ANALISIS PERFORMANSI TURBIN AIR UNIT 1 KAPASITAS

4,5 MW PLTM PARMONANGAN 2 X 4,5MW

PT SELUMA CLEAN ENERGY

LAPORAN TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan

Program Pendidikan Diploma III

Program Studi Teknik Konversi Energi

Oleh :

SUPARDIMAN SILABAN

NIM :1505051045

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

MEDAN

2018

vi

INTISARI

Pertumbuhan Pembangkit Listrik Tenaga Air baik skala besar maupun

skala kecil bertujuan untuk memenuhi kebutuhan akan energi listrik. Energi listrik

dipergunakan untuk berbagai penunjang aktivitas dimana energi yang dihasilkan

dapat mempermudah, mempercepat dan memberikan kenyamanan. Turbin air

merupakan mesin penggerak mula dalam suatu Pembangkit Listrik Tenaga Air.

PLTM Parmonangan unit 1 menggunakan turbin francis yang terpasang secara

horizontal. Turbin francis merupakan turbin reaksi yang dimana perubahan

energinya terjadi saat melewati sudu penyearah, arah aliran airnya radial ke aksial.

Turbin francis merupakan turbin yang bekerja paling baik untuk head yang sedang

ke tinggi. Kapasitas dari turbin air unit 1 yang terdapat di PLTM Parmonangan

ialah sebesar 4,5 MW. Dengan head 69 m, kapasitas aliran 7,7 m3/s, putaran 600

rpm,dan efisiensi turbin sebesar 93%.

Kata kunci: PLTM, Turbin Air, Turbin Francis, Efisiensi.

vii

ABSTARCT

The growth of large and small scale hydroelectric power plants aims to

meet the need for electricity. Electrical energy is used to support various activities

where the energy produced can facilitate, accelerate and provide comfort. Water

turbine is the starting machine in a hydroelectric power plant. PLTM

Parmonangan unit 1 uses a francis turbine that is installed horizontally. The

francis turbine is a reaction turbine in which the energy changes occur when

passing the rectifier blade, the direction of the water flow is radially axial. The

francis turbine is a turbine that works best for medium to high heads. The

capacity of the unit 1 water turbine in Parmonangan PLTM is 4.5 MW. With a

head of 69 m, a flow capacity of 7.7 m3 / s, a rotation of 600 rpm, and a turbine

efficiency of 93%.

Keywords: MHP, Water Turbine, Francis Turbine, Efficiency.

viii

KATA PENGANTAR

Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa

atas limpahan rahmat dan berkat-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 Performansi Turbin Air Unit 1

Kapasitas 4,5 MW PLTM Parmonangan 2x 4,5 MW,PT Seluma Clean Energy”.

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan untuk menyelesaikan

Program Diploma 3 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 berbagai 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. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin;

4. Aulia Salman, S.T., M.T.,selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi

Energi;

5. Ir. Burhanuddin Tarigan, M.T., selaku Wali Kelas EN-6B;

6. Ir. Husin Ibrahim, M.T., selaku Dosen pembimbing;

7. Seluruh staf pengajar dan staf administrasi di Program Studi Teknik

Konversi Energi;

8. PT Seluma Clean Energy,atas kesempatan yang diberikan kepada penulis

untuk melaksanakan riset dan pengambilan data untuk keperluan Laporan

Tugas Akhir ini;

ix

9. Orang Tua tercinta, P. Silaban dan R. Taraja, atas limpahan doa dan kasih

sayangnya serta segala bentuk dukungan materil yang diberikan kepada

penulis;

10. Sahabat terkasih penulis,Suryadi Sihotang,Togi Julianto sitorus, Hans Tri

siahaan, Armindo sitorus, C Manalu,Patur RR ,Gabriela ,lusy,bintang ,reka

atas dukungan yang diberikan kepada penulis ;

11. Rekan-rekan seperjuangan, pantas keras (EN-6B);

12. Seluruh pihak yang telah membantu penulis.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna

karena keterbatasan waktu, pengetahuan, dan tenaga. Untuk itu penulis

mengharapkan partisipasi dari semua pihak dalam menyumbangkan saran dan

kritik yang bersifat membangun kearah yang lebih sempurna.

