i

ANALISIS PERFOMANSI TURBIN FRANCIS KAPASITAS

DAYA 2,5 MW DI PLTA PARLILITAN

UNIT 2

LAPORAN TUGAS AKHIR

DiajukanuntukMemenuhiSebagian Persyaratan dalamMenyelesaikan

Program PendidikanDiploma III

PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI

Oleh:

JUNIANTO MUNTE

1405052031

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

MEDAN

2017

vi

INTI SARI

Turbin Francis adalah salah satu jenis turbin dari turbin air. Turbin air

merupakan salah satu mesin penggerak dimana fluida kerja adalah air. Energi

kinetik air diubah menjadi energi mekanik oleh sudu turbin, selanjutnya energi

mekanik tersebut diubah menjadi energi listrik oleh generator. Turbin Francis

merupakan salah satu jenis turbin air yang banyak digunakan untuk Pembangkit

Listrik Tenaga Air (PLTA). Turbin Francis adalah turbin yang digunakan di

PLTA Parlilitan PT Mega Power Mandiri dengan menghasilkan daya output rata-

rata setiap harinya 2,5 MW pada unit 2 dengan kapasitas aliran air 4 m3/s, putaran

750 RPM dan head 75 m. Efisiensi turbin yang diperoleh adalah 84,78% dan

kecepatan spesifik turbin diperoleh 58,85 RPM.

Kata kunci: Turbin Francis, turbin air, PLTA, efisiensi turbin

vii

ABSTRACT

The Francis turbine is one type of turbine from a water turbine. Water

turbine is one of the driving machine where the working fluid is water. The kinetic

energy of the water is converted into mechanical energy by the turbine blades,

then the mechanical energy is converted into electrical energy by the generator.

Francis turbine is one type of water turbine that is widely used for Hydro Power

Plant (Hydropower). The Francis turbine is a turbine used in the PT Mega Power

Mandiri Parlilitan hydropower plant, producing an average daily output power of

2.5 MW in unit 2 with a water flow capacity of 4 m3 / s, 750 RPM and 75 m head.

The efficiency of the turbine obtained is 84.78% and the turbine specific speed is

58.85 RPM.

Keywords: Francis turbine, water turbine, hydropower, turbine efficiency

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas

rahmat dan anugerah-Nya yang telah memberikan pengetahuan dan kesehatan

sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan

tepat pada waktunya.

Laporan Tugas Akhir ini berjudul “Analisis Perfomansi Turbin Francis

Kapasitas 2,5 MW, di PLTA Parlilitan unit 2 ”disusun untuk memenuhi sebagian

persyaratan dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Jurusan

Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi 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., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan;

2. Idham Kamil, S.T.,M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin;

3. Aulia Salman, S.T.,M.T, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin;

4. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi

Energi;

5. Ir. Rufinus Nainggolan, M.T., selaku Dosen Pembimbing dan Kepala

Laboratorium Teknik Konversi Energi;

6. Ir. Isman Harianda,M.T., selaku Wali Kelas EN-6C yang telah

memberikan motivasi dan nasihat kepada penulis;

7. Bapak dan Ibu staf pengajar di Program Studi Teknik Konversi Energi,

terima kasih atas semua bimbingan, nasihat serta didikan yang diberikan

kepada penulis selama dalam pengajaran;

8. Seluruh staf dan karyawan PT Mega Power Mandiri PLTA Parlilitan, atas

kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk melaksanakan survei dan

pengambilan data untuk keperluan riset Tugas Akhir penulis;

9. Ayah penulis Maruntung Munte dan Ibunda Tercinta Diana Situmorang,

yang telah memberikan semangat, motivasi, dukungan dan doa serta

ix

bantuan moril maupun materi kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas

Akhir;

10. Kakak penulis Hotnita Munte, abang penulis Eben Ezer Munte dan adik-

adik penulis Nimrot Munte, Enprison Munte, Dippun Munte, Rippun

Munte, yang selalu memberikan semangat kepada penulis dalam

menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini;

11. Semua rekan-rekan kelas EN-6C yang selalu mengingatkan dan memberi

semangat dalam penyelesaian laporan Tugas Akhir ini,terima kasih atas

kebersamaan selama ini;

12. Semua rekan-rekan satu tempat PKL di PT Mega Power Mandiri PLTA

Parlilitan ( Andreas, Joni, Sugianto, Dela, Monika, Nopa, Odi), saudara

dan masyarakat yang ada di sekitar PLTA Parlilitan yang selalu memberi

semangat di tempat PKL terima kasih atas kebersamaanya untuk itu

semua;

