PENGARUH VARIASI JUMLAH SUDU DAN DIAMETER NOZEL TERHADAP KINERJA PROTOTYPE TURBIN PELTON
SKRIPSI
OLEH
NANANG SETIAWAN NPM.15520061
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH METRO
2019
iii
PENGARUH VARIASI JUMLAH SUDU DAN DIAMETER NOZEL TERHADAP KINERJA PROTOTYPE TURBIN PELTON
SKRIPSI Diajukan
Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Dalam Menyelesaikan Program Sarjana S1
NANANG SETIAWAN NPM.15520061
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH METRO
2019
HALAMAN PERSETUJUAN
Judul Skripsi : Pengaruh Variasi Jumlah Sudu dan Diameter Nozel terhadap Kinerja Prototype Turbin Pelton
N ama Penulis : Nanang Setiawan
NPM. : 15520061
Program Studi : Teknik Mesin Fakultas : Teknik
MENYETUJUI
Dwi I awan S.T. M. T NIDN. 0231128602
Nurlaila Rajabiah, M.Sc NIDN.0204038902
Pembimbing II, Pembimbing I,
iv
HALAMANPENGESAHAN
Skripsi oleh Nanang Setiawan ini,
Telah di pertahankan di Depan Tim Penguji Pada Tanggal 30 Desember 2019 TimPenguji :
Ketua
· Irawan S.T. M.T.
NIDN. 0231128602 Sekertaris
� -
Nurlaila Rajabiah, M.Sc NIDN.0204038902 Penguji Utama
Kemas Ridhuan,S.T., M.Eng.
NIDN .0210096904
v
... __
� - . - -- -SURAT PERNY AT AAN ORISINALITAS
Yang bertanda tangan di bawah ini Nama
NPM Jumsan Fakultas
: Nanang Setiawan : 15520061
: Teknik Mesin : Teknik
Menyatakan bahwa skripsi denganjudul" Pengaruh Variasi Jumlah Sudu Dan Diameter Nozel Terhadap Kinerja Prototype Turbin Pelton " adalah karya saya dan bukan plagiat. �
Apabila di kemudian hari terdapat unsur plagiat dalam skripsi tersebut, maka saya bersedia menerima sanksi berupa pencabutan gelar akademik sarjana dan akan mempertanggungjawabkan secara hukum
Demikian surat pemyataan ini di buat dengan sesungguhnya.
Metro,31 Desember 2019 Yang membuat pemyataan,
�"'-:Nanang Setiawan NPM. 15520061
vi
:"'- - .,-.._ - - �
.... --.--,.
-�- - -SURAT KETERANGAN
UJI KESAMAAN (SIMILARITY CHECK)
Nomor: 814/11.3.AU/F/UPI-UK/2019
Unit Publikasi llmiah Universitos Muhommodiyah Metro dengan ini rnenerongkan bohwa:
Metro, 21 Oktober 2019 Kepoio Unit.
Demikian kami sampaikan untuk digunakan sebagaimano mestinya.
Judul:
PENGARUH VARIASI JUMLAH SUDU DAN DIAMETER NOZZLE TERHADAP KINERJA PROTOTYPE TURBIN PELTON
T elah dilakukon validasi berupa Uji Kesamaan {Similarity Check) dengan menggunakan aplikasi Tumitin. Dokumen yang telah diperiksa dinyatakan teloh memenuhi syarat bebas uji kesomaan {similarity check} dengan persentose kesamaan � 20%. Hasil pemeriksaan uji kesamaan teriampir.
Noma : NANANG SETIAWAN
NPM : 1552006 l
Jenls Karya llmiah: SKRIPSI
., -·- ., .,
.,
Eko Susanto,JiA.Pd.Kons.
NIDN 0213068302
vii ABSTRAK
Nanang Setiawan, 2019. Pengaruh Variasi Jumlah Sudu dan Diameter Nozel Terhadap Kinerja Prototype Turbin Pelton. Skripsi, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Metro. Pembimbing:
(1) Dwi Irawan, S.T.,M.T., Pembimbing (2) Nurlaila Rajabiah, M.Sc.
