MAKALAH
HIDROLIKA
SALURAN TERTUTUP
TURBIN
JURUSAN TEKNIK PENGAIRAN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MALANG
2014
BAB
I
PENDAHULUAN
1.1.Latar
Belakang
Air
memiliki banyak sekali fungsi yang sangat bermanfaat selama air itu digunakan
dan dimanfaatkan dengan baik. Selain untuk dikonsumsi oleh manusia serta
makhluk hidup yang lain. Untuk irigasi, sebagai siklus air, dan juga yang masih
sangat jarang sebagai pembangkit listrik tenaga air.
Air
sebagai pembangkit listrik tenaga air sebenarnya sudah sering digunakan selain
di bendungan, akan tetapi karena biaya dan perawatan yang mahal, banyak yang
masih belum bisa untuk menerapkan hal ini. Untuk menggunakan dan mengubah
energi air menjadi energi listrik, perlu digunakannya suatu alat yang disebut
turbin.
Melalui makalah ini, kami ingin memaparkan berbagai hal yang ebrkaitan dengan turbin itu sendiri. Sehingga pembaca bisa mengerti bagaimana Turbin dan apa manfaatnya pada kehidupan manusia.
1.2.Rumusan
Masalah
1.2.1.
Apakah
yang dimaksud dengan Turbin?
1.2.2.
Apakah
jenis – jenis turbin?
1.2.3.
Bagaimanakah
cara kerja turbin?
1.2.4. Apakah fungsi turbin?
1.3.Tujuan
1.3.1.
Memberikan
pengertian tentang turbin.
1.3.2.
Menjabarkan
jenis – jenis turbin berdasarkan criteria tertentu.
1.3.3.
Menjelaskan
bagaimana cara kerja turbin.
1.3.4. Menjelaskan apa saja fungsi dari turbin.
1.4.Manfaat
1.4.1.
Membuat
pembaca mengerti tentang apa itu turbin.
1.4.2.
Menjadikan
pemaca mengerti tentang jenis – jenis turbin berdasarkan kriteria tertentu.
1.4.3.
Menjadikan
pembaca mengerti bagaimana cara kerja turbin.
1.4.4.
Menjadikan
pembaca paham tentang fungsi turbin dan pengaruhnya pada kehidupan manusia.
BAB
II
PEMBAHASAN
2.1. Pengertian Turbin
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. Dalam pembangkit listrik tenaga air (PLTA) turbin air merupakan
peralatan utama selain generator.
Turbin adalah penggerak di mana
energi fluida kerja diperlukan langsung untuk memutar roda turbin dan menjadi
tenaga mekanis, yang selanjutnya dapat diubah menjadi tenaga listrik untuk
memenuhi kebutuhan industri maupun rumah tangga.
Jadi dapat disimpulkan bahwa Turbin merupakan sebuah alat yang mengubah energi potensial dari air menjadi energi mekanik yang nantinya diubah lagi menjadi energi listrik oleh generator.
2.2. Komponen Komponen umum turbin
2.2.1. Stator
Stator
turbin terdiri dari dua bagian, yaitu casing dan sudu diam (fixed
blade). Namun untuk tempat kedudukan sudu-sudu diam yang pendek dipasang
diapragma.
2.2.1.1. Casing
Casing atau shell adalah suatu wadah berbentuk menyerupai sebuah
tabung dimana rotor ditempatkan. Pada ujung casing terdapat ruang besar
mengelilingi poros turbin disebut exhaust hood, dan diluar casing
dipasang bantalan yang berfungsi untuk menyangga rotor.
2.2.1.2. Sudu Tetap (fixed blade)
Sudu
merupakan bagian dari turbin dimana konversi energi terjadi. Sudu terdiri dari
bagian akar sudu, badan sudu dan ujung sudu. Sudu kemudian dirangkai sehingga
membentuk satu lingkaran penuh.
Sudu-sudu
tetap dipasang melingkar pada dudukan berbentuk piringan yang disebut
diapragma. Pemasangan sudu-sudu tetap ini pada diapragma menggunakan akar
berbentuk T sehingga memberi posisi yang kokoh pada sudu.
Diapragma
terdiri dari dua bagian (atas dan bawah) dan dipasang pada alur-alur yang ada
didalam casing. Setiap baris dari rangkaian sudu-sudu tetap ini membentuk
suatu lingkaran penuh dan ditempatkan langsung didepan setiap baris dari
sudu-sudu gerak.
2.2.2Rotor
Rotor
adalah bagian yang berutar terdiri dari poros dan sudu-sudu gerak yang
terpasang mengelilingi rotor. Jumlah baris sudu gerak pada rotor sama dengan
jumlah baris sudu diam pada casing. Pasangan antara sudu diam dan sudu gerak
disebut tingkat (stage).
