ANALISIS PERFOMANSI TURBIN FRANCIS KAPASITAS DAYA 2,5 …
Transcript of ANALISIS PERFOMANSI TURBIN FRANCIS KAPASITAS DAYA 2,5 …
i
ANALISIS PERFOMANSI TURBIN FRANCIS KAPASITAS
DAYA 2,5 MW DI PLTA PARLILITAN
UNIT 2
LAPORAN TUGAS AKHIR
DiajukanuntukMemenuhiSebagian Persyaratan dalamMenyelesaikan
Program PendidikanDiploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI
Oleh:
JUNIANTO MUNTE
1405052031
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI MEDAN
MEDAN
2017
vi
INTI SARI
Turbin Francis adalah salah satu jenis turbin dari turbin air. Turbin air
merupakan salah satu mesin penggerak dimana fluida kerja adalah air. Energi
kinetik air diubah menjadi energi mekanik oleh sudu turbin, selanjutnya energi
mekanik tersebut diubah menjadi energi listrik oleh generator. Turbin Francis
merupakan salah satu jenis turbin air yang banyak digunakan untuk Pembangkit
Listrik Tenaga Air (PLTA). Turbin Francis adalah turbin yang digunakan di
PLTA Parlilitan PT Mega Power Mandiri dengan menghasilkan daya output rata-
rata setiap harinya 2,5 MW pada unit 2 dengan kapasitas aliran air 4 m3/s, putaran
750 RPM dan head 75 m. Efisiensi turbin yang diperoleh adalah 84,78% dan
kecepatan spesifik turbin diperoleh 58,85 RPM.
Kata kunci: Turbin Francis, turbin air, PLTA, efisiensi turbin
vii
ABSTRACT
The Francis turbine is one type of turbine from a water turbine. Water
turbine is one of the driving machine where the working fluid is water. The kinetic
energy of the water is converted into mechanical energy by the turbine blades,
then the mechanical energy is converted into electrical energy by the generator.
Francis turbine is one type of water turbine that is widely used for Hydro Power
Plant (Hydropower). The Francis turbine is a turbine used in the PT Mega Power
Mandiri Parlilitan hydropower plant, producing an average daily output power of
2.5 MW in unit 2 with a water flow capacity of 4 m3 / s, 750 RPM and 75 m head.
The efficiency of the turbine obtained is 84.78% and the turbine specific speed is
58.85 RPM.
Keywords: Francis turbine, water turbine, hydropower, turbine efficiency
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
rahmat dan anugerah-Nya yang telah memberikan pengetahuan dan kesehatan
sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan
tepat pada waktunya.
Laporan Tugas Akhir ini berjudul “Analisis Perfomansi Turbin Francis
Kapasitas 2,5 MW, di PLTA Parlilitan unit 2 ”disusun untuk memenuhi sebagian
persyaratan dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Jurusan
Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan.
Dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini, penulis menemukan
hambatan dan tantangan. Namun berkat bantuan dari semua pihak, penulis dapat
menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini, oleh karena itu pada kesempatan ini
penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan;
2. Idham Kamil, S.T.,M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin;
3. Aulia Salman, S.T.,M.T, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin;
4. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi
Energi;
5. Ir. Rufinus Nainggolan, M.T., selaku Dosen Pembimbing dan Kepala
Laboratorium Teknik Konversi Energi;
6. Ir. Isman Harianda,M.T., selaku Wali Kelas EN-6C yang telah
memberikan motivasi dan nasihat kepada penulis;
7. Bapak dan Ibu staf pengajar di Program Studi Teknik Konversi Energi,
terima kasih atas semua bimbingan, nasihat serta didikan yang diberikan
kepada penulis selama dalam pengajaran;
8. Seluruh staf dan karyawan PT Mega Power Mandiri PLTA Parlilitan, atas
kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk melaksanakan survei dan
pengambilan data untuk keperluan riset Tugas Akhir penulis;
9. Ayah penulis Maruntung Munte dan Ibunda Tercinta Diana Situmorang,
yang telah memberikan semangat, motivasi, dukungan dan doa serta
ix
bantuan moril maupun materi kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas
Akhir;
10. Kakak penulis Hotnita Munte, abang penulis Eben Ezer Munte dan adik-
adik penulis Nimrot Munte, Enprison Munte, Dippun Munte, Rippun
Munte, yang selalu memberikan semangat kepada penulis dalam
menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini;
11. Semua rekan-rekan kelas EN-6C yang selalu mengingatkan dan memberi
semangat dalam penyelesaian laporan Tugas Akhir ini,terima kasih atas
kebersamaan selama ini;
12. Semua rekan-rekan satu tempat PKL di PT Mega Power Mandiri PLTA
Parlilitan ( Andreas, Joni, Sugianto, Dela, Monika, Nopa, Odi), saudara
dan masyarakat yang ada di sekitar PLTA Parlilitan yang selalu memberi
semangat di tempat PKL terima kasih atas kebersamaanya untuk itu
semua;
13. Semua rekan-rekan angkatan 2014 yang selalu mengingatkan dan memberi
dukungan semangat hingga Laporan Tugas Akhir ini terselesaikan, terima
kasih atas kebersamaannya selama 3 tahun;
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan karena
keterbatasan waktu, pengetahuan dan tenaga. Untuk itu diharapkan partisipasi
semua pihak dalam menyumbangkan pikiran atau ide demi perbaikan kearah yang
lebih sempurna. Semoga laporan ini bermanfaat bagi siapa saja yang
membacanya.
