Tugas ini ditulis
sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh nilai pada mata
kuliah energi mikro hidro
Program Studi
Teknik Mesin
oleh
M ANWAR ANAS
5212413016
JURUSAN TEKNIK
MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2016
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2016
A.
Pendahuluan
Dalam kemajuan terknologi
sekarang ini bamyak dibuat peralatanperalatan yang inovatif dan tepat guna.
Salah satu contoh bidang teknik mesin terutama dalam bidang konversi energi dan
pemanfaatan alam sebagai sumber energi. Diantaranya adalah pemanfaatan air yang
bisa digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik. Alat tersebut adalah berupa
turbin yang digerakkan oleh air yang disambungkan dengan generator. Dalam
konvensionalnya pada zaman dahulu air juga dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga
listrik yaitu untuk menggerakkan generator pembangkit digunakan kincir air,
tetapi sekarang ini kincir air sudah ditinggalkan dan digunakanlah turbin air.
Dalam suatu sistem PLTA, turbin air merupakan salah satu peralatan utama selain
generator. Turbin air adalah alat untuk mengubah energi air menjadi energi
puntir. Energi puntir ini diubah menjadi energi listrik oleh generator.
Berbagai macam jenis
pembangkit listrik telah banyak dibuat mulai dari turbin gas, turbin uap,
turbin air, kincir air dan solar cell dengan berbagai keuntungan dan kelebihan.
Pemanfaatan energi tenaga air atau hydropower
di Indonesia juga sangat minim.
Turbin Pelton merupakan salah
satu jenis turbin air yang prinsip kerjanya memanfaatkan energi potensial air sebagai energi listrik tenaga
air. Turbin ini tergolong tipe turbin yang cukup efisien dalam
perakitannya maupun dari segi
ekonomi.
Turbin Pelton
ini sangat cocok digunakan untuk head
tinggi, penyemprotan air ke sudu turbin dapat menggunakan
jumlah nozzle lebih
dari satu buah agar mendapatkan
tenaga yang lebih
besar. Turbin Pelton
termasuk jenis Turbin impuls
perubahan energi ini dilakukan didalam nozzle dimana
air yang semula mempunyai energi potensial yang tinggi diubah
menjadi energi kinetis.
Prinsip kerja Turbin Pelton
adalah memanfaatkan daya fluida dari air untuk
menghasilkan daya poros. Pada
Turbin Pelton
energi potensial air berubah menjadi energi kinetik melalui nozzle
disemprotkan ke bucket
untuk dirubah menjadi energi mekanik
yang digunakan untuk memutar poros alternator yang berfungsi sebagai sumber utama untuk
menghasilkan arus listrik.
B.
Landasan Teori
1. Jenis
Turbin Air
a. TURBIN
IMPULSE
Turbin impulse umumnya menggunakan
kecepatan dari air untuk menggerakkan runner dan dilepaskan pada tekanan
atmosfir. Aliran air menyemprot setiap piringan pada runner. Tidak ada bagian
yang menghisap dibawah turbin dan air mengalir kebawah rumah turbin setelah
mengenai runner. Turbin impulse umumnya cocok untuk yang memiliki head tinggi
dan volume air rendah.
1)
Turbin Pelton
Gambar 1. Turbi pelton
Turbin Pelton disebut juga turbin
impuls atau turbin tekanan rata atau turbin pancaran bebas karena tekanan air
keluar nosel sama dengan tekanan atmosfer. Dalam instalasi turbin ini semua
energi (geodetik dan tekanan) dirubah menjadi kecepatan keluar nosel. Energi
yang masuk kedalam roda jalan dalam bentuk energi kinetik. Ketika melewati roda
turbin, energi kinetik tadi dikonversikan menjadi kerja poros dan sebagian
kecil energi ada yang terlepas dan ada yang digunakan untuk melawan gesekan
dengan permukaan sudu turbin.
