Tugas Dasar Konversi Energi.docx

NAMA : SISKA VIMINAWATI NPM

: 21601053053

MATKUL : DASAR KONVERSI ENERGI

MACAM TURBIN AIR A. PEMBANGKIT TENAGA AIR BESAR 1. TERJUNAN TINGGI TURBIN PELTON 2. TERJUNAN SEDANG TURBIN FRANCIS 3. TERJUNAN RENDAH TURBIN KAPLAN B. PEMBANGKIT TENAGA AIR KECIL (µ) 1. TURBIN X FLOW ( CROSS FLOW) PEMBAHASAN : Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Pada kesempatan kali ini saya akan membahas mengenai Turbin Air.

Gambar. Ilustrasi

PRINSIP KERJA TURBIN AIR Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Berdasarkan prinsip kerja turbin air dibedakan menjadi 2 macam yaitu : a.

Turbin Impuls

Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya merubah seluruh energi air(yang terdiri dari energi potensial+tekanan+kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi kinetik. Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnyaroda turbin akan berputar.

Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran airyang keluar dari nozle tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton.

b.

Turbin Reaksi

Turbin reaksi adalah turbin yang cara kerjanya merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi kinetik. Turbin jenis ini adalah turbin yang paling banyak digunakan. Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksisepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin. Macam Turbin a. Pembangkit tenaga besar 1. Turbin Pelton ( Terjunan tinggi) Sejarah Turbin Pelton Turbin pelton merupakan pengembangan dari turbin impuls yang ditemukan oleh S.N. Knight (1872) dan N.J. Colena (1873)dengan pasang mangkok-mangkok pada roda turbin. Setelah itu turbin impuls dikembangkan oleh orang amerika Lester G. Pelton (1880) yang melakukan perbaikan dengan penerapan mangkok ganda simetris, punggung membelah membagi jet menjadi dua paruh yang sama yang dibalikan menyamping. Pada turbin pelton putaran terjadi akibat pembelokan pada mangkok ganda runner. Oleh sebab itu turbin pelton disebut juga sebagai turbin pancaran bebas. Turbin Pelton merupakan suatu jenis turbin yang mengandalkan suatu reaksi impuls dari suatu daya yang dihasilkan dari daya hidrolisis. Semakin tinggi head yang dimiliki maka semakin baik untuk turbin jenis ini. Walaupun ns (kecepatan spesifik) relatif kecil tapi memungkinkan untuk kecepatan yang tinggi dengan ketentuan jumlah nosel yang banyak dalam meningkatkan daya yang lebih tinggi. Sehingga jika putaran dari generator yang dikopel ke turbin semakin tinggi, maka generator yang digunakan akan semakin murah. Untuk lebih jelasnya bisa dilhat grafik berbagai jenis turbin antara Head dan ns-nya. Turbin pelton digolongkan ke dalam jenis turbin impuls atau tekanan sama. Karena selama mengalir di sepanjang sudu-sudu turbin tidak terjadi penurunan tekanan, sedangkan perubahan seluruhnya terjadi pada bagian pengarah pancran atau nosel. Energi yang masuk ke roda jalan dalam bentuk energi kinetik. Pada waktu melewati roda turbin, energi kinetik dikonversikan menjadi kerja poros dan sebagian kecil energi terlepas dan sebagian lagi digunakan untuk melawan gesekan dengan permukaan sudu turbin Karakteristik turbin pleton  

Horisontal dan vertikal, 1 sampai dengan 6-nosel pengaturan Untuk ketinggian 150 sampai 600 m

      

Cocok digunakan untuk debit air yang kecil dan sangat bervariasi Koneksi langsung dari runner ke poros generator atau bantalan poros turbin Hidrolik dikontrol koaksial atau needle nozzles Efisiensi yang tinggi karena geometri khusus Tahan aus karena baja dengan resistensi yang tinggi (runner, nozzle body, jet dan nozzle needle) Cocok untuk desain saluran yang panjang dan bertekanan tinggi dengan deflektor Cocok untuk sistem air bersih dengan beragam kontrol listrik Prinsip kerja turbin pelton Prinsip kerja turbin pelton adalah mengkonversi daya fluida dari air menjadi daya poros untuk digunakan memutar generator listrik. Pada sudu- sudu turbin, energi aliran air diubah menjadi energi mekanik yaitu putaran roda turbin. Apabila roda turbin dihubungkan dengan poros generator listrik, maka energi mekanik putaran roda turbin diubah menjadi energi listrik pada generator

