaskan urutan perancanga. Dalam perancangan urutan metode prancangan adalah Perencanaan dan Penjelasan Tugas, Perencanaan Konsep PLTM, Perancangan bentuk PLTM, Perencanaan Detail PLTM
Bab IV Analisa dan Perhitungan Data, menjelaskan pengolahan data perancangan, penyajian data hasil perancangan, dan perhitungan komponen dari PLTM .
Bab V Kesimpulan dan Saran, menjelaskan kesimpulan dari hasil perhitungan data perancangan serta saran-saran yang dapat dikemukakan.
Sangat disadari bahwa naskah tesis ini masih banyak kekurangannya, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini lebih sempurna dan bermanfaat bagi yang memerlukannya
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
POSTER ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
LEMBAR KONULTASI/ASISTENSI ... v
LEMBAR KONULTASI/ASISTENSI ... vi
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN ... vii
HALAMAN UCAPAN TERIMAKASIH ... viii
ABSTRACK ... xi
ABSTRACT ... x
KATA PENGANTAR ... xi
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan Penulisan ... 3 1.4 Manfaat Penulisan ... 4 1.5 Batasan Masalah ... 4 1.6 Konsep Desain ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Kajian Penelitian Terdahulu ... 6
2.2 Bendungan Tugu... 7
2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM) ... 8
2.4 Teori Dasar Aliran (Hidrolika) ... 11
2.5 Turbin Air ... 19
2.6 Perhitungan Pipa Pesat ... 21
2.7 Pemilihan Tipe Turbin ... 24
xiii
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 44
3.1 Tinjauan Umum ... 44
3.2 Alur Perancangan Metode Phal Baitz ... 44
3.3 Diagram Alir Metode Phal Baitz ... 54
BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA ... 56
4.1 Data Umum PLTM ... 56
4.2 Perhitungan Konstruksi Pipa ... 56
4.3 Perhitungan Daya Fluida ... 64
4.4 Pemilihan Tipe Turbin ... 64
4.5 Perhitungan Turbin Pelton ... 65
4.6 Perhitungan Komponen Turbin ... 73
4.7 Pemilihan Generator Listrik ... 91
4.8 Perhitungan Daya Keluaran Turbin ... 91
BAB V KESIMPULAN DAN SARA ... 92
5.1 Kesimpulan ... 92
5.2 Saran ... 93
DAFTAR PUSTAKA ... 95
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Tabel Propertis Fluida ... 15
Tabel 2. 2 Tabel koefisien kerugian KL pada minor losses ... 19
Tabel 2. 3 Tabel penentuan tipe turbin berdasarkan kecepatan spesifik ... 25
Tabel 2. 4 Nilai Km dan Kt pada perancangan poros ... 34
Tabel 2. 5 Standar pasak menurut standart IS 2292 dan 2293-1974 ... 36
Tabel 2. 6 Tabel Jumlah baut berdasarkan standart IS : 3653 – 1966 ... 41
Tabel 3. 1 Spesifikasi Konsep Rancangan ... 46
Tabel 3. 2 Tabel morfologi komponen ... 47
Tabel 3. 3 Matriks Pengambilan Keputsan Untuk PLTM Tugu ... 52
Tabel 4. 1 Data Umum Perhitungan ... 56
Tabel 4. 2 Data perhitungan intake ... 57
Tabel 4. 3 Data Perhitungan Losses Pada Pipa ... 61
Tabel 4. 4 Data Perhitungan Turbine Pleton ... 65
Tabel 4. 5 Data perhitungan poros ... 73
Tabel 4. 6 Data perancangan transmisi ... 79
Tabel 4. 7 Data perhitungan umur bantalan ... 84
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. 1 Konsep desain PLTM ... 5
Gambar 2. 1 Denah lokasi Bendungan Tugu Trenggalek (Sumber: Google Eart) . 7 Gambar 2. 2 Komponen PLTM (Sumber: kajianpustaka.com) ... 9