Semua
energi tinggi dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi
energi kecepatan. Pancaran air tersebut yang akan menjadi gaya tangensial F yang
bekerja pada sudu roda jalan. Kecepatan pancaran air dari nosel adalah sebagai
berikut ;
Ukuran-ukuran
utama turbin pelton adalah diameter lingkar sudu yang kena pancaran air,
disingkat diameter lingkaran pancar dan diameter pancaran air. Pengaturan nosel
akan menentukan kecepatan dari turbin. Untuk turbin-turbin yang bekerja pada
kecepatan tinggi jumlah nosel diperbanyak Hubungan antara jumlah nosel dengan
keceptan sepesifik adalah sebagai berikut.
Dimana
nqT = kecepatan spesifik pada z nosel
(rpm)
z = jumlah nosel
terpasang
Turbin
Pelton biasanya berukuran besar. Hal ini dapat dimaklumi karena turbin tersebut
dioperasikan pada tekanan tinggi dan perubahan momentum yang diterima oleh
sudu-sudu turbin sangat besar, sehingga dengan sendirinya struktur turbin harus
kuat. Pada turbin Pelton, semua energi tinggi temapta dan tekanan ketika masuk
ke sudu jalan turbin telah diubah menjadi enrgi kecepatan.
Turbin
Pelton terdiri dari dua bagian utama yaitu nosel dan roda jalan (runner).
Nosel mempunyai beberapa fungsi, yakni mengarahkan pancaran air ke sudu turbin,
mengubah tekanan menjadi energi kinetik dan mengatur kapasitas kecepatan air
yang masuk turbin.
Jarum
yang terdapat pada nosel berguna untuk mengatur kapasitas air dan mengarahkan konsentrasi
air yang terpancar dari mulut nosel. Panjang jarum sangat menentukan tingakt
konsentrasi dari air, semakin panjang jarum nosel maka air akan emakin
terkonsentrasi untuk memancarkan ke sudu jalan turbin.
Roda
jalan pada turbin berbentuk pelek (rim) dengan sejumlah sudu
disekelilingnya. Pelek ini dihubungkan dengan poros dan seterusnya akan
menggerakan generator. Sudu turbin Pelton berbentuk elipsoida atau disebut juga
dengan bucket dan ditengahnya mempunyai pemisah air (splitter).
Turbin pelton memiliki beberapa
keuntungan dan kerugian, berikut uraiannya:
Keuntungan:
a) Daya yang dihasilkan besar.
b) Kontruksi yang sederhana
c) Mudah dalam perawatan.
d) Teknologi yang sederhana mudah
diterapkan didaerah yang terisolir
Kekurangan:
a)
Memerlukan
investasi dana yang besar.
2) Turbin Cross Flow
Gambar 2. Turbin cross flow
Turbin
cross flow juga disebut Turbin Banki-Mitchel atau Turbin Ossbeger, dikarenakan
jenis turbin ini disebut-sebut ditemukan oleh ilmuwan Australia Anthony
Michell, Ilmuwan Australia Donat Banki, Ilmuwan Jerman Fritz Ossberger. Mereka
masing-masing memiliki patent atas jenis turbin ini.
Tak
seperti kebanyakan turbin yang beputar dikarenakan aliran air secara axial
maupun radial, pada turbin Cross Flow air mengalir secara melintang atau
memotong blade turbin, Turbin Cross Flow didesain untuk mengakomodasi debit air
yang lebih besar dan head yang lebih rendah dibanding Pelton. Headnya kurang
dari 200 meter.
a.
Turbin
Reaksi
Turbin
reaksi menghasilkan daya dari kobinasi tekanan dan pergerakan air. Runner di
letakkan langsung pada aliran arus. turbin reaksi biasanya digunakan untuk
lokasi PLTA/PLTMH yang memiliki head yang lebih rendah dan debit yang lebih
besar dibandingkan dengan turbin IMPULSE.