Medan, Juli 2017
Hormat Penulis,
Junianto Munte
NIM : 1405052031
x
DAFTAR ISI
Cover............................................................................................................. i
Spesifikasi Tugas Akhir............................................................................... ii
Lembar Persetujuan.................................................................................... iii
Lembar Pengesahan.................................................................................... iv
Lembar Keaslian.......................................................................................... v
Inti Sari......................................................................................................... vi
Abstract........................................................................................................ vii
Kata Pengantar............................................................................................ viii
Daftar Isi....................................................................................................... x
Daftar Gambar............................................................................................ xii
Daftar Tabel................................................................................................. xiv
BAB I PENDAHULUAN........................................................................... 1
A. Latar Belakang.................................................. ............................ 1
B. Permasalahan................................................................................ 2
C. Tujuan........................................................................................... 2
D. Manfaat........................................................................................ 3
E. Teknik Pengumpulan Data............................................................ 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.............................................................. 4
A. Sejarah Turbin Francis................................................................ 4
B. Prinsip Kerja Turbin Francis....................................................... 6
C. Komponen dan Bagian Utama Turbin Francis........................... 7
xi
D. Konstruksi Turbin Francis.......................................................... 10
E. Perhitungan Turbin..................................................................... 11
BAB III SISTEM PEMBANGKITAN LISTRIK PLTA
PARLILITAN.......................................................................... 20
A. Pembangkitan Listrik Tenaga Air Parlilitan................................... 20
1. Bendungan......................................................................... 20
2. Kolam Penenang dan Sandtrap.......................................... 22
3. Water Way/Box Culvert...................................................... 23
4. Head Tank.......................................................................... 24
5. Penstock.............................................................................. 25
6. Turbin.................................................................................. 25
7. Generator............................................................................ 27
8. Governor............................................................................. 28
B. Gambar Aliran Proses Pembangkitan Listrik................................. 29
BAB IV ANALISA DATA...................................................................... 31
A. Perhitungan Turbin......................................................................... 31
1. Daya Hidrolis..................................................................... 31
2. Efisiensi Turbin Francis..................................................... 31
3. Kecepatan Spesifik Turbin................................................. 32
4. Efisiensi Hidrolis................................................................ 35
5. Efisiensi Turbin-Generator................................................ 35
6. Efisiensi Total.................................................................... 35
BAB V PENUTUP................................................................................ 36
A. Simpulan........................................................................................ 36
B. Saran.............................................................................................. 36
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Aliran Air Masuk Turbin Francis.................................................. 7
Gambar 2. Turbin Francis.............................................................................. 10
Gambar 3. Tabung Alir Fluida Bergerak........................................................ 15
Gambar 4. Aliran Fluida dalam tabung......................................................... 16
Gambar 5. Segitiga kecepatan........................................................................ 17
Gambar 6. Bendungan................................................................................... 21
Gambar 7. Pembilas...................................................................................... 22
Gambar 8. Pintu masuk air (Intake).............................................................. 22
Gambar 9. Kolam penenang ......................................................................... 22
Gambar 10. Water Way.................................................................................... 23
Gambar 11. Head Tank.................................................................................... 24
Gambar 12. Penstock........................................................................................ 25
Gambar 13. Turbin Francis............................................................................... 26
Gambar 14. Generator...................................................................................... 27
Gambar 15. Governor...................................................................................... 29
Gambar 16. Diagram Alir PLTA Parlilitan..................................................... 29
Gambar 17. Illustrasi PLTA Parlilitan............................................................. 30
Gambar 18. Harga berdasarkan pengalaman untuk penentuan pertama
Ukuran-ukuran pokok Turbin Francis...................................... 32
xiii
Gambar 19. Segitiga kecepatan pada turbin Francis
Di PLTA Parlilitan..................................................................... 34
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Operasi Turbin berdasarkan head................................................. 13
Tabel 2. Putaran nominal beberapa turbin.................................................. 13
Tabel 3. Effisiensi turbin............................................................................ 14
Tabel 4. Kecepatan spesifik turbin............................................................. 14
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dalam kehidupan sekarang ini kebutuhan akan energi listrik baik di sektor
rumah tangga, gedung perkantoran maupun industri meningkat sangat tajam.
