TURBIN AIR

Fungsi Turbin Air

Dikembangkan mulai abad 19 dan secara luas digunakan untuk tenaga industri. Sekarang lebih umum dipakai untuk penggerak mula PLTA. Memanfaatan tenaga air yang merupakan sumber energi yang dapat diperbaharui. Sudu dan poros turbin terhubung dengan poros generator. Poros generator menggerakkan rotor, yang selanjutnya bergerak di kumparan stator generator. Air mengalir melalui turbin, memberi tenaga pada sudu turbin (blade) dan membuatnya berputar. Akibatnya tenaga mekanik poros akan diubah menjadi tenaga listrik.

Turbin air adalah jantung PLTA, dan membentuk komponen biaya terbesar PLTA.

Posisi turbin air sebagai penggerak mula (prime mover) PLTA dan komponen lain sepeti dam, pipa pesat (penstock), reservoir atas dan bawah, dan generator.Klasifikasi Berdasarkan Tekanan

Terdiri : A.Turbin Impuls B.Turbin Reaksi

A.Turbin Impuls, disebut juga turbin tanpa tekanan

Jatuh tekanan terjadi di difuser atau nosel

Mengubah energi kinetik jet air yang menubruk sudu turbin (bucket) dan keluar pada tekanan atmosfer

Tidak ada jatuh tekanan melintas turbin

tidak ada sisi bawah isapan, aliran air keluar melalui rumah turbin setelah menubruk air

Aplikasi head tinggi, debit rendah.

Jenisnya : Turbin Pelton, aliran silang (crossflow) dan Turgo

Gambaran Gaya impuls ditunjukkan gambar 11.3 dan gambar 11.4

a. Roda Pelton

Nosel mengalirkan arus air langsung dengan kuat menumbuk rangkaian bucket yang terpasang di sekeliling roda.

Setiap bucket membalikkan aliran air dan daya dorong ini memutar turbin. Cocok untuk head yang tinggi dan lokasi dengan debit rendah

Unit terbesar dapat mencapai hingga 200 MW.

Dapat beroperasi dengan head sekecil 15 meter dan setinggi 1.800 meter.

Gbr.11.6.Turbin roda Pelton (a) Potongan vertikal; (b) aliran air telihat dari sudu yang berpindah; (c) gerak aktual air dan sudu

b. Turbin Aliran Silang (Cross Flow)

Berbentuk drum

Mulut nosel segi empat memanjang,mengarah langsung sudu-lengkung di runner bentuk silinder

Blower sangkar tupai

aliran air melewati blade dua kali Laluan pertama: air mengalir dari sisi luar sudu (blade) ke bagian dalam

Laluan kedua: dari sisi dalam dalam arah mundur

Aliran air lebih besar dan head lebih rendah daripada Pelton.

c. Turbin Turgo

B. Turbin Reaksi Atau Turbin Tekan

Daya didapat dari jatuh tekanan melintas turbin

Aksi gabungan tekanan dan perpindahan air

Secara total terbenam di air, arus tidak menumbuk setiap blade seperti turbin pelton

Gerak putar dan linier dikonversi menjadi daya poros

Jenisnya : Francis, Turbin Propeler, Kaplan, dan Deriaz

Head lebih rendah dan aliran lebih tinggi dibanding dengan turbin impuls.

a. Turbin Francis

Lubang masuk (inlet) berbentuk spiral.

Sudu pengarah secara langsung memberi gaya tangensial air ke sudu jalan (runner).

Aliran radial ini beraksi pada sudu runner menyebabkan runner berputar. Sudu pengarah (guide vanes atau wicket gate) memungkinkan disetel agar operasi turbin efisien pada kondisi kisaran debit air.

Paling diharapkan untuk lokasi dengan debit tinggi dengan head rendah hingga sedang.

Efisiensi 90%.

Mahal didesain, pembangunan dan pemasangan tetapi beroperasi hingga puluhan tahun.

b.Turbin Baling-baling (Propeller) Runner mempunyai 3 6 sudu.

