Makalah Hidrolika Saluran Tertutup (Turbin)

 

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 :

  1. Pipa nozzle fungsi : mengarahkan aliran air 
  2. Sudu turbin fungsi : menangkap aliran air ( mangkok dan chord )
  3. Kotak penutup fungsi : mengamankan nozzle dan runner 
  4. Governor fungsi : mengatur kecepatan air yg akan diarahkan nozzle
  5. Ridge : membagi air kearah kiri dankanan mangkok runner 
  6. Deflector : membelokan pancaran air
  7. 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

Postingan populer dari blog ini

Menyusuri Lembah Shosenkyo, Jungle Track, Air terjun, dan Rope Way

Gambar
Sudah genap 1 bulan kami tinggal di Jepang dan tepatnya kami berada di Perfektur Yamanashi. dari kemarin serius terus pembahasan tentang engineering dan bagaimana perbandingan Indonesia dengan Jepang yang jauh berbeda. Namun kali ini kita santai dan aku akan menceritakan petualangan kami menyusuri lembah Shosenkyo. Sebuah perjalanan unik dan menjadi salah satu destinasi wisata paling populer di Yamanashi selain tentu saja Kawaguchiko dan Gunung Fuji. akan aku bahas kemudian untuk tempat wisata tersebut. Shosenkyo Valley Shoot by Yu, Canon EOS 800D, EF-S 10-22 mm f/3.5 - 4.5 USM Shoot at ISO200, 18 mm, f/29, 4 second, LR Classic Seperti biasa, aku akan mengulas ada apa dan bagaimana serta penilaian kami berdua tentang lokasi wisata tersebut. apa saja yang bisa dilakukan dan bagaimana aksesnya. jadi begini ulasan kami: 1. Overview Wisata dan Akses Aku cukup bingung sebenarnya untuk mendiskripsikan secara keseluruhan untuk lembah shosenkyo ini karena cukup banyak hal yang bisa...
Read more »

Kawaguchiko, Fuji, dan Momiji

Gambar
 Kali ini tulisanku tentang perjalanan kami menyusur salah satu danau paling terkenal di dunia yaitu danau kawaguchiko. Danau ini menjadi salah satu daya tarik wisata di jepang dan menjadi salah satu destinasi wajib jika sedang berwisata ke jepang. Letaknya tidak terlalu jauh dengan kota Kofu dimana kita tinggal sekarang. danau ini menjadi salah satu destinasi wisata yang digemari dikarenakan pemandangan dari danau ini lamgsung menuju gunung Fuji yang juga menjadi ikon dari negara Jepang.  Autumn Kawaguchiko (Shoot by Yu,  Canon EOS 800D, EF-S 10-22 f/3.5-4.5 USM, Shoot at ISO 100, 21 mm, F/25, 1/20 s, Grad ND Filter, LR Classic ) 1. Musim Gugur dan Musim Sakura Musim yang sedang terjadi ketika kami kesana adalah pertengahan musim gugur. Pada setiap daerah tentunya berbeda namun di sini, pertengahan musim gugur menjadi salah satu musim yang paling ditunggu dan menjadi musim yang paling direkomendasikan untuk berangkat ke danau ini. Daya tarik pada musim gugur ...
Read more »

Mengapa Analisa Keruntuhan Bendungan Cirata dan Jatiluhur Begitu Kompleks? Bahkan Bisa Membutuhkan Ratusan Skenario yang Perlu untuk Dimodelkan

Gambar
 Selain investasi dalam hal pemanfaatan sumber daya air, bendungan juga bisa menjadi investasi dalam bencana. Bagaimana terbaru ini Bendungan Kakhovka di Ukraina runtuh memberikan gambaran potensi yang sangat luar biasa dari bahayanya ketika terjadi keruntuhan. Namun jika pemantauan dan pengelolaan waduk dan bendungan dilakukan dengan benar, maka potensi tersebut bisa diminimalisir. pada kondisi terbutuknya terdapat dokumen Rencana Tindak Darurat yang dimiliki oleh masing - masing bendungan dan pengelolanya sebagai acuan ketika terjadi kondisi darurat. Setiap bendungan itu unik, begitu pula dengan kompleksnya. aku akan sedikit mengulas tentang betapa rumitnya Dam Break Analysis pada Bendungan Cirata dan kemungkinan - kemungkinan yang perlu untuk dimodelkan ketika terjadi keruntuhan pada bendungan tersebut. pada model kali ini aku menggunakan data sekunder untuk keperluan tertentu walaupun pada akhirnya pendalaman perlu untuk dilakukan lebih lanjut. Areal Genangan Keruntuhan B...
Read more »