STUDI EXPERIMENTAL VARIASI BENTUK SUDU DAN SUDUT

TERHADAP KINERJA TURBIN PELTON

SKRIPSI

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat

Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu (S1)

Pada Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Ponorogo

PUTRA AJI PRATAMA

NIM. 17511130

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PONOROGO

2021

vii

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

“Skripsi Kuwi Digarap, Ora Dipikir”

(Putra Aji Pratama)

“Hidup Bagaikan Air Mengalir, Teruslah Maju Menuju Tujuan”

Air Yang Bermula Dari Mata Air, Mengalir Menuju Lautan.

Banyak Rintangan-Rintangan Yang Dihadapinya Menuju Tujuan Tersebut.

Melewati Bebatuan, Melalui Arus Yang Deras.

Bersama-Sama Material Lain, Bercampur Dengan Sampah.

Bersama Rombongannya Menuju Ke Satu Tujuan Yaitu Menuju Ke Laut.

(Putra Aji Pratama)

“Aku Tidak Berusaha Menjadi Lebih Baik Dari Orang Lain. Namun Aku

Berusaha Menjadi Lebih Baik Dari Diriku Yang Kemarin”

(Pidi Baiq)

“Karena Kita Masih Bernafas, Semoga Tidak Lupa Untuk Bersyukur Sebelum

Mengeluh, Memberi Sebelum Meminta, Berdoa Sebelum Berjuang”

(Fiersa Besari)

“Dunia Ini Ibarat Bayangan, Jika Kamu Berusaha Menangkapnya Ia Akan Lari.

Tapi Jika Kamu Membelakanginya, Ia Tak Punya Pilihan Selain Mengikutimu”

(Ibnu Qayyim Al Jauziyyah)

Skripsi Ini Saya Persembahkan Teruntuk :

Allah Swt Yang Meridhoi Selesainya Skripsi Ini

Kedua Orang Tuaku Yang Selalu Support

Serta Pendamping Hidupku Yang Masih Dijaga Orang Lain

viii

STUDI EXPERIMENTAL VARIASI BENTUK SUDU DAN SUDUT

TERHADAP KINERJA TURBIN PELTON

Putra Aji Pratama, Muh. Malyadi, Yoga Arob Wicaksono

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Ponorogo

e-mail : putraaji.pratama1998@gmail.com

ABSTRAK

Indonesia sebagai negara yang terletak digaris khatulistiwa, dengan

wilayah Indonesia yang begitu beragamnya sumber energi alternatif. Air

merupakan salah satu energi alternatif yang sangat melimpah di Indonesia. Turbin

Pelton menjadi pilihan terbaik untuk memanfaatkan sumber energi air dengan spesifikasi memiliki luas aliran yang sempit dan kecepatan aliran yang tinggi.

Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh dari variasi bentuk

sudu dan sudut terhadap kinerja turbin pelton yang dihasilkan melalui besar

pembebanan. Turbin air yang digunakan berjenis poros vertikal dengan tipe

Turbin Pelton dengan variasi Sudu Semi-Circle, Sudu Elliptic 1, Sudu Elliptic 2.

Berdasarkan hasil pengujian dan analisis data variasi bentuk sudu dan sudut pada

turbin pelton dapat disimpulkan bahwa kecepatan putaran terbaik pada beban 300

gram diperoleh pada jenis sudu Semi-Circle dengan hasil sebesar 555,8 Rpm dan

terendah pada sudu jenis Elliptic 2 sebesar 414,8 Rpm. Pada beban 600 gram

diperoleh Rpm tertinggi pada jenis sudu Elliptic 1 dengan hasil 318,8 Rpm.

Efisiensi terbaik pada beban 300 gram diperoleh pada jenis sudu Semi-Circle

dengan hasil sebesar 62 % dan terendah pada sudu jenis Elliptic 2 sebesar 48,8 %.

Pada beban 600 gram diperoleh efisiensi tertinggi pada jenis Elliptic 1 dengan

hasil 68,5 % dan terendah pada sudu jenis Semi-Circle sebesar 51,8 %. torsi

terbaik pada beban 300 gram diperoleh pada jenis sudu Elliptic 1 dengan hasil

sebesar 1,0166 N.m dan terendah pada sudu jenis Semi-Circle sebesar 0,8905

N.m. Pada beban 600 gram diperoleh torsi tertinggi pada jenis Elliptic 1 dengan

hasil 1,4313 N.m dan terendah pada sudu jenis Semi-Circle sebesar 1,2974 N.m.

daya terbaik pada beban 300 gram diperoleh pada jenis sudu Semi-Circle dengan

hasil sebesar 61,9 watt dan terendah pada sudu jenis Elliptic 2 sebesar 48,7 watt.

