4. Runner 7. Runner cone
9. Sudu servomotor 10. Servomotor
14. Poros Turbin 16. Alas bearing
20. Penutup bearing 22. Shaft sealing box
23. Penutup Turbin 24. Runner seal ring
25. Sudu tetap stay vane 26. Scroll case
28. Sudu pengarah guide vane 30. guide vane lever
32. Link 33.
Regulating ring 34. Pipa isap Draft tube
Segitiga Kecepatan Pada Turbin Francis Horizontal
Gambar 2.14. Sketsa segitiga kecepatan pada impeller suatu turbin francis http:yefrichan.wordpress.com20100531klasifikasi-turbin
C adalah kecepatan absolut, U adalah kecepatan tangensial, dan W adalah kecepatan relatif. Kecepatan absolut C adalah penjumlahan vektorik dari
kecepatan tangensial U dan kecepatan relatif W. 2.29
Berdasarkan gambar di atas, maka 2.30
2.31
Aliran Fluida
Gambar 2.15. aliran fluida di dalam pipa
Tinjau suatu aliran air di dalam pipa aliran Idealisasi :
Air dipandang sebagai fluida ideal, artinya tidak ada efek viscous μ = 0 .Aliaran adaah stasioner, artinya pada setiap penampang selama waktu yang sama
mengalir sejumlah air yang sama, sehingga untuk suatu titik tertentu dalam aliran itu, tekanan dan kecepatannya tidak berubah.Air sebagai fluida inkompresibel,
sehingga berat jenis air selalu konstan, 1 β = .Sistem bersifat adiabatik, yang
berarti tidak ada kalor keluar ataupun masuk ke dalam sistem. Dengan idealisasi yang telah ditentukan di atas, maka persamaan Bernauli
yang menyangkut kelestarian energi mekanik fluida adalah: 2.32
Atau 2.33
Dimana : = head statis [m]
= head dinamis m z = ketinggian yang diukur dari suatu datum m
Persamaan di atas tidak memperhitungkan adanya rugi-rugi pada system.
Turbin Francis dengan Poros Vertikal
Sebagai gambaran dari turbin Francis dengan poros vertical dapat dilihat gambar 2.17. Gambar tersebut merupakan potongan dari turbin Francis dengan
poros vertical. Turbin dengan poros vertikal inilah yang digunakan dalam pembangkitan listrik Saguling. Komponen generator pada jenis ini berada di atas
turbin. Penempatan turbin Francis di dalam bangunan di bawah tanah adalah mungkin,
yang baik dan menguntungkan untuk turbin ini adalah bila tinggi permukaan air bawah sangat berubah-ubah. Dan sebagai gambaran pula bahwa turbin berada di
bawah tanah dapat di lihat gambar berikut :
Gambar 2.16. Posisi Turbin di Bawah Generator http:www.cqturbine.comFrancis+Type+Turbine
Gambar 2.17.Turbin Francis dengan Poros Vertical http:usuarios.multimania.esjrcuencaEnglishTurbinesT-4.htm
Keterangan gambar : 1. Rumah keong Thescroll casing
3. Sudu gerak Runner 4. Poros Shaft
5. Pipa isap Draft tube cone 8. Sudu penyangga Stay vanes
9. Sudu pengarah Guide vanes 12. Tutup atas turbin Upper cover
13. Cincin labirin Sealing box 14. Bantalan penghantar Guide bearing
14a. Blok bantalan Bracket for the bearing14
15. Cincin hantaran Regulating ring 17. Tutup turbin bawah atau cincin roda pengarah Lower cover
21. Cincin labirin kontra Replaceable wear and labyrinth rings 22. Batang pengerak Link
23. Tuas Lever 24. Tabung blok bantalan bawah Lower bearing for guide vane
25. Tabung blok bantalan atas Upper bearing for guide vane 26. Bearing for the regulating ring
27. Lantai Floor 28. Rotating oil cylinder
29. Pipa kuras Oil scoop fastened to 14a and 14 with the opening against the rotating oil in rotating oil cylinder 28
Pada dasarnya aliran air sama seperti pada turbin yang poros horizontal yaitu air masuk melalui pipa 32gambar 4.1.2 kemudian masuk ke gatevalve
33, masuk ke rumah keong 1 selanjutnya melalui gate vane dan runner, dibuang melalui draft tube cone 5 dan 5
a
ke tailrace.
