PERANCANGAN TURBIN AIR CROSS FLOW

DEBIT (Q) = 0,22 M3/DET DAN HEAD (H) = 1,5 M

SKRIPSI

Diajukan Kepada

Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan

Memperoleh Gelar Sarjan Teknik Mesin

Disusun Oleh:

TRIYO ARYONO

201410120311111

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TENIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2019

KATA PENGANTAR

Bismillahirrohmanirrohim.

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Puji syukur alhamdulillah kehadirat ALLAH SWT atas limpahan rahmat dan

hidayah-Nya penulis dapat melakukan kegiatan perancangan dan penyusunan tugas

akhir yang berjudul Perancangan Turbin Cross Flow Debit (Q) = 0,22 m3/det

dan Head (H) = 1,5 meter tanpa adanya kendala sehingga penulisan tugas akhir

ini terselesaikan dengan baik dan lancar. Penyusunan tugas akhir ini digunakan

untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh gelar Sarjana Teknik di

jurusan Teknik Mesin Univesitas Muhammadiyah Malang.

Penyusunan tugas akhir ini tidak berjalan lancar tanpa bantuan, bimbingan

dan pengarahan yang baik, maka pada kesempatan ini penulis mengucapkan banyak

terimakasih kepada :

1. Bapak Murjito, ST, MT selakau Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Malang.

2. Bapak Ir. Trihono Sewoyo, MT selaku dosen pendamping I yang telah

meluangkan waktu dan tenaga dalam memberikan saran dukungan serta bantuan

dalam penyusunan tugas akhir ini.

3. Bapak Budiono, S.Si., MT selaku dosen pembimbing II yang mengarahkan

untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

4. Kedua orang tua saya yaitu Ibu Karmijah dan Bapak Tugiyo yang selalu

memberikan dukungan, baik dukungan materi maupun dukungan yang lainnya,

serta dukungan do’a yang tiada berhenti.

5. Kakak kembar saya Saudari Ika Fajar Dwi Nur Setiawati dan Saudari Ika Fajar

Dwi Nur Handayani yang selalu berperan dalam memberikan semangat.

6. Anggun Prastika sebagai teman hidup saya yang selalu memberikan motivasi

dan semangat.

7. Teman-teman Jurusan Teknik Mesin yang selalu memberikan semangat dan

doanya serta bekerja sama dalam segala hal senang maupun sedih.

8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah

memberikan masukkan yang bermanfaat.

ix

Penyusunan tugas akhir ini penulis sangat menyadari sepenuhnya bahwa

masih jauh dari sempurna oleh sebab itu, penulis mengharapkan saran dan kritik

dari pembaca tugas akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga tugas akhir ini

dapat memberikan manfaat kepada semua pihak.

Billahittaufiq Wal Hidayah

Wassalamu’alaikum Wr. Wb

Malang, 24 Oktober 2019

Penulis,

Triyo Aryono

201410120311111

x

DAFTAR ISI

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

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

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

LEMBAR ASISTENSI DOSEN PEMBIMBING I .......................................... iv

LEMBAR ASISTENSI DOSEN PEMBIMBING II ......................................... v

LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................. vi

ABSTRAKSI BAHASA INDONESIA .............................................................. vii

ABSTRAKSI BAHASA INGGRIS ................................................................... viii

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

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

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

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

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

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

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

1.3 Tujuan ....................................................................................................... 2

1.4 Manfaat ..................................................................................................... 2

1.5 Batasan Masalah ....................................................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................... 4

