Jail

PENGGUNAAN TURBIN CROSS-FLOW PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO

Oleh :

1. Aqmalia XI-B2. Fini A. XI-B3. Nova D. XI-B4. Rifki R. XI-B

Program Studi Motor PengerakJurusan Kimia IndustriSMK � Putra Indonesia Malang2015PENGGUNAAN TURBIN CROSS-FLOW PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO

PENDAHULUANUntuk memenuhi kebutuhan energi listrik yang semakin meningkat, saat ini PLN melaksanakan proyek percepatan pembangunan pembangkit listrik berbahan bakar batubara 10.000 Mega Watt yang segera akan disusul dengan proyek 10.000 MW tahap II. Namun selain membangun pembangkit-pembangkit listrik berkapasitas besar tersebut, pada daerah-daerah terpencil dan jauh dari lokasi jaringan transmisi, diperlukan pasokan dari pembangkit-pembangkit listrik berkapasitas kecil, terutama yang memanfaatkan potensi energi setempat yang bersifat terbarukan (renewable).

Salah satu sumber energi terbarukan yang berpotensi untuk dikembangkan adalah pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Keunggulan PLTMH terletak pada biaya pembangkitan energi listrik yang kompetitif dan teknologi yang sederhana sehingga dapat dikelola dan dioperasikan oleh masyarakat setempat.

Makalah ini membahas tentang keunggulan turbin cross-flow (aliran silang) dibanding dengan jenis lainnya. Karena dapat dibuat dan dioperasikan dengan teknologi yang sederhana, turbin cross-flow cocok dikembangkan sebagai penggerak mula PLTMH.

MIKROHIDROSecara umum Listrik Tenaga Air dapat dikatagorikan sesuai besar daya yang dihasilkannya, dimana salah satu klasifikasi Listrik Tenaga Air adalah sebagaimana tabel berikut (Sumber : Severn Wye Energy Agency, www.swea.co.uk)

No. JENIS DAYA / KAPASITAS1. PLTA > 5 MW ( 5.000 kW).2. PLTM 100 kW < PLTM < 5.000 kW3. PLTMH < 100 kW

Namun sebenarnya pembagian antara PLTA (besar), PLTM (minihidro) serta PLTMH (mikrohidro) bervariasi dan dinamis. Pembagian pada tabel diatas merupakan salah satu contoh. Namun secara umum dapatlah ditentukan bahwa yang dimaksud sebagai PLTMH adalah jika mempunyai kapasitas daya di bawah 100 kW.Pada dasarnya suatu pembangkit listrik tenaga air berfungsi untuk mengubah potensi tenaga air yang berupa aliran air (sungai) yang mempunyai debit dan tinggi jatuh (head) untuk menghasilkan energi listrik. Bangunan tersebut mencakup bangunan sipil dan peralatan elektromekanik.

Air yang mengalir di sungai dibelokkan alirannya oleh Weir (bendung), sehingga aliran air tersebut mengalir lewat bangunan sadap (Intake) . Pada intake terdapat bak pengendap (settling basin) yang berfungsi untuk menghendapkan butir-butir pasir dan lumpur dari air. Dari bak penenang air dialirkan melewati saluran pemb

awa (head race) menuju bak penenang. (forebay).

Bak penenang (forebay) berfungsi untuk menenangkan atau menurunkan kecepatan air sebelum masuk ke penstock. Bak penenang ini juga biasanya berfungsi sebagai bak pengendap, yaitu mengendapkan sisa-sisa partikel-partikel pasir dan lumpur yang masih terbawa lewat saluran penghantar. Dari forebay air mengalir lewat saluran pipa tertutup yang disebut pipa pesat (penstock).

Pada ujungnya di sebelah bawah pipa pesat disambung dengan turbin yang berfungsi untuk mengubah energi potensial yang ada pada air menjadi enegi mekanik. Poros turbin dihubungkan dengan generator, baik dikopel secara langsung sehingga putaran turbin dan generator sama, maupun dengan memakai sistem transmisi mekanik lain jika putaran keduanya berbeda. Putaran generator tersebut selanjutnya menghasilkan energi listrik. KLASIFIKASI TURBIN AIRDengan kemajuan ilmu Mekanika fluida dan Hidrolika serta memperhatikan sumber energi air yang cukup banyak tersedia di pedesaan akhirnya timbullah perencanaan-perencanaan turbin yang divariasikan terhadap tinggi jatuh ( head ) dan debit air yang tersedia. Dari itu maka masalah turbin air menjadi masalah yang menarik dan menjadi objek penelitian untuk mencari sistim, bentuk dan ukuran yang tepat dalam usaha mendapatkan effisiensi turbin yang maksimum.Pada uraian berikut akan dijelaskan pengklasifikasian turbin air berdasarkan beberapa kriteria.

Berdasarkan Model Aliran Air Masuk Runner. Berdasaran model aliran air masuk runner, maka turbin air dapat dibagi menjadi tiga tipe yaitu :1. Turbin Aliran Tangensial Pada kelompok turbin ini posisi air masuk runner dengan arah tangensial atau tegak lurus dengan poros runner mengakibatkan runner berputar, contohnya Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.

Gambar 1. Turbin Aliran Tangensial (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)

2. Turbin Aliran AksialPada turbin ini air masuk runner dan keluar runner sejajar dengan poros runner, Turbin Kaplan atau Propeller adalah salah satu contoh dari tipe turbin ini.

Gambar 2. Model Turbin Aliran Aksial (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)

3. Turbin Aliran Aksial - Radial Pada turbin ini air masuk ke dalam runner secara radial dan keluar runner secara aksial sejajar dengan poros. Turbin Francis adalah termasuk dari jenis turbin ini. Gambar 3. Model Turbin Aliran Aksial- Radial (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)

Berdasarkan Perubahan Momentum Fluida Kerjanya. Dalam hal ini turbin air dapat dibagi atas dua tipe yaitu :

1. Turbin Impuls.Semua energi potensial air pada turbin ini dirubah menjadi menjadi energi kinetis sebelum air masuk/ menyentuh sudu-sudu runner oleh alat pengubah yang disebut nozel. Yang termasuk jenis turbin ini antara lain : Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.2. Turbin Reaksi.Pada turbin reaksi, seluruh energi potensial dari air dirubah menjadi energi kinetis pada saat air melewati lengkungan sudu-sudu pengarah, dengan demikian putaran runner disebabkan oleh perubahan momentum oleh air. Yang termasuk jenis turbin reaksi diantaranya : Turbin Francis, Turbin Kaplan dan Turbin Propeller.

Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) Yang dimaksud dengan kecepatan spesifik dari suatu turbin ialah kecepatan putaran runner yang dapat dihasilkan daya effektif 1 BHP untuk setiap tinggi jatuh 1 meter atau dengan rumus dapat ditulis ( Lal, Jagdish, 1975 ) : diketahui : ns = kecepatan spesifik turbinn = Kecepatan putaran turbin ��. rpm Hefs = tinggi jatuh effektif �� mNe = daya turbin effektif �� HPSetiap turbin air memiliki nilai kecepatan spesifik masing-masing, tabel 1. menjelaskan batasan kecepatan spesifik untuk beberapa turbin kovensional ( Lal, Jagdish, 1975 )Tabel 1. Kecepatan Spesifik Turbin KonvensionalNo Jenis Turbin Kecepatan Spesifik1. Pelton dan kincir air 10 - 352. Francis 60 - 3003. Cross-Flow 70 - 804. Kaplan dan propeller 300 - 1000

Berdasarkan Head dan Debit. Dalam hal ini pengoperasian turbin air disesuaikan dengan potensi head dan debit yang ada yaitu :1. Head yang rendah yaitu dibawah 40 meter tetapi debit air yang besar, maka Turbin Kaplan atau propeller cocok digunakan untuk kondisi seperti ini.2. Head yang sedang antara 30 sampai 200 meter dan debit relatif cukup, maka untuk kondisi seperti ini gunakanlah Turbin Francis atau Cross-Flow.3. Head yang tinggi yakni di atas 200 meter dan debit sedang, maka gunakanlah turbin impuls jenis Pelton.Gambar 7. menjelaskan bentuk kontruksi empat macam runner turbin konvensional.

Gambar 4. Empat Macam Runner Turbin Konvensional(Sumber : Haimerl, L.A., 1960)

KARAKTERISTIK TURBIN CROSS-FLOWTurbin Cross-Flow memiliki karakteristik yang spesifik dibanding jenis penggerak turbin lainnya diantaranya ialah :

Keunggulan Turbin Cross-Flow Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini

dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960).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. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan effisiensi dari beberapa turbin konvensional. Gambar 5. Effisiensi Beberapa Turbin dengan Pengurangan Debit Sebagai Variabel (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)

Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara effisiensi dengan pengurangan debit akibat pengaturan pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan debit terhadap debit maksimumnya.Untuk Turbin Cross Flow dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensi yang cukup tinggi sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai dengan Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang relatif tetap ( Meier, Ueli,1981).Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis turbin lain, maka Turbin Cross-Flow yang paling sederhana. Sudu-sudu Turbin Pelton misalnya, bentuknya sangat pelik sehigga pembuatannya harus dituang. Demikian juga runner Turbin Francis, Kaplan dan Propeller pembuatannya harus melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner Turbin Cross Flow dapat dibuat dari material baja sedang (mild steel) seperti ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi las. Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin ini semuanya dapat dibuat di bengkel-bengkel umum dengan peralatan pokok mesin las listrik, mesin bor, mesin gerinda meja, bubut dan peralatan kerja bangku, itu sudah cukup. Dari kesederhanaannya itulah maka Turbin Cross-Flow dapat dikelompokan sebagai teknologi tepat guna yang pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek cerah karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan kemampuan dan harapan masyarakat.Dari beberapa kelebihan Turbin Cross-Flow itulah, maka sampai saat ini pemakaiannya di beberapa negara lain terutama di Jerman Barat sudah tersebar luas, bahkan yang dibuat oleh pabrik Turbin Ossberger sudah mencapai 5.000 unit lebih, sebagaimana diungkapkan oleh Prof. Haimerl (1960) dalam suatu artikelnya sebagai berikut :�Today, numerous turbines throughout the world are operating on the Cross-flow principle, and most of these (more than 5.000 so far) have been built by Ossberger�

Selanjutnya Prof. Haimerl (1960) menyatakan pula bahwa setiap unit dari turbin ini dapat dibuat sampai kekuatan kurang lebih 750 KW, dapat dipasang pada ketinggian jatuh antara 01 sampai 200 meter dengan debit air sampai 3.000 liter/detik. Cocok digunakan untuk PLTMH, penggerak instalasi pompa, mesin pertanian, workshop, bengkel dan lain sebagainya.

Turbin Cross-Flow secara umum dapat dibagi dalam dua tipe ( Meier, Ueli, 1981 ) yaitu :1. Tipe T1, yaitu Turbin Cross-Flow kecepatan rendah . 2. Tipe T3, yaitu Turbin Cross-Flow kecepatan tinggi. Kedua tipe turbin tersebut lebih dijelaskan oleh gambar 6.

