g. Turbin Air
2.3 Turbin Air
Tenaga air mulai digunakan oleh manusia sudah sekitar 2000 tahun yang lalu yaitu ketika bangsa Yunani dan Romawi sudah mengenal kincir air, yang
mana mereka meletakkan kincir air itu secara horizontal arah poros kincir horizontal di aliran sungai yang panjang. Kincir air ini digunakan tenaganya
untuk menggiling jagung dengan menggunakan roda gigi. Tenaga air yang ditimbulkan oleh adanya energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh
arus sungai yang mengalir tersebut yang akan memutar kincir air itu, oleh karena itu beroperasi penggilingan. Penggilingan menjadi tugas yang utama dilakukan
dengan tenaga air kemudian, dan pada perkembangannya kincir ini kemudian dikembangkan oleh bangsa-bangsa di Asia dan Eropa Timur pada masa setelah itu
yaitu sekitar abad ke 4.[4]
Gambar 2.1 Kincir Air
Karena kincir air sudah terkenal di berbagai tempat di dunia pada waktu itu, maka manusia mulai memikirkan tentang bagaimana cara meningkatkan
kegunaan dari tenaga air tersebut. Manusia mulai mengubah bentuk kincir air dari keadaan yang sebelumnya, hal ini merupakan suatu langkah yang penting bagi
perkembangan teknologi kinci air pada waktu itu. Bentuk kincir pun mulai bervariasi ada yang dipasang secara horisontal dengan arah putaran roda dari kiri
ke kanan. Pada awalnya, kincir air dipasang sedemikian sehingga pusat dari kincir
Universitas Sumatera Utara
tersebut berada di atas permukaan air dan arus air akan menggerakkan bagian bawah dari kincir tersebut sehingga kincir air dapat berputar. Kemudian, mereka
akan mencelupkan kincir di bawah permukaan air yang melebihi dari orientasi yang sebelumnya. Pada abad ke 18, John Smeaton menguji kedua-duanya
orientasi di atas dan menemukan bahwa kincir yang bekerja mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi. Pada abad sesudahnya para insinyur telah dapat
menyempurnakan kincir air menemukan dua peningkatan, diantaranya adalah sudu dari kincir air yang dibengkokkan dapat bekerja lebih baik ,dan yang kedua
adalah dapat diketahui posisi yang lebih tepat dari roda sehingga dihasilkan kincir air yang efisien. Pengembangan ini membantu orang-orang dalam penggunaan
dari kincir air yang sudah mempunyai tenaga yang lebih dari sebelumnya. Tenaga yang lebih tersebut tidak hanya untuk menggiling hasil panen seperti jagung dan
gandum, tetapi juga dapat digunakan sebagai tenaga untuk menggerakkan konveyor, sehingga masalah pengangkutan di dalam suatu pengilingan dapat
diatasi dengan penggunaan tenaga kincir air. Pada abad ke 19, turbin air telah ditemukan, dan lambat laun mulai menggeser penggunaan dari kincir air. Manusia
mulai meninggalkan kincir air karena melihat bahwa turbin air jauh lebih efisien dibanding dengan kincir air. Bagaimanapun, kincir air masih tersisa di seluruh
dunia sampai hari ini.[4] Di negara-negara berkembang, kebutuhan serta kemungkinan untuk
membuat turbin setempat kian meningkat. Peralatan, mesin-mesin, bahan dan tenaga terlatih maupun staf teknis yang diperlukan telah tersedia, yang belum ada
hanyalah informasi dan know-hownya. Salah satu kategori mesin yang digunakan untuk memanfaatkan tenaga air yang bisa dibuat setempat adalah turbin air.
Banyak dijumpai adanya tradisi maju di beberapa negara dalam memproduksi, memasang dan mengoperasikan penggilingan bertenaga air kecil. Di negara Nepal
pada awal tahun 1970-an telah dibangun dan dipasang beberapa Turbin Aliran Silang TAS pertama. Beberapa selang kemudian dalam dekade yang sama
sampai pada tahun 1990-an, TAS mulai menyebar lebih dari 600 penggilingan bertenaga air. Turbin Aliran Silang TAS adalah model yang paling sederhana,
sementara TAS memerlukan kisaran tinggi terjunnya rendah dan debit air yang dibutuhkan sangat besar. Air yang mengalir mempunyai energi yang dapat
Universitas Sumatera Utara
digunakan untuk memutar roda turbin, karena itu pusat-pusat tenaga air dibangun di sungai-sungai dan di pegunungan-pegunungan. Pusat tenaga air tersebut dapat
dibedakan dalam dua golongan, yaitu pusat tenaga air tekanan tinggi dan pusat tenaga air tekanan rendah. [4]
2.3.1 Klasifikasi Turbin Air
Turbin air dapat dikelompokkan dengan berbagai cara. Menurut H. Grengg, jenis turbin dapat digolongkan menjadi tiga sesuai dengan range dari head-nya,
yaitu : 1.
Turbin dengan head rendah. 2.
Turbin dengan head medium. 3.
