Turbin Air Utk Website

37
PERENCANAAN MIKROHIDRO Turbin Air Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro Turbin secara umum dapat diartikan sebagai mesin penggerak mula dimana energi fluida kerja yang digunakan langsung memutar roda turbin, fluida kerjanya dapat berupa air, uap air dan gas. Dengan demikian turbin air dapat diartikan sebagai suatu mesin penggerak mula yang fluida kerjanya adalah air. (wiranto, 1997 : 1). Kalau ditinjau dari daya yang dihasilkan turbin air, maka dikenal istilah Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro (PLTMH) yang maksudnya adalah turbin air yang dapat menghasilkan daya kurang dari 100 kW dan sumber airnya relatif kecil. (wiranto,1997:67). Secara umum prinsip kerja dari turbin air ini adalah aliran air di dalam pipa pesat yang mengandung energi diarahkan ke roda turbin melalui nozzle, kemudian energi yang di dalam air ini pada roda turbin di ubah bentuknya menjadi energi mekanik berupa putaran. Putaran roda turbin inilah yang dimanfaatkan untuk menggerakkan suatu beban, salah satu contohnya adalah untuk menggerakkan generator pembangkit listrik. Konstruksi dasar dari turbin air terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan stator. Rotor adalah bagian– bagian dari turbin yang bergerak atau berputar seperti roda turbin (runner), poros, kopling, roda gaya, puly dan bagian–bagian dari turbin yang diam seperti saluran masuk

description

tes

Transcript of Turbin Air Utk Website

Page 1: Turbin Air Utk Website

PERENCANAAN MIKROHIDRO

Turbin Air Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro

Turbin secara umum dapat diartikan sebagai mesin penggerak mula dimana

energi fluida kerja yang digunakan langsung memutar roda turbin, fluida kerjanya

dapat berupa air, uap air dan gas. Dengan demikian turbin air dapat diartikan sebagai

suatu mesin penggerak mula yang fluida kerjanya adalah air. (wiranto, 1997 : 1).

Kalau ditinjau dari daya yang dihasilkan turbin air, maka dikenal istilah

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro (PLTMH) yang maksudnya adalah turbin air

yang dapat menghasilkan daya kurang dari 100 kW dan sumber airnya relatif kecil.

(wiranto,1997:67).

Secara umum prinsip kerja dari turbin air ini adalah aliran air di dalam pipa

pesat yang mengandung energi diarahkan ke roda turbin melalui nozzle, kemudian

energi yang di dalam air ini pada roda turbin di ubah bentuknya menjadi energi

mekanik berupa putaran. Putaran roda turbin inilah yang dimanfaatkan untuk

menggerakkan suatu beban, salah satu contohnya adalah untuk menggerakkan

generator pembangkit listrik.

Konstruksi dasar dari turbin air terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan

stator. Rotor adalah bagian–bagian dari turbin yang bergerak atau berputar seperti roda

turbin (runner), poros, kopling, roda gaya, puly dan bagian–bagian dari turbin yang

diam seperti saluran masuk (pipa pesat), rumah–rumah, sudu antar, sudu pengarah

(nozzle), saluran buang dan lain–lain. (wiranto, 1997 :1).

Contoh sistem turbin air tersebut dapat dilihat seperti gambar (2.1) berikut : dari

gambar turbin air poros vertical tersebut dapat dilihat komponen utama yaitu :

1. Sudu tetap (nozzle), yang berfungsi untuk mengarahkan aliran fluida

kerja (air) masuk de dalam sudu gerak.

2. Sudu gerak, sudu gerak ini dipasang pada sekeliling roda turbin, yang

mana fungsinya adalah untuk menerima tekanan dari kecepatan fluida kerja

air masuk dan keluar sudu.

3. Rotor (roda turbin), suatu tempat dudukan sudu gerak, berfungsi untuk

meneruskan daya putar yang diterima dari sudu gerak keporos.

Page 2: Turbin Air Utk Website

4. Poros, yang berfungsi untuk mentransmisikan daya atau tenaga

bersama –sama dengan putaran roda turbin dan juga dapat berfungsi

untuk mendukung suatu momen putar.

5. Stator (rumah turbin), berfungsi untuk melindungi atau untuk

pengamanan dari proses kerja turbin, dan juga untuk mendukung konstruksi

turbin secara keseluruhan.

6. Generator listrik, berfungsi untuk mengubah tenaga mekanis dari

poros turbin menjadi tenaga listrik.

