MAKALAH PENGGERAK MULA TURBIN AIR
Nama
: I DEWA PUTU DEO SETYAWAN
NIM
: 073001400049
JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI KEBUMIAN DAN ENERGI UNIVERSITAS TRISAKTI 2015
KATA PENGANTAR
Dengan menyebut nama Tuhan Yang Maha Esa, Kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga saya dapat menyelesaikan makalah penggerak mula
tentang
turbin
air.
Makalah penggerak mula ini telah saya susun dengan maksimal dan mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami menyampaikan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam pembuatan makalah ini.
Terlepas dari semua itu, saya menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar
kami
dapat
memperbaiki
makalah
ilmiah
ini.
Akhir kata saya berharap semoga makalah penggerak mula tentang turbin air ini dapat memberikan manfaat maupun inpirasi terhadap pembaca.
Jakarta, 13 Desember 2015
Penyusun
BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG
Krisis energi yang melanda dunia dewasa ini telah menarik perhatian para ahli untuk menemukan sumber-sumber energi baru yang lebih murah, yang tersedia dalam jumlah yang besar. Hal ini berkaitan dengan semakin banyak dan meningkatnya pemakaian penggunaan energi. Sumber energi yang sudah lazim dipergunakan adalah sumber energi minyak bumi, gas alam dan batubara, sedangkan sumber energi air, panas bumi, panas matahari dan nuklir maasih terus dikembangkan. Sebagaimana yang telah kita ketahui bahwa persedian sumber energi minyak bumi, gas alam dan batu bara sangat terbatas yang demikian apabila secara terus menerus kita gunakan sumber energi tersebut, maka suatu saat sumber energi tersebut akan habis, disamping kecenderungan melonjaknya harga sumber energi yang dimaksud. Faktor inilah yang menjadi tantangan bagi para ilmuwan dan teknisi untuk menjauhkan diri dari ketergantungan terhadap minyak bumi, gas alam dan batu bara. Saat ini energi listrik merupakan salah satu sumber energi vital bagi kehidupan manusia, baik sektor rumah tangga, komersial, publik maupun industri. Penyediaan energi listrik sudah merupakan salah satu infrastruktur yang wajib dipenuhi
agar
perekonomian
suatu
daerah
dapat
ditingkatkan.
Dengan
disediakannya tenaga listrik yang dapat diandalkan dan dan terjangkau, maka semua kegiatan peningkatan perekonomian daerah akan tumbuh dan dapat maju dengan pesat. Di sisi lain, ketidaktersediaan akan energi listrik merupakan salah satu indikator daerah tertinggal atau kemiskinan. Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah 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. Alat tersebut adalah berupa turbin yang digerakkan oleh air yang disambungkan dengan generator. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19 turbin air mulai dikembangkan. Dalam suatu sistim PLTA, turbin air merupakan salah satu peralatan utama selain generator. Turbin air adalah alat untuk mengubah energi air menjadi energi punter. Energy punter ini diubah menjadi energi listrik oleh generator. Seperti diketahui bahwa turbin air adalah suatu mesin yang menghasilkan energi mekanik berupa putaran poros dengan memanfaatkan energi potensial air. Energi ini selanjutnya diubah menjadi bentuk energi lain seperti energi listrik. Pada perancangan turbin, jenis dan dimensi sangat tergantung dari kondisi head dan kapasitas yang tersedia. Sehingga agar diperoleh efisiensi optimum, maka Turbin air yang beroperasi pada suatu lokasi tertentu akan mempunyai design yang spesifik (tipe maupun dimensi) dan berbeda dengan lokasi lain.
B. TUJUAN
Tujuan dari penulisan makalah ini, yakni: 1. Menjelaskan tentang pemanfaatan turbin air dalam Pembangkit Listrik Tenaga Air. 2. Mengemukakan beberapa paparan tentang tubin air yang ditunjukkan kepada pembaca yang ingin mengetahui apa turbin air itu ?
BAB II PEMBAHASAN A. SEJARAH TURBIN
Ide untuk memanfaatkan tenaga air untuk di manfaatkan menjadi tenaga mekanis sudah dimulai dari abad yang samar-samar pada zaman prasejarah. Pada tahun 2200 SM, bangsa india selatan sudah berhasil untuk merubah tenaga air menjadi tenaga mekanis yaitu dengan menggunakan kincir air. Air yang ada di alirkan melalui saluran dan langsung menumbuk kincir air yang di pasang pada ujung saluran. Tenaga yang ditimbulkan oleh aliran air dapat menyebabkan kincir air tersebut berputar, berputarnya kincir diteruskan ke poros kincir dan dengan dibantu oleh susunan roda gigi dapat digunakan untuk memutar generator atau alat yang lain, seperti penumbuk padi, jagung atau lain sebagainya. Pada mulanya kincir air dibuat dari kayu, tetapi lama-kelamaan dibuat dari bahan yang lebih baik, sehingga efisiensi yang dihasilkan memuaskan. Dari model PLTA yang dibuat itu kemudian diikuti oleh Negara lain seperti Eropa, Amerika dan Negara lainnya. Para ahli yakin bahwa kincir air mulai digunakan sekitar 500 tahun sebelum digunakknnya di Negara india. Baru kemudian tepatnya pada abad ke 18 kincir air mengalami perkembangan yang sangat pesat dan dapat diubah menjadi turbin air. Kemajuan yang sangat pesat dari turbin air dilakukan oleh francis. Tepatnya tahun 1855 francis berhasil membuat turbin dan meraih sukses pada tahun 1910.
