BAB IBAB I PENDAHULUANPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang1.1 Latar Belakang

Krisis energi yang melanda dunia dewasa ini telah menarik Krisis energi yang melanda dunia dewasa ini telah menarik perhatian para ahli untuk menemukan sumber-sumber energi baru perhatian para ahli untuk menemukan sumber-sumber energi baru yang lebih murah,yang tersedia dalam jumlah yang besar. Hal ini yang lebih murah,yang tersedia dalam jumlah yang besar. Hal ini berkaitan dengan semakin banyak dan meningkatnya pemakaian berkaitan dengan semakin banyak dan meningkatnya pemakaian penggunaan energi.penggunaan energi.

Sumber energi yang sudah lazim dipergunakan adalah Sumber energi yang sudah lazim dipergunakan adalah sumber energi minyak bumi, gas alam dan batubara, sedangkan sumber energi minyak bumi, gas alam dan batubara, sedangkan sumber energi air, panas bumi, panas matahari dan nuklir maasih sumber energi air, panas bumi, panas matahari dan nuklir maasih terus dikembangkan.terus dikembangkan.

Sebagaimana yang telah kita ketahui bahwa persedian Sebagaimana yang telah kita ketahui bahwa persedian sumber energi minyak bumi, gas alam dan batu bara sangat terbatas sumber energi minyak bumi, gas alam dan batu bara sangat terbatas yang demikian apabila secara terus menerus kita gunakan sumber yang demikian apabila secara terus menerus kita gunakan sumber energi tersebut, maka suatu saat sumber energi tersebut akan habis, energi tersebut, maka suatu saat sumber energi tersebut akan habis, disamping kecenderungan melonjaknya harga sumber energi yang disamping kecenderungan melonjaknya harga sumber energi yang dimaksud.dimaksud.

Factor inilah yang menjadi tantangan bagi para ilmuwan dan Factor inilah yang menjadi tantangan bagi para ilmuwan dan teknisi untuk menjauhkan diri dari ketergantungan terhadap minyak teknisi untuk menjauhkan diri dari ketergantungan terhadap minyak bumi,gas alam dan batubara. bumi,gas alam dan batubara.

Hal ini sangat penting diperhatikan, karena banyak kasus tersedianya Hal ini sangat penting diperhatikan, karena banyak kasus tersedianya energi dengan harga murah telah mengakibatkan pemakaian yang tidak energi dengan harga murah telah mengakibatkan pemakaian yang tidak effisien dan dibeberapa tempat menyebabkan terjadinya kerusakan effisien dan dibeberapa tempat menyebabkan terjadinya kerusakan lingkungan (ekologi). lingkungan (ekologi).

Dari penelitian - penelitian yang telah dilakukan dapatlah disimpulkan Dari penelitian - penelitian yang telah dilakukan dapatlah disimpulkan bahwa salah satu sumber energi yang dapat memenuhi harapan bahwa salah satu sumber energi yang dapat memenuhi harapan terhadap tantangan di atas adalah air, dimana air dipergunakan dengan terhadap tantangan di atas adalah air, dimana air dipergunakan dengan system- system dan peralatan – peralatan tertentu akan menghasilkan system- system dan peralatan – peralatan tertentu akan menghasilkan energi dalam jumlah yang besar dengan biaya yang rendah dan energi dalam jumlah yang besar dengan biaya yang rendah dan mempunyai dampak lingkungan ( ekologi ) yang minimal.mempunyai dampak lingkungan ( ekologi ) yang minimal.

Dengan melihat latar belakang di atas, penulis penulis tertarik untuk Dengan melihat latar belakang di atas, penulis penulis tertarik untuk pemanfaatan energi yang relative kecil, seperti tinggi jatuh air yang pemanfaatan energi yang relative kecil, seperti tinggi jatuh air yang rendah serta debit air yang kecil untuk membangkitkan enargi listrik. rendah serta debit air yang kecil untuk membangkitkan enargi listrik. Maka untuk itu penulis mengangkat dan membahas dengan judul Maka untuk itu penulis mengangkat dan membahas dengan judul “ “ Hidro Power Mini “Hidro Power Mini “

1.2.Perumusan Masalah1.2.Perumusan Masalah

Perumusan masalah yang dapat dikemukakan Perumusan masalah yang dapat dikemukakan sesuai dengan perancangan ini antara lain adalah sesuai dengan perancangan ini antara lain adalah sebagai berikut:sebagai berikut:

1. Masih banyak masyarkat yang ada di pedesaan 1. Masih banyak masyarkat yang ada di pedesaan yang belum dapat menikmati penggunaan yang belum dapat menikmati penggunaan

listrik listrik baik itu sebagai penerangan maupun baik itu sebagai penerangan maupun sebagai sebagai pembangkit tenaga lainnya.pembangkit tenaga lainnya.

2. Sulitnya cara pendistribusian listrik ke daerah-2. Sulitnya cara pendistribusian listrik ke daerah-daerah yang terpencil baik di karenakan lokasi daerah yang terpencil baik di karenakan lokasi maupun dari jarak sumber energy yang relative maupun dari jarak sumber energy yang relative lebih jauh.lebih jauh.

3.3. Pemakaian tenaga motor bakar yang Pemakaian tenaga motor bakar yang menggunakan diesel maupun bensin sebagai menggunakan diesel maupun bensin sebagai pembangkit tenaga listrik akan mengakibatkan pembangkit tenaga listrik akan mengakibatkan polusi terhadap lingkunganpolusi terhadap lingkungan

1.3.Batasan Masalah1.3.Batasan Masalah

Untuk membatasi permasalahan agar Untuk membatasi permasalahan agar pembahasan Tugas Rancangan ini tidak terlalu pembahasan Tugas Rancangan ini tidak terlalu meluas maka penulis mengambil batasan meluas maka penulis mengambil batasan permasalahan sebagai berikut :permasalahan sebagai berikut :

1. Menghitung atau membahas aliran air sungai 1. Menghitung atau membahas aliran air sungai yang yang di gunakan untuk menggerakkan turbin air.di gunakan untuk menggerakkan turbin air.

