i

PERANCANGAN PLTM KAPASITAS 0,90 m3/s PADA

BENDUNGAN TUGU KABUPATEN TRENGGALEK

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada

Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

OLEH

VIKY RIZQI AWALIA

NIM: 201510120311023

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH

MALANG

OKTOBER 2019

iii

iv

v

vi

vii

viii

UCAPAN TERIMA KASIH

Dengan memanjatkan puji syukur ke hadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat

dan hidayahNya penulis dapat menyelesaikan naskah tugas akhir ini. Penulis dalam

menyusun naskah tugas akhir ini tidak lepas dari dukungan berbagai pihak. Oleh

karena itu, penulis tidak lupa menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

Bapak Ir. Mulyono, MT, selaku Ketua Komisi Pembimbing yang telah

memberikan pengarahan, wawasan dan bimbingan dalam penyusunan naskah

tugas akhir ini.

Bapak Ir. Daryono, MT, selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah

memberikan pengetahuan, pengarahan dan koreksi dalam penyusunan naskah

tesis ini.

Bapak Murjito, ST., MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin yang telah

memberikan kesempatan dan fasilitas dalam memperlancar penelitian dan

penyusunan naskah tugas akhir ini.

Ucapan terima kasih secara khusus penulis sampaikan kepada kedua orang tua

tercinta Imam Wahyudin dan Tutik Paryati yang telah mendukung dan

memberikan motivasi kepada penulis dalam penyelesaian penyusunan naskah

tugas akhir ini.

Rekan-rekan penulis, terutama Adi , Ridho, Agung Reza, dan Irfan yang telah

banyak memberikan bantuan berupa buku, jurnal maupun artikel yang

diperlukan dalam penelitian dan penyusunan naskah tugas akhir ini.

Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Ika Dwi Martanti, yang

telah memberi dukungan dan motivasi kepada penulis dalam penyelesaian

penulisan naskah tugas akhir ini.

Akhirnya semoga Allah SWT memberikan balasan yang baik kepada semua

pihak yang membantu dalam penyusunan naskah tugas akhir ini.

Malang, 7 Oktober 2019

Penulis,

Viky Rizqi Awalia

NIM:201510120311023

ix

ABSTRAK

Rizqi, Viky. Awalia. 2019. Perancangan PLTM Kapasitas 0,90 m3/s pada

Bendungan Tugu Kabupaten Trenggalek. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin,

Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Malang. Pembimbing: I. Ir.

Mulyono, MT., II. Ir. Daryono, MT.

Kata kunci: Perancangan, PLTM, pipa pesat, turbin pelton,

Bendungan Tugu yang berada di Kabupaten Trenggalek merupakan salah satu lokasi

yang memiliki pontensi untuk dimanfaatkan sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro

(PLTM). Dari hasil observasi atau pengamatan lapangan, debit yang dapat dimanfaatkan

sebagai pembangkit adalah 0,90 m3/s dengan total elevasi atau head mencapat 76,2 m.

Dalam perancangan PLTM ini turbin yang digunakan adalah turbin pelton. Turbin pelton

merupakan jenis turbin implus yang cocok untuk debit tidak terlalu besar tetapi memiliki

head yang tinggi. Tujuan perancangan ini untuk mendapat dimensi komponen PLTM yaitu

pipa pesat, turbin pelton, dan generato listrik. Untuk mendapatkan hasil rancangan PLTM

metode yang digunakan meliputi perencanaan dan penjelasan tugas, perencanaan konsep

PLTM bendungan tugu, perencanaan bentuk PLTM dan perencanaan detail PLTM. Dari

metode tersebut didapat hasil diameter pipa pesat 680 mm, tebal pipa pesat adalah 4 mm.

Daya yang dihasilkan turbin sebesar turbin sebesar 297,45 Kw dengan effisiensi 50%. Pitch

diameter runner adalah 580 mm dengan jumlah bucket 18 buah, diameter pancaran air

sebesar 100 mm, daya keluaran generator adalah 267,97 dengan effisiensi generatior sbesar

90%.

x

ABSTRACT

Rizqi, Viky. Awalia. 2019. Perancangan PLTM Kapasitas 0,90 m3/s pada

Bendungan Tugu Kabupaten Trenggalek. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin,

Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Malang. Pembimbing: I. Ir.

Mulyono, MT., II. Ir. Daryono, MT.

