Post on 09-Oct-2015
description
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 PLTMH
Pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) pada dasarnya
memanfaatkan energi air. Semangkin tinggi jatuh air maka semangkin maka
semangkin besar energi potensial air yang dapat si ubah menjadi energi listrik.
Disamping faktor geografis yang memungkinkan untuk dibangun pembangkit.
Tinggi jatuh air dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga
permukaan air menjadi tinggi.
Secara umum PLTMH merupakan pembangkit yang memanfaatkan aliran
sungai. Komponen sistem PLTMH tersebut terdiri dari bangunan penyadap
(intake), saluran pembawa, bak penampung dan penenang, saluran pelimpah, pipa
pesat, rumah pembangkit, dan saluran pembuangan. Perancangan pengembangan
PLTMH dimulai dari penentuan lokasi intake. Bagaimana aliran akan dibawa ke
turbin dan penentuan tempat rumah pembangkit untuk mendapatkan tinggi jatuh
optimum dan aman dari banjir.
2.2 Pinsip kerja PLTMH
Prinsip kerja PLTMH yang paling utama adalah memanfaatkan
semaksimal mungkin energi air yang dapat ditangkap oleh peralatan utamanya
yang disebut turbin/kincir air. Efisiensi turbin yang dipilih untuk menangkap
energi air tersebut menentukan besarnya energi mekanik atau energi poros yang
merupakan daya output pada turbin guna memutar generator listrik.
6
Gambar 0.1 Prinsip kerja PLTMH
Sumber: Pedoman Study Kelayakan Sipil Pembangunan PLTMH. (2009:03)
Secara teknis, mikro hidro memiliki tiga komponen utama yaitu air
(sumber energi), turbin dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas
tertentu disalurkan dengan ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (rumah
turbin). Di rumah instalasi, air tersebut akan menumbuk turbin dimana turbin
dipastikan akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi
mekanik berupa berputarnya poros turbin. Poros yangberputar tersebut kemudian
ditransmisikan ke generator dengan mengunakan kopling. Dari generator akan
dihasilkan energi listrik yang akan masuk ke sistemkontrol arus listrik sebelum
dialirkan ke rumah-rumah atau keperluan lainnya (beban). Begitulah secara
ringkasproses mikro hidro merubah energi aliran dan ketinggian air menjadi
energi listrik. Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumberair bergantung
pada besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka
headadalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air
7
keluar dari kincir air/turbin air. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air
adalah merupakan energi potensial air yaitu:
EP = m . g . h
Dimana:
EP = Energi potensial
M = Massa air
H = Head
G = Percepatan gravitasi
Keuntungan PLTMH :
1. PLTMH sangat murah biaya maintenance (perawatan) dan tidak
membutuhkan bahan bakar, karena PLTMH menggunakan energi alam.
2. Air merupakan sumber daya energi terbarukan dan bersifat continue.
3. Tidak ada limbah atau pencemaran.
4. Memiliki konstruksi yang sederhana dan dapat dioperasikan di daerah
terpencil dengan tenaga terampil penduduk daerah setempat dengan sedikit
latihan.
5. Dapat dipadukan dengan program lainnya seperti irigasi dan perikanan.
6. Efesiensinya tinggi.
Kekurangan PLTMH :
1. Biaya investasi yang cukup besar karena area yang harus diadakan cukup
besar karena harus mengalirkan air dari bendungan atau hulu sungai dan
membawanya ke daerah power house yang ada dihilir.
2. Pembangunan akan merusak ekosistem karena biasanya sungai yang
memiliki elevasi tinggi adalah daerah hulu dan biasanya masih terjaga
8
alamnya, apabila dibangun PLTMH, biasanya melakukan perusakan alam
dan lingkungan.
3. biasanya kendala utamanya adalah terlalu dipengaruhi oleh iklim dimana
musim akan mempengaruhi debit air yang ada di sungai. Biasanya hal ini
terjadi saat musim kemarau.