Gambar 1 : Turbin air poros vertikal.

Prinsip Kerja Turbin Air

Pada roda turbin terdapat sudu yaitu suatu konstruksi lempengan dengan bentuk

dan penampang tertentu, air sebagai fluida kerja mengalir melalui ruang diantara sudu

tersebut, dengan demikian roda turbin akan dapat berputar dan pada sudu akan ada

suatu gaya yang bekerja.

Gaya tersebut akan terjadi karena ada perubahan momentum dari fluida kerja

air yang mengalir diantara sudunya. Sudu hendaknya dibentuk sedemikian rupa

sehingga dapat terjadi perubahan momentum pada fluida kerja air tersebut.

(wiranto,1997:4).

2

Page 3: Turbin Air Utk Website

Gambar 2 : Roda Turbin

Klasifikasi Turbin Air

Turbin air juga dibedakan dalam dua golongan utama, yaitu dipandang dari segi

pengubahan momentum fluida kerjanya :

1. Turbin impuls

Turbin impuls disebut juga dengan turbin air tekanan sama karena tekanan

air yang keluar dari nozel tekanannya sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya.

Sehingga energi tempat dan energi tekanan yang dimiliki oleh aliran air dirubah

semuanya menjadi energi kecepatan. Contoh dari turbin impuls ini adalah turbin

pelton, turbin crossflow dan lain–lain. (Fritz Dietzel, 1988 : 18)

Gambar 3 : Instalasi Turbin Impuls

3

Page 4: Turbin Air Utk Website

a. Turbin Pelton

Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set

sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih

alat yang disebut nozzle. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang

paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head

tinggi.

Gambar 4 : Turbin Pelton dengan Banyak Nozzle

Gambar 5 : Runner Turbin Pelton

Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk

sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah–tengah sudu dan pancaran

air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air

dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan

daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nozzle.

Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil.

Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih

kurang 150 m tetapi untuk skala mikro head 20 m sudah mencukupi.

4

Page 5: Turbin Air Utk Website

b. Turbin Turgo

Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin

pelton turbin turgo merupakan turbin impuls, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air

dari nozzle membentur sudu pada sudut 20o. Kecepatan putar turbin turgo lebih

besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke

generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya

perawatan.

Gambar 6 : Sudu turbin Turgo dan nozzle

c. Turbin Crossflow

Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-

Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang

merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow

dapat dioperasikan pada debit 20 liter/sec hingga 10 m3/sec dan head antara 1 s/d

200 m.

Gambar 7 : Instalasi Turbin Crossflow

5

Page 6: Turbin Air Utk Website

Turbin crossflow menggunakan nozzle persegi panjang yang lebarnya

sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga

terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar

membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk)

kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang

dipasang pada sepasang piringan paralel.

Gambar 8 : Runner Turbin Crossflow

Turbin crossflow baik sekali digunakan untuk pusat tenaga air yang kecil

dengan daya kurang dari 750 kW. Pembuatan dan pemasangan konstruksi sangat

sederhana, dan biaya pembuatan murah. Konstruksi secara lengkap dapat dilihat

pada gambar 2.9.

Gambar 9 : Konstruksi turbin crossflow

6

Page 7: Turbin Air Utk Website

2. Turbin ReaksiTurbin reaksi disebut juga dengan turbin tekanan lebih karena tekanan air

sebelum masuk roda turbin lebih besar dari pada tekanan air saat keluar roda turbin.

Secara umum dapat dikatakan bahwa aliran air yang masuk keroda turbin

mempunyai energi penuh, kemudian energi ini dipakai sebagian untuk

menggerakkan roda turbin dan sebagian lagi dipergunakan untuk mengeluarkan air

kesaluran pembuangan. Jenis turbin reaksi yang sering digunakan antara lain, turbin

francis, turbin propeler atau kaplan. (Fritz Dietzel, 1988:17)

Gambar 10 : Instalasi Turbin Reaksi

a. Turbin Francis

Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara

sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian

keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan

air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada turbin francis dapat merupakan

suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya.

Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah

yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.

7

Page 8: Turbin Air Utk Website

Gambar .11 : Runner Turbin Francis

b. Turbin Kaplan & Propeller

Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin

ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya

mempunyai tiga hingga enam sudu.