Key word: Design, PLTM, Penstock, pelton turbine,

Tugu Dam in Trenggalek Regency is one of the locations that has the potential to

be used as a Minyhidro Power Plant (PLTM). From the results of observations or field

observations, flow rate that can be used as a generator is 0.90 m3/s with a total height or

head reaching 76,2 m. In this PLTM design the turbine used is the pelton turbine. Pelton

turbine is a type of impulse turbine which is suitable for discharge not too large but has a

high head. The purpose of this design is to get the dimensions of PLTM components, namely

rapid pipe, pelton turbine, and electricity generator. To get the results of the design of

PLTM, the method used includes planning and clarification of tasks, planning the concept

of PLTM tugu dam, planning the shape of PLTM and PLTM detail planning. From this

method the results obtained pipe diameter rapidly 680 mm, thick penstock thickness is 4

mm. The power generated by the turbine is 297.45 Kw with a efficiency of 50%. Runner

pitch diameter is 580 mm with 18 buckets, water jet diameter is 100 mm, generator output

power is 267.97 with generator efficiency of 90%.

xi

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur ke hadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat

dan hidayahNya penulis dapat menyelesaikan naskah Tugas Akhir yang berjudul:

Perancangan PLTM Kapasitas 0,90 m3/s Pada Bendungan Tugu Kabupaten

Trenggalek

Dalam tulisan naskah Tugas Akhir ini disajikan pokok-pokok bahasan yang

meliputi:

Bab I Pendahuluan, menjelaskan latar belakang perancangan, rumusan masalah

perancangan, tujuan perancangan dan manfaat perancangan.

Bab II Tinjauan Pustaka, menjelaskan beberapa penelitian terdahulu yang telah

dilakukan, beberapa teori yang digunakan dalam pembahasan perancangan ini.

Bab III Metodologi Perancangan, menjelaskan urutan perancanga. Dalam

perancangan urutan metode prancangan adalah Perencanaan dan Penjelasan Tugas,

Perencanaan Konsep PLTM, Perancangan bentuk PLTM, Perencanaan Detail

PLTM

Bab IV Analisa dan Perhitungan Data, menjelaskan pengolahan data

perancangan, penyajian data hasil perancangan, dan perhitungan komponen dari

PLTM .

Bab V Kesimpulan dan Saran, menjelaskan kesimpulan dari hasil perhitungan

data perancangan serta saran-saran yang dapat dikemukakan.

Sangat disadari bahwa naskah tesis ini masih banyak kekurangannya, oleh

karena itu penulis sangat mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini

lebih sempurna dan bermanfaat bagi yang memerlukannya

Penulis,

xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

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

HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... iv

LEMBAR KONULTASI/ASISTENSI ............................................................. v

LEMBAR KONULTASI/ASISTENSI ............................................................ vi

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN ................................. vii

HALAMAN UCAPAN TERIMAKASIH ..................................................... viii

ABSTRACK ...................................................................................................... xi

ABSTRACT ......................................................................................................... x

KATA PENGANTAR ....................................................................................... xi

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

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

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xv

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

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

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

1.3 Tujuan Penulisan ................................................................................. 3

1.4 Manfaat Penulisan ............................................................................... 4

1.5 Batasan Masalah .................................................................................. 4

1.6 Konsep Desain ..................................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 6

2.1 Kajian Penelitian Terdahulu ................................................................ 6

2.2 Bendungan Tugu.................................................................................. 7

2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM) .................................. 8

2.4 Teori Dasar Aliran (Hidrolika) .......................................................... 11

2.5 Turbin Air .......................................................................................... 19

2.6 Perhitungan Pipa Pesat ...................................................................... 21

2.7 Pemilihan Tipe Turbin ....................................................................... 24

2.8 Turbin Pelton ..................................................................................... 25

xiii

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...................................................... 44

3.1 Tinjauan Umum ................................................................................. 44

3.2 Alur Perancangan Metode Phal Baitz ................................................ 44

3.3 Diagram Alir Metode Phal Baitz ....................................................... 54

BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA ...................................... 56

4.1 Data Umum PLTM ............................................................................ 56

4.2 Perhitungan Konstruksi Pipa ............................................................. 56

4.3 Perhitungan Daya Fluida ................................................................... 64

4.4 Pemilihan Tipe Turbin ....................................................................... 64

4.5 Perhitungan Turbin Pelton ................................................................. 65

4.6 Perhitungan Komponen Turbin ......................................................... 73

4.7 Pemilihan Generator Listrik .............................................................. 91

4.8 Perhitungan Daya Keluaran Turbin ................................................... 91

BAB V KESIMPULAN DAN SARA .............................................................. 92

5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 92

5.2 Saran .................................................................................................. 93

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 95

LAMPIRAN – LAMPIRAN ............................................................................ 97

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Tabel Propertis Fluida .......................................................................... 15

Tabel 2. 2 Tabel koefisien kerugian KL pada minor losses .................................. 19

Tabel 2. 3 Tabel penentuan tipe turbin berdasarkan kecepatan spesifik .............. 25

Tabel 2. 4 Nilai Km dan Kt pada perancangan poros ............................................ 34

Tabel 2. 5 Standar pasak menurut standart IS 2292 dan 2293-1974 ..................... 36

