1. instalasi pembangkit tenaga air

8/18/2019 1. Instalasi Pembangkit Tenaga Air

http://slidepdf.com/reader/full/1-instalasi-pembangkit-tenaga-air 1/36

Beberapa Konsep Dasar untuk Pengembangan Proyek

INSTALASI PEMBANGKIT TENAGA AIR

Analisis Mesin Konversi Energi – S 2 PTK UNP

Drs.Hasanuin! M.S

Konse" Dasar Konversi Energi "aa

Ins#alasi Pe$%ang&i# Tenaga Air ' (enis Sis#e$

Suatu instalasi pembangkit tenaga air dimaksudkan adalah berupa system atau

unit pembangkit tenaga dengan pemanfaatan energi potensial dan gerak air , yang

diubah atau dikonversikan menjadi tenaga mekanik perantaraan mesin berupa

kincir ataup turbin air. Kincir air adalah bentuk konstruksi peralatan yang pertama

kali dibuat/ dikembangkan oleh man usia, yang terdiri atas sebuah roda berporos

dengan diberi susunan sudu-sudu (buckets atau vanes) di sekelilingnya dan

biasanya terbuat dari bahan kayu sehingga memungkin roda berputar karena

mendapat tekanan dan dorongan gerak air ketika menumbuk sudu -sudu tersebut.

Sedangkan, turbin air adalah bentuk modern dari k incir air (water wheel ) yang

terbuat dari bahan metal baik ditempa maupun dicor dengan suatu ranc angan yang

telah dispesifikasi untuk berbagai tipe konstruksi dan rotor serta dilengkapi dengan

system pemipaan guna memperbaiki efisiensi penyaluran air.

ari aspek penyaluran atau pemasukkan air, kincir air tersebut dapat

dibedakan atas beberapa tipe , yaitu (a) Overshot wheel and Breast wheel,

(b) Undershot wheel and Poncelet wheel seperti pada gambar, apat dilihat

dalam gambar, dua dari tipe p ertama menggunakan prinsip pemasukan dan penekanan

air dari atas kincir, sementara dua dari tipe berikutnya bekerja dengan penekanan



air dari ba!ah.

"erdapat s ejumlah keuntungan dari kincir air , di antaranya, (a) simple

and strong construction , (b) suitable and even or low water head , (c) cheaper .

Sedangkan kerugiannya antara lain yaitu ( a) slow speed, ( b) berat dan besar, (c) not

suitable or high water head! #leh karena terdapatnya beberapa kerugia n

tersebut, maka dikembangkanlah suatu instala si pembangkit tenaga melalui system

"urbin $ir ("ater #urbine) yang dirancang untuk meningkatkan kinerja dan

perbaikan model dan konstruksi sehingga dapat menghasilkan atau memberikansystem instalasi yang lebi h memuaskan, terutama diperuntukkan pada operasi

kecepatan dan putaran tinggi (dapat mencapai ketinggian %&' m di $ustria).

erkembangan turbin air sempat mengalami stagnasi sebagai unit pembangkit

tenaga, terutama dalam pemasok tenaga lis trik. *al ini dipengaruhi

primadona pemanfaatan minyak bumi untuk bahan baker pada mesin-mesin

penggerak mula (prime mover ) yang berfungsi sebagai pemutar gene rator listrik.

eningkatan harga minyakbumi dan dampak pemakaian yang ditimbulkannya,

menyebabkan pembangunan instalasi tanaga air mendapat perhatian kembali, dan

perkembangannya begitu menakjubkan setelah keberhasilan dalam penemuan

sejumlah peralatan pengontrolan di bidang elektronika sehingga dapat beroperasi

secara otomatisasi dan jarak jauh (remote sensing)!



+eberapa keuntungan dari pengembangan turbin air adalah ( a) long lie

(b) eicient and can be easily controlled, (c) can be made automatic contolled,

(d) can work under any head . engingat akan aspek keuntungan tersebut dan pe

nyediaan kebutuhan energi masa depan maka pembangunan istalasi pembangkit tenaga

air untuk penyediaan energi listrik de!asa ini telah menjadi kebijakan suatu

negara, terutama yang memiliki sumber -sumber air yang memadai untuk

pemanfaatan potensinya. *al ini untuk mengurangi ketergantungan pada minyak

bumi dan dukungan terhadap program pengembangan energi terbarukan serta

penyelamatan planet bumi dari ancaman pemanasan global.

ancangan pengembangan instal asi pembangkit tenaga air system turbin

(hydro$electric power plants) ini dapat diklasifikasikan atas beberapa dasar pemikiran,

yaitu (a) availability o head (b) according to the nature o load, (c) according to the

%uantity o water avaible or generation. Sedangkan dari aspek unit pembangki t

tenaganya (turbine as a prime mover) maka instalasi tenaga air dapat pula

diklasifikasikan atas (a) impuls or velocity turbine, (b) pressure or reaction

turbine ! Secara garis besarnya su atu instalasi tenaga air dapat d igambarkan

seperti sketsa berikut, dapat dilihat dalam gambar sejumlah komponen utama system

yang diperlukan untuk pengembangan unit instalasi ini, masing-masing yaitu

reservoir, dam, trash

rack, surge tank, penstock , spillway, power house, prime m over, and drat tube !



Tur%in I$"uls

Sebagai prime$mover , turbin adalah sejenis peralatan yang berfungsi untuk

mengubah energi kinetik air menjadi energi mekanik dan selanjutnya digunakan u ntuk

menggerakkan generator agar dapat dikonversikan menjadi tenaga listrik. Salah satu

di antara jenis turbin tersebut adalah turbi n impuls, yang bekerja berdasarkan prinsip

pengubahan energi tekanan/potensial air menjadi energi kinetic perantaraan pipa

pancar (nole) yang menimbulkan adanya kecepatan pancaran air. 0nergi kinetic

pancaran air ini akan menumbuk susu -sudu (buckets) pada roda turbin, dan seterusnya

akan mendorong dan menggerakkannya sehingga menyebabkan roda akan berputar

pada poros turbin.

oda dan sudu-sudu tersebut ditempatkan dan disusun sedemikian rupa dalam

sebuah rumah turbin (cashing), yang memungkinnya beroperasi pada kondisi tekanan

atsmosfir. Salah satu contoh tipe turbin impuls yaitu adalah "urbin elton seperti

terlihat pada gambar berikut.

"urbin elton ini di ciptakan oleh per ancangnya yaitu elton, 1 $ seorang

insinyur dari 2alifornia pada %334 . 5ni adalah jenis turbin impuls aliran aksial (a&ial

low turbine) yang dirancang dengan poros horiontal dimana sejumlah sudu



-sudu akan dipasang sekeliling roda elton sebagaimana tamp ak dalam gambar di

atas. $ir yang keluar memancar melalui mulut no''le akan langsung menumbuk

sudu -sudu dengan suatu mekanisme pengaturan pemasukan dan pengaliran air

secara regulator khusus (specially regulator system ) yang disebut spuyer (spear).

ancaran air setelah menumbuk sudu-sudu dan menggerakkan roda seterusnya

diarahkan meninggalkan sudu melalui suatu sudut arah tertentu (biasanya %'4 6-

%'6 ) terus mengalir secara aksial dalam dua arah guna menghindari terjadinya

tekanan aksial terhadap roda elton.

