Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.
USU Repository © 2009
BAB I I TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sudu-Sudu Turbin
Roda turbin yang berputar pada bagian permukaannya terdapat sudu-sudu, karena sudu-sudu tersebut bergerak bersama-sama dengan roda turbin, maka
sudu-sudu tersebut dinamakan sudu gerak atau sudu jalan. Pada sebuah roda turbin mungkin terdapat beberpa sudu gerak, setiap baris sudu terdiri dari sudu-
sudu yang disusun melingkar roda turbin, masing-masing dengan bentuk dan ukuran yang sama. Turbin dengan satu baris sudu gerak dinamakan turbin
bertingkat tunggal dan turbin dengan beberapa baris sudu gerak dinamakan turbin bertingkat ganda. Pada turbin bertingkat ganda, fluida bekerja mengalir melalui
baris sudu yang pertama, kemudian baris kedua, ketiga dan seterusnya. Fluida kerja pada turbin bertingkat ganda sebelum mengalir dari satu sudu gerak
ke sudu gerak yang lainnya akan melalui baris sudu-sudu yang bersatu dengan rumah turbin. Sudu yang bersatu dengan rumah turbin dan tidak bergerak
berputar, dinamakan sudu tetap. Sudu tetap berfungsi mengarahkan aliran fluida kerja masuk ke dalam sudu gerak dan dapat juga berfungsi sebagai nosel. Didalam
turbin bertingkat ganda, proses ekspansi dari fluida kerja dilakukan secara bertahap. Jadi, dari satu tingkat ke tingkat berikutnya, dimana satu tingkat terdiri
Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.
USU Repository © 2009
dari satu baris sudu tetap dan satu baris sudu gerak. Tujuan penggunaan turbin bertingkat ganda adalah untuk menaikkan efisiensi. Celah diantara puncak sudu
gerak dan rumah turbin harus dibuat sesempit mungkin agar energi fluida dapat sebanyak-banyaknya diubah menjadi kerja berguna.
2.2 Turbin Air
Menurt M.M Dandekar, K.N Sharma [6] turbin air merupakan jenis mesin fluida yang fungsi utamanya adalah mengubah energi air menjadi tenaga listrik.
Turbin air dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu turbin reaksi dan turbin impuls [11], dimana secara garis besarnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
2.2.1 Turbin Reaksi
Pada turbin reaksi, energi yang tersedia pada saluran masuk hanya sebagian saja yang dirubah menjadi energi kinetik sedangkan sisanya tetap dalam
bentuk energi tekan. Ketika air mengalir melalui roda gerak runner terjadi perubahan energi tekan menjadi energi kinetik secara berangsur-angsur. Tekanan
pada sisi masuk roda gerak lebih tinggi dibandingkan tekanan pada sisi keluar roda gerak turbin, dimana tekanan tersebut bervariasi terhadap laju aliran fluida
yang melalui turbin. Selanjutnya agar perubahan tekanan ini dapat terjadi, maka soda gerakrunner dalam hal ini harus tertutup dari udara luar dan seluruhnya
terisi air selama turbin beroperasi.
Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.
USU Repository © 2009
Beberapa contoh dari Turbin Reaksi adalah :
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 pad 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.
Gambar 2.1 Turbin Francis Gambar 2.2. Sketsa TurbinFrancis
Sumber : http:lingolex.combilcengine.html
Sumber. http:en.wikipedia.orgwikifrancis_turbine
Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.
USU Repository © 2009
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 2.3. Turbin Kaplan Sumber.
2.2.2 Turbin Impuls
http:en.wikipedia.orgwikiKaplan_turbine
Pada turbin impuls energi potensial air dirubah menjadi energi kinetik pada nosel. Air keluar nosel yang mempunyai kecepatan tinggi membentur
sudu turbin. Setelah membentur sudu turbin arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum impuls . Akibatnya roda turbin
akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekana sama karena aliran air
Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.
USU Repository © 2009
yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya.
Beberapa contoh dari turbin impuls adalah :
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 nosel. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head
tinggi.
Gambar 2.4 Turbin Pelton Sumber.
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.
http:en.wikipedia.orgwikipelton_wheel
Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 2.5a. Sudu Turbin Pelton Sumber:
http:europa.eu.intencommdg17hydrolayman2.pdf
Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan
ember sudu lebih kecil. Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20
meter sudah mencukupi.
Gambar 2.5b Nosel Sumber:
http:europa.eu.intencommdg17hydrolayman2.pdf
Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.
USU Repository © 2009
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 litressec hingga 10 m
3
sec dan head antara 1 sd 200 m. Turbin crossflow menggunakan nozle 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 2.6. Turbin Crossflow Sumber:
http:europa.eu.intencommdg17hydrolayman2.pdf
Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.