Pada beban 600 gram diperoleh daya tertinggi pada jenis Elliptic 1 dengan hasil

68,4 watt dan terendah pada sudu jenis Semi-Circle sebesar 51,7 watt. Hasil

pengujian di atas menunjukkan bahwa, bentuk sudu yang dapat menghasilkan

hasil yang maksimal adalah bentuk sudu yang terdapat pembelah tekanan airnya,

dimana bentuk tersebut terdapat di sudu Elliptic 1 yang mempunyai sudut 108°

dan Elliptic 2 yang mempunyai sudut 85°. Dan untuk bentuk sudut yang

menghasilkan secara maksimal adalah bentuk sudut Elliptic 1 dengan sudut 108°

dimana saat diberi beban 600 gram mampu menghasilan Rpm tertinggi sebesar

383,2 Rpm, hasil tersebut disebabkan laju aliran fluida di sudu IN 0,467 m/s dan

OUT 1,203 m/s.

Kata Kunci : Turbin Pelton, Variasi Sudu Dan Sudut, Sudu Semi-Circle,

Sudu Elliptic 1, Sudu Elliptic 2, Rpm, Efisiensi, Torsi, Daya.

ix

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan rahmat, taufik serta

hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir Skripsi ini dengan

tepat waktu. Judul dari Tugas Akhir ini adalah “Studi Experimental Variasi

bentuk sudu dan sudut Pada Bucket Terhadap Kinerja Turbin Pelton”.

Tugas Akhir Skripsi ini disusun sebagai syarat Kelulusan pada Program

Studi Teknik Mesin jenjang Strata Satu (S1) Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Ponorogo.

Pada penyusunan Tugas Akhir Skripsi ini, telah banyak melibatkan

beberapa pihak yang sangat membantu dan mendukung dalam berbagai hal. Maka

dari itu, penulis ucapkan banyak terima kasih kepada :

1. Dr. Happy Susanto, M.A. selaku Rektor Universitas Muhammadiyah

Ponorogo.

2. Bapak Edy Kurniawan, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Ponorogo.

3. Bapak Yoga Arob Wicaksono, S.Pd., M.T. selaku Ketua Program Studi

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Ponorogo serta selaku Dosen

Pembimbing II.

4. Bapak Ir. Muh. Malyadi, M.M. selaku Wakil Rektor III Universitas

Muhammadiyah Ponorogo serta selaku Dosen Pembimbing I.

5. Yoyok Winardi, S.T., M.T. selaku Kepala Laboratorium Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Ponorogo.

6. Krisna Slamet Rasyid, S.T, selaku Laboran Laboratorium Teknik Mesin,

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Ponorogo.

7. Bapak dan Ibu Dosen Program Studi Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Ponorogo yang penuh dengan kesabaran serta ketulusan hati

memberikan bekal ilmu selama perkualihan di Universitas Muhammadiyah

Ponorogo.

8. Orang Tua tercinta yang telah memberikan doa serta dukungan kepada

penulis.

9. Teman-teman bengkel GOIB SPEED Ponorogo.

10. Teman-teman BAKORWIL UTARA.

x

11. Teman-teman Kwarran Jenangan.

12. Teman-teman DKR Jenangan.

13. Teman-teman DKC Ponorogo.

14. Teman-teman Himpunan Mahasiswa Mesin angkatan 2018-2019 Universitas

Muhammadiyah Ponorogo.

15. Teman-teman Forum Mahasiswa Mesin Indonesia Wilayah VIIA Jawa

Timur.

16. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2017 Universitas Muhammadiyah

Ponorogo serta semua pihak yang telah banyak membantu dalam penyusunan

skripsi ini.

Penulis telah berusaha semaksimal mungkin dalam menyelesaikan Tugas

Akhir Skripsi ini, akan tetapi penulis sadar bahwa Tugas Akhir Skripsi ini masih

jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat

membangun senantiasa penulis harapkan. Semoga Tugas Akhir Skripsi ini

bermanfat bagi kita semua. Amin.

