Docstoc

34547383-Makalah-Turbin-Air

Document Sample
34547383-Makalah-Turbin-Air Powered By Docstoc
					                                     BAB I

                               PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

           Dalam kemajuan teknologi sekarang ini banyak dibuat peralatan-

   peralatan yang inovatif dan tepat guna. Salah satu contoh dalam 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 digerakan

   oleh air yang disambungkan dengan generator. Dalam konvesnsionalnya pada

   zaman dahulu air juga dimanfaat untuk pemnagkit tenaga listrik yaitu utuk

   meggerakan generator pembangkit digunakan sebuah kincir air, tetapi sekarang

   ini kincir air sudah ditinggalkan dan digunakanlan turbin air. Dalam suatu sistim

   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.

B. Tujuan

           Dalam makalah ini dijelaskan tentang turbin air yang bersekala kecil

   yang biasanya digunakan oleh pembangkit listrik yang berskala kecil atau daerah.

   Tujuan dari pembuatan makalah ini diantarana untuk mengemukakan beberapa

   paparan tentang turbin air yang berskala kecil dan ditujukan kepada pembaca yag

   ingin mengetahui apakan turbin air itu ?




                                        1
                                        BAB II

                                           ISI

                Turbin Air Skala Kecil (Turbin Piko Crossflow)



A. Pengertian

          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

dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industri untuk

jaringan listrik. Sekarang lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin kini

dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energi yang dapat diperbaharukan.

B. Macam Turbin Air

          Turbin air dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara, namun yang paling

utama adalah klasifikasi turbin air berdasarkan cara turbin air tersebut merubah energi air

menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi ini, maka turbin air dibagi menjadi dua

yaitu

  1. Turbin impuls

  2. Turbin reaksi.

        1. Turbin Impuls

           Yang dimaksud dengan turbin impuls adalah turbin air yang cara bekerjanya

   dengan merubah seluruh energi air (yang terdiri dari energy potensial + tekanan +

   kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetic untuk memutar turbin, sehingga

   menghasilkan energi puntir. Contoh: turbin Pelton.


                                            2
   2. Turbin Reaksi

           Yang dimaksud dengan turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya

   dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi puntir. Turbin air

   reaksi dibagi menjadi dua jenis yaitu:

   1) Francis, contoh: turbin Francis dan

   2) Propeller:

   a. Sudut tetap (fixed blade), turbin jenis ini merupakan turbin generasi pertama dari

       jenis ini.   Karena sudu tidak dapat diatur, maka efisiensinya berkurang jika

       digunakan pada kisaran debit yang lebar. Oleh karena itu dikembangkan jenis

       dengan sudu yang dapat diatur agar efisiensi tetap tinggi walaupun kisaran

       debitnya lebar.

   b. Sudut dapat diatur (adjustable blade), contoh Kaplan, Nagler, Bulb, Moody

C. Karakteristik Turbin

           Untuk dua turbin atau lebih yang mempunyai dimensi yang berlainan disebut

  homologous jika kedua turbin atau lebih tersebut sebangun geometri dan mempunyai

  karakteristik sama. Karakteristik suatu turbin dinyatakan secara umum oleh enam

  buah konstanta yaitu:

      1) Rasio Kecepatan (Φ)

      2) Kecepatan Satuan (Nu)

      3) Debit Satuan (Qu)

      4) Daya Satuan (Pu)

      5) Kecepatan Spesifik (Ns)

      6) Diameter Spesifik (Ds)



                                            3
1. Rasio Kecepatan

   Rasio Kecepatan (Φ) adalah perbandingan antara kecepatan keliling linier turbin

   pada ujung diameter nominalnya dibagi dengan kecepatan teoritis air melalui curat

   dengan tinggi terjun sama dengan tinggi terjun(Hnetto) yang bekerja pada turbin.