Gambar 6. Dua Tipe Turbin Cross-Flow (Sumber : Haimerl, L.A., 1960) 1. Elbow 6.Rangka pondasi2. Poros katup 7. Rumah turbin3. Katup 8. Tuup turbin4. Nozel 9. Poros runner5. Runner

Gambar 7. Model Rakitan Turbin Cross-Flow (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)

Cara Mengoperasikan Turbin Cross-Flow Cara mengoperasikan Turbin Cross-Flow, pertama kali buka pintu utama di sekitar bendungan agar air dapat mengalir melalui kanal ke bak penenang. Setelah permukaan air di kolam penampung naik setinggi 1,5 meter di atas mulut pipa pesat hingga sebagian air ada yang terbuang melimpah melalui saluran limpah, maka pada saat itu pula pintu di mulut pipa pesat dibuka hingga pipa pesat penuh terisi namun pada saat itu air tak dapat masuk turbin sebab katup di bawah di dalam posisi menutup penuh. Selanjutnya sekarang kegiatan pengoperasian berlangsung di rumah pembangkit. Bukalah katup secara berkala dengan perantaraan regulator tangan sampai air dapat keluar dari nozel dan akhirnya memutarkan runner. Setelah runner berputar normal, lepaskan pasak penghubung katup � regulator, proses pengaturan katup ini selanjutnya dilakukan oleh governor mekanis. Selama pengoperasian awal ini, generator jangan dahulu dihubungkan dengan beban, namun setelah governor bekerja secara normal baru generator dihubungkan dengan beban. Untuk selanjutnya, penyesuaian pemakaian beban dengan pembukaan katup bekerja secara otomatis yang dilakukan oleh governor.

Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros berulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8. Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor. Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana yang dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat diandalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan putaran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.

7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga timbul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.

Gambar 9. Governor dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)

Gambar 10. Tiga Model Posisi Katup (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)

MERAKIT TURBIN CROSS-FLOWYang termasuk komponen penggerak mula turbin ialah nozel, katup, runner, poros runner, tutup turbin dan rangka pondasi. Berikut ini akan dijelaskan proses pembuatan dan perakitan komponen- komponen penggerak mula tersebut.

1. Runner

Gambar 11. Runner (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)

Gambar 12. Proses Merakit Runner (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)

2. Katup

Gambar 13. Katup (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988) Gambar 14. Komponen Rakitan Katup (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)

3. Nozel Gambar 15. Nozel (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988) Gambar 16. Penampang Samping Nozel (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)

Gambar 17. Elemen Rakitan Nozel (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)

4. Tutup Turbin

Gambar 18. Tutup Turbin (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)

Gambar 19. Komponen Rakitan Tutup Turbin (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)

KEUNGGULAN-KEUNGGULAN TURBIN CROSS-FLOWKeunggulan-keunggulan turbin cross-flow dibandingkan dengan turbin jenis lainnya adalah sebagai berikut :1. Kisaran Operasi yang LuasTurbin cross-flow ini banyak dipakai pada PLTA skala kecil dengan kisaran head yang sama (overlapping) dengan turbin jenis Kaplan, Francis dan Pelton. Kisaran operasinya meliputi debit antara 20 liter sampai 10 m3 per detik, serta head antara 1 sampai 200 meter. Turbin cross-flow ini selalu mempunyai sumbu runner yang horizontal.

Turbin cross-flow dapat beroperasi pada berbagai debit, dibandingkan dengan jenis-jenis turbin lainnya seperti Pelton dan Turgo yang hanya beroperasi pada Head yang tinggi, atau propeller dan Kaplan pada Head yang Rendah. Demikian juga halnya dibandingkan dengan turbin Francis, daerah operasi turbin Cross-flow lebih luas.

Dengan adanya kisaran operasi yang luas tersebut maka turbin cross-flow memungkinkan untuk dipakai pada berbagai PLTMH yang debit dan headnya berbeda.

2. Sebagai alternatif turbin Francis.

Dengan kisaran operasi yang luas tersebut, Turbin cross-flow dapat menjadikan alternatif menggantikan turbin Francis yang dulu sering dipakai sebagai penggerak mula PLTM, termasuk juga yang berkapasitas kecil (PLTMH).

Keunggulan-keunggulan turbin cross-flow ini dibandingkan dengan jenis turbin lainnya adalah sebagai berikut :

Turbin cross-flow yang merupakan jenis turbin impul harganya lebih murah dari turbin reaksi karena tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti.Kisaran operasi turbin cross-flow cukup fleksibel pada berbagai head dan debit, khususnya untuk daya sampai 1 MW.Desain turbin cross-flow lebih fleksibel, dimana untuk kisaran debit dan head yang berbeda ukuran diameter turbin air tetap sama, manufacturer tinggal mengatur lebar turbin dan transmisi mekanik yang sesuai. Dengan demikian memungkinkan untuk produksi massal tanpa harus memesan desain khusus.Turbin type cross-flow saat ini telah banyak diproduksi di dalam negri sehingga terbuka untuk memperoleh dengan harga lebih murah dan mutu yang baik.

3. Pengaturan Efisiensi yang Tetap Tinggi pada Debit Rendah

Turbin cross-flow mempunyai keunggulan dimana dapat diatur agar agar efisiensinya tetap tinggi meskipun aliran air yang mengalir sangat kecil sekali, misalnya hanya seperempat atau 25 % dari debit aliran penuh / nominal. Hal tersebut dapat dilihat pada diagram pada gambar berikut dimana runner turbin cross-flow tersebut dilengkapi piringan (disc) ditengah-tengah piringan yang ada, sehingga runner turbin menjadi 3 (tiga) bagian.

Jika aliran air (debit) yang ada sedang rendah, maka air dapat dialirkan hanya pada dua pertiga maupun sepertiga dari runner, dengan demikian efisiensinya turbin secara keseluruhan tetap tinggi meskipun aliran air yang ada hanya sebesar 25 % debit nominal. .

Adanya karakteristik yang memungkinkan turbin ini dapat tetap mempertahankan efisiensinya meski beroperasi pada debit yang jauh dibawah titik optimalnya, merupakan suatu solusi dari bervariasinya debit air sungai pada PLTMH. Mengingat debit sungai tersebut sangat tergantung pada musim, dimana pada saat kemarau akan jauh lebih rendah. Disamping itu biasanya PLTMH tidak dilengkapi kolam tando harian apalagi waduk.

4. Mudah dan Murah Proses Fabrikasi dan Pemeliharaan.

Turbin Cross-flow merupakan turbin air jenis impuls yang berbeda dengan turbin reaksi (Francis, Propeller dan Kaplan) tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti. Dengan sifat-sifat tersebut turbin ini lebih gampang difabrikasi dan dipelihara, misalnya untuk memperbaiki (disassembling) bagian yang berputar (runner) tidak memerlukan teknisi dan peralatan yang khusus.

Adapun komponen-komponen turbin cross-flow serta proses manufakturnya adalah sebagai table berikut :

Tabel : Komponen turbin Cross-Flow dan proses manufakturnya

Nama Komponen Uraian Proses manufakturRotor Poros Rotor Bubut konvensional

Disk Rotor Milling, konvensional atau CNCBlade Rotor Milling atau potong

Rumah Turbin Dinding Milling atau las potongCover Milling atau las potongDudukan Bearing CNC milling, atau bubut konvensionalFlens CNC milling, las,

Guide Vane Poros Guide Vane Bubut konvensionalBlade Guide Vane Milling CNC atau konvensional, las,

Pulley Turbine Pulley Roll, skrap, bubut, lasGenerator Pulley Roll, skrap, bubut, las

Adapter Adapter RollFlens Adapter CNC milling, bubut konvensionalStiffener Adapter CNC milling, bubut konvensional

Base Frame Turbin, generator Las

Pada dasarnya teknologi manufaktur turbin cross-flow bersifat sangat fleksibel. Artinya dapat dimanufaktur secara moderen, seperti yang sekarang diproduksi oleh Ossberger dan pabrik-pabrik di Eropa. Teknologi yang bersifat menengah yang diproduksi berbagai industri kecil di Indonesia, umumnya dengan lisensi dari Eropa. Ataupun dengan teknologi yang sederhana yang dapat dikerjakan oleh bengkel-bengkel kecil.

Dengan bentuk dan teknologi yang sederhana tersebut turbin cross-flow dapat diproduksi pada bengkel-bengkel setempat, dibandingkan dengan turbin jenis reaksi seperti Francis yang memerlukan teknologi yang lebih rumit sehingga hanya beberapa perusahaan saja di dalam negri memiliki kemampuan untuk memproduksinya. Tentu saja semakin sederhana teknologi yang dipakai, berpengaruh pada tingkat efisiensinya. Namun hal tersebut dapat ditolerir untuk pembangkit listrik berkapasitas kecil.

Untuk memberi gambaran tentang proses manufaktur turbin cross-flow yang sederhana teknologinya, berikut disampaikan contoh-contoh gambar proses manufaktur turbin cross-flow yang memanfaatkan teknologi dan peralatan sederhana.

Dari kurva di atas terlihat bahwa untuk turbin jenis Pelton dan Kaplan efisiensi hidrauliknya tetap tinggi meskipun beroperasi pada debit yang lebih rendah dari

debit nominalnya. Namun untuk turbin air jenis Francis dan aliran silang (cross-flow), tingkat efisiensi hidraulik akan turun secara tajam jika beroperasi pada debit dibawah 50 % debit nominal. Sedangkan untuk turbin propeller tipe sudu yang fixed (tidak dapat diatur), tingkat efisiensi akan turun sangat tajam jika beroperasi di bawah 90 % debit nominal.

Dari kurva di atas terlihat bahwa efisiensi turbin cross-flow lebih rendah dibandingkan turbin Francis. Namun sebenarnya secara teknologi efisiensi turbin cross-flow masih dapat ditingkatkan sampai 85 % yaitu dengan memasang draught tube di bawah runner yang terisi penuh air serta dengan teknologi yang lebih teliti (Adam Harvey et al). Dengan demikian turbin jenis ini dapat dibuat secara luas dengan berbagai tingkat kecanggihan teknologi.

Pengaturan Secara Load Control

Sistem pengaturan pada pembangkit listrik mempunyai fungsi agar jumlah listrik yang dihasilkan sama dengan jumlah listrik yang dikonsumsi, sehingga kualitas listrik yang dihasilkan berupa tegangan dan frekuensi tetap terjaga. Untuk itu terdapat 2 jenis sistem pengaturan pada listrik tenaga air, yaitu :

Pengaturan debit air (Flow Control)Pengaturan beban listrik (Load control)

Sistem pengaturan yang mengatur laju aliran air (flow) biasanya terdapat pada turbin air jenis Francis dan Kaplan. Dengan adanya pengaturan laju aliran air dengan governor tersebut maka jumlah air yang mengalir setiap saat akan diatur sesuai dengan kebutuhan beban listrik yang harus dialirkan. Sehingga pemakaian air akan lebih efisien.