Penyediaan energi dimasa depan adalah permasalahan yang senantiasa jadi perhatian semua bangsa khususnya Negara Indonesia, suplai energi listrik di Indonesia masih sangat bergantung pada bahan bakar jenis yang kita ketahui semakin lama semakin berkurang. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) merupakan salah satu solusi untuk dapat mengatasi masalah tersebut.Turbin pelton merupakan salah satu jenis turbin yang umum di digunakan dalam ( PLTMH ) karena memiliki efisiensi yang tinggi. Turbin Pelton terdiri dari satu set roda pelton yang diputar oleh air yang di semprotkan melalui nozel, sehingga terjadilah konversi energi kinetik menjadi energi mekanik. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi jumlah sudu turbin dan diameter nozel terhadap kinerja prototype turbin pelton. Metode yang dilakukan yaitu experimental dengan melakukan perencanaan, pembuatan, dan pengujian dengan memvariasikan sudu turbin (19, 21, 23) dan diameter nozel ( 8mm 10 mm) dengan menggunakan diameter disk 15 cm dan panjang bucket 31,1 mm lebar 40,55 mm kedalaman 6,45 mm dan tebal 5 cm. Dari hasil penelitian diketahui bahwa jumlah sudu dan diameter nozel berpengaruh terhadap kinerja prototype turbin pelton, daya turbin maksimum pada nozel 8 mm yaitu sebesar 2,15 watt dengan efisiensi maksimum sebesar 40 % pada jumlah sudu 21 buah dan daya minimum sebesar 1,91 watt dengan efisiensi minimum sebesar 36 % pada jumlah sudu 19. Daya turbin maksimum pada nozel 10 mm yaitu sebesar 1,50 watt dengan efisiensi maksimum sebesar 68 % pada sudu 21 buah dan daya minimum di dapat 1,40 watt dan efisiensi minimum sebesar 64 % pada jumah sudu 19 buah. Maka sudu 21 buah dengan diameter nozel 10 mm lebih efisien di bandingkan dengan diameter nozel 8 mm.
Kata Kunci : Sudu, diameter nozel, kinerja prototype turbin pelton
viii ABSTRACT
Nanang Setiawan, 2019. Effect of Variation in Number of Blades and Nozzles Diameter on the Performance of Pelton Turbine Prototype.
Undergraduate Thesis, Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Muhammadiyah University of Metro. Supervisor: (1) Dwi Irawan, S.T., M.T., Supervisor (2) Nurlaila Rajabiah, M.Sc.
The supply of energy in the future is a problem that is always a concern of all nations, especially the State of Indonesia. The supply of electricity in Indonesia is still very dependent on the type of fuel that we know is getting less and less. Micro Hydro Power Plant (PLTMH) is one solution to be able to overcome this problem. Pelton turbine is one type of turbine that is commonly used is PLTMH because it has high efficiency. The Pelton turbine consists of a set of pelton wheels that are rotated by water sprayed through the nozzles, so there is a conversion of kinetic energy into mechanical energy. The purpose of this study was to determine the effect of variations in the number of turbine blades and nozzle diameters on the performance of the Pelton turbine prototype. The method used is experimental by planning, manufacturing, and testing by varying the turbine blade (19, 21, 23) and nozzle diameter (8mm, 10 mm) using a disk diameter of 15 cm and a bucket length of 31.1 mm width of 40.55 mm 6.45 mm deep and 5 cm thick. From the results of the study, it is noted that the number of blades and nozzle diameter affect the performance of the Pelton turbine prototype.
The maximum turbine power on the 8 mm nozzle is 2.15 watts with a maximum efficiency of 40% on the number of 21 blades and the minimum power is 1.91 watts. The minimum efficiency is of 36% on the number of blades 19. The maximum turbine power at the 10 mm nozzle is 1.50 watts with a maximum efficiency of 68% at 21 blades and the minimum power can be 1.40 watts and a minimum efficiency of 64% at the number of blade is 19 pieces. Then the 21 pieces of spoon with a nozzle diameter of 10 mm are more efficient than the nozzle diameter of 8 mm.