         Dengan N adalah putaran turbin rpm (rotasi per menit), D adalah diameter

  karakteristik turbin (m), umumnya digunakan diameter nominal, H adalah tinggi

  terjun netto/effektif (m).


2. Kecepatan satuan

           Kecepatan Satuan ( N ) adalah kecepatan putar turbin yang U mempunyai

  diameter ( D ) satu satuan panjang dan bekerja pada tinggi terjun ( H ) satu satuan

  panjang. Netto Dari Pers.(1.1) diperoleh korelasi




  dengan memasukan nilaiD= 1 m danH= 1 m, maka Pers.(1.2) menjadi:




    Akhirnya persamaan diatas ditulis sebagai




                                        4
3. Debit Satuan

             Debit yang masuk turbin secara teoretis dapat diandaikan sebagai debit

  yang melalui suatu curat dengan tinggi terjun sama dengan tinggi terjun ( H ) yang

  bekerja pada turbin.      Oleh karena itu debit yang netto melalui turbin dapat

  dinyatakan sebagai




             Dengan C adalah koefisien debit. d Debit Satuan ( Q ) adalah debit turbin

  yang mempunyai diameter ( D) U satu satuan panjang dan bekerja pada tinggi

  terjun ( H ) satu satuan netto panjang. (1.6) Akhirnya Pers.(1.5) dapat ditulis

  sebagai:




    Akrirnya pers diatas ditulis sebagai :




4. Daya satuan

   Daya (P) yang dihasikan oleh turbin dapat dirumuskan:




                                             5
    dengan η adalah efisiensi turbin, γ adalah berat jenis air. Daya Satuan (Pu)

    adalah daya turbin yang mempunyai diameter (D) satu satuan panjang dan bekerja

    pada tinggi terjun (Hnetto) satu satuan netto panjang

    maka persamaan diatas dapat ditulis:




5. Kecepatan Spesifik

            Dari persamaan di atas maka dapat ditarik/menghasilkan korelasi :




    Kecepatan Spesifik (Ns) adalah kecepatan putar turbin yang S menghasilkan daya

    sebesar satu satuan daya pada tinggi terjun ( H netto ) satu satuan panjang.

    Kecepatan Spesifik ( Ns ) dapat dinyatakan dalam sistim metric S maupun sistim

    Inggris, korelasi dari kedua sistim tersebut dinyatakan dalam




    Catatan: Satuan daya yang digunakan dalam rumus di atas adalah daya kuda (DK)

    atau horse-power (HP)

6. Diameter Spesifik

   Dari persamaan diatas ditarik korelasi



                                           6
Diameter Spesifik (D) adalah diameter turbin yang menghasilkan S daya sebesar

satu satuan daya pada tinggi terjun ( H ) satu satuan netto panjang

Dari persaman diatas dapat ditulis sebagai :




Rumus empiris untuk menghitung diameter spesifik dari diameter1 debit

(discharge diameter, D3) untuk turbin reaksi adalah sebagai berikut:




Gambaran ,




                                     7
       Turbin piko merupakan penyederhanaan dari desain Crossflow T15 dibuat

semata-mata untuk menyebarluaskan teknologi yang semestinya dimiliki oleh seluruh

aspek sosial yang ada di masyarakat Indonesia. Turbin ini dikembangkan untuk dapat

menekan biaya produksi sehingga masyarakat di desa-desa yang jauh dari jaringan PLN

                                                       dapat ikut menikmati manfaat

                                                       energi listrik, seperti contoh pada

                                                       gambar dibawah ;




(Gambar turbin piko crossflow 100mm(TC100))

       Hasil percobaan dengan mengkombinasikan turbin piko dengan motor dari bekas

mesin cuci yang saat ini tersedia cukup banyak (hasil recycle), target yang dituju adalah

                                                     turbin yang lebih ringkas, relatif

                                                     murah dan aman (arus DC), seperti

                                                     contoh pada gambar disamping ;

                                                     (Gambar turbin piko crossflow

                                                     dengan mengaplikasi motor dari

                                                     mesin cuci)




                                           8
(Lokasi pemasangan sudah tersedia.. turbin pun telah selesai dipabrikasi.. tinggal

memasangnya dan membuat jaringan ke masyarakat desa. Hal ini tentu membutuhkan

dana lebih banyak lagi, dengan adanya ini semoga dapat bermanfaat demi Indonesia

bebas krisis energi, dan juga mengedepankan energi terbarukan.

