Turbin Air Ok.docx

Turbin Air

MAKALAH Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Mesin Konversi Energi (MKE) yang dibina oleh ibu Anny Martiningsih

Oleh : 1. Bakhtiar Ganda Saputra

(170513624035)

2. Bastian Dwi Laksono

(170513624047)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN S1 PENDIDIKAN TEKNIK OTOMOTIF Maret 2019

KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillah senantiasa kami panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga kami dapat menyeesaikan makalah ini guna memenuhi tugas mata kuliah Mesin Konversi Energi dengan judul “Turbin Air” Terima kasih juga kami ucapkan kepada teman-teman yang telah berkontribusi dengan memberikan ide-idenya sehingga makalah ini bisa disusun dengan baik dan rapi. Kami berharap semoga makalah ini bisa menambah pengetahuan para pembaca. Namun terlepas dari itu, kami memahami bahwa makalah ini masih jauh dari kata sempurna, sehingga kami sangat mengharapkan kritik serta saran yang bersifat membangun demi terciptanya makalah selanjutnya yang lebih baik lagi.

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Turbin air tergolong mesin konversi energi yang mengubah energi translasi gerak lurus menjadi energi gerak rotasi. Energi air tergolong energi terbarukan atau renewable energy. Renewable energy adalah energi yang tidak memiliki batasan masa/waktu. Turbin air memanfaatan adanya beda ketinggian permukaan air, secara umum air bergerak dari permukaan tinggi menuju permukaan yang rendah atau dapat dikatakan bahwa air bergerak pada tekanan yang tinggi menuju tekanan rendah. Energi gerak air dapat dimanfaatkan dikarenakan dalam air mengandung energi potensial berupa perbedaan ketinggian pada air dan energi kinetik yang disebabkan oleh kecepatan aliran air. Pada hukum newton dikatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dilenyapkan, energi memiliki sifat mutlak sebagaimana dinyatakaan dalam hukum kekekalan energi. Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industri untuk jaringan listrik. Sekarang lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin kini dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energi yang dapat diperbaharukan. Kata "turbine" ditemukan oleh seorang insinyur Perancis yang bernama Claude Bourdin pada awal abad 19, yang diambil dari terjemahan bahasa Latin dari kata "whirling" (putaran) atau "vortex" (pusaran air).

1.2 RUMUSAN MASALAH Berdasarkan dari latar belakang, maka rumusan masalah dalam makalah ini adalah : 1. Apa pengertian dari turbin air? 2. Apa fungsi turbin? 3. Apa macam macam turbin air?

1.3 TUJUAN PEMBAHASAN Berdasarkan dari latar belakang, maka tujuan pembahasan dalam makalah ini adalah : 1. Menjelaskan pengertian dari turbin air 2. Menjelaskan tentang fungsi turbin air 3. Menjelaskan macam macam turbin air

BAB II PEMBAHASAN

1.

Pengertian Turbin Air Turbin air adalah alat untuk mengubah energi potensial air menjadi menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini kemudian diubah menjadi energi listrik oleh generator.Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Dalam pembangkit listrik tenaga air (PLTA) turbin air merupakan peralatan utama selain generator. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.

2. Fungsi Turbin Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan fungsi dorong angin untuk memutar balingbaling digantikan air untuk memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator. 3.

Komponen Turbin Air

a. Rotor, yaitu bagian yang berputar pada sisitem yang terdiri dari : - Sudu-sudu, berfungsi untuk menerima beban pancaran yang disemprotkan oleh nozzle.

- Poros, berfungsi untuk meneruskan aliran tenaga yang berupa gerak putar yang dihasilkan oleh sudu. - Bantalan, berfungsi sebagai perapat-perapat komponen-komponen dengan tujuan agar tidak mengalami kebocoran pada sistem. b. Stator, yaitu bagian yang diam pada sistem yang terdiri dari : - Pipa pengarah / nozzle yang berfungi untuk meneruskan aliran fluida sehingga tekanan dan kecepatan fluida yang digunakan didalam sistem besar. - Rumah turbin, berfungsi sebagai rumah kedudukan komponen-komponen turbin

4. 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. Aliran air yang mempunyai energi potensial akan disemprotkan ke sudu-sudu turbin oleh nozzle. Putaran dari sudu-sudu tersebut akan mengakibatkan poros turbin ikut bergerak dan kemudian putaran poros turbin akan diteruskan ke generator listrik untuk diubah menjadi energi listrik

5.

