Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Umum Tentang Turbin Air
Turbin air adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi kinetik dari
arus air. Turbin air dikembangkan dan digunakan secara luas untuk tenaga industri
sebelum adanya jaringan listrik. Sekarang turbin air digunakan untuk pembangkit
tenaga listrik. Jenis turbin air paling sering digunakan adalah waterwheel, pertama
kali digunakan oleh orang yunani dan dipergunakan luas pada abad pertengahan di
Eropa. Selanjutnya berangsur – angsur muncul berbagai jenis turbin air seperti
turbin pelton yang ditemukan oles Lester A. Pelton pada abad ke-19 dan turbin
Kaplan yang ditemukan oleh Viktor Kaplan pada abad ke-20 (Dixon & Hall, 2010)
2.2 Jenis – Jenis Turbin
Pada umumnya turbin air dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis dilihat dari
kerja turbin dalam mengubah tinggi jatuh yaitu,
1. Turbin impuls
2. Turbin reaksi
2.2.1 Turbin Impuls
Pada turbin impuls, air dengan tinggi jatuh tertentu drubah menjadi energi
kinetik oleh nozzle. Keluar dari nozzle, pancaran air menumbuk sudu dan
memutar poros kemudian mengalir dengan tekanan konstan. Beberapa jenis
turbin yang termasuk turbin impuls seperti turbin turgo, turbin pelton dan
turbin crossflow.
6
2.2.2 Turbin Reaksi
Turbin reaksi bekerja dengan memanfaatkan perbedaan tekanan masuk dan
keluar turbin. Pada sisi masuknya tekanan sebanding dengan energi kinetik.
Pada saat fluida melewati sudu turbin, energi tekanan dan energi kinetiknya
dirubah menjadi energi mekanis dan secara bertahap tekanan yang keluar dari
turbin berkurang. Jenis – jenis turbin reaksi diantaranya turbin francis dan
turbin propeller
2.3 Pemilihan Jenis Turbin
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kekurangan dan
kelebihan dari jenis – jenis turbin. Pemilihan jenis turbin tahap awal dapat
dilakukan dengan mempertimbangkan faktor – faktor yang mempengaruhi sistem
operasi turbin, yaitu :
a. Tinggi jatuh efektif dan debit air yang akan dimanfaatkan merupakan faktor
utama dalam pemilihan jenis turbin.
b. Faktor daya yang diinginkan berkaitan dengan tinggi jatuh dan debit air
yang tersedia.
c. Faktor kecepatan putaran turbin yang akan ditransmisikan.
Ketiga faktor diatas sering digunakan untuk menentukan kecepatan spesifik
turbin. Pemilihan jenis turbin dapat dilakukan dengan melihat grafik karakteristik
hubungan antara tinggi jatuh net (m) dan debit aliran (m³/s) agar didapatkan jenis
turbin yang cocok sesuai kondisi pengoperasiannya.
7
2.4 Turbin Pelton
Turbin Pelton merupakan turbin reaksi dimana pancaaran air menembak
roda yang terdapat sejumlah mangkok. Pancaran keluar melalui nozzle dengan
valve sebagai pengatur aliran. Nozzle berada searah dengan mangkok runner.
Mangkok runner dirancang agar dapat menerima energi kinetik dan menjadikan
energi tersebut menjadi torsi pada poros. Teknik mengkonversikan energi potensial
air menjadi energi mekanik pada turbin dilakukan melalui proses impuls, sehingga
turbin pelton disebut juga turbin impuls.
Turbin ini ditemukan sekitar tahun 1880 oleh seorang Amerika yang
namanya melekat sebagai nama turbin ini. Penyempurnaan terbesar yang dilakukan
Pelton yakni dengan menerapkan mangkok ganda simetris. Bentuk ini hingga
sekarang pada dasarnya tetap berlaku.
