417
Gambar 20.12 Prinsip impuls dan reaksi pada roda jalan pelton dan francis
Prinsip reaksi dapat dijelaskan sebagai berikut. Turbin akan berputar karena dilewati air dari bejana, artinya sudu turbin akan bereaksi
dengan gaya yang berlawanan arah dengan gaya yang diberikan aliran air.
E. Daya Turbin
Bila diketahui kapasitas air dan tinggi air jatuh H, dapat ditentukan daya turbin P kW yaitu ;
H g
Q P
⋅ ⋅
⋅ =
ρ [daya potensial air]
dimana P = daya potensial air turbin kW Q = kapasitas atau debit air m
3
dtk g = percepatan gravitasi kgm
2
H = tinggi jatuh air m
c
2
c
1
c
1
c
2
runner turbin francis roda jalan pelton
sudu buket
418
massa aliran dapat dihitung dengan persamaan ;
ρ ⋅
=
•
Q m
dimana
•
m = adalah laju aliran masa kgdtk perhitungan daya persamaan di atas dapat diubah menjadi
H g
m P
⋅ ⋅
=
•
atau Y
m P
⋅ =
•
Y = kerja spesifik Jkg H
g Y
⋅ =
Daya potensial air pada instalasi apabila dikalikan dengan efisiensi turbin air terpasang maka daya turbin dengan tinggi jatuh air sebesar H adalah
t
H g
Q P
η ρ
. ⋅
⋅ ⋅
=
dengan
T
η
= efisiensi turbin dari perumusan terlihat bahwa daya turbin sangat bergantung dari besar
kapasitas aliran air dan tinggi jatuh air.
Daya yang dihasilkan dari proses konversi energi pada sudu-sudu turbin adalah :
u u
c u
c u
Q P
2 2
1 1
. .
− = ρ
[daya poros turbin] dengan c
1u
= kecepatan absolut masuk arah u c
2u
= kecpatan absolut ke luar arah u apabila daya potensial air dan daya poros tubin bila disamakan akan
didapat persamaan :
T u
u
H g
Q c
u c
u Q
P η
ρ ρ
⋅ ⋅
⋅ ⋅
= −
=
2 2
1 1
. .
T u
u
H g
c u
c u
η ⋅
⋅ =
−
2 2
1 1
.
T u
u
g c
u c
u H
η
2 2
1 1
. −
=
[head turbin] Secara sederhana dapat dinyatakan bahwa semakin tinggi tinggi
jatuh air, dengan kapasitas aliran sama, akan mempuyai energi potensial
c
1
c
2
u c
2
c
1
= kecepatan absolut masuk u = kecepatan roda turbin
c
2
= kecepatan absolut ke luar
419
yang lebih besar dibandingkan dengan tinggi jatuh air yang lebih rendah. Logika tersebut juga berlaku sebaliknya, yaitu untuk tinggi jatuh air yang
sama, energi potensial yang dimiliki akan lebih besar apabila kapasitas aliran air juga besar.
Untuk menentukan luas penampang saluran aliran air masuk turbin dapat dihitung dengan persamaan kontinuitas yaitu ;
v A
Q ⋅
= sehingga
v Q
A =
dimana A = luasan penampang saluaran m
2
v
= kecepatan aliran air mdtk Kecepatan aliran air akan besar pada penampang yang semakin kecil,
pada kapasitas aliran air yang sama. Adapun kecepatan pancaran air yang ke luar dari nosel turbin pelton adalah :
gH c
2
1
=
ms diameter pancaran air
5 ,
54 ,
H Q
d =
m
F. Kecepatan Putar Turbin dan Kecepatan Spesifik
Kecepatan putar turbin harus diusahakan setinggi mungkin, karena dengan kecepatan putar turbin yang tinggi ukuran turbin menjadi kecil
sehingga lebih menguntungkan. Kecepatan spesifik juga sangat penting dalam perancangan, karena dengan mengetahui n
q
kita dapat menentukan tipe roda turbin . Adapun persamaan n
q
adalah sebagai berikut;
4 3
H Q
n n
q
=
dimana n
q
= kecepatan spesifik rpm n = kecepatan putar turbin rpm
Suatu turbin yang bekerja pada tinggi jatuh dan kapasitas air yang berbeda, dan bekerja pada putaran yang ditentukan, apabila mempunyai
kecepatan spesifik yang sama, maka secara geometri bentuk turbin tersebut adalah sama.
Hubungan antara jumlah nosel dengan keceptan sepesifik adalah sebagai berikut.
z n
n
qT q
=
dimana n
qT
= kecepatan spesifik pada z nosel rpm z
= jumlah nosel terpasang
420
G. Perhitungan Performasi Turbin
Turbin air sebagai salah satu alat konversi energi mempunyai beberapa keunggulan, diantaranya yang paling penting adalah sumber
energinya adalah berlimpah dialam. Tetapi dibandingkan dengan mesin konversi lainnya turbin air efisiensinya total masih rendah. Hal ini
disebabkan karena kehilangan energi pada proses konversi sangat banyak. Mulai dari saluran-saluran air, diturbin sendira dan faktor-faktor
lainnya. Untuk mendapatkan gambaran tentang performasi turbin air di bawah ini diberika contoh perhitungan unjuk kerja dari turbin pelton
Sebuah turbin pelton dipasang di sebuah instalasi PLTA mempunyai 4 buah nosel. Adapun data-data yang lainnya adalah : Tinggi
air jatuh 500 m, kapasitas alirannya 60 m
3
menit, putaran turbin 180 rpm [ f= 60Hz], dan daya yang dihasilkan 160.000 KW,.Periksa apakah
pemasangan turbin pelton dengan 4 nosel sudah efektif.
Gambar 20.13 instalasi PLTA dengan turbin air jenis pelton 6 nosel
roda pelton buket generator
nosel beda tinggi
atau head air
air ke luar
dam