Komponen utama pada turbin pelton Turbin Pelton ini mempunyai beberapa komponen utama yaitu : 1. Pipa nozzle fungsi : mengarahkan aliran air 2. Sudu turbin fungsi : menangkap aliran air ( mangkok dan chord ) 3. Kotak penutup fungsi : mengamankan nozzle dan runner 4. Governor fungsi : mengatur kecepatan air yg akan diarahkan nozzle 5. Ridge : membagi air kearah kiri dankanan mangkok runner 6. Deflector : membelokan pancaran air 7. Rumah Turbin fungsi :tempat kedudukan roda jalan dan penahan air yang keluar dari sudu – sudu turbin DLL Home tentang tubin pleton pengertian prinsip kerja komponen utama. 2. Turbin Francis ( Terjunan sedang) Sejarah Turbin Francis Turbin Francis pertama kali di temukan sekitar tahun 1950 oleh orang Amerika yang bernama Howk dan Francis. Turbin Francis dikembangkan oleh James B. Francis di Lowell, Massachusetts Turbin ini adalah jenis turbin reaksi yang menggabungkan konsep aliran radial dan aliran aksial. Turbin francis adalah turbin hidrolik yang paling populer. Turbin ini adalah jenis yang paling dapat diandalkan untuk pembangkit listrik tenaga air. Turbin Francis menyumbang sekitar 60 persen dari kapasitas PLTA global, terutama karena dapat bekerja secara efisien di bawah berbagai kondisi operasi. Turbin Francis beroperasi pada ketinggian head air 40600 m dan terutama digunakan untuk produksi listrik. Generator yang paling sering menggunakan jenis turbin, memiliki output daya yang umumnya berkisar hanya beberapa kilowatt sampai 800 MW, meskipun instalasi Pembangkit Listrik Mini Hidro (PLTMH) mungkin lebih rendah. Penstock (pipa input) diameter antara 0,91 meter dan 10,06 m. Kisaran kecepatan turbin adalah 83-1000 rpm. Gerbang gawang di sekitar bagian luar berputar runner turbin mengontrol laju aliran air melalui turbin untuk tingkat daya keluaran yang berbeda. Turbin francis hampir selalu dipasang dengan poros vertikal untuk menjaga air dari generator yang melekat dan untuk memudahkan instalasi dan akses pemeliharaan turbin.

Karakteristik Turbin Francis  Untuk kettinggian dari 10 sampai 300m  Baling-baling dan runner terbuat dari baja  Elektro-mekanik atau hidrolik drive dikontrol dengan penutupan secara penuh  Pelapis khusus untuk lingkungan lembab (desain konstruksi untuk air bersih)  Khusus pada Struktur melintas digunakan sistem perpipaan tertutup  Efisiensi tinggi pada aliran konstan (50–100% dari aliran terpasang)

  

Runner terletak tepat pada poros generator (alternatif dengan kopling dan bantalan poros turbin) Rumah spiral yang dilas pada segmen-segmen nya Memungkinkan lokasi poros horisontal atau vertikal

Prinsip kerja Turbin Francis Turbi Francis dikembangkan oleh James B.Francis di Lowell, Massachusetts Turbin ini adalah jenis turbin reaksi yang menggabungkan konsep aliran radial dan aliran aksial. Turbin francis adalah turbin hidrolik yang paling populer. Turbin ini adalah jenis yang paling dapat diandalkan untuk pembangkit listrik tenaga air. Turbin Francis menyumbang sekitar 60% dari kapasitas PLTA global, terutama karena dapat bekerja secara efisien di bawah berbagai kondisi operasi. Turbin Francis beroperasi pada ketinggian head air 40-600m dan terutama digunakan untuk produksi listrik. Generator yang paling sering menggunakan jenis turbin, memiliki output daya yang umumnya berkisar hanya beberapa kilowatt sampai 800MW, meskipun instalasi pembangkit listrik mini hidro (PLTMH) mungkin lebih rendah. Penstock (pipa input) diameter antara 0,91m dan 10,06m. Kisaran kecepatan turbin adalah 83-1000 rpm. Gerbang gawang di sekitar bagian luar berputar runner turbin mengontrol laju aliran air melalui turbin untuk tingkat daya keluaran yg berbeda. Turbin francis hampir selalu dipasang dengan poros vertikal untuk menjaga air dari generator yg melekat dan untuk memudahkan instalasi dan akses pemeliharaan turbin. Komponen utama pada turbin pelton