Keywords: Blades, nozzle diameter, performance of Pelton turbine prototype
ix MOTTO
“Allah tidak akan membebani seseorang melainkan sesuai dengan kadar kesanggupannya”.
( QS Al Baqqarah 286 )
“ Keberhasilan adalah 99 % Perbuatan dan 1 % Pemikiran ” ( Albert Enstein)
“ Sura Dira Jayadiningrat Lebur dening pangastuti”
Segala sifat keras hati, picik, angkara murka, hanya bisa di kalahkan dengan sikap bijak, lembut hati dan sabar
( Pitutur Jawa )
x
PERSEMBAHAN
Skripsi ini di buat sebagai tanda bukti penulis kepada
1. Untuk kedua Orang Tua yang selalu membimbing dan mendoakan dalam setiap sujudnya untuk keberhasilan studi anaknya
2. Kepada kakak- kakak ku terimakasih atas semangat dan motivasi yang di berikan kepadaku
3. Kepada Bpk dan Ibu Dosen Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Metro yang telah membantu demi terselesaikannya tugas ahir ini
4. Kepada Keluarga besar Mahasiswa Teknik Mesin yang saya cintai
5. Kepada rekan satu tim yang selalu membantu dan memberi motivasi untukku
6. Kepada kawan2 yang berada di Asrama siliwangi dan keraton yang telah memberi semangat dan support
7. Almamater Universitas Muhammadiyah Metro Tercinta
xi
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah swt yang telah memberikan kenikmatan Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Pengaruh Variasi Jumlah Sududan Diameter Nozel terhadap Kinerja Prototype Turbin Pelton. Adapun tujuan pembuatan skripsi ini adalah salah satu syarat akademik yang harus dijalani mahasiswa untuk menyelesaikan program sarjana di Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Metro.
Dengan terselesaikannya skripsi ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada:
1. Bapak Drs. H. Jazim Ahmad, M.Pd. Selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Metro
2. Bapak Kemas Ridhuan S.T., M.Eng. Selaku dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Metro.
3. Bapak Dwi Irawan, S.T., M.T selaku ketua jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammdayah Metro dan juga selaku pembimbing I.
4. Ibu Nurlaila Rajabiah, M.Sc selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan arahan dan bimbingan.
5. Bapak dan Ibu dosen serta Staff Tata Usaha Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Metro.
6. Kedua orang tua yang selalu memberikan doa dan semangat
7. Rekan–rekan angkatan 2015 yang telah banyak membantu demi selesainya skripsi ini.
xii
Penulis menyadari akan keterbatasan pengetahuan, keterampilan dan kekurangan-kekurangan dalam pembuatan skripsi ini. Untuk itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangatlah penulis harapkan, untuk menyempurnakan kekurangan- kekurangan skripsi ini.
