TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT (Q) 0,025 M3/S DENGAN VARIASI SUDUT SUDU ROTOR 20º & SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º, 45º.

(1)

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN

KAPLAN PADA KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT (Q)

0,025

M

3

/S DENGAN VARIASI SUDUT SUDU ROTOR

20º & SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º, 45º

Disusun oleh:

IBNU FAJRI

NIM : D 200 060 029

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan

judul :

“

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN

PADA KETINGGIAN (H) 4 M, DEBIT (Q) 0,025 M

3

/S DENGAN VARIASI

SUDUT SUDU ROTOR 20º & SUDU STATOR 25º, 30º, 45º

”

Yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana

S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi

dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk

mendapatkan gelar kesarjanaan dilingkungan Universitas Muhammadiyah

Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya

saya cantumkan sebagaimana mestinya.

Surakarta, Maret 2011

Yang menyatakan,

(3)

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir ini berjudul

”RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN

TURBIN KAPLAN DENGAN KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT 0,025 M

3

/S DENGAN

VARIASI SUDUT SUDU ROTOR 20º DAN SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º,

45º”

, telah disetujui oleh pembimbing untuk memenuhi sebagian persyaratan

memperoleh derajat Sarjana (Strata 1) Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Dipersiapkan oleh:

Nama

: IBNU FAJRI

Nim

: D 200 060 029

Disetujui pada:

Hari

:

………..

Tanggal

:

………..

Pembimbing Utama

(Ir. Sartono Putro, MT)

Pembimbing Pendamping

(4)

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir ini berjudul

”RANCANG BANGUN DAN

PENGUJIAN TURBIN KAPLAN DENGAN KETINGGIAN (H) 4 M

DEBIT 0,025 M

3

/S DENGAN VARIASI SUDUT SUDU ROTOR 20º

DAN SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º,

45º”

telah dipertahankan

dihadapan dewan penguji dan disahkan sebagai syarat untuk

memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan Oleh:

Nama

: IBNU FAJRI

Nim

: D 200 060 029

Disahkan pada

Hari

:

Tanggal

:

Tim Penguji

Ketua :

Ir. Sartono Putro, MT

(

)

Anggota 1 :

Ir. Subroto, MT

(

)

Anggota 2 :

Amin Sulistyanto, ST

(

)

Mengetahui,

Dekan

Ketua Jurusan

(5)

v

(6)

vi

HALAMAN MOTTO

Dan bahwasannya seorang manusia tiada memperoleh selain apa yang

diusahakannya. Dan bahwasannya usahanya

itu kelak akan

diperlihatkan (Kepada-Nya).

(QS An-Najm : 39-40)

Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan

(QS Al-Insyirah : 6)

Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah

dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain.

(QS Al-Insyirah : 7)

Bekerjalah

untuk

duniamu seakan-akan kau hidup

selamanya, beribadahlah untuk akhiratmu seakan-akan kau mati besok.

( Al Hadist )

Bermaksud mencelakakan diri, bila telah merasa cukup dengan ilmu

(7)

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan penuh harap ridho Allah SWT teriring perasaan syukur dan

sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati

berbagai ujian dalam perjuangan yang abadi, Aku mempersembahkan

Tugas Akhir ini kepada :

Bapak ( Marwan ) dan Ibu ( Hanti ) yang dengan segala kasih

sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya, senantiasa

mendukung, membimbing dan mendo’akanku.

Keluargaku ( mbak mira, mbak ida, mas bayu, mas nanang ) dan

keluarga semua yang sudah bantu dan suport untuk saya.

Sahabatku (teman-teman angkatan 2006 teknik mesin yang selalu

kompak, saling mendukung dan berbagi tidak akan saya

lupakan )

Almamater ( Universitas Muhammadiyah Surakarta )

Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang

telah membimbing saya didalam perkuliah.

Bapak Dosen pembimbing akedemik Ir. Bibit Sugito. MT., Bapak

Dosen pembimbing satu tugas akhir Ir. Sartono Putro, MT.., dan

Bapak Dosen pembimbing dua tugas akhir Ir. Subroto, MT., saya

berterima kasih atas penggarahan dan bimbingan yang banyak

(8)

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan

karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas

Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Sholawat dan salam semoga

selalu dilimpahkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW, beserta keluarga

dan sahabat-sahabatnya, Amien.

Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan

Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat

bantuan dari berbagai pihak secara moril maupun materiil. Oleh karena

itu pada kesempatan ini, penulis sampaikan rasa terimakasih yang tulus,

kepada :

1. _{Bapak Ir. Agus Riyanto, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas}

2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Dosen Pembimbing I yang telah

membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan

Tugas Akhir ini

4. Bapak Ir. Subroto, MT., selaku Dosen Pembimbing II yang telah

meluangkan banyak waktu untuk memberikan bimbingan dan arahan

dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

5. Bapak, Ir. Bibit Sugito, MT., selaku Pembimbing Akademik.

(9)

7. Bapak (Marwan) yang telah memberikan kasih sayang, mendidik dan

membesarkan penulis.