13. Semua rekan-rekan angkatan 2014 yang selalu mengingatkan dan memberi

dukungan semangat hingga Laporan Tugas Akhir ini terselesaikan, terima

kasih atas kebersamaannya selama 3 tahun;

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan 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, Juli 2017

Hormat Penulis,

Junianto Munte

NIM : 1405052031

x

DAFTAR ISI

Cover............................................................................................................. i

Spesifikasi Tugas Akhir............................................................................... ii

Lembar Persetujuan.................................................................................... iii

Lembar Pengesahan.................................................................................... iv

Lembar Keaslian.......................................................................................... v

Inti Sari......................................................................................................... vi

Abstract........................................................................................................ vii

Kata Pengantar............................................................................................ viii

Daftar Isi....................................................................................................... x

Daftar Gambar............................................................................................ xii

Daftar Tabel................................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN........................................................................... 1

A. Latar Belakang.................................................. ............................ 1

B. Permasalahan................................................................................ 2

C. Tujuan........................................................................................... 2

D. Manfaat........................................................................................ 3

E. Teknik Pengumpulan Data............................................................ 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA.............................................................. 4

A. Sejarah Turbin Francis................................................................ 4

B. Prinsip Kerja Turbin Francis....................................................... 6

C. Komponen dan Bagian Utama Turbin Francis........................... 7

xi

D. Konstruksi Turbin Francis.......................................................... 10

E. Perhitungan Turbin..................................................................... 11

BAB III SISTEM PEMBANGKITAN LISTRIK PLTA

PARLILITAN.......................................................................... 20

A. Pembangkitan Listrik Tenaga Air Parlilitan................................... 20

1. Bendungan......................................................................... 20

2. Kolam Penenang dan Sandtrap.......................................... 22

3. Water Way/Box Culvert...................................................... 23

4. Head Tank.......................................................................... 24

5. Penstock.............................................................................. 25

6. Turbin.................................................................................. 25

7. Generator............................................................................ 27

8. Governor............................................................................. 28

B. Gambar Aliran Proses Pembangkitan Listrik................................. 29

BAB IV ANALISA DATA...................................................................... 31

A. Perhitungan Turbin......................................................................... 31

1. Daya Hidrolis..................................................................... 31

2. Efisiensi Turbin Francis..................................................... 31

3. Kecepatan Spesifik Turbin................................................. 32

4. Efisiensi Hidrolis................................................................ 35

5. Efisiensi Turbin-Generator................................................ 35

6. Efisiensi Total.................................................................... 35

BAB V PENUTUP................................................................................ 36

A. Simpulan........................................................................................ 36

B. Saran.............................................................................................. 36

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Aliran Air Masuk Turbin Francis.................................................. 7

Gambar 2. Turbin Francis.............................................................................. 10

Gambar 3. Tabung Alir Fluida Bergerak........................................................ 15

Gambar 4. Aliran Fluida dalam tabung......................................................... 16

Gambar 5. Segitiga kecepatan........................................................................ 17

Gambar 6. Bendungan................................................................................... 21

Gambar 7. Pembilas...................................................................................... 22

Gambar 8. Pintu masuk air (Intake).............................................................. 22

Gambar 9. Kolam penenang ......................................................................... 22

Gambar 10. Water Way.................................................................................... 23

Gambar 11. Head Tank.................................................................................... 24

Gambar 12. Penstock........................................................................................ 25

Gambar 13. Turbin Francis............................................................................... 26

Gambar 14. Generator...................................................................................... 27

Gambar 15. Governor...................................................................................... 29

Gambar 16. Diagram Alir PLTA Parlilitan..................................................... 29

Gambar 17. Illustrasi PLTA Parlilitan............................................................. 30

Gambar 18. Harga berdasarkan pengalaman untuk penentuan pertama

Ukuran-ukuran pokok Turbin Francis...................................... 32

xiii

Gambar 19. Segitiga kecepatan pada turbin Francis

Di PLTA Parlilitan..................................................................... 34

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Operasi Turbin berdasarkan head................................................. 13

Tabel 2. Putaran nominal beberapa turbin.................................................. 13

Tabel 3. Effisiensi turbin............................................................................ 14

Tabel 4. Kecepatan spesifik turbin............................................................. 14