Untuk PLTMH biasanya tidak dipakai pengaturan debit air yang menggunakan governor karena harganya yang cukup mahal. Pada PLTMH ini akan lebih menguntungkan jika beban generatornya tetap dengan mengendalikan beban untuk menjaga tegangan dan frekuensi tetap. Hal tersebut dilakukan dengan mengalihkan beban yang berlebih ke suatu ballast load (dummy load) sehingga daya listrik total dari generator tetap.

Daftar Pustaka-Bachtiar, Asep Neris. (1988). Perencanaan Turbin Air Penggerak Generator Listrik Pedesaan. Tugas Akhir-Haimerl, L.A.(1960). The Cross Flow Turbine. Jerman Barat-Lal, Jagdish. (1975). Hydraulic Machine. New Delhi : Metropolitan Book Co Private Ltd-Sutarno. (1973). Sistim Listrik Mikro Hidro Untuk Kelistrikan Desa. Yogyakarta : UGM Yogyakarta-http://jonny-havianto.blogspot.co.id/2012/05/penggunaan-turbin-cross-flow-pada.htmlPENGGUNAAN TURBIN CROSS-FLOW PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO

Oleh :


Program Studi Motor Pengerak

Jurusan Kimia IndustriSMK � Putra Indonesia Malang2015PENGGUNAAN TURBIN CROSS-FLOW PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO







Air yang mengalir di sungai dibelokkan alirannya oleh Weir (bendung), sehingga aliran air tersebut mengalir lewat bangunan sadap (Intake) . Pada intake terdapat bak pengendap (settling basin) yang berfungsi untuk menghendapkan butir-butir pasir dan lumpur dari air. Dari bak penenang air dialirkan melewati saluran pembawa (head race) menuju bak penenang. (forebay).


Pada ujungnya di sebelah bawah pipa pesat disambung dengan turbin yang berfungsi untuk mengubah energi potensial yang ada pada air menjadi enegi mekanik. Poros turbin dihubungkan dengan generator, baik dikopel secara langsung sehingga putaran turbin dan generator sama, maupun dengan memakai sistem transmisi mekanik lain jika putaran keduanya berbeda. Putaran generator tersebut selanjutnya menghasi

lkan energi listrik. KLASIFIKASI TURBIN AIRDengan kemajuan ilmu Mekanika fluida dan Hidrolika serta memperhatikan sumber energi air yang cukup banyak tersedia di pedesaan akhirnya timbullah perencanaan-perencanaan turbin yang divariasikan terhadap tinggi jatuh ( head ) dan debit air yang tersedia. Dari itu maka masalah turbin air menjadi masalah yang menarik dan menjadi objek penelitian untuk mencari sistim, bentuk dan ukuran yang tepat dalam usaha mendapatkan effisiensi turbin yang maksimum.Pada uraian berikut akan dijelaskan pengklasifikasian turbin air berdasarkan beberapa kriteria.






Berdasarkan Perubahan Momentum Fluida Kerjanya. Dalam hal ini turbin air dapat dibagi atas dua tipe yaitu :1. Turbin Impuls.Semua energi potensial air pada turbin ini dirubah menjadi menjadi energi kinetis sebelum air masuk/ menyentuh sudu-sudu runner oleh alat pengubah yang disebut nozel. Yang termasuk jenis turbin ini antara lain : Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.2. Turbin Reaksi.Pada turbin reaksi, seluruh energi potensial dari air dirubah menjadi energi kinetis pada saat air melewati lengkungan sudu-sudu pengarah, dengan demikian putaran runner disebabkan oleh perubahan momentum oleh air. Yang termasuk jenis turbin reaksi diantaranya : Turbin Francis, Turbin Kaplan dan Turbin Propeller.

Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) Yang dimaksud dengan kecepatan spesifik dari suatu turbin ialah kecepa

tan putaran runner yang dapat dihasilkan daya effektif 1 BHP untuk setiap tinggi jatuh 1 meter atau dengan rumus dapat ditulis ( Lal, Jagdish, 1975 ) : diketahui : ns = kecepatan spesifik turbinn = Kecepatan putaran turbin ��. rpm Hefs = tinggi jatuh effektif �� mNe = daya turbin effektif �� HPSetiap turbin air memiliki nilai kecepatan spesifik masing-masing, tabel 1. menjelaskan batasan kecepatan spesifik untuk beberapa turbin kovensional ( Lal, Jagdish, 1975 )Tabel 1. Kecepatan Spesifik Turbin KonvensionalNo Jenis Turbin Kecepatan Spesifik1. Pelton dan kincir air 10 - 352. Francis 60 - 3003. Cross-Flow 70 - 804. Kaplan dan propeller 300 - 1000




Keunggulan Turbin Cross-Flow Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960).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. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin

Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan effisiensi dari beberapa turbin konvensional. Gambar 5. Effisiensi Beberapa Turbin dengan Pengurangan Debit Sebagai Variabel (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)


Selanjutnya Prof. Haimerl (1960) menyatakan pula bahwa setiap unit dari turbin ini dapat dibuat sampai kekuatan kurang lebih 750 KW, dapat dipasang pada ketinggian jatuh antara 01 sampai 200 meter dengan debit air sampai 3.000 liter/detik. Cocok digunakan untuk PLTMH, penggerak instalasi pompa, mesin pertanian, workshop, bengkel dan lain sebagainya.Turbin Cross-Flow secara umum dapat dibagi dalam dua tipe ( Meier, Ueli, 1981 ) yaitu :1. Tipe T1, yaitu Turbin Cross-Flow kecepatan rendah . 2. Tipe T3, yaitu Turbin Cross-Flow kecepatan tinggi. Kedua tipe turbin tersebut lebih dijelaskan oleh gambar 6.

Gambar 6. Dua Tipe Turbin Cross-Flow (Sumber : Haimerl, L.A., 1960) 1. Elbow 6.Rangka pondasi2. Poros katup 7. Rumah turbin3. Katup 8. Tuup turbin4. Nozel 9. Poros runner

5. Runner



Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros berulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8. Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor. Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana yang dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat diandalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan putaran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga timbul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang

tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.




1. Runner



2. Katup




4. Tutup Turbin Gambar 18. Tutup Turbin (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)


KEUNGGULAN-KEUNGGULAN TURBIN CROSS-FLOWKeunggulan-keunggulan turbin cross-flow dibandingkan dengan turbin jenis lainnya adalah sebagai berikut :1. Kisaran Operasi yang LuasTurbin cross-flow ini banyak dipakai pada PLTA skala kecil dengan kisaran head yang sama (overlapping) dengan turbin jenis Kaplan, Francis dan Pelton. Kisaran o

perasinya meliputi debit antara 20 liter sampai 10 m3 per detik, serta head antara 1 sampai 200 meter. Turbin cross-flow ini selalu mempunyai sumbu runner yang horizontal.












Turbin Cross-flow merupakan turbin air jenis impuls yang berbeda dengan turbin reaksi (Francis, Propeller dan Kaplan) tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti. Dengan sif

at-sifat tersebut turbin ini lebih gampang difabrikasi dan dipelihara, misalnya untuk memperbaiki (disassembling) bagian yang berputar (runner) tidak memerlukan teknisi dan peralatan yang khusus.













Dari kurva di atas terlihat bahwa untuk turbin jenis Pelton dan Kaplan efisiensi hidrauliknya tetap tinggi meskipun beroperasi pada debit yang lebih rendah dari debit nominalnya. Namun untuk turbin air jenis Francis dan aliran silang (cross-flow), tingkat efisiensi hidraulik akan turun secara tajam jika beroperasi pada debit dibawah 50 % debit nominal. Sedangkan untuk turbin propeller tipe sudu yang fixed (tidak dapat diatur), tingkat efisiensi akan turun sangat tajam jika beroperasi di bawah 90 % debit nominal.








Oleh :












Berdasarkan Model Aliran Air Masuk Runner.

Berdasaran model aliran air masuk runner, maka turbin air dapat dibagi menjadi tiga tipe yaitu :1. Turbin Aliran Tangensial Pada kelompok turbin ini posisi air masuk runner dengan arah tangensial atau tegak lurus dengan poros runner mengakibatkan runner berputar, contohnya Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.






Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) Yang dimaksud dengan kecepatan spesifik dari suatu turbin ialah kecepatan putaran runner yang dapat dihasilkan daya effektif 1 BHP untuk setiap tinggi jatuh 1 meter atau dengan rumus dapat ditulis ( Lal, Jagdish, 1975 ) : diketahui : ns = kecepatan spesifik turbinn = Kecepatan putaran turbin ��. rpm Hefs = tinggi jatuh effektif �� mNe = daya turbin effektif �� HPSetiap turbin air memiliki nilai kecepatan spesifik masing-masing, tabel 1. menjelaskan batasan kecepatan spesifik untuk beberapa turbin kovensional ( Lal, Jagdish, 1975 )Tabel 1. Kecepatan Spesifik Turbin KonvensionalNo Jenis Turbin Kecepatan Spesifik

1. Pelton dan kincir air 10 - 352. Francis 60 - 3003. Cross-Flow 70 - 804. Kaplan dan propeller 300 - 1000




Keunggulan Turbin Cross-Flow Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960).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. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan effisiensi dari beberapa turbin konvensional. Gambar 5. Effisiensi Beberapa Turbin dengan Pengurangan Debit Sebagai Variabel (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)





Cara Mengoperasikan Turbin Cross-Flow Cara mengoperasikan Turbin Cross-Flow, pertama kali buka pintu utama di sekitar bendungan agar air dapat mengalir melalui kanal ke bak penenang. Setelah permukaan air di kolam penampung naik setinggi 1,5 meter di atas mulut pipa pesat hingga sebagian air ada yang terbuang melimpah melalui saluran limpah, maka pada saat itu pula pintu di mulut pipa pesat dibuka hingga pipa pesat penuh terisi namun pada saat itu air tak dapat masuk turbin sebab katup di bawah di dalam posisi menutup penuh. Selanjutnya sekarang kegiatan pengoperasian berlangsung di rumah pembangkit. Bukalah katup secara berkala dengan perantaraan regulator t

angan sampai air dapat keluar dari nozel dan akhirnya memutarkan runner. Setelah runner berputar normal, lepaskan pasak penghubung katup � regulator, proses pengaturan katup ini selanjutnya dilakukan oleh governor mekanis. Selama pengoperasian awal ini, generator jangan dahulu dihubungkan dengan beban, namun setelah governor bekerja secara normal baru generator dihubungkan dengan beban. Untuk selanjutnya, penyesuaian pemakaian beban dengan pembukaan katup bekerja secara otomatis yang dilakukan oleh governor.

Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros berulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8. Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor. Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana yang dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat diandalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan putaran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga timbul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.



MERAKIT TURBIN CROSS-FLOW

Yang termasuk komponen penggerak mula turbin ialah nozel, katup, runner, poros runner, tutup turbin dan rangka pondasi. Berikut ini akan dijelaskan proses pembuatan dan perakitan komponen- komponen penggerak mula tersebut.