B. Pengukuran Head

       Pengukuran dilakukan dengan membentangkan meteran dari permukaan air terjun

yang paling atas hingga permukaan jatuhan air paling bawah sehingga didapatkan

panjang sisi miring, untuk sudut kami melakukan foto tegak lurus ke arah perpotongan

meteran dan tali yang digantung batu yang selanjutnya diolah dengan menggunakan

software drawing, seperti coth pada gambar dibawah ;




C. Pengukuran Debit

       Pengukuran debit dilakukan dengan cara yang sederhana pula yaitu dengan

mengukur kecepatan benda di aliran air sepanjang 6 meter, dalam hal ini kami

menggunakan bunga liar (terimakasih kepada bunga-bunga yang sudah berkorban). Dari

beberapa test kami dapatkan rata-rata 7 detik dibutuhkan bunga liar untuk mencapai 6

                                          9
meter atau sekitar 0,86 m/dt, penampang selokan memiliki lebar 30 cm dan kedalaman

air 6 cm sehingga diperoleh luas penampang air 0,018 m2. Debit kami dapatkan dengan

memformulasikan kecepatan aliran air dikalikan luas penampang selokan


Q=vxa


Q = 0.86m/dt x 0.018m2 = 0,0154m3/dt ~ 15 l/dt


Analisa optimis kami untuk daya yang terbangkitkan:


P = H x Q x g x 50%


= 15m x 15l/dt x 9,8m/dt2 x 0,5


= 1102,5 watt


Dari energi yang terbangkitkan berharap dapat menerangi sekitar 20 rumah masing-

masing 50 watt.


D. Bahan


       Bahan yang dipergunakan dalam turbin air skala kecil sangat mudaha di dapat dan

tentunya dari segi biaya juga tidak terlalau mahal, sebagai contohnya saja untuk membuat

tubin piko crossflow 100mm(TC100), turbin untuk mengubah energi potensial air

menjadi energi mekanis, dan energi mekanis diubah generator menjadi tenaga listrik.




                                          10
E. Konstruksi


   1. Turbin

                Turbin mengubah energi pada air yang jatuh ke dalam terowongan-
       terowongan daya. Ada berbagai macam tipe turbin yang bisa dikategorikan
       menjadi beberapa cara. Pilihan turbin utamanya akan tergantung pada tekanan
       head yang ada dan pada aliran desain untuk pemasangan pembangkit listrik
       tenaga air yang diajukan. Seperti yang ditunjukkan pada berikut, turbin dibagi
       menjadi tiga kelompok; head tinggi, sedang, dan rendah, dan menjadi dua
       kategori: impuls dan reaksi. Perbedaan antara impuls dan reaksi bisa dijelaskan
       dengan menyatakan bahwa turbin impuls mengubah energi kinetik semburan air
       menjadi gerakan yang mengenai ember atau bilah turbin.

                Turbin kecil (umumnya dibawah 10 MW) mempunyai poros horisontal,
       dan kadang dipakai juga pada kapasitas turbin mencapai 100 MW.
           Turbin                                   Tekanan Head
           Prinsip
                                  Tinggi              Sedang                Rendah
           Runner
                                                       Crossflow
                               Pelton Turgo                                  Crossflow
           Impuls                                        Turgo
                              Pelton Multi Jet      Pelton Muti Jet
                                                 Francis Pump-as-            Propeller
           Reaksi                                     turbin
                                                                              Kaplan
                                                         (PAT)

                        Tabel 2. Gambaran berbagai macam turbin.