Sistem turbin pelton memiliki beberapa keunggulan jika dibandingkan
dengan turbin lainnya, diantaranya :
1. Proses perawatan lebih mudah
2. Instalasi dan pengoperasian lebih mudah
3. Bentuk dan ukuran turbin yang praktis
4. Efisiensi tinggi
5. Konstruksi yang sederhana
Namun turbin jenis ini juga memiliki kelemahan yang dimiliki, yaitu :
1. Memerlukan investasi yang lebih banyak
8
Pada dasarnya pemanfaatan turbin ini terdiri dari komponen – komponen :
1. Nozzle
2. Runner
3. Pompa
4. Bak penampung
5. Rumah turbin
6. Manometer
7. Timbangan pegas
8. Pipa
9. Bantalan
10. Poros
11. Pulley
12. Selang
2.4.1 Nozzle
Merupakan komponen utama yang memiliki fungsi mengarahkan pancaran
air ke runner turbin, mengubah tekanan menjadi energi kinetik dan mengatur
kapasitas kecepatan air yang masuk turbin.
9
Gambar 2.1 : Nozzle (Laboratorium Mesin UMM
Gambar 2.2 : Bagian nozzle (Markus Einsering, Turbin Pelton Mikro, 1994)
10
2.4.2 Runner
Runner turbin pelton pada dasarnya terdiri atas cakra dan sejumlah
mangkok yang terpasang disekelilingnya. Memasang mangkok ke cakra runner
ada bermacam – macam cara (Gambar 2.3). Jika dipilih sambungan baut,
masing – masing mangkok harus terpasang dengan dua buah baut atau satu
buah baut dan sebuah pen. Lubang – lubang pada mangkok dan runner harus
dibor bersama – sama dengan harus menggunakan baut – baut penyesuai dan
pen – pen penentu posisi. Guna menghindari kendornya mangkok ke arah
keliling akibat kerja gaya yang mirip hantaman martil di saat air mengenainya,
perlu diupayakan memberi pra - tekanan di arah keliling dengan menggunakan
pen – pen konis di sela antar mangkok (Gambar 2.3a). Penggunaan sambungan
pada runner dan mangkok (Gambar 2.4) dirasa lebih efisien ketimbang dengan
runner dituang keseluruhan dengan mangkok (Gambar 2.5) karena
keamanannya lebih tinggi dan jika terjadi adanya mangkok yang patah, tidak
harus keseluruhan runner diganti, hanya tinggal mengganti mangkok yang
patah saja.
11
Gambar 2.3 : Pemasangan mangkok pada runner ((Markus Einsering, Turbin
Pelton Mikro, 1994)
Gambar 2.4 : Runner dengan sambungan baut (Lab Mesin UMM)
12
Gambar 2.5 : Runner tuang langsung (Theconstructor.org)
2.4.3 Pompa
Pompa adalah berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penampung air lalu
disalurkan menuju nozzle yang nantinya akan memancarkan air kepada runner
sehingga runner dapat berputar. Pompa air listrik menjadi pilihan dibandingkan
pompa manual dan pompa air bensin. Karena selain lebih hemat tenaga, pompa
jenis ini juga lebih ramah lingkungan serta menghasilkan pancaran air lebih
stabil. Pompa ini disebut juga dengan pompa sentrifugal karena pompa bekerja
berdasarkan gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh impeller (kipas) yang
diputar oleh motor listrik. Karena gaya sentrifugal ini air tersedot dan terdorong
keluar secara kontinyu melalui sirip – sirip impeller.
13
Gambar 2.6 : Pompa air listrik (Indonesian.electricmotorwaterpump.com)
Gambar 2.7 : Pompa air bensin (Servicepompaair.com)
14
Gambar 2.8 : Pompa air manual (Tokopedia.com)
2.4.4 Bak Penampung
Berfungsi sebagai penampung air sebagai fluida penggerak turbin. Air yang
telah dipancarkan oleh nozzle kepada runner nantinya akan jatuh kembali ke
bak penampung, sehingga terjadi sirkulasi.