Ponorogo, 27 Juli 2021

Putra Aji Pratama

NIM. 17511130

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. ii

PERNYATAAN ORISINALITAS SKRIPSI ........................................................ iii

HALAMAN BERITA ACARA UJIAN SKRIPSI ................................................. iv

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

BIMBINGAN SKRIPSI .......................................................................................... v

BERITA ACARA .................................................................................................. vi

BIMBINGAN SKRIPSI ......................................................................................... vi

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ........................................................................ vii

ABSTRAK ........................................................................................................... viii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi

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

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

DAFTAR GRAFIK ............................................................................................. xvii

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xviii

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

PENDAHULUAN................................................................................................... 1

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

1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ............................................................................................ 2

1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian ......................................................................................... 3

BAB II ..................................................................................................................... 4

TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................................... 4

2.1 Pengertian Dasar Turbin Air ......................................................................... 4

2.2 Turbin Pelton ................................................................................................. 5

2.3 Prinsip Dasar dan Cara Kerja Turbin Pelton ................................................. 8

2.4 Penelitian Sebelumnya .................................................................................. 8

2.5 Dasar Teori .................................................................................................. 32

BAB III.................................................................................................................. 41

METODE PENELITIAN ...................................................................................... 41

3.1 Tempat Pelaksanaan .................................................................................... 41

xii

3.2 Alat dan Bahan Penelitian ........................................................................... 41

3.3 Desain Sudu Penampang Turbin Pelton ...................................................... 47

3.4 Prosedur Pembuatan .................................................................................... 48

3.5 Prosedur Penelitian ...................................................................................... 49

3.6 Metode Analisis Data .................................................................................. 49

3.7 Diagram Alur Penelitian .............................................................................. 50

3.8 Jadwal Pelaksanaan Penelitian .................................................................... 51

BAB IV ................................................................................................................. 52

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ........................................................... 52

4.1 Hasil Data Percobaan .................................................................................. 52

4.2 Pengolahan Data Perhitungan...................................................................... 52

4.3 Menghitung Segitiga Kecepatan Aliran Sudu ............................................. 54

4.4 Performa Pengujian Variasi Sudu dan Sudut Turbin Pelton ....................... 56

4.5 Perbandingan Penelitian Sebelumnya.......................................................... 61

4.6 Pembahasan Hasil Penelitian ....................................................................... 63

BAB V ................................................................................................................... 66

KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 66

5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 66

5.2 Saran ............................................................................................................ 67

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 68

LAMPIRAN .......................................................................................................... 69

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Data hasil rata-rata variasi 2 sudu ....................................................... 27

Tabel 2.2 Data hasil rata-rata variasi 3 sudu ....................................................... 27

Tabel 2.3 Data hasil rata-rata variasi 4 sudu ....................................................... 27

Tabel 2.4 Data hasil rata-rata variasi 5 sudu ....................................................... 28

Tabel 2.5 Data hasil rata-rata variasi 6 sudu ....................................................... 28

Tabel 3.1 Tabel Jadwal Pelaksanaan Penelitian .................................................. 51

Tabel 4.1 Data hasil rata-rata variasi 2 sudu ....................................................... 61

Tabel 4.2 Data hasil rata-rata variasi 3 sudu ....................................................... 62

Tabel 4.3 Data hasil rata-rata variasi 4 sudu ....................................................... 62

Tabel 4.4 Data hasil rata-rata variasi 5 sudu ....................................................... 62

Tabel 4.5 Data hasil rata-rata variasi 6 sudu ....................................................... 62

Tabel 4.6 Data hasil rata-rata Variasi Sudu Semi-Circle .................................... 63

Tabel 4.7 Data hasil rata-rata Variasi Sudu Elliptic 1 ......................................... 63

Tabel 4.8 Data hasil rata-rata Variasi Sudu Elliptic 2 ......................................... 63

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar .: 2.1 Perbandingan Karakteristik Turbin ................................................. 4

Gambar : 2.2 Rumah Turbin Pelton Skala Laboratorium ..................................... 6

Gambar : 2.3 Nozel Turbin Pelton ........................................................................ 6

Gambar : 2.4. Sudu Turbin Pelton ....................................................................... 7

Gambar : 2.5 Ilustrasi roda pelton pertama ........................................................... 9

Gambar : 2.6 Sketsa bucket yang memiliki potongan diterbitkan

pada tahun 1937 .................................................................................... 9