2. Menghitung bagian-bagian turbin air seperti poros, 2. Menghitung bagian-bagian turbin air seperti poros, bantalan,pasak ataupun alat-alat lain bantalan,pasak ataupun alat-alat lain

pendukung pendukung turbin air.turbin air.

3. Konstruksi bangunan dan peralatan elektro tidak 3. Konstruksi bangunan dan peralatan elektro tidak dijelaskan seecara mendetail. dijelaskan seecara mendetail.

4. Menghitung konstruksi bangunan dan peralatan 4. Menghitung konstruksi bangunan dan peralatan sipil tidak dijabarkan secara mendetail.sipil tidak dijabarkan secara mendetail.

1.4.1.4. Tujuan PenulisanTujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan tugas rancangan ini Adapun tujuan penulisan tugas rancangan ini adalah:adalah:

1. Menghitung besarnya daya yang dapat dihasilkan 1. Menghitung besarnya daya yang dapat dihasilkan

dari debit air ataupun tinggi air jatuh yang dari debit air ataupun tinggi air jatuh yang ada.ada.

2. Dapat memilih jenis turbin air menurut jenis aliran 2. Dapat memilih jenis turbin air menurut jenis aliran

ataupun ketinggian air jatuh.ataupun ketinggian air jatuh.

3. Dapat menyelesaikan cara-cara yang harus 3. Dapat menyelesaikan cara-cara yang harus ditempuh untuk mencari alternatife lain selain ditempuh untuk mencari alternatife lain selain pemakaian motor bakar sebagai pembangkit pemakaian motor bakar sebagai pembangkit tenaga listrik.tenaga listrik.

4. Agar masyarakat terpencil dapat menikmati 4. Agar masyarakat terpencil dapat menikmati energi listrik sebagai energy lampu penerangan energi listrik sebagai energy lampu penerangan maupun sumber energi yang lain yang maupun sumber energi yang lain yang membutuhkan energi listrik.membutuhkan energi listrik.

BAB IIBAB IITINJAUAN PUSTAKATINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Dan Perkembangan Turbin Air2.1. Pengertian Dan Perkembangan Turbin Air

Turbin air termasuk dalam kelompok mesin-mesin fluida yaitu, Turbin air termasuk dalam kelompok mesin-mesin fluida yaitu, mesin-mesin yang berfungsi untuk merubah energi fluida mesin-mesin yang berfungsi untuk merubah energi fluida ( energi potensial dan energi kinetis air ) menjadi energi ( energi potensial dan energi kinetis air ) menjadi energi mekanis atau sebaliknya.mekanis atau sebaliknya.Berdasarkan pengertian diatas maka, mesin-mesin fluida dapat Berdasarkan pengertian diatas maka, mesin-mesin fluida dapat dibagi atas 2 ( dua ) golongan yaitu :dibagi atas 2 ( dua ) golongan yaitu :

Mesin-mesin tenaga ( penggerak ).Mesin-mesin tenaga ( penggerak ).mesin ini berfungsi untuk merubah energi fluida menjadi energi mesin ini berfungsi untuk merubah energi fluida menjadi energi mekanis pada poros.mekanis pada poros.misalnya : turbin air, Turbin uap, Turbin gas,Kincir air, kincir misalnya : turbin air, Turbin uap, Turbin gas,Kincir air, kincir angin dan lainnya.angin dan lainnya.

Mesin-mesin kerja.Mesin-mesin kerja.Mesin ini berfungsi untuk mengubah energi mekanis pada Mesin ini berfungsi untuk mengubah energi mekanis pada poros menjadi energi fluida ( energi potensial dan energi kinetis poros menjadi energi fluida ( energi potensial dan energi kinetis ).).Misalnya : Pompa, Kompresor, Blower, fan dan lain-lain.Misalnya : Pompa, Kompresor, Blower, fan dan lain-lain.

Turbin air adalah suatu mesin yang menggunakan air Turbin air adalah suatu mesin yang menggunakan air sebagai fluida kerja, yang dialirkan melalui pipa dari suatu sebagai fluida kerja, yang dialirkan melalui pipa dari suatu tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah pada mana tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah pada mana turbin ditempatkan.turbin ditempatkan.

Dalam hal demikian, air memiliki energi potensial Dalam hal demikian, air memiliki energi potensial diwaktu mengalir didalam pipa, energi potensial air berangsur-diwaktu mengalir didalam pipa, energi potensial air berangsur-angsur berubah menjadi energi kinetis. Di dalam turbin air, energi angsur berubah menjadi energi kinetis. Di dalam turbin air, energi kinetis air diubah menjadi energi mekanis yang timbul pada kinetis air diubah menjadi energi mekanis yang timbul pada poros turbin ini merupakan suatu sumber tenaga atau daya poros turbin ini merupakan suatu sumber tenaga atau daya sehingga dapat menggerakkan peralatan-peralatan lain yang sehingga dapat menggerakkan peralatan-peralatan lain yang sesuai dengan kebutuhan. Tetapi umumnya energi mekanis yang sesuai dengan kebutuhan. Tetapi umumnya energi mekanis yang timbul pada turbin ini dipakai untuk menggerakkan generator timbul pada turbin ini dipakai untuk menggerakkan generator listrik yang dikopel langsung dengan poros turbin.listrik yang dikopel langsung dengan poros turbin.

