PERANCANGAN TURBIN AIR PROPELLER SUMBU HORIZONTAL KAPASITAS ( Q ) 0,7 m3/s ( H ) 6 m
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada:
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan Program Sarjana Teknik (S1)
Oleh :
VEBRINDA FERGIE ARDENTA 09510118
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2015
ii POSTER
iii
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Satu Syarat Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik Mesin
Disusun oleh : Vebrinda Fergie Ardenta
09510118
Yang telah disahkan oleh : Dosen pembimbing I
(Ir. Sudarman, MT)
NIP. 1088909132 Dosen pembimbing II
(Ir. Herry Supriyanto, MT) NIP. 10887090049
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin
(Ir. Daryono, MT) NIP. 108.8909.0124
iv
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
Nama : Vebrinda Fergie Ardenta
Nim : 09510118
Jurusan : Teknik Mesin Strata Satu (S-1) No. ST. Pem. TA : E.2/147/FT/UMM/XII/2014
Judul : Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal Kapasitas ( Q ) 0,7 𝑚3/𝑠 ( H ) 6 m
Pembimbing I : Ir. Sudarman, MT
No. CatatanAsistensi Paraf
Dosen pembimbing I
1 Konsultasi Bab I
2 Konsultasi Bab II dan ACC Bab II 3 Konsultasi Bab III lanjut pembahasan 4 Konsultasi Bab IV
5 Pembahasan ditambah
6 Desain gambar
7 Dapat dilanjutkan Seminar Hasil dan ujian
Malang, 25 November 2015 Dosen pembimbing I
Ir. Sudarman, MT
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
Nama : Vebrinda Fergie Ardenta
Nim : 09510118
Jurusan : Teknik Mesin Strata Satu (S-1) No. ST. Pem. TA : E.2/147/FT/UMM/XII/2014
Judul : Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal Kapasitas ( Q ) 0,7 𝑚3/𝑠 ( H ) 6 m
PembimbingII : Ir.Herry Supriyanto, MT
No. Catatan Asistensi Paraf
Dosen pembimbing II
1 Konsultasi Bab I
2 Konsultasi Bab II lanjut
3 ACC Bab II
4 Konsultasi Bab III lanjut ( di bab IV bedakan perhitungan
5 Konsultasi Bab IV dan gambar desain 6 Acc Laporan dan seminar hasil
Malang, 25 November 2015 Dosen pembimbing II
vi
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertandatangan di bawah ini :
Nama : Vebrinda Fergie Ardenta
NIM : 09510118
Tempat, tanggal lahir : Malang, 09 Desember 1990
Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang Dengan ini menyatakan sebenar-benarnya bahwa :
Tugas akhir yang berjudul “Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal Kapasitas ( Q ) 0,7 𝑚3/𝑠 ( H ) 6 m” adalah bukan karya dari orang lain meskipun sebagian ataupun keseluruhan kecuali yang tertulis dan dikutip dalam naskah serta disebutkan dalam daftar pustaka.
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya dan apabila pernyataan yang tersebut di atas tidak benar, maka saya bersedia menerima sanksi akademik.
Malang, 25 November 2015 Hormat saya,
vii ABSTRAK
Energi listrik sangat berperan penting dalam berbagai sektor bidang kehidupan. Namun sayangnya tidak semua daerah dapat terjangkau dari suplai energi listrik terutama sekali pada wilayah-wilayah terpencil yang sulit di jangkau dengan alat transportasi. Upaya yang dapat dilakukan dalam memperoleh energi listrik salah satunya adalah dengan memanfaatkan potensi sumber daya alam berupa aliran sungai dan dengan ketinggian tertentu (head) kemudian dikonversi menjadi energi listrik melalui teknologi dari berbagai jenis turbin berdasarkan sumber air yang tersedia.
Berdasarkan nilai kelayakkan potensi untuk dikembangkan dan diterapkan PLTMH, dengan data: Kapasitas aliran (Q) = 0,7 m3/s, Head kotor (H) = 6 m. Potensi ini tergolong dalam PLTMH head rendah.
Pada penelitian ini telah direncanakan, dirancang dan dibuat satu unit turbin propeller untuk PLTMH head rendah. Hasil penentuan parameter-parameter dimensi utama turbin diperoleh diameter runner sebesar 0,510 m, diameter hub 0,20 m dengan jumlah sudu 5 buah. Dari hasil pengujian diperoleh daya maksimum keluaran turbin mencapai 33,55 KW pada putaran turbin 4082 rpm dengan voltase 220-240 volt. Turbin hasil pengembangan kini dapat digunakan sebagai dukungan dalam penyediaan energi listrik alternatif bagi masyarakat khususnya yang berada disekitar lokasi. Turbin hasil pengembangan kini dapat digunakan sebagai dukungan dalam penyediaan energi listrik alternatif bagi masyarakat khususnya yang berada disekitar lokasi.