Ketika beroperasi, di dalam ruang casing turbin elton akan bekerja tekanan

atsmosfir dan tidak terisi dengan air . 7ntuk mendapatkan kondisi demikian maka roda

elton harus ditempa tkan atau terpasang di atas dari permukaan air jatuh

/ba!ah (tailwater level) sehingga ketika air pancaran meninggalkan sudu -sudu

dapat jatuh dengan bebasnya dari roda elton tersebut. i samping itu, untuk

mendapatkan suatu kecepatan putaran roda elton (runner ) yang maksimum

hendaklah diameter rata -rata runner diusahakan dibuat sekecil mungkin, dimana

dalam hal ini ada suatu ketentuan batas yang dipedomani dalam rancangan yaitu

memenuhi ratio antara diameter roda dan diameter pancaran air nole ( /d 8 %4

%).

Tur%in Rea&si

5ni adalah sejenis prime mover yang beroperasi berdasarkan prinsip

kombinasi tekanan dan kecepatan air yang terjadi pada sudu-sudu (vanes) roda turbin

atau runner . $rtinya, air akan dialirkan masu k di ba!ah suatu kondisi bertekanan dan

pada kecepatan alir tertentu melalui suatu saluran tertutup berbentuk spiral (biasa

disebut rumah siput ) terus ke dalam sudu -sudu pengarah ( guide vanes ) yang

diatur, untuk meneruskan aliran ke dalam sudu -sudu runner secara prinsip aliran

radial ataupun aksial sehingga menghasilka n putaran. Komponen-komponen utama

turbin reaksi terdiri atas,

a. "ens#o)& , yaitu pipa pendek untuk penyaluran air dari reservoir ke casing.



%. s"iral )asing, yaitu rumah siput untuk mendistribusikan air dari

penstock ke sekitar ring pengarah di dalam casin g.

). $e&anis$e "engara* +guie $e)*anis$, , yaitusebuah mekanik

pengatur yang dipasang secara tetap diantara dua ring dalam bentuk

seperti roda. ekanisme pengarah ini akan mengatur besarnya aliran

pancaran air ke roda penggerak (runner).

. runner, yaitu roda penggerak yang terdiri atas sudu -sudu penggerak yang

bersifat tetap/terkunci atau terpasang pada poros atau ring turbin,

tergantung pada tipe turbinnya.

ilihat dari arah aliran tersebut maka secara garis besarnya ,turbin reaksi ini

dibedakan atas tiga tipe utama yaitu, (a) turbin reaksi aliran radial, (b) turbin reaksi

aliran aksial, (c) turbin reaksi aliran campuran !

a, Tur%in Aliran Raial

ada turbin reaksi aliran radial ini , air akan mengalir seturut arah jari -jari roda

turbin, dimana dalam hal ini akan dibedakan lagi atas "urbin eaksi $liran $rus Ke

alam (nward low *eaction #urbine s ) dan "urbin eaksi $liran $rus ke 9uar



(Outward low *eaction #ur bines)!

Tur%in Rea&si Aliran Raial Arus Ke Dala$

ada turbin reaksi jenis ini air akan memasuki roda turbin dari keliling luar

dan kemudian mengalir masuk arah ke dalam sudu-sudu (vanes), yaitu mengarah

ke titik pusat roda seperti terlihat dalam gambar.

Secara sederhana sebuah turbin reaksi alir an arus radial ke dalam ini akan terdiri

atas bagian-bagian utama seperti, sudu -sudu pengarah tetap (i&ed guide blades) yang

berfungsi untuk mengarahkan aliran air ke dalam roda penggerak (revolving

wheel) pada sudut arah yang tepat. Salah satu contoh tur bin reaksi dengan prinsip

aliran arus ke dalam ini adalah turbin :rancis yang dirancang oleh oleh seorang

sain tis dan insinyur berkebangsaan 5 nggris bernama :rancis 1ames , dimana

de!asa ini banyak digunakan untuk instalasi pembangkit tenaga air (9"$) .

Sebagai sebuah turbin reaksi aliran radial tipe arus aliran ke dalam , maka pada

turbin :rancis ini air akan mengalir masuk ke sebuah casing spiral dengan suatu

kecepatan yang relative rendah melalui sudu -sudu pengarah (guide vanes) dan

terus mengalir ke runner ( roda penggerak) dan akhirnya keluar melalui sebuah

drat tube (tabung/pipa pelepas ) yang dipasang di bagian ba!ah dekat permukaan air

buang. $ir yang mengalir dari saluran atas (head race) ke saluran ba!ah (tail race)



akan diisi oleh air yang terdapat atau bekerja di sekeliling runner. Sebagian besar

tenaga yang dihasilkan akan ditentukan oleh perbedaan tekanan yang bekerja pada

sisi depan dan belakang sudu-sudu runner, dan hanya sebagian dari total tenaga yang

dihasilkan akan diturunkan dari kerja dinamik aliran air.

$da dua tipe utama turbin :rancis, yaitu tipe penyaluran terbuka dan tertutup .

7ntuk tipe penyaluran terbuka, turbin akan ditempatkan dan dipasang di ba!ah

dari garis muka air saluran atas (seolah terbenam) di dalam sebuah ruangan yang

biasan ya terbuat dari instalasi beton sementara penyaluran air ke luarnya ke saluran

ba!ah akan diteruskan masuk melalui saluran pelepas (draft tube). Kelemahan

tipe ini adalah runner dan mekanik sudu pengarahnya akan berada di ba!ah air

sehingga untuk melukukan inspeksi atau pera!atan akan kesulitan tanpa melakukan

pengeringan air terlebih dahulu. $dapun untuk tipe tertutup air akan dimasukan

ke dalam turbin melalui penstock (pipa saluran masuk) yang dipasang

dibagian ujung sebelum tersambungkan dengan casing spiral turbin.

Tur%in Rea&si Aliran Raial Arus Keluar

7ntuk turbin reaksi aliran radial dengan arus keluar ini , air akan

mengalir masuk menuju ke titik pusat roda turbin dan kemudian mengalir keluar meninggalkan sudu-sudu (vanes) yaitu mengarah keluar menuju keliling roda

seperti terlihat dalam gambar.

Secara sederhana konstruksi sebuah turbin reaksi aliran radial arus keluar ini,



terdiri atas sudu -sudu pengarah (guide vanes) yang berfdungsi untuk

mengarahkan aliran air pada suatu sudut arah yang benar untuk menggerakkan roda

penggerak/runner. erbedaan yang prinsipil dengan turbin reaksi aliran radial arus ke

dalam adalah terletak pada pemasangan sudu -sudu roda penggeraknya, dimana untuk

turbin radial arus. keluar ini roda penggerak nya/runner dipasang pada sisi sebelah luar

dari sudu-sudu pengarah roda turbin sebagaimana tampak dalam gambar di atas.