Gambar 12 : Runner Turbin Kaplan

Kandungan Energi dalam Aliran Zat Cair

Energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Energi

tidak dapat diciptakan maupun dihilangkan tapi hanya dapat dirubah. Begitu juga

dengan air yang mengalir dari ketinggian tertentu, dimana aliran tersebut mengandung

energi yang dapat dimanfaatkan untuk memutar roda turbin. (Fritz Dietzel, 1988:3)

Menurut Bernoulli apabila air dialirkan dalam pipa dari ketinggian tertentu dan

selisih ketinggian antara permukaan atas dan bawah adalah z dan tidak terdapat energi

yang masuk atau keluar, maka besar energi yang dikandung oleh air tersebut adalah :

W = Energi Tempat + Energi Tekanan + Energi Kecepatan

8

Page 9: Turbin Air Utk Website

(1.1)

Dimana : W = Energi yang dikandung air (Nm)

m = Massa zat cair (kg)

g = Grafitasi bumi (m/s2)

z = Ketinggian suatu tempat yang dipakai sebagai standar (m)

P = Tekanan (N/m2)

= Massa jenis zat cair (kg/m3)

c = Kecepatan aliran zat cair (m/s)

(Fritz Dietzel, 1988:4)

Kavitasi

Kavitasi adalah suatu peristiwa terjadinya gelembung-gelembung uap di dalam

cairan (air) yang mengalir apabila tekanan di tempat tersebut sama dengan tekanan

uapnya. Bila gelembung-gelembung tersebut terjadi maka akan bersama-sama terbawa

aliran dan pada daerah yang lebih tinggi tekanannya, gelembung-gelembung tersebut

akan pecah dengan tiba-tiba. Pecahnya gelembung-gelembung ini akan menghasilkan

tekanan yang sangat tinggi bisa mencapai 100 atm.

Dengan tekanan yang begitu tinggi akan mudah merusak material atau

komponen-komponen yang dipakai pada instalasi turbin.

Akibat kavitasi adalah sebagai berikut :

1. Menimbulkan suara yang sangat bising dan getaran-getaran

2. Mengikis bagian dalam pipa-pipa dan permukaan propeler

3. Menurunkan effisiensi dan daya turbin

Untuk mencegah terjadinya kavitasi ini, maka perlu diambil langkah-langkah

sebagai berikut :

1. Meletakkan turbin pada tempat yang sebaik-baiknya antara runner dan draft

tube

2. Memperkecil jarak vertikal antara roda turbin dan permukaan air bawah

(tinggi isap diperkecil).

3. Memperbaiki konstruksi atau menggunakan material yang kuat.

4. Mengurangi belokan-belokan atau bentuk-bentuk yang tajam.

(Syahril, 1979: 65)

Dasar–Dasar Perencanaan Turbin

9

Page 10: Turbin Air Utk Website

Dalam merencanakan sebuah turbin air, ada beberapa hal mendasar yang perlu

diketahui, sehingga dengan didapatnya harga–harga ini barulah perencanaan konstruksi

turbin air bisa dilakukan.

Daya Turbin

Dengan adanya gaya tangensial yang bekerja pada runner turbin, maka

runner turbin akan mengalami momen puntir.

Mt = Fu.r

Mt = Q. (1.2)

atau:

Mt = Q. (1.3)

Apabila kecepatan tangensial yang bekerja (u) = .D.n dan kecepatan

sudut (w) = u / r maka daya yang dihasilkan oleh turbin adalah :

P = Mt . w

P = Q. (1.4)

P = Q. (1.5)

Dimana : P = Daya Turbin (Watt)

Mt = Momen Puntir (Nm)

Fu = Gaya tangensial yang dihasilkan turbin (N)

c1 = Kecepatan mutlak air masuk sudu turbin (m/s)

c2 = Kecepatan mutlak air keluar sudu turbin (m/s)

w1 = Kecepatan relatif air masuk sudu turbin (m/s)

w2 = Kecepatan relatif air keluar sudu turbin (m/s)

u1 = Kecepatan tangensial air masuk sudu turbin (m/s)

u2 = Kecepatan tangensial air keluar sudu turbin (m/s)

r1 = Jari – jari diameter luar runner turbin (m)

r2 = Jari – jari diameter dalam runner turbin (m)

w = Kecepatan sudut (m/s)

Q = Debit air yang digunakan (m3/s)

= Massa jenis air (kg/m3)

10

Page 11: Turbin Air Utk Website

Apabila ditinjau dari kapasitas dan tinggi jatuh air, daya turbin yang

direncanakan dapat ditentukan dengan persamaan 1.6 :

P = g Q He (1.6)

Dimana : P = Daya turbin (W)