1. Runner



2. Katup






















Sistem pengaturan yang mengatur laju aliran air (flow) biasanya terdapat pada turbin air jenis Francis dan Kaplan. Dengan adanya pengaturan laju aliran air dengan governor tersebut maka jumlah air yang mengalir setiap saat akan diatur sesua

i dengan kebutuhan beban listrik yang harus dialirkan. Sehingga pemakaian air akan lebih efisien.



Oleh :






MIKROHIDROSecara umum Listrik Tenaga Air dapat dikatagorikan sesuai besar daya yang dihasi

lkannya, dimana salah satu klasifikasi Listrik Tenaga Air adalah sebagaimana tabel berikut (Sumber : Severn Wye Energy Agency, www.swea.co.uk)













Berdasarkan Head dan Debit. Dalam hal ini pengoperasian turbin air disesuaikan dengan potensi head dan debit yang ada yaitu :1. Head yang rendah yaitu dibawah 40 meter tetapi debit air yang besar, maka Turbin Kaplan atau propeller cocok digunakan untuk kondisi seperti ini.2. Head yang sedang antara 30 sampai 200 meter dan debit relatif cukup, maka untuk kondisi seperti ini gunakanlah Turbin Francis atau Cross-Flow.3. Head yang tinggi yakni di atas 200 meter dan debit sedang, maka gunakanlah tu

rbin impuls jenis Pelton.Gambar 7. menjelaskan bentuk kontruksi empat macam runner turbin konvensional.




Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara effisiensi dengan pengurangan debit akibat pengaturan pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan debit terhadap debit maksimumnya.Untuk Turbin Cross Flow dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensi yang cukup tinggi sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai dengan Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang relatif tetap ( Meier, Ueli,1981).Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis turbin lain, maka Turbin Cross-Flow yang paling sederhana. Sudu-sudu Turbin Pelton misalnya, bentuknya sangat pelik sehigga pembuatannya harus dituang. Demikian juga runner Turbin Francis, Kaplan dan Propeller pembuatannya harus melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner Turbin Cross Flow dapat dibuat dari material baja sedang (mild ste

el) seperti ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi las. Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin ini semuanya dapat dibuat di bengkel-bengkel umum dengan peralatan pokok mesin las listrik, mesin bor, mesin gerinda meja, bubut dan peralatan kerja bangku, itu sudah cukup. Dari kesederhanaannya itulah maka Turbin Cross-Flow dapat dikelompokan sebagai teknologi tepat guna yang pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek cerah karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan kemampuan dan harapan masyarakat.Dari beberapa kelebihan Turbin Cross-Flow itulah, maka sampai saat ini pemakaiannya di beberapa negara lain terutama di Jerman Barat sudah tersebar luas, bahkan yang dibuat oleh pabrik Turbin Ossberger sudah mencapai 5.000 unit lebih, sebagaimana diungkapkan oleh Prof. Haimerl (1960) dalam suatu artikelnya sebagai berikut :�Today, numerous turbines throughout the world are operating on the Cross-flow principle, and most of these (more than 5.000 so far) have been built by Ossberger�





Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros berulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8.

Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor. Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana yang dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat diandalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan putaran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga timbul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.




1. Runner



2. Katup












Turbin cross-flow yang merupakan jenis turbin impul harganya lebih murah dari turbin reaksi karena tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti.Kisaran operasi turbin cross-flow cukup fleksibel pada berbagai head dan debit,

khususnya untuk daya sampai 1 MW.Desain turbin cross-flow lebih fleksibel, dimana untuk kisaran debit dan head yang berbeda ukuran diameter turbin air tetap sama, manufacturer tinggal mengatur lebar turbin dan transmisi mekanik yang sesuai. Dengan demikian memungkinkan untuk produksi massal tanpa harus memesan desain khusus.Turbin type cross-flow saat ini telah banyak diproduksi di dalam negri sehingga terbuka untuk memperoleh dengan harga lebih murah dan mutu yang baik.


























Daftar Pustaka-Bachtiar, Asep Neris. (1988). Perencanaan Turbin Air Penggerak Generator Listri

k Pedesaan. Tugas Akhir-Haimerl, L.A.(1960). The Cross Flow Turbine. Jerman Barat-Lal, Jagdish. (1975). Hydraulic Machine. New Delhi : Metropolitan Book Co Private Ltd-Sutarno. (1973). Sistim Listrik Mikro Hidro Untuk Kelistrikan Desa. Yogyakarta : UGM Yogyakarta-http://jonny-havianto.blogspot.co.id/2012/05/penggunaan-turbin-cross-flow-pada.htmlPENGGUNAAN TURBIN CROSS-FLOW PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO

Oleh :








Namun sebenarnya pembagian antara PLTA (besar), PLTM (minihidro) serta PLTMH (mikrohidro) bervariasi dan dinamis. Pembagian pada tabel diatas merupakan salah satu contoh. Namun secara umum dapatlah ditentukan bahwa yang dimaksud sebagai PLTMH adalah jika mempunyai kapasitas daya di bawah 100 kW.Pada dasarnya suatu pembangkit listrik tenaga air berfungsi untuk mengubah poten

si tenaga air yang berupa aliran air (sungai) yang mempunyai debit dan tinggi jatuh (head) untuk menghasilkan energi listrik. Bangunan tersebut mencakup bangunan sipil dan peralatan elektromekanik.











Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara effisiensi dengan pengurangan debit akibat pengaturan pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan debit terhadap debit maksimumnya.Untuk Turbin Cross Flow dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensi yang cukup tinggi sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai dengan Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang relatif tetap ( Meier, Ueli,1981).Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis turbin lain, maka Turbin Cross-Flow yang paling sederhana. Sudu-sudu Turbin Pelton misalnya, bentuknya sangat pelik sehigga pembuatannya harus dituang. Demikian juga runner Turbin Francis, Kaplan dan Propeller pembuatannya harus melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner Turbin Cross Flow dapat dibuat dari material baja sedang (mild steel) seperti ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi las. Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin ini semuanya dapat dibuat di bengkel-bengkel umum dengan peralatan pokok mesin las listrik, mesin bor, mesin gerinda meja, bubut dan peralatan kerja bangku, itu sudah cukup. Dari kesederhanaannya itulah maka Turbin Cross-Flow dapat dikelompokan sebagai teknologi tepat guna yang pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek cerah karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan kemampuan dan harapan masyarakat.Dari beberapa kelebihan Turbin Cross-Flow itulah, maka sampai saat ini pemakaiannya di beberapa negara lain terutama di Jerman Barat sudah tersebar luas, bahkan yang dibuat oleh pabrik Turbin Ossberger sudah mencapai 5.000 unit lebih, sebagaimana diungkapkan oleh Prof. Haimerl (1960) dalam suatu artikelnya sebagai berikut :

�Today, numerous turbines throughout the world are operating on the Cross-flow principle, and most of these (more than 5.000 so far) have been built by Ossberger�





Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros berulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8. Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor. Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana yang dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat diandalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner

2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan putaran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga timbul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.




1. Runner



2. Katup














Turbin cross-flow mempunyai keunggulan dimana dapat diatur agar agar efisiensinya tetap tinggi meskipun aliran air yang mengalir sangat kecil sekali, misalnya hanya seperempat atau 25 % dari debit aliran penuh / nominal. Hal tersebut dapat

dilihat pada diagram pada gambar berikut dimana runner turbin cross-flow tersebut dilengkapi piringan (disc) ditengah-tengah piringan yang ada, sehingga runner turbin menjadi 3 (tiga) bagian.















Dengan bentuk dan teknologi yang sederhana tersebut turbin cross-flow dapat diproduksi pada bengkel-bengkel setempat, dibandingkan dengan turbin jenis reaksi seperti Francis yang memerlukan teknologi yang lebih rumit sehingga hanya beberapa perusahaan saja di dalam negri memiliki kemampuan untuk memproduksinya. Tentu saja semakin sederhana teknologi yang dipakai, berpengaruh pada tingkat efisiensinya. Namun hal tersebut dapat ditolerir untuk pembangkit listrik berkapasitas k

ecil.










Oleh :










Bak penenang (forebay) berfungsi untuk menenangkan atau menurunkan kecepatan air sebelum masuk ke penstock. Bak penenang ini juga biasanya berfungsi sebagai bak pengendap, yaitu mengendapkan sisa-sisa partikel-partikel pasir dan lumpur yang

masih terbawa lewat saluran penghantar. Dari forebay air mengalir lewat saluran pipa tertutup yang disebut pipa pesat (penstock).







Berdasarkan Perubahan Momentum Fluida Kerjanya. Dalam hal ini turbin air dapat dibagi atas dua tipe yaitu :1. Turbin Impuls.Semua energi potensial air pada turbin ini dirubah menjadi menjadi energi kinetis sebelum air masuk/ menyentuh sudu-sudu runner oleh alat pengubah yang disebut nozel. Yang termasuk jenis turbin ini antara lain : Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.

2. Turbin Reaksi.Pada turbin reaksi, seluruh energi potensial dari air dirubah menjadi energi kinetis pada saat air melewati lengkungan sudu-sudu pengarah, dengan demikian putaran runner disebabkan oleh perubahan momentum oleh air. Yang termasuk jenis turbin reaksi diantaranya : Turbin Francis, Turbin Kaplan dan Turbin Propeller.





Keunggulan Turbin Cross-Flow Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960).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. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan effisiensi dari beberapa turbin konvensional. Gambar 5. Effisiensi Beberapa Turbin dengan Pengurangan Debit Sebagai Variabel (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)






Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros berulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8. Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor. Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana yang dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat diandalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan putaran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan

jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga timbul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.




1. Runner



2. Katup
















Adanya karakteristik yang memungkinkan turbin ini dapat tetap mempertahankan efisiensinya meski beroperasi pada debit yang jauh dibawah titik optimalnya, merupakan suatu solusi dari bervariasinya debit air sungai pada PLTMH. Mengingat debit sungai tersebut sangat tergantung pada musim, dimana pada saat kemarau akan jau

h lebih rendah. Disamping itu biasanya PLTMH tidak dilengkapi kolam tando harian apalagi waduk.























Oleh :











Pada ujungnya di sebelah bawah pipa pesat disambung dengan turbin yang berfungsi untuk mengubah energi potensial yang ada pada air menjadi enegi mekanik. Poros turbin dihubungkan dengan generator, baik dikopel secara langsung sehingga putaran turbin dan generator sama, maupun dengan memakai sistem transmisi mekanik lain jika putaran keduanya berbeda. Putaran generator tersebut selanjutnya menghasilkan energi listrik. KLASIFIKASI TURBIN AIRDengan kemajuan ilmu Mekanika fluida dan Hidrolika serta memperhatikan sumber energi air yang cukup banyak tersedia di pedesaan akhirnya timbullah perencanaan-p

erencanaan turbin yang divariasikan terhadap tinggi jatuh ( head ) dan debit air yang tersedia. Dari itu maka masalah turbin air menjadi masalah yang menarik dan menjadi objek penelitian untuk mencari sistim, bentuk dan ukuran yang tepat dalam usaha mendapatkan effisiensi turbin yang maksimum.Pada uraian berikut akan dijelaskan pengklasifikasian turbin air berdasarkan beberapa kriteria.







Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) Yang dimaksud dengan kecepatan spesifik dari suatu turbin ialah kecepatan putaran runner yang dapat dihasilkan daya effektif 1 BHP untuk setiap tinggi jatuh 1 meter atau dengan rumus dapat ditulis ( Lal, Jagdish, 1975 ) : diketahui : ns = kecepatan spesifik turbin

n = Kecepatan putaran turbin ��. rpm Hefs = tinggi jatuh effektif �� mNe = daya turbin effektif �� HPSetiap turbin air memiliki nilai kecepatan spesifik masing-masing, tabel 1. menjelaskan batasan kecepatan spesifik untuk beberapa turbin kovensional ( Lal, Jagdish, 1975 )Tabel 1. Kecepatan Spesifik Turbin KonvensionalNo Jenis Turbin Kecepatan Spesifik1. Pelton dan kincir air 10 - 352. Francis 60 - 3003. Cross-Flow 70 - 804. Kaplan dan propeller 300 - 1000




Keunggulan Turbin Cross-Flow Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960).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. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang ke

dua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan effisiensi dari beberapa turbin konvensional. Gambar 5. Effisiensi Beberapa Turbin dengan Pengurangan Debit Sebagai Variabel (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)





Cara Mengoperasikan Turbin Cross-Flow

Cara mengoperasikan Turbin Cross-Flow, pertama kali buka pintu utama di sekitar bendungan agar air dapat mengalir melalui kanal ke bak penenang. Setelah permukaan air di kolam penampung naik setinggi 1,5 meter di atas mulut pipa pesat hingga sebagian air ada yang terbuang melimpah melalui saluran limpah, maka pada saat itu pula pintu di mulut pipa pesat dibuka hingga pipa pesat penuh terisi namun pada saat itu air tak dapat masuk turbin sebab katup di bawah di dalam posisi menutup penuh. Selanjutnya sekarang kegiatan pengoperasian berlangsung di rumah pembangkit. Bukalah katup secara berkala dengan perantaraan regulator tangan sampai air dapat keluar dari nozel dan akhirnya memutarkan runner. Setelah runner berputar normal, lepaskan pasak penghubung katup � regulator, proses pengaturan katup ini selanjutnya dilakukan oleh governor mekanis. Selama pengoperasian awal ini, generator jangan dahulu dihubungkan dengan beban, namun setelah governor bekerja secara normal baru generator dihubungkan dengan beban. Untuk selanjutnya, penyesuaian pemakaian beban dengan pembukaan katup bekerja secara otomatis yang dilakukan oleh governor.





1. Runner



2. Katup







Turbin cross-flow dapat beroperasi pada berbagai debit, dibandingkan dengan jeni

s-jenis turbin lainnya seperti Pelton dan Turgo yang hanya beroperasi pada Head yang tinggi, atau propeller dan Kaplan pada Head yang Rendah. Demikian juga halnya dibandingkan dengan turbin Francis, daerah operasi turbin Cross-flow lebih luas.












Adapun komponen-komponen turbin cross-flow serta proses manufakturnya adalah seb

agai table berikut :















Sistem pengaturan pada pembangkit listrik mempunyai fungsi agar jumlah listrik yang dihasilkan sama dengan jumlah listrik yang dikonsumsi, sehingga kualitas listrik yang dihasilkan berupa tegangan dan frekuensi tetap terjaga. Untuk itu terd

apat 2 jenis sistem pengaturan pada listrik tenaga air, yaitu :





Oleh :












Berdasarkan Model Aliran Air Masuk Runner. Berdasaran model aliran air masuk runner, maka turbin air dapat dibagi menjadi tiga tipe yaitu :1. Turbin Aliran Tangensial Pada kelompok turbin ini posisi air masuk runner dengan arah tangensial atau tegak lurus dengan poros runner mengakibatkan runner berputar, contohnya Turb

in Pelton dan Turbin Cross-Flow.











Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara effisiensi dengan pengurangan debit akibat pengaturan pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan debit terhadap debit maksimumnya.Untuk Turbin Cross Flow dengan Q/Qmak = 1 menunjukan ef

fisiensi yang cukup tinggi sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai dengan Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang relatif tetap ( Meier, Ueli,1981).Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis turbin lain, maka Turbin Cross-Flow yang paling sederhana. Sudu-sudu Turbin Pelton misalnya, bentuknya sangat pelik sehigga pembuatannya harus dituang. Demikian juga runner Turbin Francis, Kaplan dan Propeller pembuatannya harus melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner Turbin Cross Flow dapat dibuat dari material baja sedang (mild steel) seperti ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi las. Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin ini semuanya dapat dibuat di bengkel-bengkel umum dengan peralatan pokok mesin las listrik, mesin bor, mesin gerinda meja, bubut dan peralatan kerja bangku, itu sudah cukup. Dari kesederhanaannya itulah maka Turbin Cross-Flow dapat dikelompokan sebagai teknologi tepat guna yang pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek cerah karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan kemampuan dan harapan masyarakat.Dari beberapa kelebihan Turbin Cross-Flow itulah, maka sampai saat ini pemakaiannya di beberapa negara lain terutama di Jerman Barat sudah tersebar luas, bahkan yang dibuat oleh pabrik Turbin Ossberger sudah mencapai 5.000 unit lebih, sebagaimana diungkapkan oleh Prof. Haimerl (1960) dalam suatu artikelnya sebagai berikut :�Today, numerous turbines throughout the world are operating on the Cross-flow principle, and most of these (more than 5.000 so far) have been built by Ossberger�




Cara Mengoperasikan Turbin Cross-Flow Cara mengoperasikan Turbin Cross-Flow, pertama kali buka pintu utama di sekitar bendungan agar air dapat mengalir melalui kanal ke bak penenang. Setelah permukaan air di kolam penampung naik setinggi 1,5 meter di atas mulut pipa pesat hingga sebagian air ada yang terbuang melimpah melalui saluran limpah, maka pada saat itu pula pintu di mulut pipa pesat dibuka hingga pipa pesat penuh terisi namun pada saat itu air tak dapat masuk turbin sebab katup di bawah di dalam posisi menutup penuh. Selanjutnya sekarang kegiatan pengoperasian berlangsung di rumah pembangkit. Bukalah katup secara berkala dengan perantaraan regulator tangan sampai air dapat keluar dari nozel dan akhirnya memutarkan runner. Setelah runner berputar normal, lepaskan pasak penghubung katup � regulator, proses pengaturan katup ini selanjutnya dilakukan oleh governor mekanis. Selama pengoperasian awal ini, generator jangan dahulu dihubungkan dengan beban, namun setelah governor bekerja secara normal baru generator dihubungkan dengan beban. Untuk selanj

utnya, penyesuaian pemakaian beban dengan pembukaan katup bekerja secara otomatis yang dilakukan oleh governor.





1. Runner



2. Katup
























Guide Vane Poros Guide Vane Bubut konvensional

Blade Guide Vane Milling CNC atau konvensional, las,Pulley Turbine Pulley Roll, skrap, bubut, las

Generator Pulley Roll, skrap, bubut, lasAdapter Adapter Roll

Flens Adapter CNC milling, bubut konvensionalStiffener Adapter CNC milling, bubut konvensional











Untuk PLTMH biasanya tidak dipakai pengaturan debit air yang menggunakan governor karena harganya yang cukup mahal. Pada PLTMH ini akan lebih menguntungkan jika

beban generatornya tetap dengan mengendalikan beban untuk menjaga tegangan dan frekuensi tetap. Hal tersebut dilakukan dengan mengalihkan beban yang berlebih ke suatu ballast load (dummy load) sehingga daya listrik total dari generator tetap.


Oleh :







No. JENIS DAYA / KAPASITAS1. PLTA > 5 MW ( 5.000 kW).

2. PLTM 100 kW < PLTM < 5.000 kW3. PLTMH < 100 kW












Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara effisiensi dengan pengurangan debit akibat pengaturan pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan debit terhadap debit maksimumnya.Untuk Turbin Cross Flow dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensi yang cukup tinggi sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai dengan Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang relatif tetap ( Meier, Ueli,1981).Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis turbin lain, maka Turbin Cross-Flow yang paling sederhana. Sudu-sudu Turbin Pelton misalnya, bentuknya sangat pelik sehigga pembuatannya harus dituang. Demikian juga runner Turbin Francis, Kaplan dan Propeller pembuatannya harus melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner Turbin Cross Flow dapat dibuat dari material baja sedang (mild steel) seperti ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi las. Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin ini semuanya dapat dibuat di bengkel-bengkel umum dengan peralatan pokok mesin las listrik, mesin bor, mesin gerinda meja, bubut dan peralatan kerja bangku, itu sudah cukup. Dari kesederhanaannya itulah maka Turbin Cross-Flow dapat dikelompokan se

bagai teknologi tepat guna yang pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek cerah karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan kemampuan dan harapan masyarakat.Dari beberapa kelebihan Turbin Cross-Flow itulah, maka sampai saat ini pemakaiannya di beberapa negara lain terutama di Jerman Barat sudah tersebar luas, bahkan yang dibuat oleh pabrik Turbin Ossberger sudah mencapai 5.000 unit lebih, sebagaimana diungkapkan oleh Prof. Haimerl (1960) dalam suatu artikelnya sebagai berikut :�Today, numerous turbines throughout the world are operating on the Cross-flow principle, and most of these (more than 5.000 so far) have been built by Ossberger�





Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros berulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8. Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor. Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana ya

ng dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat diandalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan putaran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga timbul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.




1. Runner



2. Katup

Gambar 13. Katup (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)

Gambar 14. Komponen Rakitan Katup (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)











Turbin cross-flow yang merupakan jenis turbin impul harganya lebih murah dari turbin reaksi karena tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti.Kisaran operasi turbin cross-flow cukup fleksibel pada berbagai head dan debit, khususnya untuk daya sampai 1 MW.Desain turbin cross-flow lebih fleksibel, dimana untuk kisaran debit dan head yang berbeda ukuran diameter turbin air tetap sama, manufacturer tinggal mengatur lebar turbin dan transmisi mekanik yang sesuai. Dengan demikian memungkinkan untuk produksi massal tanpa harus memesan desain khusus.

Turbin type cross-flow saat ini telah banyak diproduksi di dalam negri sehingga terbuka untuk memperoleh dengan harga lebih murah dan mutu yang baik.
















Pada dasarnya teknologi manufaktur turbin cross-flow bersifat sangat fleksibel. Artinya dapat dimanufaktur secara moderen, seperti yang sekarang diproduksi oleh Ossberger dan pabrik-pabrik di Eropa. Teknologi yang bersifat menengah yang diproduksi berbagai industri kecil di Indonesia, umumnya dengan lisensi dari Eropa. Ataupun dengan teknologi yang sederhana yang dapat dikerjakan oleh bengkel-ben

gkel kecil.