2.9. Komponen Utama Turbin Francis
Komponen utama pada Turbin Francis terdiri atas beberapa bagian diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Sudu Gerak runner
Runner merupakan komponen utama dalam turbin Francis. Pada dasarnya runner pada turbin Francis sama persis seperti pompa Francis, perbedaan
utamanya adalah fungsi dari keduanya. Turbin Francis berfungsi sebagai penyuplai daya dalam hal ini adalah turbin menghasilkan daya karena
menurunkan head tekanan. Sedangkan pada pompa Francis membutuhkan daya untuk menghasilkan head tekanan yang lebih besar. Akan tetapi dalam hal
kesebangunan sama antara keduanya. Pada gambar 2.17 dapat dilihat bahwa runner pada turbin ditunjukan pada angka 3 berikut ini.
Gambar 2.18. Runner Dilihat Pada Gambar Potongan http:mediatoget.blogspot.com201111francis-turbine.html
Pembuatan runner dapat dicor cast steel maupun dilas dimana sudu dilas pada hub dan ring. Pada umumnya runner dibuat dengan stainless steel, karena
bahan ini sangat kuat terhadap korosi. 2.
Guide vane Guide vane merupakan komponen yang berperan dalam pengaturan debit
air yang akan masuk ke runner. Hal ini sangat berguna mengingat faktor dari perubahan debit akan dapat mengatur perubahan beban daya yang akan
ditanggung oleh sebuah PLTA. Rumus dari daya
T
η .
Q .
H .
g .
ρ P
, dari keempat
faktor yang dapat mempengaruhi terhadap perubahan daya, hanya debit Q yang
dapat dengan mudah diubah-ubah. Sehingga dengan mengatur perubahan dari debit Q akan menyebabkan terjadinya perubahan daya. Perubahan daya
berbanding lurus dengan perubahan debit. Semakin besar debit air yang dialirkan semakin besar pula kapasitas daya yang dihasilkan. Inilah yang dijadikan dasar
pembuatan dari guide vane, yang bertugas untuk mengatur kapasitas daya dengan cara mengatur perubahan debit air.
3. Stay Vane
Stay vane adalah alat yang berfungsi untuk mengarahkan aliran menuju ke guide vane. Air yang berasal dari spiral case akan masuk melalui stay vane.
Aliran yang bagus adalah ketika saluran ini mendapatkan debit yang sama pada seluruh lingkaran penuh. Stay vane berfungsi pula dalam mengarahkan aliran air
menuju runner. 4.
Spiral Case Spiral case selain berfungsi sebagai meningkatkan kecepatan, berfungsi
pula dalam membagi debit agar dapat terbagi secara merata masuk ke dalam stay vane. Penampang spiral case dibuat membesar menuju kearah hulu aliran air,
sebab setelah melalui stay vane pada bagian awal air masuk kedalamnya sehingga debit air untuk masuk ke stay vane berikutnya jumlah debit berkurang hingga
pada stay vane yang terakhir debit aan habis. Dengan demikian akan dihasilkan arus yang teratur, di dalam setiap lingkaran spiral yang sejajar harus menerima
arus yang sama, hal ini dapat diketahui dengan putaran runner yang sama.
2.10. Generator
Generator listrik adalah sebuah alat yang menghasilkan energi listrik dari sumber energi mekanik berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik yang
ditemukan oleh Faraday. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang
mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak
menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak
menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin uap, air yang jatuh melalui sebuah turbin maupun kincir air, mesin
pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain.