= Massa jenis air ( kg/m3)

g = Percepatan grafitasi (m/s2)

Q = Debit aliran air (m3/s)

He = Tinggi jatuh air efektif (m)

= Effisiensi turbin. Untuk turbin air harga effisiensi berkisar

antara 84% - 94%. ( wiranto, 1997:1)

Debit Air

Debit air merupakan hal yang sangat menentukan dalam perencanaan

turbin air, karena daya yang dihasilkan oleh turbin sangat tergantung pada debit

air yang tersedia. Menurut persamaan kontinuitas debit air yang mengalir dalam

pipa bertekanan dapat ditentukan dengan persamaan :

Q = V. A (1.7)

Dimana Q = Debit air (m3/s)

V = Kecepatan aliran air (m/s)

A = Luas penampang pipa (m2)

(Suryono,1991:1)

Kecepatan Spesifik

Kecepatan spesifik dapat didefinisikan sebagai jumlah putaran roda turbin

dimana dapat dihasilkan daya 1 Hp untuk setiap jatuh air 1 ft. (wiranto,1997:67).

Dalam bentuk persamaan kecepatan spesifik dapat dirumuskan sebagai :

(1.8)

Dimana : Q = Debit air yang dibutuhkan (m3/s)

He = tinggi jatuh air effektif (m)

11

Page 12: Turbin Air Utk Website

n1 = Kecepatan putaran turbin (rpm)

(Fritz Dietzel,1988,20)

Harga dari kecepatan putaran turbin (n1) biasanya berkisar antara 125–750

rpm (wiranto,1997:68)

Tinggi Jatuh Air

Ada dua macam tinggi jatuh air pada suatu instalasi pembangkit listrik

yaitu : tinggi jatuh air aktual dan tinggi jatuh air efektif. Untuk jenis turbin air

tekanan sama tinggi jatuh air aktualnya dihitung dari permukaan air di kolam

penampung sampai ke tengah–tengah pancaran air dari nozzle. Sedangkan untuk

jenis air tekanan lebih tinggi jatuh air aktual dihitung dari permukaan air di kolam

penampung sampai ke permukaan air bawah.

Gambar 13 : Tinggi Jatuh Air Aktual untuk turbin tekanan samaTPA (Tinggi Permukaan Air Atas)TPB (Tinngi Permukaan air Bawah)

Gambar.14 : Tinggi jatuh air aktual untuk turbin tekanan lebih

12

Page 13: Turbin Air Utk Website

Yang dimaksud dengan tinggi jatuh air efektif adalah tinggi jatuh air

aktual dikurangi total kerugian energi (Head losses) disepanjang saluran. Dalam

persamaan 1.9 dapat dinyatakan :

He = Ha - Hl (1.9)

Dimana : He = Tinggi jatuh air efektif (m)

Ha = Tinggi jatuh air aktual (m)

Hl = Head losses (m)

Kerugian energi (head losses) yang terjadi di dalam pipa dapat di

kelompokkan atas dua bagian :

1. Kerugian terjadi sebagai akibat dari gesekan air disepanjang pipa (Head losses

mayor), menurut Strickler kerugian ini dapat dihitung dengan persamaan 1.10 :

Hlf = (1.10)

Dimana : Hlf = Head losses mayor (m)

Q = Debit air (m3/s)

k = Angka gesek Strickler

D = Diameter dalam pipa (m)

(Suryono, 1991:34)

Tabel 1 : Angka Gesek Stricker

(Sumber : Suryono, 1991 :39)

13

Page 14: Turbin Air Utk Website

Secara empiris head losses mayor ini dapat dicari dengan persamaan 1.11

Hazen – Williams :

Hlf =

(1.11)

Dimana : Q = Debit air (m3/s)

D = Diameter dalam pipa (m)

L = Panjang pipa (m)

C = Koefisien kekasaran

(Sularso,1987 :31)

Tabel 2 : Angka koefisien (C) Hazen – Wiliams

No Bahan Pipa C12

3456

Beton (tidak terpengaruh oleh umur)Besi TuangBaruUmur 5 TahunUmur 20 TahunBaja Las, Baru, Papan Kayu (tidak terpengaruh oleh umur)Lempung, Baja Keling, baruGorong – gorong BetonSemen asbes

130

130120100120110100140

(Sumber : Ray K. Linsley,1985: 270)

2. Kerugian yang terjadi diawal pipa, belokan pipa, perubahan penampang, dan lain –

lain (Head losses minor). Kerugian ini dapat dinyatakan dengan persamaan 2.12:

