JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT (Q) 0,025 M 3 /S DENGAN VARIASI SUDUT SUDU ROTOR 20º & SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º, 45º Disusun oleh: IBNU FAJRI NIM : D JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2011

2 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA KETINGGIAN (H) 4 M, DEBIT (Q) 0,025 M 3 /S DENGAN VARIASI SUDUT SUDU ROTOR 20º & SUDU STATOR 25º, 30º, 45º Yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan dilingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya. Surakarta, Maret 2011 Yang menyatakan, Ibnu Fajri

3 HALAMAN PERSETUJUAN Tugas Akhir ini berjudul RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN DENGAN KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT 0,025 M 3 /S DENGAN VARIASI SUDUT SUDU ROTOR 20º DAN SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º, 45º, telah disetujui oleh pembimbing untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh derajat Sarjana (Strata 1) Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Dipersiapkan oleh: Nama : IBNU FAJRI Nim : D Disetujui pada: Hari :.. Tanggal :.. Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping (Ir. Sartono Putro, MT) (Ir. Subroto, MT)

4 HALAMAN PENGESAHAN Tugas Akhir ini berjudul RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN DENGAN KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT 0,025 M 3 /S DENGAN VARIASI SUDUT SUDU ROTOR 20º DAN SUDUT SUDU STATOR 25º, 30º, 45º telah dipertahankan dihadapan dewan penguji dan disahkan sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dipersiapkan Oleh: Nama : IBNU FAJRI Nim : D Disahkan pada Hari : Tanggal : Tim Penguji Ketua : Ir. Sartono Putro, MT ( ) Anggota 1 : Ir. Subroto, MT ( ) Anggota 2 : Amin Sulistyanto, ST ( ) Mengetahui, Dekan Ketua Jurusan Ir. Agus Riyanto, MT Ir. Sartono Putro, MT iv

5 LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR v

6 HALAMAN MOTTO Dan bahwasannya seorang manusia tiada memperoleh selain apa yang diusahakannya. Dan bahwasannya usahanya itu kelak akan diperlihatkan (Kepada-Nya). (QS An-Najm : 39-40) Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan (QS Al-Insyirah : 6) Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain. (QS Al-Insyirah : 7) Bekerjalah untuk duniamu seakan-akan kau hidup selamanya, beribadahlah untuk akhiratmu seakan-akan kau mati besok. ( Al Hadist ) Bermaksud mencelakakan diri, bila telah merasa cukup dengan ilmu yang dimiliki dan tidak pernah merasa cukup dengan harta yang vi

7 HALAMAN PERSEMBAHAN Dengan penuh harap ridho Allah SWT teriring perasaan syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang abadi, Aku mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada : Bapak ( Marwan ) dan Ibu ( Hanti ) yang dengan segala kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya, senantiasa mendukung, membimbing dan mendo akanku. Keluargaku ( mbak mira, mbak ida, mas bayu, mas nanang ) dan keluarga semua yang sudah bantu dan suport untuk saya. Sahabatku (teman-teman angkatan 2006 teknik mesin yang selalu kompak, saling mendukung dan berbagi tidak akan saya lupakan ) Almamater ( Universitas Muhammadiyah Surakarta ) Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang telah membimbing saya didalam perkuliah. Bapak Dosen pembimbing akedemik Ir. Bibit Sugito. MT., Bapak Dosen pembimbing satu tugas akhir Ir. Sartono Putro, MT., dan Bapak Dosen pembimbing dua tugas akhir Ir. Subroto, MT., saya berterima kasih atas penggarahan dan bimbingan yang banyak diberikan di Universitas Muhammadiyah Surakarta. vii

8 KATA PENGANTAR Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Sholawat dan salam semoga selalu dilimpahkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW, beserta keluarga dan sahabat-sahabatnya, Amien. Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak secara moril maupun materiil. Oleh karena itu pada kesempatan ini, penulis sampaikan rasa terimakasih yang tulus, kepada : 1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Dosen Pembimbing I yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini 4. Bapak Ir. Subroto, MT., selaku Dosen Pembimbing II yang telah meluangkan banyak waktu untuk memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 5. Bapak, Ir. Bibit Sugito, MT., selaku Pembimbing Akademik. 6. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta staf Tata Usaha Fakultas Teknik

