PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
MIKRO HIDRO ( PLTMH ) KAPASITAS 70 kW
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK
Oleh
M Marah Husein FR Tanjung NIM: 1105051023
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI MEDAN
MEDAN
2014
v
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah segala puji dan syukur penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan anugerahNya telah memberikan pengetahuan dan kesehatan sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya.
Laporan Tugas Akhir ini berjudul “Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro ( PLTMH ) Kapasitas 70 kW” disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan.
Dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, penulis menemukan hambatan dan tantangan. Namun berkat bantuan dari semua pihak, penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. M. Syahruddin, S.T,. M.T.,Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil, S.T,. M.T.,Ketua Jurusan Teknik Mesin;
3. Ir. Abdul Razak, M.T.,Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik;
4. Ir. Rufinus Nainggolan,M.T., dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan, saran dan ide kepada penulis dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini;
5. Ir. Suprapto Widodo, M.T., Dosen Wali EN 6B;
6. Seluruhstafpengajar di JurusanTeknikMesin Program StudiTeknik KonversiEnergi Mekanik, penulis ucapkan terimakasih atas semua bimbingan, nasehat, sertadidikan yang diberikan kepada penulis selama tiga tahun mengenyam pendidikan di Politeknik Negeri Medan;
7. Kedua orang tua yang penulis sayangi dan cintai Ayahanda Isroi, S.T dan Ibunda Fausiah yang telah banyak member dukungan doa, nasehat, moril, dan materil yang tiada pernah surut sedikit pun kepada penulis serta kakak saya Chairunnisa Tanjung;
vi
8. Sahabat – sahabat penulis Sarwedi, Rezza, Stevani, Ruth Dina, Budi, Evi, Ari, Decky, Yunus dan Fahri terimakasih telah menjadi sahabat terbaik dalam hidup saya. ”Kawan, masih banyak mimpi-mimpi besar yang harus kitaraih, tetap semangat”;
9. Rekan-rekan Mahasiswa Teknik Konversi Energi Mekanik angkatan 2011 khususnya kelas EN-6B yang telah memberikan semangat dan motivasi kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan dari segi sistematika maupun referensi karena keterbatasan waktu, pengetahuan dan tenaga. Untuk itu diharapkan partisipasi semua pihak dalam menyumbangkan pikiran atau ide demi perbaikan kearah yang lebih sempurna. Semoga laporan ini bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya.
Medan, 25 Agustus 2014 HormatPenulis,
M Marah Husein FR Tjg 1105051023
vii
DAFTAR ISI
JUDUL ... i
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR TABEL ... x DAFTAR GAMBAR ... xi INTISARI ... xii ABSTRACT ... xiii BAB I PENDAHULUAN ... 1 A. LatarBelakang ... 1 B. Batasan Masalah ... 1 C. Tujuan ... 2 D. Manfaat ... 2
E. Metode Pengumpulan Data ... 2
F. Sistematika Penulis ... 3
BAB II DASAR TEORI ... 4
A. Umum ... 4
a. Sejarah Turbin Air ... 4
B. Pengertian Turbin Air ... 5
C. Tipe Turbin Air ... 5
a. Impuls Turbin ... 5
1. Turbin Pelton ... 6
2. Turbin Turgo ... 7
3. Turbin Cross Flow ... 8
viii
1. Turbin Francis ... 10
2. Turbin Kaplan ... 11
D. Dasar Pemilihan Turbin... 12
E. Pembuatan Turbin Cross Flow ... 13
F. Cara Mengoperasikan Turbin Cross Flow ... 15
a. Regulator ... 15
b. Governer... 16
G.EfesiensiTurbinCross Flow ... 17
H. Pembangkit Tenaga Dari Generator AC ... 19