2.3 Desain sistem PLTMH
Dalam suatu lokasi potensi pembangin energi mikrohidro dapat dipetakan
sebagai suatu skema sistem (gambar) yang terdiri dari bererapa komponen
bangunan sipil seperti bendungan (weir), saluran pengambil (intake), saluran
pembawa, bak pengendap, saluran pembawa, bak penenang, pipa pesat (penstock),
rumah pembangkit dan saluran pembuang.
2.3.1 Lokasi bangunan penyadap (intake)
Bangunan penyadap atau intake merupakan suatu unit yang
berfungsi untuk menyadap atau mengambil air baku dari badan air sesuai
dengan debit yang diperlukan untuk pengolahan. Kondisi air permukaan
sangat berarti dalam menentukan titik pengambilan air. Dimana terdapat
kondisi air yang konstan, ditempat inilah merupakan titik pengambilan
yang diharapkan. Analisa kualitas air permukaan pada setiap bagian
penampung di titik yang dinilai cocok untuk pengambilan air sangat
penting bagi penetapan lokasi bangunan intake. Dan analisa kualitas air
permukaan horizontal sangat pokok untuk menetapkan titik pengambilan
semua jenis intake.
9
Gambar 0.2 Intake
Sumber: Pedoman Study Kelayakan Sipil Pembangunan PLTMH. (2009:03)
Lokasi intake harus memiliki dasar sungai yang relatif stabil,
apalagi bila bangunan intake tersebut tanpa bendungan (intake dam).
Dasar sungai yang tidak stabil mudah mengalami erosi sehingga
permukaan dasar sungai lebih rendah dibandingkan dasar bangunan intake,
hal ini akan menghambat aliran air memasuki intake. Dasar sungai berupa
lapisan lempeng batuan merupakan tempat yang stabil. Tempat di mana
kemiringan sungainya kecil, umumnya memiliki dasar sungai yang relatif
stabil. (Buku Pedoman 2A, Studi Kelayakan Hidrologi dan Daerah Aliran
Sungai).
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pembangunan intake
1. Intake sebaiknya terletak ditempat yang aliran airnya tidak terlalu
deras.
2. Tanah disekitar intake harus stabil dan tidak mudah terkena erosi.
3. Inlet, harus berada dibawah permukaan badan air untuk mencegah
masuknya benda-benda terapung.
4. Intake seharusnya terletak jauh sebelum sunber kontaminasi.
10
5. Intake sebaiknya dilengkapi dengan saringan kasar yang selalu
dibersihkan.
6. Jika permukaan badan air selalu konstan dan tebing sungai terendam
air, maka intake dapat di buat di dekat sungai.
2.3.2 Saluran pembawa
Saluran Pembawa merupakan saluran mengalirkan air dari intake
menuju pipa pesat dengan menjaga ketinggian muka airnya. Saluran ini
biasanya mempunyai kemiringan relative kecil. Tipe saluran pembawa
biasanya sangat tergantung pada kondisi topografi geologi daerah yang
dilewati, dan dapat berupa saluran terbuka, pipa ataupun terowongan., baik
bertekanan ataupun tidak bertekanan. Konstruksi saluran penghantar dapat
berupa pasangan batu kali atau hanya berupa tanah yang digali. Pada
saluran penghantar yang panjang perlu dilengkapi dengan saluran
pelimpah untuk setiap jarak tertentu. Jika terjadi banjir pada saluran
tersebut, kelebihan air akan terbuang melalui saluran pelimpah.
Gambar 0.3 Saluran pembawa
Sumber: Pedoman Study Kelayakan Sipil Pembangunan PLTMH. (2009:03)
11
2.3.3 Bak pengendap
Bak pengendap biasanya dibangun lebih dalam dengan tujuan
untuk menampung lumpur atau pasir yang terbawa oleh air. Bak
pengendap tidak hanya mempunyai struktur yang hanya mampu
untuk menempatkan dan memindahkan sedimen yang ukurannya lebih
besar dari ukuran minimum yang dapat merusak turbin, dll. tetapi juga
suatu saluran pelimpah untuk menjaga agar debit air yang berlebih tidak
mengalir ke saluran air. Konfigurasi dasar dari bak pengendap
diilustrasikan di bawah ini.