15
Gambar 2.9 : Bak Penampung (Lab Mesin UMM)
2.4.5 Rumah Turbin
Rumah turbin selain sebagai tempat nozzle terpasang, juga berfungsi
menangkapn dan membelokkan percikan air keluar mangkok sedemikian
hingga baik runner ataupun pancaran tidak terganggu. Agar runner tidak
terendam, rumah turbin harus cukup tinggi diatas muka air pacu – buri.
Konstruksinya mesti cukup kuat untuk perlindungan seputar dari kemungkinan
mangkok atau runner rusak dan terlontar selagi turbin beroperasi.
Gambar 2.10 : Rumah
Turbin (Laboratorium
Mesin UMM)
16
2.4.6 Manometer
Manometer adalah alat yang digunakan untuk pengukuran besarnya tekanan
yang biasanya adalah tekanan fluida pada sebuah alat proses atau perpipaan.
Penggunaan manometer pressure gauge lebih mudah dibandingkan dengan
manometer U karena kita dapat dengan mudah membaca besarnya tekanan
yang ditunjukkan oleh jarum.
Gambar 2.11 : Pressure gauge (directmaterial.com)
17
2.12 : Manometer U (Esuppliersindia.com)
2.4.7 Timbangan Pegas
Timbangan pegas berfungsi sebagai alat untuk mengetahui besarnya
hambatan yang terjadi pada turbin. Timbangan pegas dihubungkan
menggunakan benang yang lalu melewati pulley, sehingga benang dapat
menghambat laju putaran turbin.
18
Gambar 2.13 : Timbangan pegas (Lajutimbangan.com)
2.4.8 Pipa
Pipa berfungsi sebagai pembantu pompa saat menyedot air pada bak
penampung air. Penggunaan pipa PVC dirasa lebih efisien dibandingkan
menggunakan pipa logam, selain karena bahan yang tahan karat, harga pipa
berbahan PVC juga relatif lebih murah dibandingkan pipa logam.
Gambar 2.14 : Pipa PVC (Tokopedia.com)
19
Gambar 2.15 : Pipa logam (Tokopedia.com)
2.4.9 Bantalan
Bantalan poros senantiasa dipasang di luar rumah turbin. Bila dipakai dua
buah bantalan, salah satunya merupakan bantalan tetap, dengan tujuan untuk
memungkinkan pemasangan poros dari arah aksial. Umumnya terdapat jarak
antara bantalan dengan rumah turbin, secukupnya untuk laluan pembuangan
bocoran air agar tidak masuk kedalam bantalan.
Gambar 2.16 : Bantalan (Irianpoo.blogspot.com)
20
2.4.10 Poros
Poros berfungsi untuk menopang runner turbin, serta meneruskan tenaga
bersama – sama dengan putaran. Poros menghubungkan runner turbin dengan
pulley yang ditahan oleh bantalan, sehingga pulley ikut berputar ketika runner
berputar.
Gambar 2.17 : Poros (forging.machining.bossgoo.com)
2.4.11 Pulley
Pulley atau cakra dipasangkan ke poros turbin dengan sambungan pasak
diluar rumah turbin. Runner bisa dipasangkan pada benang yang terhubung
kepada timbangan pegas. Transmisi daya mekanis bisa melayani beragam
kepentingan, umpamanya untuk meneruskan daya ke lain tempat. Umumnya
pepenerus daya berfungsi menyesuaikan putaran turbin untuk memenuhi syarat
penyambungan ke mesin – mesin yang digerakkannya.
21
Gambar 2.18 : Pulley (Bukalapak.com)
2.4.12 Selang
Selang digunakan untuk menyalurkan air dari pompa menuju nozzle.
Penggunaan selang sendiri dirasa lebih efisien karena bersifat elastis, sehingga
dapat menyesuaikan ketika kita membuka rumah turbin.
Gambar 2.19 : Selang (Laboratorium Mesin UMM)