1) Turbin Propeller
Gambar 3. Turbin propeller
Turbin Propeller pada
umumnya memiliki runner dengan 3 sampai dengan 6 blade dimana air mengenai
semua blade secara konstan. Pitch dari blade dapat fix atau diadjust. Ada
beberapa macam turbin propeller yaitu : turbin bulb, turbin Straflo, turbin
tube dan turbin KAPLAN
2) Turbin Francis
Gambar 4. Turbin francis
Turbin Francis memiliki
runner dengan baling-baling tetap, biasanya jumlahnya 9 atau lebih. Air
dimasukkan tepat diatas runner dan mengelilinginya dan jatuh melalui runner dan
memutarnya. Selain Runner komponen lainnya adalah scroll case, wicket gate dan
draft tube.
3) Turbin Kinetik
Gambar 5. Turbin kinetik
Turbin kinetik juga
disebut turbin aliran bebas, menghasilkan listrik dari energi kinetik di dalam
air yang mengalir, alih-alih dari energi potensial dari ketinggian. Sistem
dapat beroperasi di sungai, saluran buatan manusia, air pasang surut, atau arus
laut. Sistem Kinetic memanfaatkan jalur alami aliran air. Turbin ini tidak
memerlukan pengalihan air melalui saluran buatan manusia, dasar sungai, atau
pipa, meskipun mungkin memiliki aplikasi dalam saluran tersebut. Sistem Kinetic
tidak memerlukan pekerjaan sipil yang besar; Namun dapat menggunakan struktur
yang ada seperti jembatan, tailraces dan saluran.
1.
Komponen
Turbin Air dan Fungsinya
a.
Rotor,
yaitu bagian yang berputar pada sisitem yang terdiri dari:
1)
Sudu-sudu,
berfungsi untuk menerima beban pancaran yang disemprotkan oleh nozzle.
2)
Poros,
berfungsi untuk meneruskan aliran tenaga yang berupa gerak putar yang
dihasilkan oleh sudu.
3)
Bantalan,
berfungsi sebagai perapat-perapat komponen-komponen dengan tujuan agar tidak
mengalami kebocoran pada sistem.
b.
Stator,
yaitu bagian yang diam pada sistem yang terdiri dari :
1) Pipa pengarah / nozzle yang
berfungi untuk meneruskan aliran fluida sehingga tekanan dan kecepatan fluida
yang digunakan didalam sistem besar.
2) Rumah turbin, berfungsi sebagai
rumah kedudukan komponen-komponen turbin.
2. 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 potensial air menjadi
energi mekanis. Aliran air yang mempunyai energi
potensial akan disemprotkan ke sudu-sudu turbin oleh nozzle. Putaran dari
sudu-sudu tersebut akan mengakibatkan poros turbin ikut bergerak dan kemudian
putaran poros turbin akan diteruskan ke generator listrik untuk diubah menjadi
energi listrik.
C.
Perhitungan dan Gambar
1. Perhitungan
Di
ketahui :
2. GAMBAR
Berdasarkan perhitungan perencanaan runner turbin pleton yang telah dilakukan dipembahasan sebelumnya, maka dapat dihasilkan data yang digunakan untuk menggambar desain runner turbin pleton,
1. Dapat dirancang sebuah runner turbin pleton untuk digunakan sebagai penggerak turbin pada sungai dengan debit 0.3 m3/det dan Head 20 m
2. Dengan 0.3 m3/det dan Head 20 m dapat dihasilkan daya sebesar 58.860 KW dan dapat diperoleh dimensi- dimensi utama turbin.
· Diameter Lingkar Tusuk
· Diameter Jet Optimal d = 140 mm
· Diameter Luar runner D0 = 546.29 mm
· Jumlah mangkuk z = 17 buah
Daftar Pustaka
Patty, O.F. 1994. Tenaga Air. Jakarta: Erlangga
http://luk.staff.ugm.ac.id/bta/TurbinAir.pdf
1 comments:
Click here for commentsBisa minta gambarnya kak ?
ConversionConversion EmoticonEmoticon