Gambar: Bagian-bagian Turbin Francis Masing-masing bagian dari turbin francis mempunyai fungsi sebagai berikut: Sudu Pengarah: berfungsi untuk mengarahkan air yang masuk sehingga aliran air berubah menjadi searah (uniform)

Casing Spiral: sebagian dari mesin ini memiliki poros vertical meskipun beberapa meskipun beberapa mesin lebih kecil dari jenis ini memiliki poros horizontal. Cairan masuk dari penstock (pipa yang menuju turbin dari reservoir pada ketinggian tinggi) ke casing spiral yang benar-benar memiliki runner. Casing ini dikenal sebagai gulir casing atau volute. Luas penampang casing ini menurun merata sepanjang keliling untuk menjaga kecepatan fluida konstan dalam besar di sepanjang jalan yang menuju guide vane. Guide on Stay Vane: fungsi guide vanes atau baling-baling tetap adalah untuk mengkonversi bagian dari energy tekanan fluida di pintu masuk ke energy kinetic dan kemudian untuk mengarahkan cairan pada pisau runner pada sudut yang tepat untuk desain. Sudu Runner: berfungsi untuk mengubah energi hidrolis air menjadi energy mekanis. Poros Turbin: berfungsi untuk meneruskan torsi dan putaran ke poros generator Pipa Hisap: berfungsi untuk mengubah energy kecepatan menjadi energy tekanan Draft Tube: fungsi utama dari draft tube adalah untuk mengurangi kecepatan air dibuang untuk meminimalkan kehilangan energy kinetic di outlet. Hal ini memungkinkan turbin yang akan ditetapkan di atas tail water tanpa appreciable drop yang cukup tersedia.

3. Turbin Kaplan ( Terjunan rendah) Sejarah turbin kaplan Turbin Kaplan adalah turbin air jenis propeller yang memiliki blade yang dapat disesuaikan. Turbin ini dikembangkan pada tahun 1913 oleh profesor Austria Viktor Kaplan, yang mengkombinasikan secara otomatis baling-baling yang dapat diadjust dengan otomatis disesuaikan gerbang gawang (wicket gates) untuk mencapai efisiensi melalui berbagai tingkat dan aliran air. Turbin Kaplan merupakan evolusi dari turbin Francis. Penemuannya menyebabkan listrik dapat diproduksi secara efisien dengan menggunakan head yang rendah yang tidak mungkin dapat dicapai dengan turbin Francis. Tinggi head berkisar 10-70 meter dan output daya 5-200 MW. Diameter Runner adalah antara 2 dan 11 meter. Kisaran rotasi turbin adalah 79-429 rpm. Instalasi turbin Kaplan dipercaya untuk menghasilkan kekuatan yang paling optimal jika head nominalnya adalah 34.65m adalah seperti Tocoma Power Plant (Venezuela) Kaplan pembangkit turbin 235MW dengan masing-masing diamter runnernya adalah 4.8m.Turbin Kaplan saat ini sudah banyak digunakan di seluruh dunia dalam high-flow, pembangkit listrik tenaga air (PLTA) dengan head rendah. Karakteristik turbin kaplan       

     

Tersedia ukuran untuk Ketinggian (head) dari 1 sampai 15 meter Turbin dengan aliran air langsung horizontal dan pitvertikal Dimensi dengan struktur: 320 – 3.200 mm, 3, 4 atau 5 pisau Runner Blade yang terbuat dari perunggu Efisiensi tinggi juga akan tercapai pada beban parsial untuk dua perubahan Perubahan daya dorong dilakukan oleh peralatan unit hidrolik bertekanan tinggi Dengan adanya penutupan secara mekanik yang menutup turbin secara penuh, oleh karena itu tidak diperlukan untuk memasang katup penutup Struktur yang kompak dengan persyaratan ruang yang diminimalkan Instalasi yang sederhana karena struktur dengan jenis modular Desain dengan gearbox depan dan generator yang terletak di pit atau dengan penggerak sabuk datar Sangat dimungkinan juga sambungan ke pipa atau ke inlet beton Dengan sistem perlindungan terhadap air akan bebas pemeliharaan berkat perlindungan keramik. Rumah inlet dan ruang silinder terbuat dari cor logam atau cor beton