Secara umum suatu turbin air terdiri dari sebuah roda Secara umum suatu turbin air terdiri dari sebuah roda gerak yang disebut runner ataupun rotor dengan sejumlah sudu-gerak yang disebut runner ataupun rotor dengan sejumlah sudu-sudu, vane atau blade ataupun bucket yang ditumpu pada sudu, vane atau blade ataupun bucket yang ditumpu pada sekeliling roda gerak. Jadi energi yang dikandung air tersebut sekeliling roda gerak. Jadi energi yang dikandung air tersebut mendorong atau menerpa sudu-sudu dari roda gerak atau runner mendorong atau menerpa sudu-sudu dari roda gerak atau runner sehingga runner ikut berputar.sehingga runner ikut berputar.

2.2. Pandangan Umum Turbin Air2.2. Pandangan Umum Turbin Air

Ide penggunaan air sebagai sumber energi telah Ide penggunaan air sebagai sumber energi telah dikenal sejak lebih dari 2000 tahun yang lampau.dikenal sejak lebih dari 2000 tahun yang lampau.Energi hydroulik yang dirubah menjadi energi mekanis pertama Energi hydroulik yang dirubah menjadi energi mekanis pertama sekali dipergunakan di benua asia, yaitu di China dan India, yang sekali dipergunakan di benua asia, yaitu di China dan India, yang menggunakan roda-roda kincir yang dibuat dari kayu. Dari asia menggunakan roda-roda kincir yang dibuat dari kayu. Dari asia pindah kemesir dari mesir terus berkembang ke negara-negara pindah kemesir dari mesir terus berkembang ke negara-negara eropa dan amerika.eropa dan amerika.

Leonardo Da Vinci ( 1452-1519 ) seorang seniman dari Leonardo Da Vinci ( 1452-1519 ) seorang seniman dari Italia pertama sekali membuat lukisan kincir air. Sedangkan teori Italia pertama sekali membuat lukisan kincir air. Sedangkan teori matematisnya dilakukan oleh Galileo Galilei dan Descartes. matematisnya dilakukan oleh Galileo Galilei dan Descartes. Kemudian Smearn dan Bossut pada tahun 1759 membuat Kemudian Smearn dan Bossut pada tahun 1759 membuat percobaan praktis menggunakan kincir air tersebut.percobaan praktis menggunakan kincir air tersebut.

Pada tahun 1836, Radien Becher berkebangsaan Pada tahun 1836, Radien Becher berkebangsaan jerman menulis buku yang pertama sekali menguraikan tentang jerman menulis buku yang pertama sekali menguraikan tentang teori dan konstruksi kincir air. Selanjutnya seorang ilmuwan teori dan konstruksi kincir air. Selanjutnya seorang ilmuwan swiss, Daniel Bernoulli ( 1700-1782 ) menulis buku tentang teori swiss, Daniel Bernoulli ( 1700-1782 ) menulis buku tentang teori konversi energi air menjadi energi-energi bentuk lain, dalam konversi energi air menjadi energi-energi bentuk lain, dalam bukunya yang terkenal dengan buku “ HYDRODYNAMICS “.bukunya yang terkenal dengan buku “ HYDRODYNAMICS “.

Teori Bernoulli ini digunakan secara praktis oleh Teori Bernoulli ini digunakan secara praktis oleh Segner ( jerman ) untuk membuat kincir air lebih maju dan Segner ( jerman ) untuk membuat kincir air lebih maju dan dilakukannya pada tahun 1750. Kemudian pada tahun dilakukannya pada tahun 1750. Kemudian pada tahun yang sama pula ( 1750 ), seorang ilmuwan yang berasal yang sama pula ( 1750 ), seorang ilmuwan yang berasal dari Basle ( Switzerland ) yang bernama Leonard Euler dari Basle ( Switzerland ) yang bernama Leonard Euler ( 1707-1783 ) menguraikan teori tentang “ hydraulic ( 1707-1783 ) menguraikan teori tentang “ hydraulic machine “, yang sekarang ini menjadi dasar ilmu ini.machine “, yang sekarang ini menjadi dasar ilmu ini.

Pada tahun 1824, seorang ilmuwan prancis Pada tahun 1824, seorang ilmuwan prancis bernama Burdin membuat sebuah kincir air radial dengan bernama Burdin membuat sebuah kincir air radial dengan sebuah mekanis pengarah yang dapat digunakan secara sebuah mekanis pengarah yang dapat digunakan secara praktis di lapangan, inilah yang pertama disebut turbin air.praktis di lapangan, inilah yang pertama disebut turbin air.

Pengembangan turbin air yang ditemukan oleh Pengembangan turbin air yang ditemukan oleh Burdin ini dilanjutkan oleh muridnya Fourneyron ( 1827 ) Burdin ini dilanjutkan oleh muridnya Fourneyron ( 1827 ) dan untuk pertama sekali dibuat di amerika pada tahun dan untuk pertama sekali dibuat di amerika pada tahun 1843. 1843.

Pengembangan selanjutnya dilakukan oleh :Pengembangan selanjutnya dilakukan oleh :1. Heuschel-Jouvel ( Axial Flow Turbin ) tahun 1837.1. Heuschel-Jouvel ( Axial Flow Turbin ) tahun 1837.2. Girard, Hawd dan Swain ( Inward Flow Turbin ) 1850.2. Girard, Hawd dan Swain ( Inward Flow Turbin ) 1850.3. James Bichens Francis ( Inward Flow Turbin ) 1865.3. James Bichens Francis ( Inward Flow Turbin ) 1865.

