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

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

ANDRIE IRMANSYAH

NIM : D 200 060 067

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 25º & 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, 4 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 25º 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

Dipersiapkan oleh:

Nama

: ANDRIE IRMANSYAH

Nim

: D 200 060 067

Disetujui pada:

Hari

:

………..

Tanggal

:

………..

Pembimbing Utama

(Ir. Sartono Putro, MT)

Pembimbing Pendamping

(4)

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 25º

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

: ANDRIE IRMANSYAH

Nim

: D 200 060 067

Disahkan pada

Hari

:

Tanggal

:

Tim Penguji

1. Ketua : Ir. Sartono Putro, MT (

)

2. Anggota 1 : Ir. Subroto, MT

(

)

3. Anggota 2 : Amin Sulistyanto, ST (

)

Dekan

Ketua Jurusan

(5)

(6)

MOTTO

“

Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya yang

demikian itu sungguh berat, kecuali bagi orang-

orang yang khusyu”

( Q.S. Al Baqarah : 45 )

“Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah

selesai (dari suatu urusan) kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang

lain dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap”

( Q.S. Al-Insyiqaaq : 6-8 )

“Barang siapa diuji, lalu bersabar, diberi lalu bersyukur, didzalimi lalu memaafkan

dan berbuat dzalim lalu istighfar, maka keselamatan dan merekalah orang-orang

yang memperoleh hidayah”

(H.R. Al Baihaqi)

“

Berusaha, jalani dan berserah diri

”

(7)

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 dan Ibu yang dengan segala kasih sayang, kesabaran,

keikhlasan dan pengorbanannya, senantiasa mendukung,

membimbing dan mendo’akanku.

Keluargaku (Dian, Anis, Nanda, Indri ) 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.

(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 Muhammadiyah Surakarta.

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 Marwan Effendy, ST, MT., selaku Pembimbing Akademik.

(9)

Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

7. Keluargaku di rumah, Jakarta dan Boyolali yang selalu memberikan dukungan dan do’a.

8. Teman angkatan 2006 yang sudah banyak membantu saya dan

mendukung saya dalam perkuliahan selama di Universitas

9. 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, 4 Maret 2011

(10)

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA

KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT 0,025 M

3

/S DENGAN VARIASI SUDUT

SUDU ROTOR 25º DAN SUDU STATOR 25º, 30º, 45º

Andrie Irmansyah, Sartono Putro, Subroto

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

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

Email :

[email protected]

ABSTRAKSI

Indonesia memiliki potensi sumber energi terbarukan dalam jumlah

besar, termasuk tenaga air. Banyak sungai di Indonesia yang belum

dimanfaatkan untuk membangkitkan energi listrik. Disamping itu, krisis

energi

yang

terjadi

di

dunia,

meningkatkan

kesadaran

untuk

mengembangkan pembangkit berbahan terbarukan (renewable source),

termasuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Rancang

bangun dan Pengujian Turbin K aplan ini mengacu pada data

pengukuran yang diperoleh dari survey aliran air di Desa Nogosaren,

Kecamatan Getasan, Kabupaten Semarang untuk mendapatkan desain,

konstruksi Turbin Kaplan yang paling optimal dengan melakukan pengujian

Turbin Kaplan. Dalam penelitian menggunakan hydrometer dan didapat

debit (Q) 0,025 m

3

/s serta ketinggian yang ditentukan dengan head (H) 4

m.

Pengujian ini dilakukan dengan sudu rotor 25° dan sudu stator

25,°30°,45° dengan variasi pada debit yang telah ditentukan. Dari

pengujian ini nantinya dapat dihasilkan perubahan putaran turbin ketika

terjadi perubahan pada sudu stator dengan variasi debit aliran yang akan

diuji.

Berdasarkan pengujian yang dilaksanakan diperoleh data hasil

Turbin Kaplan dari sudu rotor 25° dengan ketiga sudu stator tersebut,

sudu stator 25° menghasilkan putaran tertinggi dibandingkan sudu stator

30° dan 45°. Dari semua pengujian turbin tersebut didapat putaran turbin

tertinggi 436 rpm pada kondisi debit 24,1 dm

3

/s dan putaran terendah

191,2 rpm pada debit 20,1 dm

3

/s.

(11)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... I

HALAMAN KEASLIAN SKRIPSI ... II

HALAMAN PERSETUJUAN ... III

HALAMAN PENGESAHAN... IV

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ... V

HALAMAN MOTTO ... VI

HALAMAN PERSEMBAHAN ...VII

ABSTRAKSI... 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 I I. 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

(12)

2.4 Kecepatan Spesifik...……….……... 20

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……... 34

3.4. Instalasi Penelitian ……….…....…. 35

3.5 Lokasi Penelitian………... 35

3.6. Analisa Perhitungan………... 35

3.6.1 Kecepatan Spesifik………... 36

3.6.2 Kecepatan Keliling Turbin………...…... 37

3.6.3 Diameter Turbin………... 38

3.6.4 Segitiga Kecepatan………..…. 39

(13)

3.6.6 Daya Turbin………...…... 47

3.6.7 Gaya Aksial………..….. 50

3.6.8 Efisiensi………....….. 50

3.7 Gambar Rancangan Turbin Kaplan………...…..…. 51

3.8 Metode Pengujian Turbin Kaplan………..…... 52

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa Grafik dan Pembahasan………. ... 55

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 61

5.2 Saran... 61

(14)

DAFTAR GAMBAR

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

Gambar 2.2. Turbin Kaplan..………..……….…….…... 12

Gambar 2.3. Turbin Kaplan dengan Sudu Jalan yang Dapat Diatur………….... 13

Gambar 2.4. Perbandingan Bentuk Sudu Turbin Berdasarkan Kecepatan Spesifik……….………... 15

Gambar 2.5. Grafik Perbandingan Karakteristik Turbin………... 16

Gambar 2.6. Tinggi Jatuh Air Aktual Untuk Turbin Tekanan Sama…………... 19

Gambar.2.7. Tinggi Jatuh Air Aktual Untuk Turbin Tekanan Lebih………….…..19

Gambar 2.8. Grafik Pembebanan Turbin………... 21

Gambar 2.9. Sket Turbin Kaplan………... 22

Gambar 2.10. Sket Profil Sudu……….. 24

Gambar 2.11. Segitiga Kecepatan Bagian Luar ……… 25

Gambar 2.12. Koefisien Gaya Angkat dan Tahanan………. 26

Gambar 2.13. Grafik Kecepatan Spesifik ………...26

Gambar 2.14. Segitiga Kecepatan Bagian Tengah ……….……. 27

Gambar 2.15. Segitiga Kecepatan Bagian Leher Poros………... 28

Gambar 3.1. Skema Diagram Alir……….... 32

(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………... 35

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……….…... 47

Gambar 3.12. Rotor Turbin Kaplan……….. 51

Gambar 3.13. Komponen Turbin Kaplan………. 52

Gambar 3.14. Katup Pengatur Debit………..………….. 52

Gambar 3.15. Sudu Rotor 25°.………...………...…….………... 53

Gambar 3.16. Sudu Stator/ Pengarah...54

Gambar 4.1. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 25° dan Stator 25°... 56

(16)

DAFTAR GRAFIK

Grafik 1. Sudu Rotor 25° dan Stator 25°……... 57

(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………... 53