FIX Makalah Turbin Air Kelompok 8 [PDF]

Citation preview

MAKALAH KLASIFIKASI TURBIN AIR



Nama Kelompok : 1. SUCI WULANDARI (1501021) 2. TITUS HERDITO (1501090)



SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI MINYAK DAN GAS BUMI 2016 KATA PENGANTAR 1



Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Tuhan YME, karena rahmat dan hidayah-Nya sehingga pada kesempatan ini kami dapat menyusun Makalah mengenai klasifikasi Turbin Air ini sebagai mana mestinya. Dalam penyusunan makalah ini,kami menyadari Masih banyak kekurangan baik dari segi susunan serta cara penulisan makalah ini,karenanya kami harapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini bisa bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya dan juga bermanfaat bagi kami khususnya.



Balikpapan,30 Oktober 2016



Kelompok 8 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR................................................................2 DAFTAR ISI..............................................................................3 BAB I PENDAHULUAN....................................................................4 2



1.1 Rumusan Masalah ..................................................5 1.2 Tujuan.....................................................................5 BAB II PEMBAHASAN........................................................................6 2.1. Pengertian Turbin air.................................................6 2.2. Fungsi Turbin air ........................................................6 2.3 Komponen dalam turbin air .......................................7 2.4 Prinsip kerja turbin air ...............................................8 2.5 Klasifikasi turbin air ...................................................8 2.6 Pemeliharaan Turbin...................................................19 2.7 Pengaruh Pada Lingkungan.........................................20



BAB III PENUTUP .................................................................................22 3.1 Kesimpulan.................................................................22 3.2 Saran............................................................................23 DAFTAR PUSTAKA



BAB I PENDAHULUAN 3



1.1 Latar Belakang Turbin



adalah



suatu



alat



yang



dipergunakan



untuk



mengkonversikan sebuah energi menjadi energi yang lain. Turbin mengkonversikan energi yang berasal dari alam, seperti angin, air, dan gas untuk diubah menjadi energi yang lebih bermanfaat. Salah satunya adalah turbin air. Turbin air mengubah energi yang dihasilkan oleh aliran air menjadi energi listrik. Turbin air digunakan di PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air) untuk mengubah energi dari air yang tertampung dibendungan untuk dikonvesrikan menjadi energi listrik yang dialirkan ke rumah masyarakat. Air merupakan sumber energi yang sangat melimpah, terlebih pada saat musim penghujan. Oleh karena itu, air perlu dimanfaatkan untuk diubah menjadi energi yang lain yaitu energi listrik. Pemanfaatan energi dari air untuk menjadi energi listrik membutuhkan suatu alat konversi energi, yaitu turbin air. Gaya potensial air akan mendorong sudu-sudu pada turbin air yang kemudian menggerakkan poros turbin dan selanjutnya akan diteruskan ke generator utnuk menghasilkan energi listrik. 1.2 Rumusan Masalah 1. Apa pengertian Turbin air ? 2. Apa fungsi dari turbin air ? 3. Bagaimana prinsip kerja turbin air ? 4



4. Apa komponen komponen dari turbin air ? 5. Apa saja Jenis jens turbin air ? 1.3 Tujuan 1. Mengetahui apa itu turbin air 2. Mengetahui fungsi dari turbin air. 3. Mengetahui prinsip kerja dari turbin air. 4. Mengethui komponen dari turbin air. 5. Mngetahui jenis jenis turbin air.



BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian 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. 2.2 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 baling-baling



5



digantikan air untuk memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator.



2.3 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 komponenkomponen dengan tujuan agar tidak mengalami kebocoran pada sistem.



b.



Stator, yaitu bagian yang diam pada sistem yang terdiri dari :



6



 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. 2.4 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 sudusudu tersebut akan mengakibatkan poros turbin ikut bergerak dan kemudian putaran poros turbin akan diteruskan ke generator listrik untuk diubah menjadi energi listrik. 2.5 Klasifikasi 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, 7



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 menjadi 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



8



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. 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. Adapun macam-macam turbin air antara lian : a.