Gambar 2. 3 Aliran pada lubang reservoir (Sumber: Hussian et al., 2008) ... 12
Gambar 2. 4 Skema instalasi turbin (Sumber: Hussian et al., 2008) ... 13
Gambar 2. 5 Aliran fluida pada penampang beda ... 14
Gambar 2. 6 aliran pada pipa bercabang (riandamesin13.blogspot.com) ... 14
Gambar 2. 7 Aliran laminar (Sumber: learningfluidmechanics.blogspot.com) ... 16
Gambar 2. 8 Aliran Turbulrn (Sumber: learningfluidmechanics.blogspot.com) .. 16
Gambar 2. 9 Gambar diagram Moody (Sumber: Munson et al., 2003) ... 18
Gambar 2. 10 Klasifikasi turbin ... 20
Gambar 2. 11 Tegangan Sirkumferensial pada Pipa (www.idpipe.com) ... 22
Gambar 2. 12 Tegangan Longitudinal Pada Pipa (Sumber: slideplayer.info) ... 23
Gambar 2. 13 Grafik pemilihan turbi grafik pemilihan turbin berdasarkan head (H) dan kapasitas aliran (Q) ... 24
Gambar 2. 14 Runner turbin pelton (Sumber: indonesian.hydrotu.com) ... 26
Gambar 2. 15 Segitiga kecepatan turbin pelton (Sumber: Hussian et al., 2008) .. 28
Gambar 2. 16 Model bucket turbin pelton (Sumber: Eisenring, 1991) ... 29
Gambar 2. 17 Dimensi nozzle turbin pelton (Sumber: Theint & Myo, 2018) ... 32
Gambar 2. 18 Gambar pasak berbentuk kotak (Rectangular sunk key) (Sumber: R.S. Khurmi, 2005) ... 35
Gambar 2. 19 Desain flange coupling (Sumber: R.S. Khurmi, 2005) ... 38
Gambar 3. 1 Diagram Blok Fungsi Komponen PLTM ... 45
Gambar 3. 2 Turbin Pleton (Sumber: Indonesian.alibaba.com)... 48
Gambar 3. 3 Turbin Francis (Sumber: cink-hydro-energy.com) ... 48
Gambar 3. 4 Turbin Kaplan (Sumber: cink-hydro-energy.com) ... 49
Gambar 3. 5 Transmisi (Sumber: Belt indonesian.alibaba.com) ... 49
Gambar 3. 6 Kopling Flange (Sumber: indonesian.alibaba.com) ... 49
xvi
Gambar 3. 8 Pipa Galvanis (Sumber: asiatoko.com) ... 50
Gambar 3. 9 Pipa Tembaga (Sumber: www.lancarsaranasukses.com) ... 51
Gambar 3. 10 Pipa Baja Biasa (Sumbaer: www.indotrading.com )... 51
Gambar 3. 11 Diagram alir peracangan ... 55
Gambar 4. 1 Tegangan tangensial pada pipa ... 59
Gambar 4. 2 Tegangan Longitudinal Pada Pipa... 60
Gambar 4. 3 Skema hukum kontinuitas ... 62
Gambar 4. 4 Grafik pemilihan turbin ... 64
Gambar 4. 5 Skema turbin pelton (Sumber: yokealjauza.wordpress.com) ... 65
Gambar 4. 6 Dimensi nozzle turbin pelton ... 67
Gambar 4. 7 Dimensi bucket ... 69
Gambar 4. 8 DBB Bucket ... 71
Gambar 4. 9 Kontruksi Poros Turbine ... 73
Gambar 4. 10 Beban pada runner ... 75
Gambar 4. 11 DBB beban pada poros ... 75
Gambar 4. 12 DBB potongan poros pada titik C ... 76
Gambar 4. 13 Notasi kopling flange ... 79
Gambar 4. 14 DBB Pasak ... 83
Gambar 4. 15 Dimensi Bantalan ... 85
Gambar 4. 16 Sketsa casing turbin pelton (tampak samping) ... 87
Gambar 4. 17 Sketsa casing turbin pelton (tampak atas) ... 87
Gambar 4. 18 DBB pembebanan casing ... 89
Gambar 4. 19 DBB potongan casing ... 89
Gambar 4. 20 Potongan casing... 90
95
DAFTAR PUSTAKA
Atono, V. (2016). PERANCANGAN PLTMH KAPASITAS 30 kW, DESA GIRITIRTA, KEC. PEJAWARAN, BANJARNEGARA, JAWA TENGAH. Jurnal Power Plane, 4(9), 1689–1699. Retrieved from http://202.159.8.148:8002/ojs/index.php/powerplant/article/download/151/14 2/
Carson, J. L. (1984). Hydropower Egineerig (1st ed.; Barbara H. PAlubo, ed.). New Jersey: Pretice Hall, Inc.
