perancangan turbin propeller sumbu horizontal...

16
i PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD 13 m DAN DEBIT 0,8 m 3 /s TUGAS AKHIR BIDANG KONVERSI ENERGI Diajukan kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan Program Sarjana Teknik (S1) Oleh : ANGGA YOGA PRASETYO 201010120311103 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2015

Upload: others

Post on 23-Mar-2020

37 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

i

PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL

DENGAN HEAD 13 m DAN DEBIT 0,8 m3/s

TUGAS AKHIR

BIDANG KONVERSI ENERGI

Diajukan kepada

Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan

Program Sarjana Teknik (S1)

Oleh :

ANGGA YOGA PRASETYO

201010120311103

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2015

Page 2: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

ii

Page 3: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

iii

Page 4: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

iv

Page 5: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

v

Page 6: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

vi

LEMBAR SURAT PERNYATAAN

Yang bertandatangan dibawah ini :

Nama : Angga Yoga Prasetyo

NIM : 201010120311103

Tempat / Tanggal Lahir : Madiun, 31 Mei 1992

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang

Dengan ini menyatakan dengan sebenar - benarnya bahwa :

Sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “Perancangan Turbin

Propeller Sumbu Horizontal Dengan Head 13 m Dan Debit 0,8 m3/s” 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, 24 Januari 2015

Yang Menyatakan,

Angga Yoga Prasetyo

Page 7: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

vii

ABSTRAK

Pada dasarnya Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) terdiri

dari sebuah propeller (baling-baling) bentuknya sama dengan baling-baling kapal

laut, yang dipasang pada tabung setelah pipa pesat. Keunggulan PLTMH terletak

pada biaya yang kompetitif dan teknologi yang sederhana sehingga dapat dikelola

atau dioperasikan oleh masyarakat setempat. Hal ini merupakan peluang bagus

untuk pengembangan energi listrik di daerah terpencil yang belum terjangkau

energi listrik, dan memanfaatkan potensi energi setempat yang bersifat terbarukan.

Dalam mengerjakan PLTMH ini terlebih dahulu menyusun metodeologi

untuk mengatur urutan dalam perancangan. Metodeologi itu terdiri dari

pengambilan data, perhitungan daya turbin, pemilihan tipe turbin, perhitungan

komponen turbin dan pengerjaan gambar perancangan.

Turbin propeller ini mempunyai kapasitas aliran (Q) 0,8 m3/s, tinggi jatuh

(H) 13 m, Potensi ini tergolong dalam PLTMH rendah. Pada tugas akhir ini telah

dirancang dan di buat satu unit turbin propeller untuk PLTMH dengan head

rendah. Dari hasil perancangan diperoleh daya maksium keluaran turbin mencapai

KW. Metode perancangan turbin propeller head rendah dibahas dalam

skripsi ini.

Kata kunci : Turbin Propeller, Pompa, Generator

ABSTRACT

Basically micro hydro power plant (MHP) consists of a propeller

(propeller) with the same shape with a ship propeller, which is mounted on the

tube after the rapidly pipe. Turbine shaft connect the out of the tube. The

advantage of MHPis placed on low cost and simply technology until it can

manage and operated by society on that palce. This is a good opportunity to

develop electricity energi in small village which not yet reach by government and

can be utilize potential renewable energy.

In doing this MHP, the first methdology is preparing to set the order in

the design. That methodology consists of data collection, calculation of turbine

power, the selection of the type of turbine, turbine component calculation and

image processing design

Propeller turbine has a capacity of flow (Q) of 0.8 m3 / s, high falls (H) 13

m, the potential is relatively low in the MHP. In this final project has been

designed and created a propeller turbine unit for MHP with head low. From the

results obtained by the design of maximum power output of the turbine reaches

51,012 KW. This method of designing a low head turbine propeller discussed in

this thesis.

Keywords : Turbine Propeller, Pump, Generator

Page 8: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

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 Propeller Sumbu Horizontal

Dengan Head 13 m Dan Debit 0,8 m3/s” 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 ucapkan banyak terima

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

saran, serta bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan

skripsi ini. Ungkapan terima kasih 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 Ir. Ali Mokhtar, MT Selaku Dosen Pembimbing I yang telah

memberikan bimbingan serta arahan selama penyusunan skripsi ini dilakukan.