perkembangan dan kemajuan zaman di era teknologi yang meningkat yang
menciptakan berbagai jenis teknologi yang tak lain penggunaan tenaga listrik. Pada
zaman modern ini sudah banyak alat pendukung kehidupan manusia yang
membutuhkan energi listrik untuk mengoperasikannya seperti: lampu, mesin-mesin
listrik dan berbagai alat elektronika lainnya. Listrik menjadi salah satu kebutuhan
yang sangat penting di berbagai kegiatan manusia.
Akan tetapi kebutuhan listrik tersebut tidak dibarengi dengan berbagai sumber
energi listrik tersebut yaitu dengan pembangunan pembangkit-pembangkit listrik di
Indonesia. Akibat tidak adanya keseimbangan tersebut maka di negara ini sering
terjadi defisit listrik yang mengakibatkan seringnya di lakukan pemadaman bergilir
dimana masyarakat tidak dapat merasakan kehadiran listrik secara merata serta
sebagian kegiatan manusia tersebut jadi tergangu.
Di negara ini perusahaan yang menjadi perusahaan penyedia listrik untuk
masyarakat adalah PT PLN, dimana perusahaan milik negara ini telah banyak
berkontribusi dalam memasok kebutuhan listrik kepada masyarakat. PT PLN
bekerjasama dengan berbagai perusahaan swasta yang bergerak di bidang
pembangkitan listrik. Untuk memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut berbagai
perusahaan membangun pembangkit listrik bertenaga air. Pembangkit listrik tenaga
air merupakan pembangkit yang sangat cocok di negara Indonesia. Indonesia adalah
negara yang mempunyai air yang banyak untuk dimanfaatkan karena air salah satu
sumber energi yang murah serta ramah lingkungan dan Indonesia kaya akan sumber
daya air sehingga sangat berpotensi untuk memproduksi energi listrik dari tenaga air.
Membangun PLTA juga dapat memberikan keuntungan bagi masyarakat yang tinggal
disekitar tempat berdirinya PLTA serta dapat mengurangi angka pengangguran dan
meningkatkan kesejahteraan masyarakat setempat. Air merupakan suatu energi yang
2
relatif mudah di dapat. Pemanfaatan air ini di pembangkit adalah dari energi potensial
(air jatuh) dan energi kinetik (air mengalir).
Dengan latar belakang di atas, maka penulis mengambil laporan Tugas Akhir
berjudul “Analisa Performansi Turbin Francis Dengan Kapasitas Daya Keluaran
2,5 MW di PLTA Parlilitan unit 2”
B. Permasalahan
Berdasarkan latar belakang diatas, maka yang menjadi rumusan masalah
dalam laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana sejarah adanya turbin Francis
2. Bagaimana prinsip kerja dari turbin Francis
3. Komponen dan bagian utama turbin Francis
4. Analisa performansi daya keluaran dari turbin Francis
C. Tujuan
Tujuan penulisan laporan Tugas Akhir ini adalah:
1. Untuk mengetahui sejarah turbin Francis
2. Mengetahui prinsip kerja turbin Francis
3. Mengetahui komponen dan bagian utama turbin Francis
4. Mengetahui performansi turbin Francis
D. Manfaat
Adapun manfaat penulisan laporan Tugas Akhir ini adalah:
1. Menambah pengetahuan dan wawasan mengenai pembangkit listrik tenaga air
khususnya pembangkit yang menggunakan turbin Francis
2. Sebagai bahan masukan/referensi bagi setiap pembaca khususnya mahasiswa
teknik konversi energi
3. Menambah kepustakaan Politeknik Negeri Medan
3
E. Teknik Pengumpulan Data
Berbagai cara yang dilakukan penulis dalam pengumpulan data yaitu sebagai
berikut:
1. Studi literature yaitu dengan mencari buku-buku yang ada diperpustakaan
Politeknik Negeri Medan maupun sumber lain yang berkaitan dengan Tugas
Akhir ini
2. Survey lapangan yakni peninjauan langsung ke PLTA Parlilitan sekaligus
pengambilan data
3. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing serta pihak-pihak yang
dapat membantu penyelesaian laporan ini
4. Melakukan penjelajahan akses internet yang berhubungan dengan Tugas Akhir