Prinsip Kerja Turbin Kaplan

Turbin Kaplan adalah turbin reaksi aliran ke dalam, yang berarti bahwa fluida perubahan tekanan bekerja ketika bergerak melalui turbin dan memberikan energi nya. Power dipulihkan dari kedua kepala hidrostatik dan dari energi kinetik dari air yang mengalir. Desain menggabungkan fitur radial dan aksial turbin. Inlet adalah tabung berbentuk scroll yang membungkus di sekitar gerbang gawang turbin. Air diarahkan tangensial melalui gerbang gawang dan spiral ke baling-baling berbentuk runner, menyebabkan ia berputar. Outlet berbentuk draft tube yang membantu mengurangi kecepatan air dan memulihkan energi kinetik. Turbin tidak perlu berada di titik terendah aliran air selama draft tube tetap penuh air. Lokasi turbin yang lebih tinggi, namun, meningkatkan daya hisap yang disampaikan pada pisau turbin dengan draft tube. Hasil penurunan tekanan dapat menyebabkan kavitasi. Keuntungan dari Kaplan Turbine - baling-baling turbin Runner yang dapat disesuaikan - hanya diperlukan head yang rendah - memiliki jumlah head yang sangat kecil dari pisau 3 sampai 8 Kekurangan dari Kaplan Turbine - disposisi poros hanya dalam arah vertikal - laju aliran yang sangat besar diperlukan - kecepatan tertentu Turbine adalah 250-850 - generator bekerja lebih keras Variabel geometris dari gawang gerbang dan blade turbin memungkinkan operasi yang efisien untuk berbagai kondisi aliran. Efisiensi turbin Kaplan biasanya lebih dari 90%, namun mungkin lebih rendah dalam aplikasi head yang sangat rendah. b. Pembangkit tenaga kecil (µ) 1. Turbin X Flow (Cross flow) Sejarah turbin cross flow Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960). Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air maupun jenis turbin mikro hidro lainnya. Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat menghemat biaya pembuatan penggerak mula sampai 50 % dari penggunaan kincir air dengan bahan yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin Cross-Flow lebih kecil dan lebih kompak dibanding kincir air.

Prinsip kerja Turbin Crossflow Turbin Crossflow adalah radial, turbin bertekanan kecil dengan injeksi tangensial dari putaran kipas dengan poros horisontal. Turbin ini digolongkan sebagai turbin berkecepatan rendah.

Aliran air mengalir melalui pintu masuk pipa, dan diatur oleh baling-baling pemacu dan masuk ke putaran kipas turbin. Setelah air melewati putaran kipas turbin, air berada pada putaran kipas yang berlawanan, sehingga memberikan efisiensi tambahan. Akhirnya, air mengalir dari casing baik secara bebas atau melalui tabung dibawah turbin

Gambar 1: inlet Horisontal

Gambar 2: inlet Vertikal

Pada prakteknya, aliran air pada putaran kipas memberikan efek pembersihan sendiri. Setiap kotoran yang terdorong diantara putaran kipas akan masuk bersama air yang juga ditarik keluar oleh gaya sentrifugal. Setelah setengah putaran dari kipas, air mengambil kotoran yang keluar dan menyembur keluar kedalam kolam penenang. Jika aliran air berubah – ubah, maka turbin Crossflow dirancang dengan dua sel. Pembagian standar dari sel masuk adalah 1:2. Sel sempit memproses aliran air kecil dan sel lebar memproses aliran deras. Kedua sel bersama-sama memproses aliran penuh. Dengan pembagian ini, aliran air yang digunakan adalah 100 sampai 17% pada efisiensi optimal. Dengan demikian turbin Crossflow dapat digunakan pada aliran sungai yang sangat bervariasi, bahkan mencapai efisiensi 80%. Komponen pada turbin Cross Flow