8. Ibu (Hanti) yang senantiasa mencintai, menyayangi, memberikan

dukungan dan mendo’akan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

9. Kakak-kakakku ( mbak mira, mbak ida) yang selalu memberikan

dukungan dan do’a.

10. Teman angkatan 2006 yang sudah banyak membantu saya dan

mendukung saya dalam perkuliahan selama di Universitas

11. Teman saya fendy, eko, agus, fery, teman-teman praktikum

Hidrodinamika, Bp.Suwardi ( PBS Solo ) Mas Joko ( Lab Teknik Sipil )

yang telah banyak membantu saya dalam melakukan penelitian ini

dilapangan.

Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika

sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir

ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu,

dana, literature yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki. Harapan

penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.

Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis

dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.

Surakarta, Maret 2011

(10)

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA

KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT (Q) 0,025 M

3

/S DENGAN VARIASI

SUDUT SUDU ROTOR 20

0

& SUDUT SUDU STATOR 25

0

, 30

0

, 45

0

Ibnu Fajri, Sartono Putro, Subroto

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A.Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura.

Email :

ibnufajri18@yahoo.co.id

ABSTRAKSI

Turbin Kaplan adalah mesin konversi energi dengan air sebagai

fluida kerjanya. Dalam rancang bangun Turbin Kaplan perlu diperhatikan

besar kecilnya debit aliran serta ketinggian air jatuh. Tujuan penulisan

tugas akhir ini adalah mendapatkan desain Turbin Kaplan dengan sudut

sudu rotor 20

0

dan stator 25

0

, 30

0

, 45

0

.

Pengujian Turbin kaplan ini mengacu pada data pengukuran yang

diperoleh dari survey aliran air di Desa Nogosaren, Kecamatan Getasan,

Kabupaten Semarang yaitu dengan ketinggian (H) 4 m debit (Q) 0,025

m

3

/s dengan sudut sudu rotor 20

0

dan stator 25

0

, 30

0

, 45

0

dengan

diameter luar turbin (D

I

) = 13,8 cm, diameter pada leher poros turbin (D

n

)

= 5,7 cm, diameter tengah turbin (D

m

) = 9,5 cm.

Dari hasil pengujian turbin Kaplan diperoleh hasil putaran turbin

dari sudut sudu rotor 20

0

dan stator 25

0

pada putaran tertinggi 602,2 rpm

dengan debit 24,1 dm

3

/s, sedangkan putaran terendah pada sudut sudu

rotor 20

0

dan stator 25

0

pada putaran 104 rpm dengan debit 20,1 dm

3

/s.

(11)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

... I

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI...

II

HALAMAN PERSETUJUAN

... III

HALAMAN PENGESAHAN

... IV

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR

... V

HALAMAN MOTTO

... VI

HALAMAN PERSEMBAHAN ...

... VII

INTISARI

...VIII

KATA PENGANTAR ..

...IX

DAFTAR ISI

... XI

DAFTAR GAMBAR

...XIV

DAFTAR TABEL

... XVI

BAB I.

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang …... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penulisan ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

1.5 Batasan Masalah... 4

1.6 Sistematika Penulisan………... 5

BAB II. DASAR TEORI 2.1 Kajian Pustaka ... 6

2.2. Energi Air ... 7

2.2.1 Klasifikasi Turbin Air... 10

2.2.2 Turbin Kaplan ... 10

2.3 Pemilihan Jenis Turbin... 13

2.3.1 Berdasarkan Kecepatan Spesifik………... 13

2.3.2 Berdasarkan Perbandingan Karakteristik Turbin……...… 15

2.3.3 Berdasarkan Debit dan Head………....… 17

2.3.4 Berdasarkan Efisiensi dan Daerah Kerja………... 19

(12)