%. Tur%in Aliran A&sial

$dapun turbin reaksi aliran aksial ini, direncanakan system pemas ukan airnya

dengan cara mengalir masuk sejajar dengan poros utama roda turbin. Konstruksi dan

poros turbin biasanya akan terpasang secara vertical dan air akan menggerakkan sudu -

sudu/vanes dalam arah sejajar poros. i lapangan model dan system seperti ini dapat

dijumpai penggunaanya pada turbin ropeller dan turbin Kaplan.

Tur%in Pro"eller

"urbin propeller ini dapat dikatakan sebagai pengembangan turbin :rancis,

yaitu dengan mengurangi jumlah dan ukuran sudu -sudu runnernya . engandemikian turbin reaksi aliran aksial akan memiliki jumlah sudu-sudu yang lebih

sedikit biasanya terdiri atas ; < ' sudu dan dapat pula dibuat daun sudunya tetap atau

bergerak. Khusus untuk turbin propeller sud u-sudunya direncanakan bersifat tetap

(fi=ed) terpasang pada runner sebaimana tampak dalam gambar.



"ipe turbin propeller sudu tetap ini biasanya mempunyai efisiensi yang

relative tinggi (33 >) pada pembebanan penuh, dan akan menurun efisiensinya secara

cepat jika terjadi penurunan beban. enggunaaan turbin ini biasanya dibatasi pada installasi pembangkit tenaga dengan jatuh air rendah ( -%4 m) dan pada

kondisi pembebanan dan putaran penuh untuk setiap !aktunya .

Tur%in Ka"lan

5ni adalah sejenis turbin reaksi aliran aksial yang dirancang untuk dapat

meningkatkan kinerja dari tipe turbin aksial propeller , dimana dalam hal ini sudu

- sudunya (vanes) dibuat dapat bergerak/berputar tidak sepertinya pada turbin

propeller yang terpasang tetap pada rotor . Sejak a!al pengenalannya oleh ?ic tor

Kaplan jenis turbin ini mengalami kemajuan pesat, terutama diperuntukkan pada system

pembangkit tenaga air dengan volume air (debit) yang cukup besar pada tinggi

jatuh air yang relative rendah.

Sudu-sudu (vanes) pada turbin ini dibuat dapat bergerak (movable) melalui

sebuah motor hydrolik ketika rotornya berputar, sehingga meningkatkan efisiensi sudut

pemasukan air. engan demikian dapat pula diatur penyesuaian luasan

area pemasukkan (laluan ) air di antara dua sudunya sehingga membuat dan

meningkatkan efisiensi turbin. Konstruksi turbin ini da pat dilihat pada gambar berikut.



"urbin Kaplan ini dirancang unt uk suatu kecepatan rotor yang bervariasi antara

'4 < @@4 rpm, dan bekerja pada variasi tinggi jatuh air (head) an tara @ < '4m. i bandingkan dengan turbin :rancis maka turbin Kaplan ini mempunyai suatu

rotor atau runner yang lebih tinggi pada tingkatan output dan head yang sama.

$rtinya, turbin Kaplan yang mempunyai ukuran yang sama dengan turbin francis akan

mengembangkan tenaga lebih besar diba!ah ukuran head dan debit yang sama.

). Tur%in Aliran -a$"uran

5ni merupakan jenis turbin aliaran radial yang bekerja secara kombinasi antara

arus aliran kedalam (in!ord flo!) dengan arus aliran keluar (out !ord). rinsip

ini merupakan tipe terakhir yang banyak dikembangkan pada sistem pembangkit

tenaga air modern. 2ontoh yang dapat ditemui di lapangan yaitu pada kontruksi turbin

:rancis modern seperti terlihat pada gambar.

"inggi atau panjang dari runner turbin :rancis modern ini akan tergantung pada

kecepatan spesifiknya, yang berarti semakin tinggi kecepatan spesifik maka

semakin panjang ukuran runnernya. unner sebuah turbin :rancis modern

dibuat secara penuangan (casting) atau dibuat dari lembaran -lembaran plat baja

dan kemudian dilakukan pengelasan satu sama lainnya . +ahan runner dapat dibuat

dari besi tuang (cast iron) untuk turbin ukuran kecil, baja tuang (cast steel) untuk

berukuran besar ataupun dari bahan stainless steel. Sudu-sudu (blades) dari runner



tersebut haruslah dikerjakan dengan pekerjaan akhir (finishing) berhati -hati sekali.

Per%aningan An#ar (enis Tur%in

ari beberapa jenis turbin diatas dapat diambil beberapa perbandingan

keuntungan atau kerugian, di antara lain

ran)is vs Pel#on! dapat dibandingkan dengan beberapa alasan sebagai berikut

%) ?ariasi dalam head operasi can be more easily controlled in :rancis than in elton

@) 7kuran runner, generator dan po!er house dibutuhkan lebih kecil dan

ekonomis jika turbin :rancis digunakan pe ngganti turbin elton pada

pembangkitan tenaga yang sama

;) 0fisiensi mekanik turbin elton lebih cepat berkurang jika dibAandingkan

turbin :rancis pada umur yang sama.

Ka"lan vs ran)is! dapat dibandingkan dengan beberapa alasan

%) "urbin Kaplan lebih compa A dalam kontruksi dan ukuranya lebih kecil jika

digunakan untuk pengembngan tenaga yang sama dibandingkan :rancis

@) 0fisiensi pengorbanan turbin Kaplan lebih tinggi

;) kehilangan gesekan akibat air melalui sudu -sudu lebih kecil dibandingkan :rancis

karena memiliki jumlah sudu yang lebih sedikit



-. Tugas/Tugas an Penala$an Ma#eri

Setelah saudara mempelajari materi penggalan pertama yang terdapat dalam

modul ini dan tambahan informasi yang dapat saudara cari melalui sumber lain, maka

ja!ablah pertanyaa n berikut,

%) 1elaskan prinsip kerja instalasi pembangkit tenaga air dalam upaya analisis

konversi energi input ke output instalasi yang dibutuhkan untuk upaya

tersebut.

@) $pakah saudara dapat membedakan system pembangkit tenaga air tradisional

dan modern, jelaskan kebaikan dan kelemahannya masing -masing.

;) apatkah saudara mengemukakan prinsip kerja system instalasi pembangkit

tenaga air dengan turbin impuls dan turbin reaksi. +erikan contoh prime

mover yang bekerja dengan masing -masing prinsip turbin tersebut.

B) 2oba saudara kem bangkan dengan bahasa dan pengertian saudara

sendiri perbedaan prinsip operasi turbin reaksi aliran radial arus kedalam

(in!ard flo!) dan keluar (out!ard flo!).

