jiptummpp gdl andi095100 32589 3 babii

Upload: chamdani-achmad

Post on 09-Oct-2015

11 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

proyek desain team

TRANSCRIPT

  • 5

    BAB II

    TINJAUAN PUSTAKA

    2.1 PLTMH

    Pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) pada dasarnya

    memanfaatkan energi air. Semangkin tinggi jatuh air maka semangkin maka

    semangkin besar energi potensial air yang dapat si ubah menjadi energi listrik.

    Disamping faktor geografis yang memungkinkan untuk dibangun pembangkit.

    Tinggi jatuh air dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga

    permukaan air menjadi tinggi.

    Secara umum PLTMH merupakan pembangkit yang memanfaatkan aliran

    sungai. Komponen sistem PLTMH tersebut terdiri dari bangunan penyadap

    (intake), saluran pembawa, bak penampung dan penenang, saluran pelimpah, pipa

    pesat, rumah pembangkit, dan saluran pembuangan. Perancangan pengembangan

    PLTMH dimulai dari penentuan lokasi intake. Bagaimana aliran akan dibawa ke

    turbin dan penentuan tempat rumah pembangkit untuk mendapatkan tinggi jatuh

    optimum dan aman dari banjir.

    2.2 Pinsip kerja PLTMH

    Prinsip kerja PLTMH yang paling utama adalah memanfaatkan

    semaksimal mungkin energi air yang dapat ditangkap oleh peralatan utamanya

    yang disebut turbin/kincir air. Efisiensi turbin yang dipilih untuk menangkap

    energi air tersebut menentukan besarnya energi mekanik atau energi poros yang

    merupakan daya output pada turbin guna memutar generator listrik.

  • 6

    Gambar 0.1 Prinsip kerja PLTMH

    Sumber: Pedoman Study Kelayakan Sipil Pembangunan PLTMH. (2009:03)

    Secara teknis, mikro hidro memiliki tiga komponen utama yaitu air

    (sumber energi), turbin dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas

    tertentu disalurkan dengan ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (rumah

    turbin). Di rumah instalasi, air tersebut akan menumbuk turbin dimana turbin

    dipastikan akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi

    mekanik berupa berputarnya poros turbin. Poros yangberputar tersebut kemudian

    ditransmisikan ke generator dengan mengunakan kopling. Dari generator akan

    dihasilkan energi listrik yang akan masuk ke sistemkontrol arus listrik sebelum

    dialirkan ke rumah-rumah atau keperluan lainnya (beban). Begitulah secara

    ringkasproses mikro hidro merubah energi aliran dan ketinggian air menjadi

    energi listrik. Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumberair bergantung

    pada besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka

    headadalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air

  • 7

    keluar dari kincir air/turbin air. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air

    adalah merupakan energi potensial air yaitu:

    EP = m . g . h

    Dimana:

    EP = Energi potensial

    M = Massa air

    H = Head

    G = Percepatan gravitasi

    Keuntungan PLTMH :

    1. PLTMH sangat murah biaya maintenance (perawatan) dan tidak

    membutuhkan bahan bakar, karena PLTMH menggunakan energi alam.

    2. Air merupakan sumber daya energi terbarukan dan bersifat continue.

    3. Tidak ada limbah atau pencemaran.

    4. Memiliki konstruksi yang sederhana dan dapat dioperasikan di daerah

    terpencil dengan tenaga terampil penduduk daerah setempat dengan sedikit

    latihan.

    5. Dapat dipadukan dengan program lainnya seperti irigasi dan perikanan.

    6. Efesiensinya tinggi.

    Kekurangan PLTMH :

    1. Biaya investasi yang cukup besar karena area yang harus diadakan cukup

    besar karena harus mengalirkan air dari bendungan atau hulu sungai dan

    membawanya ke daerah power house yang ada dihilir.

    2. Pembangunan akan merusak ekosistem karena biasanya sungai yang

    memiliki elevasi tinggi adalah daerah hulu dan biasanya masih terjaga

  • 8

    alamnya, apabila dibangun PLTMH, biasanya melakukan perusakan alam

    dan lingkungan.

