i

PERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKIT

LISTRIK MICRO-HYDRO

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada

Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S-1) Teknik Mesin

Disusun Oleh :

Lalu Is Satriadi

NIM : 201010120311049

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMADIYAH MALANG

2017

iii

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK

MICRO-HYDRO

Diajukan Kepada

Universitas Muhammadiyah Malang

Sebagi Salah Satu Persyaratan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjan

Teknik Mesin

Disusun Oleh :

Nama : Lalu Is Satriadi

NIM : 201010120311049

Malang, 20 Juli 2017 Yang Telah disahkan oleh :

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

(Ir. Herry Supriyanto, MT) (Ir. Ali Mokhtar, MT)

Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin

(Ir. Daryono, MT)

iv

BERITA ACARA

BIMBINGAN TUGAS AKHIR ( TA )

Nama : Lalu Is Satriadi

Nomer Induk : 201010120311049

No. ST. Pemb. TA : E.3.d/338/FT/UMM/X/2016 Tgl. ST. TA.

Keluar : 3.oktober - 2016

Judul TA : Perancangan Turbin Pelton Untuk Pembangkit Tenaga Listrik

Mikro-Hydro

Pembimbing I : ( Ir.Herry Supriayanto,MT )

NO Tgl

Konsultasi

Uraian Asistensi TTD

Dosen Pembimbing I

1-3 20-10- 2016

28-11-2016

Pendahuluan

- Lanjut

- Lanjut

4-5 3-03-2017 - Lanjut

6-7 5-03-2017 - Lanjut

8-10 7-03-2017

15-03-2017

- Perbaiki perhitungan gaya

- Buat kesimpulan di Gambar

11-12 10-04-2017 - Buat makalah seminar

Mengetahui Malang, 24 Juli 2017

Ketua Jurusan Teknik Mesin Dosen Pembimbing I,

(Ir. Daryono, M.T.) (Ir.Herry Supriyanto, MT) NIP.108.8909.0124 NIP.108.9109.0234

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

FAKULTAS TEKNIK – JURUSAN TEKNIK MESIN Jl. Raya Tlogomas No. 246Telp. (0341) 464318 – 21Psw. 127

Fax. (0341) 460782 Malang 65144

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

FAKULTAS TEKNIK – JURUSAN TEKNIK MESIN Jl. Raya Tlogomas No. 246Telp. (0341) 464318 – 21Psw. 127

Fax. (0341) 460782 Malang 65144

v

BERITA ACARA

BIMBINGAN TUGAS AKHIR ( TA )

Nama : Lalu Is Satriadi

Nomer Induk : 201010120311049

No. ST. Pemb. TA : E.3.d/338/FT/UMM/X/2016 Tgl. ST. TA.

Keluar : 3.oktober - 2016

Judul TA : Perancangan Turbin Pelton Untuk Pembangkit Tenaga

Listrik Mikro-Hydro

Pembimbing II : ( Ir.Ali Mokhtar,MT )

NO Tgl

Konsultasi

Uraian Asistensi TTD

Dosen Pembimbing II

1-3 24-10-2016 Pada dasarnya topic di setujui

Sumbernya cari data potensi yang ada.

4-5 28-11-2016 Setelah grafik penentuan tipe turbin

6-7 28-02-2016 Dapat di gambar di bab empat

8-10 21-03-2017 Dapat di lanjutkan untuk gambar

11-12 11-04-2017 Dapat di lanjut keseminar hasil

Mengetahui Malang, 24 Juli 2017

Ketua Jurusan Teknik Mesin Dosen Pembimbing II

(Ir. Daryono, M.T.) (Ir. Ali Mokhtar,MT)

NIP.108.8909.0124 NIP.108.9109.0234

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

FAKULTAS TEKNIK – JURUSAN TEKNIK MESIN Jl. Raya Tlogomas No. 246Telp. (0341) 464318 – 21Psw. 127

Fax. (0341) 460782 Malang 65144

vi

SURAT PERYATAAN TIDAK PLAGIAT

Saya yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Lalu Is Satriadi

NIM : 201010120311049

Tempat/ Tanggal Lahir : Montong Gamang 15 - 05 - 1992

Program Studi : Teknik Mesin

Jenjang Studi : S1

Dengan ini menyatakan bahwa :

1. Tugas Akhir ini adalah murni merupakan gagasan, rumusan dan

perancangan saya sendiri, tanpa bantuan pihak lain kecuali arahan dari

Tim Dosen Pembimbing.

2. Dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya atau pendapat yang ditulis

atau dipublikasikan orang lain, kecuali secara tertulis dengan

mencantumkan sebagai acuan dalam naskah dengan menyerahkan nama

pengarang dan dicantumkan dalam daftar pustaka.

Demikianlah peryataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila

kemudian hari terbukti peryataan ini tidak benar, maka saya bersedia

menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar yang telah diberikan

melalui karya tulis ini, serta sanksi lainnya sesuai dengan norma yang berlaku

di perguruan tinggi ini.

Malang, 20 Juli 2017

Yang Menyatakan,

Lalu Is Satriadi

NIM : 201010120311049

vii

PERANCANGAN TURBIN PELTON UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK

TENAGA MIKRO HYDRO

Oleh : Lalu Is Satriadi

( 201010120311049 )

Dosen Pembimbing I : Ir. Herry Suprianto, MT

Dosen Pembimbing II : Ir. Ali Mokhtar, MT

Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang

Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144

ABSTRAKSI

Air sumber energi yang dapat didaur ulang yang dapat dibedakan menurut

tenaga air (hydro power). Suatu energi air penggerak listrik penggerak listrik

bergantung kepada energi potensial air yang kemudian dikonversi menjadi enrgi

mekanis melalui sebuah turbin untuk menggerakkan generator listrik . Indonesia

yang mempunyai sungai – sungai yang cukup bayak jumlahnya, dimana sungai

– sungai tersebut sangat besar untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi

terbarukan. Pembangkit listtrik mikro hydro (PLTMH) merupakan solusi yang

tepat untuk dikembangkan dalam hal ini adalah turbin pelton.

Metode yang digunakan dalam perancangan turbin pelton ini adalahpahl

dan beitz dengan urutan studi perencanaan dan lpenjelasan tugas, perancangan

konsep produk, bentuk produk, perancangan detail . Dalam perancangan detailya

sendiri 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 m3 /s.

Dengan daya sebesar 276 KW dengan dimensi diameter pipa 300 mm dengan

tebal 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 dengan

panjang 224 mm, lebar 232 mm , kedalamn 72 mm, dan lebar bukaa mangkok 80

mm dengan bahan Aliminium.

Kata kunci : Turbin Pelton, Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro (PLTMH)

viii

DESIGN OF PELTON TURBIN FOR MICRO- HYDRO POWER PLANTS

By Then Is Satriadi (201010120311049)

Supervisor I: Ir. Herry Suprianto, MT

Supervisor II: Ir. Ali Mokhtar, MT Department of Mechanical Engineering University of Muhammadiyah Malang

Jl. Raya Tlogomas no. 246 Tel. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144

ABSTRACT

Water sources of recyclable energy that can be distinguished by hydro

power. An electric water drive electric drive energy depends on the potential en-

ergy of the water which is then converted into a mechanical energy through a tur-

bine to drive an electric generator. Indonesia, which has quite a large number of

rivers, 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 in

this case is pelton turbine.

The method used in the design of this pelton turbine is pahl and beitz with

the order of study of planning and duty, product concept design, product form,

detail design. In the detailed design itself consists of several phases, namely litera-

ture studies calculate the turbine power, shaft, nozzle, bucket, runner and bear-

ings.

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 5

mm plate thickness, 75 mm diameter nozzle diameter, 520 mm turbine runner di-

ameter, 150 mm shaft diemeter with S40C steel material and 16 pieces with 224

mm length, 232 width Mm, into 72 mm, and the width of the 80 mm bowl with

Aliminium material.

Keywords: Pelton Turbine, Micro Hydro Power Plant (PLTMH)

ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan kasih dan sayang-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi

yang berjudul “Perancangan Turbin Pelton Untuk Pembangkit Listrik Micro-

Hydro” Maksud dari penyusunan skripsi ini adalah untuk memenuhi salah satu

syarat dalam menempuh ujian sarjana pendidikan pada Fakultas Teknik Program

Studi SI Teknik Mesin di Universitas Muhammadyah Malang.

Dalam penyusunan skripsi ini, banyak pihak yang sangat membantu

penulis dalam berbagai hal. Oleh karena itu, penulis sampaikan rasa terima kasih

yang 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 semangat

pada saya

5. Seluruh Dosen dan staf pengajar dijurusan teknik mesin universitas

muhammadiyah malang.

