Turbin Air ( Tinjauan Pustaka)
-
Upload
taufik-achmad -
Category
Documents
-
view
200 -
download
11
Transcript of Turbin Air ( Tinjauan Pustaka)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian turbin
Mesin turbo adalah suatu piranti yang memberi atau mengambil tenaga dari
fluida. Kalau memberikan tenaga disebut dengan turbin, sedangkan jika
sebaliknya disebut dengan pompa. Turbin merupakan suatu mesin turbo yang
mengkonversikan energi fludia (potensial/kinetik) menjadi energi mekanik untuk
menggerakkan poros pada generator yang menghasilkan energi listrik.
Gambar 2.1 Skema Turbin sederhana
2.2 Jenis-jenis turbin secara umum
2.2.1 Turbin uap
Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi
potensial uap menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya
diubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin.
Poros turbin, lansung atau dengan bantuan roda gigi reduksi,
dihubungkan dengan mekanisme yang akan digerakkan. Tergantung
pada jenis mekanisme yang digunakan, turbin uap dapat digunakan
pada berbagai bidang seperti pada bidang industri, untuk pembangkit
tenaga listrik dan untuk transportasi.
Pada perkembangannya, turbin uap ini mampu menggantikan peranan
dari kerja mesin uap piston torak. Hal ini disebabkan karena turbin uap
memiliki kelebihan berupa efisiensi termal yang besar dan
perbandingan berat dengan daya yang dihasilkan yang cukup tinggi.
Pada prosesnya turbin uap menghasilkan gerakan rotasi, sehingga hal
ini sangat cocok digunakan untuk menggerakkan generator listrik. Pada
Universitas Andalas
saat ini, sudah hampir 80% pembangkit listrik diseluruh dunia telah
menggunakan turbin uap.
Gambar 2.2 Turbin uap
2.2.2 Turbin gas
Turbin gas adalah sebuah mesin panas pembakaran dalam, proses
kerjanya seperti motor bakar yaitu udara atmosfer dihisap masuk
kompresor dan dikompresi, kemudian udara mampat masuk ruang
bakar dan dipakai untuk proses pembakaran, sehingga diperoleh suatu
energi panas yang besar, energi panas tersebut diekspansikan pada
turbin dan menghasilkan energi mekanik pada poros, sisa gas
pembakaran yang keluar turbin menjadi energi dorong (turbin gas
pesawat terbang). Jadi, jelas bahwa turbin gas adalah mesin yang bisa
mengubah energi panas menjadi energi mekanik atau dorong.
Gambar 2.3 Turbin gas
Turbin Air 3Kelompok 12
Universitas Andalas
2.2.3 Turbin angin
Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk
membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat
untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan
penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak
dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan
lebih dikenal dengan Windmill.
Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi
kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi
energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui
yaitu angin. Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin angin masih
belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensonal(Co:
PLTD,PLTU,dll), turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para
ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan
masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui(Co : batubara,
minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.
Gambar 2.4 Turbin angin
Turbin Air 4Kelompok 12
Universitas Andalas
2.3 Turbin air
2.3.1 Klasifikasi turbin air
Air yang mengalir mempunyai energi sehingga dapat digunakan untuk
memutar roda turbin. Turbin air merupakan suatu peralatan yang
digunakan untuk mengubah energi hidro yang dimiliki air menjadi
energi listrik. Ada banyak keuntungan yang diberikan dalam
penggunaan turbin air, diantaranya memiliki efisien yang tinggi,
fleksibel dalam operasionalnya, mudah dalam perawatan dan tidak
menghasilkan polutan yang dapat merusak atmosfer.
Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial,
tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk
putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator
menjadi tenaga listrik.
Berdasarkan prinsip kerjanya , turbin air dibagi menjadi dua kelompok:
1. Turbin Impuls
2. Turbin Reaksi
2.3.2 Turbin Aksi (Impuls)
Pada turbin ini proses ekspansi fluida (penurunan tekanan fluida) hanya
terjadi pada sudu-sudu tetap, contohnya turbin pelton, turbin turgo,
turbin crossflow, turbin screw. 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 nozel tekanannya
adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi
tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi
energi kecepatan.