Turbin Pelton Turbin Pelton ditemukan pada tahun 1870an oleh Lester Allan



Pelton. Jenis Turbin ini memiliki satu atau beberapa jet penyemprot air



9



untuk memutar piringan. 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.



10



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



11



poros dan sebagian kecil energi terlepas dan sebagian lagi digunakan untuk melawan gesekan dengan permukaan sudu turbin. b.



Turbin Turgo



Turbin turgo Dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Keuntungan dan kerugian juga sama. Pancaran air dari nozzle membentuk sudut 20°. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menrurukan biaya perawatan. c.



Turbin Crossflow



12



Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jenis turbin reaksi



Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan



dibanding dengan pengunaan kincir air maupun jenis turbin mikro hidro lainnya. Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat menghemat biaya pembuatan penggerak mula sampai 50 % dari penggunaan kincir air dengan bahan yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin Cross-Flow lebih kecil dan lebih kompak dibanding kincir air. Dalam pengoperasian turbin cross-flow ini sebuah nosel empat persegi mengarahkan pancaran air (jet) ke sepanjang runner. Pancaran air tersebut mendorong sudu dan memindahkan sebagian besar energi kinetiknya ke turbin. Pancaran air tersebut lalu melewati runner dan kembali mendorong bagian sudu yang lain sebelum keluar dari runner, memindahkan sebagian kecil energi kinetiknya yang masih tersisa. d.



Turbin Francis



13



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 14



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. e.



Turbin Kaplan Propeller



Turbin Kaplan termasuk kelompok turbin air reaksi jenis baling-baling (propeller). Keistimewaannya adalah sudut sudu geraknya (runner) bisa diatur (adjustable blade) untuk menyesuaikan dengan kondisi aliran saat itu yaitu perubahan debit air. Pada pemilihan turbin didasarkan pada kecepatan spesifiknya. Turbin Kaplan ini memiliki kecepatan spesifik tinggi (high spesific speed). Turbin kaplan bekerja pada kondisi head rendah dengan debit besar . Pada perancangan turbin Kaplan ini meliputi



15



perancangan komponen utama turbin Kaplan yaitu sudu gerak (runner), sudu pengarah (guide vane), spiral casing , draft tube dan mekanisme pengaturan sudut bilah sudu gerak. Pemilihan profil sudu gerak dan sudu pengarah yang tepat untuk mengasilkan torsi yang besar. Perancangan spiral casing dan draft tube menggunakan persamaan empiris. Perancangan mekanisme pengatur sudut bilah (β) sudu gerak dengan memperkirakan besar sudut putar maksimum sudu gerak berdasarkan jumlah sudu, debit air maksimum dan minimum. Turbin Kaplan ini dirancang untuk kondisi head 4 m dan debit 5 m³/s. Akhirnya dari hasil perancangan turbin Kaplan ini didapatkan dimensi dari komponen utama turbin yang diwujudkan ke dalam bentuk gambar kerja dua dimensi.



2.6 Pemeliharaan Turbin Sebuah



turbin



Francis



dalam



masa



akhir



penggunaanya, menunjukkan lubang kavitasi, retakan kelelahan dan kerusakan besar. Dapat dilihat bekas perbaikan sebelumnya dengan las stainless steel. Turbin didesain untuk bekerja dalam jangka waktu puluhan tahun dengan sangat sedikit pemeliharaan pada elemen utamanya, interval pemeriksaan total dilakukan dalam jangka waktu beberapa tahun. Pemeliharaan pada sudu, pengarah dan part lain yang bersentuhan dengan air termasuk pembersihan, pemeriksaan dan perbaikan part yang rusak.



