Tugas Turbin Francis2

7/16/2019 Tugas Turbin Francis2

http://slidepdf.com/reader/full/tugas-turbin-francis2 1/8

Tugas Mesin-mesin Fluida

OLEH :

NAMA : NOPRIADI

NIM : 03091005066

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

INDRALAYA

2012



A. Pengertian Turbin Francis

Turbin francis petama kali dikembangkan oleh James B. Francis, pada tahun 1848 dia

mampu membuktikan desainnya untuk menciptakan turbin dengan efisiensi sampai dengan

90%, dia mengaplikasikan ilmu science dengan metode pengujian untuk menghasilkan turbindengan efisiensi yang cukup besar, kemudian ia juga membuktikannya dengan perhitungan

matematika dan grafik.

Turbin francis adalah salah satu jenis turbin air (hidraulik) yang paling sering digunakan

sampai sekarang, turbin ini beroperasi dalam headrange antara 10 sampai beberapa ratus

meter dan fungsi utamanya adalah dalam memproduksi tenaga listrik. Memiliki vane

antara 9 atau lebih, dimana air akan mengenai vane-vane tersebut dan mengelilinginya

hingga dapat menyebabkannya berputar.

Turbin francis bekerja dengan mengunakan proses tekanan lebih. Pada waktu air masuk

ke roda jalan, sebagian dari energi tinggi jatuh telah bekerja di dalam sudu pengarah dan

diubah sebagai kecepatan arus masuk, kemudian sisa energi tinggi jatuh dimanfaatkan di

dalam sudu jalan.Adanya pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja di sudu jalan dengan semaksimum mungkin Turbin ini termasuk turbin reaksi aliran yang

mengkombinasikan konsep aliran radial dan axial.Temasuk dalam turbin reaksi yangberarti

kerja fluida dalam hal ini air mengubah tekanan dan bergerak memasuki turbin dan

memberikan energi.

Inlet dari turbin perancis berbentuk spiral (rumah keong) yang menyebabkan

air bergerak tangensial memasuki daun baling-baling runner (penggerak turbin), aliran

radial ini mengenai runner dan menyebabkan runner ini berputar. Turbin francis

dilaksanakan dengan posisi poros vertical atau horizontal.

B. Prinsip Kerja Turbin Francis

Turbin francis termasuk salah satu turbin reaksi, artinya fluida yang bekerja mengubah

tekanan bersamaan dengan gerak dari turbin tersebut, yang menghasilkan energi. Inletnya

berbentuk spiral. Guide Vane membawa air secara tangensial menuju runner. Aliran radial

ini bekerja pada runner vanes, menyebabkan runner berputar. Guide vane (atau wicket gate)

dapat disesuaikan untuk memberikan operasi turbin yang efisien untuk berbagai kondisi

aliran air.

Air pertama kali memasuki volute, dimana sebuah celah yang berbentuk gelang

mengelilingi runner, dan aliran diantara guide vanes, yang memberikan air pada arah aliranyang optimum. Kemudian memasuki runner, yang secara total bergabung, merubah

momentum dari air, yang menghasilkan reaksi pada turbin. Air mengalir secara radial menuju

pusat. Runner dilengkapi dengan vane berbentuk kurva yang akan ditabrak oleh air. Guide

vane dibuat sedemikian rupa sehingga sebagian energi dari air diubah menjadi gerakan

berputar yang tidak akan timbul fenomena aliran eddies dan aliran-aliran lain yang tidak

diinginkan yang dapat menyebabkan energi yang hilang. Guide vane dapat disesuaikan

untuk memberikan derajat adaptabilitas untuk bermacam-macam variasi pada

kecepatan aliran air dan beban dari turbin.

Turbin Francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih. Pada waktu

air masuk ke roda jalan, sebagian energi tinggi jatuh telah bekerja di dalam sudu pengarah

diubah sebagai kecepatan arus masuk. Sisa energi tinggi jatuh dimanfaatkan atau bekerja didalam sudu jalan, dengan adanya pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja di



sudu jalan semaksimum mungkin.

Turbin Francis masih di bagi menjadi 2 yaitu :

a. Turbin Francis dengan daya yang kecil

Cara kerja dari turbin yaitu air dimasukkan ke turbin dengan melewati rumah keong yang

telah diperkuat dengan sudu-sudu penyangga. Di sebelah kanan adalah daun sudu pengarahatau yang biasanya disebut sebagai sudu pengarah saja. Posisi membuka atau menutupnya

sudu tersebut digerakkan melalui batang penggerak, tuas, dan cincin pengatur dengan sedikit

atau banyaknya air yang akan masuk ke turbin. Untuk penutupan aliran air yang masuk ke

turbin secara tiba-tiba, misalnya pada saat pengurangan beban generator, supaya tekanan di

dalam rumah keong dan di dalam pipa saluran tidak naik, maka untuk menghindarinya

kompensator saluran air dapat terbuka dalam waktu yang singkat.

b. Turbin Francis dengan daya yang besar

Pada umumnya poros turbin dan generator terdiri dari 2 bagian. Bantalan

tekannya ditumpu oleh suatu konstruksi pendukung tersendiri. Yang terdiri dari

beberapa tembereng yang bisa diatur dan menerima beban yang berputar dari roda jalan,

poros, dan rotor generator dan juga menerima beban aksial dari tekanan lebih yang terdapat pada turbin. Turbin dan generator masing-masing mempunyai bantalan penghantar.

Sudu pengarah digerakkan dengan memakai oli yang bertekanan yang diatur dari

servomotor yang diatur tersendiri. Untuk diketahui bahwa saluran oli yang

bertekanan di dalam gambar tersebut terletak di tengah sebelah kiri.