a. Pengertian Generator ... 19
b. Komponen Pada Generator ... 19
c. Generator Penguat (eksitasi)... 20
d. Prinsip Kerja Generator ... 21
BAB III TURBIN CROSS FLOW A. Pemanfaatan Energi ... 22
B. Head Atau Tinggi Jatuh ... 24
C. Kapasitar Aliran Air Turbin ... 25
D.KeunggulanTurbinCross Flow ... 26
E. Perakitan Turbin Cross Flow ... 27
a. Runner ... 27
b. Katup ... 28
c. Regulator ... 29
d. Nozel ... 30
e. Tutup Turbin ... 31
F. Perawatan Turbin Cross Flow... 32
BAB IV ANALISA TURBIN CROSS FLOW ... 33
A. Perhitungan Pembuatan Turbin Cross Flow ... 33
B. Putaran Spesifik Turbin ... 37
C. Karakteristik Turbin Cross Flow ... 38
a. Unit Daya ( Pu ) ... 38
ix
c. Unit KapasitasAliranatau Unit Debit (Qu) ... 39
BAB V KESIMPULAN dan SARAN ... 40
A. Kesimpulan ... 40
B. Saran ... 41 DAFTAR PUSTAKA
x
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Tabel daerah operasi Turbin ... 13 Tabel 2. Data hubungan variasi jumlah sudu terhadap effesiensi ... 39
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Turbin Pelton ... 6
Gambar 2 Turbin Turgo ... 7
Gambar 3 Turbin Cross Flow ... 9
Gambar 4 Turbin Francis ... 10
Gambar 5 Turbin Francis ... 10
Gambar 6 Turbin Kaplan ... 11
Gambar 7 Dua Tipe Turbin Cross Flow ... 14
Gambar 8 Model Rakitan Turbin Cross Flow... 14
Gambar 9 Regulator dan Perlengkapannya... 15
Gambar 10 Governor dan Perlengkapannya ... 16
Gambar 11 Diagram Efesiensi Turbin Air ... 18
Gambar 12 Generator ... 19
Gambar 13 Skeme Sederhana Pemanfaatan Tenaga Air... 22
Gambar 14 Kemiringan Pipa Pesat dan Head ... 24
Gambar 15 Plat U Bendungan ( Wear) ... 26
Gambar 16 Runner ... 28
Gambar 17 Katup ... 29
Gambar 18 Regulator dan Perlengkapannya... 30
Gambar19 Nozel ... 30
Gambar 20 penampang samping Nozel ... 31
xii
INTISARI
Laporan tugas akhir dengan judul “ Perancangan Pembngkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Kapasitas 70 KW “ dibuat guna memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikna di program Studi Teknik Konversi Energi di Politeknik Negeri Medan. Turbin cross flow ini akan mengkonversikan energi hidrolis air menjadi energi mekanis pada putaran poros turbin. Daya mekanis poros turbin selanjutnya digunakan memutar generator yang menghasilkan daya listrik. Besarnya daya hidrolis turbin yang dihasilkan oleh hasil perancangan mempunyai kapasitas Q = 1,211 m³/detik, head = 14 m adalah 166,318 KW dengan daya keluaran listrik = 69,853 KW. Putaran spesifik turbin adalah = 68,42 rpm menurut kpordze & Wamic, 1993, maka jenis turbin yang digunakan dan memenuhi adalah turbin cross flow. Daerah putaran spesifik untuk turbin
cross flow adalah 40 ≤ ≤ 200.
xiii
ABSTRACT
Final report with the title "Design of Micro Hydro Power (MHP) 70KW capacity" was madein order tomeet the requirements of completing education in Energy Conversion Engineering Programat Polytechnic of Medan. Cross flow turbine will convert the hydraulic energy of water into mechanical energy in the turbine shaft rotation. Mechanical power is then used rotating shaft turbine generator that produces electricity. The amount of power generated by the turbine hydraulic design results have the capacity Q = 1,211 m³ / sec, head = 14mis166,318 kW electrical output power = 69,853 kW. Rotation specific turbine is ns = 68,42 rpm according Kpordze & Wamic, 1993, the turbine type is used and meet the cross flow turbine. Specific to the are around of cross flow is ns ≤ 40
≤ 200 (rpm).