6. Teman-teman teknik mesin2010 khususnya kelas B selalu memberi

motivasi dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

7. Semua pihak lain yang telah turut ikut membantu dalam menyelesainkan

tugas akhir ini.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa memberikan balasan yang sebesar-

besarnya atas segala kemurnian hati dan kebaikan kepada pihak yang telah

membantu .

Saya menyadari bahwa dalam membuat laporan ini masih banyak

kekurangan dan keterbatasan dalam pembuatan tugas akhir ini, untuk itu saya

sangat berterimakasih atas saran dan kritik yang bersifat membangun sehigga

dapat meningkatkan kemampuan saya di masa yang akan datang.

Malang, 19 April 2017

Penulis

x

DAFTAR ISI

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

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

LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... iii

BERITA ACARA ........................................................................................... v

SURAT PERYATAAN TIDAK PLAGIAT ................................................ vi

ABSTRAKSI .................................................................................................. vii

ABSTRACT .................................................................................................... viii

KATA PENGANTAR ................................................................................... ix

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

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiii

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

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

1.1 Latar belakang .............................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................ 4

1.3 Tujuan Perancangan ..................................................................... 4

1.4 Batasan Masalah ........................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 5

2.1 Energi Air ..................................................................................... 5

2.2 Jenis – jenis PLTA ...................................................................... 6

2.2.1 PLTA jenis terusan aliran sungai (run-of-river) .................. 6

2.2.2 PLTA dengan kolam pengatur (regulatoring pond) ........... 6

2.2.3 PLTA dengan menggunakan waduk (reservoir) ................ 7

2.2.4 PLTA jenis pompa – generator (pomped storage) .............. 8

2.2.5 PLTA Hydroseries .............................................................. 9

2.3 Karakteristik Turbin ..................................................................... 11

2.3.1 Kecepatan Spesifik (ns) ....................................................... 12

2.3.2 Efisiensi Turbin ................................................................... 12

2.3.3 Perubahan Debit air dan Efisiensi dengan Perubahan

Kecepetan ............................................................................ 14

2.3.4 Kecepatan Lari .................................................................... 16

xi

2.3.5 Kapasitas ............................................................................. 17

2.4 Prinsip Pembangkit Tenaga Air ................................................... 18

2.5 Debit Air ....................................................................................... 18

2.5.1 Penentuan Debit Air ............................................................ 19

2.5.1.1 Debit Maksimum ..................................................... 19

2.5.1.2 Jumlah Air Pasti ...................................................... 19

2.6 Head Turbine Air ......................................................................... 20

2.6.1 Gross Head .......................................................................... 20

2.6.2 Net Head atau Effektif Head .............................................. 20

2.7 Klasifikasi Turbin ......................................................................... 20

2.7.1 Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya .. 20

2.7.1.1 Turbin Impuls........................................................... 20

2.7.1.2 Turbin Reaksi .......................................................... 21

2.7.2 Berdasarkan Head dan Kapasitas Air ................................. 21

2.7.3 Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) .................................. 22

2.7.4 Berdasarkan Model Aliran Masuk Air Runner .................. 22

2.7.4.1 Turbin Aliran Tangensial ........................................ 23

2.7.4.2 Turbin Aliran Aksial ............................................... 23

2.7.4.3 Turbin Aliran Aksial – Radial ................................. 24

2.8 Konstruksi Turbin Air .................................................................. 24

2.8.1 Konstruksi Turbin Pelton ..................................................... 24

2.8.1.1 Diagram Alir Perpindahan Energi Pada Turbin’

Pelton ...................................................................... 27

2.8.1.2 Nozzle ..................................................................... 27

2.8.1.2.1 Diameter Jet ................................................ 28

2.8.1.3 Runner dan Bucket (mangkok) ............................... 29

2.8.1.3.1 Diameter runner .......................................... 30

2.8.1.3.2 Bucket (mangkok) ....................................... 30

2.8.1.4 Cassing Turbin (rumah turbin) ................................ 31

2.8.2 Kontruksi Turbin Francis .................................................... 31

xii

BAB III METODOLOGI PERANCANGAN .............................................. 34

3.1 Prosedur Perancangan oleh Gerhad Pahl and Wolfgang Beitz’s .. 34

3.2 Perancanaan dan penjelasan tugas ................................................. 36

3.3 Perancangan konsep produk .......................................................... 36

3.4 Perancangan bentuk ( embodiment design ) ................................. 36

3.5 Perencanaan detail ......................................................................... 37

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...................................... 38

