jurusan teknik mesin fakultas teknik · pdf filetabel 2.1 tinggi jatuh air dan jenis turbin...

14
PERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HYDRO TUGAS AKHIR Diajukan Kepada : Universitas Muhammadiyah Malang Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh : OVAN DWI RIVANTO 09510101 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMDIYAH MALANG 2015

Upload: vanthu

Post on 22-Mar-2018

236 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

PERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKIT

LISTRIK TENAGA MIKRO HYDRO

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada :

Universitas Muhammadiyah Malang

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh :

OVAN DWI RIVANTO

09510101

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMDIYAH MALANG

2015

ii

iii

iv

v

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas

berkat, rahmat, taufik dan hidayah-Nya, penyusunan skripsi yang berjudul

“Perancangan Turbin Pelton Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro”

dapat diselesaikan dengan baik, meskipun terdapat halangan-halangan yang

menjadi pelambat pengerjaannya.

Penyusunan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan

gelar Sarjana Teknik jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang.

Penulis menyadari bahwa dalam proses penulisan skripsi ini banyak mengalami

kendala, namun berkat bantuan, bimbingan, kerjasama dari berbagai pihak dan

berkah dari Allah SWT sehingga kendala-kendala yang dihadapi tersebut dapat

diatasi. Untuk itu penulis menyampaikan ucapan banyak-banyak terima kasih dan

penghargaan kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penuyusunan skripsi

ini. Selain itu juga disampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Allah SWT yang telah memberi kesempatan, kesehatan, berkah, dan hidayah-

Nya.

2. Kedua Orang tua saya, Kakak saya dan Keluarga besar saya yang telah

banyak mendukung saya baik dalam hal do’a, moral, masukan, arahan,

motivasi, dan materi.

3. Bapak Ir.Herry Suprianto, MT, selaku pembimbing I yang telah dengan sabar,

tekun, tulus, ikhlas meluangkan waktu, tenaga dan pikiran memberikan

bimbingan, motivasi, arahan, dan saran-saran yang sangat berharga pada

penulis selama menyusun skripsi.

vii

4. Bapak Ir. Eko Hariyadi, MT, selaku pembimbing II saya, yang dengan penuh

kesabaran telah banyak meluangkan waktu beliau, dan banyak memberikan

petunjuk arahan serta bimbingan untuk mengerjakan skripsi ini.

5. Bapak Ir. Daryono, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammdiyah Malang.

6. Dosen wali saya bapak Ir. Ali Syaifullah, MT, yang telah banyak-banyak

memberi motivasi dan semangat kepada saya untuk lekas menyelesaikan

skripsi ini.

7. Terimakasih kepada Syamsul Arifin, Moh. Rifai Saputra yang telah

membantu melancarkan pengerjaan skripsi ini secara nonteknis.

8. Terimakasih yang terdalam juga kepada keluarga besar SIN-C 09 tanpa

pengecualian yang telah banyak-banyak memberi masukan, motivasi, bantuan

tenaga, moral maupun materi, dan do’anya sampai terselesaikannya skripsi

ini. “Tanpa Kalian Saya ZERO Kawan-kawan”.

9. Dosen-dosen dan staf kepengajaran dibangku perkuliahan yang telah banyak

memberikan saya ilmu, pengetahuan, dan wawasan kepada penulis.

10. Dosen penguji skripsi, yang telah banyak memberikan masukan, kritik, dan

sarannya tentang materi-materi yang penulis belum pahami sebelumnya.

11. Staf Tata Usaha (TU) jurusan Teknik Mesin, yang telah meluangkan

waktunya untuk saya mengurus keperluan administrasi.

12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebut satu persatu yang telah membantu

dalam pengerjaan skripsi ini.

viii

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i

POSTER ................................................................................................................ ii

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. iii

LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING I ........................................................... iv

LEMBAR ASISTENSI PEMBIMBING II ............................................................ v

LEMBAR SURAT PERNYATAAN .................................................................... vi

ABSTRAK INGGRIS .......................................................................................... vii

ABSTRAK INDONESIA .................................................................................... vii

KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix

DAFTAR ISI ........................................................................................................ xii

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

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xv

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

1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah ................................................................................... 2

1.3 Tujuan Perancangan .................................................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ......................................................................................... 3

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

2.1 Prinsip Pembangkit Tenaga Air .................................................................. 4

2.2 Debit Turbin ................................................................................................ 5

2.3 Penentuan Debit Air .................................................................................... 5

2.3.1 Debit Maksimum ............................................................................. 5

2.3.2 Jumlah Air Pasti .............................................................................. 6

2.4 Head Turbin Air .......................................................................................... 6

2.4.1 Gross Head ...................................................................................... 6

2.4.2 Net Head atau Effektif Head ........................................................... 7

2.5 Klasifikasi Turbin........................................................................................ 7

2.5.1 Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya ................. 7

2.5.1.1 Turbin Impuls ......................................................................... 7

2.5.1.2 Turbin Reaksi ......................................................................... 8

2.5.2 Berdasarkan Head dan kapasitas air .................................................... 8

x

2.5.3 Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) ................................................. 9