Air bersinggungan dengan semua sudu air dengan tetap.

Tekanan air di pipa selalu konstan

Sudu propeler tetap atau dapat digerakkan / diatur-atur.

Rumah turbin berbentuk gulungan (Scroll case), wicket gates, dan draft tube

Tipe: Kaplan, turbin Bulb, Straflo, turbin Tube, c. Turbin Kaplan

Jenis khusus dari turbin propeler, karena sudu pengarah dan sudu runner dapat diatur (controlable pitch propeller)

Saluran masuk (inlet) adalah tabung berbentuk gulungan ( scroll-shaped tube) yang mengelilingi sudu pengarah (wicket gate).

Air diarahkan secara tangensial melewati wicket gate, dan bentuk spiral runner akan menyebabkan putaran propeler.

Saluran buang (outlet) adalah draft tube bentuk khusus yang membantu perlambatan aliran dan merubahnya menjadi energi kinetik.

d. Turbin Bulb

Turbin dan generator adalah satu unit tersegel (kedap air) diletakkan secara langsung di arus air

Turbin Jenis Lain Straflo : generator diletakkan langsung di sekeliling turbin.

turbin tabung (tube turbin): pipa pesat belok tepat sebelum atau setelah sudu jalan (runner), memungkinkan hubungan garis lurus dengan generator

Klasifikasi Berdasarkan Tinggi Tekan (Head)

Head

Air harus jatuh dari elevasi lebih tinggi ke sisi yang lebih rendah guna melepaskan potensi energi tersimpannya.

Perbedaan antara kedua elevasi (beda tinggi air di forebay dan tailbay) dinamakan head Klasifikasi tinggi tekan bermacam-macam diantaranya :

- Tinggi Tekan (Head) rendah 2-15 m

- Tinggi Tekan (Head) sedang 16- 70 m

- Tinggi Tekan (Head) tinggi 71 -700 m

- Tinggi Tekan sangat tinggi > 500 m

Klasifikasi Berdasarkan Arah Aliran

Arah aliran sejajar poros disebut aksial

Arah aliran tegak lurus poros disebut tangensial

Rah aliran meninggalkan poros disebut arah radial

Arah bersiku dengan poros , arah diagonal

Jenis Turbin Arah Aliran

FrancisRadial atau gabungan

PeltonTangensial

Propeler/Ka-planAksial

DeriazDiagonal

a.Turbin Aliran Gabungan (mixed)

b. Turbin Aliran Aksial (Axial Flow)

Klasifikasi Berdasarkan Debit

Pembagian ini adalah terminologi kualitatif

Terbagi menjdi :

-Turbin debit rendah

-Turbin debit sedang

-Turbin debit tinggi

Jenis Turbin Debit Aliran

Pelton Rendah

FrancisSedang

Propeler/Ka-planTinggi

Klasifikasi Berdasarkan Tenaga

Tenaga tergantung dengan debit, head dan efisiensi pembangkit

Dari bagan kisaran aplikasi turbin maka potensi tenaga terbesar berturut-turut : T. Francis > T. Pelton > T. Kaplan

Klasifikasi Berdasarkan Kecepatan Spesifik

Kecepatan Spesifik Turbin (Ns) adalah kecepatan pada keadaan dimana mesin menghasilkan daya 1 BHP pada head 1 meter (Kothadaraman, Basic Power Plant Engineering)

Kecepatan Spesifik Turbin (Ns): Ns = N (P)1/2 / H5/4 , Ns antara 4 s.d 1100

Ns berbanding langsung dengan kecepatan (N), sehingga Ns makin rendah menunjukkan adalah runner yang makin lambat.

Penggerak Kecepatan Spesifik

Lambat Sedang Cepat

Pelton

Francis

Kaplan 4 15 16 - 30 31-70

60 - 150 151-250 251-400

300- 450 451- 700 701-1100