B. PANDANGAN UMUM TURBIN AIR
Ide penggunaan air sebagai sumber energi telah dikenal sejak lebih dari 2000 tahun yang lampau. Energi hydroulik yang dirubah menjadi energi mekanis pertama sekali dipergunakan di benua asia, yaitu di China dan India, yang menggunakan roda-roda kincir yang dibuat dari kayu. Dari Asia pindah ke Mesir dari Mesir terus berkembang ke negara-negara Eropa dan Amerika. Leonardo Da Vinci ( 1452-1519 ) seorang seniman dari Italia pertama sekali membuat lukisan
kincir air. Sedangkan teori matematisnya dilakukan oleh Galileo Galilei dan Descartes. Kemudian Smearn dan Bossut pada tahun 1759 membuat percobaan praktis menggunakan kincir air tersebut. Pada tahun 1836, Radien Becher berkebangsaan Jerman menulis buku yang pertama sekali menguraikan tentang teori dan konstruksi kincir air. Selanjutnya seorang ilmuwan Swiss, Daniel Bernoulli ( 1700-1782 ) menulis buku tentang teorikonversi energi air menjadi energi-energi energi-energi bentuk lain, dalam bukunya yang terkenal dengan buku “ HYDRODYNAMICS “. Teori Bernoulli ini digunakan secara praktis oleh Segner ( Jerman ) untuk membuat kincir air lebih maju dan dilakukannya pada tahun 1750. Kemudian pada tahun yang sama pula ( 1750 ), seorang ilmuwan yang berasal be rasal dari Basle ( Switzerland ) yang bernama Leonard Euler ( 1707-1783 ) menguraikan teori tentang “ hydraulicmachine “, yang sekarang ini menjadi dasar ilmu ini. Pada tahun 1824, seorang ilmuwan prancis bernama Burdin membuat sebuah kincir air radial dengan sebuah mekanis pengarah yang dapat digunakan secara praktis di lapangan, inilah yang pertama disebut turbin air. Pengembangan turbin air yang ditemukan oleh Burdin ini dilanjutkan oleh muridnya Fourneyron ( 1827 )dan untuk pertama sekali dibuat di amerika pada tahun 1843. Pengembangan selanjutnya dilakukan oleh :1. Heuschel-Jouvel ( Axial Flow Turbin ) tahun 1837.2. Girard, Hawd dan Swain ( Inward Flow Turbin ) 1850.3. James Bichens Francis ( Inward Flow Turbin ) 1865. Uraian di atas merupakan perkembangan turbin reaksi, sedangkan untuk turbin impuls, dikembangkan oleh J.Pelton pada tahun 1880 di Amerika dengan membuat turbin yang menggunakan aliran tangensial.Turbin ini dikenal dengan turbin pelton, dan sering juga disebut Free Jet Turbine.
1. Pengertian Pengertian Turbin Air
Dalam pembangkit listrik tenaga air (PLTA) turbin air merupakan peralatan utama selain generator. Turbin air adalah alat untuk mengubah energi potensial air menjadi menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini kemudian diubah menjadi energi listrik oleh generator.Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Berdasarkan
prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Pengelompokkan turbin air ditunjukkan oleh Tabel 1 berikut :
a.
Turbin Impuls
Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya merubah seluruh energi air(yang terdiri dari energi potensial+tekanan+kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi kinetik. Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnyaroda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran airyang keluar dari nozle tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton.
b.
Turbin Reaksi
Turbin reaksi adalah turbin yang cara kerjanya merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi kinetik. Turbin jenis ini adalah turbin yang paling banyak digunakan. digunakan. 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. Runner turbin reaksisepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.
2. Fungsi Turbin
Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir an gin, dengan menggantikan fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air untuk memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator.
3. Prinsip Kerja Turbin Air
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 energi potensial air menjadi energi mekanis
4. Bagian-Bagian Secara Umum Turbin
a)
Rotor yaitu bagian yang berputar pada sistem yang terdiri dari : - Sudu-sudu berfungsi untuk menerima beban pancaran yang disemprotkan Oleh nozzle. - Poros berfungsi untuk meneruskan aliran tenaga yang berupa gerak putar\ yang dihasilkan oleh sudu. - Bantalan berfungsi sebagai perapat-perapat perapat -perapat komponen-komponen dengan tujuan agar tidak mengalami kebocoran pada sistem.
b)
stator yaitu bagian yang diam pada sistem yang terdiri dari : - Pipa pengarah/nozzle berfungsi untuk meneruskan alira fluida
sehinggatekanan dan kecepatan alir fluida yang digunakan di dalam sistem besar. - Rumah turbin berfungsi sebagai rumah kedudukan komponen komponen dari turbin.