) Kesulitan apa yang mungkin akan dialami dalam pengembangan

instalasi pembangkit tenaga air ini di masa datang, bila ditelusuridampak perubahan lingkungan.menjadi kerja output yang dihasilkan, dan

kemukakan komponen utama sistem

2. Kegia#an Bela0ar Penggalan Keua

ada penggalan kedua dalam modul ini saudara akan mempelajari prihal

yang berkenaan dengan aspek rancangan dan analisis pengembangan system

instalasi pembangkit tenaga air untuk skala sederhana, seperti menentukan besar

tenaga yang dibangkitkan, efisiensi, serta karakteristik besaran/parameter rencana

lainnya baik menyangkut kinerja system maupun dimensi/ukuran -ukuran komponen

dari masing- masing jenis model pembangkit tenaga air.



a. Tu0uan Pe$%ela0aran

Setelah membahas sub -topik ini para peserta diharapkan mampu untuk,

%) enjelaskan beberapa istilah menyangkut variable dan parameter rancangan

untuk pengembangan system instalasi pembangkit tenaga air

@) enganalisis kinerja system instalasi pembangkit tenaga air, berdasarkan

jenis atau klasifikasi model prime mover yang digunakan/dikembangkan pada

system.

;) endeskripsikan beberapa istilah/pengertian sekaitan dengan kepentingan

rencana pengembangan dan pemilihan system instalasi melalui pendekatan

analisis model dan protipe.

%. Pen0elasan Ma#eri Kulia* II

Analisis Tenaga an Kara&#eris#i& S is#e$

Ins#alasi Pe$%ang&i# Tenaga A ir

Secara teoritis tenaga yang dapat dikembangkan atau dihasilkan oleh

suatu system instalasi pembangkit tenaga air akan ditentukan oleh kapasitas

ketersediaan sumberdaya air pada suatu areal atau ka!asan tertentu, baik

potensialnya dalam pengertian jumlah (volume atau massa) maupun

ketinggian/elevasi (tinggi jatuh atau head). 1ika ketersediaan potensi energi terseb

ut dapat direalisasikan melalui suatu system instalasi pembangkit tenaga, maka

dengan jumlah volume penyaluran ti ap detiknya atau debit air ( C m;/det ) dan

tinggi jatuh air atau head ( * meter ) akan dihasilkan tenaga teoritis (tenaga

supply),

t 8 D = g = * = C Eatt

"enaga teoritis dari ketersediaan secara potensi al tersebut adalah merupakan

tenaga yang dipasok (suplly) dimana selanjutnya dikonversikan dengan menggunakan



system dan peralatan tertentu guna dapat diubah dan dimanfatkan untuk berbagai

keperluan, terutama sebagai pembangkit energi listrik perantaraan generator yang

digerakkan oleh sebuah turbin sebagai prime mover sebagaimana telah diuraikan jenis

dan klasifikasinya pada pen ggalan pertama modul pembelajaran ini.

a. Ker0a 1ang Di*asil&an Tur%in I$"ulsPel#on.

$dapun kerja yang dihasilkan oleh sebuah turbin impuls ataupun turbin elton

akan dipelajari dan ditentukan terhadap parameter dan karaktristik pancaran air melalui

pipa pancar (nole) menumbuk sudu -sudu (buckets) pada roda pelton

dengan didasarkan pada prinsip momentum pancaran aliran air . 7ntuk menganalisis

kerja yang dilakukan roda atau runner, perlu dilukiskan segitiga kecepatan aliran

masuk air dan aliran keluar ketika sudu - sudu turbin sebagai b erikut.

$pabila diasumsikan satu nole, dan pancaran air berada pada tinggi jatuh

atau head (*) dan mengalirkan air dengan debit C m;/det maka dari segitiga kecepatan

aliran diperoleh

• Segi#iga &e)e"a#an "an)aran aliran $asu&

?% 8 kecepatan absolut pancaran aliran masuk sudu m/det



8 @g*

u 8 kecepatan keliling/tangensial roda atau sudu m/det

vr% 8 kecepatan relative pancaran air masuk sudu m/det

8 v% - u (lihat segitiga kecepatan masuk+inlet

• Segi#iga &e)e"a#an "an)aran aliran &eluar

v@ 8 kecepatan absolut air meninggalkan sudu (bucket) m/det

u 8 kecepatan keliling/tangensial roda/sudu m/det

vr @ 8 kecepatan relative air meninggalkan sudu m/det

$dapun gaya yang bekerja pada sudu/bucket adalah,

s 8 perubahan momentum air pada bidang roda pelton

8 massa air pancaran per detik = perubahan kecepatan

Kecepatan a!al panca ran air dalam arah gerakan sudu 8 v%

Komponen kecepatan absol ut akhir pancaran air dalam arah ini 8 v@ cos F

1adi, perubahan kecepatan absolute se arah gerakan sudu adalah , v% < v@ cos β

Sehingga gaya yang bekerja pada sudu atau bucket diperoleh,

s 8 D C ( v% - v@ cos F )

Sementara dari segitiga kecepatan keluar dapat dipelajari bah!a,

v@ cos F 8 u - vr @ cos G 8 u - vr @ cos (%34 -H)

1ika dalam hal ini tidak ada gesekan aliran pada sudu -sudu roda maka air yang masuk

dan keluar akan mempun yai relative yang sama, artinya



vr @ 8 vr % 8 v% - u dan

v@ cosF 8 u - (v% - u) cos (%34 -H)

engan demikian gaya yang bekerja pada sudu atau bucket turbin elton adalah,

:s 8 D C ( v% - u ) [% + cos(%34 − H)]

dimana! D 8 massa jenis air %444 kg/m ;

G 8 sudut arah pancaran aliran air keluar sudu

F 8 sudut arah komponen kecepatan absolut pancaran aliran air

terhadap kecepatan keliling roda

H 8 sudut belokan (deflector) sudu (bucket)

$pabila kerja yang dihasilkan oleh sebuah roda atau runner telah diketahui

maka selanjutnya akan dapat d itentukan besar tena ga dorong dari sudu untuk memutar

roda turbin, yaitu

s 8 kerja yang dihasilkan sudu per detiknyaatau, 8 gaya pada sudu = kecepatan sudu

s 8 ρ C u ( v% - u) [% + cos(%34 − H]

"enaga yang dihasilkan su du atau runner ini tentunya akan lebih kecil nilainya

dibandingkan dengan tenaga yang dapat dipasok dari sumber (teoritis). *al in 5 akan

tergantung seberapa baik rancangan si stem penyaluran atau pemipaan dan konstruksi peralatan turbin yang digunakan atau dipasang untuk keperluan system

pembangkit. embandingan-pembandingan kerja/tenaga sudu roda atau runner

terhadap tenaga teoritis atau head akan memperlihatkan keefektifan atau efisiensi

dari instalasi yang direncanakan ataupun per alatan turbin itu sendir i sesuai dengan

prime mover yang dipilih. +eberapa istilah efisiensi yang perlu diketahui, yaitu



0fisiensi hydrolik 8tersediayang*ead

aliran beratsatuan perrunner padaKerja

0fisiensi ekanik 8aliran beratsatuan perrunner padaKerja

aliran berat per poros padaKerja

0fisiensi "otal 8tersediayang*ead

aliran beratsatuan per poros padaKerja

-on#o* soal

Sebuah roda turbin impuls (pelton) menerima tumbukan pancaran aliran air

pada tinggi jatuh (head) B% m ;/menit. Sudu roda membelokkan pan caran melalui

sudut deflector %'44

dan kecepatan roda sudu %@ m/det. *itunglah tenaga

dorongan untuk menggerakkan roda.