Uraian di atas merupakan perkembangan turbin Uraian di atas merupakan perkembangan turbin reaksi, sedangkan untuk turbin impuls, dikembangkan reaksi, sedangkan untuk turbin impuls, dikembangkan oleh J.Pelton pada tahun 1880 di Amerika dengan oleh J.Pelton pada tahun 1880 di Amerika dengan membuat turbin yang menggunakan aliran tangensial. membuat turbin yang menggunakan aliran tangensial. Turbin ini dikenal dengan turbin pelton, dan sering juga Turbin ini dikenal dengan turbin pelton, dan sering juga disebut Free Jet Turbine.disebut Free Jet Turbine.

2.3. Type Turbin Air2.3. Type Turbin AirTurbin air dapat dibagi atas 2 ( dua) type yaitu :Turbin air dapat dibagi atas 2 ( dua) type yaitu :

1. Impuls Turbin.1. Impuls Turbin.2. Reaction Turbin. 2. Reaction Turbin.

2.3.1. Impulse Turbin.2.3.1. Impulse Turbin.Pada turbin ini seluruh energi potensial di Pada turbin ini seluruh energi potensial di

ubah menjadi energi kinetis didalam nozzle sebelum ubah menjadi energi kinetis didalam nozzle sebelum menerpa roda turbin, nozzle ini pasang pada ujung menerpa roda turbin, nozzle ini pasang pada ujung penstock. Air yang keluar dari nozzle memancar penstock. Air yang keluar dari nozzle memancar dengan kecepatan-kecepatan tinggi diarahkan pada dengan kecepatan-kecepatan tinggi diarahkan pada sejumlah sudu-sudu ( bucket ) yang dipasang sejumlah sudu-sudu ( bucket ) yang dipasang sekeliling roda turbin. Karena bentuk sudu-sudu sekeliling roda turbin. Karena bentuk sudu-sudu yang sedemikian rupa, maka terjadi perubahan yang sedemikian rupa, maka terjadi perubahan momentum dari fluida yang menyebabkan sudu-momentum dari fluida yang menyebabkan sudu-sudu akan menerima gaya dorong yang sudu akan menerima gaya dorong yang mengakibatkan roda turbin akan berputar. Setelah mengakibatkan roda turbin akan berputar. Setelah air mendorong sudu-sudu tersebut air jatuh ke tail air mendorong sudu-sudu tersebut air jatuh ke tail race ( air buangan ), jadi roda turbin berputar di atas race ( air buangan ), jadi roda turbin berputar di atas permukaan air.untuk menjaga percikan air serta permukaan air.untuk menjaga percikan air serta membawa air keluar dari turbin ke tail race, maka membawa air keluar dari turbin ke tail race, maka sekeliling runner ( roda gerak/putar ) dipasang sekeliling runner ( roda gerak/putar ) dipasang rumah turbin ( casing ). rumah turbin ( casing ).

Casing yang di pasang pada turbin ini tidak Casing yang di pasang pada turbin ini tidak mempunyai fungsi hydraulic, hanya berfungsi mempunyai fungsi hydraulic, hanya berfungsi sebagai mengarahkan air jatuh ke tail race dan juga sebagai mengarahkan air jatuh ke tail race dan juga berfungsi sebagai pengaman turbin.berfungsi sebagai pengaman turbin.

Yang termasuk dalam turbin ini ( Turbin Impulse ) Yang termasuk dalam turbin ini ( Turbin Impulse ) adalah antara lain :adalah antara lain :1. Pelton Wheel.1. Pelton Wheel.2. Turgo Impulse Wheel.2. Turgo Impulse Wheel.3. 3. Crossflow TurbinCrossflow Turbin4. Girard Turbin.4. Girard Turbin.5. Banki Turbin.5. Banki Turbin.6. Jonal turbin.6. Jonal turbin.

Turbin pelton adalah salah satu jenis turbin impuls Turbin pelton adalah salah satu jenis turbin impuls yang lazim digunakan di lapangan dan sangat cocok yang lazim digunakan di lapangan dan sangat cocok untuk head yang sangat tinggi ( 1000 ft ).untuk head yang sangat tinggi ( 1000 ft ).

Gambar.2.1. Turbin PeltonGambar.2.1. Turbin Pelton

Rotor turbin pelton ini dilengkapi dengan bucket Rotor turbin pelton ini dilengkapi dengan bucket yang di pasang pada sekeliling disc. Bucket ini akan yang di pasang pada sekeliling disc. Bucket ini akan menerima tumbukan pancaran air dari nozzel sehingga menerima tumbukan pancaran air dari nozzel sehingga bucket akan bergerak. Sebuah jarum ( speed rod ) bucket akan bergerak. Sebuah jarum ( speed rod ) dipasang pada nozzel untuk mengatur jumlah aliran air dipasang pada nozzel untuk mengatur jumlah aliran air yaitu dengan memutar hand wheel sehingga jarum akan yaitu dengan memutar hand wheel sehingga jarum akan bergerak maju atau mundur.bergerak maju atau mundur.

Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle membentur sudu pada sudut 20 o. Kecepatan putar turbin membentur sudu pada sudut 20 o. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan. biaya perawatan.

Gambar 2.2. Sudu turbin Turgo dan nozleGambar 2.2. Sudu turbin Turgo dan nozle

Crossflow Turbin salah satu jenis turbin impuls ini Crossflow Turbin salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki yang juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang merupakan perusahaan yang Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec 20 litres/sec hingga 10 m3/sec dan head antara 1 s/d 200 m. dan head antara 1 s/d 200 m.