Metro, 19 November 2019
Nanang Setiawan NPM : 15520061
xiii DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL ... i
LEMBAR LOGO... ii
HALAMAN JUDUL... iii
HALAMAN PERSETUJUAN... iv
HALAMAN PENGESAHAN... v
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS... vi
ABSTRAK ... vii
HALAMAN MOTO ... ix
HALAMAN PERSEMBAHAN ... x
KATA PENGANTAR ... xi
DAFTAR ISI... xiii
DAFTAR TABEL... xv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR LAMPIRAN... xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 5
1.3. Tujuan Penelitian ... 5
1.4. Batasan Masalah... 5
BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Penelitian Terdahulu ... 6
2.2. Energi ... 9
2.3. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)... 15
2.4. Turbin... 17
2.5. Turbin Air ... 17
2.5.1. Komponen Turbin Air... 17
xiv
2.5.2. Klasifikasi Turbin Air ... 18
2.5.3. Kriteria Pemilihan Jenis Turbin ... 24
2.5.4. Perbandingan Karakteristik Turbin ... 24
2.6. Turbin Pelton... 25
2.6.1. Prinsip Kerja Turbin Pelton ... 26
2.6.2.Teori Dasar Aliran (Hidrodinamik)...27
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Waktu Dan Tempat Penelitian ... 37
3.2. Metode Pengambilan Data ... 37
3.3. Bahan dan Alat Yang di Gunakan Dalam Penelitian... 38
3.4. Prosedur Pengujian ... 45
3.5. Spesifikasi alat penelitian... 45
3.6. Diagram Alir ... 46
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHSAN 4.1. Data Lapangan ... 47
4.2. Data yang di hasilkan turbin ... 47
4.3. Perhitungan ... 51
4.4. Pembahasan... 55
BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 61
5.2. Saran... 62
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xv
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
4.1. Data yang Dihasilkan Turbin ... 47 4.2. Hasil Perhitungan Kinerja Turbin dengan Dengan Regresi... 53
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
Gambar 2.1. Panas Bumi... 11
Gambar 2.2. Turbin Angin... 11
Gambar 2.3. Energi Air... 12
Gambar 2.4. Energi Matahari... 13
Gambar 2.5. Biomassa ... 14
Gambar 2.6. Energi Pasang Surut ... 14
Gambar 2.7. Turbin Francis ... 19
Gambar 2.8.Turbin Kaplan ... 20
Gambar 2.9. Turbin Pelton... 21
Gambar 2.10. Turbin Cross-Flow ... 22
Gambar 2.11. Turgo Turbine and Generator... 23
Gambar 2.12. Diagram Klasifikasi Turbin Air ... 23
Gambar 2.13. Grafik Perbandingan Karakteristik Turbin... 24
Gambar 2.14. Turbin Pelton... 26
Gambar 2.15. Pusat Tenaga Air TekananTinggi... 27
Gambar 2.16. RumahTurbin ... 31
Gambar 2.17. Runner ... 32
Gambar 2.18. Sudu (Bucket) ... 33
Gambar 2.19. Nozel ... 34
Gambar 2.20. Poros... 35
Gambar 2.21. Bearing ... 36
Gambar 3.1. Runner atau Disk ... 38
Gambar 3.2. Bucket Turbin Pelton ... 39
Gambar 3.3. Nozel ... 40
Gambar 3.4. Photo Sensor Interuptor... 41
Gambar 3.5. Mikro Kontrol Arduino ... 41
xvii
Gambar 3.6. Bread Bord ... 42
Gambar 3.7. Load Cell... 42
Gambar 3.8. Pompa... 43
Gambar 3.9. Flow Meter ... 43
Gambar 3.10. PLX-DAQ ... 44
Gambar 3.11. Laptop... 44
Gambar 3.12. Diagram Alir Pengujian ... ……... 46
Gambar 4.1. Hubungan Gaya Terhadap Putaran Pada Nozel 8 mm... 49
Gambar 4.2. Hubungan Gaya Terhadap Putaran Pada Nozel 10 mm... 50
Gambar 4.3. Grafik Perbandingan Putaran Terhadap Daya Turbin... 55
Gambar 4.4. Grafik Perbandingan Putaran Terhadap Efisiensi ... 56
Gambar 4.5. Grafik Perbandingan Putaran Terhadap Daya Turbin... 57
Gambar 4.6. Grafik Perbandingan Putaran Terhadap Efisiensi ... 58
Gambar 4.7. Diagram Perbandingan Hubungan Antara Jumlah Sudu Terhadap DayaTurbin ... 59
Gambar 4.8. Diagram Perbandingan Hubungan Antara Jumlah Sudu Terhadap Efisiensi ... 60
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Lembar pengajuan judul Lembar asistensi pembimbing 1 Lembar asistensi pembimbing 2 Lembar saran seminar proposal Lembar saran seminar hasil Lembar saran ujian komprehensif Lembar berita acara komprehensif
SK pengangkatan dosen pembimbing skripsi SK ujian komprehensif
Desain turbin pelton Foto pengujian Data hasil pengujian
Surat keterangan uji kesamaan
