TUGAS AKHIR Perancangan Dan Pengujian Turbin Kaplan Pada Ketinggian (H) 4 M Sudut Sudu Jalan 45º Dengan Variabel Perubahan Debit Dan Sudut Sudu Pengarah.

i

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN DAN PENGUJIAN TURBIN

KAPLAN PADA KETINGGIAN (H) 4 M SUDUT

SUDU JALAN 45º DENGAN VARIABEL

PERUBAHAN DEBIT DAN SUDUT

SUDU PENGARAH

Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh derajat Sarjana S1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

DWI WIDODO

NIM : D200 080 084

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

vi

DEDIKASI

Dengan penuh harap ridho Allah SWT teriring rasa syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang abadi, Aku dedikasi Tugas Akhir ini kepada :

 Allah SWT, puji syukur atas nikmat yang engkau berikan.

 Orang tuaku Bapak Kardi dan Ibu Miyem yang dengan segala kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya, senantiasa mendukung, membimbing dan mendo’akanku.

 Keluargaku semua yang telah membantu dan memberi semangat saya.

 Almamater ( Universitas Muhammadiyah Surakarta )

 Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang telah membimbing saya didalam perkuliahan.

 Bapak Dosen Pembimbing Akademik Muh. Alfatih Hendrawan, MT., Bapak Dosen Pembimbing Utama Tugas Akhir Ir. Sartono Putro, MT., dan Bapak Dosen Pembimbing Pendamping Nur Aklis, ST., Saya berterima kasih atas kesabaran bimbingannya di Universitas Muhammadiyah Surakarta.

 Sahabatku Andi Susanto, Nursalim yang menjadi teman seperjuangan Tugas Akhir.

vii

HALAMAN MOTTO

“Man Jadda Wa Jada” ( barang siapa yang bersungguh-sungguh, maka pasti akan berhasil ).

viii

PERANCANGAN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA

KETINGGIAN (H) 4 M SUDUT SUDU JALAN 45º DENGAN

VARIABEL PERUBAHAN DEBIT (Q) DAN SUDUT SUDU

PENGARAH

Dwi Widodo, Sartono Putro, Nur Aklis Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartosura Email : dwiwidodo89@gmail.com

ABSTRAKSI

Turbin Kaplan adalah jenis turbin air yang dapat beroperasi pada tinggi jatuh air (head) yang sangat rendah dengan kapasitas air yang tinggi maupun kapasitas air yang sangat rendah. Dalam Perancangan dan Pengujian Turbin Kaplan perlu diperhatikan ketinggian air jatuh (head) dan debit aliran air. Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah untuk mendapatkan rancangan turbin Kaplan pada ketinggian 4 m sudut sudu jalan 45º dengan variabel perubahan debit dan sudut sudu pengarah.

Pengujian turbin Kaplan mengacu pada data pengukuran yang diperoleh dari survey aliran air di waduk Lalung Kabupaten Karanganyar yaitu pada ketinggian (H) 4 m sudut sudu jalan 45º dengan variabel perubahan debit dan sudut sudu pengarah. Dari analisis diperoleh

diameter luar turbin (DL) = 300 mm, diameter leher turbin (DN) = 130 mm,

dan diameter tengah turbin (DM) = 215 mm.

Dari hasil pengujian turbin Kaplan pada ketinggian (H) 4 m dan sudut sudu jalan 45º diperoleh putaran tertinggi sebesar 493,6 rpm yaitu pada debit 132 dm3/s dan sudut sudu pengarah 45º sedangkan putaran terendah yang dihasilkan oleh turbin Kaplan ada pada putaran 285,4 rpm

yaitu pada debit 88 dm3/s dan sudut sudu pengarah 55º

ix

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum. Wr. Wb.

Syukur Alhamdulilah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan.

Tugas akhir berjudul “Perancangan Dan Pengujian Turbin Kaplan Pada Ketinggian (H) 4 m Sudut Sudu Jalan 45º Dengan Variabel Perubahan Debit Dan Sudut Sudu Pengarah”, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

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 Utama

yang telah membimbing dan mengarahkan dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Nur Aklis, ST., selaku Dosen Pembimbing Pendamping yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini.

5. Bapak, Muh. Alfatih Hendrawan, MT., selaku Pembimbing Akademik.

6. Dosen Jurusan Teknik Mesin beserta staf Tata Usaha Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

x

8. Teman seperjuangan Andi Susanto, Nursalim terima kasih atas kerjasama dan bantuannya.

9. Serta semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan laporan tugas akhir ini.

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati.

Wasalamu’alaikum. Wr. Wb.

xi

DAFTAR ISI

Hal

Halaman Judul i

Pernyataan Keaslian Skripsi ii

Halaman Persetujuan iii

Halaman Pengesahan iv

Halaman Soal v

Dedikasi vi

Lembar Motto vii

Abstrak viii

Kata Pengantar ix

Daftar Isi xi

Daftar Gambar xiv

Daftar Tabel xvi

1.6. Sistematika Penulisan 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

2.1. Kajian Pustaka 7

2.2. Landasan Teori 9

2.2.1. Energi Air 9

2.2.2. Klasifikasi Turbin Air 11

2.2.3. Turbin Kaplan 11

2.3. Pemilihan Jenis Turbin 13

2.3.1. Berdasarkan Tinggi Jatuh (H) dan Jumlah

Putaran Spesifik 14

2.3.2. Berdasarkan Kecepatan Spesifik 14 2.3.3. Berdasarkan Debit dan Head 16 2.3.4. Berdasarkan Efisiensi dan Daerah Kerja 18 2.4. Rumus Perhitungan Turbin Kaplan 19