    3. biasanya kendala utamanya adalah terlalu dipengaruhi oleh iklim dimana

    musim akan mempengaruhi debit air yang ada di sungai. Biasanya hal ini

    terjadi saat musim kemarau.

    2.3 Desain sistem PLTMH

    Dalam suatu lokasi potensi pembangin energi mikrohidro dapat dipetakan

    sebagai suatu skema sistem (gambar) yang terdiri dari bererapa komponen

    bangunan sipil seperti bendungan (weir), saluran pengambil (intake), saluran

    pembawa, bak pengendap, saluran pembawa, bak penenang, pipa pesat (penstock),

    rumah pembangkit dan saluran pembuang.

    2.3.1 Lokasi bangunan penyadap (intake)

    Bangunan penyadap atau intake merupakan suatu unit yang

    berfungsi untuk menyadap atau mengambil air baku dari badan air sesuai

    dengan debit yang diperlukan untuk pengolahan. Kondisi air permukaan

    sangat berarti dalam menentukan titik pengambilan air. Dimana terdapat

    kondisi air yang konstan, ditempat inilah merupakan titik pengambilan

    yang diharapkan. Analisa kualitas air permukaan pada setiap bagian

    penampung di titik yang dinilai cocok untuk pengambilan air sangat

    penting bagi penetapan lokasi bangunan intake. Dan analisa kualitas air

    permukaan horizontal sangat pokok untuk menetapkan titik pengambilan

    semua jenis intake.

  • 9

    Gambar 0.2 Intake

    Sumber: Pedoman Study Kelayakan Sipil Pembangunan PLTMH. (2009:03)

    Lokasi intake harus memiliki dasar sungai yang relatif stabil,

    apalagi bila bangunan intake tersebut tanpa bendungan (intake dam).

    Dasar sungai yang tidak stabil mudah mengalami erosi sehingga

    permukaan dasar sungai lebih rendah dibandingkan dasar bangunan intake,

    hal ini akan menghambat aliran air memasuki intake. Dasar sungai berupa

    lapisan lempeng batuan merupakan tempat yang stabil. Tempat di mana

    kemiringan sungainya kecil, umumnya memiliki dasar sungai yang relatif

    stabil. (Buku Pedoman 2A, Studi Kelayakan Hidrologi dan Daerah Aliran

    Sungai).

    Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pembangunan intake

    1. Intake sebaiknya terletak ditempat yang aliran airnya tidak terlalu

    deras.

    2. Tanah disekitar intake harus stabil dan tidak mudah terkena erosi.

    3. Inlet, harus berada dibawah permukaan badan air untuk mencegah

    masuknya benda-benda terapung.

    4. Intake seharusnya terletak jauh sebelum sunber kontaminasi.

  • 10

    5. Intake sebaiknya dilengkapi dengan saringan kasar yang selalu

    dibersihkan.

    6. Jika permukaan badan air selalu konstan dan tebing sungai terendam

    air, maka intake dapat di buat di dekat sungai.

    2.3.2 Saluran pembawa

    Saluran Pembawa merupakan saluran mengalirkan air dari intake

    menuju pipa pesat dengan menjaga ketinggian muka airnya. Saluran ini

    biasanya mempunyai kemiringan relative kecil. Tipe saluran pembawa

    biasanya sangat tergantung pada kondisi topografi geologi daerah yang

    dilewati, dan dapat berupa saluran terbuka, pipa ataupun terowongan., baik

    bertekanan ataupun tidak bertekanan. Konstruksi saluran penghantar dapat

    berupa pasangan batu kali atau hanya berupa tanah yang digali. Pada

    saluran penghantar yang panjang perlu dilengkapi dengan saluran

    pelimpah untuk setiap jarak tertentu. Jika terjadi banjir pada saluran

    tersebut, kelebihan air akan terbuang melalui saluran pelimpah.