2.1 Teori Dasar Aliran .................................................................................... 4

2.2 Pembangkit Lisrik Tenaga Mikro Hidro ................................................... 5

2.3 Turbin Air ................................................................................................. 6

2.4 Prinsip Kerja Turbin Air ........................................................................... 7

2.5 Klasifikasi Turbin Air ............................................................................... 8

2.6 Berdasarkan Arah Aliran Masuk Turbin ................................................. 16

2.7 Roda Air .................................................................................................. 16

2.8 Klasifikasi Turbin Menurut Daya Yang Dihasilkan ............................... 19

2.9 Prinsip Dasar Peracangan Turbin Crossflow .......................................... 20

2.10 Bagian-bagian Turbin Air Crossflow ...................................................... 27

2.11 Komponen Transmisi Daya .................................................................... 33

xi

BAB III METODE PERANCANGAN .............................................................. 38

3.1 Jenis Perancangan ................................................................................... 38

3.2 Metode Pahl And Beitz ........................................................................... 38

3.3 Penjelasan dan Perencanaan Rancangan Turbin Air Cross Flow ........... 40

3.4 Perancangan Konsep Desain Turbin Air Cross Flow ............................. 41

3.5 Perancangan Bentuk Desain Turbin Air Cross Flow .............................. 46

3.6 Perancangan Detail Desain Turbin Air Cross Flow ............................... 49

BAB IV PERHITUNGAN .................................................................................. 50

4.1 Mencari Debit (Q) dan Head (H) ............................................................ 50

4.2 Daya Air (P) ............................................................................................ 52

4.3 Efisiensi Turbin Air (𝜂) .......................................................................... 53

4.4 Kecepatan Spesifik Turbin Air (ns) ......................................................... 54

4.5 Roda Air Aliran Atas (Overshot) ............................................................ 55

4.6 Diameter dan Lebar Sudu ....................................................................... 57

4.7 Jarak Antara Lingkaran Dalam dan Lingkaran Luar Sudu ..................... 59

4.8 Perhitungan Draft Tube Turbin Air ........................................................ 62

4.9 Perhitungan Rumah Turbin Air .............................................................. 63

4.10 Perhitungan Poros Turbin Air ................................................................ 64

4.11 Perhitungan Bantalan .............................................................................. 69

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 74

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 74

5.2 Saran ....................................................................................................... 75

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 76

LAMPIRAN

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jenis Turbin Bedasarkan Tinggi Air Jatuh (H) .................................... 7

Tabel 3.1 Data Pengukuran Kecepatan Aliran (V) ............................................ 42

Tabel 3.2 Data Luas Penampang (A) ................................................................. 43

Tabel 3.3 Storyboard Perancangan Turbin Air .................................................. 45

Tabel 3.4 Spesifikasi Turbin Air Cross Flow .................................................... 47

Tabel 3.5 Matriks Morfologi Turbin Air Cross Flow ........................................ 48

Tabel 4.1 Jenis Turbin Bedasarkan Tinggi Air Jatuh (H) .................................. 53

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pusat Tenaga Air Tekanan Tinggi di Pegunungan ........................... 4

Gambar 2.2 Situasi Umum PLTMH Yang Biasa Ditemui Di Indonesia ............. 5

Gambar 2.3 Cara Kerja PLTMH Secara Sederhana............................................. 6

Gambar 2.4 Runner Tubin Pelton ........................................................................ 8

Gambar 2.5 Pembelokan PancaranTubin Pelton .................................................. 9

Gambar 2.6 Skema Irisan Penampang Nozzle dan Ember Sudu (atas) dan Bagan

Kecepatan pada Turbin Pelton (bawah) .......................................... 9

Gambar 2.7 Skema Perubahan Head pada Turbin Pelton .................................. 10

Gambar 2.8 Skema Turbin Aliran Ossberger .................................................... 10

Gambar 2.9 Runner Turbin Cross Flow ............................................................. 11

Gambar 2.10 Runner Turbin Cross Flow ............................................................. 11

Gambar 2.11 Kecepatan pada Turbin Aliran Ossberger ...................................... 12

Gambar 2.12 Konstruksi Turbin Cross Flow ....................................................... 12

Gambar 2.13 Turbin Francis tipe Horizontal ....................................................... 13

Gambar 2.14 Turbin Francis tipe Vertikal ........................................................... 14

Gambar 2.15 Skema Turbin Francis dan Perubahan Head .................................. 14

Gambar 2.16 Roda baling-baling Turbin Kaplan ................................................. 15

Gambar 2.17 Skema dua jenis Turbin Propeller, Poros Vertikal (kiri) dan Poros

Horizontal (kanan) ....................................................................... 15

Gambar 2.18 Skema roda air aliran atas .............................................................. 17

Gambar 2.19 Roda air aliran atas dengan 24 buah ember.................................... 17