Gambar 0.4 Bak penenang
Sumber: PLTMH Sumber Maron (2011)
2.3.4 Saluran pelimpah
Bangunan pelimpah merupakan bangunan pengaman dari suatu
bendungan, yang harus mempunyai kapasitas sedemikian sehingga mampu
menyalurkan kelebihan air yang dialirkan sungai masuk bendungan pada
waktu bendungan penuh atau permukaan air maksimum diperkirakan
tanpa menimbulkan kerusakan pada bendungan itu sendiri.
12
Gambar 0.5 Saluran pelimpah
Sumber: PLTMH Sumber Maron (2011)
2.3.5 Rumah pembangkit (power house)
Tujuan bangunan rumah pembangkit (power house) adalah sebagai
bangunan yang berfungsi seperti : turbin, generator, panel kontrol, dan
untuk melindungi peralatan elektro mekanikal lainnya dari segala cuaca
dan juga mencegah dari orang yang tidak berkepentingan dan pencurian
peralatan barang tersebut.
Gambar 0.6 Rumah pembangkit
Sumber: PLTMH Sumber Maron (2011)
13
2.4 Turbin Air
2.4.1 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 :
Tabel 0-1 Pengelompokan turbin air
High Head Medium head Low head
Turbin Impuls Pelton
Turgo
Crossflow
Multi-Jet
Pelton
Turgo
Crossflow
Turbin Reaksi Francis Propeller
Kaplan
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
14
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). Akibatnya
roda 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. 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 reaksi sepenuhnya tercelup dalam air
dan berada dalam rumah turbin.
2.4.2 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 angin, dengan
menggantikan fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling
15
digantikan air untuk memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan
ke generator.
2.4.3 Bagian-bagian dari turbin
1. Sudu pengarah (guide vane)
Berfungsi untuk mengontrol aliran fluida yang akan masuk ke turbin.
2. Runner turbin
Roda yang berputar pada bagian roda turbin terdapat sudu-sudu, karena
sudu tersebut bergerak bersama dengan roda turbin maka sudu-sudu
tersebut dinamakan sudu gerak atau sudu jalan. Pada sebuah roda turbin
terdapat beberapa sudu gerak, setiap baris sudu terdiri dari sudu-sudu
yang disusun melingkarroda turbin, masing-masing dengan bentuk dan
ukuran yang sama. Berfungsi untuk mengubah energi potensial fluida
menjadi energi mekanik.
3. Poros turbin
Poros turbin haruslah sangat kuat karena diperuntukan untuk nenahan
gaya putar yang dihasikan akibat gaya tekanan fluida. Pada poros turbin
terdapat runner dan ditumpu dengan bantalan radial dan bantalan axial.
4. Rumah turbin
Biasanya berbentuk keong atau spiral, berfungsi untuk mengarahkan
aliran masuk sudu pengarah.
5. Pipa hisap
Mengalirkan air yang ke luar turbin ke saluran luar.
16
6. Pipa pesat (penstok)
Adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air dari bak
penenang (forebay tank). Perencanaan pipa pesat mencakup pemilihan
material, diameter penstock, tebal dan jenis sambungan (coordination
point). Pemilihan material berdasarkan pertimbangan kondisi operasi,
aksesibility, berat, sistem penyambungan dan biaya. Diameter pipa pesat
dipilih dengan pertimbangan keamanan, kemudahan proses pembuatan,
ketersediaan material dan tingkat rugirugi (fiction losses) seminimal
mungkin. Ketebalan penstock dipilih untuk menahan tekanan hidrolik
dan surge pressure yang dapat terjadi.