Turbin Air 5Kelompok 12
Universitas Andalas
2.3.2.1 Turbin Pelton
Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari
satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan
dari satu atau lebih alat yang disebut nosel. 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 dua bagian yang simetris. Sudu
dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-
tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah
sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan
membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan
daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa
nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan
ember sudu lebih kecil.
Gambar 2.5 Turbin Pelton dengan nozle
Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head
lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah
mencukupi.
Untuk turbin Pelton dengan daya kecil, debit bisa diatur hanya
dengan menggeser kedudukan jarum sudu. Untuk instalasi dengan
daya yang lebih besar, harus menggunakan dua atau lebih sistem
Turbin Air 6Kelompok 12
Universitas Andalas
pengaturan nosel. Hal ini dimaksdukan untuk menghindari terjadinya
tekanan tumbukan yang besar dalam pipa pesat yang timbul akibat
penumpukan nosel secara tiba-tiba saat beban dari turbin berkurang
secara tiba-tiba pula.
Jumlah nosel tergantung pada bilangan spesifik nq dari turbin Pelton,
dapat dirumuskan sebagai berikut :
nq
=n⋅ Q0,5
H 0, 75
dimana : n = putaran poros turbin (rpm)
Q = debit aliran (m3/s)
H = besar head total (m)
Gambar 2.6 Harga standar untuk perencanaan turbin Pelton
Roda jalan pada turbin berbentuk pelek (rim) dengan
sejumlah sudu disekelilingnya. Pelek ini dihubungkan dengan poros
dan seterusnya akan menggerakan generator. Sudu turbin Pelton
berbentuk elipsoida atau disebut juga dengan bucket dan
ditengahnya mempunyai pemisah air (splitter). Bentuk sudu dibuat
Turbin Air 7Kelompok 12
Universitas Andalas
sedemikian rupa dimaksdukan agar putaran air dapat membalik
dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya samping.
Prinsip Kerja Turbin Pelton
Air jet kecepatan tinggi muncul bentuk nozel mogok ember di
splitter, ditempatkan di tengah-tengah ember, dari mana jet dibagi
menjadi dua aliran yang sama. Aliran sungai ini sepanjang kurva
bagian dalam ember dan biarkan berlawanan arah dengan yang jet
masuk. Jet air yang tinggi kecepatan menjalankan roda Turbin Pelton
diperoleh dengan memperluas air tekanan tinggi melalui nozel ke
tekanan atmosfer. Air bertekanan tinggi dapat diperoleh dari badan
air yang terletak di ketinggian beberapa atau aliran air yang mengalir
menuruni bukit. Perubahan momentum (arah serta kecepatan) aliran
air menghasilkan impuls pada bilah roda Pelton Turbine. impuls ini
menghasilkan torsi dan rotasi di batang Turbin Pelton. Untuk
mendapatkan hasil optimal dari Turbin Pelton impuls yang diterima
oleh pisau harus maksimal. Untuk itu, perubahan momentum aliran
air harus maksimal. Yang diperoleh ketika aliran air dibelokkan
berlawanan arah yang menyentuh ember dan dengan kecepatan yang
sama relative terhadap ember.
2.3.2.2 Turbin Turgo
Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti
turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya
berbeda. Pancaran air dari nozle 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.
Turbin Air 8Kelompok 12
Universitas Andalas
Gambar 2.7 Sudu turbin Turgo dan nozle
2.3.2.3 Turbin Crossflow
Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin
Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut
Turbin Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi
turbin crossflow. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20
litres/sec hingga 10 m3/sec dan head antara 1 s/d 200 m.
Gambar 2.8 Turbin Crossflow
Turbin Zcrossflow menggunakan nozle persegi panjang yang
lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan
mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi
energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan
memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk)
Turbin Air 9Kelompok 12
Universitas Andalas
kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa
sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.
