PERANCANGAN TURBIN AIR PROPELLER SUMBU HORIZONTAL

KAPASITAS ( Q ) 0,7 m3/s ( H ) 5,50 m

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada:

Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan

Program Sarjana Teknik (S1)

Oleh :

ACHMAD FATDKUR ROZI

09510129

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2015

ii

POSTER

iii

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Satu Syarat Memperoleh

Gelar Sarjana Teknik Mesin

Disusun oleh :

Achmad Fatdkur Rozi

09510129

Yang telah disahkan oleh :

Dosen pembimbing I

(Ir. Sudarman, MT)

NIP. 1088909132

Dosen pembimbing II

(Ir. Herry Supriyanto, MT)

NIP. 10887090049

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin

(Ir. Daryono, MT)

NIP. 108.8909.0124

iv

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-21 Psw. 127

Fax. (0341) 460782 Malang 65144

LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR

Nama : Achmad Fatdkur Rozi

Nim : 09510129

Jurusan : TeknikMesin Strata Satu (S-1)

No. ST. Pem. TA : E.2/147/FT/UMM/XII/2014

Judul : Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal

Kapasitas ( Q ) 0,7 𝑚3/𝑠 ( H ) 5,50 m

Pembimbing I : Ir. Sudarman, MT

No. CatatanAsistensi Paraf

Dosen pembimbing I

1 Konsultasi Bab I

2 Konsultasi Bab II dan ACC Bab II

3 Konsultasi Bab III lanjut pembahasan

4 Konsultasi Bab IV

5 Pembahasan ditambah

6 Desain gambar

7 Dapat dilanjutkan Seminar Hasil dan ujian

Malang, 25 November 2015

Dosen pembimbing I

Ir. Sudarman, MT

v

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-21 Psw. 127

Fax. (0341) 460782 Malang 65144

Nama : Achmad Fatdkur Rozi

Nim : 09510129

Jurusan : Teknik Mesin Strata Satu (S-1)

No. ST. Pem. TA : E.2/147/FT/UMM/XII/2014

Judul : Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal

Kapasitas ( Q ) 0,7 𝑚3/𝑠 ( H ) 5,50 m

PembimbingII : Ir.Herry Supriyanto, MT

No. Catatan Asistensi Paraf

Dosen pembimbing II

1 Konsultasi Bab I

2 Konsultasi Bab II lanjut

3 ACC Bab II

4 Konsultasi Bab III lanjut ( di bab IV bedakan

perhitungan

5 Konsultasi Bab IV dan gambar desain

6 Acc Laporan dan seminar hasil

Malang, 25 November 2015

Dosen pembimbing II

Ir. Herry Supriyanto, MT

vi

LEMBAR PERNYATAAN

Yang bertandatangan di bawah ini :

Nama : Achmad Fatdkur Rozi

NIM : 09510129

Tempat, tanggal lahir : Bengalon, 28 Maret 1991

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang

Dengan ini menyatakan sebenar-benarnya bahwa :

Tugas akhir yang berjudul “Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu

Horizontal Kapasitas ( Q ) 0,7 𝑚3/𝑠 ( H ) 5,50 m” adalah bukan karya dari orang

lain meskipun sebagian ataupun keseluruhan kecuali yang tertulis dan dikutip

dalam naskah serta disebutkan dalam daftar pustaka.

Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya dan apabila

pernyataan yang tersebut di atas tidak benar, maka saya bersedia menerima sanksi

akademik.

Malang, 25 November 2015

Hormat saya,

Achmad Fatdkur Rozi

vii

ABSTRAK

Energi listrik sangat berperan penting dalam berbagai sektor bidang

kehidupan. Namun sayangnya tidak semua daerah dapat terjangkau dari suplai

energi listrik terutama sekali pada wilayah-wilayah terpencil yang sulit di jangkau

dengan alat transportasi. Upaya yang dapat dilakukan dalam memperoleh energi

listrik salah satunya adalah dengan memanfaatkan potensi sumber daya alam

berupa aliran sungai dan dengan ketinggian tertentu (head) kemudian dikonversi

menjadi energi listrik melalui teknologi dari berbagai jenis turbin berdasarkan

sumber air yang tersedia.

Berdasarkan nilai kelayakkan potensi untuk dikembangkan dan diterapkan

PLTMH, dengan data: Kapasitas aliran (Q) = 0,7 m3/s, Head kotor (H) = 5,50 m.

Potensi ini tergolong dalam PLTMH head rendah.