Tabel 2. 6 Tabel Jumlah baut berdasarkan standart IS : 3653 – 1966 ................. 41

Tabel 3. 1 Spesifikasi Konsep Rancangan ............................................................ 46

Tabel 3. 2 Tabel morfologi komponen ................................................................. 47

Tabel 3. 3 Matriks Pengambilan Keputsan Untuk PLTM Tugu ........................... 52

Tabel 4. 1 Data Umum Perhitungan ...................................................................... 56

Tabel 4. 2 Data perhitungan intake ....................................................................... 57

Tabel 4. 3 Data Perhitungan Losses Pada Pipa ..................................................... 61

Tabel 4. 4 Data Perhitungan Turbine Pleton ......................................................... 65

Tabel 4. 5 Data perhitungan poros ........................................................................ 73

Tabel 4. 6 Data perancangan transmisi ................................................................. 79

Tabel 4. 7 Data perhitungan umur bantalan .......................................................... 84

Tabel 4. 8 Spesifikasi generator ............................................................................ 91

xv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. 1 Konsep desain PLTM ......................................................................... 5

Gambar 2. 1 Denah lokasi Bendungan Tugu Trenggalek (Sumber: Google Eart) . 7

Gambar 2. 2 Komponen PLTM (Sumber: kajianpustaka.com) .............................. 9

Gambar 2. 3 Aliran pada lubang reservoir (Sumber: Hussian et al., 2008) .......... 12

Gambar 2. 4 Skema instalasi turbin (Sumber: Hussian et al., 2008) .................... 13

Gambar 2. 5 Aliran fluida pada penampang beda ................................................. 14

Gambar 2. 6 aliran pada pipa bercabang (riandamesin13.blogspot.com) ............. 14

Gambar 2. 7 Aliran laminar (Sumber: learningfluidmechanics.blogspot.com) ... 16

Gambar 2. 8 Aliran Turbulrn (Sumber: learningfluidmechanics.blogspot.com) .. 16

Gambar 2. 9 Gambar diagram Moody (Sumber: Munson et al., 2003) ................ 18

Gambar 2. 10 Klasifikasi turbin ............................................................................ 20

Gambar 2. 11 Tegangan Sirkumferensial pada Pipa (www.idpipe.com) .............. 22

Gambar 2. 12 Tegangan Longitudinal Pada Pipa (Sumber: slideplayer.info) ...... 23

Gambar 2. 13 Grafik pemilihan turbi grafik pemilihan turbin berdasarkan head (H)

dan kapasitas aliran (Q) .................................................................. 24

Gambar 2. 14 Runner turbin pelton (Sumber: indonesian.hydrotu.com) .............. 26

Gambar 2. 15 Segitiga kecepatan turbin pelton (Sumber: Hussian et al., 2008) .. 28

Gambar 2. 16 Model bucket turbin pelton (Sumber: Eisenring, 1991) ................. 29

Gambar 2. 17 Dimensi nozzle turbin pelton (Sumber: Theint & Myo, 2018) ...... 32

Gambar 2. 18 Gambar pasak berbentuk kotak (Rectangular sunk key) (Sumber: R.S.

Khurmi, 2005) ................................................................................ 35

Gambar 2. 19 Desain flange coupling (Sumber: R.S. Khurmi, 2005) .................. 38

Gambar 3. 1 Diagram Blok Fungsi Komponen PLTM ......................................... 45

Gambar 3. 2 Turbin Pleton (Sumber: Indonesian.alibaba.com)............................ 48

Gambar 3. 3 Turbin Francis (Sumber: cink-hydro-energy.com) ......................... 48

Gambar 3. 4 Turbin Kaplan (Sumber: cink-hydro-energy.com) ......................... 49

Gambar 3. 5 Transmisi (Sumber: Belt indonesian.alibaba.com) .......................... 49

Gambar 3. 6 Kopling Flange (Sumber: indonesian.alibaba.com) ......................... 49

Gambar 3. 7 Transmisi Roda Gigi (Sumber: dokumen.tips) ................................ 50

xvi

Gambar 3. 8 Pipa Galvanis (Sumber: asiatoko.com) ........................................... 50

Gambar 3. 9 Pipa Tembaga (Sumber: www.lancarsaranasukses.com) ................. 51

Gambar 3. 10 Pipa Baja Biasa (Sumbaer: www.indotrading.com )...................... 51

Gambar 3. 11 Diagram alir peracangan ................................................................ 55

Gambar 4. 1 Tegangan tangensial pada pipa ........................................................ 59

Gambar 4. 2 Tegangan Longitudinal Pada Pipa.................................................... 60

Gambar 4. 3 Skema hukum kontinuitas ................................................................ 62

Gambar 4. 4 Grafik pemilihan turbin .................................................................... 64