2.3.2.4 Turbin Screw
Adapun prinsip kerja dari turbin ini dimana tekanan dari air yang
melalui bilah-bilah sudu turbin mengalami penurunan tekanan
sejalan dengan penurunan kecepatan air akibat adanya hambatan dari
bilah –bilah sudu turbin maka tekanan ini akan memutar turbin dan
mengerakan generator listrik setelah sebelumnya daya putaran poros
ditransmisikan melalui gearbox.
Adapun keuntungan turbin screw dibandingkan dengan
jenis turbin lain adalah :
Biaya konstruksinya yang efisien.
Konstruksi bendungan dan pintu air yang sederhana.
Tidak menganggu ekosistem ikan.
Umur turbin lebih tahan lama jika dioperasikan dengan
putaran rendah.
Mudah untuk melakukan perawatan dan inspeksi pada turbin.
Tidak membutuhkan draft tube, sehingga dapat mengurangi
pengeluaran untuk penggalian pemasangan draft tube.
Penggunaan unit peralatan standar dan generator standar
dengan biaya yang rendah.
Memiliki efisiensi yang tinggi, dengan variasi debit yang
besar dan sangat baik untuk debit air yang kecil.
Mudah pengoperasiannya dan biaya pemeliharaan yang
rendah.
Turbin Air 10Kelompok 12
Universitas Andalas
Gambar 2.9 Turbin Screw
2.3.3 Turbin Reaksi
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.
2.3.3.1 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. Sudu pengarah pad turbin Francis dapat merupakan
suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat
diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air
penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan
yang tepat.
Turbin Air 11Kelompok 12
Universitas Andalas
Gambar 2.10 Turbin Francis
Efisiensi dari turbin Francis
Energi potensial dari air tidak seluruhnya dapat dikonversikan
menjadi energi mekanik poros turbin. Hal ini dikarenakan adanya
kerugian energi seperti :
1. Kerugian energi akibat gesekan antara air dengan dinding
saluran penghantar.
2. Kerugian energi akibat gesekan antara air dengan permukaan
sudu-sudu roda jalan.
3. Kerugian energi akibat kebocoran dan gesekan poros turbin
dengan dengan bantalan.
1. Daya Teoritis Turbin Francis
Lth =
γ⋅Q⋅Hd
75×60=0 ,222⋅Q⋅H d
Dimana : γ = berat jenis air = 998 kg/m3
Hd = head aliran air
2. Daya Aktual Turbin Francis
Lb =
2⋅π⋅L⋅n⋅W75×60
=1 ,81×10−4⋅n⋅W
Dimana : L = panjang lengan rem prony = 0,13m
N = putaran poros turbin, rpm
W = berat rem prony
Turbin Air 12Kelompok 12
Universitas Andalas
3. Efisiensi Turbin Francis
η=Ln
Lth
2.3.3.2 Turbin Kaplan
Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial.
Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller
tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu.
Gambar 2.11 Turbin Kaplan
Masing-masing jenis turbin memiliki karekteristik yang berbeda
dengan yang lainnya, begitu juga dengan penggunaanya. Agar
menghasilkan daya yang optimal maka harus dipilih turbin dengan
karakteristik yang benar. Berikut adalah daerah operasi/penggunaan
turbin untuk karakteristik tertentu :
Tabel 2.1 Daerah Operasi Turbin berdasarkan Head
Jenis Turbin Variasi Head, m
Kaplan dan Propeller 2 < h < 20
Francis 10 < h< 350
Pelton 50 < h < 1000
Crossfiow 6 < h< 100
Turgo 50 < h< 250
Tabel 2.2 Putaran Nominal beberapa Turbin
Turbin Air 13Kelompok 12
Universitas Andalas
Jenis Turbin Putaran Nominal, N
(rpm)
Semi Kaplan, single regulated 75-100
Kaplan, double regulated 75-150
Small-medium Kaplan 250-700
Francis (medium & high head) 500-1500
Francis (low head) 250-500
Pelton 500-1500
Crossflow 100-1000
Turgo 600-1000
Tabel 2.3 Effisiensi Turbin
Jenis Turbin Effisiensi / η
Kaplan dan Propeller 80% - 90%
Francis 80% - 90%
Pelton 80% - 85%
2.3.3.3 Turbin Propeller
jenis dan-jenis dan turbin Secara umumThe turbin baling-baling
dasar terdiri dari baling-baling, mirip dengan baling-baling kapal,
dipasang di dalam kelanjutan dari tabung penstock. Poros turbin
berlalu keluar tabung pada titik di mana tabung perubahan arah.