Turbin dengan head tinggi. Sedangkan menurut cara kerjanya, maka terdapat dua jenis turbin yaitu :
1. Turbin Impuls aksi.
2. Turbin Reaksi.
Table 2.1 Pengelompokan Turbin[4]
High Head
Medium Head
Low Head
Impulse Turbine
Pelton Turgo
Cross Flow
Multi-Jet Pelton
Turgo Cross
Flow
Reaction Turbine
Francis Propeller
Kaplan Vortex
Universitas Sumatera Utara
a b
c
Gambar 2.2 Klasifikasi Turbin Air. a turbi francis b turbin kaplan c turbn pelton[4]
1. Turbin impuls
Yang dimaksud dengan turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya dengan merubah seluruh energi air yang teridiri dari energi potensial-tekanan-
kecepatan yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi puntir dalam bentuk putaran poros. Atau dengan kata lain,
energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nosel. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton. Turbin Pelton dipakai untuk tinggi air jatuh yang
besar.[4] Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang ke luar
nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfer di sekitarnya. Semua energi tinggi tempat, dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin diubah
menjadi energi kecepatan Gambar 2.3. [4]
Gambar
2.3 Skema Turbin Pancar Turbin Pelton, jalannya tekanan di dalam pipa dan di dalam roda jalan[10]
Universitas Sumatera Utara
2. Turbin Reaksi
Turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi puntir dalam bentuk putaran. Sudu pada
turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. [5]
Turbin ini terdiri dari sudu pengarah dan sudu jalan dan kedua sudu tersebut semuanya terendam di dalam air. Air dialirkan ke dalam sebuah terusan
atau dilewatkan ke dalam sebuah cincin yang berbentuk spiral rumah keong. Perubahan energi seluruhnya terjadi di dalam sudu gerak.[5]
Turbin air yang paling banyak digunakan adalah turbin reaksi. Turbin reaksi digunakan untuk aplikasi turbin dengan head rendah dan medium. Pada
turbin reaksi, letak turbin harus diperhatikan agar tidak terjadi bahaya kavitasi yang terjadi akibat adanya tekanan absolut yang lebih kecil dari tekanan uap air.
Kavitasi dapat menyebabkan sudu-sudu turbin menjadi berlubang-lubang kecil, sehingga mengurangi efisiensi turbin yang akhirnya dapat pula merusak sudu
turbin. Jika turbin diletakkan lebih tinggi dari tinggi tekanan isap, maka kavitasi akan terjadi, sehingga letak turbin harus selalu di bawah tinggi tekanan isap
Hs.[5]
2.3.2 Perbandingan Karakteristik Turbin Air
Kecepatan spesifik dari sebuah turbin juga dapat diartikan sebagai kecepatan ideal, persamaan geometris turbin, yang menghasilkan satu satuan daya
tiap satu satuan head. Kecepatan spesifik tubin diberikan oleh perusahaan dengan penilaian yang lainnya dan dan selalu dapat diartikan sebagai titik efisiensi
maksimum. Perhitungan tepat ini menghasilkan performa turbin dalam jangkauan head dan debit tertentu. [5]
Kecepatan spesifik setiap turbin mempunyai kisaran range tertentu berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air
adalah sebagai berikut:[5]
Universitas Sumatera Utara
Ke berhubung
diubah sk diketahui.
pemilihan De
pemilihan dapat dies
Tabel 2.2 K
T
ecepatan sp gan dengan
kalanya dar Kecepatan
n jenis turbin engan meng
n jenis turbi stimasi dipe
Ga
Kecepatan Spe
Turbin Pe Turbin Fra
Turbin Cros Turbin Prop
pesifik n
s
, n ukurannya
ri desain y n spesifik
n yang tepat getahui kec
in akan me erkirakan.[
ambar 2.4 P
esifik Turbin[
elton ancis
ssflow peller
menunjuk a. Hal ini m
yang sudah merupakan
t berdasarka cepatan spe
enjadi lebih [5]
Perbanding
[5]
12 60
40 250
kkan bentuk menyebabka
h ada deng n kriteria
an karakteri esifik turbi
h mudah, ba
gan Karakter n
s
25
n
s
300 n
s
200 n
s
1000
k dari turbi an desain tu
gan perform utama yan
istik sumber in, maka p
ahkan dime
ristik Turbi in itu dan
turbin baru ma yang s
ng menunju r air.[5]
perencanaan ensi dasar t
in.[5] tidak
yang sudah
ukkan
n dan turbin
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 karakteristik turbin vortex[12] Pada gambar terlihat turbin pelton adalah turbin yang beroperasi pada head
yang menengah hingga tinggi dengan kapasitas aliran air yang menengah, atau bahkan beroperasi pada kapasitas yang sangat rendah. [5]
. Gambar 2.6 Daerah penggunaan dari beberapa jenis konstruksi turbin yang
berbeda[5] Dalam pembuatan roda turbin, kebanyakan pertama sekali membuat
modelnya, setelah model tersebut diselidiki, diuji dan diubah-ubah sehingga menghasilkan daya dan randemen turbin yang baik, kemudian baru dibuat roda
turbin yang besarsesungguhnya menurut bentuk modelnya.[4]
Universitas Sumatera Utara
2.4. Fluida dan klasifikasinya
Kategori