PERENCANAAN MIKROHIDRO DENGAN TURBIN KAPLAN SEBAGAI PENGGERAK MULA PADA DEBIT (Q) 0,52 m 3 /s DAN KETINGGIAN (H) 2,65 m

ABSTRAKSI

PERENCANAAN MIKROHIDRO DENGAN

TURBIN KAPLAN SEBAGAI PENGGERAK MULA

PADA DEBIT (Q) 0,52 m

3

/s DAN KETINGGIAN (H) 2,65 m

Oleh :

ARIF IMAM NUGROHO NIM : D 200 010 132

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir berjudul “Perencanaan Mikrohidro dengan Turbin Kaplan Sebagai Penggerak Mula dengan Debit (Q) 0,52 m3/s dan Ketinggian (H) 2,65 m” telah dipertahankan di depan Dewan Penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universtas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh :

Nama : ARIF IMAM NUGROHO NIM : D 200 010 132

Disetujui pada :

Hari / tanggal :

Mengesahkan, Pembimbing Utama

( Ir. Tri Tjahjono, MT )

Pembimbing Pendamping

( Ir. H. Sarjito, MT ) Mengetahui,

Kepala Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

PERENCANAAN MIKROHIDRO DENGAN TURBIN KAPLAN SEBAGAI PENGGERAK MULA PADA DEBIT (Q) 0,52 m3/s DAN KETINGGIAN (H) 2,65 m

ABSTRAKSI

Turbin Kaplan adalah mesin konversi energi dengan air sebagai fluida kerjanya. Dalam merencanakan sebuah mikrohidro perlu diperhatikan besar kecilnya debit aliran serta ketinggian air jatuh. Dengan mengetahui debit aliran serta ketinggian air jatuh dapat ditentukan jenis turbin yang sesuai dengan sumber daya alam yang tersedia. Sering kali kita mengabaikan keberadaan sumber daya alam di sekitar kita, sehingga banyak aliran-aliran sungai yang belum dimanfaatkan sumber dayanya dan hanya terbuang sia-sia. Dengan debit aliran rendah kita dapat memanfaatkannya sebagai penggerak sebuah turbin yang kemudian energi mekanik yang dihasilkan turbin dapat berguna sebagai penggerak mesin-mesin seperti generator listrik, mesin penumbuk padi dan lain-lain. Dalam Tugas Akhir ini di bahas mengenai perencanaan mikrohidro dengan turbin Kaplan sebagai penggerak mulanya.

Perencanaan di mulai dengan melakukan survey lokasi guna mendapatkan data-data pada perencanaan turbin Kaplan. Pada perencanaan ini direncanakan turbin dengan posisi poros vertical. Dengan data-data yang diperooleh dapat dilakukan perhitungan dimensi turbin dan diperoleh spsifikasi turbin yang lain dengan menggunakan formula perhitungan yang tersedia pada beberapa referensi yang digunakan.

Dari hasil analisis perhitungan, diperoleh data-data: dimensi baling-baling turbin DL 0,379 m dengan bahan kuningan, diameter poros 50 mm dengan

bahan SNCM 1, bantalan berbahan perunggu dan dengan efisiensi 85% dapat menghasilkan daya turbin sebesar PT 15.086,226 kW.

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, Wiranto., 1997, Penggerak Mula Turbin, ITB Bandung.

Dandekar, M. M., Sharma K.N., 1991, Pembangkit Listrik Tenaga Air, UI Press, Jakarta.

Dietzel, Fritz, 1996, Turbin, Pompa dan Kompresor, Erlangga, Jakarta. Kadir, A., 1979, Mesin Arus Searah, Percetakan Aka.

Patty, O.F., 1995, Tenaga Air, Erlangga, Jakarta.

Sularso dan Suga, Kiyokatsu, 1995, Dasar-dasar Perencanaan dan Pemilihan

Elemen Mesin, Pradnya Paramita, Jakarta.

Triatmodjo, Bambang, 1996, Hidrolika I, Beta Offset, Yogyakarta. Triatmodjo, Bambang, 1996, Hidrolika II, Beta Offset, Yogyakarta.

Vasandani, V.P., 1984, Hidraulika Machines Theory and Design, Khanna Publishers, Delhi.