Hlm = ` (1.12)

Dimana : Hlm = Head losses minor (m)

V = Kecepatan air dalam pipa (m/s)

= Total koefisien kerugian

(Suryono,1991:40)

14

Page 15: Turbin Air Utk Website

Gambar 15 : Koefisien kerugian di ujung masuk pipa

(Sumber : Sularso, 1987 : 34)

(i) f = 0.5

(ii) f = 0.25

(iii) f = 0.06 (untuk r kecil) sampai 0.005 (untuk r besar)

(iv) f = 0.56

(v) f = 3.0 (untuk sudut tajam) sampai 1.3 (untuk sudut 450)

(vi) f = f1 + 0.3 cos θ+ 0.2 cos2 θ

Gambar 16 : Koefisien kerugian pada belokan pipa

(Sumber: Suryono, 1991 :41)

Pemilihan Jenis Turbin

Jenis turbin yang digunakan sangat tergantung dari besarnya debit air (Q) dan

tinggi jatuh air yang tersedia, besarnya harga dari debit dan tinggi jatuh air ini didapat

dari hasil survey ke lapangan. Secara teoritis dalam perencanaan pemilihan jenis turbin

ditentukan berdasarkan kecepatan spesifik (ns) dan tinggi jatuh air efektif (He).

15

Page 16: Turbin Air Utk Website

1. Pemilihan berdasarkan kecepatan spesifik

Kecepatan spesifik adalah kecepatan turbin dimana dapat dihasilkan 1 HP

untuk setiap tinggi jatuh air (H) = 1 Ft. kecepatan spesifik dari suatu turbin dapat

diketahui dengan mempergunakan persamaan (2.8) dan kondisi yang diketahui.

Setelah dihitung atau didapatkan nilai ns dengan mempergunakan

persamaan (1.8), maka dapat dipilih jenis turbin dengan menggunakan tabel di

bawah ini :

Tabel 3 : Pemilihan jenis turbin berdasarkan kecepatan spesifik

No Kecepatan spesifik (rpm) Type / Jenis turbin

1

2

3

4

10 sampai 35

35 sampai 60

60 samapi 300

300 sampai 1000

Turbin Pelton dengan Nozzel tunggal

Turbin Pelton dengan dua Nozzel atau lebih

Turbin Francis

Turbin Kaplan

(Sumber : R.S. Khurmi, 1982 : 616)

2. Pemilihan berdasarkan tinggi jatuh air

Pemilihan dengan berdasarkan tinggi jatuh air diperoleh, maka dapat dilihat

pada tabel berikut :

Tabel 4 : Pemilihan jenis turbin berdasarkan tinggi jatuh air

No Tinggi jatuh air / head (m) Type / Jenis Turbin

1

2

3

4

5

6

0 sampai 25

25 sampai 50

50 sampai 150

150 sampai 250

250 sampai 300

Di atas 300

Kaplan atau Francis

(lebih cocok Kaplan)

Kaplan atau Francis

(lebih cocok francis)

Francis

Francis atau pelton

(lebih cocok francis)

Francis atau pelton

(lebih cocok pelton)

Pelton

(Sumber : R.S. Khurmi, 1982 : 617)

16

Page 17: Turbin Air Utk Website

Pipa Pesat

Pipa pesat adalah pipa yang dipakai untuk mengalirkan air ke turbin. Ada

beberapa hal yang perlu diperhitungkan pada pipa pesat antara lain:

1. Panjang pipa pesat

Panjang pipa pesat sangat tergantung dari tinggi jatuh air aktual dan sudut

kemiringan pemasangan pipa pesat. Setelah harga – harga ini didapat, panjang pipa

pesat dapat dihitung dengan menggunakan rumus phitagoras.

2. Kecepatan air dalam pipa pesat

Kecepatan air dalam pipa pesat dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan (1.7), disamping persamaan tersebut kecepatan air dalam pipa juga

dapat dihitung berdasarkan persamaan Hazen – Williams :

V = 0.85. C. R0.63. S0.54 (1.13)

Dimana : V = Kecepatan air dalam pipa (m/s)

C = Koefisien gesekan (tabel 2)

R = Jari – jari hidrolik (m)

S = Gradien hidrolik (m)

(Ray K. Linsley,1985 :308)

Harga R = 0.25 D

Harga S =

S =

S =

(Sularso,1987 :31)