    Gambar 0.3 Saluran pembawa

    Sumber: Pedoman Study Kelayakan Sipil Pembangunan PLTMH. (2009:03)

  • 11

    2.3.3 Bak pengendap

    Bak pengendap biasanya dibangun lebih dalam dengan tujuan

    untuk menampung lumpur atau pasir yang terbawa oleh air. Bak

    pengendap tidak hanya mempunyai struktur yang hanya mampu

    untuk menempatkan dan memindahkan sedimen yang ukurannya lebih

    besar dari ukuran minimum yang dapat merusak turbin, dll. tetapi juga

    suatu saluran pelimpah untuk menjaga agar debit air yang berlebih tidak

    mengalir ke saluran air. Konfigurasi dasar dari bak pengendap

    diilustrasikan di bawah ini.

    Gambar 0.4 Bak penenang

    Sumber: PLTMH Sumber Maron (2011)

    2.3.4 Saluran pelimpah

    Bangunan pelimpah merupakan bangunan pengaman dari suatu

    bendungan, yang harus mempunyai kapasitas sedemikian sehingga mampu

    menyalurkan kelebihan air yang dialirkan sungai masuk bendungan pada

    waktu bendungan penuh atau permukaan air maksimum diperkirakan

    tanpa menimbulkan kerusakan pada bendungan itu sendiri.

  • 12

    Gambar 0.5 Saluran pelimpah

    Sumber: PLTMH Sumber Maron (2011)

    2.3.5 Rumah pembangkit (power house)

    Tujuan bangunan rumah pembangkit (power house) adalah sebagai

    bangunan yang berfungsi seperti : turbin, generator, panel kontrol, dan

    untuk melindungi peralatan elektro mekanikal lainnya dari segala cuaca

    dan juga mencegah dari orang yang tidak berkepentingan dan pencurian

    peralatan barang tersebut.

    Gambar 0.6 Rumah pembangkit

    Sumber: PLTMH Sumber Maron (2011)

  • 13

    2.4 Turbin Air

    2.4.1 Pengertian turbin air

    Dalam pembangkit listrik tenaga air (PLTA) turbin air merupakan

    peralatan utama selain generator. 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. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi

    potensial air menjadi energi kinetik, turbin air dibedakan menjadi dua

    kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Pengelompokkan turbin

    air ditunjukkan oleh Tabel 1 berikut :

    Tabel 0-1 Pengelompokan turbin air

    High Head Medium head Low head

    Turbin Impuls Pelton

    Turgo

    Crossflow

    Multi-Jet

    Pelton

    Turgo

    Crossflow

    Turbin Reaksi Francis Propeller

    Kaplan

    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, sehingga

  • 14

    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 airyang 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.

    2.4.2 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

  • 15

    digantikan air untuk memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan

    ke generator.

    2.4.3 Bagian-bagian dari turbin

    1. Sudu pengarah (guide vane)

    Berfungsi untuk mengontrol aliran fluida yang akan masuk ke turbin.

    2. Runner turbin

    Roda yang berputar pada bagian roda turbin terdapat sudu-sudu, karena

    sudu tersebut bergerak bersama dengan roda turbin maka sudu-sudu

    tersebut dinamakan sudu gerak atau sudu jalan. Pada sebuah roda turbin

    terdapat beberapa sudu gerak, setiap baris sudu terdiri dari sudu-sudu

    yang disusun melingkarroda turbin, masing-masing dengan bentuk dan

    ukuran yang sama. Berfungsi untuk mengubah energi potensial fluida

    menjadi energi mekanik.

    3. Poros turbin

    Poros turbin haruslah sangat kuat karena diperuntukan untuk nenahan

    gaya putar yang dihasikan akibat gaya tekanan fluida. Pada poros turbin

    terdapat runner dan ditumpu dengan bantalan radial dan bantalan axial.

    4. Rumah turbin

    Biasanya berbentuk keong atau spiral, berfungsi untuk mengarahkan

    aliran masuk sudu pengarah.

    5. Pipa hisap

    Mengalirkan air yang ke luar turbin ke saluran luar.

  • 16

    6. Pipa pesat (penstok)

    Adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air dari bak

    penenang (forebay tank). Perencanaan pipa pesat mencakup pemilihan

    material, diameter penstock, tebal dan jenis sambungan (coordination

    point). Pemilihan material berdasarkan pertimbangan kondisi operasi,

    aksesibility, berat, sistem penyambungan dan biaya. Diameter pipa pesat

    dipilih dengan pertimbangan keamanan, kemudahan proses pembuatan,

    ketersediaan material dan tingkat rugirugi (fiction losses) seminimal

    mungkin. Ketebalan penstock dipilih untuk menahan tekanan hidrolik

    dan surge pressure yang dapat terjadi.