9 7. Bapak (Marwan) yang telah memberikan kasih sayang, mendidik dan membesarkan penulis. 8. Ibu (Hanti) yang senantiasa mencintai, menyayangi, memberikan dukungan dan mendo akan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 9. Kakak-kakakku ( mbak mira, mbak ida) yang selalu memberikan dukungan dan do a. 10. Teman angkatan 2006 yang sudah banyak membantu saya dan mendukung saya dalam perkuliahan selama di Universitas Muhammadiyah Surakarta. 11. Teman saya fendy, eko, agus, fery, teman-teman praktikum Hidrodinamika, Bp.Suwardi ( PBS Solo ) Mas Joko ( Lab Teknik Sipil ) yang telah banyak membantu saya dalam melakukan penelitian ini dilapangan. Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu, dana, literature yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki. Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca. Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin. Surakarta, Maret 2011 Penulis

10 RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN TURBIN KAPLAN PADA KETINGGIAN (H) 4 M DEBIT (Q) 0,025 M 3 /S DENGAN VARIASI SUDUT SUDU ROTOR 20 0 & SUDUT SUDU STATOR 25 0, 30 0, 45 0 Ibnu Fajri, Sartono Putro, Subroto Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A.Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura. ibnufajri18@yahoo.co.id ABSTRAKSI Turbin Kaplan adalah mesin konversi energi dengan air sebagai fluida kerjanya. Dalam rancang bangun Turbin Kaplan perlu diperhatikan besar kecilnya debit aliran serta ketinggian air jatuh. Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah mendapatkan desain Turbin Kaplan dengan sudut sudu rotor 20 0 dan stator 25 0, 30 0, Pengujian Turbin kaplan ini mengacu pada data pengukuran yang diperoleh dari survey aliran air di Desa Nogosaren, Kecamatan Getasan, Kabupaten Semarang yaitu dengan ketinggian (H) 4 m debit (Q) 0,025 m 3 /s dengan sudut sudu rotor 20 0 dan stator 25 0, 30 0, 45 0 dengan diameter luar turbin (D I ) = 13,8 cm, diameter pada leher poros turbin (D n ) = 5,7 cm, diameter tengah turbin (D m ) = 9,5 cm. Dari hasil pengujian turbin Kaplan diperoleh hasil putaran turbin dari sudut sudu rotor 20 0 dan stator 25 0 pada putaran tertinggi 602,2 rpm dengan debit 24,1 dm 3 /s, sedangkan putaran terendah pada sudut sudu rotor 20 0 dan stator 25 0 pada putaran 104 rpm dengan debit 20,1 dm 3 /s. Kata kunci : turbin kaplan, sudu turbin, putaran turbin

11 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... I PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI... II HALAMAN PERSETUJUAN... III HALAMAN PENGESAHAN... IV LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR... V HALAMAN MOTTO... VI HALAMAN PERSEMBAHAN... VII INTISARI...VIII KATA PENGANTAR...IX DAFTAR ISI... XI DAFTAR GAMBAR...XIV DAFTAR TABEL... XVI BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penulisan Manfaat Penelitian Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 5 BAB II. DASAR TEORI 2.1 Kajian Pustaka Energi Air Klasifikasi Turbin Air Turbin Kaplan Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Kecepatan Spesifik Berdasarkan Perbandingan Karakteristik Turbin Berdasarkan Debit dan Head Berdasarkan Efisiensi dan Daerah Kerja Kecepatan Spesifik