3. Diameter dalam pipa pesat

Apabila persamaan (1.7) dan persamaan (1.13) digabungkan maka kita

dapat mengetahui besarnya diameter dalam pipa :

Q = (0,85 C) (0,42D0,63) (3,59 Q0,999 C-0,999 D-2,619) (0,785 D2)Q = 1,006 C0,001 D0,011 Q0,999

17

Page 18: Turbin Air Utk Website

D0,011 =

(1.14)

Komponen Transmisi Daya

Komponen transmisi daya ini berfungsi untuk mentransmisikan daya yang

dihasilkan oleh roda turbin ke generator pembangkit listrik. Komponen tersebut

antara lain poros turbin, dimana putaran yang dihasilkan oleh roda turbin diteruskan

ke poros turbin, untuk memindahkan daya dari poros turbin ke poros generator

pembangkit dibutuhkan komponen tambahan seperti Pully, kopling, atau roda gigi.

Komponen tambahan yang digunakan harus disesuaikan dengan jenis turbin dan

berapa besar daya yang di transmisikan.

Poros Turbin

Sebagaimana yang telah dijelaskan di atas bahwa poros turbin berfungsi

untuk memindahkan daya dari putaran turbin. Beban yang diterima oleh poros turbin

antara lain beban puntir dan beban lentur, sehingga dengan adanya beban ini maka

akan terjadi tegangan puntir dan tegangan lentur sebagai akibat dari adanya momen

puntir dan momen lentur (Sularso, 1994 17). Momen puntir pada turbin dapat

dinyatakan dengan persamaan 1.15 :

Mp = (1.15)

Dimana : Mp = Momen puntir (N.mm)

P = Daya yang ditransmisikan (KW)

w = Kecepatan sudut (rpm)

w = 2.π.n (1.16)

n = Kecepatan putaran turbin (rpm)

(Stolk,1993 :170)

18

Page 19: Turbin Air Utk Website

Tegangan puntir dapat dinyatakan dengan persamaan 2.17 :

(1.17)

Dimana : = Tegangan izin poros (N/mm2)

= Tegangan tarik bahan poros (N/mm2)

Sf1 = Faktor kelelahan puntir

Sf2 = Faktor keamanan karena poros dibuat bertingkat dan diberi

pasak

Harga Sf1 untuk bahan poros SF = 5,6 dan untuk bahan poros S-C = 6,

sedangkan harga dari Sf2 berkisar sekitar 1,3 sampai 3 (Sularso,1994 :8).

Untuk diameter poros turbin dapat dinyatakan dalam persamaan 1.18 :

d = (1.18)

Dimana : d = Diameter poros (m)

= Tegangan izin poros (N/mm2)

Mp = Momen torsi yang diterima poros (N.mm)

Kt = Faktor koreksi untuk momen puntir

Cb = Faktor koreksi untuk beban lentur

(Sularso,1994 :8)

Untuk beban yang dikenakan secara halus harga Kt = 0,1 untuk beban yang

digunakan sedikit kejutan dan tumbukan harga Kt = 1,0 – 1,5 dan jika beban yang

dikenakan dengan kejutan atau tumbukan harga Kt = 1,3 – 3, karena poros juga

menerima beban lentur dari berat turbin maka diperlukan faktor koreksi untuk beban

lentur (Cb) yang harganya antara 1,2 – 2,3 (Sularso,1994 : 17).

Disamping hal–hal diatas, pemilihan bahan poros juga merupakan hal yang

sangat penting dalam perencanaan poros.

19

Page 20: Turbin Air Utk Website

Pasak

Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian –

bagian mesin seperti roda gigi, sprocket, puli, kopling dan lain – lain pada poros.

Momen diteruskan dari poros ke naf atau dari naf ke poros. Sementara pasak yang

ada pada turbin berfungsi untuk menetapkan runner pada poros.

Pasak pada umumnya dapat digolongkan atas beberapa macam sebagai

berikut : gambar 2.17. menurut letaknya pada poros dapat dibedakan antara pasak

pelana, pasak rata, pasak benam, dan pasak singgung, yang umumnya berpenampang

segi empat. Dalam arah memanjang dapat berbentuk prismatis atau berbentuk tirus.

Pasak benam prismatis ada yang khusus dipakai sebagai pasak luncur. Disamping

macam di atas ada pula pasak tembereng dan pasak jarum.

