perancangan turbin propeller poros horizontal … · perancangan turbin propeller poros horizontal...

14
PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW BENDUNGAN BENING SARADAN MADIUN TUGAS AKHIR BIDANG KONVERSI ENERGI Diajukan kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan Program Sarjana Teknik (S1) Oleh : M. SYAFRIAL HIDAYAT 09510003 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2014

Upload: phamkhuong

Post on 27-Jul-2018

265 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

Page 1: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS

HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW

BENDUNGAN BENING SARADAN MADIUN

TUGAS AKHIR

BIDANG KONVERSI ENERGI

Diajukan kepada

Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan

Program Sarjana Teknik (S1)

Oleh :

M. SYAFRIAL HIDAYAT

09510003

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2014

Page 2: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

ii

Poster

Page 3: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

iii

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Satu Syarat Memperoleh

Gelar Sarjana Teknik Mesin

Disusun Oleh :

M. Syafrial Hidayat

NIM : 09510003

Yang telah disahkan oleh :

Dosen Pembimbing I Pembimbing II

(Ir. Sudarman, MT) (Ir. Ali Mokhtar, MT)

NIP : 108.8909.132 NIP : 108.9109.0234

Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin

(Ir. Daryono, MT)

NIP : 108.8909.0124

Page 4: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

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 : M. Syafrial Hidayat

Nim : 09510003

Bidang Keahlian : Bidang Konversi Energi

No. ST. Pemb. TA : E.2/ 188/ FT/ UMM/ V/ 2014

Judul : Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal

Pembimbing I : Ir. Sudarman, MT

No. Catatan Asistensi Paraf

Dosen Pembimbing I

1 Persetujuan Judul dan Konsultasi Bab I

2 ACC Bab I

3 Konsultasi Bab II

4 ACC Bab II

5 Konsultasi Bab III

6 ACC Bab III

7 Konsultasi Bab IV dan Seminar Hasil

8 ACC Bab IV dan Seminar Hasil

Malang, 28 Oktober 2014

Dosen Pembimbing I

Ir. Sudarman, MT

NIP: 108.8909.132

Page 5: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

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

LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR

Nama : M. Syafrial Hidayat

Nim : 09510003

Bidang Keahlian : Bidang Konversi Energi

No. ST. Pemb. TA : E.2/ 188/ FT/ UMM/ V/ 2014

Judul : Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal

Pembimbing II : Ir. Ali Mokhtar, MT

No. Catatan Asistensi Paraf

Dosen Pembimbing II

1 Persetujuan Judul dan Konsultasi Bab I

2 ACC Bab I

3 Konsultasi Bab II

4 ACC Bab II

5 Konsultasi Bab III

6 ACC Bab III

7 Konsultasi Bab IV dan Seminar Hasil

8 ACC Bab IV dan Seminar Hasil

Malang, 28 Oktober 2014

Dosen Pembimbing II

Ir. Ali Mokhtar, MT

NIP : 108.9109.0234

Page 6: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

vi

LEMBAR SURAT PERNYATAAN

Yang bertanda tangan di bawah :

Nama : M. Syafrial Hidayat

Nim : 09510003

Tempat/Tanggal Lahir : Rantau, 30 September 1989

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang

Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :

Sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “Perancangan Turbin Air Propeller

Sumbu Horizontal” Yang diajukan untuk memperoleh gelar sarjana S1 pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang,

sejauh yang saya ketahui bukan merupakan duplikasi (“PLAGIASI”) dari skripsi

yang sudah dipublikasikan dan / atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar

kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Malang atau instansi

manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya kutipan dan daftar

pustaka sebagaimana mestinya.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk

digunakan sebagaimana mestinya.

Malang, 28 Oktober 2014

Yang menyatakan,

M. Syafrial Hidayat

Page 7: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

vii

ABSTRAK

Mengingat kebutuhan tenaga listrik merupakan bagian mendasar di bumi

dan salah satu bentuk energi yang paling banyak digunakan. Listrik sendiri salah

satu roda perputaran perekonomian yang sedang tumbuh, meningkatkan pasokan

kebutuhan pasokan energi listrik bagi masyarakat akan terus diupayakan

pemerintah khususnya untuk wilayah kabupaten. Potensi sumber energi terbarukan

di Indonesia, khususnya tenaga air hingga saat ini baru di manfaatkan sebesar 4,2

GW (5,55%) dari seluruh potensi yang ada sebesar 75,67 GW, mikrohidro yang

termanfaatkan sebesar 0,008 GW dari seluruh potensi 0,045 GW. (ESDM, 2006)

Pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) pada dasarnya

memanfaatkan energi air. Semakin tinggi jatuh air maka semakin besar energi

potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Disamping faktor geografis

yang memungkinkan untuk dibangun pembangkit. Tinggi jatuh air dapat pula

diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi.