16



Keausan umumnya adalah lubang akibat kavitasi, retakan kelelahan dan pengikisan dari benda padat yang tercampur dalam air. Elemen baja diperbaiki dengan pengelasan, umumnya dengan las stainless steel. Area yang berbahaya dipotong atau digerinda, kemudian dilas sesuai dengan bentuk aslinya atau dengan profil yang diperkuat. Sudu turbin tua mungkin akan mempunyai banyak tambahan stainless steel hingga akhir penggunaannya. Prosedur pengelasan yang rumit mungkin digunakan untuk mendapatkan kualitas perbaikan terbaik. Elemen lainnya yang membutuhkan pemeriksaan dan perbaikan selama pemeriksaan total termasuk bantalan, kotak paking dan poros, motor servo, sistem pendingin untuk bantalan dan lilitan generator, cincin seal, elemen sambungan gerbang dan semua permukaan. 2.7 Pengaruh Pada Lingkungan Turbin air mempunyai pengaruh positif dan negatif bagi lingkungan. Turbin adalah salah satu penghasil tenaga terbersih, menggantikan pembakaran bahan bakar fosil dan menghapuskan limbah nuklir. Turbin menggunakan energi terbarukan dan dedesain untuk beroperasi dalam jangka waktu puluhan tahun. Turbin memproduksi sumber energi listrik dunia dengan jumlah yang besar. Dalam sejarah turbin juga mempunyai konsekuensi negatif. Putaran sudu atau gerbang pengarah dari turbin air dapat mengganggu ekologi natural sungai, membunuh ikan, menghentikan migrasi dan menggangu



17



mata pencaharian manusia. Contohnya, suku Indian Amerika di Pasific Northwest mempunyai mata pencaharian memancing ikan salmon, tapi pembangunan dam secara agresif menghancurkan jalan hidupnya. Hingga akhir abad 20, dapat dimungkinkan untuk membangun sistem pembangkit tenaga air yang mengalihkan ikan dan organisme lainnya dari saluran masuk turbin tanpa kerusakan atau kehilangan tenaga yang berarti. Sistem akan memerlukan sedikit pembersihan tetapi secara pada dasarnya lebih mahal untuk dibangun. Di Amerika Serikat sekarang menahan migrasi ikan adalah ilegal, sehingga tangga ikan harus disediakan oleh pembangun bendungan.



BAB III PENUTUP 3.1 Rangkuman 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. Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar.



18



Secara garis besar, turbin terdiri dari 2 komponen, yaitu komponen stator dan komponen rotor. Komponen stator merupakan komponen yang tidak bergerak (diam). Yang merupakan komponen stator yaitu nozzle (penyemprot) dan rumah turbin. Sedagkan rotor adalah komponen yang bergerak. Contoh dari rotor adalah poros turbin, sudu, dan bantalan. Berdasarkan perubahan momentumnya, turbin air diklasifikasikan menjadi 2 kelompok, yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Perbedaan antara turbin impuls dan turbin reaksi terletak pada tingkat tekanan airnya. Pada turbin impuls, tekanan airnya sama antara air masuk ke sudu dengan saat air keluar. Sedangkan pada turbin reaksi, tekanan air pada saat masuk ke sudu lebih besar daripada saat keluarnya. 3.2 Saran 1. Sebaiknya di Indonesia pemerintah lebih mengembangkan tenaga air untuk pembangkit listrik. 2. Pemerintah seharusnya menyediakan peralatan yang digunakan untuk membuat turbin air / kincir air untuk memenuhi kebutuhan pasokan listrik untuk daerah terpecil yang belum mendapatkan akses dari PLN. DAFTAR PUSTAKA https://laskarteknik.com/2010/05/31/klasifikasi-turbin/ http://www.satuenergi.com/2015/04/jenis-jenis-turbin-airpltapltmh.html http://blogbirink.blogspot.co.id/2015/11/jenis-jenis-turbin-fungsinyabeserta.html 19



20