Pengertian Turbin Karakteristik Turbin Pelton

Bab II DASAR TEORI

2.1 Pengertian Turbin

Kata “Turbin” dicetuskan pada tahun 1828 oleh Claude Burdin 1788-1873 untuk menggambarkan suatu alat dari kompetisi engineering bertenaga air pada tahun 1826. Turbin berasal dari bahasa Latin turbo, turbinis, yang berarti vortex atau pusaran. Turbin adalah suatu alat atau mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Cara kerjanya secara gerak rotasi, di mana energi kerja fluidanya dipergunakan untuk memutar roda turbin melalui nosel di teruskan ke sudu-sudunya. Bagian turbin yang berputar dinamakan rotor atau roda turbin, sedangkan bagian yang tidak berputar dinamakan stator atau rumah turbin. Roda turbin terletak di dalam rumah turbin dan roda turbin memutar poros daya yang menggerakan atau memutar generator listrik, atau sistem mesin lainya. Didalam turbin, fluida kerja mengalami proses ekspansi, yaitu proses penurunan tekanan, dan mengalir secara kontinyu. Fluida kerjanya bisa berupa air, gas atau uap air. 2.2 Jenis-Jenis Turbin 2.2.1 Berdasarkan Fluida yang Bekerja 2.2.1.1 Turbin Air Turbin ini memanfaatkan fluida cair yang berupa air sebagai fluida kerja untuk menggerakkan sudu-sudu turbin. Energi potensial dimiliki oleh air pada keadaan diam. Turbin mengubah energi potensial yang dimiliki air dengan memanfaatkan aliran air yang melalui turbin tersebut untuk diubah menjadi energi mekanis energi gerak dan akan diubah menjadi energi listrik. Gambar 2.1 Struktur Turbin Air Sumber : water.usgs.gov

2.2.1.2 Turbin Uap

Turbin uap adalah suatu turbin yang mengubah energi potensial uap air menjadi energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung pada jenis mekanisme yan digerakkan, turbin uap dapat dipergunakan pada berbagai bidang industri, untuk pembangkit tenaga listrik, dan untuk transportasi. Gambar 2.2 Proses Kerja Turbin Uap Sumber : www.e-education.psu.edu

2.2.1.3 Turbin Angin

Turbin angin adalah suatu kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Saat ini pembangunan turbin di Indonesia sangat minim, karena kecepatan angin yang rendah. Prinsip dasar kerja dari turbin angin ini adalah mengubah energi kinetik dari angin menjadi energi putar mekanik pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya menghasilkan listrik. Gambar 2.3 Turbin Angin Vertikal Sumber : www.quietrevolution.com

2.2.1.4 Turbin Gas

Turbin gas adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus ledakan hasil pembakaran. Energi ditambahkan di arus gas di pembakar, dimana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah nozzle melalui sudu-sudu turbin, sehingga turbin berputar. Umumnya turbin jenis ini digunakan untuk mesin penggerak. Gambar 2.4 Struktur Turbin gas Sumber : 12charlie.com

2.2.2 Berdasarkan Prinsip Kerjanya

2.2.2.1 Turbin Implus

Turbin implus memiliki kerja, yaitu dari aliran fluida memberikan dorongan impuls untuk menggerakkan sudu-sudu turbin, sehingga dapat menimbulkan tenaga mekanis. Turbin ini merupakan turbin dimana proses ekspansi proses penurunan tekanan hanya terjadi didalam sudu- sudu tetapnya saja. Jadi, dalam hal ini diharapkan tidak terjadi penurunan tekanan didalam sudu geraknya. Namun dalam kenyataannya masih terdapat penurunan tekanan kecil didalam sudu gerak tak dapat dihindarkan karena adanya gesekan, aliran turbulen, dan kerugian energi lainnya. Contoh turbin impuls yang menggunakan fluida kerja air adalah turbin pelton, dan turbin turgo. Gambar 2.5 Turbin Impuls Sumber : www.explainthatstuff.com Turbin turgo merupakan turbin impuls dengan sudu yang bersudut. Pancaran air dari nozzle membentur sudu pada sudut 20 o . 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 2.6 Rotor Turbin Turgo Sumber : www.enersysintl.com