Gambar : 2.7 Sketsa nozel yang dikendalikan oleh katup tombak

diterbitkan pada tahun 1991 ................................................................. 10

Gambar : 2.8 Sketsa poros vertikal multi-jet pelton diterbitkan

pada tahun 1937 .................................................................................... 10

Gambar : 2.9 Tata letak khas turbin pelton modern .............................................. 11

Gambar : 2.10 Desain Bucket ............................................................................... 13

Gambar : 2.11 Simulasi CFD desain bucket Elliptic ............................................ 14

Gambar : 2.12 Variasi Sudut ................................................................................. 15

Gambar : 2.13 Variasi Sudu .................................................................................. 15

Gambar : 2.14 Bentuk Sudu .................................................................................. 16

Gambar : 2.15 Variasi bentuk model sudu turbin ................................................. 17

Gambar : 2.16 Distribusi Tegangan Putaran Impeller dan Medan Tekanan ......... 18

Gambar : 2.17 Aliran Air Dinamis Didalam Model Tes Turbin Pelton................ 19

Gambar : 2.18 Perbedaan Efek Penempatan Jet Sejajar Dan Tidak Sejajar ......... 20

Gambar : 2.19 Investigasi Variasi Sudu ................................................................ 21

xv

Gambar : 2.20 Perbedaan Model Sudu Turbin Turgo Dan Turbin Pelton ............ 21

Gambar : 2.21 Dua Desain runner Turbin Pelton ................................................. 22

Gambar : 2.22 Desain Bentuk Dan Sudut Sudu Turbin Pelton ............................. 23

Gambar : 2.23 Variasi Turbin Air Savonius 2 sudu .............................................. 24

Gambar : 2.24 Variasi Turbin Air Savonius 3 sudu .............................................. 25

Gambar : 2.25 Variasi Turbin Air Savonius 4 sudu .............................................. 25

Gambar : 2.26 Variasi Turbin Air Savonius 5 sudu .............................................. 26

Gambar : 2.27 Variasi Turbin Air Savonius 6 sudu .............................................. 26

Gambar : 2.28 Segitiga Kecepatan pada Sudu Turbin Impuls .............................. 36

Gambar : 2.29 Impeller ......................................................................................... 37

Gambar : 2.30 Segitiga Aliran Kecepatan............................................................. 38

Gambar : 2.31 Segitiga Kecepatan Aliran Fluida Masuk Impeller ....................... 39

Gambar : 2.32 Segitiga Kecepatan Aliran Fluida Keluar Impeller ....................... 40

Gambar : 3.1 Pompa .............................................................................................. 41

Gambar : 3.2 Flow Meter ...................................................................................... 42

Gambar : 3.3 Pressure Gauge ................................................................................ 42

Gambar : 3.4 Force Gauge .................................................................................... 43

Gambar : 3.5 Tachometer ...................................................................................... 43

Gambar : 3.6 Mistar Baja ...................................................................................... 44

Gambar : 3.7 Jangka Sorong ................................................................................. 44

Gambar : 3.8 Beban Berkait .................................................................................. 45

Gambar : 3.9. Sudu Semi-Circle ........................................................................... 47

Gambar : 3.10. Sudu Elliptic 1 .............................................................................. 47

xvi

Gambar : 3.11. Sudu Elliptic 2 ............................................................................... 48

Gambar : 3.12. Diagram Alur Penelitian ............................................................... 50

xvii

DAFTAR GRAFIK

Grafik 2.1 Hubungan antara Rpm dengan Koefisien Torsi................................... 28

Grafik 2.2 Hubungan antara Rpm dengan Efisiensi.............................................. 30

Grafik 4.1 Hubungan antara Beban dengan Rpm ................................................. 56

Grafik 4.2 Hubungan antara Beban dengan Efisiensi ........................................... 57

Grafik 4.3 Hubungan antara Beban dengan Torsi ................................................. 59

Grafik 4.4 Hubungan antara Beban dengan Daya ................................................. 60

xviii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Dokumentasi Proses Pembuatan Sudu ............................................. 68

Lampiran 2. Dokumentasi Penataan Alat Eksperimen ......................................... 69

Lampiran 3. Dokumentasi Pengambilan Data Pengujian ..................................... 70

Lampiran 4. Tabel Rata-Rata Perhitungan Data Performa Turbin Pelton ............ 71

Lampiran 5. Tabel Hasil Pengambilan dan Perhitungan Data Turbin Pelton ....... 72