Gambar 2.3. Turbin CrossflowGambar 2.3. Turbin Crossflow

Turbin Crossflow menggunakan nozle yang Turbin Crossflow menggunakan nozle yang sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. dipasang pada sepasang piringan paralel.

Gambar 2.4. Turbin CrossflowGambar 2.4. Turbin Crossflow

2.3.2. Reaction Turbin.2.3.2. Reaction Turbin.

Pada turbin ini aliran air yang mempunyai Pada turbin ini aliran air yang mempunyai energi potensial dan kinetis pada saluran masuk energi potensial dan kinetis pada saluran masuk ( penstock dan spiral casing ) langsung di alirkan ( penstock dan spiral casing ) langsung di alirkan pada sudu-sudu ( bucket ) yang terpasang pada pada sudu-sudu ( bucket ) yang terpasang pada roda turbin ( runner ). Pada saat ini energi yang roda turbin ( runner ). Pada saat ini energi yang dimiliki oleh air di ubah menjadi gaya tangensial dimiliki oleh air di ubah menjadi gaya tangensial pada roda turbin.pada roda turbin.

Turbin ini bekerja atas dasar gabungan dari Turbin ini bekerja atas dasar gabungan dari kecepatan air dan tekanan yaitu, perbedaan tekanan kecepatan air dan tekanan yaitu, perbedaan tekanan air pada inlet turbin dan outlet turbine. Pada turbin ini air pada inlet turbin dan outlet turbine. Pada turbin ini sudu-sudu gerak ( runner ) berada di dalam air, dan sudu-sudu gerak ( runner ) berada di dalam air, dan draft tube digunakan untuk mendapatkan effesiensi draft tube digunakan untuk mendapatkan effesiensi yang maksimal.yang maksimal.

Berdsarkan arah aliran air pada runner Berdsarkan arah aliran air pada runner turbine, maka turbin reaksi dibagi atas :turbine, maka turbin reaksi dibagi atas :

Radial Flow Turbin yaitu, arah aliran tegak lurus Radial Flow Turbin yaitu, arah aliran tegak lurus terhadap sumbu rotasi runner.terhadap sumbu rotasi runner.

Axial Flow Turbine yaitu, arah aliran sejajar Axial Flow Turbine yaitu, arah aliran sejajar dengan sunbu rotasi runner.dengan sunbu rotasi runner.

Mixxed Flow Turbin yaitu, arah aliran sebagian Mixxed Flow Turbin yaitu, arah aliran sebagian arah axial dan sebagian arah arah axial dan sebagian arah

radial.radial.

Turbin francis adalah satu jenis mixed flow Turbin francis adalah satu jenis mixed flow turbine, yang dipakai untuk head yang menengah.turbine, yang dipakai untuk head yang menengah. Turbin Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar.masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Rumah siput ( scorol casing ) berfungsi untuk menahan Rumah siput ( scorol casing ) berfungsi untuk menahan sebagian besar dari bahan tekanan hydroulik yang sebagian besar dari bahan tekanan hydroulik yang diterima turbin.diterima turbin. Turbin Francis menggunakan sudu Turbin Francis menggunakan sudu pengara,pengara, sudu-sudu pengarah ( guide vane ) dipasang sudu-sudu pengarah ( guide vane ) dipasang disekeliling luar runner dan mengatur daya yang keluar disekeliling luar runner dan mengatur daya yang keluar ( output ) turbin dengan mengubah ubah bukaannya ( output ) turbin dengan mengubah ubah bukaannya sesuai dengan perubahan beban melalui suatu sesuai dengan perubahan beban melalui suatu mekanisme pengatur.mekanisme pengatur.

Gambar 2.5. Sketsa Turbin FrancisGambar 2.5. Sketsa Turbin Francis

Gambar 2.6. Turbin Francis

Keterangan gambar ;Keterangan gambar ;

1.1. Generator RotorGenerator Rotor2.2. Generator StatorGenerator Stator3.3. Turbine ShaftTurbine Shaft4.4. RunnerRunner5.5. Turbine Head CoverTurbine Head Cover6.6. Stay Ring Discharge RingStay Ring Discharge Ring7.7. Supporting ConeSupporting Cone8.8. Guide VaneGuide Vane9.9. Operating RingOperating Ring10.10. Guide Vane ServomotorGuide Vane Servomotor11.11. Lower Guide BearingLower Guide Bearing12.12. Thrust BearingThrust Bearing13.13. Upper Guide BearingUpper Guide Bearing14.14. Spiral CaseSpiral Case15.15. Draft Tube ConeDraft Tube Cone

Turbin Kaplan termasuk jenis axial jenis flow Turbin Kaplan termasuk jenis axial jenis flow turbine, dimana sudu-sudu ( blade ) turbin ini dapat turbine, dimana sudu-sudu ( blade ) turbin ini dapat berputar ( adjust table runner ). Turbin ini dipakai untuk berputar ( adjust table runner ). Turbin ini dipakai untuk head yang rendah pengaturan posisi blade pada turbin head yang rendah pengaturan posisi blade pada turbin Kaplan sangat menguntungkan pada kondisi kapasitas Kaplan sangat menguntungkan pada kondisi kapasitas aliran yang bervariasi dan head yang rendah.aliran yang bervariasi dan head yang rendah.

Gambar.2.7. Turbin KaplanGambar.2.7. Turbin Kaplan

2.4. Pembangkit Tenaga Air2.4. Pembangkit Tenaga Air

Air merupakan sumber energi yang murah dan Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (mengalir). Tenaga air (HydropowerHydropower) adalah energi yang ) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19 penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19 turbin air mulai dikembangkan.turbin air mulai dikembangkan.

Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air. sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir air/turbin air. muka air keluar dari kincir air/turbin air.

Instalasi perancangan turbin air dapat dilihat pada Instalasi perancangan turbin air dapat dilihat pada gambar berikut :gambar berikut :

Gambar.2.8. Instalasi Turbin airGambar.2.8. Instalasi Turbin air

Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalah merupakan energi potensial air yaitu :adalah merupakan energi potensial air yaitu : ………………....(a)(a)dengan dengan

m = m = adalah massa airadalah massa airh = h = adalah head (m)adalah head (m)g = g = adalah percepatan gravitasi adalah percepatan gravitasi

Daya merupakan energi tiap satuan waktu , sehingga Daya merupakan energi tiap satuan waktu , sehingga persamaan (a) dapat dinyatakan sebagai :persamaan (a) dapat dinyatakan sebagai :

Dengan mensubsitusikan P terhadap Dengan mensubsitusikan P terhadap dan dan mensubsitusikan terhadap mensubsitusikan terhadap maka : maka :

………………....(b)(b)dengan dengan P = P = adalah daya (watt)adalah daya (watt)Q = adalah kapasitas aliran Q = adalah kapasitas aliran

= adalah densitas air = adalah densitas air

mghE

2s

m

t

E

ght

m

t

E

t

E

Q

t

m

QghP

3m

kg

s

m3

Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat diperoleh dari aliran air datar. Dalam hal ini energi yang diperoleh dari aliran air datar. Dalam hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetic.tersedia merupakan energi kinetic.

………………....(c)(c)

dengan :dengan :

v = v = adalah kecepatan aliran air adalah kecepatan aliran air

Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut :Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut :

………………....(d) (d)

atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas makamaka

………………....(e) (e)

dengan :dengan :

A A adalah luas penampang aliran airadalah luas penampang aliran air

2

2

1mvE

s

m

2

2

1QvP

AvQ

3

2

1AvP

2m

Untuk menghitung daya yang di bangkitkan turbin Untuk menghitung daya yang di bangkitkan turbin dapat di perhatikan pada gambar berkut :dapat di perhatikan pada gambar berkut :

Daya yang dibangkitkan oleh turbin sebesar :Daya yang dibangkitkan oleh turbin sebesar :

P = P = ……….( watt )……….( watt )

jadi dalam daya Kw ( kilowatt ) adalah :jadi dalam daya Kw ( kilowatt ) adalah :

P = P =

dimana : P = daya yang dibangkitkan turbin ( kw )dimana : P = daya yang dibangkitkan turbin ( kw ) = rapat massa air ( 1000 Kg/m3 )= rapat massa air ( 1000 Kg/m3 ) g = percepatan gravitasi ( 9,81 m/dtk2 )g = percepatan gravitasi ( 9,81 m/dtk2 ) Q = kapasitas aliran air ( m3/dtk )Q = kapasitas aliran air ( m3/dtk ) H = head effektif ( m ) H = head effektif ( m ) Daya yang sebenarnya adalah :Daya yang sebenarnya adalah :

P = P =

maka, P = 9,81.Q.H. ( kw )maka, P = 9,81.Q.H. ( kw )dengan = efisiensi turbin.dengan = efisiensi turbin.

HQg ...

)(1000

...kw

HQg

tHQg .

1000

...

tt

2.5. Putaran Spesifik Turbin2.5. Putaran Spesifik Turbin

Kecepatan spesifik turbin adalah kecepatan turbin Kecepatan spesifik turbin adalah kecepatan turbin model atau turbin bentuk sama, tetapi skalanya berlainan model atau turbin bentuk sama, tetapi skalanya berlainan yang bekerja pada satu-satuan head dan satuan debit air yang bekerja pada satu-satuan head dan satuan debit air yang menghasilkan satu-satuan daya. Penentuan spesifik yang menghasilkan satu-satuan daya. Penentuan spesifik ini berguna untuk membandingkan semua jenis turbin air ini berguna untuk membandingkan semua jenis turbin air pada basis yang sama.pada basis yang sama.

Kecepatan spesifik dapat didefenisikan sebagai Kecepatan spesifik dapat didefenisikan sebagai jumlah putaran permenit pada masa suatu runner tertentu jumlah putaran permenit pada masa suatu runner tertentu akan berputar sehingga dihasilkan satu-satuan daya akan berputar sehingga dihasilkan satu-satuan daya untuk satu-satuan head.untuk satu-satuan head.

Jika kecepatan aliran air dinyatakan dengan V Jika kecepatan aliran air dinyatakan dengan V maka ;maka ;

V = V = dengan dengan HH = head ( tinggi jatuh air ). = head ( tinggi jatuh air ).gh2

Substitusi persamaan Putaran Spesifik Turbin : ( rpm )Substitusi persamaan Putaran Spesifik Turbin : ( rpm )

……… ………( rpm )( rpm )

Dimana : Dimana : Putaran spesifik ( rpm )Putaran spesifik ( rpm )

Kecepatan putaran turbin ( rpm )Kecepatan putaran turbin ( rpm )

Daya turbin ( Hp )Daya turbin ( Hp )

Head efektif ( m )Head efektif ( m )

Persamaan ini digunakan untuk menghitung Persamaan ini digunakan untuk menghitung kecepatan spesifik turbin. Kecepatan spesifik sangat kecepatan spesifik turbin. Kecepatan spesifik sangat menentukan terhadap type turbin yang direncanakan.menentukan terhadap type turbin yang direncanakan.