2.2.2.2 Turbin Reaksi

Turbin reaksi adalah turbin yang menghasilkan torsi puntir dengan menggunakan tekanan atau massa fluida. Pada turbin jenis ini diperlukan semacam sudu pada chasing untuk mengontrol fluida kerja masuk melalui mata rotor. Prinsip kerja dari turbin reaksi adalah dengan memanfaatkan tekanan dari fluida yang berubah pada saat melewati sudu rotor. Contoh turbin reaksi yang menggunakan fluida kerja udara adalah turbin angin kincir angin, sedangkan yang menggunakan fluida kerja air adalah turbin Francis dan turbin Kaplan propeller. Gambar 2.7 Turbin Reaksi Sumber : www.explainthatstuff.com a. Turbin Francis Turbin Francis adalah jenis turbin yang paling dapat diandalkan untuk pembangkit listrik tenaga air, karena dapat bekerja secara efisien di bawah berbagai kondisi operasi. Turbin Francis menyumbang sekitar 60 persen dari kapasitas PLTA global. Turbin Francis beroperasi pada ketinggian head air 40-600 m dengan k isaran kecepatan turbin 83-1000 rpm. Gambar 2.8 Rotor Turbin Francis Sumber : image.ec21.com b. Turbin Kaplan Propeller Turbin Kaplan adalah Turbin Air, jenis baling reaksi, yang memiliki pisau atau sirip, yang dapat disesuaikan. Turbin Kaplan merupakan Evolusi dari Turbin Francis. Head Kaplan berkisar 10 - 70 meter dan kecepatan putar Runner turbin adalah 79~429 rpm. Output Daya 5-120 MW dengan diameter rotor antara 2 hingga 8 meter. Turbin Kaplan saat ini sudah banyak digunakan di seluruh dunia dalam High Flow, Low Head. . Gambar 2.9 Rotor Turbin Kaplan Sumber : aos.iacpublishinglabs.com

2.3 Karakteristik Turbin Pelton

Turbin Pelton merupakan turbin impuls yang memiliki prisip kerja yakni mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik dalam bentuk pancaran air. Pancaran air yang keluar dari nozzle diterima oleh sudu-sudu pada roda jalan sehingga roda jalan berputar. Dari putaran inilah menghasilkan energi mekanik yang memutar poros generator sehingga menghasilkan energi listrik. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi. Turbin Pelton ditemukan pada tahun 1870-an oleh Lester Allan Pelton.

2.3.1 Komponen Turbin Pelton

Turbin Pelton ini mempunyai tiga komponen utama yaitu : a. Sudu Turbin Komponen turbin ini berbentuk mangkok atau cekungan yang dipasang di sekeliling roda jalan. Komponen inilah yang nantinya akan menerima gaya dari air yang masuk dikeluarkan nozzle. Gambar 2.10 Rotor Turbin Pelton Sumber : www.brighthubengineering.com b. Nozzle Bagian ini berfungsi untuk mengarahkan pancaran air ke sudu - sudu turbin dan mengatur kapasitas air yang masuk ke turbin. c. Rumah Turbin Rumah turbin berfungsi sebagai tempat kedudukan roda jalan dan penahan air yang keluar dari sudu - sudu turbin. Sedangkan ciri-ciri turbin pelton secara umum adalah: a. Roda terdiri dari mangkok-mangkok yang dipasang pada pinggir roda. b. Membutuhkan debit air yang kecil tetapi memerlukan tinggi muka air yang tinggi, yaitu lebih dari 200m. c. Tipe ini pada dasarnya beroperasi didalam atmosfer tekanan udara normal. d. Pada poros mendatar memerlukan saluran tertutup dengan di beton dan diametercukup besar dimana turbin air berbentuk sungkup supaya air tidak menyembur keluar. Gambar 2.11 Grafik Efisiensi Turbin Pelton Terhadap Persentase Beban Sumber : Penggerak Mula Turbin, 2004, Wiranto Arismunandar

2.3.2 Kelebihan dan Kelemahan Turbin Pelton

Dalam penggunaannya turbin pelton memiliki keuntungan dan kerugian. Keuntungannya yaitu: a. Daya yang dihasilkan besar. b. Konstruksi yang sederhana. c. Mudah dalam perawatan. d. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir. Sedangkan kerugian menggunakan turbin pelton yaitu: a. Memiliki komponen berukuran yang cukup besar. b. Operasi variasi untuk head-nya sangat sulit dikendalikan. c. Operasi untuk head tidak bisa dilakukan ketika variasi dari tingkat air berjumlah besar dibandingkan head total.

2.4. Rumus yang Digunakan