Pen1elesaian, 9ihat atau lukis segitiga kecepatan pancaran aliran masuk dan keluar

sudu roda ( seperti gambar di atas)

Kecepatan absolut pancaran aliran masuk sudu.

?% 8 @g* ------- 8 ;4.3%,I.@ 8 @B,; m/det

"enaga dorong menggerakkan sudu.

s = DCu (v% − u )[% + cos(%34 − H)]

8 %444 J'4

B%J %@ J %@,; ( % 4,I;&) 8 %I, kE

1ika tenaga yang dipasok/supply pada nole dari system penyaluran adalah

sama dengan tenaga teoritis (t), yaitu

t 8 berat aliran per detik = head nole

8 D g C = *



maka untuk contoh soal tersebut dapat ditentukan berapa efisiensi hidrolik,

sebagai berikut

0fisiensi hydrolik 8input"enaga

output"enaga

8[ ]

*Cg

-(%34cos%u)(?C %

×××+×−××

ρ

γ ρ

8*g

u J ( v% < u) J [ ]γ -(%34cos%+

8 I;&,%;,%@;43%,I

%@××

×

8 4,I& ------- I& >

%. Di$ensi suu +%u)&e#, RoaRunner Tur%in Pel#on

Secara umum sebuah roda atau runner turbin impuls/pelton direncanakan

untuk dapat mengembangkan tenaga pada suatu tinggi jatuh air (head), dan

dengan kecepatan putaran roda tertentu. alam hal ini, merencanakan suatu roda

pelton berarti menentukan dan mendapatkan data informasi yang berhubungan

aspek, (a) diameter roda/runner, (b) diameter pancaran, (c) lebar sudu (bucket), (d)

kedalaman/tinggi sudu (bucket), dan (e) jumlah sudu.

1ika kecukupan data dalam perencanaan tidak memenuhi atau diberikan, maka

dapat diambil sejumlah asumsi dan pertimbangan menyangkut hal -hal,

(%) efisiensi total antara 34> - 3&>

(@) koefisien pancaran antara 4,I3 - 4,II

(;) ratio kecepatan keliling roda dan kecepatan pancaran 4,B'

U&uran suu an (u$la*n1a "aa Keliling Roa

$dapun sudu-sudu (buckets) sebuah turbin elton mempunyai dimensi 9ebar

sudu diambil 8 = d ------ ( d 8 diameter pancaran nole) Kedalaman/tinggi 8 %,@ = d

Sedangkan jumlah sudu-sudu pada keliling roda/runner ditentukan berdasarkan



dua prinsip berikut ini,

%) jumlah sudu dibuat sedapatnya seminimal mungkin agar kehilangan head

akibat gesekan menjadi lebih kecil

@) pancaran air haruslah secara penuh termanfaatkan, sehingga tidak ada

yang terbuang.

9ihat gambar pancaran air di atas, dimana dalam hal ini diumpamakan

8 jari-jari rata-rata lingkaran sudu/buckets

8 diameter rata-rata lingkaran sudu

d 8 diameter pancaran air

a, b, c 8 tiga buah penampang sudu/buckets

α 8 sudut celah antara dua sudu

Secara geometris dari gambar di atas diperoleh hubungan bah!a

2os α 8d4,'

d4,(

+

+

an diperoleh jumlah sudu/bucket 8α

o;'4

$tau dapat pula dihitung berdasarkan rumus berikut ini,



1umlah sudu/bucket, 8d@

%

erlu pula dicatat bah!a jumlah pancaran/nole turbin elton umumnya satu

buah, tetapi kadangkala dapat piula lebih ( @ ata ; buah ) yang dipasang seporos.

-on#o* Soal

Sebuah roda turbin pelton berputar diba!ah suatu ketinggian head %4 m pada

kecepatan putaran ;44 rpm. 0fisiensi total 3 >, ratio pancaran air terhadap diameter roda

%/%4. tentukan (a) diameter roda, (b) diameter pancaran air, (c) lebar sudu/bucket, (d)

kedalaman/tinggi sudu, (e) jumlah sudu-sudu roda/runner.

Pen1elesaian

iketahui, * 8 %4 m L n 8 ;44 rpm L d/ 8 %/%4

0ff. "otal 8 3 > --4.3

$mbil, koefisien pancaran 2v 8 4,I3

Sehingga dapat dihitung kecepatan pancaran air masuk sudu,

v% 8 2v @g* 8 4,I3 m/det(;,%'----%(4.I,3%.@×

$mbil ratio kecepatan keliling rodaterhadap kecepatan pancaran air masuk (u/v%)

8 4,B' sehingga diperoleh

u 8 4,B' v% ---- 8 4,B' × ;,%' 8 @B,B' m/det

Kemudian juga diketahui bah!a berlaku hubungan bah!a kecepatan

keliling/tangensial,

u 8n

'4u ----

'4

n

π

π =

sehingga diameter roda, 8 m%,(';44%B,;

@B,B''4=

×

×

sedangkan diketahui bah!a ratio, d/ 8%/%4 maka diperoleh diameter pancaran

air, d 8 /%4 ---- 8 %,'/%4 8 4,%' m



Kemudian lebar sudu/bucket dihitung dengan, cm&34,%('(d( =×=× dan tinggi

sudu diambil, %,@ d 8 %,@ × 4,%' 8 %3,&@ cm

Selanjutnya tentukan jumlah pancaran air (nole), yaitu

%@d +=

8 nole@4 4,%'@

',% =×

). Ker0a 1ang Di*asil&an Tur%in Rea&si

"enaga, kerja, ataupun efisiensi dari sesuatu turbin dapat dilakukan analisis

perantaran atau melukiskan segitiga kecepatan aliran masuk air dan keluar sudu-sudu

roda/runner, seperti halnya pada kasus turbin reaksi aliran radial arus ke dalam (in!ard

flo!) seperti gambar,

Segi#iga &e)e"a#an aliran $asu& ! dimisalkan besaran-besaran berikut

? 8 kecepatan absolut aliran air masuk sudu/vane runner

u% 8 kecepatan keliling/tangen sial runner

f % 8 kecepatan aliran 8 komponen radial v%

!% 8 kecepatan keliling 8 komponen tangensial v%

vr % 8 kecepatan aliran air relatif terhadap vane runner



α 8 sudut arah vane

β 8 sudut masuk vane runner

Segi#iga &e)e"a#an aliran &eluar , dimisalkan sebagai berikut v@ 8 kecepatan absolute air keluar vane runner

f @ 8 kecepatan aliran air keluar 8 komponen radial v@

!@ 8 kecepatan keliling roda 8 komponen tangensial v @

u@ 8 kecepatan tangensial runner

vr @ 8 kecepatan relative air terhadap sudu runner

H 8 sudut keluar vane runner

7ntuk menentukan kecepatan runner tanpa terjadinya kejutan !aktu masuk,

maka kondisi air memasuki runner haruslah mempunyai suatu kecepatan relative

sejajar dengan permukaan vane runner. 5ni dapat dilihat melalui vr % yang

dimiringkan pada sudut F agar supaya menyinggung permukaan vane seperti

pada gambar.