                Jenis-jenis turbin yang biasa digunakan pada turbin air skala kecil adalah

       Cross-Flow, Propeller, Pelton dan PAT (Pump as Turbine). Pemilihan turbin

       disesuaikan dengan besarnya head dan kecepatan aliran air (debit air), seperti



                                            11
       yang terdapat pada grafik di atas. Hal ini dimaksudkan untuk menjaga kinerja

       turbin (kapasitas) dan hasil keluarannya.

2. Turbin Kaplan & Propeller
              Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin
       ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya
       mempunyai tiga hingga enam sudu.




                               Gambar 1.11. Turbin Kaplan




1. Turbin Crossflow
              Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin
       Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin
       Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow.
       Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec dan
       head antara 1 s/d 200 m.




                                           12
                    Gambar 1.9. Turbin Crossflow

       Turbin Zcrossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya
sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu
sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir
keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat
masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu
yang dipasang pada sepasang piringan paralel.




                   Gambar 1.10. Turbin Crossflow




                                 13
2. Transmisi Mekanik

           Air memasuki turbin, kemudian diarahkan oleh salah satu baling-baling
   pengarah yang terletak di bagian arus atas dari runner, dan melewati tahapan
   pertama runner yang berputar penuh dengan derajat reaksi yang kecil.Turbin
   Kaplan dan baling-baling adalah turbin reaksi dengan aliran aksial, biasanya
   digunakan untuk head-head rendah. Turbin Kaplan memiliki bilah runner yang
   bisa disesuaikan atau tidak memiliki baling-baling pemandu yang bisa
   disesuaikan. Jika bilah dan baling-baling pemandu bisa disesuaikan maka turbin
   ini disebut dengan turbin pengaturan ganda. Jika baling-baling pemandunya
   adalah tetap maka disebut dengan turbin pengaturan tunggal. Turbin baling-baling
   yang tidak berpengaturan biasanya digunakan ketika aliran dan head secara
   praktis tetap konstan.

           Turbin Kaplan pengaturan ganda, seperti yang digambarkan adalah mesin
   dengan sumbu vertikal yang memiliki tempat berupa gulungan dan konfigurasi
   pintu kecil berbentuk lingkaran. Aliran memasuki bagian lingkaran secara
   memutar dan membelok pada sudut yang tepat sebelum memasuki runner pada
   arah aksial. Sistem kontrolnya dirancang sedemikian rupa sehingga variasi pada
   sudut bilah digabungkan dengan pengaturan balingbaling pemandu untuk
   mendapatkan efisiensi yang terbaik pada berbagai macam aliran. Bilahbilah ini
   bisa memutar bersama turbin saat beroperasi, yaitu melalui sambungan yang
   terhubung pada tangkai vertikal yang berada di dalam lubang sumbu turbin. Unit
   bola diperoleh dari turbin Kaplan, dengan generator yang berada di dalam bola
   tahan air yang terendam di dalam aliran.

3. Generator

           Generator mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Tergantung
   pada karakteristik jaringan yang dipasok, produsen bisa memilih antara:
   Generator sinkronus yang dilengkapi dengan sistem eksitasi DC (rotasi atau

