Perancangan Turbin Pelton Untuk Pembangkit Listrik Micro-hydro Tugas .

PERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKITLISTRIK MICRO-HYDROTUGAS AKHIRDiajukan KepadaUniversitas Muhammadiyah MalangUntuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S-1) Teknik MesinDisusun Oleh :Lalu Is SatriadiNIM : 201010120311049JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS MUHAMADIYAH MALANG2017i

LEMBAR PENGESAHANTUGAS AKHIRPERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKIT LISTRIKMICRO-HYDRODiajukan KepadaUniversitas Muhammadiyah MalangSebagi Salah Satu Persyaratan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar SarjanTeknik MesinDisusun Oleh :Nama: Lalu Is SatriadiNIM: 201010120311049Malang, 20 Juli 2017 Yang Telah disahkan oleh :Dosen Pembimbing IDosen Pembimbing II(Ir. Herry Supriyanto, MT)(Ir. Ali Mokhtar, MT)MengetahuiKetua Jurusan Teknik Mesin(Ir. Daryono, MT)iii

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANGFAKULTAS TEKNIK – JURUSAN TEKNIK MESINJl. Raya Tlogomas No. 246Telp. (0341) 464318 – 21Psw. 127Fax. (0341) 460782 Malang 65144BERITA ACARABIMBINGAN TUGAS AKHIR ( TA )Nama: Lalu Is SatriadiNomer Induk: 201010120311049No. ST. Pemb. TA : E.3.d/338/FT/UMM/X/2016 Tgl. ST. TA.Keluar : 3.oktober - 2016Judul TA: Perancangan Turbin Pelton Untuk Pembangkit Tenaga ListrikMikro-HydroPembimbing I: ( Ir.Herry Supriayanto,MT )NOTglUraian AsistensiKonsultasi1-320-10- 2016Dosen Pembimbing anjut6-75-03-2017-Lanjut8-107-03-2017-Perbaiki perhitungan gaya15-03-2017-Buat kesimpulan di Gambar10-04-2017-Buat makalah seminar11-12TTDMengetahuiMalang, 24 Juli 2017Ketua Jurusan Teknik MesinDosen Pembimbing I,(Ir. Daryono, M.T.)NIP.108.8909.0124(Ir.Herry Supriyanto, MT)NIP.108.9109.0234iv

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANGFAKULTAS TEKNIK – JURUSAN TEKNIK MESINJl. Raya Tlogomas No. 246Telp. (0341) 464318 – 21Psw. 127Fax. (0341) 460782 Malang 65144BERITA ACARABIMBINGAN TUGAS AKHIR ( TA )Nama: Lalu Is SatriadiNomer Induk: 201010120311049No. ST. Pemb. TA : E.3.d/338/FT/UMM/X/2016 Tgl. ST. TA.Keluar : 3.oktober - 2016: Perancangan Turbin Pelton Untuk Pembangkit TenagaJudul TAListrik Mikro-HydroPembimbing IINO: ( Ir.Ali Mokhtar,MT )TglUraian AsistensiKonsultasi1-324-10-2016TTDDosen Pembimbing IIPada dasarnya topic di setujuiSumbernya cari data potensi yang ada.4-528-11-2016Setelah grafik penentuan tipe turbin6-728-02-2016Dapat di gambar di bab empat8-1021-03-2017Dapat di lanjutkan untuk gambar11-1211-04-2017Dapat di lanjut keseminar hasilMengetahuiMalang, 24 Juli 2017Ketua Jurusan Teknik MesinDosen Pembimbing II(Ir. Daryono, M.T.)(Ir. Ali Mokhtar,MT)NIP.108.8909.0124NIP.108.9109.0234v

SURAT PERYATAAN TIDAK PLAGIATSaya yang bertanda tangan dibawah ini :Nama: Lalu Is SatriadiNIM: 201010120311049Tempat/ Tanggal Lahir: Montong Gamang 15 - 05 - 1992Program Studi: Teknik MesinJenjang Studi: S1Dengan ini menyatakan bahwa :1. Tugas Akhir ini adalah murni merupakan gagasan, rumusan danperancangan saya sendiri, tanpa bantuan pihak lain kecuali arahan dariTim Dosen Pembimbing.2. Dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya atau pendapat yang rtulisdenganmencantumkan sebagai acuan dalam naskah dengan menyerahkan namapengarang dan dicantumkan dalam daftar pustaka.Demikianlah peryataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabilakemudian hari terbukti peryataan ini tidak benar, maka saya bersediamenerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar yang telah diberikanmelalui karya tulis ini, serta sanksi lainnya sesuai dengan norma yang berlakudi perguruan tinggi ini.Malang, 20 Juli 2017Yang Menyatakan,Lalu Is SatriadiNIM : 201010120311049vi

PERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKIT LISTRIKTENAGA MIKRO HYDROOleh : Lalu Is Satriadi( 201010120311049 )Dosen Pembimbing I: Ir. Herry Suprianto, MTDosen Pembimbing II: Ir. Ali Mokhtar, MTJurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah MalangJl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144ABSTRAKSIAir sumber energi yang dapat didaur ulang yang dapat dibedakan menuruttenaga air (hydro power). Suatu energi air penggerak listrik penggerak listrikbergantung kepada energi potensial air yang kemudian dikonversi menjadi enrgimekanis melalui sebuah turbin untuk menggerakkan generator listrik . Indonesiayang mempunyai sungai – sungai yang cukup bayak jumlahnya, dimana sungai– sungai tersebut sangat besar untuk dimanfaatkan sebagai sumber energiterbarukan. Pembangkit listtrik mikro hydro (PLTMH) merupakan solusi yangtepat untuk dikembangkan dalam hal ini adalah turbin pelton.Metode yang digunakan dalam perancangan turbin pelton ini adalahpahldan beitz dengan urutan studi perencanaan dan lpenjelasan tugas, perancangankonsep produk, bentuk produk, perancangan detail . Dalam perancangan detailyasendiri terdiri dari beberapa fase, yaitu studi literatur menghitung daya turbin,poros, nozzle, bucket, runner dan bantalan.Dengan metode diatas diperoleh head 150 m dan kapasitas air 0,25 m 3 /s.Dengan daya sebesar 276 KW dengan dimensi diameter pipa 300 mm dengantebal plat 5 mm., diameter jarum nozzle 75 mm, diameter runner turbin 520 mm,diemeter poros 150 mm denga bahan baja S40C dan jumlah 16 buah denganpanjang 224 mm, lebar 232 mm , kedalamn 72 mm, dan lebar bukaa mangkok 80mm dengan bahan Aliminium.Kata kunci : Turbin Pelton, Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro (PLTMH)vii

DESIGN OF PELTON TURBIN FOR MICRO- HYDRO POWER PLANTSBy Then Is Satriadi (201010120311049)Supervisor I: Ir. Herry Suprianto, MTSupervisor II: Ir. Ali Mokhtar, MTDepartment of Mechanical Engineering University of Muhammadiyah MalangJl. Raya Tlogomas no. 246 Tel. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144ABSTRACTWater sources of recyclable energy that can be distinguished by hydropower. An electric water drive electric drive energy depends on the potential energy of the water which is then converted into a mechanical energy through a turbine to drive an electric generator. Indonesia, which has quite a large number ofrivers, where these rivers are very large to be used as a renewable energy source.Micro hydro listtrik generator (PLTMH) is the right solution to be developed inthis case is pelton turbine.The method used in the design of this pelton turbine is pahl and beitz withthe order of study of planning and duty, product concept design, product form,detail design. In the detailed design itself consists of several phases, namely literature studies calculate the turbine power, shaft, nozzle, bucket, runner and bearings.With the above method obtained head 150 m and water capacity 0.25 m3 /s. With a power of 276 KW with dimensions of diameter of 300 mm pipe with 5mm plate thickness, 75 mm diameter nozzle diameter, 520 mm turbine runner diameter, 150 mm shaft diemeter with S40C steel material and 16 pieces with 224mm length, 232 width Mm, into 72 mm, and the width of the 80 mm bowl withAliminium material.Keywords: Pelton Turbine, Micro Hydro Power Plant (PLTMH)viii

KATA PENGANTARPuji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT yang telahmelimpahkan kasih dan sayang-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsiyang berjudul “Perancangan Turbin Pelton Untuk Pembangkit Listrik MicroHydro” Maksud dari penyusunan skripsi ini adalah untuk memenuhi salah satusyarat dalam menempuh ujian sarjana pendidikan pada Fakultas Teknik ProgramStudi SI Teknik Mesin di Universitas Muhammadyah Malang.Dalam penyusunan skripsi ini, banyak pihak yang sangat membantupenulis dalam berbagai hal. Oleh karena itu, penulis sampaikan rasa terima kasihyang sedalam-dalamnya kepada :1. Bapak Ir. Herry supriyanto, MT. selaku dosen pembimbing I.2. Bapak Ir. Ali Mokhtar, MT. Selaku dosen pembimbing II.3. Kedua Orang Tua saya yang selalu senantiasa mendo’akan saya.4. Saudara-saudara saya terutama kakak yang selalu memberikan semangatpada saya5. Seluruh Dosen dan staf pengajar dijurusan teknik mesin universitasmuhammadiyah malang.6. Teman-teman teknik mesin2010 khususnya kelas B selalu memberimotivasi dalam menyelesaikan tugas akhir ini.7. Semua pihak lain yang telah turut ikut membantu dalam menyelesainkantugas akhir ini.Semoga Tuhan Yang Maha Esa memberikan balasan yang sebesarbesarnya atas segala kemurnian hati dan kebaikan kepada pihak yang telahmembantu .Saya menyadari bahwa dalam membuat laporan ini masih banyakkekurangan dan keterbatasan dalam pembuatan tugas akhir ini, untuk itu sayasangat berterimakasih atas saran dan kritik yang bersifat membangun sehiggadapat meningkatkan kemampuan saya di masa yang akan datang.Malang, 19 April 2017Penulisix