Macam Turbin Air Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. 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). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang 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 m

enjadi 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 reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin. Turbin reaksi disebut juga dengan turbin tekanan lebih karena tekanan air sebelum masuk roda turbin lebih besar dari pada tekanan air saat keluar roda turbin. Secara umum dapat dikatakan bahwa aliran air yang masuk keroda turbin mempunyai energi penuh, kemudian energi ini dipakai sebagian untuk menggerakkan roda turbin dan sebagian lagi dipergunakan untuk mengeluarkan air kesaluran pembuangan. Jenis turbin reaksi yang sering digunakan antara lain, turbin francis, turbin propeler atau kaplan. (Fritz Dietzel, 1988:17). Berdasarkan arah alirannya, turbin dikelompokkan menjadi 2 kelompok, yaitu turbin aliran radial dan turbin aliran aksial. a. Turbin Aliran Radial Turbin aliran radial adalah turbin yang arah alirannya tegak lurus dengan arah putaran poros turbin. Turbin dengan aliran radial digunakan untuk laju alir ( aliran working fluid ) rendah dan dengan perbedaaan tekanan ( difference pressure ) tinggi. b. Turbin Aliran Aksial Turbin yang sejajar dengan arah putaran poros turbin. Turbin dengan aliran aksial digunakan untuk laju alir tinggi dan dengan perbedaan tekanan rendah ( 1 – 40

bar ). Axial-flow turbines kebanyakan digunakan dalam aplikasi yang melibatkan fluida kompresibel. Dalam banyak penggunaan, efisiensi Axial-flow turbines lebih tinggi dibandingkan radial-inflow turbines. c.Turbin Aliran Aksial-Radial Pada

turbin

ini

air

masuk

ke

dalam

runner secara

radial

dan

keluar runner secara aksial sejajar dengan poros. turbin francis adalah termasuk dari jenis turbin ini d. Turbin Aliran Tangensial

Pada turbin ini posisi air masuk runner dengan arah tangensial atau tegak lurus dengan poros runner mengakibatkan runner berputar, contohnya Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow

1)

Turbin Pelton Turbin Pelton termasuk jenis turbin impuls yang merubah seluruh energi air

menjadi energi kecepatan sebelum memasuki runner turbin. Perubahan energi ini dilakukan didalam nozzle dimana air yang semula mempunyai energi potensial yang tinggi diubah menjadi energi kinetis. Pancaran air yang keluar dari nozzle akan menumbuk bucket yang dipasang tetap sekeliling runner dan garis pusat pancaran air menyinggung lingkaran dari pusat bucket. Kecepatan keliling dari bucket akibat tumbukan yang terjadi tergantung dari jumlah dan ukuran pancaran serta kecepatannya. Kecepatan pancaran tergantung dari tinggi air di atas nozzlenya serta effisiensinya. Turbin pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan oleh nozzle. Turbin pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi. Bentuk sudu turbin terdiri dari 2 bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehingga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping

Gambar turbin pelton

Gambar instalasi turbin pelton

Keuntungan turbin pelton : 1. Daya yang dihasilkan besar. 2. Konstruksi yang sederhana.

3. Mudah dalam perawatan. 4. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.

Kerugian turbin pelton : Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak. 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 pancaran 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.

2) Turbin Turgo Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impuls, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozel 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 turbin turgo 3) Turbin Crossflow Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin MichellBanki yang merupakan penemunya. 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