4.1 Data Perancangan. ..................................................................... 38

4.2 Perhiungan Potensial Daya Turbin yang Dihasilkan ................. 38

4.3. Perancangan Pipa Saluran (Penstock) ........................................ 39

4.4 Pemilihan Jenis Turbin .............................................................. 41

4.5 Kecepatan spesifik (ns) ............................................................... 41

4.6 Perhitungan Runner Turbin ....................................................... 45

4.7. Perhitungan Jumlah Mangkok (Bucket) .................................... 45

4.8. Perhitungan Dimensi / Ukuran Mangkok (Bucket) ................... 45

4.9. Perhitungan Gaya Pancar Air Terhadap Mangkok. ................... 47

4.10 Perhitungan poros. ..................................................................... 47

4.11. Perancangan Bantalan ................................................................ 48

4.12. Perancangan Pasak ..................................................................... 49

4.13. Perancangan Baut. ..................................................................... 50

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 52

5.1 Kesimpulan. ................................................................................ 52

5.2. Saran .......................................................................................... 53

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR TABEL

Table 2.1. Efisiensi Turbin Pelton( Sumber : Lal, Jagdish, 1975) .................. 13

Table 2.2. Efisiensi Turbin Francis dan Turbin Kaplan .................................. 13

Tabel 2.3. Tinggi jatuh air dan jenis turbin air. Sumber : Lal, Jagdish, 1975 21

Tabel 2.4. Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional ...................................... 22

Tabel 4.1 : Pemilihan jenis turbin berdasarkan tinggi jatuh air ...................... 43

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Prinsip Kerja Turbin Air ............................................................ 5

Gambar 2.2. PLTA terusan aliran sungai (run-on-river) ................................ 6

Gambar 2.3. PLTA dengan kolam pengatur (regulatoring pond) ................... 7

Gambar 2.4. PLTA yang menggunakan bendungan ....................................... 8

Gambar 2.5. PLTA pompa – generator (pomped storage) .............................. 9

Gambar 2.6. Bendungan Pandan Duri di Desa Suwangi kec. Sakra,

Lombok Timur ........................................................................................ 10

Gambar 2.7. Saluran Irigasi Pandan Duri di Desa Suwangi kec. Sakra,

Lombok Timur ........................................................................................ 10

Gambar 2.8. Peta lokasi Pandan Duri di Desa Suwangi kec. Sakra,

Lombok Timur ........................................................................................ 10

Gambar 2.9. Efisiensi Turbin Menurut Jenis Turbin dan Daya Keluarnya .... 13

Gambar 2.10. Efisiensi dan Debit Sebagai Fungsi Perubahan Kecepatan ...... 14

Gambar 2.11. Efisiensi, Debit dan Daya Keluar sebagai Fungsi Perubahan

Tinggi Jatuh ............................................................................. 16

Gambar 2.12. Turbin Aliran Tangensial ......................................................... 23

Gambar 2.13. Model Turbin Aliran Aksial ..................................................... 23

Gambar 2.14. Model Turbin Aliran Aksial – Radial ..................................... 24

Gambar 2.15. Perubahan tekanan dan tinggi jatuh trbin pelton ...................... 25

Gambar 2.16. Penampang nozzel dan pancaran air ....................................... 25

Gambar 2.17. Konstruksi Turbin Pelton Tegak .............................................. 26

Gambar 2.18. Turbin Pelton Nozzle Tunggal ................................................. 26

Gambar 2.19. Turbin Pelton Nozzle Banyak .................................................. 27

Gambar 2.20. Penampang Nozzle ................................................................... 28

Gambar 2.21. Runner dan Bucket ................................................................... 29

Gambar 2.22. Konstruksi Turbin Francis ........................................................ 31

Gambar 2.23. Turbin Francis Poros Horizontal .............................................. 32

Gambar 2.24. Turbin Francis Poros Vertikal .................................................. 32

Gambar 2.25. Konstruksi Turbin Kaplan ....................................................... 33

Gambar 3.1 : Diagram Aliran Dari Perancangan Turbin Pelton ..................... 35