Pada penelitian ini telah direncanakan, dirancang dan dibuat satu unit

turbin propeller untuk PLTMH head rendah. Hasil penentuan parameter-parameter

dimensi utama turbin diperoleh diameter runner sebesar 0,488 m, diameter hub

0,19 m dengan jumlah sudu 5 buah. Dari hasil pengujian diperoleh daya

maksimum keluaran turbin mencapai 30,76 KW pada putaran turbin 4082 rpm

dengan voltase 220-240 volt. Turbin hasil pengembangan kini dapat digunakan

sebagai dukungan dalam penyediaan energi listrik alternatif bagi masyarakat

khususnya yang berada disekitar lokasi. Turbin hasil pengembangan kini dapat

digunakan sebagai dukungan dalam penyediaan energi listrik alternatif bagi

masyarakat khususnya yang berada disekitar lokasi.

Kata kunci: Pengembangan, penerapan, Turbin Propeller, Head rendah, Energi

listrik alternative

viii

ABSTRACT

Electric energy plays an important role in various sectors of life. But

unfortunately not all areas accessible from the electrical energy supply

particularly in remote areas are difficult to reach with means of transportation.

Efforts to do in obtaining electrical energy one is to harness the potential of

natural resources in the form of a stream and with a certain height (head) is then

converted into electrical energy through the technology of the various types of

turbines based on available water resources.

Based on the value of the potential to be developed and implemented

MHP, with the data : Capacity flow (Q) = 0.7 m3 / s, gross head (H) = 5.50 m.

This potential is relatively low in the MHP head.

This study has been planned, designed and created a propeller turbine units

for low head MHP. Results of the determination of the parameters of the main

dimensions obtained turbine runner diameter of 0.488 m, 0.19 m diameter hub

with a number of blades 5 pieces. From the test results obtained maximum power

output of the turbine reached 30.76 KW at 4082 rpm with a turbine wheel voltage

of 220-240 volts. Turbine development results can now be used as a support in the

provision of electrical energy alternative for people especially those residing

around the site. Turbine development results can now be used as a support in the

provision of electrical energy alternative for people especially those residing

around the site.

Keywords: Development, implementation, Turbine Propeller, Head low,

alternative electric energy

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas

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

“Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal Kapasitas ( Q ) 0,7 𝑚3/𝑠

( H ) 5.50 m” 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 penuyusnan 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, serta Keluarga besar saya yang telah banyak mendukung

saya baik dalam hal do’a, moral, masukan, arahan, motivasi, dan materi.

3. Bapak Ir. Sudarman, 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.

x

4. Bapak Ir. Herry Suprianto, MT selaku pembimbing II yang dengan penuh

ketegasan, kesabaran, dan telah membangun mental saya menjadi lebih

besar. Dan telah banyak meluangkan waktu beliau, dan banyak memberikan

petunjuk arahan serta bimbingan untuk mengerjakan skripsi ini.

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

memberi motivasi dan semangat kepada saya untuk lekas menyelesaikan

skripsi ini.

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

Universitas Muhammdiyah Malang yang telah banyak-banyak memberikan

solusi selama mengerjakan skrispsi ini.

7. 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. “BEST FRIEND FOREVER”.

8. Terimakasih kepada saudara rifai, dino, aryo dan indra yang sudah memberi

arahan dan selalu mengingatkan saya agar menyelesaikan skripsi ini.

Terimakasih juga kepada teman saya yang ada di tumpang handoyo, bang

jack, bang ucup, dan cak ikin

9. Terimakasih juga kepada denta ( mbot ), pak de yang2, mas apri dan mas

catur yang membantu untuk menyelesaikan tugas skripsi ini

10. Extiyar Dewi Anggraini selaku kakak yang selalu memarahin saya memberi

motivasi kepada saya agar cepat menyelesaikan skripsi ini, terima kasih

kakakku tercinta.

xi

11. Terimakasih buat anak kost gang 10 no 16 b yang selalu menggaggu saya,

memberikan masukan, yang membuat saya semangat untuk menyelesaikan

skripsi ini.

12. Lailana Nurduha selaku penyemangat dalam hidupku yang tidak pernah

bosan untuk mengingatkan saya dalam mengerjakan skripsi ini hingga

selesai.

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

memberikan saya ilmu, pengetahuan, dan wawasan kepada penulis.

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

sarannya tentang materi-materi yang penulis belum pahami sebelumnya.

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

waktunya untuk saya mengurus keperluan administrasi.

16. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebut satu persatu yang telah

membantu dalam pengerjaan skripsi ini.

Akhirnya, dengan segala kerendahan hati penulis menyadari masih banyak

kekurangan-kekurangan disana-sini, sehingga penulias mengharapkan adanya

saran dan ktiriknya yang bersifat membangun demi kesempurnaan skripsi ini.