Daftar Pustaka-Bachtiar, Asep Neris. (1988). Perencanaan Turbin Air Penggerak Generator Listrik Pedesaan. Tugas Akhir-Haimerl, L.A.(1960). The Cross Flow Turbine. Jerman Barat-Lal, Jagdish. (1975). Hydraulic Machine. New Delhi : Metropolitan Book Co Private Ltd-Sutarno. (1973). Sistim Listrik Mikro Hidro Untuk Kelistrikan Desa. Yogyakarta

: UGM Yogyakarta-http://jonny-havianto.blogspot.co.id/2012/05/penggunaan-turbin-cross-flow-pada.htmlPENGGUNAAN TURBIN CROSS-FLOW PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO

Oleh :









Air yang mengalir di sungai dibelokkan alirannya oleh Weir (bendung), sehingga a

liran air tersebut mengalir lewat bangunan sadap (Intake) . Pada intake terdapat bak pengendap (settling basin) yang berfungsi untuk menghendapkan butir-butir pasir dan lumpur dari air. Dari bak penenang air dialirkan melewati saluran pembawa (head race) menuju bak penenang. (forebay).













Keunggulan Turbin Cross-Flow

Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960).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. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan effisiensi dari beberapa turbin konvensional. Gambar 5. Effisiensi Beberapa Turbin dengan Pengurangan Debit Sebagai Variabel (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)


Selanjutnya Prof. Haimerl (1960) menyatakan pula bahwa setiap unit dari turbin ini dapat dibuat sampai kekuatan kurang lebih 750 KW, dapat dipasang pada ketingg

ian jatuh antara 01 sampai 200 meter dengan debit air sampai 3.000 liter/detik. Cocok digunakan untuk PLTMH, penggerak instalasi pompa, mesin pertanian, workshop, bengkel dan lain sebagainya.Turbin Cross-Flow secara umum dapat dibagi dalam dua tipe ( Meier, Ueli, 1981 ) yaitu :1. Tipe T1, yaitu Turbin Cross-Flow kecepatan rendah . 2. Tipe T3, yaitu Turbin Cross-Flow kecepatan tinggi. Kedua tipe turbin tersebut lebih dijelaskan oleh gambar 6.




Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros berulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8. Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor. Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana yang dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat diandalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan puta

ran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga timbul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.




1. Runner



2. Katup















Jika aliran air (debit) yang ada sedang rendah, maka air dapat dialirkan hanya p

ada dua pertiga maupun sepertiga dari runner, dengan demikian efisiensinya turbin secara keseluruhan tetap tinggi meskipun aliran air yang ada hanya sebesar 25 % debit nominal. .
























Oleh :











Pada ujungnya di sebelah bawah pipa pesat disambung dengan turbin yang berfungsi untuk mengubah energi potensial yang ada pada air menjadi enegi mekanik. Poros

turbin dihubungkan dengan generator, baik dikopel secara langsung sehingga putaran turbin dan generator sama, maupun dengan memakai sistem transmisi mekanik lain jika putaran keduanya berbeda. Putaran generator tersebut selanjutnya menghasilkan energi listrik. KLASIFIKASI TURBIN AIRDengan kemajuan ilmu Mekanika fluida dan Hidrolika serta memperhatikan sumber energi air yang cukup banyak tersedia di pedesaan akhirnya timbullah perencanaan-perencanaan turbin yang divariasikan terhadap tinggi jatuh ( head ) dan debit air yang tersedia. Dari itu maka masalah turbin air menjadi masalah yang menarik dan menjadi objek penelitian untuk mencari sistim, bentuk dan ukuran yang tepat dalam usaha mendapatkan effisiensi turbin yang maksimum.Pada uraian berikut akan dijelaskan pengklasifikasian turbin air berdasarkan beberapa kriteria.











Keunggulan Turbin Cross-Flow Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960).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. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-baha

n yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan effisiensi dari beberapa turbin konvensional. Gambar 5. Effisiensi Beberapa Turbin dengan Pengurangan Debit Sebagai Variabel (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)



Gambar 6. Dua Tipe Turbin Cross-Flow (Sumber : Haimerl, L.A., 1960) 1. Elbow 6.Rangka pondasi

2. Poros katup 7. Rumah turbin3. Katup 8. Tuup turbin4. Nozel 9. Poros runner5. Runner



Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros berulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8. Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor. Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana yang dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat diandalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan putaran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga tim

bul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.




1. Runner



2. Katup






KEUNGGULAN-KEUNGGULAN TURBIN CROSS-FLOWKeunggulan-keunggulan turbin cross-flow dibandingkan dengan turbin jenis lainnya adalah sebagai berikut :

1. Kisaran Operasi yang LuasTurbin cross-flow ini banyak dipakai pada PLTA skala kecil dengan kisaran head yang sama (overlapping) dengan turbin jenis Kaplan, Francis dan Pelton. Kisaran operasinya meliputi debit antara 20 liter sampai 10 m3 per detik, serta head antara 1 sampai 200 meter. Turbin cross-flow ini selalu mempunyai sumbu runner yang horizontal.


























Dari kurva di atas terlihat bahwa efisiensi turbin cross-flow lebih rendah dibandingkan turbin Francis. Namun sebenarnya secara teknologi efisiensi turbin cross-flow masih dapat ditingkatkan sampai 85 % yaitu dengan memasang draught tube di bawah runner yang terisi penuh air serta dengan teknologi yang lebih teliti (A

dam Harvey et al). Dengan demikian turbin jenis ini dapat dibuat secara luas dengan berbagai tingkat kecanggihan teknologi.







Oleh :



PENDAHULUANUntuk memenuhi kebutuhan energi listrik yang semakin meningkat, saat ini PLN melaksanakan proyek percepatan pembangunan pembangkit listrik berbahan bakar batubara 10.000 Mega Watt yang segera akan disusul dengan proyek 10.000 MW tahap II. Namun selain membangun pembangkit-pembangkit listrik berkapasitas besar tersebut,

pada daerah-daerah terpencil dan jauh dari lokasi jaringan transmisi, diperlukan pasokan dari pembangkit-pembangkit listrik berkapasitas kecil, terutama yang memanfaatkan potensi energi setempat yang bersifat terbarukan (renewable).








Pada ujungnya di sebelah bawah pipa pesat disambung dengan turbin yang berfungsi untuk mengubah energi potensial yang ada pada air menjadi enegi mekanik. Poros turbin dihubungkan dengan generator, baik dikopel secara langsung sehingga putaran turbin dan generator sama, maupun dengan memakai sistem transmisi mekanik lain jika putaran keduanya berbeda. Putaran generator tersebut selanjutnya menghasilkan energi listrik. KLASIFIKASI TURBIN AIRDengan kemajuan ilmu Mekanika fluida dan Hidrolika serta memperhatikan sumber energi air yang cukup banyak tersedia di pedesaan akhirnya timbullah perencanaan-perencanaan turbin yang divariasikan terhadap tinggi jatuh ( head ) dan debit air yang tersedia. Dari itu maka masalah turbin air menjadi masalah yang menarik dan menjadi objek penelitian untuk mencari sistim, bentuk dan ukuran yang tepat dalam usaha mendapatkan effisiensi turbin yang maksimum.Pada uraian berikut akan dijelaskan pengklasifikasian turbin air berdasarkan beb

erapa kriteria.







Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) Yang dimaksud dengan kecepatan spesifik dari suatu turbin ialah kecepatan putaran runner yang dapat dihasilkan daya effektif 1 BHP untuk setiap tinggi jatuh 1 meter atau dengan rumus dapat ditulis ( Lal, Jagdish, 1975 ) : diketahui : ns = kecepatan spesifik turbinn = Kecepatan putaran turbin ��. rpm Hefs = tinggi jatuh effektif �� mNe = daya turbin effektif �� HPSetiap turbin air memiliki nilai kecepatan spesifik masing-masing, tabel 1. menjelaskan batasan kecepatan spesifik untuk beberapa turbin kovensional ( Lal, Jagd

ish, 1975 )Tabel 1. Kecepatan Spesifik Turbin KonvensionalNo Jenis Turbin Kecepatan Spesifik1. Pelton dan kincir air 10 - 352. Francis 60 - 3003. Cross-Flow 70 - 804. Kaplan dan propeller 300 - 1000




Keunggulan Turbin Cross-Flow Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960).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. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan effisiensi dari beberapa turbin konvensional.

Gambar 5. Effisiensi Beberapa Turbin dengan Pengurangan Debit Sebagai Variabel (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)





Cara Mengoperasikan Turbin Cross-Flow Cara mengoperasikan Turbin Cross-Flow, pertama kali buka pintu utama di sekitar bendungan agar air dapat mengalir melalui kanal ke bak penenang. Setelah permukaan air di kolam penampung naik setinggi 1,5 meter di atas mulut pipa pesat hingga sebagian air ada yang terbuang melimpah melalui saluran limpah, maka pada saat itu pula pintu di mulut pipa pesat dibuka hingga pipa pesat penuh te

risi namun pada saat itu air tak dapat masuk turbin sebab katup di bawah di dalam posisi menutup penuh. Selanjutnya sekarang kegiatan pengoperasian berlangsung di rumah pembangkit. Bukalah katup secara berkala dengan perantaraan regulator tangan sampai air dapat keluar dari nozel dan akhirnya memutarkan runner. Setelah runner berputar normal, lepaskan pasak penghubung katup � regulator, proses pengaturan katup ini selanjutnya dilakukan oleh governor mekanis. Selama pengoperasian awal ini, generator jangan dahulu dihubungkan dengan beban, namun setelah governor bekerja secara normal baru generator dihubungkan dengan beban. Untuk selanjutnya, penyesuaian pemakaian beban dengan pembukaan katup bekerja secara otomatis yang dilakukan oleh governor.





1. Runner



2. Katup





















Nama Komponen Uraian Proses manufaktur

Rotor Poros Rotor Bubut konvensionalDisk Rotor Milling, konvensional atau CNCBlade Rotor Milling atau potong

















Oleh :











Berdasarkan Head dan Debit. Dalam hal ini pengoperasian turbin air disesuaikan dengan potensi head dan debit yang ada yaitu :1. Head yang rendah yaitu dibawah 40 meter tetapi debit air yang besar, maka Turbin Kaplan atau propeller cocok digunakan untuk kondisi seperti ini.

2. Head yang sedang antara 30 sampai 200 meter dan debit relatif cukup, maka untuk kondisi seperti ini gunakanlah Turbin Francis atau Cross-Flow.3. Head yang tinggi yakni di atas 200 meter dan debit sedang, maka gunakanlah turbin impuls jenis Pelton.Gambar 7. menjelaskan bentuk kontruksi empat macam runner turbin konvensional.




Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara effisiensi dengan pengurangan debit akibat pengaturan pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan debit terhadap debit maksimumnya.Untuk Turbin Cross Flow dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensi yang cukup tinggi sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai dengan Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang relatif tetap ( Meier, Ueli,1981).Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis turbin lain, maka Turbin Cross-Flow yang paling sederhana. Sudu-sudu Turbin Pelton misalnya, bentuknya sang

at pelik sehigga pembuatannya harus dituang. Demikian juga runner Turbin Francis, Kaplan dan Propeller pembuatannya harus melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner Turbin Cross Flow dapat dibuat dari material baja sedang (mild steel) seperti ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi las. Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin ini semuanya dapat dibuat di bengkel-bengkel umum dengan peralatan pokok mesin las listrik, mesin bor, mesin gerinda meja, bubut dan peralatan kerja bangku, itu sudah cukup. Dari kesederhanaannya itulah maka Turbin Cross-Flow dapat dikelompokan sebagai teknologi tepat guna yang pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek cerah karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan kemampuan dan harapan masyarakat.Dari beberapa kelebihan Turbin Cross-Flow itulah, maka sampai saat ini pemakaiannya di beberapa negara lain terutama di Jerman Barat sudah tersebar luas, bahkan yang dibuat oleh pabrik Turbin Ossberger sudah mencapai 5.000 unit lebih, sebagaimana diungkapkan oleh Prof. Haimerl (1960) dalam suatu artikelnya sebagai berikut :�Today, numerous turbines throughout the world are operating on the Cross-flow principle, and most of these (more than 5.000 so far) have been built by Ossberger�





Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros b

erulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8. Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor. Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana yang dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat diandalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan putaran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga timbul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.




1. Runner



2. Katup












Turbin cross-flow yang merupakan jenis turbin impul harganya lebih murah dari tu

rbin reaksi karena tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti.Kisaran operasi turbin cross-flow cukup fleksibel pada berbagai head dan debit, khususnya untuk daya sampai 1 MW.Desain turbin cross-flow lebih fleksibel, dimana untuk kisaran debit dan head yang berbeda ukuran diameter turbin air tetap sama, manufacturer tinggal mengatur lebar turbin dan transmisi mekanik yang sesuai. Dengan demikian memungkinkan untuk produksi massal tanpa harus memesan desain khusus.Turbin type cross-flow saat ini telah banyak diproduksi di dalam negri sehingga terbuka untuk memperoleh dengan harga lebih murah dan mutu yang baik.














Adapter Adapter RollFlens Adapter CNC milling, bubut konvensional

Stiffener Adapter CNC milling, bubut konvensionalBase Frame Turbin, generator Las












Oleh :








Namun sebenarnya pembagian antara PLTA (besar), PLTM (minihidro) serta PLTMH (mikrohidro) bervariasi dan dinamis. Pembagian pada tabel diatas merupakan salah sa

tu contoh. Namun secara umum dapatlah ditentukan bahwa yang dimaksud sebagai PLTMH adalah jika mempunyai kapasitas daya di bawah 100 kW.Pada dasarnya suatu pembangkit listrik tenaga air berfungsi untuk mengubah potensi tenaga air yang berupa aliran air (sungai) yang mempunyai debit dan tinggi jatuh (head) untuk menghasilkan energi listrik. Bangunan tersebut mencakup bangunan sipil dan peralatan elektromekanik.








3. Turbin Aliran Aksial - Radial Pada turbin ini air masuk ke dalam runner secara radial dan keluar runner secara aksial sejajar dengan poros. Turbin Francis adalah termasuk dari jenis turbin ini.

Gambar 3. Model Turbin Aliran Aksial- Radial (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)







Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara effisiensi dengan pengurangan debit akibat pengaturan pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan debit terhadap debit maksimumnya.Untuk Turbin Cross Flow dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensi yang cukup tinggi sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai dengan Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang relatif tetap ( Meier, Ueli,1981).Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis turbin lain, maka Turbin Cross-Flow yang paling sederhana. Sudu-sudu Turbin Pelton misalnya, bentuknya sangat pelik sehigga pembuatannya harus dituang. Demikian juga runner Turbin Francis, Kaplan dan Propeller pembuatannya harus melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner Turbin Cross Flow dapat dibuat dari material baja sedang (mild steel) seperti ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi las. Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin ini semuanya dapat dibuat di bengkel-bengkel umum dengan peralatan pokok mesin las listrik, mesin bor, mesin gerinda meja, bubut dan peralatan kerja bangku, itu sudah cukup. Dari kesederhanaannya itulah maka Turbin Cross-Flow dapat dikelompokan sebagai teknologi tepat guna yang pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek cerah karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan kemampuan dan harapan masyarakat.Dari beberapa kelebihan Turbin Cross-Flow itulah, maka sampai saat ini pemakaiannya di beberapa negara lain terutama di Jerman Barat sudah tersebar luas, bahkan

yang dibuat oleh pabrik Turbin Ossberger sudah mencapai 5.000 unit lebih, sebagaimana diungkapkan oleh Prof. Haimerl (1960) dalam suatu artikelnya sebagai berikut :�Today, numerous turbines throughout the world are operating on the Cross-flow principle, and most of these (more than 5.000 so far) have been built by Ossberger�





Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros berulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8. Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor. Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana yang dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat di

andalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan putaran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga timbul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.




1. Runner



2. Katup


3. Nozel

Gambar 15. Nozel (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988) Gambar 16. Penampang Samping Nozel (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)



























Dengan bentuk dan teknologi yang sederhana tersebut turbin cross-flow dapat diproduksi pada bengkel-bengkel setempat, dibandingkan dengan turbin jenis reaksi seperti Francis yang memerlukan teknologi yang lebih rumit sehingga hanya beberapa

perusahaan saja di dalam negri memiliki kemampuan untuk memproduksinya. Tentu saja semakin sederhana teknologi yang dipakai, berpengaruh pada tingkat efisiensinya. Namun hal tersebut dapat ditolerir untuk pembangkit listrik berkapasitas kecil.










Oleh :

















Berdasarkan Perubahan Momentum Fluida Kerjanya. Dalam hal ini turbin air dapat dibagi atas dua tipe yaitu :1. Turbin Impuls.Semua energi potensial air pada turbin ini dirubah menjadi menjadi energi kineti

s sebelum air masuk/ menyentuh sudu-sudu runner oleh alat pengubah yang disebut nozel. Yang termasuk jenis turbin ini antara lain : Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.2. Turbin Reaksi.Pada turbin reaksi, seluruh energi potensial dari air dirubah menjadi energi kinetis pada saat air melewati lengkungan sudu-sudu pengarah, dengan demikian putaran runner disebabkan oleh perubahan momentum oleh air. Yang termasuk jenis turbin reaksi diantaranya : Turbin Francis, Turbin Kaplan dan Turbin Propeller.





Keunggulan Turbin Cross-Flow Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (H

aimerl, L.A., 1960).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. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan effisiensi dari beberapa turbin konvensional. Gambar 5. Effisiensi Beberapa Turbin dengan Pengurangan Debit Sebagai Variabel (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)


Selanjutnya Prof. Haimerl (1960) menyatakan pula bahwa setiap unit dari turbin ini dapat dibuat sampai kekuatan kurang lebih 750 KW, dapat dipasang pada ketinggian jatuh antara 01 sampai 200 meter dengan debit air sampai 3.000 liter/detik. Cocok digunakan untuk PLTMH, penggerak instalasi pompa, mesin pertanian, workshop, bengkel dan lain sebagainya.Turbin Cross-Flow secara umum dapat dibagi dalam dua tipe ( Meier, Ueli, 1981 ) yaitu :

1. Tipe T1, yaitu Turbin Cross-Flow kecepatan rendah . 2. Tipe T3, yaitu Turbin Cross-Flow kecepatan tinggi. Kedua tipe turbin tersebut lebih dijelaskan oleh gambar 6.




Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros berulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8. Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor. Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana yang dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat diandalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan putaran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.

8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga timbul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.




1. Runner



2. Katup
















Adanya karakteristik yang memungkinkan turbin ini dapat tetap mempertahankan efi

siensinya meski beroperasi pada debit yang jauh dibawah titik optimalnya, merupakan suatu solusi dari bervariasinya debit air sungai pada PLTMH. Mengingat debit sungai tersebut sangat tergantung pada musim, dimana pada saat kemarau akan jauh lebih rendah. Disamping itu biasanya PLTMH tidak dilengkapi kolam tando harian apalagi waduk.















Dari kurva di atas terlihat bahwa untuk turbin jenis Pelton dan Kaplan efisiensi hidrauliknya tetap tinggi meskipun beroperasi pada debit yang lebih rendah dari debit nominalnya. Namun untuk turbin air jenis Francis dan aliran silang (cross-flow), tingkat efisiensi hidraulik akan turun secara tajam jika beroperasi pad

a debit dibawah 50 % debit nominal. Sedangkan untuk turbin propeller tipe sudu yang fixed (tidak dapat diatur), tingkat efisiensi akan turun sangat tajam jika beroperasi di bawah 90 % debit nominal.








Oleh :


Program Studi Motor PengerakJurusan Kimia IndustriSMK � Putra Indonesia Malang

2015PENGGUNAAN TURBIN CROSS-FLOW PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO









Pada ujungnya di sebelah bawah pipa pesat disambung dengan turbin yang berfungsi untuk mengubah energi potensial yang ada pada air menjadi enegi mekanik. Poros turbin dihubungkan dengan generator, baik dikopel secara langsung sehingga putaran turbin dan generator sama, maupun dengan memakai sistem transmisi mekanik lain jika putaran keduanya berbeda. Putaran generator tersebut selanjutnya menghasilkan energi listrik.

KLASIFIKASI TURBIN AIRDengan kemajuan ilmu Mekanika fluida dan Hidrolika serta memperhatikan sumber energi air yang cukup banyak tersedia di pedesaan akhirnya timbullah perencanaan-perencanaan turbin yang divariasikan terhadap tinggi jatuh ( head ) dan debit air yang tersedia. Dari itu maka masalah turbin air menjadi masalah yang menarik dan menjadi objek penelitian untuk mencari sistim, bentuk dan ukuran yang tepat dalam usaha mendapatkan effisiensi turbin yang maksimum.Pada uraian berikut akan dijelaskan pengklasifikasian turbin air berdasarkan beberapa kriteria.







Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) Yang dimaksud dengan kecepatan spesifik dari suatu turbin ialah kecepatan putaran runner yang dapat dihasilkan daya effektif 1 BHP untuk setiap tinggi jat

uh 1 meter atau dengan rumus dapat ditulis ( Lal, Jagdish, 1975 ) : diketahui : ns = kecepatan spesifik turbinn = Kecepatan putaran turbin ��. rpm Hefs = tinggi jatuh effektif �� mNe = daya turbin effektif �� HPSetiap turbin air memiliki nilai kecepatan spesifik masing-masing, tabel 1. menjelaskan batasan kecepatan spesifik untuk beberapa turbin kovensional ( Lal, Jagdish, 1975 )Tabel 1. Kecepatan Spesifik Turbin KonvensionalNo Jenis Turbin Kecepatan Spesifik1. Pelton dan kincir air 10 - 352. Francis 60 - 3003. Cross-Flow 70 - 804. Kaplan dan propeller 300 - 1000




Keunggulan Turbin Cross-Flow Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960).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. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-

Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan effisiensi dari beberapa turbin konvensional. Gambar 5. Effisiensi Beberapa Turbin dengan Pengurangan Debit Sebagai Variabel (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)







1. Runner



2. Katup






KEUNGGULAN-KEUNGGULAN TURBIN CROSS-FLOWKeunggulan-keunggulan turbin cross-flow dibandingkan dengan turbin jenis lainnya adalah sebagai berikut :1. Kisaran Operasi yang LuasTurbin cross-flow ini banyak dipakai pada PLTA skala kecil dengan kisaran head yang sama (overlapping) dengan turbin jenis Kaplan, Francis dan Pelton. Kisaran operasinya meliputi debit antara 20 liter sampai 10 m3 per detik, serta head antara 1 sampai 200 meter. Turbin cross-flow ini selalu mempunyai sumbu runner yang

horizontal.