baling-baling biasanya memiliki 3-6 pisau, tiga dalam kasus unit
kepala yang sangat rendah dan aliran air diatur oleh pisau statis atau
pintu putar ("gerbang gawang") hanya hulu baling-baling. Jenis
turbin propeller dikenal sebagai pisau turbin aliran aksial tetap
karena sudut pitch dari baling-baling tidak dapat diubah. Efisiensi
bagian-aliran turbin baling-baling pisau tetap cenderung sangat
miskin.
Turbin Air 14Kelompok 12
Universitas Andalas
Gambar 2.12 Turbin Propeller
2.3.4 Segitiga kecepatan
2.3.4.1 Turbin Aksi
Gambar 2.13 Segitiga kecepatan pada sudu turbin Impuls
Segitiga kecepatan adalah dasar kinematika dari aliran fluida gas
yang menumbuk sudu turbin. Dengan pemahaman segitiga
kecepatan akan sangat membantu alam pemahaman proses
konversi pada sudu-sudu turin uap atau pada jenis turbin yang lain.
Adapun notasi dari segitiga kecepatan adalah sebagai berikut
Turbin Air 15Kelompok 12
Universitas Andalas
U1 = Kecepatan tangensial di sudu
W1 = Kecepatan absolut fluida
C1 = kecepatan relatif fluida
U2 = Kecepatan tangensial meninggalkan sudu
W2 = Kecepatan absolut fluida meninggalkan sudu
C2 = kecepatan relatif fluida meninggalkan sudu
θ = sudut nosel
φ = sudut masuk sudu
δ = sudut keluar sudu
γ = sudut keluar fluida
2.3.4.2 Turbin Reaksi
Gambar 2.14 Segitiga kecepatan pada sudu turbin reaksi
2.3.5 Sistem pembangkit tanaga listrik
Pembangkit adalah tempat dibangkitkannya energi listrik peralatan
utama pada pembangkit adalah turbin dan generator. Pembangkit
berfungsi untuk mengkonversikan sumber daya energi primer menjadi
energi listrik.
Turbin Air 16Kelompok 12
Universitas Andalas
Pusat pembangkit listri konversional mencakup
- Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)
- Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA
- Pusat Listrik Tenga Gas (Gas)
- Pusat Listrik Tenga Diesel (PLTD)
Disamping pembangkit listrik konversional masih ada pembangkit
listrik non konversional seperti :
- Pembang Listrik Tenaga Angin
- Pembangkit Listrik Tenaga Matahari
Sebagai contoh pembangkit listrik tenaga air :
Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) merupakan salah satu
pembangkit listrik yang menggunakan energi terbarukan berupa air.
Salah satu keunggulan dari pembangkit ini adalah responnya yang
cepat sehingga sangat sesuai untuk kondisi beban puncak maupun saat
terjadi gangguan di jaringan. Selain kapasitas daya keluarannya yang
paling besar diantara energi terbarukan lainnya, pembangkit listrik
tenaga air ini juga telah ada sejak dahulu kala. Berikut ini merupakan
penjelasan singkat mengenai pembangkit listrik tenaga air serta
keberadaan potensi energi air yang masih belum digunakan.
Sistem tenaga air mengubah energi dari air yang mengalir menjadi
energi mekanik dan kemudian biasanya menjadi energi listrik. Air
mengalir melalui kanal (penstock) melewati kincir air atau turbin
dimana air akan menabrak sudu-sudu yang menyebabkan kincir air
ataupun turbin berputar. Ketika digunakan untuk membangkitkan
energi listrik, perputaran turbin menyebabkan perputaran poros rotor
pada generator. Energi yang dibangkitkan dapat digunakan secara
langsung, disimpan dalam baterai ataupun digunakan untuk
memperbaiki kualitas listrik pada jaringan.