C. Bagian-bagian Turbin Francis

Gambar 1. Turbin Francis Vertikal



Tabel Bagian-bagian Turbin Francis

Masing-masing bagian dari turbin francis mempunyai fungsi diantaranya sebagai berikut :

a. Sudu pengarah : berfungsi untuk mengarahkan air yang masuk sehingga aliran air

berubah menjadi searah (uniform).

b. Casing spiral : Sebagian dari mesin ini memiliki poros vertikal meskipun beberapa

mesin yang lebih kecil dari jenis ini memiliki poros horisontal. Cairan masuk dari

penstock (pipa yang menuju ke turbin dari reservoir pada ketinggian tinggi) ke casing

spiral yang benar-benar mengelilingi runner. Casing ini dikenal sebagai gulir casing atau

volute. Luas penampang casing ini menurun merata sepanjang keliling untuk menjaga

kecepatan fluida konstan dalam besar di sepanjang jalan yang menuju guide vane.

c. Guide on stay vanes : fungsi guide vanes atau baling-baling tetap adalah untuk

mengkonversi bagian dari energi tekanan fluida di pintu masuk ke energi kinetik dan

kemudian untuk mengarahkan cairan pada pisau runner pada sudut yang tepat untuk

desain

d. Sudu runner : berfungsi untuk mengubah energi hidrolis air menjadi energi mekanis.e. Poros turbin : berfungsi untuk meneruskan torsi dan putaran ke poros generator.



f. Pipa hisap : berfungsi untuk mengubah energi kecepatan menjadi energi

tekanan.

g. Draft-tube : Fungsi utama dari draft tube adalah untuk mengurangi kecepatan air

dibuang untuk meminimalkan kehilangan energi kinetik di outlet. Hal ini memungkinkan

turbin yang akan ditetapkan di atas tail water tanpa appreciable drop yang cukup

tersedia

D. Aplikasi Turbin Francis

Kebanyakan turbin francis didesain untuk tiap bagian untuk beroperasi pada

efisiensi tertinggi yang dapat dicapat, biasanya mencapai lebih dari 90%. Kekurangan dari

Turbin francis ini adalah biaya yang dibutuhkan sangat mahal khususnya dalam proses

desain, manufaktur dan pemasangan, tetapi kelebihannya adalah turbin francis

tersebut dapat beroperasi untuk beberapa decade.

Turbin air memiliki dampak positif dan negatif terhadap lingkungan.Turbin adalah salahsatu penghasil energi terbersih, menggantikan bahan bakar fosil dan mengurangi

limbah nuklir. Turbin menggunakan sumber energi yang dapat diperbaharui dan di desain

untuk beroperasi lebih dari 10 tahun.

Contoh pemakaian francis turbin dalam kehidupan sehari-hari adalah:

a. Penggunaan Turbin francis di Air terjun Niagara

Merupakan Double spiral turbine yang mamapu menghasilkan daya sebesar 12 MW dan

memiliki ketinggian head 54.9 m.

Gambar Turbin Francis di Air terjun Niagara

b. Itaipu, Brazil/Paraguay

Mampu menghasilkan daya sebesar 800 MW dan memiliki ketinggian head

118.4m.

Gambar Turbin di Itaipu

c. Norris Dam, USA:

Merupakan turbin francis pertama yang digunakan dalam industri, dimana dapat

meningkatkan dissolved oxygen untuk kelangsungan hidup akuatik.

d. Three Gorges, China:



Merupakan turbin penghasil daya terbesar didunia, dimana daya yang dihasilkan mampu

mencapai lebih dari 18,000 MW.

E. Segitiga Kecapatan Turbin Francis



F. Karakteristik dan Peforma

Karakteristik turbin francis meliputi :

1. Daya Air

Daya yang masuk ke dalam turbin francis adalah daya potensial air

WHP = ρ.g.Q.H

dimana :

WHP : daya hidrolis air (watt)ρ : massa jenis air (kg/m3)

g : percepatan gravitasi (m/dt2)

Q : laju aliran masa (m3/dt)

H : head dari tinggi jatuh air (m.H2O)

2. Daya Keluar Turbin

Daya yang dikeluarkan oleh turbin adalah daya poros karena tujuan turbin adalah

mengubah energi hidrolis menjadi energi mekanis.

BHP = 2 π n T/60

dimana :

BHP : daya mekanis (watt)

n : kecepatan putar (rpm)

T : Torsi (Nm) = F.s

3. Daya Listrik

Daya poros yang dihasilkan turbin diubah oleh generator DC menjadi daya listrik

Pel = V j.I jdimana:

Pel : daya listrik efektif

V j : tegangan jangkar (Volt)

I j : Arus Jangkar (Ampere)

4. Efisiensi Turbin

ηT = daya mekanik / daya air .100%

= WHP/BHP x 100 %

5. Efisiensi total/ sistem efektif

ηe = Pel/WHP x 100 %

6. Efisiensi Generator

ηG = Pel/BHP X 100 %



Contoh Soal :

3.7 A reaction turbine runner diameter is 3.5 m at inlet and 2.5 m at outlet.The turbine disc

harge 102 m3 per second of water under a head of 145 m. Its inlet vane angle is 1208 .

Assume radial discharge at 14 m/s,breadth of wheel constant and hydraulic efficiency of

88%, calculate the power developed and speed of machine.

(128 MW, 356 rpm)

Tugas Turbin Francis2

Documents

Transcript of Tugas Turbin Francis2