5. Jenis-Jenis Turbin Air a. Turbin Pelton
Keuntungan turbin pelton...
- Daya yang dihasilkan besar. - Konstruksi yang sederhana. - Mudah dalam perawatan. - Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.
Kekurangan
Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang yang lebih banyak. Turbin pelton digolongkan ke dalam jenis turbin impuls atau tekanan sama. Karena selama mengalir di sepanjang sudu-sudu turbin tidak terjadi penurunan tekanan, sedangkan perubahan seluruhnya terjadi pada bagian pengarah pancaran atau nosel.
Energi yang masuk ke roda jalan dalam bentuk energi kinetik. Pada waktu melewati roda turbin, energi kinetik dikonversikan menjadi kerja poros dan sebagian kecil energi terlepas dan sebagian lagi digunakan untuk melawan gesekan dengan permukaan sudu turbin.
b. Turbin turgo
Turbin turgo Dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda keuntungan kerugian kerugian juga sama
c. Turbin crossflow
Turbin Cross-Flow Cross -Flow adalah
salah
satu
turbin
air
dari
jeis
turbin
aksi (impulse turbine). Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air maupun jenis turbin mikro hidro lainnya. Penggunaan
turbin ini untuk daya yang sama dapat menghemat biaya pembuatan penggerak mula sampai 50 % dari penggunaan kincir air dengan bahan yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin Cross-Flow lebih kecil dan lebih kompak dibanding kincir air.
d. Turbin francis
Turbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. r eaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial.
Turbin francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih. Pada waktu air masuk ke roda jalan, sebagian dari enrgi tinggi jatuh telah bekerja di dalam sudu pengarah diubah sebagai kecepatan air masuk. Sisa energi tinggi jatuh dimanfaatkan dalam sudu jalan, dengan adanya pipa isap memungkinkan
energi tinggi jatuh bekerja di sudu jalan dengan semaksimum mungkin. Turbin yang dikelilingi dengan sudu pengarah semuanya terbenam dalam air. Air yang masuk kedalam turbin dialirkan melalui pengisian air dari atas turbin (schact) atau melalui sebuah rumah yang berbentuk spiral (rumah keong). Semua roda jalan selalu bekerja. Daya yang dihasilkan turbin diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah. Pembukaan sudu pengarah dapat dilakuakan dengan tangan atau dengan pengatur dari oli tekan(gobernor tekanan oli), dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam roda turbin bisa diperbesar atau diperkecil. Pada sisi sebelah luar roda jalan terdapat tekanan kerendahan (kurang dari 1 atmosfir) dan kecepatan aliran yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan alirannya akan berkurang dan tekanannya akan kembali naik sehingga air bisa dialirkan keluar lewat saluran air di bawah dengan tekanan seperti keadaan sekitarnya.
e. Turbin kaplan propeller
C. PRINSIP KERJA TURBIN AIR AIR
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 energi potensial air menjadi energi mekanis.
D. BAGIAN-BAGIAN BAGIAN-BAGIAN SECARA UMUM TURBIN
a)
Rotor yaitu bagian yang berputar pada sistem yang yang terdiri dari :
Sudu-sudu
berfungsi
untuk
menerima
beban
pancaran
yang
disemprotkan oleh nozzle.
Poros berfungsi untuk meneruskan aliran tenaga yang berupa gerak putar yang dihasilkan oleh sudu.
Bantalan berfungsi sebagai perapat-perapat komponen-komponen dengan
b)
tujuan agar tidak mengalami kebocoran pada sistem.
stator yaitu bagian yang diam pada sistem yang terdiri terdiri dari :
Pipa pengarah/nozzle berfungsi untuk meneruskan alira fluida f luida sehingga tekanan dan kecepatan alir fluida yang digunakan di dalam sistem besar.
Rumah turbin berfungsi sebagai rumah kedudukan komponen komponen dari turbin.
E. FUNGSI TURBIN
Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir an gin, dengan menggantikan fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air untuk memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator.
F. PEMBANGKIT TENAGA AIR
Air merupakan sumber energi yang murah danrelatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energipotensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada airmengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki airdapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energimekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atauturbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum,penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19 turbin air mulai dikembangkan. Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air.Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir air/turbin air.
DAFTAR PUTAKA
[1]. [2]. [3]. [4] [5] [6]
Reuben M. Olso, Steven j. Wraight. Wraight. Essentials Essentials of Engineering Fluid Mechanics Mechanics.. Harper & Row Publisher , inc, 1990 Victor I, Streeter, Fluid Streeter, Fluid Mechanics. Mechanics. McGraw-Hill, Inc. 1985. Fritz Dietzel, Dakso Sriyono, Turbin Pompa dan Kompresor , Kompresor , Penerbit Erlangga, Jakarta, 2006 EBARA Hatakeyama Memorial Fund, Ebara Corporation,Tokyo, Japan David G. Ullman, The Mechanical design Process, Process , Mc Graw hill international Editions, 1992 Robert D. Blevins, Blevins, Applied Applied Fluid Dynamics Handbook Handbook , 1984
