Turbin kecil umumnya dibawah 10 MW mempunyai poros horisontal, dan kadang dipakai juga pada kapasitas turbin mencapai 100 MW. Turbin Francis
dan Kaplan besar biasanya mempunyai poros sudu vertikal karena ini menjadi penggunaan paling baik untuk head yang didapatkan, dan membuat instalasi
generator lebih ekonomis. Poros Pelton bisa vertikal maupun horisontal karena ukuran turbin lebih kecil dari head yang di dapat atau tersedia. Beberapa turbin
impuls menggunakan beberapa semburan air tiap semburan untuk meningkatkan kecepatan spesifik dan keseimbangan gaya poros.
2.6 ALTERNATOR
Bila sejumlah kawat email dililitkan ke paku, lalu kawat dialiri arus listrik, gulungan itu menimbulkan medan magnet, dan menyebabkan paku tersebut
menjadi magnet. Kuatnya magnet ditentukan oleh berapa banyak gulungan kawat dan berapa besar arus listriknya. Magnet jenis ini lazim disebut sebagai
elektromagnet.
Gambar 2.13 Altenator
Universitas Sumatera Utara
Alternator alternate = selang-seling; artinya listrik yang dihasilkan adalah AC menggunakan teknik yang sama seperti diatas untuk menghasilkan listrik.
Ketika rotor as diberi arus maka rotor itu menjadi magnet. Dan ketika diputar, magnet yang ada di as menciptakan medan magnet lagi. Medan magnet ini lalu
bersinggungan memotong kumpulan koil kumparan yang ada disekelilingnya sehingga terciptalah arus listrik. Karena magnet terdiri dari 2 kutub, maka arus
listriknya menjadi selang seling, atau lazim disebut sebagai arus bolak-balik.
Adapun perbedaan antara altenator dan generator, yakni dapat dilihat pada tabel 2.2 sebagai berikut:
Tabel 2.2 Perbedaan altenator dengan generator Kumparan
pembangkit
Altenator Generator
Kumparan medan • Diam
• Berputar
Penyearah • Berputar
• Diam
Produksi arus • Dioda
• Tidak perlu diregulasi
• Komutator • Perlu diregulasi
Keuntungan • Pada putaran
rendah tegangan cukup
• Tidak perlu tempat • Jika hubung singkat
generator aman
Universitas Sumatera Utara
yang luas Kerugian
• Bila hubung singkat altenator rusak
• Pada putaran rendah tegangan kecil
• Perlu tempat yang luas
2.7 SABUK DATAR DAN PULI
Belt sabuk digunakan untuk mentransmisikan daya dari poros yang satu ke poros yang lainnya melalui roda pulley yang berputar dengan kecepatan sama
atau berbeda. Sabuk umumnya dipakai pada puli, sabuk ini lebih tenang dan efisien pada
kecepatan tinggi, dan juga mampu mentransmisikan sejumlah daya yang besar pada jarak pusat pulley yang panjang.
2.7.1 Jenis Gerakan Pada Sabuk
Energi dari suatu puli ditransmisikan kemanapun. Berikut jenis gerakan pada sabuk:
1. Gerakan sabuk terbuka Gerakan sabuk terbuka ditunjukkan di dalam gambar 2.19, jenis ini
digunakan diporos. Berputar dan paralel yang diatur ke arah yang sama. Ketika memusat jarak antara kedua poros besar, kemudian sisi yang ketat sabuk harus
lebih rendah.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.14 Sabuk terbuka
2. Gerakan membelit atau melingkar pada sabuk Gerakan membelit atau melingkar ditunjukkan di dalam gambar 2.20,
digunakan poros pengatur berputar dan paralel di dalam arah kebalikannya. Tegangan yang kecil akan menunjukkan bahwa pada suatu titik silang sabuk, hal
ini akan menggosok melawan terhadap satu sama lain dan di sana akan terjadi kerusakan disebabkan gesekan berlebih dalam rangka menghindari ini, poros
harus ditempatkan pada suatu jarak yang maksimum 20 b, dimana b menjadikan sabuk melebar dan kecepatan sabuk harus kurang dari 15msec.
Gambar 2.15 Gerakan membelit atau melingkar pada sabuk
Universitas Sumatera Utara
3. Gerakan dengan puli pengarah Gerakan sabuk dengan puli pengarah ditunjukkan didalam gambar 2.16,
dengan menggunakan poros yang digunakan untuk pengaturan paralel dan ketika sabuk terbuka tidak adapat digunakan dalam sudut yang kecil dan penghubung
pada puli kecil. Pengarah jenis ini disajikan untuk memperoleh perbandingan percepatan tinggi dan ketika tegangan sabuk yang diperlukan tidak bisa diperoleh
oleh alat-alat lain. Ketika itu diinginkan untuk mentransmisikan gerakan dari satu poros ke beberapa poros, semua diatur didalam paralel, suatu sabuk menggerakan
dengan banyak puli.