Malang, 25 November 2015

Penulis,

Achmad Fatdkur Rozi

xii

DAFTAR ISI

JUDUL ................................................................................................................... i

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

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

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

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

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

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

ABSTRAK INGGRIS ......................................................................................... viii

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

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

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

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiv

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

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

1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................... 3

1.3 Tujuan Perancangan .................................................................................... 4

1.4 Batasan Masalah.......................................................................................... 4

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

2.1 Prinsip Pembangkit Tenaga Air .................................................................. 5

2.2 Klasifikasi Turbin........................................................................................ 6

2.2.1 Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya .............. 6

2.2.1.1 Turbin Impuls ............................................................................ 6

2.2.1.2 Turbin Reaksi ............................................................................ 6

2.2.2 Berdasarkan Head dan kapasitas air ................................................ 7

2.2.3 Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) .............................................. 8

2.2.4 Berdasarkan Model Aliran Masuk Air Runner ............................... 9

2.3 Kontruksi Turbin Francis .......................................................................... 12

2.4 Konstruksi Turbin Pelton .......................................................................... 14

2.5 Kontruksi Turbin Kaplan .......................................................................... 16

2.5.1 Perancangan dimensi sudu ( propeller ) dan Rumah sudu ............ 16

2.5.1.1 Perhitungan Diameter Runner ................................................. 17

xiii

2.5.1.2 Kecepatan pada sudu turbin ................................................... 18

2.6 Desain Pasak ............................................................................................. 22

2.7 Bantalan..................................................................................................... 23

2.7.1 Klasifikasi Bantalan ......................................................................... 23

BAB III METODOLOGI ...................................................................................... 25

3.1 Prosedur Perancangan .............................................................................. 25

3.2 Perencanaan dan penjelasan tugas ............................................................ 27

3.3 Perancangan konsep produk ...................................................................... 27

3.4 Perancangan bentuk (embodiment design) ............................................... 27

3.5 Perencanaan detail ..................................................................................... 27

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................. 28

4.1 Data Perancangan ...................................................................................... 28

4.2 Analisa Grafis Penentuan Tipe Turbin ...................................................... 28

4.3 Kecepatan Spesifikasi .............................................................................. 30

4.3.1 Perhitungan daya turbin...... .......................................................... 30

4.3.2 Kecepatan Putaran Turbin ( n𝑠) ................................................... 31

4.4 Desain Sudu Turbin ( Runner atau propeller) ........................................... 31

4.5 Perancangan Poros .................................................................................... 39

4.6 Bantalan..................................................................................................... 42

4.7 Rumah sudu ( Casing ) .............................................................................. 43

4.8 Pipa Hisap ( Draft Tube ) .......................................................................... 44

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 46

5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 46

5.2 Saran ......................................................................................................... 46

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 48

LAMPIRAN-LAMPIRAN

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tinggi jatuh air dan jenis turbin air .............................................................. 7

Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional................................................... 8

Tabel 4.1 Dimensi Sudu ............................................................................................. 37

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik pemakain komposisi energi di Indonesia ....................................... 1

Gambar 1.2 Grafik solusi optimasi energi di Indonesia ..................................................... 2

Gambar 2.1 Bagan turbin air aliran tangensial................................................................... 9

Gambar 2.2 Bagan turbin ...................................................................................... 10

Gambar 2.3 Turbin air jenis spiral casing ............................................................. 11

Gambar 2.4 Turbin air jenis Open Flume (saluran terbuka) ................................. 11

Gambar 2.5 Turbin air jenis Tubular..................................................................... 12

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

Gambar 2.7 Turbin Francis Poros Horizontal ....................................................... 13

Gambar 2.8 Turbin Francis Poros Vertical ........................................................... 14

Gambar 2.9 Penampang nozzle dan pancaran air ................................................. 15

Gambar 2.10 Konstruksi Turbin Kaplan dan propeller ......................................... 16

Gambar 2.11 Runner Kaplan atau Propeller ......................................................... 17

Gambar 2.12 Grafik menentukan 𝑈1∗ , 𝑈𝑁

∗ 𝑑𝑎𝑛 𝐶𝑚∗ pengarah .................................. 21

Gambar 3.1 Diagram Alir Dari Perancangan Turbin Propeller ............................ 26

Gambar 4.1 Pemilihan Tipe Turbin ...................................................................... 29

Gambar 4.2 segitiga kecepatan bagian tengah ...................................................... 33

Gambar 4.3 segitiga kecepatan leher poros........................................................... 38

Gambar 4.4 segitiga kecepatan tengah sebelah luar.............................................. 38

Gambar 4.5 Dimensi Poros ................................................................................... 39

48

DAFTAR PUSTAKA

Dietzel, P. D. (1980). Turbin, Pompa dan Kompresor. Wurzbrug : Erlangga

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

Urdubazar.

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. .

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