3. Bapak Ir. Heri Mujayin Kholik, MT Selaku Dosen Pembimbing II yang telah

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

terselesaikannya skripsi ini.

4. Bapak Ir. Daryono, MT. Selaku ketua jurusan teknik mesin UMM.

5. Bapak Budiono, SSi., MT. Selaku sekertaris jurusan teknik mesin UMM.

6. Bapak / Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa

bimbingan teoritis secara langsung mau pun tidak langsung.

Page 9: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

ix

7. Teman – teman sebimbingan, teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2010 A,

B, C dan D serta kepada seseorang yang selalu mendampingi saya dan selalu

memberi semangat dalam proses pengerjaan skripsi ini.

8. Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terima kasih banyak atas bantuan

kalian semuannya.

Dalam penyusunan skripsi 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 skripsi ini bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.

Malang, 24 Januari 2015

Angga Yoga Prasetyo

Page 10: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

x

DAFTAR ISI

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

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

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

LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING I............... iv

LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING II ............. v

LEMBARAN PERYATAAN ...................................................................... vi

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

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

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

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

DAFTAR TABEL......................................................................................... xv

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

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

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

1.3. Tujuan Perancangan ................................................................................ 3

1.4. Manfaat Perancangan .............................................................................. 3

1.5.Batasan Masalah....................................................................................... 3

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

2.1. Pengertian dan Manfaat Turbin Propeller ............................................... 4

2.2. Jenis – Jenis Turbin Air........................................................................... 7

2.2.1. Turbin Kaplan & Propeller ........................................................... 8

Page 11: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

xi

2.2.2. Turbin Francis ............................................................................... 8

2.2.3. Turbin Pelton ................................................................................ 9

2.2.4. Turbin Turgo ................................................................................. 10

2.2.5. Turbin Cross-Flow ........................................................................ 11

2.3. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) .......... 14

2.4. Komponen-Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) 14

2.4.1. Bendungan (Weir) dan Intake ....................................................... 14

2.4.2. Bak Pengendap (Settling Basin) ................................................... 15

2.4.3. Saluran Pembawa (Headrace) ....................................................... 15

2.4.4. Headtank (Bak Penenang) ............................................................. 15

2.4.5. Pipa Pesat (Penstock) .................................................................... 16

2.4.6. Turbin Air ..................................................................................... 17

2.4.7. Generator ....................................................................................... 19

2.4.8. Rumah Pembangkit ....................................................................... 20

2.4.9. Curat (Nozzle) ............................................................................... 21

2.5. Kriteria Pemilihan Jenis Turbin ............................................................. 21

2.5.1. Berdasarkan Kecepatan Spesifik (Ns) .......................................... 23

2.5.2. Berdasarkan Head dan Debit......................................................... 24

2.5.3. Perencanaan pipa pesat (penstock) ............................................... 28

2.5.4. Berdasarnya Nilai Efisiensinya ..................................................... 31

2.5.5. Daya Yang Dihasilkan Turbin ..................................................... 32

Page 12: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

xii

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................. 33

3.1. Tinjauan Umum ...................................................................................... 33

3.2. Pengumpulan Data Teknis ...................................................................... 33

3.3. Langkah – Langkah Perancangan Turbin Propeller ................................ 34

3.4. Diagram Alir Perencanaan PLTMH........................................................ 36

BAB IV PERHITUNGAN PERANCANGAN ........................................... 41

4.1. Perhitungan Kasar Potensi Energi Air dan LIstrik .................................. 41

4.2. Pemilihan Jenis Turbin Air ..................................................................... 44

4.3. Pipa Pesat ( Penstock ) ............................................................................ 44

4.3.1. Perencanaan Diameter Pipa Pesat ................................................. 44

4.3.2. Perencanaan Tebal Pipa Pesat ....................................................... 45

4.3.3. Perencanaan Posisi Pengambilan .................................................. 46

4.3.4. Tegangan yang Terjadi Pada Pipa Pesat ....................................... 48

4.4. Desain Runner ............................................ ............................................ 53

4.5. Perancangan Guide Vane.................................... .................................... 57

4.6. Poros Utama .......................................................... ................................. 61

4.7. Pemilihan Jenis Bearing .......................................................................... 64

4.8. Pasak ....................................................................................................... 68

4.9. Bantalan................................................................................................... 70

BAB V KESIMPULAN................................................................................ 72

5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 72

5.2 Saran ......................................................................................................... 74

Page 13: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

xiii

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 75

LAMPIRAN .................................................................................................. 77

Page 14: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 : Pembangkit Listrik Mikrohidro................................................ 5