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Peran energi dalam memenuhi kebutuhan manusia semakin meningkat seiring dengan berkembangnya zaman. Salah satu bentuk energi yang tidak dapat terlepas dari kehidupan manusia adalah energi listrik. Kebutuhan energi listrik meningkat seiring dengan ditemukannya teknologi energi listrik untuk memenuhi kebutuhan rumah tangga, industri dan transportasi.
Air merupakan sumber energi yang berpotensi besar sebagai pembangkit listrik. Pembangkit listrik tenaga air semakin strategis sebagai salah satu sumber daya energi terbarukan, mengingat potensi sumber daya energi dari fosil dan batubara akan semakin berkurang. Namun, kebutuhan listrik masyarakat dan penerangan jalan sangat dibatasi. Hal ini didasarkan pada ketersediaan potensi sumber daya air, kemampuaan memelihara dan membiayai penggunaan listrik serta besarnya biaya pembangunan. Kemampuan pemerintah yang terhalang oleh biaya yang tinggi dari perluasan jaringan listrik, sehingga mendorong saya untuk memanfaatkan debit air yang melimpah yang digunakan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro ( PLTMH ). Oleh karena itu, untuk penyelesaian Tugas Akhir saya memilih judul “ Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) dengan Kapasitas 70 KW “.
B. Batasan Masalah
Adapun batasan malasah dalam perancangan ini adalah : a. Daya yang akan dihasilkan air;
b. Pembuatan turbincross flow;
c. Efesiensi turbin cross flow;
2
C. Tujuan
Adapun yang menjadi tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah : a. Untuk mengetahui ap yang dimaksud dengan turbin air, penggolongannya,
serta jenis-jenis turbin air.
b. Untuk menerapkan pengetahuan teoritis tentang Pembangkit Listrik Tenaga air yang telah dipelajari di Politeknik Negeri Medan secara langsung yang dipraktikkan dengan pembuatan Mikro Hidro ini;
c. Untuk membantu masyarakat yang belum mendapat pasokan listik, namun mempunyai potensi alam, khususnya air;
d. Sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan program Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi di Politeknik Negeri Medan.
D. Manfaat
Adapun manfaat dari Tugas Akhir ini adalah :
a. Menambah pengetahuan dan wawasan tentang pembangkit listrik tenaga air;
b. Menambah ide-ide mahasiswa untuk mencoba membuat pembangkit listrik yang bermanfaat;
c. Agar mahasiswa bisa langsung mengaplikasikan jika saran dan prasaranan memadai;
d. Memahami lebih dalam tentang sistem pembangkit listrik tenaga air; e. Memperkenalkan sistem pembangkit listrik tenaga air kepada masyarakat
atau kepada yang membutuhkan. E. Metode Pengumpulan Data
Dalam Perancanagn Pembangkit Listrik Tenaga Air ini, pengambilan data dan informasi adalah melalui internet dan kepustakaan yaitu mengambil data dari buku-buku referensi yang berhubungan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro
3
Hidro, berdasarkan teori yang diterapkan selama perkuliahan dan bimbingan dari dosen pembimbing.
F. Sistematika Penulisan
Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis membaginya dalam beberapa sub bab. Secara garis besar gambaran dari laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I. PENDAHULUAN
Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, batasan masalah, tujuan, manfaat, metode pengumpulan data dan
sistematika penulisan.
BAB II. DASAR TEORI
Dalam bab ini akan di jelaskan teori-teori dasar yang
menduku Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro.
BAB III. POTENSI ENERGI
Pada bab ini membahas konstruksi Pembangkit Listrik
Tenaga Mikro Hidro, bagian-bagian komponennya, perhitungan dan pengambilan tenaga dari generator.
BAB IV. ANALISA TURBIN CROSS FLOW
Bab ini membahas tentang analisa pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro.
BAB V. PENUTUP
Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dan saran-saran dari pembahasan yang dilakukan dari Tugas Akhir ini.