2.2.2.1. Poros
Poros
dapat berupa silinder panjang yang solid (pejal) atau berongga (hollow).
Pada umumnya poros turbin sekarang terdiri dari silinder panjang yang solid.
Sepanjang poros dibuat alur-alur melingkar yang biasa disebut akar (root)
untuk tempat dudukan, sudu-sudu gerak (moving blade).
2.2.2.2. Sudu Gerak (Moving Blades)
Adalah
sudu-sudu yang dipasang di sekeliling rotor membentuk suatu piringan. Dalam
suatu rotor turbin terdiri dari beberapa baris piringan dengan diameter yang
berbeda-beda, banyaknya baris sudu gerak biasanya disebut banyaknya tingkat.
2.2.2.3. Bantalan (Bearing)
Bantalan
berfungsi sebagai penyangga rotor sehingga membuat rotor dapat stabil/lurus
pada posisinya didalam casing dan rotor dapat berputar dengan aman dan
bebas. Adanya bantalan yang menyangga turbin selain bermanfaat untuk menjaga
rotor turbin tetap pada posisinya juga menimbulkan kerugian mekanik karena
gesekan. Sebagai bagian yang berputar, rotor memiliki kecenderungan untuk
bergerak baik dalam arah radial maupun dalam arah aksial. Karena itu rotor
harus ditumpu secara baik agar tidak terjadi pergeseran radial maupun aksial
yang berlebihan. Komponen yang dipakai untuk keperluan ini disebut bantalan (bearing).
2.3. Jenis – jenis turbin
2.3.1. Turbin Impuls
Turbin impuls adalah
turbin yang mana proses aliran fluida kerjanya (penurunan tekanan) hanya terjadi
pada sudu – sudu tetapnya. Pada sudu – sudu geraknya tidak terjadi penurunan
tekanan. Pada Turbin impuls, seluruh energi yang tersedia di dalam aliran
diubah oleh nozzle mejadi energi
kinetic pada tekanan atmosfer sebelum fluida menyentuh sudu – sudu bergerak.
2.3.1.1. Turbin Pelton
Turbin pelton merupakan
turbin impuls, yang prinsip kerjanya mengubah energi potensial air menjadi
energi kinetic dalam bentuk pancaran air. Pancaran air yang keluar dari mulut
nozzle diterima oleh sudu – sudu pada roda jalan sehingga roda jalan berputar.
Pada turbin impuls (pelton) energi potensial diubah menjadi energi kinetic pada
nozzle yang mempunyai kecepatan
tinggi dan membentur sudu – sudu pada turbin. Setelah membentur pada sudu, arah kecepatan aliran berubah
sehingga terjadi perubahan momentum (impuls). Akibatnya roda turbin berputar.
Prinsip kerja turbin pelton adalah mengkonversi daya
fluida dari air menjadi daya poros untuk digunakan memutar generator listrik.
Pada sudu-sudu turbin, energi aliran air diubah menjadi energi mekanik yaitu
putaran roda turbin. Apabila roda turbin dihubungkan dengan poros generator
listrik, maka energi mekanik putaran roda turbin diubah menjadi energi listrik
pada generator.
2.3.1.1.1. Turbin Pelton ini mempunyai beberapa
komponen utama yaitu :
- Pipa nozzle fungsi : mengarahkan aliran air
- Sudu turbin fungsi : menangkap aliran air ( mangkok dan chord
)
- Kotak penutup fungsi : mengamankan nozzle dan runner
- Governor fungsi : mengatur kecepatan air yg akan diarahkan
nozzle
- Ridge : membagi air kearah kiri dankanan mangkok runner
- Deflector : membelokan pancaran air
- Rumah Turbin fungsi :tempat kedudukan roda jalan dan penahan air
yang keluar dari sudu - sudu turbin DLL
2.3.1.1.2. Keuntungan Turbin Pelton
1. Daya
yang dihasilkan besar.
2. Konstruksi
yang sederhana.
3. Mudah
dalam perawatan.
4. Teknologi
yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.
2.3.1.1.3. Kekurangan turbin pelton
Karena aliran air berasal dari atas
maka biasanya reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi
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.
2.3.1.2. Turbin cross flow
Turbin cross flow
merupakan turbin impuls yang berporos horizontal bekerja dengan cara tekanan
air dikonversikan menjadi energy kinetik di inlet
adaptor. Aliran air yang menyebabkan berputarnya runner setelah benturan pertama dengan sudu turbin, kemudian
menyilang (cross flow) mendorong sudu
tingkat ke dua.
Turbin 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.
Komponen – komponen
turbin crossflow adaleh sebagai berikut.
1.
Adapter
2.
Poros
Guide vane
3.
Guide vane
4.
Nozel
5.
Runner
6.
Rangka
Pondasi
7.
Rumah
Turbin
8.
Tutup
Turbin
9.