TUGAS AKHIR

PERENCANAAN MIKROHIDRO DENGAN

TURBIN KAPLAN SEBAGAI PENGGERAK MULA

PADA DEBIT (Q) 0,52 m

3

/s & KETINGGIAN (H) 2,65 m

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

OLEH :

ARIF IMAM NUGROHO D 200 010 132

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir berjudul “Perencanaan Mikrohidro dengan Turbin Kaplan Sebagai Penggerak Mula dengan Debit (Q) 0,52 m3/s dan Ketinggian (H) 2,65 m” telah disetujui oleh pembimbing untuk dipertahankan di depan Dewan Penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh :

Nama : ARIF IMAM NUGROHO NIM : D 200 010 132 Disetujui pada : Hari : Tanggal : Menyetujui, Pembimbing Utama

(Ir. Tri Tjahjono, MT. )

Pembimbing Pendamping

(Ir. H. Sarjito, MT.)

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir berjudul “Perencanaan Mikrohidro dengan Turbin Kaplan Sebagai Penggerak Mula dengan Debit (Q) 0,52 m3/s dan Ketinggian (H) 2,65 m” telah dipertahankan di depan Dewan Penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universtas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh :

Nama : ARIF IMAM NUGROHO NIM : D 200 010 132

Disetujui pada :

Hari / tanggal : Dewan Penguji :

1. Ir. Tri Tjahjono, MT (Ketua Penguji) ……….. 2. Ir. H. Sarjito, MT (Sekretaris Penguji) ……….. 3. Ir. Subroto, MT (Anggota Penguji) ……… Mengesahkan,

a.n Dekan Fakultas Teknik Wakil Dekan I

(Ir. Subroto, MT.)

Ketua Jurusan Teknik Mesin

MOTTO

… Allah akan meninggikan orang yang beriman di antaramu dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat …

(QS. Al-Mujaadilah : 11)

“Cukuplah Allah bagiku; tidak ada Tuhan selain Dia. Hanya kepada-Nya aku bertawakal, dan Dia adalah Tuhan yang memiliki arasy yang agung”

(QS.At-Taubah : 129)

“Barang siapa berjalan untuk mencari ilmu pasti Allah akan memudahkan jalan ke surga”.

(H.R. Muslim)

PERSEMBAHAN

Kupersembahkan karya sederhana ini teruntuk :

á Papa tercinta, semoga keringat & darah Mama-Papa tidak menetes sia-sia;

á Mas Sigit, semoga kita selalu dalam hidayah-Nya untuk berbakti pada ortu;

á Endah SR, terima kasih atas motivasi, do’a & pengorbanannya

á Sahabat-sahabatku di Teknik Mesin UMS; dan á Almamaterku

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirobbil‘alamin, puji syukur yang tak terhingga kehadirat

ﷲا

Ta’ala yang telah melimpahkan rahmat, karunia, dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Perencanaan

Mikrohidro dengan Turbin Kaplan Sebagai Penggerak Mula dengan Debit (Q)

0,52 m3/s dan Ketinggian (H) 2,65 m2.

Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan dalam mendapatkan gelar kesarjanaan pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Penulis menyadari bahwa dalam proses penyusunan tugas akhir ini banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak baik yang bersifat lahir maupun bathin, untuk itu pada halaman ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. Tri Tjahjono, MT, selaku dosen Pembimbing I yang telah dengan

rela dan sabar memberikan bimbingan, arahan dan sarannya dari awal hingga terselesaikannya tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. H. Sarjito, MT, selaku Pembimbing II yang telah memberikan motivasi dan bimbingan hingga terselesaikannya tugas akhir ini.

3. Bapak Ir. Subroto, MT, selaku Dewan Penguji pada ujian pendadaran, terima kasih atas petunjuk, masukan serta kritik dan sarannya dalam penulisan dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Joko Sedyono, ST. MT, selaku Pembimbing Akademik yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama penulis duduk dibangku kuliah di Universitas Muhammadiyah Surakarta.

5. Bapak Ibu dosen Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta khususnya Jurusan Teknik Mesin, yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan kepada penulis.

6. Mama, Papa, Mas Sigit, Pak Dhe, Bu Dhe, Om, Bulek dan adik-adikku semua, terima kasih atas motivasinya dan pengorbanan yang telah kalian berikan selama Imam menempuh pendidikan di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

7. Bapak Ibu Suhardi, dek Endah, dek Susi, terima kasih atas kasih sayang, perhatian, motivasi semangat, dan atas kepercayaan yang kalian berikan dalam penantian panjang ini.