2/32/1 H

N

H

nns

4/5H

Nnns

snnN

H

Tabel.1. Berikut menunjukan jenis – jenis turbin sesuai dengan kecepatan spesifik masing – Tabel.1. Berikut menunjukan jenis – jenis turbin sesuai dengan kecepatan spesifik masing –

masing Turbin.masing Turbin.

Jenis TurbinJenis Turbin Putaran Spesifik Turbin ( rpm )Putaran Spesifik Turbin ( rpm )

British British Metric Metric

Pelton TurbinPelton Turbin 2 – 102 – 10 10 – 4010 – 40

Francis TurbinFrancis Turbin 10 – 13010 – 130 40 – 55040 – 550

Kaplan TurbinKaplan Turbin 82 – 247 82 – 247 350 - 1050 350 - 1050

BAB IIIBAB III

PERENCANAAN TURBIN AIRPERENCANAAN TURBIN AIR

Sebagaimana dapat dipahami pada sebelumnya, Sebagaimana dapat dipahami pada sebelumnya, daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi jatuh dan daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi jatuh dan debit air; oleh karena itu berhasilnya pembangkitan debit air; oleh karena itu berhasilnya pembangkitan tenaga air tergantung dari pada usaha untuk tenaga air tergantung dari pada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara efektif dan ekonomis. Pada umumnya debit yang besar efektif dan ekonomis. Pada umumnya debit yang besar membutuhkan fasilitas dan ukuran yang besar.membutuhkan fasilitas dan ukuran yang besar.

Sehingga di dalam perencanaan turbin pemilihan Sehingga di dalam perencanaan turbin pemilihan lokasi ( site location ) merupakan suatu kegiatan study lokasi ( site location ) merupakan suatu kegiatan study dan penyelidikan pada suatu Daerah Aliran Sungai (DAS) dan penyelidikan pada suatu Daerah Aliran Sungai (DAS) ataupun pada irigasi tertentu untuk memilih satu atau ataupun pada irigasi tertentu untuk memilih satu atau beberapa lokasi/tempat, dimana potensi air yang ada beberapa lokasi/tempat, dimana potensi air yang ada pada lokasi tersebut dapat dimanfaatkan menjadi daerah pada lokasi tersebut dapat dimanfaatkan menjadi daerah pembangkit tenaga air. pembangkit tenaga air.

3.1. Daya Generator.3.1. Daya Generator.

Daya output dari suatu generator AC adalah daya Daya output dari suatu generator AC adalah daya yang direncanakan atau daya yang efektif ( kw ), daya yang direncanakan atau daya yang efektif ( kw ), daya reaktif ( kVAR ) dan daya yang semu ( kVA ) yaitu reaktif ( kVAR ) dan daya yang semu ( kVA ) yaitu tegangan pada saat ini adalah nol dan merupakan harga tegangan pada saat ini adalah nol dan merupakan harga electromotor force ( EMF ) maksimum. electromotor force ( EMF ) maksimum.

Maka sesuai dengan spesifikasi tugas yang Maka sesuai dengan spesifikasi tugas yang direncanakan dalam perencanaan dari pada turbin air direncanakan dalam perencanaan dari pada turbin air yaitu, untuk menggerakkan sebuah generator 600 kVA. yaitu, untuk menggerakkan sebuah generator 600 kVA. Sehingga daya output generator adalah :Sehingga daya output generator adalah :

Dari persamaan dapat diperoleh daya nyata ( kW ) yaitu :Dari persamaan dapat diperoleh daya nyata ( kW ) yaitu :Daya nyata ( kW ) = Daya semu ( kVA ) x factor daya Daya nyata ( kW ) = Daya semu ( kVA ) x factor daya dengan factor daya (cos o) = 0,8dengan factor daya (cos o) = 0,8 Maka,Maka, NgNg = 600 . 0,8= 600 . 0,8

NgNg = 480 kW= 480 kW

Sehingga daya output generator adalah 480 kW.Sehingga daya output generator adalah 480 kW.

3.2. Daya Turbin.3.2. Daya Turbin.

Turbin yang direncanakan digunakan untuk Turbin yang direncanakan digunakan untuk menggerakkan generator dengan kapasitas 600 kVA dan menggerakkan generator dengan kapasitas 600 kVA dan tinggi jatuh air ( head ) 30 meter.tinggi jatuh air ( head ) 30 meter.

Data di atas akan ditentukan daya yang Data di atas akan ditentukan daya yang dibangkitkan turbin dan kapasitas aliran air penggerak dibangkitkan turbin dan kapasitas aliran air penggerak turbin yang dibutuhkan. Besarnya daya yang diperlukan turbin yang dibutuhkan. Besarnya daya yang diperlukan untuk menggerakkan generator dapat dihitung menurut untuk menggerakkan generator dapat dihitung menurut persamaan.persamaan.

NgNg = 9,8 = 9,8 ( kW )…………( a ) ( kW )…………( a )

NTNT = 9,8 = 9,8 ( kW ).………..( b )( kW ).………..( b )

Subsitusi persamaan ( b ) ke persamaan ( a ) didapat :Subsitusi persamaan ( b ) ke persamaan ( a ) didapat :

NgNg = = ( kW ) .………( c ) ( kW ) .………( c )

Akibat adanya transmisi antara poros turbin dan poros Akibat adanya transmisi antara poros turbin dan poros generator maka persamaan ( c ) menjadi :generator maka persamaan ( c ) menjadi :

NgNg = = ( kW )( kW )

HQgt ...

HQt ..

Tg N.

Ttrg N..