2.4.1. Kecepatan Spesifik 19

2.4.2. Kecepatan Keliling Turbin 19 2.4.2.1. Bagian Luar Sudu 19

2.4.2.2. Bagian Leher Sudu 19

2.4.2.3. Bagian Tengah Sudu 19

2.4.3. Diameter Turbin 20

xii

2.4.4. Segitiga Kecepatan 21

2.4.5. Kecepatan Aliran 21

2.4.6. Profil Sudu Turbin 22

2.4.6.1. Sudu Bagian Luar 23

2.4.6.2. Sudu Bagian Tengah 26

2.4.6.3. Sudu Bagian Leher 27

2.4.7. Tinggi Sudu Pengarah 28

2.4.8. Daya Teoritis Turbin 29

2.4.9. Gaya Aksial 29

2.4.10 Efisiensi 30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 31

3.1. Diagram Alir Penelitian 31 3.6.2.1. Keliling Bagian Luar Sudu 37 3.6.2.2. Keliling Bagian Leher Sudu 37 3.6.2.3. Keliling Bagian Tengah Sudu 38

3.6.3. Diameter Turbin 38

3.6.3.1. Diameter Luar Sudu Turbin 38 3.6.3.2. Diameter Leher Sudu Turbin 49 3.6.3.3. Diameter Tengah Sudu Turbin 49

3.6.4. Segitiga Kecepatan 49

3.6.5. Kecepatan Aliran 49

3.6.6. Profil Sudu 41

3.6.6.1. Sudu Bagian Luar 41

3.6.6.2. Sudu Bagian Tengah 44

3.6.6.3. Sudu Bagian Leher 47

3.6.7. Tinggi Sudu pengarah 55

3.6.8. Daya Turbin 55

3.6.9. Gaya Aksial 57

3.6.10 Efisiensi 57

3.7. Gambar Rancangan Turbin Kaplan 58 3.8. Metode Pengujian Turbin Kaplan 69

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 62

4.1. Hasil Pengujian Turbin 62

xiii

4.2.5. Sudut Sudu Jalan 45° dan Debit 88, 102,

120, 132 dm3/s 69

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 71

5.1. Kesimpulan 71

5.2. Saran 71

xiv

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 2.1. Turbin Kaplan 12

Gambar 2.2. Turbin Kaplan Dengan Sudu Jalan Yang Dapat

Diatur 13

Gambar 2.3. Klasifikasi Turbin Air Menurut Daerah

Penggunaan dari beberapa Jenis Konstruksi

Turbin yang berbeda 14

Gambar 2.4. Tinggi Jatuh Air Aktual Untuk Turbin Tekanan

Sama 16

Gambar 2.5. Tinggi Jatuh Air Aktual untuk Turbin Tekanan

Lebih 16

Gambar 2.6. Grafik Pembebanan Turbin 18

Gambar 2.7. Sket Turbin Kaplan 18

Gambar 2.8. Sket Profil Sudu Turbin 20

Gambar 2.9. Segitiga Kecepatan Bagian Luar 23 Gambar 2.10. Koefisien Gaya Angkat Dari Tahanan 24

Gambar 2.11. Grafik Kecepatan Spesifik 25

Gambar 2.12. Segitiga Kecepatan Bagian Tengah 26 Gambar 2.13. Segitiga Kecepatan Bagian Leher 27

Gambar 3.1. Skema Diagram Alir 31

Gambar 3.2. Tachometer 32

Gambar 3.3. Stopwatch 32

Gambar 3.4. Meteran 33

Gambar 3.5. Instalasi Penelitian 34

Gambar 3.6. Sket Turbin 38

Gambar 3.7. Segitiga Kecepatan Diameter Luar 41 Gambar 3.8. Segitiga Kecepatan Diameter Tengah 44 Gambar 3.9. Segitiga Kecepatan Diameter Leher 48 Gambar 3.10. Profil Segitiga Kecepatan Diameter Luar 52 Gambar 3.11. Profil Segitiga Kecepatan Diameter Tengah 53 Gambar 3.12. Profil Segitiga Kecepatan Diameter Leher 54

Gambar 3.13. Profil Sudu Jalan 58

Gambar 3.14. Sudu Jalan Turbin Kaplan 58

Gambar 3.15. Sudu Pengarah Turbin Kaplan 58

Gambar 3.16. Turbin Kaplan 59

Gambar 3.17. Instalasi Turbin Kaplan 60

Gambar 4.1. Grafik hubungan putaran (rpm) dengan sudut Sudu Pengarah dan debit 88 dm3/s pada sudu

Jalan 45° 63

Gambar 4.2. Grafik hubungan putaran (rpm) dengan sudut Sudu Pengarah dan debit 102 dm3/s pada sudu

xv

Gambar 4.3. Grafik hubungan putaran (rpm) dengan sudut sudu Pengarah dan debit 120 dm3/s pada sudu

Jalan 45˚ 66

Gambar 4.4. Grafik hubungan putaran (rpm) dengan sudut sudu pengarah dan debit 132 dm3/s pada sudu

Jalan 45˚ 67

Gambar 4.5. Grafik hubungan putaran dengan sudut sudu Pengarah pada sudu jalan 45˚ dan debit (α1) 88, (α2) 102, (α3) 120, (α4) 132 dm3

xvi

DAFTAR TABEL

Hal Tabel 2.1. Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Kecepatan

Spesifik 15

Tabel 3.1. Hasil Perhitungan Segitiga Kecepatan 51 Tabel 3.2. Debit Terukur Dengan Menggunakan Variasi 61 Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Putaran Turbin Hasil

Pengujian Dari Variabel Perubahan Pada Debit