TURBIN AIR

1. Prinsip dasar turbin air

1.1 Prinsip kerja turbin air

Turbin air adalah turbin dengan air sebagai fluida kerja. Air mengalir dari tempat yang lebih tinggi menuju tempat yang lebih rendah. Dalam hal tersebut air memiliki energi potensial. Dalam proses aliran di dalam pipa, energi potensiall berangsur-angsur berubah menjadi energi kinetik. Di dalam turbin energi kinetik air diubah menjadi energi mekanis, dimana air memutar roda turbin. Diagram instalasi turbin air dapat dilihat paga Gamabr 1.

1.2 Jenis turbin dan putaran spesifik

Turbin air dapat dibedakan dalam dua golongan utama, yaitu dipandang dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya,1 Turbin impuls (pelton)2 Turbin reaksi (Francis, Kaplan, Propeler)

Turbin Air 1

Dalam hal ini akan diperkenalkan sebuah parameter kecepatan spesifik, yaitu kecepatan turbin dimana dapat dihasilkan 1 hp untuk setiap tinggi air jatuh H=1 ft

ns = (nQ/)(H)3/4

atau

ns = (nN)/(H)5/4

di mana n = kecepatan turbin pada efisiensi maksimum, rpmN = daya turbin, HpH = tinggi air jatuh, ftQ = debit air, ft3/menit

Pada suatu kondisi air tertentu (H dan Q tertentu), berdasarkan

kecepatan spesifiknya dapat dipilih/ditentukan jenis turbin yang sebaiknya digunakan agar dapat diperoleh efisiensi yang maksimum. Lihat Tabel 1.

Turbin Air 2

Gambar 2 menyatakan hubungan antara H dan ns untuk bermacam-macam turbin. Terlihat bahwa turbin dengan kecepatan spesifik yan tinggi akan lebih ekonomis, karena kecepatan yang lebih tinggi berarti unit turbinnya lebih kompak

1.3 Efisiensi turbin dan daerah kerja

Agar dapat menjamin kerja turbin di sekitar daerah efisiensii maksimum serta untuk mencegah kavitasi, biasanya tinggi air jatuh yang diperbolehkan harus dibatasi. Misalnya, dengan deviasi beberapa persen saja dari tinggi air jatuh yang direncanakan, sesuai dengan jenis turbin yang dipergunakan. Oleh karena itu pula hendaknya dapat diketahui terlebih dahulu variasi tinggi air jatuh sepanjang tahun periode operasi turbin.

Turbin Air 3

Hal tersebut sangat erat hubungannya dengan curah hujan selama setahun atau pengaturan tinggi air jatuh yang dapat dilaksanakan. Variasi tinggi air jatuh yang diperbolehkan, agar turbin masih dapat bekerja dalam daerah efisiensi yang tinggi dan untuk mencegah terjadinya kavitasi yang berlebihan, harus diusahakan ada dalam batas-batas H yang minimum dan maksimum seperti terlihat pada Tabel 2 dan Gambar 3. Perubahan pembebanan turbin dapat mengakibatkan perubahan pada efisiensi.

Tabel 2 Batas tinggi air jatuh Jenis H min(%H disain) H maks (%H disain)Turbin Francis 66 125Turbn propeler 50 150

Turbin Air 4

Turbin propeler dengan posisi daun sudu yang dapat diatur boleh dikatakan dapat mempertahankan efisiensinya untuk daerah pembebanan yang sangat luas. Hal ini disebabkan oleh karena posisi daun sudu dapat disesuaikan dengan pembebanan, sehingga kerugian yang terjadi dapat diusahakan serendah-rendahnya. Namun demikian, perlengkapan yang diperlukan akan bertambah banyak jumlahnya sehingga harganya akan bertambah mahal. Turbin tersebut dikenall dengan nama turbin Kaplan. Turbin berukuran sedang dan yang besar biasanya dipasang dengan poros vertikal; sedangkan yang berukuran kecill biasanya dipasang dengan poros pada posisi horizontal. Namun, akhir-akhir ini banyak turbin berukuran besar dibuat dengan posisi horizontal.

1.4. Kecepatan liar

Ada kemungkinan pada waktu turbin bekerja, karena sesuatu dan lain hal, beban terpaksa dihentikan dengan tiba-tiba. Dalam hal tersebut ada kemungkinan roda turbin berputar dengan sangat cepat, yaitu apabila karena suatu hal govenor tidak bekerja baik atau dalam keadaan rusak. Kecepatan inii dinamakan kecepatan liar (run away speed).

Oleh karena itu kekuatan turbin harus diperhitungkan terhadap kecepatan liar untuk mencegah kerusakan turbin atau generator. Pada umumnya kecepatan liar untuk turbin air adalah tersebut pada Tabel 3 serta Gambar 4 dan Gambar 5.

Turbin Air 5

Turbin Air 6

Turbin Air 7

Turbin Air 8

1.5 Kavitasi

Pengaruh karakteristik kavitasi terhadap kecepatan liar sangat kuat di dalam suatu daerah o tertentu, tergantung daripada jenis turbinnya. Demikian pula kecepatan liar sangat tergantung pada pembukaan pintu air atau katup air, tetapi kecepatan liar yang maksimum tidak selalu terjadi pada pembukaan pintu air atau katup yang maksimum.

Kavitasi adalah suatu peristiwa terjadinya gelembung-gelembung uap di dalam cairan (air) yang mengalir apabila tekanan di tempat tersebut sama dengan tekanan uapnya. Gelembung tersebut akan terbawa arus. Apabila gelembung tersebut kemudian sampai di suatu daerah dimana tekanannya melebihi tekanan uapnya, maka gelembung akan pecah dengan tiba-tiba. Pecahnya gelembung-gelembung tersebut bukan saja menimbulkan bunyi berisik dan getaran, tetapi dapat menyebabkan lubang-lubang kikisan pada permukaan dinding saluran atau bagian-bagian turbin, misalnya pada permukaan sudu-sudu, rumah turbin dan dinding atas dari saluran isap. Kavitasi yang berlebih-lebihan dapat pula mengurangi daya dan efisiensi turbin. Oleh karena itu diusahakan agar tidak terjadi kavitasi

Turbin Air 9

2. Perhitungan daya dan efisiensi

Hg = Head statik (gross head) Hn = Head netto He = head efektif Hl = rugi head Hn = Hg - Hl Daya turbin:

P = 9,81 Q He [kW]

atau

P = 9,81 Q Hn t [kW]

Q = debit [m3/s] t = efisiensi turbin Hn = head netto [m]

Turbin Air 10

3. Pengujian turbin

Parameter fluida dari mesin hidrolik :1) Debit (flow rate)2) Head atau tekanan air

Parameter mekanik dari mesin fluida ::1) Daya mekanik dari torque dan putaran2) Putaran3) Ukuran diameter4) Efisiensi

Daya mekanik poros dapat diukur dengan menggunakan Torque and speed meter. Daya elektrik dapat diukur dengan Watt meter baik secara analog maupun digital.

Jenis pengujian1) Pengujian laboratorium2) Pengujian lapangan3) Pengujian indeks4) Pengujian model

Parameter dan alat ukur1) Kapasitas : venturi meter, nozzle, Pitot tube, orifice, Turbin

meter2) Head : manometer, Pressure gauge (tabung Bourdon)3) Daya elektrik : Watt meter4) Putaran : Tachometer, stroboscope5) Tegangan listrik : Multi tester

4. Konstruksi dan Pemeliharaan turbin air.

Terlampir

Turbin Air 11