Kata kunci: Pengembangan, penerapan, Turbin Propeller, Head rendah, Energi listrik alternative
viii ABSTRACT
Electric energy plays an important role in various sectors of life. But unfortunately not all areas accessible from the electrical energy supply particularly in remote areas are difficult to reach with means of transportation. Efforts to do in obtaining electrical energy one is to harness the potential of natural resources in the form of a stream and with a certain height (head) is then converted into electrical energy through the technology of the various types of turbines based on available water resources.
Based on the value of the potential to be developed and implemented MHP, with the data : Capacity flow (Q) = 0.7 m3 / s, gross head (H) = 6 m. This potential is relatively low in the MHP head.
This study has been planned, designed and created a propeller turbine units for low head MHP. Results of the determination of the parameters of the main dimensions obtained turbine runner diameter of 0.510 m, 0.20 m diameter hub with a number of blades 5 pieces. From the test results obtained maximum power output of the turbine reached 33.55 KW at 4082 rpm with a turbine wheel voltage of 220-240 volts. Turbine development results can now be used as a support in the provision of electrical energy alternative for people especially those residing around the site. Turbine development results can now be used as a support in the provision of electrical energy alternative for people especially those residing around the site.
Keywords: Development, implementation, Turbine Propeller, Head low, alternative electric energy
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat, rahmat, taufik dan hidayah-Nya, penyusunan skripsi yang berjudul “Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal Kapasitas ( Q ) 0,7 𝑚3/𝑠 ( H ) 6 m” 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 penuyusnan 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, serta Keluarga besar saya yang telah banyak mendukung saya baik dalam hal do’a, moral, masukan, arahan, motivasi, dan materi. 3. Bapak Ir. Sudarman, MT selaku pembimbing I yang telah dengan sabar,
tekun, tulus, ikhlas meluangkan waktu, tenaga dan pikiran memberikan bimbingan, motivasi, arahan, dan saran-saran yang sangat berharga pada penulis selama menyusun skripsi.
x
4. Bapak Ir. Herry Suprianto, MT selaku pembimbing II yang dengan penuh ketegasan, kesabaran, dan telah membangun mental saya menjadi lebih besar. Dan telah banyak meluangkan waktu beliau, dan banyak memberikan petunjuk arahan serta bimbingan untuk mengerjakan skripsi ini.
5. Dosen wali saya bapak Ir. Ali Syaifullah, MT, yang telah banyak-banyak memberi motivasi dan semangat kepada saya untuk lekas menyelesaikan skripsi ini.
6. Bapak Ir. Daryono, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammdiyah Malang yang telah banyak-banyak memberikan solusi selama mengerjakan skrispsi ini.
7. 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. “BEST FRIEND FOREVER”.
8. Terimakasih kepada saudara rifai, dino, aryo dan indra yang sudah memberi arahan dan selalu mengingatkan saya agar menyelesaikan skripsi ini. Terimakasih juga kepada teman saya yang ada di tumpang handoyo, bang jack, bang ucup, dan cak ikin
9. Terimakasih juga kepada oji ( andreas ), pak de yang2, mas apri dan mas catur yang membantu untuk menyelesaikan tugas skripsi ini
10. Yossi Revalda dan Khizuran Alden Safaras selaku adik yang selalu memarahin saya memberi motivasi kepada saya agar cepat menyelesaikan skripsi ini, terima kasih adikku tercinta.
xi
11. Yuyun Dwi W selaku penyemangat dalam hidupku yang tidak pernah bosan untuk mengingatkan saya dalam mengerjakan skripsi ini hingga selesai. 12. Dosen-dosen dan staf kepengajaran dibangku perkuliahan yang telah banyak
memberikan saya ilmu, pengetahuan, dan wawasan kepada penulis.
13. Dosen penguji skripsi, yang telah banyak memberikan masukan, kritik, dan sarannya tentang materi-materi yang penulis belum pahami sebelumnya. 14. Staf Tata Usaha (TU) jurusan Teknik Mesin, yang telah meluangkan
waktunya untuk saya mengurus keperluan administrasi.
15. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebut satu persatu yang telah membantu dalam pengerjaan skripsi ini.