(Anonim, 2008)

Pembangit listrik ini dirancang dengan memanfaatkan potensi di

bendungan saradan madiun. Potensi air yang tersedia 21.4 meter. Namun untuk

menggunakan turbin jenis propeller head dan kapasitas yang dapat dimanfaatkan

adalah 6 meter dengan kapasitas aliran 2 m3/detik. Dengan kapasitas dan head

tersebut dapat menghasilkan kapasitas listrik sebesar 100 kW.

Katakunci : Turbin, propeller, horizontal

Given the need for electricity is a fundamental part of the earth and one of

the most widely used energy. Electricity itself one cycle in which the economy is

growing, increasing the supply of electrical energy to supply the needs of the

community will continue to be pursued, especially for the district government. The

potential of renewable energy sources in Indonesia, particularly hydropower until

now only in use by 4.2 GW (5.55%) of the existing potentials of 75.67 GW, micro

hydro utilized by 0,008 GW of the entire potential of 0,045 GW. (EMR 2006)

Micro hydro power plant (MHP) basically harness the energy of water. The

higher the water falls, the greater the potential energy of water that can be

converted into electrical energy. In addition to geographical factors that allow

plants to be built. High water falls can also be obtained by stemming the flow of

water so that the water level is high. (Anonymous, 2008)

Power Plant is designed by utilizing the potential in dam Saradan madiun.

Potential available water 21.4 meters. However, to use a propeller type turbine

head and capacity that can be utilized is 6 meters with flow capacity of 2 m3 / sec.

With the capacity and the head can result in electrical capacity of 100 kW.

Keywords : Turbine, propeller, horizontal

Page 8: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

viii

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji dan syukur kepada kehadirat Allah SWT yang

mana hanya atas limpahan rahmat, taufik, hidayah serta inayahNya laporan tugas

akhir dengan judul “Perancangan Turbin Air Bendungan Bening Madiun” ini

akhirnya dapat terselesaikan.

Seiring penyusunan skripsi ini, terdapat hambatan dan rintangan yang

dihadapi, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan tersebut terasa

ringan dan dapat teratasi. Oleh sebab itu sepatutnya saya ungkapkan terima kasih

atas jasa baik yang selama ini telah diterima, baik nasehat, petunjuk, ide, saran, serta

bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan sekripsi ini.

Ungkapan terimaksih tersebut disampaikan kepada :

1. Kedua orang tua yang selalu memberikan bantuan materiil maupun non

materiil, mendo’akan, mengingatkan akan pesan-pesannya yang tak akan

terlupakan.

2. Bapak Sudarman, Ir. MT. Selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan

bimbingan serta arahan secara intensif selama penyusunan sekripsi ini

dilakukan.

3. Ibu Ir. Ali Mokhtar, MT. Selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan

masukan ide, serta saran dan cara-cara penulisan sehingga terselesaikannya

skripsi ini.

4. Ibu Dini Kurniawati, ST, MT. Selaku pembimbing saya pada bidang kimia

oraganik yang mendukung data skripsi saya.

Page 9: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

ix

5. Bapak/Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa bimbingan

teoritis seara langsung maupun tidak langsung.

6. Teman-teman sebimbingan, rekan-rekan laboraturium di lingkungan Teknik

Mesin, serta teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2009 A,B, C dan D.

7. Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terimakasih banyak atas bantuan

kalian semuannya.

Dalam penyusunan sekripsi ini tentunya terdapat kekurangan yang tidak

terbahas. Oleh sebab itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun akan

sangat diharapkan untuk pengembangan teknologi terkait. Semoga ALLAH SWT

memberikan sifat rahim Nya kepada semua pihak yang tersebut diatas dan

penyusun berharap semoga sekripsi ini bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.

Malang, 21 Oktober 2014

M. Syafrial Hidayat

Page 10: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

x

DAFTAR ISI

COVER ................................................................................................................ i

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

LEMBARAN PENGESAHAN SKRIPSI .......................................................... iii

LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR .................................................... iv

LEMBARAN PERYATAAN ............................................................................. v

BERITA ACARA ................................................................................................ vi

ABSTRAK ........................................................................................................... vii

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

DAFTAR ISI ........................................................................................................ ix

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii

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

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

PENDAHULUAN ................................................................................................ 1

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

1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................... 2

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

1.4. Batasan Masalah....................................................................................... 2

1.5 Metode Pengumpulan Data ....................................................................... 2

BAB II .................................................................................................................. 3

TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................... 3

2.1.Pengertian PLTMH .................................................................................. 3

2.2.Prinsip kerja ............................................................................................. 4

2.3.Desain PLTMH ........................................................................................ 6

2.4.Turbin Air ................................................................................................ 11

2.5.Jenin Turbin Air ....................................................................................... 16

Page 11: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

xi

2.6.Pemilihan Turbin ...................................................................................... 21

2.7.Gaya Pada Sudu ....................................................................................... 22

2.8.Pasak ........................................................................................................ 23

BAB III ................................................................................................................. 27

METODE DESAIN ............................................................................................. 27

3.1.Tinjauan Umum ....................................................................................... 27

3.2.Pengukuran data ....................................................................................... 27

3.3.Langkah Perancangan Turbin ................................................................. 28

3.4.Flow Chart ................................................................................................ 29

BAB IV ................................................................................................................. 30

PERANCANGAN ............................................................................................... 30

4.1.Data Awal Perancangan ........................................................................... 37

4.2.Perancangan Dimensi Ruang Bakar ......................................................... 37

4.3.Perhitungan Daya yang disuplai ke Generator ......................................... 38

4.4.runer ......................................................................................................... 38

4.5.poros ......................................................................................................... 39

4.6.Perencanaan Pasak ................................................................................... 42

BAB V ................................................................................................................... 44

KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 44

5.1.Kesimpulan .............................................................................................. 44

5.2.Saran ......................................................................................................... 45

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

Page 12: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema Prinsip Kerja PLTMH .......................................................... 4

Gambar 2.2. Mekanisme energi ............................................................................ 5

Gambar 2.3. Bangunan Penyadap ......................................................................... 7

Gambar 2.4. Saluran Pembawa ............................................................................. 8

Gambar 2.5. Bak Pengendap ................................................................................. 9

Gambar 2.6. Saluran Pelimpah.............................................................................. 10

Gambar 2.7. Rumah Pembangkit .......................................................................... 10

Gambar 2.8. Tair Race .......................................................................................... 11

Gambar 2.9. Turbin Impuls ................................................................................... 12

Gambar 2.10. Sudu Pengarah ................................................................................ 14

Gambar 2.11 Pipa Pesat ........................................................................................ 15

Gambar 2.12. Turbin Kaplan ................................................................................ 17

Gambar 2.13. Prinsip Kerja Kaplan/Propeller ...................................................... 19

Gambar 2.14. Roda Jalan ...................................................................................... 20

Gambar 2.15. Karakteristik turbin ........................................................................ 21

Gambar 2.16 Macam-Macam Bearing .................................................................. 25

Gambar 4.1. Grafik Pemilihan Turbin .................................................................. 31

Gambar 4.2. Segitiga Kecepatan Masuk ............................................................... 34

Gambar 4.3. Model runner turbin propeller .......................................................... 34

Gambar 4.4. Harga perkiraan untuk menentukan ukuran ..................................... 35

Gambar 4.5. : Sudut masuk dan keluar aliran ....................................................... 36

Gambar 4.6. grafis ................................................................................................. 37

Gambar 4.7. Segitiga kecepatan ............................................................................ 37

Gambar 4.8. Poros ................................................................................................. 39

Gambar 4.9. Pasak................................................................................................. 42

Page 13: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Pengelompokan Turbin Air .................................................................. 12

Tabel 2.2. Pengelompokan turbin ......................................................................... 13

Tabel 2.3. Standar pasak melintang .......................................................................... 23

Tabel 2.4. Kecepatan Spesifik .................................................................................... 26

Tabel 4.1. Representasi dimensi runner ................................................................ 38

Tabel 5.1. Main Characteristic .............................................................................. 44

Tabel 5.2. Spesifikasi Turbin ................................................................................ 44

Page 14: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL … · PERANCANGAN TURBIN PROPELLER POROS HORIZONTAL KAPASITAS 100 kW ... Perancangan Turbin Air Propeller Sumbu Horizontal ... 4.3.Perhitungan

xiv

DAFTAR PUSTAKA

ESDM, K. (2006). Potensi Pembangkit Tenaga Air . p. 2.

Hartoyo. (2012). Jenis-jenis Valve. Retrieved from

http://eryhartoyo.wordpress.com/2012/08/14/jenis-jenis-valve/

Sularso. (1983). Dasar Perancangan Elemen Mesin. Jakarta: Pradnya Paramita.

Taty, A. (2009). Bangunan Turbin.

Tirta, J. (2011). Potensi Energi Air.

http://id.wikipedia.org/wiki/Energi_potensial

http://www.hydropowerinternational.com/images/640/0/6-im-channel-and-

forbay.jpg