    Gambar 0.7 Pipa pesat (penstock)

    Sumber: PLTMH Sumber Maron (2011)

    2.4.4 Pemilihan jenis 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

  • 17

    diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus

    yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu :

    Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

    dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

    mempengaruhi pemilihan jenis turbin, contoh : turbin pelton efektif

    untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif

    beroperasi pada head rendah.

    Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

    yang tersedia.

    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.

    Efisiensi turbin (qt)

    0.8 - 0.85 untuk turbin pelton

    0.8 - 0.9 untuk turbin francis

    0.7 - 0.8 untuk turbin crossfiow

    0.8 - 0.9 untuk turbin propellerl / kaplan

  • 18

    Tabel 0-2 Pengelompokan turbin berdasarkan putaran spesifik dan head

    Jenis Turbin Variasi Head (m) Putaran spesifik (rpm)

    Kaplan dan Propeller 2 < H < 20 250 Ns 1000

    Francis 10 < H < 350 60 Ns 300

    Pelton 50 < H

  • 19

    2.4.5 Klasifikasi turbin air

    Dari perumusan Bernouli, menunjukkan bahwa daya air dari

    suatu aliran mempunyai bentuk energi yang berbeda-beda. Pada

    proses peralihan keseimbangan energi antara energi masuk ke mesin

    tenaga disatu pihak dengan energi mekanis yang dapat diteruskan oleh

    mesin tenaga ditambah energi yang ikut ke luar bersama-sama air

    buangan dipihak lain. Dari persamaan tersebut, suku sebelah kanan adalah

    jumlah energi yang dipakai oleh sudu jalan turbin untuk diubah menjadi

    energi mekanis.

    Gambar 0.8 Klasifikasi turbin air

    Sumber: www.crayonpedia.org.

    Pada gambar 2.8. adalah gambar kincir air. Kincir air adalah jenis

    turbin air yang paling kuno, sudah sejak lama digunakan oleh masyarakat.

    Teknologinya sederhana, material kayu dapat dipakai untuk membuat

    kincir air, tetapi untuk opersi pada tinggi jatuh air yang besar biasanya

    kincir air dibuat dengan besi. Kincir air bekerja pada tinggi jatuh yang

    rendah biasanya antar 0,1 m sampai 12 meter, dengan kapasitas aliran

  • 20

    yang berkisar antara 0,05 m3/dtk sampai 5 m3/dtk. Dari data tersebut

    pemakai kincir air adalah di daerah yang aliran airnya tidak besar dengan

    tinggi jatuh yang kecil. Putaran poros kincir air berkisar antara 2 rpm

    sampai 12 rpm. Berikut ini adalah macam-macam turbin berdasarkan

    karakteristiknya.

    A. Turbin Francis

    Gambar 0.9 Turbin Francis

    Sumber: www.crayonpedia.org.

    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

  • 21

    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 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.

    B. Turbin Crossflow

    Gambar 0.10 Turbin Crossflow

    Sumber: www.crayonpedia.org.

  • 22

    Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi

    (impulse turbine). 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.

    C. Turbin Pelton

    Turbin Pelton adalah turbin untuk tinggi terjun yang tinggi, yaitu

    diatas 300 meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi

    energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses impuls

    sehingga turbin Pelton juga disebut sebagai turbin impuls. Bagian-bagian

    utama turbin Pelton :

    1. Pipa nozzle dan lain lain yang diperlukan untuk mengarahkan aliran

    jet air.

    2. Runner yang menggunakan energi kinetis aliran jet (semburan) air.

    3. Kotak Penutup untuk mengamankan runner dan nozzle.

    4. Alat pengatur kecepatan (governor)agar kecepatan tetap sama pada

    beberapa bahan.

  • 23

    Gambar 0.11 Turbin Pelton

    Sumber: www.crayonpedia.org.

    D. Turbin Propeler/ Kaplan

    Turbin propeller merupakan turbin reaksi aliran aksial. Turbin ini

    tersusun dari propellerseperti yang terdapat pada baling-baling perahu.

    Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu. Turbin

    propeller banyak digunakan pada head yang rendah dengan volume air

    besar. Kemampuan propeller dapat digunakan pada bermacam-macam

    aliran air. Penyambungan turbin dengan generator biasanya terkoneksi

    langsung dengan menggunakan sabuk atau transmisi roda gigi. Turbin

    propeller secara luas digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga hidro.

    Turbin propelle rmerupakan turbin yang beroperasi pada head rendah dan

    dengan kapasitas air yang tinggi atau bahkan dapat beroperasi pada

    kapasitas yang rendah. Disebut turbin Propeller apabila mangkok-

    mangkok turbinnya tetap, sedangkan turbin Kaplan memiliki mangkok-

    mangkok turbin yang dapat diatur. Turbin Kaplan/Propeller baik

    digunakan pada PLTA dengan tinggi terjun yang rendah, yaitu dibawah 20

  • 24

    meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi

    mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui pemanfaatan kecepatan

    air.

    Gambar 0.12 Turbin Kaplan/ Propeler

    Sumber: www.crayonpedia.org.

    E. Turbin Turgo

    Turbin turgo dapat beropasi pada ketinggian 30 s/d 300 m. Seperti

    turbin pelton turbin turgo merupakan turbin implus, tetapi sudunya

    berbeda. Pancaran air dari nosel membentur sudu pada sudut 20o.

    Kecepatan putaran turbin turgo lebih besar dari turbin pelton. Akibatnya

    dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga

    menaikan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.

  • 25

    Gambar 0.13 Turbin Turgo

    Sumber: www.crayonpedia.org.

    2.4.6 Perbandingan karakteristik turbin

    Adapun perbandingan karakteristik turbin dapat kita lihat pada

    grafik net head (m) VS flow (m3

    /s) di bawah ini.

    Gambar 0.14 Grafik net head (m) vs flow (m3/s)

    Sumber: www.crayonpedia.org.

  • 26

    Dari grafik di atas Turbin Kaplan adalah turbin yang beroperasi

    pada head yang rendah dengan kapasitas aliran yang tinggi atau bahkan

    beroperasi pada kapasitas yang sangat rendah. Hal ini karena sudu sudu

    turbin kaplan dapat diatur secara manual atau otomatis untuk merspon

    perubahan kapasitas.

    Berkebalikan dengan turbin kaplan, turbin pelton adalah turbin

    yang beroperasi pada head tinggi dengan kapasitas yang rendah. Untuk

    turbin francis mempunyai karakteristik yang berbeda dengan yang lainnya

    yaitu turbin francis dapat beroperasi pada head yang rendah atau

    beroperasi pada head yang tinggi.

    Pemilihan turbin kebanyakan didasarkan pada head air yang

    didapatkan dan kurang lebih pada rata-rata alirannya. Umumnya, turbin

    impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi

    digunakan untuk tempat dengan head rendah. Turbin Kaplan baik

    digunakan untuk semua jenis debit dan head, efisiiensinya baik dalam

    segala kondisi aliran.

    2.5 Perencanaan Turbin

    Dalam merencanakan sebuah turbin air, ada beberapa hal mendasar yang

    perlu diketahui, sehingga dengan didapatnya harga-harga ini barulah perencanaan

    kontruksi turbin air bisa dilakukan.

    2.5.1 Daya turbin

    Daya yang dihasilkan oleh turbin dapat dihitung berdasarkan

    rumus berikut :

  • 27

    P = rair g Q H t

    Dimana :

    P = Tenaga yang dikeluarkan secara teoritis (MW)

    Q = Debit air (m3/detik)

    H = Tinggi jatuh air efektif (m)

    t = efisiensi turbin

    rair = Massa jenis air (1000 kg/m)

    2.5.2 Kecepatan spesifik

    Kecepatan spesifik dapat didifinisikan sebahgai jumlaah putaran

    roda turbin dimana dapat dihasilkan daya 1 Hp untuk setiap jatuh air 1 ft.

    kecepatan spesifik (Ns), yang didefinisikan dengan formula :

    =

    3

    4

    Dimana :

    = Kecepatan spesifik

    n = Kecepatan putaran turbin (rpm)

    P = Maksimum turbin output (kW)

    H = Head efektif (m)

    2.6 Perancangan Runner

    Bagian ini disebut sudu gerak (runner blade), energi kinetik air yang

    dikenakan padaya diubah menjadi energi mekanik (rotor).