Akhirnya, dengan segala kerendahan hati penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan disana-sini, sehingga penulias mengharapkan adanya saran dan ktiriknya yang bersifat membangun demi kesempurnaan skripsi ini.
Malang, 25 November 2015 Penulis,
xii DAFTAR ISI
JUDUL ... i
POSTER ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING I ... iv
LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING II ... v
LEMBAR SURAT PERNYATAAN ... vi
ABSTRAK INDONESIA ... vii
ABSTRAK INGGRIS ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Perancangan ... 4
1.4 Batasan Masalah... 4
BAB II LANDASAN TEORI ... 5
2.1 Prinsip Pembangkit Tenaga Air ... 5
2.2 Klasifikasi Turbin... 6
2.2.1 Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya ... 6
2.2.1.1 Turbin Impuls ... 6
2.2.1.2 Turbin Reaksi ... 6
2.2.2 Berdasarkan Head dan kapasitas air ... 7
2.2.3 Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) ... 8
2.2.4 Berdasarkan Model Aliran Masuk Air Runner ... 9
2.3 Kontruksi Turbin Francis ... 12
2.4 Konstruksi Turbin Pelton ... 14
2.5 Kontruksi Turbin Kaplan ... 16
2.5.1 Perancangan dimensi sudu ( propeller ) dan Rumah sudu ... 16
xiii
2.5.1.2 Kecepatan pada sudu turbin ... 18
2.6 Desain Pasak ... 22
2.7 Bantalan... 23
2.7.1 Klasifikasi Bantalan ... 23
BAB III METODOLOGI ... 25
3.1 Prosedur Perancangan ... 25
3.2 Perencanaan dan penjelasan tugas ... 27
3.3 Perancangan konsep produk ... 27
3.4 Perancangan bentuk (embodiment design) ... 27
3.5 Perencanaan detail ... 27
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 28
4.1 Data Perancangan ... 28
4.2 Analisa Grafis Penentuan Tipe Turbin ... 28
4.3 Kecepatan Spesifikasi ... 30
4.3.1 Perhitungan daya turbin... ... 30
4.3.2 Kecepatan Putaran Turbin ( n𝑠) ... 31
4.4 Desain Sudu Turbin ( Runner atau propeller) ... 31
4.5 Perancangan Poros ... 39
4.6 Bantalan... 42
4.7 Rumah sudu ( Casing ) ... 43
4.8 Pipa Hisap ( Draft Tube ) ... 44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 46
5.1 Kesimpulan ... 46
5.2 Saran ... 46
DAFTAR PUSTAKA ... 48 LAMPIRAN-LAMPIRAN
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tinggi jatuh air dan jenis turbin air ... 7
Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional... 8
Tabel 4.1 Dimensi Sudu ... 37
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Grafik pemakain komposisi energi di Indonesia ... 1
Gambar 1.2 Grafik solusi optimasi energi di Indonesia ... 2
Gambar 2.1 Bagan turbin air aliran tangensial... 9
Gambar 2.2 Bagan turbin ... 10
Gambar 2.3 Turbin air jenis spiral casing ... 11
Gambar 2.4 Turbin air jenis Open Flume (saluran terbuka) ... 11
Gambar 2.5 Turbin air jenis Tubular... 12
Gambar 2.6 Konstruksi Turbin Francis ... 13
Gambar 2.7 Turbin Francis Poros Horizontal ... 13
Gambar 2.8 Turbin Francis Poros Vertical ... 14
Gambar 2.9 Penampang nozzle dan pancaran air ... 15
Gambar 2.10 Konstruksi Turbin Kaplan dan propeller ... 16
Gambar 2.11 Runner Kaplan atau Propeller ... 17
Gambar 2.12 Grafik menentukan 𝑈1∗ , 𝑈𝑁∗ 𝑑𝑎𝑛 𝐶𝑚∗ pengarah ... 21
Gambar 3.1 Diagram Alir Dari Perancangan Turbin Propeller ... 26
Gambar 4.1 Pemilihan Tipe Turbin ... 29
Gambar 4.2 segitiga kecepatan bagian tengah ... 33
Gambar 4.3 segitiga kecepatan leher poros... 38
Gambar 4.4 segitiga kecepatan tengah sebelah luar... 38
47
DAFTAR PUSTAKA
Dietzel, P. D. (1980). Turbin, Pompa dan Kompresor. Wurzbrug : Erlangga DR.Jagdislal. (1956). HYDROULIC MACHINES. Delhi: Taj Offset Press. Urdubazar.
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. . Suprianto, H. (2010). Seri Mesin Konversi Energi. Malang.