Akhir kata, semoga laporan ini bermanfaat bagi siapa saja yang

membacanya.

x

DAFTAR ISI

SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ................................................................... ii

LEMBAR PERSETUJUAN .......................................................................... iii

LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR .......................................... v

INTISARI ....................................................................................................... vi

ABSTRACT .................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR .................................................................................... viii

DAFTAR ISI ................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xii

DAFTAR GRAFIK ........................................................................................ xiii

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xv

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

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

B. Perumusan Masalah ............................................................................ 2

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

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

E. Teknik Pengumpulan Data ................................................................. 4

BAB II LANDASAN TEORI .......................................................................... 5

A. Energi Air ........................................................................................... 5

B. Pembangkit Listrik Tenaga Air .......................................................... 6

C. Komponen PLTM Parmonangan 2 x 4,5 MW ................................... 8

D. Klasifikasi Turbin Air ........................................................................ 22

E. Dasar – Dasar Perhitungan ................................................................. 28

xi

BAB III SPESIFIKASI PLTM PARMONANGAN 2 x 4,5 MW ............. 34

A. Data Teknis PLTM Parmongan 2 x 4,5 MW ..................................... 34

B. Spesifikasi Stasiun Pembangkit PLTM 2 x 4,5 MW .......................... 37

C. Spesifikasi Turbin Air PLTM ............................................................. 38

D. Spesifikasi Generator PLTM .............................................................. 39

BAB IV ANALISA DATA ............................................................................. 40

A. Data Operasi PLTM Parmonangan ................................................... 40

B. Perhitungan Turbin Francis ............................................................... 41

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 51

A. Kesimpulan ....................................................................................... 51

B. Saran ................................................................................................. 51

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema PLTM ............................................................................................... 6

Gambar 2.2 Hydrolic power generation....................................................................... 7

Gambar 2.3 Bendungan PLTM ...................................................................................... 8

Gambar 2.4 Pipa pesat ...................................................................................................... 10

Gambar 2.5 Main Inlet Valve .......................................................................................... 11

Gambar 2.6 Power house ................................................................................................. 12

Gambar 2.6 Turbin Francis .............................................................................................. 13

Gambar 2.8 Runner dengan Poros Turbin ................................................................... 14

Gambar 2.9 Draf Tube ...................................................................................................... 15

Gambar 2.10 Servomotor ................................................................................................. 15

Gambar 2.11 Guidevane ................................................................................................... 16

Gambar 2.12 Radial bearing ........................................................................................... 17

Gambar 2.13Thrust bearing ............................................................................................ 17

Gambar 2.14 Generator .................................................................................................... 18

Gambar 2.15 Trafo Step Up ............................................................................................ 20

Gambar 2.16 Trafo Step down ....................................................................................... 20

Gambar 2.17 Runner Turbin Pelton .............................................................................. 23

Gambar 2.18 Runner Turbin Turgo .............................................................................. 24

Gambar 2.19 Runner Turbin Cross Flow .................................................................... 25

Gambar 2.20 Runner Turbin Francis ............................................................................ 26

Gambar 2.21 Runner Turbin Kaplan ............................................................................ 28

Gambar 2.22 Segitiga kecepatan ...................................................................... 33

Gambar 4.1 Skeatsa PLTM Parmonangan ................................................................. 40

Gambar 4. 2 Segitiga Kecepatan Masuk ...................................................................... 47

Gambar 4. 3 Segitiga Kecepatan Keluar ...................................................................... 48

xiii

DAFTAR GRAFIK

Grafik 2.1 kecepatan spesifik turbin francis .................................................... 31

Grafik 4.1 Penentuan kecepatan spesifik turbin francis ................................... 44

Grafik 4.2 hubungan daya turbin terhadap kapasitar air ................................. 50

Grafik 4.2 hubungan effisiensi turbin terhadap kapasitar air .......................... 50

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefisien Kekasaran Hazen William ............................................... 29

Tabel 3.1 Data turbin air PLTM Parmonangan 2 x 4,5 MW ........................... 38

Tabel 3.2 Data generator PLTM Parmonangan 2 x 4,5 MW ........................... 39

Tabel 4.1 Data hasil perhitungan ..................................................................... 49

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 : Spesifikasi Turbin francis PLTM Parmonangan 2 x 4,5 MW

Lampiran 2 : Spesifikasi Generator PLTM Parmonangan 2 x 4,5 MW

Lampiran 3 : Data /Log sheet PLTM Parmonangan 2 x 4,5 MW

Lampiran 4 : Randemen effisiensi turbin

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Letak geografis Negara Indonesia berada pada daerah tropis yang terdiri

dari kepulauan yang tersebar dan memiliki sumber daya alam yang sangat

menguntungkan, antara lain :

• Kondisi daerah yang beragam, terdiri dari pegunungan, perbukitan,

danau,dan sungai-sungai yang dapat mengalirkan air hampir sepanjang

tahun.

• Sungai-sungai di Indonesia merupakan potensi sumber daya air yang

belum semuanya termanfaatkan.

• Kondisi iklim terutama curah hujan merupakan faktor yang dapat

memberikan sumbangan yang sangat besar terhadap terjadinya aliran

pada sungai-sungai.

• Kondisi geologi yang sebagian besar terletak di daerah pegunungan

dan perbukitan pada umumnya ada dalam keadaan yang stabil.