Turbin Air 17Kelompok 12
Universitas Andalas
Jumlah daya listrik yang dapat dibangkitkan pada suatu pusat
pembangkit listrik tenaga air tergantung pada ketinggian (h) dimana
air jatuh dan laju aliran airnya. Ketinggian (h) menentukan besarnya
energi potensial (EP) pada pusat pembangkit (EP = m x g x h). Laju
aliran air adalah volume dari air (m3) yang melalui penampang kanal
air per detiknya (q m3/s). Daya teoritis kasar (P kW) yang tersedia
dapat ditulis sebagai:
Daya yang tersedia ini kemudian akan diubah menggunakan turbin air
menjadi daya mekanik. Karena turbin dan peralatan elektro-mekanis
lainnya memiliki efisiensi yang lebih rendah dari 100% (biasanya
90% hingga 95%), daya listrik yang dibangkitkan akan lebih kecil dari
energi kasar yang tersedia. Gambar 1 menunjukkan pusat pembangkit
listrik tenaga air pada umumnya.
Gambar 2.15 Pembangkitan listrik tenaga air umumnya
Turbin Air 18Kelompok 12
Universitas Andalas
2.4 Kriteria pemilihan turbin
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan
kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat
spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan
mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem
operasi turbin, yaitu :
1. Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan
dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang
mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh : turbin pelton
efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller
sangat efektif beroperasi pada head rendah.
2. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit
yang tersedia.
3. Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator.
Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator
dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat
mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan
crossflow berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan
sistem tidak beroperasi.
4. Daya yang dihasilkan pancaran jet
5. Kerja mekanik poros
6. Efisiensi turbin
7. Kecepatan spesifik
Turbin Air 19Kelompok 12
Universitas Andalas
Gambar 2.16 Kurva pemilihan turbin
2.5 Daerah Pengunaan Jenis – Jenis Konstruksi Turbin
Pada gambar berikut akan kelihatan daerah penggunaan jenis – jenis turbin.
Pokok utama pada gambar adalah adanya daerah penggunaan tipe turbin.
Gambar 2.36 Pemilihan Turbin
Daerah yang dibatasi dengan garis terdapat banyak jenis turbin yang dibuat,
jadi sebenarnya garis tersebut sudah bukan merupakan garis batas lagi. Karena
ada turbin yang titik muatan beban penuhnya ( titik pada kondisi beban
maksimum turbin )terletak di bawah atau di atas daerah yang diberi tanda. Titik
beban penuh turbin dapat juga memang terletak di bawah daerah tersebut, bila dari
Turbin Air 20Kelompok 12
Universitas Andalas
kondisi tempat membutuhkan pemasangan turbin dengan tinggi khusus dan
berdasarkan alas an untuk menghindari kavitasi sehingga dengan demikian harus
dipilih kecepatan spesifik yang kecil.
2.6 Fenomena pada turbin
2.6.1 Kavitasi
Suatu cairan akan mendidih pada temperatur dimana tekanannya
sekitarnya sama dengan tekanan uap air.
Akibat dari mendidih tersebut akan terbantuk kantong kantong uap
( hal ini berbeda / tidak terjadi pada sebahagian besar atau
keseluruhan cairan fluida tersebut mendidih ).
Gambar 2.17 Sudu turbin akibat Kavitasi
Bila gelembung uap udara terbawa kedalam daerah yang bertekanan
lebih tinggi , maka gelembung udara tersebut akan pecah dan disekitar
cairan tersebut akan mengalir dengan cepat untuk mengisi rongga
kekosongan yang terjadi akibat pecahnya gelembung udara tersebut.
Kejadian dan kegiatan tersebut akan menimbulkan adanya dorongan
yang mengakibatkan tekanan setempat yang lebih tinggi, serta dapat
menyebabkan permukaan disekitarnya akan berlobang atau
cacat .Gejala tersebut disebut atau dikenal dengan kavitasi.