Gambar 0.7 Pipa pesat (penstock)
Sumber: PLTMH Sumber Maron (2011)
2.4.4 Pemilihan jenis turbin
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan
kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang
sangat spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat
17
diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus
yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu :
Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan
dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang
mempengaruhi pemilihan jenis turbin, contoh : turbin pelton efektif
untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif
beroperasi pada head rendah.
Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit
yang tersedia.
Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator.
Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator
dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat
mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan
crossflow berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan
sistem tidak beroperasi.
Efisiensi turbin (qt)
0.8 - 0.85 untuk turbin pelton
0.8 - 0.9 untuk turbin francis
0.7 - 0.8 untuk turbin crossfiow
0.8 - 0.9 untuk turbin propellerl / kaplan
18
Tabel 0-2 Pengelompokan turbin berdasarkan putaran spesifik dan head
Jenis Turbin Variasi Head (m) Putaran spesifik (rpm)
Kaplan dan Propeller 2 < H < 20 250 Ns 1000
Francis 10 < H < 350 60 Ns 300
Pelton 50 < H
19
2.4.5 Klasifikasi turbin air
Dari perumusan Bernouli, menunjukkan bahwa daya air dari
suatu aliran mempunyai bentuk energi yang berbeda-beda. Pada
proses peralihan keseimbangan energi antara energi masuk ke mesin
tenaga disatu pihak dengan energi mekanis yang dapat diteruskan oleh
mesin tenaga ditambah energi yang ikut ke luar bersama-sama air
buangan dipihak lain. Dari persamaan tersebut, suku sebelah kanan adalah
jumlah energi yang dipakai oleh sudu jalan turbin untuk diubah menjadi
energi mekanis.
Gambar 0.8 Klasifikasi turbin air
Sumber: www.crayonpedia.org.
Pada gambar 2.8. adalah gambar kincir air. Kincir air adalah jenis
turbin air yang paling kuno, sudah sejak lama digunakan oleh masyarakat.
Teknologinya sederhana, material kayu dapat dipakai untuk membuat
kincir air, tetapi untuk opersi pada tinggi jatuh air yang besar biasanya
kincir air dibuat dengan besi. Kincir air bekerja pada tinggi jatuh yang
rendah biasanya antar 0,1 m sampai 12 meter, dengan kapasitas aliran
20
yang berkisar antara 0,05 m3/dtk sampai 5 m3/dtk. Dari data tersebut
pemakai kincir air adalah di daerah yang aliran airnya tidak besar dengan
tinggi jatuh yang kecil. Putaran poros kincir air berkisar antara 2 rpm
sampai 12 rpm. Berikut ini adalah macam-macam turbin berdasarkan
karakteristiknya.
A. Turbin Francis
Gambar 0.9 Turbin Francis
Sumber: www.crayonpedia.org.
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
21
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.
B. Turbin Crossflow
Gambar 0.10 Turbin Crossflow
Sumber: www.crayonpedia.org.
22
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.
C. Turbin Pelton
Turbin Pelton adalah turbin untuk tinggi terjun yang tinggi, yaitu
diatas 300 meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi
energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses impuls
sehingga turbin Pelton juga disebut sebagai turbin impuls. Bagian-bagian
utama turbin Pelton :
1. Pipa nozzle dan lain lain yang diperlukan untuk mengarahkan aliran
jet air.
2. Runner yang menggunakan energi kinetis aliran jet (semburan) air.
3. Kotak Penutup untuk mengamankan runner dan nozzle.
4. Alat pengatur kecepatan (governor)agar kecepatan tetap sama pada
beberapa bahan.
23
Gambar 0.11 Turbin Pelton
Sumber: www.crayonpedia.org.
D. Turbin Propeler/ Kaplan
Turbin propeller merupakan turbin reaksi aliran aksial. Turbin ini
tersusun dari propellerseperti yang terdapat pada baling-baling perahu.
Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu. Turbin
propeller banyak digunakan pada head yang rendah dengan volume air
besar. Kemampuan propeller dapat digunakan pada bermacam-macam
aliran air. Penyambungan turbin dengan generator biasanya terkoneksi
langsung dengan menggunakan sabuk atau transmisi roda gigi. Turbin
propeller secara luas digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga hidro.
Turbin propelle rmerupakan turbin yang beroperasi pada head rendah dan
dengan kapasitas air yang tinggi atau bahkan dapat beroperasi pada
kapasitas yang rendah. Disebut turbin Propeller apabila mangkok-
mangkok turbinnya tetap, sedangkan turbin Kaplan memiliki mangkok-
mangkok turbin yang dapat diatur. Turbin Kaplan/Propeller baik
digunakan pada PLTA dengan tinggi terjun yang rendah, yaitu dibawah 20
24
meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi
mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui pemanfaatan kecepatan
air.
Gambar 0.12 Turbin Kaplan/ Propeler
Sumber: www.crayonpedia.org.
E. Turbin Turgo
Turbin turgo dapat beropasi pada ketinggian 30 s/d 300 m. Seperti
turbin pelton turbin turgo merupakan turbin implus, tetapi sudunya
berbeda. Pancaran air dari nosel membentur sudu pada sudut 20o.
Kecepatan putaran turbin turgo lebih besar dari turbin pelton. Akibatnya
dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga
menaikan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.
25
Gambar 0.13 Turbin Turgo
Sumber: www.crayonpedia.org.
2.4.6 Perbandingan karakteristik turbin
Adapun perbandingan karakteristik turbin dapat kita lihat pada
grafik net head (m) VS flow (m3
/s) di bawah ini.
Gambar 0.14 Grafik net head (m) vs flow (m3/s)
Sumber: www.crayonpedia.org.
26
Dari grafik di atas Turbin Kaplan adalah turbin yang beroperasi
pada head yang rendah dengan kapasitas aliran yang tinggi atau bahkan
beroperasi pada kapasitas yang sangat rendah. Hal ini karena sudu sudu
turbin kaplan dapat diatur secara manual atau otomatis untuk merspon
perubahan kapasitas.
Berkebalikan dengan turbin kaplan, turbin pelton adalah turbin
yang beroperasi pada head tinggi dengan kapasitas yang rendah. Untuk
turbin francis mempunyai karakteristik yang berbeda dengan yang lainnya
yaitu turbin francis dapat beroperasi pada head yang rendah atau
beroperasi pada head yang tinggi.
Pemilihan turbin kebanyakan didasarkan pada head air yang
didapatkan dan kurang lebih pada rata-rata alirannya. Umumnya, turbin
impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi
digunakan untuk tempat dengan head rendah. Turbin Kaplan baik
digunakan untuk semua jenis debit dan head, efisiiensinya baik dalam
segala kondisi aliran.
2.5 Perencanaan Turbin
Dalam merencanakan sebuah turbin air, ada beberapa hal mendasar yang
perlu diketahui, sehingga dengan didapatnya harga-harga ini barulah perencanaan
kontruksi turbin air bisa dilakukan.
2.5.1 Daya turbin
Daya yang dihasilkan oleh turbin dapat dihitung berdasarkan
rumus berikut :
27
P = rair g Q H t
Dimana :
P = Tenaga yang dikeluarkan secara teoritis (MW)
Q = Debit air (m3/detik)
H = Tinggi jatuh air efektif (m)
t = efisiensi turbin
rair = Massa jenis air (1000 kg/m)
2.5.2 Kecepatan spesifik
Kecepatan spesifik dapat didifinisikan sebahgai jumlaah putaran
roda turbin dimana dapat dihasilkan daya 1 Hp untuk setiap jatuh air 1 ft.
kecepatan spesifik (Ns), yang didefinisikan dengan formula :
=
3
4
Dimana :
= Kecepatan spesifik
n = Kecepatan putaran turbin (rpm)
P = Maksimum turbin output (kW)
H = Head efektif (m)
2.6 Perancangan Runner
Bagian ini disebut sudu gerak (runner blade), energi kinetik air yang
dikenakan padaya diubah menjadi energi mekanik (rotor).
