ANALISA PERFORMANSI TURBIN AIR UNIT 1 KAPASITAS 41 MW DI PLTA RENUN LAPORAN TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 ANALISA PERFORMANSI TURBIN AIR UNIT 1 KAPASITAS 41 MW DI PLTA RENUN LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Oleh VIKA RISTIPLIMIN NIM: JURUSAN TEKNIK MESIN PRODI TEKNIK KONVERSI ENERGI POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa dimana telah memberikan petunjuk, rahmat serta kesehatan dan kekuatan bagi penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Laporan Tugas akhir yang berjudul ANALISA PERFORMANSI TURBIN AIR YANG DIGUNAKAN DI PLTA RENUN ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan mata kuliah Tugas Akhir semester VI Pendidikan Program Diploma III, Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan. Dalam proses pembuatan laporan tugas akhir ini, penulis telah mendapat arahan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik itu berupa material, spiritual, informasi maupun dari segi administrasi. Untuk itu, sudah selayaknya penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Bapak M.Syahruddin,S.T.,M.T, sebagai Direktur Politeknik Negeri Medan 2. Bapak Idham Kamil,S.T.,M.T, sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 3. Bapak Ir. Abdul Razak,M.T sebagai Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan; 4. Bapak Ir. Husin Ibrahim,M.T sebagai dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu dan tenaganya dalam memberikan saran serta petunjuk dalam penyelesaian laporan tugas akhir; 5. Ayahanda O.Ginting dan Ibunda R Br Sembiring, yang selama ini telah memberikan dorongan serta Motivasi baik material, semangat, doa, kasih sayang, serta mendidik dan membesarkan penulis sampai sekarang ini. 6. Adik adik yang telah banyak membantu memberi motivasi dan menghibur penulis agar tidak bosan dan malas mengerjakan tugas akhir ini.yaitu Riska Phillia Ginting dan Ode Jeremia Ginting; 7. Teman Teman Energi 6D yang telah setia menemani ku selama 3 tahun ini,aku sayang kalian sukses buat kita ya teman-teman,jangan lupakan aku; iv

3 8. Seseorang yang special, yang selalu memberikan semangat dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini; 9. Dan kepada seseorang yang jauh disana terimakasih telah menemani aku,memotivasi,dan menjaga aku dari jauh dengan doa; Dalam penulisan ini, penulis menyadari masih terdapat kekurangan baik dari Segi Pembuatannya maupun dari segi pembahasannya dan penyajiannya. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik serta saran yang sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhirnya Penulis Mengucapkan terima kasih, dan semoga bermanfaat bagi pembaca atau siapa saja yang ingin melihat isi bahan atau sebagai pembanding. Medan, Agustus 2014 Hormat Penulis, Vika Ristiplimin NIM : v

4 DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... x INTISARI... xi ABSTRACT... xii BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Alasan Pemilihan Judul... 2 C. Tujuan Tugas Akhir... 2 D. Batasan Masalah... 3 E. Metode Pengumpulan Data... 3 F. Manfaat Tugas Akhir... 3 BAB II TEORI DASAR... 4 A. Definisi Turbin air... 4 B. Klasifikasi Turbin Air Turbin Reaksi Turbin Implus Turbin Radial Turbin Aksial Turbin Radial Aksial Klasifikasi Turbin Air Berdasarkan Kecepatan Spesifk Berdasarkan Ketinggian Air Jatuh Perencanaan pipa penghantar Atas vi

5 2.4.Perhitungan Pipa Perencanaan Pipa Pesat Tangki Peredam Gelombang Tinggi Tekan Daya Turbin a. Tinggi tekan Turbin b. Daya Turbin c. Momen Pada Turbin C. Bagian Utama Dari Turbin Air Spiral Case Stay Vane Guide Vane Regulating Ring Runner Shaft Turbin Guide Bearing Draft Tube D. Prinsip Kerja Dari Turbin Air E. Fasilitas Utama PLTA Dam (Bendungan) Reservoir Tangki Peredam Tekanan Pipa Penstock BAB III GAMBARAN UMUM PLTA RENUN A. Sejarah Umum PLTA Renun B. Data Teknis PLTA Renun BAB IV PEMBAHASAN Tipe Turbin Francis Spesifikasi Turbin Francis Cara Kerja Turbin Francis Perhitungan Kecepatan vii

6 4.5. Perhitungan Tinggi Tekanan Kehilangan Tinggi Tekan Akibat gesekan Tekanan Pada Pipa Kapasitas Air Turbin Daya Turbin Moment Turbin Putaran Pada Turbin BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii

7 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Klasifikasi kedudukan Poros Turbin... 6 Gambar 2.2. Runner Turbin Kaplan... 8 Gambar 2.3. Runner Turbin Francis... 8 Gambar 2.4. Spiral Case Gambar 2.5. Guide Vane Gambar 2.6. Regulating Ring Gambar 2.6. Runner Gambar 2.7. Shaft Turbin Gambar 2.8. Bagian-bagian turbin ix

8 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Klasifikasi Spesifik Turbin Air... 9 Tabel 2.2 Klasifikasi Berdasarkan Ketinggian Air Jatuh Tabel 4.1 Hasil Survey Tabel 4.2 Perbandingan kecepatan pada tiap percobaan kecepatan Tabel 4.4 Analisa Ketersediaan Air x

9 INTISARI PLTA Renun mempunyai 2 unit pembangkit. PLTA Renun menghasilkan daya 2 x 41MW. Pada analisa yang menjadi fokus pembahasan adalah unit 1 dan pada faktor debit air yang selalu berubah ubah. Dari jangkauan dilapangan debit air rata-rata pada PLTA tersebut adalah 11m 3 /s. Dari analisa dengan debit tersebut dihasilkan daya 38,95MW, head total 33,4 m efisiensi 84%, kecepatan spesifik 4,48 rpm. Kata kunci : Kapasitas aliran, daya turbin, turbin francis. xi