Gambar 2.16 Gerakan dengan puli pengarah
2.7.2 Perbandingan KecepatanPuli
Karena kecepatan linier pada kedua puli sama, maka: ��
1
�
1
= ��
2
�
2
............................................................2.24 Dan perbandingan putaran kedua puli menjadi:
�
2
�
1
=
�
1
�
2
...........................................................................2.25 Dimana,
Universitas Sumatera Utara
N
1
= Putaran penggerak [rpm] N
2
= Putaran yang digerakkan [rpm] D
1
=Diameter puli penggerak [m] D
2
= Diameter puli yang digerakkan [m]
2.7.3 Efisiensi Puli
Untuk mencari efisiensi puli menggunakan rumus sebagai berikut: �
p
=
�
2
�
2
�
1
�
1
� 100 .........................................................2.26 Dimana :
η
p
= Efisiensi puli
2.8 DAYA LISTRIK
Daya listrik adalah banyaknya energi tiap satuan waktu dimana pekerjaan sedang berlangsung atau kerja yang dilakukan persatuan waktu. Dari definisi ini,
maka daya listrik P
l
dapat dirumuskan: ���� =
������ �����
……………………………..2.27 � =
� �
� =
�.�.� �
P = V.I............................................................2.28 Dimana:
P = Daya listrik Watt V = Tegangan Volt
I = Arus Ampere
Universitas Sumatera Utara
BAB III
METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN
3. 1 UMUM
Turbin Kaplan atau propeller merupakan turbin reaksi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada pesawat terbang. Propeller tersebut
biasanya mempunyai 3 hingga 6 sudu yang disebut dengan runner blade. Runner blade mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan
air selama melalui runner blade. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada runner blade sehingga dapat berputar. Bila untuk pesawat terbang maksudnya
adalah supaya dari gaya dorong yang ada bisa didapatkan gaya ke atas, dengan tahanan yang sedikit mungkin. Tetapi pada turbin Kaplan maksudnya adalah
untuk mendapatkan gaya tangensial yang bisa menghasilkan torsi pada pada poros. Putaran poros ini yang akan diteruskan dengan sistem transmisi sabuk dan
puli untuk memutar altenator. Putaran altenator menghasilkan listrik tegangan AC.
Uji eksperimental turbin Kaplan analisa perbandingan variasi jumlah sudu dilakukan di Laboratorium Teknologi Mekanik, Departemen Teknik Mesin,
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dalam uji eksperimental turbin Kaplan digunakan kinerja pompa sebagai pengkondisian kapasitas aliran air di
alam ditambah beberapa instalasi, yakni sebagai berikut:
Instalasi reservoir dalam hal ini digunakan satu unit tong
Instalasi saluran perpipaan
Instalasi dudukan rumah turbin Kaplan
Instalasi altenator
Universitas Sumatera Utara
Dalam uji eksperimental turbin Kaplan ini dibuat turbin Kaplan, adapun beberapa pekerjaan yang dilakukan adalah:
Pembuatan runner blade dengan jumlah runner adalah 4, 5 dan 6
sudu dari bahan plat besi 2 mm.
Pembuatan poros dari bahan steel – 42.
Pembuatan dudukan turbin dari bahan besi siku
Pembuatan rumah turbin, guide vane, dan draft tube dengan pengerjaan plat.
Aliran air yang digunakan berasal dari resevoir yang telah diisi oleh air kemudian dipompa oleh satu unit pompa sentrifugal menuju rumah turbin dan
jatuh kembali ke resevoir melalui draft tube secara siklus. Kapasitas aliran debit air yang akan dipompa dapat diatur melalui sebuah katup pengatur ball valve
sesuai dengan kebutuhan. Rumah turbin dimana memiliki geometri variabel yang dapat membuat operasi efisien untuk aliran air. Rumah turbin juga berfungsi
untuk memberikan gaya sentripetal agar runner blade dapat bergerak melingkar yakni gaya yang selalu membelokkannya menuju pusat lintasan lingkaran draft
tube. Gerak melingkar runner blade inilah yang akan dikonversikan untuk memutar poros altenator dan menghasilkan arus listrik. Dengan kata lain energi
kinetik yang terdapat dari aliran air masuk ke rumah turbin akan dimanfaatkan menjadi energi mekanik untuk memutar runner blade
.
Dari uraian di atas, jelas bahwa penggunaan turbin Kaplan dapat mengubah energi kinetik fluida menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran
poros. Selanjutnya daya poros ini akan dikopel atau ditransmisikan ke altenator dan diubah menjadi energi listrik.
Universitas Sumatera Utara
3.2 SPESIFIKASI TURBIN KAPLAN