Gambar 17 Macam – macam pasak

Yang paling umum dipakai adalah pasak benam yang dapat meneruskan

momen yang besar. Untuk momen dengan tumbukan, dapat dipakai pasak

singgung. Untuk pasak umumnya dipilih bahan yang mempunyai kekuatan tarik

lebih dari 60 (kg/mm2), lebih kuat dari pada porosnya. Kadang – kadang sengaja

dipilih bahan yang lemah untuk pasak, sehingga pasak akan lebih dahulu rusak dari

pada poros atau nafnya. Ini disebabkan harga pasak yang murah serta mudah

menggantinya.

20

Page 21: Turbin Air Utk Website

Bantalan

Bantalan adalah komponen turbin yang berfungsi untuk menumpu poros

berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak–baliknya dapat berlangsung secara

halus, aman, dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan

poros serta komponen turbin lainya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak

berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem turbin akan menurun atau tidak

dapat bekerja secara semestinya.

Klasifikasi bantalan

a. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros

1. Bantalan luncur

Pada bantalan ini terjadi gesekan antara poros dan bantalan karena

permukaan poros ditumpu oleh permukaan batalan dengan perantaraan

lapisan pelumas.

2. Bantalan gelinding

Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang

berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru),

rol atau rol jarum, dan rol bulat.

b. Atas dasar arah beban terhadap poros

1. Bantalan radial, arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus

sumbu poros.

2. Bantalan aksial, arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros.

3. Bantalan gelinding khusus, bantalan ini dapat menumpu beban yang

arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.

Perbandingan antara bantalan luncur dan bantalan gelinding

Bantalan luncur mampu menumpu poros berputar tinggi dengan

beban besar. Bantalan ini sederhana konstruksinya dan dapat dibuat serta

dipasang dengan mudah. Karena gesekannya yang besar pada waktu mulai

jalan, bantalan luncur memerlukan momen awal yang besar dan pelumasan

pada bantalan ini tidak begitu sederhana. Panas yang timbul dari gesekan

yang besar,terutama pada beban besar, memerlukan pendinginan khusus.

Sekalipun demikian, karena adanya lapisan pelumas, bantalan ini dapat

meredam tumbukan dan getaran sehingga hampir tidak bersuara. Tingkat

ketelitian yang diperlukan tidak setinggi bantalan gelinding sehingga dapat

lebih murah.

21

Page 22: Turbin Air Utk Website

Bantalan gelinding pada umumnya lebih cocok untuk beban kecil

dari pada bantalan luncur, tergantung pada bentuk elemen gelindingnya.

Putaran pada bantalan ini dibatasi oleh gaya sentrifugal yang timbul pada

elemen gelinding tersebut. Kerena konstruksinya yang sukar dan

ketelitiannya yang tinggi, maka bantalan gelinding hanya dapat dibuat oleh

pabrik–pabrik tertentu saja. Keunggulan pada bantalan gelinding adalah

pada gesekannya yang sangat rendah. Pelumasannya cukup dengan gemuk,

pada macam yang memakai sil sendiri tidak perlu pelumasan lagi.

Meskipun ketelitiannya sangat tinggi, namun karena adanya gerakan elemen

gelinding dan sangkar, pada putaran tinggi bantalan ini agak gaduh

dibandingkan dengan bantalan luncur.

Pada waktu pemilihan bantalan, ciri masing–masing harus

dipertimbangkan sesuai dengan pemakaian, lokasi dan macam beban yang

akan dialami.

Jenis–jenis bantalan gelinding

Bantalan gelinding mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding

yang sangat kecil dibandingkan dengan bantalan luncur. Seperti gambar 18,

elemen gelinding seperti bola atau rol, dipasang antara cincin luar dan

cincin dalam. Dengan memutar salah satu cincin tersebut, bola atau rol akan

membuat gerakan gelinding sehingga gesekan diantaranya akan lebih kecil.

Untuk bola atau rol, ketelitian tinggi dalam bentuk dan ukuran merupakan

keharusan, karena luas bidang kontak antara bola atau rol dengan cincinnya

sangat kecil maka besarnya beban persatuan luas atau tekanannya menjadi

sangat tinggi. Dengan demikian bahan yang dipakai harus mempunyai

ketahanan dan kekerasan yang tinggi.

Bantalan gelinding, seperti pada bantalan luncur, dapat

diklasifikasikan atas : bantalan radial, yang terutama membawa beban radial

dan sedikit beban aksial, dan bantalan yang membawa beban yang sejajar

sumbu poros. Menurut bentuk elemen gelindingnya, dapat pula dibagi atas

bantalan bola dan bantalan rol. Demikian pula dapat dibedakan menurut

banyaknya baris dan konstruksi dalamnya. Bantalan yang cincin luarnya

dapat saling dipisahkan disebut macam pisah.