+erdasarkan segitiga kecepatan masuk diperoleh hubungan berikut,

}{ )-(%34--%34sin

u

)-(%34sin

v %%

β α β =

$pabila jumlah massa air mengalir tiap detiknya ( m kg) maka pada suatu

kecepatan tangensial masuk vane runner diperoleh moment dari gaya tumbukan, yaitu

oment dari momentum 8 massa per detik = kec.tangensial = jari-jari

8 m = !% = r %

Sementara pada !aktu keluar vane runner diperoleh momen,

oment dari momentum 8 m = !@ =r @



engan demikian akan diperoleh eingkat perubahan momentum aliran masuk dan

keluar vane runner, yaitu

erubahan momentum 8 m ( !%

r %

- !@

r @

) 8 "orsi pada runner

1adi, tenaga yang dibangkitkan pada poros akan sama dengan kerja yang dilkukan per

detik pada runner, yaitu

Kerja runner per detik 8 "orsi = kecepatan sudut r unner

8 m ( !% r % - !@ r @ ) = ω

$kan tetapi diketahui bah!a kecepatan k eliling masuk (u%) atau keluar (u@) adalah,

u% 8 ω r % dan u@ 8 ω r @

sehingga akhirnya diperoleh tenaga pada runner, yaitu

s 8 Kerja runner per detik 8 m ( u% !% - u@ !@ ) Eatt

-on#o* soal

Sebuah turbin reaksi aliran radial arus ke dalam mempunyai diameter luar

runner 4, m dan diameter dalamnya 4,; m denga lebar inlet & mm. 9uas

efekti f aliran I; > dari luas kotornya dan kecepatan aliran konstan. Sudut sudu/vane

pengarah @;o

dan sudut sudu/vane masuk I;o

serta sudut sudu /vane keluar

;4o *itunglah kecepatan putaran runner agar air memasuki sudu tanpa terjadi

kejutan, tenaga output poros apabila tinggi jatuh (head) efektif '4 m. $sumsikan,

kehilangan gesekan hidrolik %4> dan efisiensi mekanik IB>.

Pen1elesaian, 9ihat dan pelajari segitiga kecepatan aliran masuk dan keluar pada



gambar di atas.

+erdasarkan segitiga kecepatan masuk diperoleh ,

}{ )-(%34--%34sin

u )-(%34sin

v%%

β α β =

&4sin

u

3&sin

v %% =

dan oleh karena, v% 8@;sin

f % maka didapatkan hubungan,

u% 8 f % @,B3&sin@;sin

&4sinoo

o

=×

f %

atau, f % 8 4,B%' u% ----------------- ( pers. 5)

Selanjutnya gunakan persamaan untuk menentukan kerja runner per detik (tenaga)

yaitu,

s 8 m (u% !% < u@ !@)

4,I m g * 8 m (u% !% < u@ !@) ---- kehilangan %4 > ≈ I4>

7ntuk massa m 8 % kg, diperoleh

4,I × '4 8g

!@u@ !%u% -------------- (pers. 55)

Sedangkan dari kecepatan sudut runner vane, berlaku hubungan,

@

@

%

%

r

u

r

u ==ω

$tau, u@ 8 u% %

@

r

r × ---- r % 8 jari-jari luar runner

r @ 8 jari-jari dalam runner

8 u% (,4

;(,4×

8 4,& u% ------------------ (pers. 555)

Kemudian dari segitiga kecepatan masuk diperoleh,



!% 8o

%

% @;---- f @,; tg

f == α

α

8 4,I3 u% ------------(lihat pers. 5)

Sedangkan dari segitiga kecepatan keluar diketahui,

!@ 8 u@ - o

%%

@

;4tg

f -u4,&

tg

f =

γ ----- f % 8 f @

8 4,& u% < %,&; f % ------ 8 4,& u% < 4,&@ u%

8 - 4,4@ u%

9ebih lanjut masukkan nilai * 8 '4 m ke dalam pers. 55 sebagai berikut,

4,I × '4 8g

u

u4,&4,4@u4,I3 @

%

@

%

@

i =×+

g

Sehinnga didapatkan, u% 8 g'44,I ×× ---- 8 @;m/det

$khirnya dari hubungan ini terhadap diameter luar runner diperoleh,

Kecepatan putaran runner (n) 84,;,%B

@;'4 -----

d

u'4

%

%

××=

π

8 3&3 rpm

$dapun tenaga output poros dapat dihitung sebagai berikut,

s 8 kerja pada runner per detik 8 m(u% !% < u@ !@) 8 m u%@

dimana, massa aliran per detik, m 8 %inletf $ ×× ρ

sedangkan, luas ($inlet) efektif I; > dari luas kotor saluran

sehingga, ($inlet) 8 4,I; 4,4&(4,(×××π --- 8 4,%% m@

sementara dari pers. 5 diperoleh hubungan komponen radial kecepatan,

f % 8 4,B%' u% ----- dan u% 8 @; m/det

maka, f % 8 4,B%' × @; ------ 8 I,3 m/det



$khirnya didapat massa aliran, m 8 %444 × 4,%% × I,3

8 %4 kg/det

1adi, kerja runner per detik atau tenaga adalah,

s 8 m u%@ ------ %4

× @;; 8 3 kE

adahal efisiensi mekanik diketahui I; > , sehingga tenaga pada output poros,

out 8 4,IB = 3 ------ 8 @B kE

e. Pe$ili*an (enis Tur%in

Suatu permasalahan besar yang sering konfrontatif dalam keteknikan adalah

pemilihan tipe /jenis turbin yang dapat memberikan nilai ekonomis yang maksi

mum dalam pengoperasian. esa!at prime- mover hidrolik selalu dilakukan

penyeleksian untuk disesuaikan dengan kondisi spesifik agar dapat beroperasi

pada tingkatan efisiensi yang maksimal mungkin .

emilih sebuah prime -mover hidrolik ("urbin) yang sesuai bergantung

pada pertimbangan atas variasi tinggi jatuh air (head) dan debit pada situs/tempat

lokasi dimana instalasi pembang kit akan dibangun. "ipe turbin akan dapat

dit entukan bilamana telah diketahui ketersediaan head, sehingga selanjutnya

tenaga yang dikembangkan beserta kecepatan putaran dapat pula ditentukan.

Kecepatan spesifik adalah merupakan kreteria yang paling relevan dalam memilih

suatu tipe turbin, karena kecepatan spesifik tersebut terdiri atas tiga factor yang

bersesuaian yaitu kecepatan, tinggi jatuh, dan debit atau tenaga pada suatu

tingkatan efisiensi tertentu. elalui kecepatan spesifik akan dapat

memperbandingkan antar tipe atau jenis dan klasifikasi dari setiap turbin.