DIRJEN KETENAGA LISTRIKAN. (2018). STATISTIK KETENAGALISTRIKAN 2017.
Eisenring, M. (1991). Mikro Peltone Turbines. In Micro Pelton Turbines. Switzerland: SKAT.
Harinaldi. (2015). Sistem Fluida. jakarta: Penerbit Erlangga.
Hussian, Z., Abdullah, Z., & Alimuddin, Z. (2008). Basic Fluid Mechanics and Hydraulic Machines. Retrieved from https://books.google.com/books?id=FABEAQAAIAAJ&pgis=1
Mahendra, B. (2013). Perancangan Pipa Pesat, Dan Daya Keluaran Pembangkit Listrik Tenaga Air Kokok Putih Desa Bilok Petung Kecamatan Sembalun Kabupaten Lombok Timur. Dinamika Teknik Mesin, 3(2). https://doi.org/10.29303/d.v3i2.80
Mantiri. (2018). Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Listrik Minihidro Sungai Moayat Desa Kobo Kecil Kota Kotamobagu. Jurnal Teknik Elektro Dan Komputer, 7(3), 227–238.
Munson, B. R., Young, D. F., & Okishi, T. H. (2003). Mekanika Fluida (4th ed.). Jakarta: Penerbit Erlangga.
Nusyirwan, N. (2017). Kajian Perancangan dan Evaluasi PLTMH Jorong Patamuan Kabupaten Pasaman dalam Mengatasi Kekurangan Listrik Pedesaan. METAL:
96
Jurnal Sistem Mekanik Dan Termal, 1(1), 40. https://doi.org/10.25077/metal.1.1.40-46.2017
Pytel, A. (2003). Mechanic of Material. Pacific Grove: Thomson Learning.
R.S. Khurmi. (2005). Machine design. In Handbook of Machinery Dynamics. New Delhi: Eurasia Publishing House.
Sularso, & Suga, K. (2004). Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta: Pradnya Paramita.
Theint, K., & Myo, L. (2018). Design of Speed Control System for Pelton Turbine. International Journal of Scientific and Research Publications (IJSRP), 8(7), 312–319. https://doi.org/10.29322/ijsrp.8.7.2018.p7950
victor L Streeter. (1996). Mekanika Fluida (8th ed.). Jakarta: Penerbit Erlangga. Wahyuningdyah, M., Juwono, P. T., & Rispiningtati. (2012). Kajian Peningkatan
Manfaat Pada Bendungan Tugu Kabupaten Trenggalek. Jurnal Teknik Pengairan, 3(2), 153–163. Retrieved from https://jurnalpengairan.ub.ac.id/index.php/jtp/article/view/160
Wibowo, Tedi. (2014). PERANCANGAN BENDUNGAN TUGU KABUPATEN TRENGGALEK. JURNAL KARYA TEKNIK SIPIL, 3, 630–637.