22

Page 23: Turbin Air Utk Website

Gambar 18 : Macam–macam bantalan gelinding

Menurut diameter luar atau diameter dalamnya, bantalan gelinding dapat

dibagi atas :

a. Diameter luar lebih dari 800 (mm) Ultra besar

b. Diameter luar 180 – 800 (mm) Besar

c. Diameter luar 80 – 180 (mm) Sedang

d. Diameter dalam 10 (mm) atau lebih, dan luar sampai 80 (mm) Kecil

e. Diameter dalam kurang dari 10 (mm), dan diameter luar

9 (mm) atau lebih Diameter kecil

f. Diameter luar kurang dari 9 (mm) Miniatur

23

Page 24: Turbin Air Utk Website

Menurut pemakaiannya, dapat digolongkan atas bantalan otomobil,

bantalan mesin, dan bantalan intrumen. Bantalan gelinding biasa terdapat dalam

ukuran metris dan inchi.

Transmisi Sabuk–V

Jarak yang jauh antara dua buah poros sering tidak memungkinkan transmisi

langsung dengan roda gigi. Dalam hal demikian, cara transmisi putaran atau daya

yang lain dapat diterapkan, dimana sebuah sabuk luwes atau rantai dibelitkan

sekeliling puli atau sprocket pada poros.

Transmisi sabuk–V pada turbin berfungsi untuk meneruskan daya berbentuk

putaran dari suatu poros yang lainnya (poros generator) untuk menghasilkan energy

listrik.

Sabuk–V tersebut dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Tenunan

tetoron atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan

yang besar (gambar 18). sabuk–V dibelitkan disekeliling alur puli yang berbentuk V

pula. Bagian sabuk yang sedang membelit pada puli ini mengalami lengkungan

sehingga bagian dalamnya akan bertambah besar.

Gambar 19 : Konstruksi sabuk–V

Gaya gesekan juga akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan

menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Hal ini

merupakan salah satu keunggulan sabuk–V dibandingkan dengan sabuk rata.

Turbin Governor

Turbin governor berfungsi untuk mengatur putaran turbin agar selalu

serempak dengan frekuensi generator (putaran turbin dan frekuensi) dapat berubah-

ubah dengan terjadinya perubahan pemakaian beban listrik.

24

Page 25: Turbin Air Utk Website

Untuk mengatur perubahan beban tidak dapat kita lakukan dengan manual,

karena adanya kesulitan-kesulitan sebagai berikut :

a. Perubahan beban tidak dapat diduga sesuai dengan pemakaian listrik

b. Konstruksi relative besar

c. Menambah biaya operasional

1. Sistem Pengaturan

Apabila beban turun dari rated horse power maka putaran turbin akan selalu

bertambah tinggi. Dengan menggunakan governor dimana prinsip kerjanya

berdasarkan gaya setrifugal dimana gaya tersebut dapat diperoleh dari putaran

turbin.

Gaya sentrifugal yang terjadi akan menimbulkan gerak translasi dengan

bantuan alat mekanik lainya. Gerak translasi ini akan menggerakkan posisi sudu

pengarah sesuai dengan kebutuhan dan beban serta putaran turbin.

2 Cara Kerja Governor dan Servomotor

Pada gambar 20 menunjukan cara kerja governor dan servomotor pada

turbin axial.

Gambar 20 : Skema governor

25

Page 26: Turbin Air Utk Website

Alat ini dilengkapi dengan fly ball, untuk memperoleh gaya setrifugal dari

putaran poros turbin untuk menghasilkan gerak translasi, apabila putaran turbin

bertambah tinggi (akibat beban turun) fly ball akan berputar dan bergerak ke arah

luar, sehingga menarik tuas dan membuka katup pada distributor valve kemudian

minyak ditekan dari pipa ke oil sump.

Dari oli sump melalui pipa-pipa masuk ke katup distribusi menuju servo

motor, sehingga menggeser piston ke atas (ke kanan) dimana regulation rod akan

memutar regulating ring ke kanan. Pada regulating ring terikat sudu-sudu

penggerakdengan demikian merobah kedudukan sudu pengarah sampai posisi

tertentu untuk mencapai kedudukan yang tepat. Bila kedudukannya telah tepat

maka putaran akan turun kembali pada putaran yang normal.

26