Ke)e"a#an s"esi3i& Tur%in

$dalah didefinisikan sebagai kecepatan dimana sebuah turbin dapat memberikan

putaran dalam tiap menitnya untuk mengembangkan tenaga output setiap % kilo!att

pada ketinggian operasional tiap % meter.



engan nilai kecepatan spesifik ini akan memberikan inf ormasi

tentang karakteristik atau prilaku tampilan (prestasi atau kinerja) sesuatu tipe/jenis

turbin, yang mana dalam hal tersebut akan mempunyai nilai yang berbeda -beda

untuk masing - masingnya. 7ntuk kepentingan analisis maka persamaan yang biasa

digunakan untuk menentukan kecepatan spesifik adalah berdasarkan pendekatan

prinsip kesamaan dinamik (dynamic similarity) dan kesamaan geometric atau bangun

serupa (geometrically similar).

7ntuk memperjelas pengertian dan aplikasinya dalam pengembangan

system instalasi, contoh soal berikut ini membantu !a!asan saudara dalam hal tersebut.

-on#o* Soal

"urunkanlah suatu pernyataan untuk kecepatan spesifik (specific speed) sebuah

turbin dalam istilah/pengertian, putarannya (M), tenaga output (), dan tinggi

jatuh operasional (*). Selanjutnya aplikasikan untuk membangun suatu instalasi

pembangkit listrik tenaga air (hydro -electric station) pada ketersediaan head '4

m dan mengantisipasi ketersediaan aliran dengan debit ;@.; m;

/det. "urbin

:rancis akan dipilih untuk keperluan tersebut dengan suatu ketetapan kecepatan

spesifik %I4 dan menghasilkan putaran 44 rpm pada efisiensi total 3@>.

"entukanlah tenaga maksimum yang dibangkitkan instalasi dan berapa jumlah turbin

yang dibutuhkan.

Pen1elesaian!

7ntuk sembarang jenis turbin berlaku diameter luar runner dan lebar vane +

dengan tinggi jatuh head *, maka didapatkan

Kecepatan aliran, f 8 @%

*@g* ∝

9uas aliran $ +×∝

(dimana +/ 8 konstan untuk runner bangun serupa)

sehingga, $ @∝



ebit aliran, C 8 $ × f ∝ @ × *

%/@

"enaga, ∝ C × * ∝ @ × *

;/@

Sehinnga di dapat, B

;

@%

*

)∝

1ika kecepatan putaran runner n rpm tergantung pada kecepatan aliran dan

diameter runner maka,

M 8

*

runner iameter

kelilingKecepatan @%

∝

selanjutnya eliminasi dengan persamaan sebelumnya sehingga diperoleh,

M@

%

B(

)

* ∝

i dalam sistem satuan S5 unit atau metric kecepatan spesifik didefinisikan

sebagai nilai M apabila * 8 % m dan 8 % kE, sehingga

M 8 Ms@

%

B

(

)

*

atau kecepatan spesifik,

Ms 8B

(

@%

*

M) ---tergantung pada, M L L *

$dapun tenaga yang dapat disediakan pada sistem ini ditentukan melalui rumus,akt 8 kE *Cgtot ×××× ρ η

imana, η tot 8 efisiensi total 8 4,3@

ρ 8 massa jenis air 8 %444 kg/m;

C 8 debit 8 ;@,; m;/det dan * 8 '4 m



1adi, tenaga yang disediakan turbin aktual adalah,

akt 8 '4;@,;I,3%%4444,3@ ××××

8 %.'4 kE

#leh karena kecepatan spesifik, Ms 8B

(

@%

*

M) maka tenaga

output satu turbin, 8 @

@

* M

Ms ×

8 kEB.4@4'4

44

%I4@

@

=×

engan demikian dibutuhkan jumlah turbin, 8 unitBB.4@4

%.'4 =

Pe$oelan an Pengu0ian Moel

7kuran sebuah turbin air yang digunakan pada suatu instalasi pemba ngkit

tenaga air biasanya berukuran skala besar ( bahkan dapat lebih %4.444 hp ). "urbin-

turbin air pada pabrikan pembuatnya akan memanufaktur ko nstruksinya disesuaik

an dengan kondisi persyaratan yang spesifik. $dalah tidak mungkin untuk

memproduksinya secara massal karena tuntutan penyes uaian kondisi yang tentunya

tidak sama satu dengan lain. i samping itu, biaya untuk memanufaktur tentu

cukup besar (mahal) sehingga untuk kepentingan pengujian diperlukan mengembangkan

sebuah model yang dapat me!akili be ntuk aslinya, yaitu mempunyai bangun

serupa ( geometrically similar) dengan prototype turbin.

elalui model turbin tersebut akan diprediksi prilaku turbin sebenarnya,

karena model dan protype tersebut mempunyai kesamaan bentuk seperti, fisik casing,

mekanisme pengarah, pipa pelepas, dan sebagainya serta kesamaan dalam

dinamika. 7ntuk mempelajari karakteristik sebuah prototype melalui model, berarti

menentukan karakteristik turbin perantaraan beberapa istilah dan pengertian yang



berkaitan dengan aspek-aspek sebagai berikut

(a) Tenaga sa#uan (unit po!er), yaitu didefinisikan sebagai tenaga yang dikembangkan

sebua h turbin pada ketinggian head % m . "enaga satuan dihitung dengan rumus,

% 8@

;

*

)

(b) Ke)e"a#an sa#uan +uni# s"ee,! yaitu didefinisikan sebagai kecepatan putaran

yang diberikan sebuah turbin secara teoritis pada kondisi tinggi jatu head % m. 5ni

dapat ditentukan,

M% 8 M

@%

,

(c) De%i# sa#uan +uni# 4uan#i#1,! yaitu didefinisikan volume aliran melalui turbin

di ba!ah kondisi tinggi jatuh head % m, dan biasanya dapat diketahui melalui

persamaan, 7ntuk sembarang dua jenis turbin dengan kesamaan geometric

maka akan bekerja di ba!ah kondisi kesamaan dinamik, maka berlaku

C% 8 @%*

C

7ntuk sembarang dua jenis turbin dengan kesamaan geometric maka akan

bekerja di ba!ah kondisi kesamaan dinamik, maka berlaku

M

*

@%

∝ dan @;

@ *∝ sehingga,

Kecepatan spesifik, Ms 8 M% %/@ 8B

(

@%

*

) M×

engan demikian, bila diberikan dua turbin katakan $ dan + maka dari ratio

kecepatan spesifiknya



%

*

*

*

*

*

*

*

*

)

)

M

M

Ms+

Ms$

B(

$

B

(

+

B;

+

B

;

$

+

$

@%

+

+

$

@

%

$

B(

$

B(

+

@%

+

@%

$

+

$

=××××=

××==

1adi disimpulkan, Ms$ 8 Ms+ yang berarti kecepatan spesifik 8 konstant

-on#o* soal

$ir yang berada pada ketinggian (head) @&4 m, disediakan untuk instalasi

pembangkit listrik tenaga air dengan pengaliran ke rumah pembangkit (po!er house)

melalui tiga pipa penyaluran sepanjang @,B km , dan diperkirakan mengalami

kehilangan gesekan @B m. Sistem diputuskan untuk memasang suatu roda elton

dengan single jet dan mempunyai suatu kecepatan spesifik tidak melebihi ;3,

guna dapat menghasilkan total output poros %3444 kE. Kecepatan roda/runner '4

rpm, dan mempunyai ratio sudu/bucket terhadap kecepatan pancaran 4,B' .

