KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji dan syukur atas kehadiran Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat-Nyalah sehingga saya dapat menyelesaikan makalah pada mata kuliah mesin konversi energi tepat pada waktunya. Dalam menyelesaikan makalah ini saya mengalami beberapa kendala. Untuk itu, melalui kesempatan ini saya dengan rendah hati mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyusun makalah ini. Disadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan karena terbatasnya kemampuan saya. Maka dari itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat saya harapkan demi kesempurnaan makalah ini. Akhir kata, syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, dan semoga makalah ini dapat memberikan banyak manfaat bagi kita semua. Amin.
JAMBI, 21 Mei 2014
1
DAFTAR ISI
Kata Pengantar..................................................................................................................1 Daftar Isi...........................................................................................................................2 Pengertian Turbin..............................................................................................................3 Pengertian Turbin Air ......................................................................................................3 Prinsip kerja turbin Air.....................................................................................................3 Klasifikasi Turbin Air.......................................................................................................4 Pengertian Turbin Kaplan & propeller..............................................................................5 Performa Turbin................................................................................................................6 Perbandingan Karateristik Turbin.....................................................................................6 Kecepatan Spesifik Turbin................................................................................................7 Rumus-rumus Perhitungan Dalam Perencanaan Turbin 1).Debit Aliran.........................................................................................................8 2).Kecepatan Aliran Rata-Rata................................................................................9 3).Tinggi air jatuh (Head)........................................................................................9 4).Daya turbin..........................................................................................................9 kesimpulan........................................................................................................................10 penutup.............................................................................................................................11 daftar pustaka...................................................................................................................12
2
PENGERTIAN TURBIN Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak, asembly rotor blade. Fluida yang bergerak menjadikan baling-baling berputar dan menghasilkan energi untuk menggerakkan rotor. Turbin gas, uap dan air biasanya memiliki casing sekitar baling-baling yang memfokus dan mengontrol fluida. Casing dan baling-baling memiliki geometri variabel yang dapat membuat operasi efisien untuk beberapa kondisi aliran fluida.
PENGERTIAN TURBIN AIR Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis.
3
PRINSIP KERJA TURBIN AIR Turbin air merupakan mesin penggerak mula (primer mover engine), dimana air sebagai fluida kerjanya. Air merupakan sifat alami mengalir dari tempat yang lebih tinggi menuju tempat yang lebih rendah, dalam hal ini air memiliki energi potensial. Proses aliran energi potensial ini berangsur-angsur berubah menjadi energi kinetis, didalam turbin energi kinetis tersebut diubah menjadi energi mekanis, yaitu dengan terputarnya runner turbin ditransmisikan ke poros generator dan mengubahnya menjadi energi listrik. Turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin Impuls dan turbin Reaksi.
KLASIFIKASI TURBIN AIR Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik.. Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu : A. Turbin Impuls B. Turbin Reaksi
4
1.Turbin Impuls Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nozzle tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.
2.Turbin Reaksi Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi.
PENGERTIAN TURBIN KAPLAN DAN PROPELLER Turbin Kaplan dan Propeller merupakan turbin Reaksi aliran Aksial. Turbin ini tersusun dari Propeller seperti pada perahu. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu.
5
PERFORMA TURBIN Performa turbin merupakan daya mekanik yang dihasilkan dari sebuah turbin. Untuk mendapatkan nilai tersebut maka data yang diperlukan adalah rpm dan torsi. Untuk mendapatkan performa turbin dengan tingkat efisiensi yang tinggi, maka tingkat ketelitian sangat diperlukan dalam merencanakan setiap komponen-komponen turbin.
PERBANDINGAN KARATERISTIK TURBIN Turbin Kaplan adalah turbin yang beroperasi pada head yang rendah dengan kapasitas aliran yang tinggi atau bahkan beroperasi pada kapasitas yang sangat rendah. Hal ini karena sudu – sudu turbin kaplan dapat di atur secara manual atau otomatis untuk merspon perubahan kapasitas. Berkebalikan dengan turbin kaplan, turbin pelton adalah turbin yang beroperasi pada head tinggi dengan kapasitas yang rendah. Untuk turbin francis mempunyai karakteristik yang berbeda dengan yang lainnya yaitu turbin francis dapat beroperasi pada head yang rendah atau beroperasi pada head yang tinggi. Pemilihan turbin kebanyakan didasarkan pada head air yang didapatkan dan kurang lebih pada rata-rata alirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakan untuk tempat dengan head rendah. Turbin Kaplan baik digunakan untuk semua jenis debit dan head, effisiensinya baik dalam segala kondisi aliran. Turbin kecil (umumnya dibawah 10 MW) mempunyai poros horisontal, dan kadang dipakai juga pada kapasitas turbin mencapai 100 MW. Turbin Francis dan Kaplan besar biasanya mempunyai poros dan sudu vertikal karena ini menjadi penggunaan paling baik untuk head yang didapatkan, dan membuat instalasi generator lebih ekonomis. Poros Pelton bisa vertikal maupun horisontal karena ukuran turbin lebih kecil dari head yang di dapat atau tersedia. Beberapa turbin impuls menggunakan beberapa semburan air tiap semburan untuk meningkatkan kecepatan spesifik dan keseimbangan gaya poros. Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan tinggi head yang didapatkan adalah sebagai berikut ini : 1) Turbin Kaplan : 2 < H < 100 meter 2) Turbin Francis : 5 < H < 500 meter 3) Turbin Pelton : H < 30 meter 4) Turbin Banki : 2 < H < 200 meter
6
Perbandingan karakteristik turbin dapat kita lihat pada grafik head (m) vs flow (m3/s) di bawah ini.