                                      14
   statis) yang terkait dengan regulator tegangan, untuk memberikan tegangan,
   frekuensi dan control sudut fase sebelum generator disambungkan ke jaringan dan
   memasok energi reaktif yang diperlukan oleh sistem tenaga ketika generator telah
   disambungkan ke jaringan. Generator ansinkronus adalah motor induksi
   sederhana yang tidak menggunakan pengaturan voltase dan berjalan pada
   kecepatan yang secara langsung terkait dengan frekuensi sistem. Mereka menarik
   arus eksitasinya dari jaringan, sehingga menyerap energi reaktif dari
   magnetismenya sendiri. Efisiensi generator ansinkronus adalah 2 sampai 4 per sen
   di bawah efisiensi generator sinkronus selama seluruh kisaran operasi. Secara
   umum, ketika daya melebihi 5000 kVA maka generator sinkronus perlu dipasang.
   Tegangan kerja dari generator bervariasi sesuai dengan dayanya. Tegangan
   pembangkitan standard adalah 380 V atau 430 V sampai dengan 1400 kVA dan
   6000/6600 untuk pembangkit yang lebih besar. Pembangkitan pada tegangan 380
   V atau 430 V memungkinkan penggunaan transformer distribusi strandard
   sebagai transformer saluran keluar dan penggunaan arus buatan untuk memasok
   ke dalam sistem daya pembangkit.

4. Sistem Kontrol dan Proteksi

           Sistem kontrol yang digunakan pada perencanaan menggunakan
   pengaturan beban sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan
   beban. Apabila terjadi penurunan beban di konsumen, maka beban tersebut akan
   dialihkan ke sistem pemanas udara (Air Heater Ballast Load) atau (Water Heater
   Ballast Load) yang dikenal sebagai ballast load (Elektronik Load Controller) atau
   dumy load.
5. Transmisi Distribusi

           System transmisi daya yang dihasilkan terdiri dari beberapa komponen
   utama, antara lain trave step-up kelas menengah, tiang, kabel, dll. Jaringan
   distribusi merupakan pendistribusian daya ke rumah-rumah atau konsumen yang
   dilengkapi dengan sebuah KWh meter, instalasi rumah, dll.




                                      15
F. Biaya

              Turbin air skala kecil sangat mudah di dapat dan tentunya dari segi biaya

       juga tidak terlalau mahal, sebagai contohnya saja untuk membuat tubin piko

       crossflow 100mm(TC100), turbin untuk mengubah energi potensial air menjadi

       energi mekanis, dan energi mekanis diubah generator menjadi tenaga listrik.

       Turbin piko yang merupakan penyederhanaan dari desain Crossflow T15 dibuat

       semata-mata untuk menyebarluaskan teknologi yang semestinya dimiliki oleh

       seluruh aspek sosial yang ada di masyarakat Indonesia. Turbin ini dikembangkan

       untuk dapat menekan biaya produksi sehingga masyarakat di desa-desa yang jauh

       dari jaringan PLN dapat ikut menikmati manfaat energi listrik.




                                          16
                                       BAB III

                                      PENUTUP

    Kesimpulan

           Turbin air yang merupakan perkembangan dari kincir air, merupakan turbin

yang teknologinya termasuk paling sederhana, dibandingkan dengan turbin gas maupun

turbin uap. Kelebihan lain yang dimilikinya adalah sumber energi yang dimanfaatkan

adalah energi alternative yang terbaharui, dan tersedia di alam dan dapat dimanfaatkan

secara langsung. Dari beberapa kelebihan yang dimilikinya, turbin air sangat ideal

digunakan sebagai pusat pem-bangkit tenaga dari kapasitas kecil sampai besar, apabila

tersedia sumber energi airnya. Dengan syarat bahwa tidak terjadi perusakan lingkungan

yang berakibat kepada habisnya sumber energi air tersebut.




                                          17
                                   Daftar Pustaka

Wibowo Paryatmo, TURBIN AIR, Graha ilmu, Jakarta. 2007

Djoko Luknanto, Bangunan Tenaga Air. Materi Diklat

Emil Mosonyi, Akadémiai Kiadó, Budapest, Water Power Development, Volume One,

Low–Head Power Plants hal. 655


Marthen Sattu Sambo, Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)

Sumber. http://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan_turbine

Sumber: http://home.carolina.rr.com/microhydro

Sumber: http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf




                                         18

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:349
posted:9/22/2012
language:Malay
pages:18