DAFTAR ISIHALAMAN JUDUL . iPOSTER . iiLEMBAR PENGESAHAN . iiiBERITA ACARA . vSURAT PERYATAAN TIDAK PLAGIAT . viABSTRAKSI . viiABSTRACT . viiiKATA PENGANTAR . ixDAFTAR ISI . xDAFTAR TABEL . xiiiDAFTAR GAMBAR . xivBAB I PENDAHULUAN . 11.1 Latar belakang . 11.2 Rumusan Masalah . 41.3 Tujuan Perancangan . 41.4 Batasan Masalah . 4BAB II TINJAUAN PUSTAKA . 52.1 Energi Air . 52.2 Jenis – jenis PLTA . 62.2.1 PLTA jenis terusan aliran sungai (run-of-river) . 62.2.2 PLTA dengan kolam pengatur (regulatoring pond) . 62.2.3 PLTA dengan menggunakan waduk (reservoir) . 72.2.4 PLTA jenis pompa – generator (pomped storage) . 82.2.5 PLTA Hydroseries . 92.3 Karakteristik Turbin . 112.3.1 Kecepatan Spesifik (ns) . 122.3.2 Efisiensi Turbin . 122.3.3 Perubahan Debit air dan Efisiensi dengan PerubahanKecepetan . 142.3.4 Kecepatan Lari . 16x

2.3.5 Kapasitas . 172.4 Prinsip Pembangkit Tenaga Air . 182.5 Debit Air . 182.5.1 Penentuan Debit Air . 192.5.1.1 Debit Maksimum . 192.5.1.2 Jumlah Air Pasti . 192.6 Head Turbine Air . 202.6.1 Gross Head . 202.6.2 Net Head atau Effektif Head . 202.7 Klasifikasi Turbin . 202.7.1 Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya . 202.7.1.1 Turbin Impuls. 202.7.1.2 Turbin Reaksi . 212.7.2 Berdasarkan Head dan Kapasitas Air . 212.7.3 Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) . 222.7.4 Berdasarkan Model Aliran Masuk Air Runner . 222.7.4.1 Turbin Aliran Tangensial . 232.7.4.2 Turbin Aliran Aksial . 232.7.4.3 Turbin Aliran Aksial – Radial . 242.8 Konstruksi Turbin Air . 242.8.1 Konstruksi Turbin Pelton . 242.8.1.1 Diagram Alir Perpindahan Energi Pada Turbin’Pelton . 272.8.1.2 Nozzle . 272.8.1.2.1 Diameter Jet . 282.8.1.3 Runner dan Bucket (mangkok) . 292.8.1.3.1 Diameter runner . 302.8.1.3.2 Bucket (mangkok) . 302.8.1.4 Cassing Turbin (rumah turbin) . 312.8.2 Kontruksi Turbin Francis . 31xi

BAB III METODOLOGI PERANCANGAN . 343.1 Prosedur Perancangan oleh Gerhad Pahl and Wolfgang Beitz’s . 343.2 Perancanaan dan penjelasan tugas . 363.3 Perancangan konsep produk . 363.4 Perancangan bentuk ( embodiment design ) . 363.5 Perencanaan detail . 37BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN . 384.1Data Perancangan. . 384.2Perhiungan Potensial Daya Turbin yang Dihasilkan . 384.3. Perancangan Pipa Saluran (Penstock) . 394.4Pemilihan Jenis Turbin . 414.5Kecepatan spesifik (ns) . 414.6Perhitungan Runner Turbin . 454.7. Perhitungan Jumlah Mangkok (Bucket) . 454.8. Perhitungan Dimensi / Ukuran Mangkok (Bucket) . 454.9. Perhitungan Gaya Pancar Air Terhadap Mangkok. . 474.10 Perhitungan poros. . 474.11. Perancangan Bantalan . 484.12. Perancangan Pasak . 494.13. Perancangan Baut. . 50BAB V KESIMPULAN DAN SARAN . 525.1Kesimpulan. . 525.2. Saran . 53DAFTAR PUSTAKALAMPIRANxii

DAFTAR TABELTable 2.1. Efisiensi Turbin Pelton( Sumber : Lal, Jagdish, 1975) . 13Table 2.2. Efisiensi Turbin Francis dan Turbin Kaplan . 13Tabel 2.3. Tinggi jatuh air dan jenis turbin air. Sumber : Lal, Jagdish, 1975 21Tabel 2.4. Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional . 22Tabel 4.1 : Pemilihan jenis turbin berdasarkan tinggi jatuh air . 43xiii