2.5.4 Berdasarkan Model Aliran Masuk Air Runner ................................ 10

2.6 Kontruksi Turbin Air................................................................................. 12

2.6.1 Konstruksi Turbin Pelton ................................................................. 12

2.6.2 Kontruksi Turbin Francis ................................................................. 20

2.6.3 Kontruksi Turbin Kaplan ................................................................. 21

2.7 Karakteristik Turbin .................................................................................. 23

2.8 Kecepatan Spesifik .................................................................................... 24

2.9 Efisiensi Turbin ......................................................................................... 24

2.10 Perubahan Debit dan Efisiensi dengan Perubahan Kecepatan ............... 26

2.11 Perubahan Debit, Efisiensidan Daya dengan Tinggi Jatuh ..................... 27

2.12 Kecepatan Lari ........................................................................................ 28

2.13 Kavitasi ................................................................................................... 29

BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ...................................................... 31

3.1 Prosedur Perancangan oleh Gerhard Pahl & Wolfgang Beitz’z .............. 31

3.2 Perencanaan & Penjelasan Tugas ............................................................. 32

3.3 Perancangan Konsep ................................................................................. 33

3.4 Perancangan Bentuk ................................................................................. 33

3.5 Perencanaan detail .................................................................................... 33

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................. 34

4.1 Data Perancangan ...................................................................................... 34

4.2 Perhitungan Daya Turbin ......................................................................... 34

4.3 Perancangan Pipa Saluran (Penstock) ....................................................... 35

4.4 Pemilihan Jenis turbin ............................................................................... 38

4.5 Perhitungan Nozzle Turbin ...................................................................... 41

4.6 Perhitungan Runner Turbin ....................................................................... 42

4.7 Perhitungan Jumlah Mangkok (Bucket) .......................................... 43

4.8 Perhitungan Dimensi Mangkok (Bucket).................................................. 43

4.9 Perhitungan Gaya Pancar Air Terhadap Mangkok ................................... 44

4.10 Perhitungan Poros ................................................................................... 45

4.11 Perancangan Bantalan ............................................................................. 46

4.12 Perancangan Pasak .................................................................................. 47

xi

4.13 Perancangan Baut .................................................................................... 49

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

5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 51

5.2 Saran ......................................................................................................... 52

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 53

LAMPIRAN – LAMPIRAN

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tinggi Jatuh Air dan Jenis Turbin Air ........................................................ 9

Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional................................................. 10

Tabel 2.3 Efisiensi Turbin Pelton ............................................................................ 25

Tabel 2.4 Efisiensi Turbin Francis dan Turbin Kaplan ............................................. 25

Tabel 4.1 Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Tinggi Jatuh Air .............................. 39

Tabel 4.2 Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Kecepatan Spesifik......................... 39

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Turbin Aliran Tangensial .................................................................... 10

Gambar 2.2 Model Turbin Aliran Aksial .................................................................. 11

Gambar 2.3 Model Turbin Aliran Aksial- Radial ...................................................... 11

Gambar 2.4 Perubahan Tekanan dan Tinggi jatuh Turbin Pelton ......................... 12

Gambar 2.5 Penampang Nozzle dan Pancaran Air ............................................... 13

Gambar 2.6 Konstruksi Turbin Pelton Tegak ....................................................... 14

Gambar 2.7 Turbin Pelton Nozzle Tunggal .......................................................... 14

Gambar 2.8 Turbin Pelton NozzleBanyak ............................................................ 15

Gambar 2.9 Penampang Nozzle .......................................................................... 16

Gambar 2.10 Runner dan Bucket .......................................................................... 18

Gambar 2.11 Konstruksi Turbin Francis ............................................................... 20

Gambar 2.12 Turbin Francis Poros Horizontal ..................................................... 20

Gambar 2.13 Turbin Francis Poros Vertical ......................................................... 21

Gambar 2.14 Kontruksi urbim Kaplan .................................................................. 22

Gambar 2.15 Efisiensi Turbin Menurut Jenis Turbin dan Daya Keluarnya ........ 25

Gambar 2.16 Efisiensi dan Debit Sebagai Fungsi Perubahan Kecepatan ............ 25

Gambar 2.17 Efisiensi, Debit dan Daya Keluar Sebagai Perubahan Kecepatan .. 28

Gambar 3.1 Diagram Alir Dari Perancangan Turbin Pelton ................................. 32

xiv

DAFTAR PUSTAKA

http://sanjose.quebarato.co.cr/

Bono, & Indarto. (2008). KARAKTERISASI DAYA TURBIN PELTON MIKRO

DENGAN VARIASI BENTUK SUDU. Seminar Nasional Aplikasi Sains dan

Teknologi .

DR.Jagdislal. (1956). HYDROULIC MACHINES. Delhi: Taj Offset Press.

Urdubazar.

Einsenring, M. (1991). Micro Pelton Tirbines. Swiss.

Ir.Astu Pudjanarsa, M., & Prof. Ir. Djati Nursuhud, M. (2008). Mesin Konversi

Energi. Jogyakarta: CV. Andi Offset.

IR.Sularso, M. (1978). DASAR PERENCANAAN DAN PEMILIHAN ELEMEN

MESIN. Jakarta: PT PRADNYA PARAMITA.

Layman's. (1998). On How To Develope a Small Hydro Site.

Sriyono, I. D. (1988). Turbin Kompresor Dan Kompresor. Jakarta: Erlangga.

Suprianto, H. (2010). Seri Mesin Konversi Energi. Malang.