10 Abstract Hydroelectric Renun has two generating units. Renun generate hydroelectric power 2 x 41MW. In the analysis, the focus of the discussion is the unit 1 and the water is always changing. The range of field average water discharge at the power plant is 11 m 3 /s. From the analysis of the resulting power flow 38,95 MW total head of 33.4 m 84% efficiency, specific speed of 4.48 rpm. Keywords : flow capacity, power turbine, French turbine. xii

11 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Kebutuhan listrik dewasa ini kian meningkat, berbagai upaya terus dilakukan baik mencari potensi baru atau pun dengan mengembangkan teknologinya. Selain dari kebutuhan listrik meningkat, juga terdapat daerah yang kondisi geografisnya tidak memungkinkan jaringan listrik kepada konsumen. Maka dari permasalahan tersebut dilakukan suatu upaya untuk menyuplai kebutuhan energi listrik dengan memanfaatkan kondisi dan potensi ada pada daerah tersebut. Misalkan pada suatu daerah yang memiliki potensial air yang headnya mencukupi untuk dibuat pembangkit listrik, maka di daerah tersebut dapat dipasang pembangkit tenaga listrik yang menyesuaikan dengan besar kecilnya head yang tersedia. Atau potensi potensi alam yang lain yang memungkinkan untuk dibangunya pembangkit tenaga listrik. Pembangkit Listrik Tenaga Air merupakan sumber listrik bagi masyarakat yang memberikan banyak keuntungan terutama bagi masyarakat pedalaman di seluruh Indonesia. Disaat sumber energi lain mulai menipis dan memberikan dampak negatif, maka air menjadi sumber yang sangat penting karena dapat dijadikan sumber energi pembangkit listrik yang murah dan tidak menimbulkan polusi. Selain itu, Indonesia kaya akan sumber daya air sehingga sangat berpotensial untuk memproduksi energi listrik yang bersumber daya air. Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif muda didapat,karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir.energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air yang banya dilaukan dengan menggunaan kincir air atau turbin air yang memanfaatan adanya suatu air terjun atau aliran di sungai. 1

12 Beberapa waktu yang lalu, masyarakat masih merasakan bahwa ketersediaan listrik mencukupi atau lebih besar dibanding dengan permintaan. Namun saat ini permintaan akan kebutuhan listrik semakin bertambah hal ini disebabkan oleh : 1) Pertambahan jumlah penduduk yang makin tinggi. 2) Perkembangan yang cukup pesat di sektor jasa dan industri 3) Pembangunan sarana pemerintahan yang semakin meningkat 4) Perkembangan sektor sektor lainnya yang membutuhkan listrik B. Alasan Pemilihan judul Dengan melihat latar belakang masalah yang ada, sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dengan memanfaatkan air yang ada diharapkan mampu memberi penjelasan terhadap: 1. Mengembangkan dan menerapkan ilmu yang telah diperoleh di bangku kuliah, khususnya di bidang Turbin. 2. Agar hasil tugas akhir ini dapat bermanfaat sebagai fasilitas laboratorium Program Studi Diploma III jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan 3. Memberikan contoh aplikasi sistem PLTA dengan menggunakan turbin francis. 4. Untuk penelitian peningkatan efisiensi daya turbin dari simulasi yang sudah ada. C. Tujuan Tugas Akhir Tujuan dari Tugas Akhir dengan judul PERFORMANSI TURBIN AIR YANG DIGUNAKAN DI PLTA RENUN adalah: a. Untuk mengetahui bagaimana prinsip kerja turbin air b. Untuk menambah pengetahuan penulis mengenai sistem permipaan turbin air, sistem pengambilan atau pembagian tenaga disamping itu, penulis dapat mendesign pembangkit listrik tenaga air Renun. 2

13 D. Batasan Masalah Dalam perencanaan turbin francis ini sebagai penggerak generator, penulis mempunyai pertimbangan pertimbangan dipandang perlu untuk menghindari penyimpangan dari batasan masalah. a. Penentuan kapasitas air yang tersedia untuk kebutuhan pembangkit b. System permipaan dan kerugian tekanan pada instalasi pipa. c. Pemilihan turbin yang sesuai. Dimana pada perencanaan turbin air ini tidak termasuk estimasi biaya, pembahasan ini hanya meliputi spesifikasi dan bentuk konstruksi. E. Teknik Pengumpulan Data Metode pengumpulan data yang dilakukan penulis dalam menyusun skripsi ini adalah : a. Karena pembangkit listrik yang akan direncanakan sudah ada juga karena waktu penulis sangat terbatas untuk mengamati sistem secara keseluruhan, maka penulis mengambil data yang sudah ada pada PLTA Renun ( proyek yang sudah ada ) b. Melaksanakan Inspeksi ke lapangan c. Studi literatur tentang aspek yang berkaitan dengan prinsip dan proses kerja turbin air. F.Manfaat Tugas Akhir Tugas akhir ini diharapkan bermanfaat bagi : a. Mahasiswa yang akan membahas permasalahan yang sama b. Pihak pelaksana yang melaksanakan proyek ini. c. Masyarakat setempat, supaya mengetahui system pembangkitan kapasitas aliran sungai d. Bagi penulis tersendiri untuk menambah pengetahuan dan pengalaman agar mampu merencanakan suatu PLTA setelah bekerja dan terjun ke lapangan. 3