Gambar 2.20 Roda air aliran tengah (breastshot water wheel) ............................ 18

Gambar 2.21 Roda air aliran bawah ..................................................................... 19

Gambar 2.22 Gaya Aksi atau Gaya Dorong Tumbukan ...................................... 20

Gambar 2.23 Gaya Aksi Sudu Jalan .................................................................... 21

Gambar 2.24 Gaya Aksi Penampang Sudut ......................................................... 21

Gambar 2.25 Aliran Pergerakan Air pada Turbin ................................................ 22

Gambar 2.26 Pergerakan Aliran Air Turbin ........................................................ 23

Gambar 2.27 Defleksi Pergerakan Aliran Air Turbin .......................................... 24

Gambar 2.28 Diagram Kecepatan pada Turbin Aliran Silang ............................. 25

Gambar 2.29 Diagram Kecepatan pada Turbin Aliran Silang ............................. 26

xiv

Gambar 2.30 Kelengkungan Sudu ....................................................................... 28

Gambar 2.31 Alur Pancaran Air dari Sisi Turbin ................................................ 29

Gambar 2.32 Jarak Antar Sudu ............................................................................ 30

Gambar 2.33 Macam-macam Draft Tube ............................................................ 31

Gambar 2.34 Skema Rumah Turbin..................................................................... 33

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Menurut Pahl And Beitz ..................... 39

Gambar 3.2 Diagram Perancangan Turbin Air Cross Flow ............................... 41

Gambar 3.3 Desain Perancangan Turbin Cross Flow ........................................ 49

Gambar 4.1 Grafik Pemilihan Jenis Turbin ....................................................... 52

Gambar 4.2 Kurva Effisiensi Beberapa Turbin Air ........................................... 54

Gambar 4.3 Turbin Banki dan aliran air melalui roda turbin ............................. 55

Gambar 4.4 Runner Turbin Cross Flow ............................................................. 57

Gambar 4.5 Kelengkungan Sudu ....................................................................... 59

xv

DAFTAR PUSTAKA

Arter, A., & Meier, U. (1990). Hydraulics Engineering Manual (I). St. Gallen:

SKAT.

Cross, N. (1942). Engineering Design Method Strategies for Product Design (III).

Chichester: Jhon Wiley & Sons, LTD.

Dietzel, F. (1980). Turbin, Pompa Dan Kompresor. Jakarta: ERLANGGA.

Eisenring, M., Niederuzwil, & Switzerland. (1991). Micro Pelton Turbines (I).

Niederuzwil: SKAT and GATE.

Haimerl, L.A.(1960). The Cross Flow Turbine. Jerman Barat.

Himran, S. (2017). Turbin Air - Teori & Dasar Perencanaan Syukri Himran (I).

Yogyakarta: ANDI.

Joe Cole. (2004). Crossflow Turbine Abstract. OSC Blletin 25 "The Banki

Crossflow Turbine".

Khomsah, A., & Zuliari, E. A. (2015). Analisa Teori : Performa Turbin Cross Flow

Sudu Bambu 5 ” sebagai Penggerak Mula Generator Induksi 3 Fasa. Seminar

Nasional Sains Dan Teknologi Terapan, 79–88.

Mockmore, C. A., & Merryfield, F. (1949). The Banki Water Turbine. Corvalis:

Bulletin Series No. 25.

Nugroho, H. Y. S. ., & Sallata, M. K. (2015). PLTHM (Pembangkit Listrik Tenaga

Mikro Hidro) (I). Yogyakarta: ANDI.

Stolk. (1993). Elemen Mesin (Alih bahasa Hendarsin, Abdul Rachman). Jakarta:

Erlangga.

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

Jakarta: Pradnya Paramita.

76

Suryono, Arismunandar. (1991). Pedoman Rekayasa Tenaga Air. UPT. Hidro.

Wibowo, C. (2005). Langkah Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro

Hidro (PLTMH). Jakarta: Bintang Mas.

Wiranto, Arismunandar. (1997). Penggerak Mula Turbin. Bandung: ITB.

Yuniarti, E. (2012). Rancangan Parameter Turbin Crossflow Generator Sikron Pada

PLTMH Talang Lintang. Berkala Teknik, 2(4), 1–13.

77