USU Repository © 2009
2.3 Klasifikasi Turbin Air 2.3.1 Berdasarkan Tinggi Tekan head
Berdasarkan tinggi tekan head [7] turbin dapat diklasifikasikan menjadi: 1. Turbin Tinggi Tekan head Rendah
adalah turbin yang dapat bekerja pada head 2-15 m. Turbin Kaplan adalah contoh turbin yang dipergunakan untuk head rendah.
2. Turbin Tinggi Tekan head Menengah adalah turbin yang dapat bekerja pada head 16-70 m. Turbin Francis adalah
contoh turbin yang dipergunakan untuk head menengah. 3. Turbin Tinggi Tekan head Tinggi
adalah turbin yang dapat bekerja pada head 71-500 m. Turbin Pelton adalah contoh turbin yang dipergunakan untuk head tinggi.
4. Turbin Tinggi Tekan head Sangat Tinggi adalah turbin yang dapat bekerja pada head 500 m. Turbin Pelton dengan
berbagai macam penyesuaian adalah contoh turbin yang dipergunakan untuk head sangat tinggi.
2.3.2 Berdasarkan Arah Aliran Tabel 2.1 [8] adalah ringkasan dari arah aliran yang umumnya terjadi pada
turbin yang biasa dipergunakan.
Tabel 2.1
Jenis Turbin Arah Aliran
Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.
USU Repository © 2009
Francis Radial atau Gabungan
Pelton Tangensial
Kaplan Aksial
Deriaz Diagonal
2.3.3 Berdasarkan Tenaga Yang Dihasilkan
Besar tenaga kuda P yang dihasilkan oleh sebuah turbin dapat dinyatakan sebagai berikut [9] :
o
wQh
η
75 =
Ρ
.....................................................................2.1 dimana:
o
η = daya gunaefisiensi menyeluruh dari turbin Q = debit
3
s m
h
= tinggi tekan efektif w = satuan berat dari air, dimana dalam keadaan normal diambil
3
1000 m
kg
Dengan angka daya guna turbin saat ini kir-kira diambil 90, maka rumus di atas dapat ditulis secara kasar sebagai :
Qh 12
= Ρ
.........................................................................2.2 Tenaga yang dikelurakan, bagaimanapun akan tergantung pada Q maupun
h
. Turbin Pelton menghasilkan tenaga 330.000 dk, Turbin Kaplan 150.000 dk
dan Turbin Francis 820.000 dk.
2.3.4 Berdasarkan Kecepatan Spesifik Tabel 2.2 [10] adalah ringkasan dari kecepatan spesifik yang umumnya
terjadi pada turbin yang biasa dipergunakan.
Tabel 2.2
Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.
USU Repository © 2009
Kecepatan Spesifik Jenis Turbin
10 – 35 Pelton dengan 1 nosel
35 – 60 Pelton dengan 2 atau beberapa nosel
60 – 300 Francis
300 – 1000 Kaplan
2.4 PenggerakPemutar Berbagai Macam Turbin
Gambar 2.7 Penggerakpemutar dari berbagai macam turbin.
Masing-masing turbin terdiri dari sebuah penggerakrunner dengan bilah- bilah lengkung atau sudu-sudu yang disusun begitu rupa sehingga air dapat
mengalir melalui sudu-sudu ini. Sudu-sudu ini membelokkan air menuju keluar dan dengan demikian menimbulkan tenaga putar bagi seluruh penggerakrunner.
Jhon Aryanto Glad Saragih : Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, 2009.
USU Repository © 2009
BAB III DASAR - DASAR PERENCANAAN
3.1 Dasar Pemilihan Jenis Prototipe
Adapun dasar pemilihan jenis prototipe ini termasuk dalam jenis turbin antara lain :
Menurut Fritz Dietzel 1990, putaran kincir air kecil, yaitu berkisar antara
2 – 12 rpm, jika lebih dari itu dinamakan turbin. Sedangkan prototipe ini direncanakan putarannya
± 40 rpm. Oleh sebab itu, prototipe ini termasuk dalam kategori turbin.
Aliran air yang masuk turbin tekanannya adalah sama dengan tekanan
atmosfir sekitarnya sehingga dapat dikelompokkan dalam turbin impuls, hanya saja pada prototipe ini tidak terdapat nosel seperti pada turbin impuls
pada umumnya.
3.2 Penentuan Lokasi
Adapun lokasi yang dipilih sebagai dasar dalam perencanaan dan pembuatan prototipe turbin air terapung ini adalah Sungai Namo Sira-Sira yang
terletak di desa Namo Tating, Kecematan Sei Bingai Kabupaten Langkat. Berdasarkan survei yang telah dilakukan , diketahui bahwa Sungai Namo Sira-