Berdasarkan arus keluarannya, generator dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu generator arus searah atau biasa disebut dinamo, dan generator arus bolak-
balik atau alternator. Prinsip kerja generator adalah menghasilkan arus listrik induksi dengan cara memutar gelang di antara kutub utara-selatan sebuah magnet.
Perbedaan generator arus bolak-balik dan generator arus searah adalah pada cincin luncur yang berhubungan dengan tiap ujung gelung. Pada generator arus searah
hanya terdapat sebuah cincin yang terbelah di tengahnya, disebut cincin belah atau komutator.
Pada sistem pembangkit listrik biasanya menggunakan generator arus bolak-balik. Berdasarkan kecepatan memutar gelung, generator ini dibagi lagi
menjadi generator sinkron dan generator asinkron generator induksi. Disebut mesin sinkron, baik generator maupun motor karena beroperasi pada kecepatan
sinkron, yaitu kecepatan dimana terbentuk medan magnet oleh gelung yang berotasi. Kecepatan sinkron ini dapat diperoleh dari :
2.35 Keterangan :
Ns = kecepatan sinkron rpm
f = frekuensi Hz
P = jumlah kutub dalam generator
Pada generator AC alternator pembangkit listrik, magnetlah yang berputar sedangkan kumparannya diam. Magnet yang digunakan bukan magnet
permanen melainkan elektromagnet kumparan yang dililitkan pada inti besi, sehingga medan magnetik yang dihasilkan lebih besar daripada menggunakan
magnet permanen.
Dalam alternator pembangkit listrik, kumparan yang diam disebut kumparan jangkar, sedangkan kumparan yang bergerak disebut kumparan medan.
Kumparan jangkar dan inti besinya disebut stator dan kumparan medan dan inti besinya disebut rotor. Rotor dan turbin memiliki poros yang sama sehingga
putaran turbin akan juga memutar rotor. Selain memberi putaran pada rotor, turbin juga memberi tenaga pada sebuah dinamo kecil disebut exiter yang berfungsi
menyuplai arus listrik ke kumparan medan. Generator induksi adalah generator listrik yang secara mekanis dan
elektrik mirip dengan motor induksi. Generator induksi menghasilkan energi listrik ketika porosnya diputar lebih cepat dari kecepatan sinkron yang dimiliki
motor induksi setara. Generator induksi sering digunakan untuk turbin angin dan beberapa instalasi mikro hidro karena kemampuannya untuk menghasilkan daya
yang bermanfaat pada berbagai kecepatan rotor. Generator induksi secara mekanis dan elektrik lebih sederhana daripada jenis generator lainnya.
Generator induksi tidak memiliki exiter seperti pada generator sinkron, artinya generator ini memerlukan pasokan listrik eksternal untuk menghasilkan
fluks magnetik yang berputar. Pasokan listrik eksternal ini dapat diperoleh dari jaringan listrik lain ataupun dari generator itu sendiri setelah mulai menghasilkan
daya. Fluks magnet berputar dari stator menginduksi arus pada rotor, yang juga menghasilkan medan magnet. Jika rotor ternyata lebih lambat dari laju fluks
berputar, mesin bertindak seperti motor induksi. Jika rotor diputar lebih cepat, akan bertindak seperti generator, menghasilkan daya pada frekuensi sinkron.
Penggunaan Motor Induksi Sebagai Generator MISG telah diterapkan secara luas pada PLTMH dan diakui keandalannya. Meskipun dari segi efisiensi,
khususnya pada beban tidak penuh part load, MISG tidak sebaik generator sinkron, tetapi karena motor induksi banyak tersedia dipasaran dengan range daya
yang luas dan konstruksi motor induksi jauh lebih sederhana dibanding generator sinkron sehingga lebih handal terhadap run away speed serta lebih mudah
perawatannya. Maka MISG dapat dipakai sebagai alternatif dari generator sinkron untuk pembangkit mikro hidro. Prinsip kerja MISG secara sederhana akan lebih
mudah dipahami dari prinsip kerja motor induksi. Apabila motor induksi dihubungkan dengan tegangan tiga fasa, pada kumparan statornya akan timbul