Gambar 2.2 : Turbin Kaplan .......................................................................... 8

Gambar 2.3 : Turbin Francis .......................................................................... 9

Gambar 2.4 : Turbin Pelton ............................................................................ 10

Gambar 2.5 : Turbin Turgo ............................................................................ 11

Gambar 2.6 : Dua Tipe Turbin Cross-Flow ................................................... 13

Gambar 2.7 : Turbin Cross-Flow ................................................................... 13

Gambar 2.8 : Rumah Pembangkit dan Pondasinya ........................................ 20

Gambar 2.9 : Pipa Pesat dan Tekanannya ...................................................... 21

Gambar 2.10 : Tingkat Head Sumber Air ...................................................... 22

Gambar 2.11 : Grafik Pemilihan Pengoperasian Jenis Turbin Berdasarkan Head

dan Flow ......................................................................................................... 28

Gambar 2.12 : Grafik Effisiensi Beberapa Turbin Dengan Pengurangan Debit

Sebagai Variabel ............................................................................................ 31

Gambar 3.1 : Diagram Alir Perancangan PLTMH ........................................ 36

Gambar 4.1 : Pemilihan Jenis Turbin ............................................................. 42

Gambar 4.2 : Segitiga Kecepatan Pada Runner dan Guide Vane .................. 55

Gambar 4.3 : Macam – Macam Pasak ........................................................... 68

Gambar 4.4 : Macam – Macam Bantalan Gelinding...................................... 71

Page 15: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 : Pembangkit Listrik Berdasarkan Daya ........................................ 7

Tabel 2.2 : Jenis Turbin Untuk PLTMH ........................................................ 19

Tabel 2.3 : Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional ................................... 24

Tabel 2.4 : Aplikasi Penggunaan Turbin Berdasarkan Head ......................... 27

Tabel 2.5 : Materials Used In Pressure Pipes ................................................. 29

Tabel 4.1 : Turbin Reaksi ............................................................................... 43

Tabel 4.2 : Materials Used In Preasure Pipes ................................................ 44

Tabel 4.3 : Jumlah sudu Pada Turbin ............................................................. 54

Tabel 4.4 : Beberapa Nomor Bantalan Standart............................................. 64

Tabel 4.5 : Standart Pasak .............................................................................. 69

Page 16: PERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL …eprints.umm.ac.id/23073/1/jiptummpp-gdl-anggayogap-40848-1-pendahul-n.pdfPERANCANGAN TURBIN PROPELLER SUMBU HORIZONTAL DENGAN HEAD

xvi

DAFTAR PUSTAKA

A Harvey & A Brown, Micro-hydro Design Manual, ITDG Publishing,

1992.

Arthur Williams, Pumps as Turbines - A users guide, ITDG Publishing,

1995.

Deutschman, Aaron D., Michels, Walter J. and Wilson, Charles E. Machine

Design theory and practice.

Dietzel, Fritz. 1996. Turbin,Pompa dan Kompressor. Jakarta: Erlangga.

El-Wakil, M.M, Powerplant Technology, McGraw-Hill

Jeremy Thake, The Micro-hydro Pelton Turbine Manual: Design,

Manufacture and Installation for Small-scale Hydropower, ITDG

Publishing, 2000.

Nechleba, Miroslav. 1957. Hydraulic Turbine Their Design and Equipment.

Czeckoslovakia: Artia Pragu.

P Fraenkel, O Paish, V Bokalders, A Harvey & A Brown,Micro-hydro

power: A guide for development workers, ITDG Publishing, IT Power,

Stockholm Environment Institute, 1991.

Paryatmo, Wibowo.2002. Turbin Air. Jakarta: Graha Ilmu

Sularso. Suga, Kiyokatsu.1991. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen

Mesin 10th edition. Jakarta : PT. Pradnya Paramita

www.matweb.com.2009.MechanicalProperties.(http://www.matweb.com/m

echanicalproperties): 1 Juli 2009

www.chinaeastwell.com/enchinaeastwell/ecpxl_to.asp?id=54

www.owlnet.rice.edu/~mech401/Shigley8th%20Gears%20Chp13.doc