28
2.6.1 Menentukan diameter runner
Untuk menentukan diameter runner bagian luar dapat dirumuskan
sebagai berikut.
1 =60 1
Dimana :
1 = Kecepatan keliling (m/detik)
n = Putaran runner (rpm)
Untuk menentukan diameter tengah- tengah sudu
=1 +
2
= diameter hub
Diameter pada hub/ leher poros
= 0.5 1
2.6.2 Jarak antara sudu
=
2.6.3 Menentukan jumlah sudu Z
Untuk menentukan jumlah sudu (Z) berdasarakn putaran spesifik
Ns dapat dilihat dari tabel dibawah ini :
29
Tabel 0-3 Ciri-ciri mesin hidrolik
Turbin Bentuk
(putaran/menit)
(putaran/menit)
(/detik)
H
(effektif)
maks, (m)
Pelton Satu
Pancaran
9-11 39,8-39,4 0,007-0,011 1800-1650
11-17 39,4-38,9 0,011-0,024 1650-700
17-25 38,9-37,6 0,024-0,055 700-350
Francis Pelahan
Normal
50-100 60,8-63,6 0,1-0,35 410-280
100-150 63,6-67,5 0,35-0,59 280-150
150-190 67,5-72,6 0,59-0,83 150-100
Kaplan
8 daun 190-250 85-145 0,930-1,220 50
6 daun 250-300 100-155 1,290-1,800 35
5 daun 240-450 110-170 1,600-2,200 20
4 daun 330-560 120-180 2,000-2,350 15
3 daun 390-690 135-200 2,350-2,450 6
490-750
570-920
Sumber : Tenaga Air. O.F. PATTY, (94)
2.7 Perencanaan Guide Vane
Berfungsi sebagai pintu masuk air dari rumah spiral menuju runner blade,
dan berfungsi juga sebagai distributor agar air disekeliling runner mempunyai
debet yang sama rata, dan juga sebagai pengamanan turbin pada saat terjadi
ganguan.
2.7.1 Jarak horizontal runner terhadap sisi dalalm guide vane ()
= 0.25 1
30
2.7.2 Menentukan tinggi guide vane
0 = (0,4531,8
) 1
2.7.3 Menentukan jumlah blade guide vane
= (1
41000 1 + 4)
2.8 Perencanaan Poros
Poros (shaft) adalah suatu bagian stasioner yang berputar, biasanya
berpenampang bulat, dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi ,
puly engkol gigi jentera (sprocket) dan elemen pemindah daya lainya.
2.8.1 Macam-macam poros
Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut
pembebananya sebagai berikut :
1. Poros trasmisi
Poros ini mendapatkan beban puntir murni atau untir dan lentur. Daya
yang ditrasmisikan melalui poros ini melalui kopling, roda gigi, puly
sabuk atau sprocket.
2. Spindel
Poros trasmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin
perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran disebut spindel.
3. Gandar poros ini dipasang diantara roda-roda kereta barang, dimana
tidak mendapatkan beban puntir, kadang-kadang tidak boleh berputar
disebut gandar.
31
2.9 Pasak
Pasak digunakan umtuk menghubungkan bagian penggerak seperti pulley,
sproket rantai, atau roda gigi dengan poros yang mendukungnya. Torsi dan daya
dipindahkan melalui pasak dari atau ke poros. Yang paling umum dipakai adalah
pasak benam yang dapat meneruskan momen besar. Untuk momen dengan
tumbukan dapat dipakai pasak singgung.
Gambar 0.15 Macam-macam pasak
sumber : Sularso (1978)