12 2.5 Kecepatan Keliling Turbin Kecepatan Keliling Turbin Bagian Luar Sudu Kecepatan Keliling Bagian Leher Poros Sudu Kecepatan Keliling Bagian Tengah Sudu Diameter Turbin Diameter Luar Sudu Turbin Diameter Leher Poros Sudu Turbin Diameter Tengah Sudu Turbin Segitiga Kecepatan Kecepatan Keliling Kecepatan Aliran Profil Sudu Profil Sudu Bagian Luar Profil Sudu Bagian Tengah profil sudu bagian leher poros Tinggi Sudu Pengarah Daya Turbin Gaya Aksial Efisiensi BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian Bahan dan Alat Tahapan Penelitian Instalasi Penelitian Lokasi Penelitian Analisa Perhitungan Kecepatan Spesifik Kecepatan Keliling Turbin Diameter Turbin Segitiga Kecepatan Tinggi Sudu Pengarah Daya Turbin Gaya Aksial... 49

13 3.6.8 Efisiensi Gambar Rancangan Turbin Kaplan Metode Pengujian Turbin Kaplan BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa Grafik dan Pembahasan Data putaran hasil pengujian sudu rotor 20 0 dan sudu stator Data putaran hasil pengujian sudu rotor 20 0 dan sudu stator Data putaran hasil pengujian sudu rotor 20 0 dan sudu stator Data putaran hasil pengujian sudu rotor 20 0 dan sudu stator 25 0,30 0, BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

14 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Diagram Klasifikasi Turbin Air Gambar 2.2. Turbin Kaplan Gambar 2.3. Turbin Kaplan dengan Sudu Jalan yang Dapat Diatur Gambar 2.4. Perbandingan Bentuk Sudu Turbin Berdasarkan Kecepatan Spesifik Gambar 2.5. Grafik Perbandingan Karakteristik Turbin Gambar 2.6. Tinggi Jatuh Air Aktual Untuk Turbin Tekanan Sama Gambar.2.7. Tinggi Jatuh Air Aktual Untuk Turbin Tekanan Lebih Gambar 2.8. Grafik Pembebanan Turbin Gambar 2.9. Sket Turbin Kaplan Gambar Sket Profil Sudu Gambar Segitiga Kecepatan Bagian Luar Gambar Koefisien Gaya Angkat dan Tahanan Gambar Grafik Kecepatan Spesifik Gambar Segitiga Kecepatan Bagian Tengah Gambar Segitiga Kecepatan Bagian Leher Poros Gambar 3.1. Skema Diagram Alir Gambar 3.2. Theodolith... 32

15 Gambar 3.3. Bak Ukur Gambar 3.4. Hydrometer Gambar 3.5. Tachometer Gambar 3.6. Stopwatch Gambar 3.7. Instalasi Penelitian Gambar 3.8. Sket Turbin Gambar 3.9. Segitiga Kecepatan Bagian Tengah Gambar Segitiga Kecepatan Bagian Leher Poros Gambar 3.11.Segitiga Kecepatan Bagian Luar Gambar Rotor Turbin Kaplan Gambar Komponen Turbin Kaplan Gambar Katup Pengatur Debit Gambar Sudu Rotor 20 dan Stator Gambar Sudu Rotor 20 dan Stator Gambar Sudu Rotor 20 dan Stator Gambar 4.1. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 20 dan Stator Gambar 4.2. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 20 dan Stator Gambar 4.3. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 20 dan Stator Gambar 4.4. Hubungan Putaran dengan Debit Pada Rotor Rotor 20 dan Stator 25, 30,

16 DAFTAR GRAFIK Grafik 1. Sudu Rotor 25 dan Stator Grafik 2. Sudu Rotor 25 dan Stator Grafik 3. Sudu Rotor 25 dan Stator Grafik 4. Sudu Rotor 25 dan Stator 25, 30,

17 DAFTAR TABEL Tabel 1. Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Kecepatan Spesifik...14 Tabel 2. Pemilihan Jenis Turbin Berdasarkan Tinggi Jatuh Air Tabel 3. Perhitungan Segitiga Kecepatan Tabel 4. Debit Terukur dengan Menggunakan Variasi Tabel 5.Data Putaran hasi pengujian Sudu Rotor 20 dan Sudu Stator Tabel 6.Data Putaran hasi pengujian Sudu Rotor 20 dan Sudu Stator Tabel 7.Data Putaran hasi pengujian Sudu Rotor 20 dan Sudu Stator