$sumsikan efisiensi total roda 3&> dan koefisien nole 2d 8 4,IB dan 2v 8 4,I&.

"entukanlah, (a) jumlah roda pelton yang dibutuhkan, (b) diameter roda, (c) diameter

pancaran, (d) diameter pipa penyaluran. $mbil koefisien gesekan 3 5 6!667.

Pen1elesaian!

"inggi jatuh kotor 8 head gross 8 h 8 @&4 m

Kehilangan head akibat gesekan 8 h f 8 @B m

1adi, head tenaga 8 * 8 h < hf 8 @&4 < @B ------ 8 @B' m

(a) 1umlah mesin/pelton yang dibutuhkan, n 8esinsatu"enaga

aloutput tot"enaga



8n

%3.444 -----

444.%3=

P

+erdasarkan kecepatan spesifik

Ms 8 rpmroda putaran M---*) MB

(

@%

=

×

Ms 8 ;3 Idiketahui/diambil) ----- 8 @

@

@

@

@B''4

;3 h

M

Ms ×

=

8 ;@B' 8n

444.%3

$khirnya diperoleh, n 8 pelton)(rodamesin'say,'----;@B'

444.%3=

(b) Kecepatan pancaran, v 8 2v @gh ----- 8 4,I& @B'I,3%@ ××

8 '&,% m/det

Sementara kecepatan sudu/bucket, ----- 8 4,B' v ---- 8 4,B' × '&,%

8 ;4,I m/det

Sedangkan kecepatan sudu/bucket juga 8 ;4,I'4

'4

'4

'4

'4

n =×××= π π π

Sehingga diperoleh diameter roda, 8 m4,I4&----'4%B,;

;4,I'4 =×

×

(c) iameter pancaran nole, --- dalam hal ini tergantung pada debit C per mesin

(dengan efisiensi total 3& >)

$dapun total tenaga hidrolik yang dibutuhkan nole 8 kE@4.&44---3&,4

444.%3=

Sehingga tenaga pada nole per mesin, 8 kE;.B4'

&44.@4=

8 ;.B4 × %4; 8

*Cg ××× ρ

$khirnya debit, C 8 det/m%,B;---@B'I,3%%444

%4B4.; ;;

=××

×

1adi diameter nole, dno 8 ( )@B'@gIB4

B;%B ---

@g*2d

CB

×××××=×

π π

8 4,%'& m



(d) 1ika dimisalkan, d p 8 diameter pipaL 9 8 panjang pipaL v 8 kecepatan aliran di dalam

pipa

aka total debit untuk ' mesin/roda 8 'C 8 ' × %,B; 8 3,3 m;/det sedangkan

jumlah pipa penyaluran adalah ; buah, ----- sehingga untuk setiap pipa mengalir

(debit)

C p 8;

(3,3 8 @,3' m;/det

$dapun kehilangan head gesekan di dalam pipa, hf 8 @Bd;

f9C

p

@

p = m

Sehingga didapat diameter pipa, d p 8 m%,%4B@B;

@,3'%4@,B44',4

@;

=×

×××

Tugas an Penala$an Ma#eri

Setelah saudara mempelajari penggalan kedua modul pembelajaran ini

dan tambahan informasi lainnya yang dapat diakses dalam dunia maya, kerjakan tugas

soalan berikut. U"loa a#au &iri$ 0a8a%an sauara via – e$ail

san4uansing99:g$ail.)o$

%. alam sebuah roda turbin elton berdiameter keliling sudu %,3 m dan sudut

deflector %'4o

. iameter pancaran air %44 mm, dan tinggi jatuh air atau head

nole %; m, tentukan efisiensi hydrolik jika putaran @4 rpm.

@. Sebuah turbin reaksi aliran radial arus ke dalam mempunyai diameter runner %,@&

m dan beroperasi di ba!ah ketinggian head bersih '% m. Kecepatan

spesifik, sebagai patokan untuk pemindah an tenaga oleh runner ke poros

diberikan %@ dan efisiensi hydrolik I4>. 9uas aliran masuk air ke runner %,%%

m @ dan sudut blade pengarah masuk @4 o. $ir masuk ke runner tanpa terjadi

kejutan dengan kecep atan aliran melalui runner konstan . "entukanlah, (a) sudut

blade masuk runner dan keluar jika jari-jari lingkaran luar 4,B m, (b)

kecepatan runner dalam rpm, (c) tenaga yang dipindahkan runner ke poros.

;. Sebuah pancaran air roda pelton disupply dengan pen galiran air melalui



sebuah pipa sepanjang %' m dari reservoir pada tinggi jatuh head ;4

m. "urbin dirancang untuk mengembangkan tenaga 444 kE pada putaran

4 rpm. 1ika dalam pipa penyaluran terjadi kehilangan head %4 > dan koesien

gesek f 8 4,44 , hitunglah diameter pipa, luar pancaran nole, dan

diameter rata -rata roda. $sumsikan, koefisien pancaran 4,I3, kecepatan bucket

8 4,B' kecepatan pancaran, dan efisiensi turbin 3'> .

B. $pa yang dimaksud dengan kecepatan spesifik sebuah turbin, dan turunkanlah

pernyataan untuk ini. 1ika sebuah turbin mengembangkan tenaga %444

kiloEatt pada putara %@4 rpm, pada head %3 m berapa kecepatan spesifiknya.

DATAR PUSTAKA

ake, 1. , *ydrolika teknik, 0rlangga, 1akarta, %I3

omkun!ar, S N $rora, S.2, o!er lant 0ngneering, hanpat ai N Sons, elhi,

%I34

oglas, 1.:, Solution of *ydraulic :luid echanic s, itman ublishing ty

9td, 9ondon %I3%

Khurmi, .S, *ydroulic, :luid echanic N *ydrolic achines , 0rusia ublshing,

Me! elhi, %I34

Biogara3i Penulis;

*asanuddin, lahir di 5numan-5ndragiri (iau) tahun %I.

enyelesaikan Sarjana muda tahun %I&& dan Sarjana

9engkap tahun %I&I di jurusan mesin :K" 5K5 adang .

9ulus program asca Sarjana agister Sain bidang

perencanaan pembangunan Eilayah N edesaan 5+-+ogor

tahun %II;. Staf pengajar jurusan "eknik esin, dengan



sejumlah pengalaman mengajar/membina matakuliah,

Konversi 0nergi, ekanika "eknik, ekanika :luida,

"hermodinamika, kinematika N inamika, "eknologi "enaga :luida, esin "eknologi

"erapan, atematika "eknik, anajemen 5ndustri. Selain itu, juga pernah aktif mengajar

pada program asca Sarjana () :akultas 0konomi 7M membina perkuliahan

anajemen #perasional serta pengalaman mengajar prodi anajemen S% :0-7M

dalam matakuliah #peration esearch. engalaman jabatan yang pernah diamanahkan,

sekretaris 9embaga enelitian 7M dan saat ini jabatan fungsional 9ektor Kepala.

1. instalasi pembangkit tenaga air

Documents