Turbin Cross-flow merupakan turbin air jenis impuls yang berbeda dengan turbin reaksi (Francis, Propeller dan Kaplan) tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti. Dengan sifat-sifat tersebut turbin ini lebih gampang difabrikasi dan dipelihara, misalnya untuk memperbaiki (disassembling) bagian yang berputar (runner) tidak memerlukan

teknisi dan peralatan yang khusus.





















Oleh :




Salah satu sumber energi terbarukan yang berpotensi untuk dikembangkan adalah pe

mbangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Keunggulan PLTMH terletak pada biaya pembangkitan energi listrik yang kompetitif dan teknologi yang sederhana sehingga dapat dikelola dan dioperasikan oleh masyarakat setempat.








Berdasarkan Model Aliran Air Masuk Runner. Berdasaran model aliran air masuk runner, maka turbin air dapat dibagi menjadi tiga tipe yaitu :

1. Turbin Aliran Tangensial Pada kelompok turbin ini posisi air masuk runner dengan arah tangensial atau tegak lurus dengan poros runner mengakibatkan runner berputar, contohnya Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.






Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns) Yang dimaksud dengan kecepatan spesifik dari suatu turbin ialah kecepatan putaran runner yang dapat dihasilkan daya effektif 1 BHP untuk setiap tinggi jatuh 1 meter atau dengan rumus dapat ditulis ( Lal, Jagdish, 1975 ) : diketahui : ns = kecepatan spesifik turbinn = Kecepatan putaran turbin ��. rpm Hefs = tinggi jatuh effektif �� mNe = daya turbin effektif �� HPSetiap turbin air memiliki nilai kecepatan spesifik masing-masing, tabel 1. menjelaskan batasan kecepatan spesifik untuk beberapa turbin kovensional ( Lal, Jagdish, 1975 )Tabel 1. Kecepatan Spesifik Turbin KonvensionalNo Jenis Turbin Kecepatan Spesifik1. Pelton dan kincir air 10 - 352. Francis 60 - 300

3. Cross-Flow 70 - 804. Kaplan dan propeller 300 - 1000









Cara Mengoperasikan Turbin Cross-Flow Cara mengoperasikan Turbin Cross-Flow, pertama kali buka pintu utama di sekitar bendungan agar air dapat mengalir melalui kanal ke bak penenang. Setelah permukaan air di kolam penampung naik setinggi 1,5 meter di atas mulut pipa pesat hingga sebagian air ada yang terbuang melimpah melalui saluran limpah, maka pada saat itu pula pintu di mulut pipa pesat dibuka hingga pipa pesat penuh terisi namun pada saat itu air tak dapat masuk turbin sebab katup di bawah di dalam posisi menutup penuh. Selanjutnya sekarang kegiatan pengoperasian berlangsung di rumah pembangkit. Bukalah katup secara berkala dengan perantaraan regulator tangan sampai air dapat keluar dari nozel dan akhirnya memutarkan runner. Setelah runner berputar normal, lepaskan pasak penghubung katup � regulator, proses penga

turan katup ini selanjutnya dilakukan oleh governor mekanis. Selama pengoperasian awal ini, generator jangan dahulu dihubungkan dengan beban, namun setelah governor bekerja secara normal baru generator dihubungkan dengan beban. Untuk selanjutnya, penyesuaian pemakaian beban dengan pembukaan katup bekerja secara otomatis yang dilakukan oleh governor.




MERAKIT TURBIN CROSS-FLOWYang termasuk komponen penggerak mula turbin ialah nozel, katup, runner, poros runner, tutup turbin dan rangka pondasi. Berikut ini akan dijelaskan proses pemb

uatan dan perakitan komponen- komponen penggerak mula tersebut.

1. Runner



2. Katup























Rumah Turbin Dinding Milling atau las potongCover Milling atau las potong

Dudukan Bearing CNC milling, atau bubut konvensionalFlens CNC milling, las,
















Oleh :











Berdasarkan Head dan Debit. Dalam hal ini pengoperasian turbin air disesuaikan dengan potensi head dan debit yang ada yaitu :1. Head yang rendah yaitu dibawah 40 meter tetapi debit air yang besar, maka Turbin Kaplan atau propeller cocok digunakan untuk kondisi seperti ini.2. Head yang sedang antara 30 sampai 200 meter dan debit relatif cukup, maka untuk kondisi seperti ini gunakanlah Turbin Francis atau Cross-Flow.3. Head yang tinggi yakni di atas 200 meter dan debit sedang, maka gunakanlah turbin impuls jenis Pelton.Gambar 7. menjelaskan bentuk kontruksi empat macam runner turbin konvensio

nal.




Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara effisiensi dengan pengurangan debit akibat pengaturan pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan debit terhadap debit maksimumnya.Untuk Turbin Cross Flow dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensi yang cukup tinggi sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai dengan Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang relatif tetap ( Meier, Ueli,1981).Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis turbin lain, maka Turbin Cross-Flow yang paling sederhana. Sudu-sudu Turbin Pelton misalnya, bentuknya sangat pelik sehigga pembuatannya harus dituang. Demikian juga runner Turbin Francis, Kaplan dan Propeller pembuatannya harus melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner Turbin Cross Flow dapat dibuat dari material baja sedang (mild steel) seperti ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi las. Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin ini semuanya dapat dibuat di ben

gkel-bengkel umum dengan peralatan pokok mesin las listrik, mesin bor, mesin gerinda meja, bubut dan peralatan kerja bangku, itu sudah cukup. Dari kesederhanaannya itulah maka Turbin Cross-Flow dapat dikelompokan sebagai teknologi tepat guna yang pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek cerah karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan kemampuan dan harapan masyarakat.Dari beberapa kelebihan Turbin Cross-Flow itulah, maka sampai saat ini pemakaiannya di beberapa negara lain terutama di Jerman Barat sudah tersebar luas, bahkan yang dibuat oleh pabrik Turbin Ossberger sudah mencapai 5.000 unit lebih, sebagaimana diungkapkan oleh Prof. Haimerl (1960) dalam suatu artikelnya sebagai berikut :�Today, numerous turbines throughout the world are operating on the Cross-flow principle, and most of these (more than 5.000 so far) have been built by Ossberger�





Regulator Komponen-komponen regulator antara lain : (1) roda tangan, (2) poros berulir, (3) bantalan berulir, (4) engsel, (5) bantalan pengantar dan (6) tuas perantara , untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar 8. Gambar 8. Regulator dan Perlengkapannya (Sumber : Bachtiar, Asep Neris. 1988)Governor.

Untuk mengatur jumlah debit air yang masuk ke runner seimbang dengan jumlah pemakaian beban lisrik, maka digunakan sebuah alat yang disebut governor. Governor yang digunakan untuk turbin ini adalah governor mekanis sebagaimana yang dijelaskan gambar 9.Pemilihan governor mekanis dengan pertimbangan dapat dibuat di bengkel- bengkel umum dengan biaya yang relatif terjangkau dibanding dengan governor elektrik. Disamping itu, governor mekanis sangat cocok dipasang pada sistim PLTMH yang sederhana. Sedangkan kepekaan dan kesensitifan kerja governor ini dapat diandalkan dan bisa bersaing dengan jenis governor lain. Komponen-komponen governor tersebut antara lain,1. Puli pada poros runner2. Puli pada poros perantara3. Belt transmisi, ketiga elemen ini merupakan komponen sistim transmisi daya dan putaran dari poros runner ke poros governor.4. Roda gigi payung pada poros perantara.5. Roda gigi payung poros governor, berfungsi meneruskan transmisi daya dan putaran dari poros perantara.6. Poros governor, berfungsi sebagai rel tempat naik turunnya bantalan jalan, pada poros ini pula bantalan diam bertumpu.7. Bantalan jalan, berfungsi sebagai pengait dan pembawa tuas-tuas yang berhubungan dengan katup.8. Tuas-tuas, berfungsi sebagai penghubung gerak langkah bantalan jalan ke posisi katup.9. Lengan-lengan governor, berfungsi sebagai penerus gerak langkah bantalan jalan dan sebagai penentu posisi bandul.10. Bandul, berfungsi untuk menstabilkan putaran dan untuk mendapat jarak langkah yang diinginkan, hal ini sangat berhubungan dengan gaya sentripugal yang terjadi.11. Pegas, berfungsi memberikan gaya reaksi terhadap bantalan jalan sehingga timbul keseimbangan aksi � reaksi yang menjadikan sistim beroperasi secara otomatis mekanis.12. Bantalan diam, berfungsi untuk menumpu ujung poros governor pada posisi yang tetap sehingga governor dapat bekerja stabil.




1. Runner



2. Katup












Turbin cross-flow yang merupakan jenis turbin impul harganya lebih murah dari turbin reaksi karena tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti.Kisaran operasi turbin cross-flow cukup fleksibel pada berbagai head dan debit, khususnya untuk daya sampai 1 MW.Desain turbin cross-flow lebih fleksibel, dimana untuk kisaran debit dan head ya

ng berbeda ukuran diameter turbin air tetap sama, manufacturer tinggal mengatur lebar turbin dan transmisi mekanik yang sesuai. Dengan demikian memungkinkan untuk produksi massal tanpa harus memesan desain khusus.Turbin type cross-flow saat ini telah banyak diproduksi di dalam negri sehingga terbuka untuk memperoleh dengan harga lebih murah dan mutu yang baik.
















Pada dasarnya teknologi manufaktur turbin cross-flow bersifat sangat fleksibel. Artinya dapat dimanufaktur secara moderen, seperti yang sekarang diproduksi oleh

Ossberger dan pabrik-pabrik di Eropa. Teknologi yang bersifat menengah yang diproduksi berbagai industri kecil di Indonesia, umumnya dengan lisensi dari Eropa. Ataupun dengan teknologi yang sederhana yang dapat dikerjakan oleh bengkel-bengkel kecil.










Daftar Pustaka-Bachtiar, Asep Neris. (1988). Perencanaan Turbin Air Penggerak Generator Listrik Pedesaan. Tugas Akhir-Haimerl, L.A.(1960). The Cross Flow Turbine. Jerman Barat

-Lal, Jagdish. (1975). Hydraulic Machine. New Delhi : Metropolitan Book Co Private Ltd-Sutarno. (1973). Sistim Listrik Mikro Hidro Untuk Kelistrikan Desa. Yogyakarta : UGM Yogyakarta-http://jonny-havianto.blogspot.co.id/2012/05/penggunaan-turbin-cross-flow-pada.html

Jail

Documents

Transcript of Jail