  • 28

    2.6.1 Menentukan diameter runner

    Untuk menentukan diameter runner bagian luar dapat dirumuskan

    sebagai berikut.

    1 =60 1

    Dimana :

    1 = Kecepatan keliling (m/detik)

    n = Putaran runner (rpm)

    Untuk menentukan diameter tengah- tengah sudu

    =1 +

    2

    = diameter hub

    Diameter pada hub/ leher poros

    = 0.5 1

    2.6.2 Jarak antara sudu

    =

    2.6.3 Menentukan jumlah sudu Z

    Untuk menentukan jumlah sudu (Z) berdasarakn putaran spesifik

    Ns dapat dilihat dari tabel dibawah ini :

  • 29

    Tabel 0-3 Ciri-ciri mesin hidrolik

    Turbin Bentuk

    (putaran/menit)

    (putaran/menit)

    (/detik)

    H

    (effektif)

    maks, (m)

    Pelton Satu

    Pancaran

    9-11 39,8-39,4 0,007-0,011 1800-1650

    11-17 39,4-38,9 0,011-0,024 1650-700

    17-25 38,9-37,6 0,024-0,055 700-350

    Francis Pelahan

    Normal

    50-100 60,8-63,6 0,1-0,35 410-280

    100-150 63,6-67,5 0,35-0,59 280-150

    150-190 67,5-72,6 0,59-0,83 150-100

    Kaplan

    8 daun 190-250 85-145 0,930-1,220 50

    6 daun 250-300 100-155 1,290-1,800 35

    5 daun 240-450 110-170 1,600-2,200 20

    4 daun 330-560 120-180 2,000-2,350 15

    3 daun 390-690 135-200 2,350-2,450 6

    490-750

    570-920

    Sumber : Tenaga Air. O.F. PATTY, (94)

    2.7 Perencanaan Guide Vane

    Berfungsi sebagai pintu masuk air dari rumah spiral menuju runner blade,

    dan berfungsi juga sebagai distributor agar air disekeliling runner mempunyai

    debet yang sama rata, dan juga sebagai pengamanan turbin pada saat terjadi

    ganguan.

    2.7.1 Jarak horizontal runner terhadap sisi dalalm guide vane ()

    = 0.25 1

  • 30

    2.7.2 Menentukan tinggi guide vane

    0 = (0,4531,8

    ) 1

    2.7.3 Menentukan jumlah blade guide vane

    = (1

    41000 1 + 4)

    2.8 Perencanaan Poros

    Poros (shaft) adalah suatu bagian stasioner yang berputar, biasanya

    berpenampang bulat, dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi ,

    puly engkol gigi jentera (sprocket) dan elemen pemindah daya lainya.

    2.8.1 Macam-macam poros

    Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut

    pembebananya sebagai berikut :

    1. Poros trasmisi

    Poros ini mendapatkan beban puntir murni atau untir dan lentur. Daya

    yang ditrasmisikan melalui poros ini melalui kopling, roda gigi, puly

    sabuk atau sprocket.

    2. Spindel

    Poros trasmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin

    perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran disebut spindel.

    3. Gandar poros ini dipasang diantara roda-roda kereta barang, dimana

    tidak mendapatkan beban puntir, kadang-kadang tidak boleh berputar

    disebut gandar.

  • 31

    2.9 Pasak

    Pasak digunakan umtuk menghubungkan bagian penggerak seperti pulley,

    sproket rantai, atau roda gigi dengan poros yang mendukungnya. Torsi dan daya

    dipindahkan melalui pasak dari atau ke poros. Yang paling umum dipakai adalah

    pasak benam yang dapat meneruskan momen besar. Untuk momen dengan

    tumbukan dapat dipakai pasak singgung.

    Gambar 0.15 Macam-macam pasak

    sumber : Sularso (1978)