Jika kavitasi timbul pada turbin air yang sedang berjalan , maka akan
terjadi gejala gejala yang berbahaya pada turbin dengan akibat :
Menurunnya effisiensi
Kedengaran suara berisik
Turbin Air 21Kelompok 12
Universitas Andalas
Timbulnya getaran
Dalam turbin air kavitasi terjadi terutama dibagian sudu rotor yang
menghisap air ( runner ) dan pipa lepas ( draf tube ).
2.6.1 Run Away Speed
Kecepatan liar yaitu suatu kecepatan yang terjadi akibat pada waktu
turbin bekerja dimana tiba-tiba bebannya dihentikan dengan tiba-tiba.
Dalam hal tersebut timbul gejala bahwa roda turbin akan berputar
dengan sangat cepat, apabila karena suatu hal governor tidak bekerja
dengan baik atau dalam keadaaan rusak.
Kekuatan turbin harus diperhitungkan terhadap kecepatan liarnya untuk
mencegah terjadinya kerusakan turbin atau generatornya. Kecepatan liar
turbin air dapat dilihat seperti pada tabel dibawah (ref : Wiranto
Arismunandar).
Tabel 2.4 Kecepatan liar turbin
Jenis Turbin Kecepatan liar
(% Kecepatan Kerja)
Kaplan
Francis
Impuls (pelton)
250 – 300
200
≈ 200
Kecepatan liar juga dipengaruhi oleh koefisien kavitasi (σ ). Pengaruh
karakteristik kavitasi terhadap kecepatan liarnya sangat kuat dalam
suatu daerah σ tertentu dan juga tergantung dari jenis turbinnya.
Kecepatan liar juga dipengaruhi oleh pembukaan pintu air atau katup,
tetapi kecepatan liar yang maksimum tidak selalu terjadi pada
permukaan pintu air yang maksimum.
Turbin Air 22Kelompok 12
Universitas Andalas
Gambar 2.18 Sudu turbin akibat run away speed
2.6.2 Water Hammer
Water Hammer adalah terjadinya kenaikan atau penurunan tekanan
penstocks dari pembangkit listrik dan stasiun pompa
karena perubahan kecepatan aliran. Water hammer beban harus dijaga
dalam batas yang ditentukan karena mereka dapat
mengganggu pengoperasian sistem hidrolik dan komponen merusak
sistem. Selama konstruksi baru atau
modernisasi dari pembangkit listrik analisis diperlukan untuk
mendapatkan tekanan maksimum dan minimum sebagai salah satu
parameter yang paling penting dalam proses desain pembangkit. Cara
mengatasi water hammer ini dengan memasang control valve pada
penstock.
Gambar 2.19 Penstock turbin akibat water hammer
Turbin Air 23Kelompok 12
Universitas Andalas
2.7 Teori dasar alat ukur
Tachometer
Tachometer merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengukur
kecepatan putarandengan menggunakan sensor mekanik ataupun infra merah.
Apabila menggunakan sensor infra merah, sinar dari infra merah tadi diarahkan ke
poros yang berputar dan diperoleh pembacaan berupa angka pada layar
tachometer. Jika menggunakan sensor mekanik, sensor ditempelkan pada poros
yang berputar dan diperoleh pembacaan pada skala yang ditunjukan oleh jarum.
Gambar 2.20 Tachometer Digital
Rem torsi
Rem torsi terdiri atas pulley dan sabuk. Prinsip kerjanya, jika terjadi
gerakan pada pulley maka bel akan tertarik dan pegas pada neraca akan ikut
tertarik juga lalu diperoleh gaya pembebanan melalui pembacaan skala gaya.
Gambar 2.21 Rem Torsi
Head Meter
Head meter merupakan alat untuk mengkompensasikan besarnya head
tekanan yang masuk dari pompa ke dalam pipa pesat. Dari pembacaan skala
diperoleh besar head dalam satuan meter
Turbin Air 24Kelompok 12
Universitas Andalas
Gambar 2.22 Alat Ukur Head Meter
Stopwatch
Merupakan alat yang digunakan untuk menghitung waktu yang
diperlukan untuk mendapatkan volume fluida tertentu, atau tujuan lain.
Gambar 2.23Stopwatch Digital
Turbin Air 25Kelompok 12