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%

Turbin reaksi 1) Turbin Francis

Gambar turbin francis Turbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Turbin francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih. Pada waktu air masuk ke roda jalan, sebagian dari enrgi tinggi jatuh telah bekerja di dalam sudu pengarah diubah sebagai kecepatan air masuk. Sisa energi tinggi jatuh dimanfaatkan dalam sudu jalan, dengan adanya pipa isap memungkinkan energi

tinggi jatuh bekerja di sudu jalan dengan semaksimum mungkin. Turbin yang dikelilingi dengan sudu pengarah semuanya terbenam dalam air. Air yang masuk kedalam turbin dialirkan melalui pengisian air dari atas turbin (schact) atau melalui sebuah rumah yang berbentuk spiral (rumah keong). Semua roda jalan selalu bekerja. Daya yang dihasilkan turbin diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah. Pembukaan sudu pengarah dapat dilakuakan dengan tangan atau dengan pengatur dari oli tekan(gobernor tekanan oli), dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam roda turbin bisa diperbesar atau diperkecil. Pada sisi sebelah luar roda jalan terdapat tekanan kerendahan (kurang dari 1 atmosfir) dan kecepatan aliran yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan alirannya akan berkurang dan tekanannya akan kembali naik sehingga air bisa dialirkan keluar lewat saluran air di bawah dengan tekanan seperti keadaan sekitarnya.

2) Turbin Kaplan Turbin Kaplan merupakan turbin tekanan yang spesial. Sudu jalannya kemurniannya kecil dan pada saluran sudu jalan belokannya kecil. Sudu jalan dapat diatur saat bekerja, kedudukannya dapat diatur dan disesuaikan dengan tinggi jatuh air sehingga sesuai untuk pusat tenaga air pada aliran sungai. Sudu roda jalan turbin Kaplan mirip roda propeller, yang letak sudunya terpisah jauh satu sama lainnya.

Gambar turbin kaplan

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

Hubungan antara Head, Flow Rate, dan Output: Bila air sebesar 1 kg jatuh H meter ke tempat yang lebih rendah pada kecepatan nol, kerja yang dilakukan oleeh air tersebut adalah 1 kg. 1H m = 1H kg.m. Ketika selama setiap detik jumlah Q air berjalan sepanjang perbedaan ketinggian H ke arah grafitasi maka air tersebut melakukan perubahan kerja tiap detik (work per second), atau membawa keluaran daya, Wth, dalam kg.m/det : Wth = γ Q H……………………persamaan daya air (daya teoritik) Dimana: γ = berat jenis air Q = jumlah air yang lewat tiap detik (Flow rate) H = perbedaan ketinggian (Head) dalam meter 

Catatan : - γ air = 1.000 kgf/m3, maka Q dalam m3/detik - γ air = 1 kgf/liter, maka Q dalam liter/detik

Motor hidrolik tidak dapat mengonversi semua energi hidrolik ke energi mekanik tanpa kerugian (losses) sehingga keluaran efektif, Wef, lebih kecil daripada Wth dan besarnya ; Wef = η Wth η = Efisiensi untuk turbin Sehingga daya efektif: Wef = η γ Q H kgf.m/det

Wef disebut juga daya kuda turbin (turbin horse power) Kerugian-kerugian yang timbul dalam perubahan energi dalam motor hidrolik yang termasuk di dalam efisiensi total ada 3 macam : a. Efisiensi volumetric, ηv , Terjadi karena tidak semua laju aliran melalui roda jalan sehingga ada laju aliran efektif, Qef’ Qef’ = ηv Q b. Efisiensi hidrolik, ηh , Terjadi karena adanya tahanan yang disebabkan oleh gesekan air dengan dinding-dinding saluran turbin, perubahan arah aliran air, dan whirling water sehingga head yang tersedia tidak sebesar (lebih kecil) dari head kecepatan c. Kerugian-kerugian pada bantalan, stuffing boxes of the turbin shaft, kerugian karena gesekan permukaan luar roda jalan dengan air sekeliling sehingga Nef, pada kopling lebih kecil dari Nh. Kerugian tersebut di atas disebut kerugian mekanik sehingga terdapat efisiensi mekanik, ηm  Secara Singkat efisiensi turbin air adalah : η = ηv ηh ηm η = efisiensi untuk turbin ηv = efisiensi volumetric ηh = efisiensi hidrolik ηm = Efisiensi mekanik

BAB III PENUTUP

a. Kesimpulan Turbin air adalah alat untuk mengubah energi potensial air menjadi menjadi energi mekanik. Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar. Macam macam turbin ada turbin pleton, turbin Kaplan, turbin francis, turbin crossflow dan turgo