2.5 Kecepatan Keliling Turbin………..………....…… 20

2.5.1 Kecepatan Keliling Turbin Bagian Luar Sudu... 20

2.5.2 Kecepatan Keliling Bagian Leher Poros Sudu………...… 21

2.5.3 Kecepatan Keliling Bagian Tengah Sudu……….... 21

2.6 Diameter Turbin ………...…...… 21

2.6.1 Diameter Luar Sudu Turbin………...… 22

2.6.2 Diameter Leher Poros Sudu Turbin………...… 22

2.6.3 Diameter Tengah Sudu Turbin………...… 22

2.7 Segitiga Kecepatan……….……….…... 22

2.7.1 Kecepatan Keliling………...…... 23

2.7.2 Kecepatan Aliran……….…...… 23

2.8 Profil Sudu... 23

2.8.1 Profil Sudu Bagian Luar……….….……….…...… 24

2.8.2 Profil Sudu Bagian Tengah………....… 26

2.8.3 profil sudu bagian leher poros………...…. 27

2.9 Tinggi Sudu Pengarah………...….. 28

2.10 Daya Turbin………...…. 29

2.11 Gaya Aksial……….……... 29

2.15 Efisiensi... 30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian ... 31

3.2 Bahan dan Alat……... 32

3.3 Tahapan Penelitian……... 33

3.4. Instalasi Penelitian ……… …….…....….. 34

3.5 Lokasi Penelitian………... 35

3.6. Analisa Perhitungan………... 35

3.6.1 Kecepatan Spesifik……….... 36

3.6.2 Kecepatan Keliling Turbin………...…... 36

3.6.3 Diameter Turbin………... 38

3.6.4 Segitiga Kecepatan………...…. 39

3.6.5 Tinggi Sudu Pengarah………...… 47

3.6.6 Daya Turbin………...…... 47

(13)

3.6.8 Efisiensi………....….. 49 3.7 Gambar Rancangan Turbin Kaplan………...…...…. 50 3.8 Metode Pengujian Turbin Kaplan………..….... 51

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Grafik dan Pembahasan………. ... 54 4.1.1 Data putaran hasil pengujian sudu rotor 200 dan sudu

stator 250...54 4.1.2 Data putaran hasil pengujian sudu rotor 200 dan sudu

stator 250,300,450...60

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ... 62 5.2 Saran... 63

(14)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Diagram Klasifikasi Turbin Air………..…... 10

Gambar 2.2. Turbin Kaplan..………..……….…….…... 11

Gambar 2.3. Turbin Kaplan dengan Sudu Jalan yang Dapat Diatur…………... 12

Gambar 2.4. Perbandingan Bentuk Sudu Turbin Berdasarkan Kecepatan Spesifik………...…….………... 14

Gambar 2.5. Grafik Perbandingan Karakteristik Turbin………... 15

Gambar 2.6. Tinggi Jatuh Air Aktual Untuk Turbin Tekanan Sama…………... 18

Gambar.2.7. Tinggi Jatuh Air Aktual Untuk Turbin Tekanan Lebih………….….... 18

Gambar 2.8. Grafik Pembebanan Turbin………... 20

Gambar 2.9. Sket Turbin Kaplan………... 21

Gambar 2.10. Sket Profil Sudu………...…... 23

Gambar 2.11. Segitiga Kecepatan Bagian Luar ………...…. 24

Gambar 2.12. Koefisien Gaya Angkat dan Tahanan……….... 25

Gambar 2.13. Grafik Kecepatan Spesifik ………... 25

Gambar 2.14. Segitiga Kecepatan Bagian Tengah ……….…... 26

Gambar 2.15. Segitiga Kecepatan Bagian Leher Poros………...…… 27

Gambar 3.1. Skema Diagram Alir………... 31

(15)

Gambar 3.3. Bak Ukur... 32

Gambar 3.4. Hydrometer………... 33

Gambar 3.5. Tachometer………... 33

Gambar 3.6. Stopwatch………... 33

Gambar 3.7. Instalasi Penelitian………... 34

Gambar 3.8. Sket Turbin………...….. 38

Gambar 3.9. Segitiga Kecepatan Bagian Tengah………...….... 42

Gambar 3.10. Segitiga Kecepatan Bagian Leher Poros………...….. 44

Gambar 3.11.Segitiga Kecepatan Bagian Luar……….…... 46

Gambar 3.12. Rotor Turbin Kaplan………... 50

Gambar 3.13. Komponen Turbin Kaplan………...…… 50

Gambar 3.14. Katup Pengatur Debit………..……...……. 51

Gambar 3.15. Sudu Rotor 20° dan Stator 250.………...…….……...….. 52

Gambar 3.16. Sudu Rotor 20° dan Stator 300.………...………...……...… 53

Gambar 3.17. Sudu Rotor 20° dan Stator 450.………...………...…...….… 53

Gambar 4.1. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 20° dan Stator 25°... 55

Gambar 4.2. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 20° dan Stator 30°... 57

Gambar 4.3. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 20° dan Stator 45°... ... 59

(16)

DAFTAR GRAFIK

Grafik 1. Sudu Rotor 25° dan Stator 25°……... 56

(17)

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Kecepatan Spesifik...14

Tabel 2. Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Tinggi Jatuh Air………... 19

Tabel 3. Perhitungan Segitiga Kecepatan………..…... 47

Tabel 4. Debit Terukur dengan Menggunakan Variasi………... 52

Tabel 5.Data Putaran hasi pengujian Sudu Rotor 20° dan Sudu Stator 25°... 54

Tabel 6.Data Putaran hasi pengujian Sudu Rotor 20° dan Sudu Stator 30°... 56