Dengan kondisi alam tersebut banyak sekali tempat-tempat atau daerah-

daerah di Indonesia yang berpotensi dan dapat diandalkan untuk

pengembangan sumber daya air, khususnya dalam memanfaatkan sumber

tersebut untuk kepentingan pembangkit tenaga listrik, baik dalam skala besar

seperti Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dengan waduk dan bendungan

(dam) maupun dalam skala kecil seperti Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro

(PLTM) dengan Bendung (Weir) dan sarana penunjang lainnya. Pembangkit

tenaga listrik dengan tenaga air diklasifikasikan atas 3 golongan berdasarkan

kriteria besarnya kapasitas energi yang dapat dibangkitkan. Pembangkit listrik

tenaga air dengan kapasitas 10.000 kW perunit diklasifikasikan sebagai PLTA,

yang berkapasitas antara 200 - 10.000 kW perunit diklasifikasikan sebagai

PLTM, sedangkan yang berkapasitas di bawah 200 kW diklasifikasikan

sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH).

2

Skala pengembangan masing-masing jenis klasifikasi pembangkitan

energi tenaga air didasarkan kepada kepentingan kepentingan pengembangan

wilayah, strategi pembangunan, dan potensi tenaga air yang dimiliki.

PLTM mulai dikembangkan di Indonesia secara bertahap pada tahun

1900. Masa itu merupakan era dimana penggunaan bahan bakar minyak

merupakan sumber energy utama di dunia. Pengembangan PLTM tidak terlalu

diprioritaskan oleh karena itu progresnya berjalan lambat. Sedangkan

sekarang, pengembangan PLTM mulai di tinjau ulang karena penggunaan

bahan bakar minyak menghasilkan banyak polusi lingkungan dan persediaan

bahan bakar minyak mulai menipis. Beberapa alasan tambahan bahwa PLTM

lebih menguntungkan dibandingkan tipe pembangkit lainnya adalah :

• Persediaan air cenderung tidak habis dan dapat diperbaharui

• Ramah Lingkungan

• Tidak memerlukan bahan bakar

• Periode mulainya terjadi secara terus menerus

• Pengoperasiannya sederhana dan biaya perawatannya murah

• Hampir tidak ada resiko meledak

Seperti halnya yang dilakukan oleh PT Seluma Clean Energy,

Perusahaan ini merupakan perusahaan yang bergerak dalam bidang

pembangkit listrik. PT Seluma Clean Energy ingin membantu program

pemerintah khususnya PLN dalam penyediaan tenaga listrik di listrik daerah

Kabupaten Tapanuli Utara, Sumatera Utara dengan melakukan pembangunan

unit Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM).

Atas dasar inilah penulis tertarik memilih judul “Analisa Performansi

Turbin Air Unit 1 Kapasitas 4,5 MW PLTM Parmonangan 2 x 4, 5 MW,

PT Seluma Clean Energy”. Dalam tugas akhir ini akan dibahas mengenai

turbin francis yang terdapat di PLTM Parmonangan2 x 4,5 MW, PT Seluma

Clean Energy untuk mengetahui performansi yang mampu dicapai oleh turbin

air tersebut.

3

B. Perumusan Masalah

Untuk memperoleh hasil pembahasan yang optimal, maka penulis

membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah yang dibahas

pada Tugas Akhir ini adalah:

1. Apa saja komponen utama dan fungsi dari masing-masing

komponen utama tersebut pada PLTM?

2. Bagaimana prinsip kerja turbin air?

3. Bagaimana performansi turbin air unit 1 PLTM Parmonangan 2 x

4,5 MW?

C. Tujuan

Tujuan dari pembuatan Tugas Akhir ini adalah mampu menganalisis dan

menjelaskan unjuk kerja turbin air dengan baik, diantaranya meliputi: 1. Mengetahui dan memahami komponen utama pada PLTM beserta

fungsinya.

2. Memahami prinsip kerja turbin air.

3. Memahami dan mampu menganalisis performansi turbin air PLTM

Parmongan 2 x 4,5 MW.

D. Manfaat

Tugas Akhir ini diharapkan dapat bermanfaat bagi:

1. Penulis, untuk menambah ilmu pengetahuan dan wawasan tentang

Pembangkit Listrik Tenaga Air dan performansi turbin air di

pembangkit listrik tersebut.

2. Politeknik Negeri Medan, khususnya Jurusan Teknik Mesin sebagai

bahan kajian dalam pengajaran mata kuliah Mesin Fluida dengan

topik turbin air.

4

E. Teknik Pengumpulan Data

Adapun teknik pengumpulan data yang dilakukan oleh penulis untuk

mendapatkan informasi dan data yang dibutuhkan dalam penyusunan

Tugas akhir ini adalah:

1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan dan kajian dari

beberapa buku dan artikel terkait; 2. Survei lapangan dan pengambilan data turbin air di PLTM

Parmonangan 2 x 4,5 MW; 3. Diskusi, berupa konsultasi dan bimbingan dari dosen

pembimbing, staf engineering perusahaan, dan pihak-pihak

terkait.

5