Gambar 4. 5 Skema turbin pelton (Sumber: yokealjauza.wordpress.com) ........... 65

Gambar 4. 6 Dimensi nozzle turbin pelton ........................................................... 67

Gambar 4. 7 Dimensi bucket ................................................................................. 69

Gambar 4. 8 DBB Bucket .................................................................................... 71

Gambar 4. 9 Kontruksi Poros Turbine .................................................................. 73

Gambar 4. 10 Beban pada runner .......................................................................... 75

Gambar 4. 11 DBB beban pada poros ................................................................... 75

Gambar 4. 12 DBB potongan poros pada titik C .................................................. 76

Gambar 4. 13 Notasi kopling flange ..................................................................... 79

Gambar 4. 14 DBB Pasak ..................................................................................... 83

Gambar 4. 15 Dimensi Bantalan ........................................................................... 85

Gambar 4. 16 Sketsa casing turbin pelton (tampak samping) ............................... 87

Gambar 4. 17 Sketsa casing turbin pelton (tampak atas) ...................................... 87

Gambar 4. 18 DBB pembebanan casing ............................................................... 89

Gambar 4. 19 DBB potongan casing .................................................................... 89

Gambar 4. 20 Potongan casing.............................................................................. 90

Gambar 4. 21 Gambar generator firstall (Sumber: www.xindaenergy.com) ........ 91

95

DAFTAR PUSTAKA

Atono, V. (2016). PERANCANGAN PLTMH KAPASITAS 30 kW, DESA

GIRITIRTA, KEC. PEJAWARAN, BANJARNEGARA, JAWA TENGAH.

Jurnal Power Plane, 4(9), 1689–1699. Retrieved from

http://202.159.8.148:8002/ojs/index.php/powerplant/article/download/151/14

2/

Carson, J. L. (1984). Hydropower Egineerig (1st ed.; Barbara H. PAlubo, ed.). New

Jersey: Pretice Hall, Inc.

DIRJEN KETENAGA LISTRIKAN. (2018). STATISTIK KETENAGALISTRIKAN

2017.

Eisenring, M. (1991). Mikro Peltone Turbines. In Micro Pelton Turbines.

Switzerland: SKAT.

Harinaldi. (2015). Sistem Fluida. jakarta: Penerbit Erlangga.

Hussian, Z., Abdullah, Z., & Alimuddin, Z. (2008). Basic Fluid Mechanics and

Hydraulic Machines. Retrieved from

https://books.google.com/books?id=FABEAQAAIAAJ&pgis=1

Mahendra, B. (2013). Perancangan Pipa Pesat, Dan Daya Keluaran Pembangkit

Listrik Tenaga Air Kokok Putih Desa Bilok Petung Kecamatan Sembalun

Kabupaten Lombok Timur. Dinamika Teknik Mesin, 3(2).

https://doi.org/10.29303/d.v3i2.80

Mantiri. (2018). Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Listrik Minihidro Sungai

Moayat Desa Kobo Kecil Kota Kotamobagu. Jurnal Teknik Elektro Dan

Komputer, 7(3), 227–238.

Munson, B. R., Young, D. F., & Okishi, T. H. (2003). Mekanika Fluida (4th ed.).

Jakarta: Penerbit Erlangga.

Nusyirwan, N. (2017). Kajian Perancangan dan Evaluasi PLTMH Jorong Patamuan

Kabupaten Pasaman dalam Mengatasi Kekurangan Listrik Pedesaan. METAL:

96

Jurnal Sistem Mekanik Dan Termal, 1(1), 40.

https://doi.org/10.25077/metal.1.1.40-46.2017

Pytel, A. (2003). Mechanic of Material. Pacific Grove: Thomson Learning.

R.S. Khurmi. (2005). Machine design. In Handbook of Machinery Dynamics. New

Delhi: Eurasia Publishing House.

Sularso, & Suga, K. (2004). Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen Mesin.

Jakarta: Pradnya Paramita.

Theint, K., & Myo, L. (2018). Design of Speed Control System for Pelton Turbine.

International Journal of Scientific and Research Publications (IJSRP), 8(7),

312–319. https://doi.org/10.29322/ijsrp.8.7.2018.p7950

victor L Streeter. (1996). Mekanika Fluida (8th ed.). Jakarta: Penerbit Erlangga.

Wahyuningdyah, M., Juwono, P. T., & Rispiningtati. (2012). Kajian Peningkatan

Manfaat Pada Bendungan Tugu Kabupaten Trenggalek. Jurnal Teknik

Pengairan, 3(2), 153–163. Retrieved from

https://jurnalpengairan.ub.ac.id/index.php/jtp/article/view/160

Wibowo, Tedi. (2014). PERANCANGAN BENDUNGAN TUGU KABUPATEN

TRENGGALEK. JURNAL KARYA TEKNIK SIPIL, 3, 630–637.