Poros
runner.
2.2.1.3. Turbin Turgo
Turbin Turgo dapat beroperasi pada
head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impuls,
tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozel membentur sudu pada sudut 20 o.
Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya
dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan
efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.
2.3.2. 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. 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.
2.3.2.1. Turbin Francis
Turbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. 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
2.3.2.2. Turbin Kaplan Propeller
Turbin
Kaplan termasuk kelompok turbin air reaksi jenis baling-baling (propeller). Keistimewaannya adalah sudut sudu geraknya
(runner) bisa diatur (adjustable blade) untuk menyesuaikan dengan kondisi
aliran saat itu yaitu perubahan debit air. Pada pemilihan turbin didasarkan
pada kecepatan spesifiknya. Turbin Kaplan ini memiliki kecepatan spesifik
tinggi (high spesific speed). Turbin kaplan bekerja pada kondisi head rendah
dengan debit besar . Pada perancangan turbin Kaplan ini meliputi perancangan
komponen utama turbin Kaplan yaitu sudu gerak (runner), sudu pengarah (guide
vane), spiral casing , draft tube dan mekanisme pengaturan sudut bilah sudu
gerak. Pemilihan profil sudu gerak dan sudu pengarah yang tepat untuk
mengasilkan torsi yang besar. Perancangan spiral casing dan draft tube
menggunakan persamaan empiris . Perancangan mekanisme pengatur sudut bilah (β)
sudu gerak dengan memperkirakan besar sudut putar maksimum sudu gerak
berdasarkan jumlah sudu, debit air maksimum dan minimum. Turbin Kaplan ini
dirancang untuk kondisi head 4 m dan debit 5 m³/s. Akhirnya dari hasil
perancangan turbin Kaplan ini didapatkan dimensi dari komponen utama turbin
yang diwujudkan ke dalam bentuk gambar kerja dua dimensi.
Turbin
Kaplan digunakan untuk tinggi terjun yang rendah, yaitu di bawah 20 meter.
Teknik mengkonversikan eerngi potensial air menjadi energi mekanik roda air
turbindilakukan melalui pemanfaatan kecepatan air. Roda air turbin Kaplan
menyerupai baling-baling dari kipas angin.
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Turbin merupakan alat yang benar – benar berguna. Dengan fungsinya yang mengubah
energi potensial menjadi energi kinertik dan kemudian akhirnya dikonversikan
lagi menjadi energy listrik merupakan hal yang sangat luar biasa. Turbin
merupakan alat yang akan bisa menjaga dan menghemat energy dunia. Dengan fungsi
turbin, maka energy yang air yang selalu dapat diperbarui selama dijaga dengan
baik akan terus bisa termanfaatkan dengan baik pula.
Pengembangan alat bernama turbin ini masih dalam proses pengembangan
yang berkelanjutan. Oleh karena itu masih banyak jenis dan pengembangan yang
mungkin suatu saat nanti bisa ditemukan.
3.2 Kritik dan Saran
Makalah ini kami buat untuk memberi pengetahuan kepada pembaca tentang
turbin, jenisnya dan apa fungsinya. Pada makalah ini, kami sadar bahwa banyak
hal yang kurang dan perlu dibenahi. Maka dari itu, kami mengharapkan saran dan
kritik yang membangun yang bisa memperbaiki makalah ini sehingga menjadi
makalah yang lebih baik lagi.
DAFTAR PUSTAKA
Harisul, Hari. Pengertian
Turbin Air. http://www.scribd.com/doc/194806110/Pengertian-Turbin-Air#force_seo (Diakses pada tanggal 14 Desember 2014)
Nurfadhila, Garnis. Makalah Turbin. http://www.scribd.com/doc/172423475/Makalah-Turbin (Diakses pada tanggal 14 Desember 2014)
Prabowo, Muhammad. 2013. Turbin Impuls. http://mprabowo19.blogspot.com/2013/06/turbin-impuls.html (Diakses pada tanggal 14 Desember 2014)
Apriyahanda, Onny. Macam
– Macam Turbin. http://artikel-teknologi.com/macam-macam-turbin/ (Diakses pada tanggal 14 Desember 2014)
Ratna Dwi. 2014. Turbin
Pelton. http://www.slideshare.net/DwiRatna3/turbin-pelton (Diakses pada tanggal 14 Desember 2014)
EBARA
Hatakeyama Memorial Fund, Ebara Corporation,Tokyo, Japan
David G. Ullman, The Mechanical design Process,
Mc Graw hill international Editions, 1992
Robert D. Blevins, Applied Fluid Dynamics Handbook,
19
Apak, Tajil. 2012. Turbin Pelton. http://tajilapak.wordpress.com/2012/11/23/turbin-pelton/ (Diakses pada tanggal 14 Desember 2014)
Komentar
Posting Komentar