8. Anton Sujarwo, terima kasih untuk tetap menjadi partner selama kuliah hingga pengerjaan Tugas Akhir, semoga silaturahim kita tetap terjaga.

9. Ustadz Djaka Pramono, terima kasih atas do’a dan bantuannya.

10. Mas Agus Santoso (TU), Mas Dayat, Mas Ashar, Pak Sarno, Pak Yanto, all crew in Muhammadiyah University of Surakarta thank’s for all.

ABSTRAKSI

Turbin Kaplan adalah mesin konversi energi dengan air sebagai fluida kerjanya. Dalam merencanakan sebuah mikrohidro perlu diperhatikan besar kecilnya debit aliran serta ketinggian air jatuh. Dengan mengetahui debit aliran serta ketinggian air jatuh dapat ditentukan jenis turbin yang sesuai dengan sumber daya alam yang tersedia. Sering kali kita mengabaikan keberadaan sumber daya alam di sekitar kita, sehingga banyak aliran-aliran sungai yang belum dimanfaatkan sumber dayanya dan hanya terbuang sia-sia. Dengan debit aliran rendah kita dapat memanfaatkannya sebagai penggerak sebuah turbin yang kemudian energi mekanik yang dihasilkan turbin dapat berguna sebagai penggerak mesin-mesin seperti generator listrik, mesin penumbuk padi dan lain-lain. Dalam Tugas Akhir ini di bahas mengenai perencanaan mikrohidro dengan turbin Kaplan sebagai penggerak mulanya.

Perencanaan di mulai dengan melakukan survey lokasi guna mendapatkan data-data pada perencanaan turbin Kaplan. Pada perencanaan ini direncanakan turbin dengan posisi poros vertical. Dengan data-data yang diperooleh dapat dilakukan perhitungan dimensi turbin dan diperoleh spsifikasi turbin yang lain dengan menggunakan formula perhitungan yang tersedia pada beberapa referensi yang digunakan.

Dari hasil perhitungan, dapat disimpulkan bahwa diperoleh dimensi turbin DL 0,379 m dengan efisiensi 85% dapat menghasilkan daya turbin sebesar

P 15.086,226 kW.

Kata kunci : turbin kaplan, kecepatan spesifik, daya turbin

DAFTAR ISI

halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

HALAMAN SOAL ... iv

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... v

KATA PENGANTAR ... vi

ABSTRAKSI ... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR NOTASI ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. LATAR BELAKANG MASALAH ... 1

1.2. PERUMUSAN MASALAH ... 2

1.3. TUJUAN PENULISAN ... 3

1.4. METODE PERENCANAAN... 3

1.5. SISTEMATIKA PENULISAN ... 4

BAB II TEORI DASAR ... 6

2.1. TURBIN ... 6

2.1.2. Macam-macam Turbin Air ... 7

2.1.2.1. Turbin Pelton ... 7

2.1.2.2. Turbin Francis ... 8

2.1.2.3. Turbin Kaplan ... 8

2.2. GERAK MELINGKAR BERATURAN ... 9

2.3. ALIRAN FLUIDA ... 10 2.3.1. Bilangan Reynolds ... 10 2.3.2. Persamaan Kontinuitas ... 11 2.3.3. Persamaan Energi ... 12 2.3.4. Persamaan Momentum ... 13 2.4. ENERGI POTENSIAL ... 14 2.5. DAYA ... 15 2.6. TORSI ... 15