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Dalam kehidupan sekarang ini kebutuhan akan energi listrik baik di sektor

rumah tangga, gedung perkantoran maupun industri meningkat sangat tajam.

perkembangan dan kemajuan zaman di era teknologi yang meningkat yang

menciptakan berbagai jenis teknologi yang tak lain penggunaan tenaga listrik. Pada

zaman modern ini sudah banyak alat pendukung kehidupan manusia yang

membutuhkan energi listrik untuk mengoperasikannya seperti: lampu, mesin-mesin

listrik dan berbagai alat elektronika lainnya. Listrik menjadi salah satu kebutuhan

yang sangat penting di berbagai kegiatan manusia.

Akan tetapi kebutuhan listrik tersebut tidak dibarengi dengan berbagai sumber

energi listrik tersebut yaitu dengan pembangunan pembangkit-pembangkit listrik di

Indonesia. Akibat tidak adanya keseimbangan tersebut maka di negara ini sering

terjadi defisit listrik yang mengakibatkan seringnya di lakukan pemadaman bergilir

dimana masyarakat tidak dapat merasakan kehadiran listrik secara merata serta

sebagian kegiatan manusia tersebut jadi tergangu.

Di negara ini perusahaan yang menjadi perusahaan penyedia listrik untuk

masyarakat adalah PT PLN, dimana perusahaan milik negara ini telah banyak

berkontribusi dalam memasok kebutuhan listrik kepada masyarakat. PT PLN

bekerjasama dengan berbagai perusahaan swasta yang bergerak di bidang

pembangkitan listrik. Untuk memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut berbagai

perusahaan membangun pembangkit listrik bertenaga air. Pembangkit listrik tenaga

air merupakan pembangkit yang sangat cocok di negara Indonesia. Indonesia adalah

negara yang mempunyai air yang banyak untuk dimanfaatkan karena air salah satu

sumber energi yang murah serta ramah lingkungan dan Indonesia kaya akan sumber

daya air sehingga sangat berpotensi untuk memproduksi energi listrik dari tenaga air.

Membangun PLTA juga dapat memberikan keuntungan bagi masyarakat yang tinggal

disekitar tempat berdirinya PLTA serta dapat mengurangi angka pengangguran dan

meningkatkan kesejahteraan masyarakat setempat. Air merupakan suatu energi yang

2

relatif mudah di dapat. Pemanfaatan air ini di pembangkit adalah dari energi potensial

(air jatuh) dan energi kinetik (air mengalir).

Dengan latar belakang di atas, maka penulis mengambil laporan Tugas Akhir

berjudul “Analisa Performansi Turbin Francis Dengan Kapasitas Daya Keluaran

2,5 MW di PLTA Parlilitan unit 2”

B. Permasalahan

Berdasarkan latar belakang diatas, maka yang menjadi rumusan masalah

dalam laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana sejarah adanya turbin Francis

2. Bagaimana prinsip kerja dari turbin Francis

3. Komponen dan bagian utama turbin Francis

4. Analisa performansi daya keluaran dari turbin Francis

C. Tujuan

Tujuan penulisan laporan Tugas Akhir ini adalah:

1. Untuk mengetahui sejarah turbin Francis

2. Mengetahui prinsip kerja turbin Francis

3. Mengetahui komponen dan bagian utama turbin Francis

4. Mengetahui performansi turbin Francis

D. Manfaat

Adapun manfaat penulisan laporan Tugas Akhir ini adalah:

1. Menambah pengetahuan dan wawasan mengenai pembangkit listrik tenaga air

khususnya pembangkit yang menggunakan turbin Francis

2. Sebagai bahan masukan/referensi bagi setiap pembaca khususnya mahasiswa

teknik konversi energi

3. Menambah kepustakaan Politeknik Negeri Medan

3

E. Teknik Pengumpulan Data

Berbagai cara yang dilakukan penulis dalam pengumpulan data yaitu sebagai

berikut:

1. Studi literature yaitu dengan mencari buku-buku yang ada diperpustakaan

Politeknik Negeri Medan maupun sumber lain yang berkaitan dengan Tugas

Akhir ini

2. Survey lapangan yakni peninjauan langsung ke PLTA Parlilitan sekaligus

pengambilan data

3. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing serta pihak-pihak yang

dapat membantu penyelesaian laporan ini

4. Melakukan penjelajahan akses internet yang berhubungan dengan Tugas Akhir