KECEPATAN SPESIFIK TURBIN Kecepatan spesifik (ns), menunjukkan bentuk dari turbin itu dan tidak berhubungan dengan ukurannya. Hal ini menyebabkan desain turbin baru yang diubah skalanya dari desain yang sudah ada, dengan performa yang sudah diketahui. Kecepatan spesifik merupakan kriteria utama yang menunjukkan pemilihan jenis turbin yang tepat berdasarkan karakteristik sumber air. Kecepatan spesifik dari sebuah turbin juga dapat di artikan sebagai kecepatan ideal, persamaan geometris turbin, yang menghasilkan satu satuan daya tiap satu satuan head. Kecepatan spesifik turbin dapat di artikan sebagai titik effisiensi maksimum. Perhitungan tepat ini menghasilkan performa turbin dalam jangkauan head dan debit tertentu. Kecepatan spesifik juga merupakan titik awal dari analisis desain dari sebuah turbin baru. Setelah kecepatan spesifik yang diinginkan diketahui, dimensi dasar dari bagian bagian turbin dapat dihitung dengan mudah. Keluaran turbin dapat diperkirakan berdasarkan dari test permodelan. Debit yang melalui turbin dikendalikan dengan katub yang besar atau pintu gerbang yang disusun diluar sekeliling pengarah turbin.
7
Perubahan head dan debit dapat dilakukan dengan variasi bukaan pintu, akan menujukkan efisiensi turbin dengan kondisi yang berubah-ubah. Berdasarkan gambar dibawah semakin tinggi ns maka bentuk sudu turbin akan semakin kecil dan tinggi head semakin rendah.
RUMUS-RUMUS PERHITUNGAN DALAM PERENCANAAN TURBIN 1).Debit Aliran Untuk mendapatkan debit aliran :
Dimana : Y = Kedalaman sungai (m) g = Percepatan Gravitasi (m/s2) b = Lebar sungai (m)
Dimana : Q = Debit aliran (m3/s) V = Kecepatan aliran ( m/s) A = Luas penampang aliran (m2) 8
2).Kecepatan Aliran Rata-Rata (v) V=
Q A
V = Kecepatan aliran (m/s) Q = Debit aliran (m3/s) A = Luas penampamg (m2)
3).Tinggi Air Jatuh (Head) H = S sin ϴ H = Head effesiensi (m) S = Jarak jatuh air (m)
4).Daya Turbin Dari debit (kapasitas air) Q dan tinggi air jatuh H dapat diperoleh daya yang dihasilkan turbin dengan persamaan sebagai berikut:
P = .g.Q.H.T Dimana: P = Daya turbin (kW) = Massa jenis air (kg/m2) g = Gravitasi bumi (m/s2+) Q = Debit air (m3/s) H = Head effisien (m) t = Efisiensi turbin
9
KESIMPULAN Melalui pembahasan di atas dan beberapa contoh yang didapat maka disimpulkan bahwa turbin kaplan : Tersedia ukuran untuk Ketinggian (head) dari 1 sampai 15 meter Turbin dengan aliran air langsung horizontal dan pit-vertikal Dimensi dengan struktur: 320 – 3.200 mm, 3, 4 atau 5 pisau Runner Blade yang terbuat dari perunggu agar tahan karat Efisiensi tinggi juga akan tercapai pada beban parsial untuk dua perubahan Perubahan daya dorong dilakukan oleh peralatan unit hidrolik bertekanan tinggi Dengan adanya penutupan secara mekanik yang menutup turbin secara penuh, oleh karena itu tidak diperlukan untuk memasang katup penutup Struktur yang kompak dengan ruang yang dapat diminimalkan Instalasi yang sederhana karena struktur dengan jenis modular Bisa dibuat sambungan ke pipa atau ke inlet beton Rumah inlet dan ruang silinder dapat dibuat dari cor logam atau cor beton
10
PENUTUP Demikian yang dapat kami paparkan mengenai materi yang menjadi pokok bahasan dalammakalah ini , tentunya masih banyak kekurangan dan kelemahannya , karena keterbatasan pengetahuan penulis . Penulis banyak berharap para pembaca yang budiman untuk memberikan kritik dan saran yang membangun kepada penulis demi kesempurnaannya makalah ini dan penulisan makalah di kesempatan berikutnya . Semoga makalah ini berguna bagi penulis pada khususnya juga para pembaca yang budiman pada umumnya.
11
DAFTAR PUSTAKA http://cink-hydro-energy.com/id/turbin-kaplan http://aantekuk28.blogspot.com/2013/05/turbin-kaplan.html http://hydropowerplantsttpln.blogspot.com/2012/02/pelatihan-di-bandung.html
12