BAB III ANALISIS PERHITUNGAN ... 17

3.1. KECEPATAN PUTAR TURBIN (n) ... 17

3.2. KECEPATAN KELILING TURBIN (u) ... 18

3.2.1. Kecepatan Keliling Bagian Luar Sudu (uL) ... 18

3.2.2. Kecepatan Keliling Bagian Leher Poros Sudu (uN) 18 3.2.3. Kecepatan Keliling Bagian Tengah Sudu (uM) .... 19

3.3. DIAMETER TURBIN ... 19

3.3.1. Diameter Luar Sudu Turbin (DL) ... 19

3.3.2. Diameter Leher Porod Sudu Turbin (DN) ... 20

3.3.3. Diameter Tengah Sudu Turbin (DM) ... 20

3.4. SEGITIGA KECEPATAN ... 20

3.4.1. Kecepatan Keliling (u) ... 20

3.4.2. Kecepatan Aliran (Vair) ... 21

3.4.3. Kecepatan Mutlak (C) ... 21

3.4.4. Sudut Kecepatan Keluar (β2) ... 22

3.4.5. Sudut Kecepatan Masuk (β1) ... 23

3.4.6. Profil Sudu ... 24

3.5. DAYA TURBIN (PT) ... 29

3.6. GAYA AKSIAL (W) ... 30

3.7. EFISIENSI (ηT) ... 30

3.8. POROS ... 31

3.8.1. Daya yang direncanakan (Pd) ... 31

3.8.2. Momen Puntir Poros (T) ... 32

3.8.3. Tegangan Geser yang Diijinkan (τa) ... 32

3.8.4. Diameter Poros (ds) ... 32

3.8.5. Tegangan Geser Yang Terjadi (τ) ... 33

3.9. BANTALAN ... 33

3.9.1. Faktor Umur (fh) ... 34

3.9.2. Beban Ekivalen (Pr) ... 34

3.9.3. Tinggi Kerah (b) ... 35

3.9.4. Tebal dan Jarak Kerah (t & t1) ... 35

3.9.5. Diameter Luar Kerah (do) ... 35

3.10. DAYA LISTRIK GENERATOR ... 36 3.11. RUMAH TURBIN ... 37 BAB IV KESIMPULAN ... 38 BAB V PENUTUP ... 40 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii

DAFTAR NOTASI

Notasi Satuan Keterangan Notasi Satuan Keterangan

A mm; m Luas penampang Sf1 - Faktor keamanan poros

B mm; m Lebar tinggi sudu Sf2 - Faktor pengaruh pasak

C m/s Kecepatan mutlak t mm; m Pembagian sudu

cm* - Faktor kec. meridian u m/s Kecepatan keliling

co - Faktor pengkali kec. uL* - Faktor kec. keliling

D mm; m Diameter V m/s Kecepatan aliran

ds mm; m Diameter poros W N Gaya aksial

F N Gaya w m/s Kec. relatif keluar sudu

fc - Faktor koreksi Ymax mm; m Tebal profil sudu Ft N Gaya tangensial z - Jumlah sudu

g 9,81 m/s2 Percepatan gravitasi β1 o Sudut kecepatan masuk

H mm; m Tinggi jatuh β2 o Sudut kecepatan keluar

Mt Nm Momen putar δ o _{Sudut pemasangan} n rpm Kecepatan putar ζa - Tahanan profil

nq rpm Kecepatan spesifik ηT % Efisiensi turbin P kg/mm2 Tekakan rata bantalan ρair 1000 kg/m3Kerapatan air PG kW Daya generator σB kg/mm2 Kekuatan tarik

PT kW Daya turbin τ kg/mm2 Tegangan geser terjadi Q m3/s Debit aliran τa kg/mm2 Tegangan geser ijin

r mm; m Jari-jari ω rad/s Kecepatan sudut

DAFTAR GAMBAR

halaman

Gambar 2.1. Gambar Kontruksi Turbin Pelton ... 7

Gambar 2.2. Gambar Kontruksi Turbin Francis ... 8

Gambar 2.3. Gambar Kontruksi Turbin Kaplan ... 9

Gambar 2.4. Skema Gerak Melingkar ... 9

Gambar 2.5. Skema Benda Jatuh Bebas ... 14

Gambar 2.6. Skema Gaya ... 15

Gambar 3.1. Gambar Sket Baling-Baling ... 19

Gambar 3.2. Gambar Sket Profil Sudu ... 24

Gambar 3.3. Gambar Segitiga Kecepatan Bagian Luar ... 25

Gambar 3.4. Gambar Segitiga Kecepatan Bagian Tengah ... 26

Gambar 3.5. Gambar Segitiga Kecepatan Bagian Leher Poros ... 27

Gambar 3.6. Gambar Bantalan Aksial Kerah ... 33

Gambar 3.7. Gambar Turbin, Generator Dan Rumah Turbin ... 37

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. a. Gambar Air Terjun b. Gambar Aliran Sungai

Lampiran 2. Tabel 1. Baja Paduan Bahan Poros

Tabel 2. Bahan & tekanan diizinkan bantalan aksial Lampiran 3 Gambar 1. Grafik kecepatan spesifik dan faktor kecepatan

Gambar 2. Daerah pemilihan jenis turbin berdasar tinggi air jatuh Lampiran 4 Gambar 3. Grafik sudut pemasangan & tahanan profil

Kartu Konsultasi Tugas Akhir Kartu Revisi Pendadaran