Sehingga, Sehingga,

NTNT = = ( kW ) ( kW )

Dimana : Dimana : NTNT = daya turbin= daya turbinNgNg = daya generator = 480 kW= daya generator = 480 kW

= effesiensi generator = 0,9= effesiensi generator = 0,9

= effisiensi transmisi kopling flens = 0,95= effisiensi transmisi kopling flens = 0,95

maka daya turbin :maka daya turbin :

NTNT = =

= 561,40 kW= 561,40 kW= 763,50 Hp= 763,50 Hp

NTNT = 764 Hp= 764 Hpdengan 1 kW dengan 1 kW = 1,36 Hp.= 1,36 Hp.Sehingga daya yang dibangkitkan turbin adalah 764 Hp.Sehingga daya yang dibangkitkan turbin adalah 764 Hp.

tr

N

g

g

.

g

tr

95,0.9,0

480

3.3. Head Effektif.3.3. Head Effektif.

Berdasarkan spesifikasi tugas yang direncanakan Berdasarkan spesifikasi tugas yang direncanakan dalam pemanfaatan sumber air yang dapat dialirkan ke dalam pemanfaatan sumber air yang dapat dialirkan ke suatu lokasi tersebut terdapat perbedaaan ketinggian suatu lokasi tersebut terdapat perbedaaan ketinggian dengan aliran sumber air yang diharapkan. Akibat dengan aliran sumber air yang diharapkan. Akibat perbedaan ketinggian ( head ) 30 meter, sebagai perbedaan ketinggian ( head ) 30 meter, sebagai penggerak sudu-sudu turbin dimana roda sudu-sudu penggerak sudu-sudu turbin dimana roda sudu-sudu turbin tersebut ditempatkan didepan dari saluran air yang turbin tersebut ditempatkan didepan dari saluran air yang langsung menerpa sudu-sudu turbin.langsung menerpa sudu-sudu turbin.

Saluran air yang menerpa sudu-sudu turbin maka, Saluran air yang menerpa sudu-sudu turbin maka, losses yang terjadi adalah akibat dari panjangnya jarak losses yang terjadi adalah akibat dari panjangnya jarak saluran untuk menerpa sudu dan juga diakibatkan saluran untuk menerpa sudu dan juga diakibatkan besarnya sudu pengarah air jatuh. Jadi untuk besarnya sudu pengarah air jatuh. Jadi untuk membangkitkan turbin tersebut yang berguna adalah head membangkitkan turbin tersebut yang berguna adalah head effektif.effektif.

Besarnya head effektif dapat diperoleh dengan Besarnya head effektif dapat diperoleh dengan mengurangi tinggi jatuh air total ( head total ) dengan mengurangi tinggi jatuh air total ( head total ) dengan kehilangan tinggi pada saluran air ( head losses ). kehilangan tinggi pada saluran air ( head losses ). Persamaan-persamaan tersebut dapat ditulis sebagai Persamaan-persamaan tersebut dapat ditulis sebagai berikut : Head effektif = head actual – Head losses, berikut : Head effektif = head actual – Head losses, dengan, Head actual = 30 meter.dengan, Head actual = 30 meter.

Didalam perencanaan ini ketinggian jatuh air Didalam perencanaan ini ketinggian jatuh air ( head ) yang dapat dimanfaatkan adalah yang ( head ) yang dapat dimanfaatkan adalah yang mempunyai head sebesar 30 meter, maka besarnya head mempunyai head sebesar 30 meter, maka besarnya head losses sebesar :losses sebesar :

HlsHls = . Hact, dengan Hact = 30 meter= . Hact, dengan Hact = 30 meter

= . 30 m = . 30 m

= 10 meter= 10 meter

Ketinggian jatuh air effektip ( Heff ) adalah :Ketinggian jatuh air effektip ( Heff ) adalah :

HeffHeff = Hact - Hls= Hact - Hls= 30 m – 10 m= 30 m – 10 m= 20 meter= 20 meter

3

1

3

1

3.4. Kapasitas Aliran Air 3.4. Kapasitas Aliran Air

Besarnya kapasitas aliran air yang mengalir ke Besarnya kapasitas aliran air yang mengalir ke turbin dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan turbin dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :sebagai berikut :

NTNT = = ( Hp )( Hp )dimana : dimana :

NTNT = daya turbin = daya turbin = 764 Hp= 764 Hp = berat jenis air = berat jenis air = 1000 kg/m3= 1000 kg/m3 = effesiensi turbin = 0,9 = effesiensi turbin = 0,9 Q Q = kapasitas aliran ( m3/dtk ) = kapasitas aliran ( m3/dtk ) HeffHeff = head effektif = 20 ( m )= head effektif = 20 ( m )

maka : maka : Q Q = = ( m3/dtk ) ( m3/dtk )

= =

= 3,18 m3/dtk= 3,18 m3/dtkJadi besarnya kapasitas aliran air adalah 3,18 m3/dtkJadi besarnya kapasitas aliran air adalah 3,18 m3/dtk

75

... efft HQ

t

efft

T

H

N

..

.75

20.9,0.1000

764.75

3.5. Perencanaan Instalasi Pipa Pesat ( Penstock ) 3.5. Perencanaan Instalasi Pipa Pesat ( Penstock )

Pipa pesat ( penstock ) adalah saluran yang Pipa pesat ( penstock ) adalah saluran yang digunakan untuk mengalirkan air untuk mengalirkan digunakan untuk mengalirkan air untuk mengalirkan air dari sumber air ( head race water ) ke rumah air dari sumber air ( head race water ) ke rumah turbin. Berdasarkan type konstruksinya maka.turbin. Berdasarkan type konstruksinya maka.

Maka,pipa pesat ( penstock ) dibagi atas :Maka,pipa pesat ( penstock ) dibagi atas :1.1. Concrete Penstock.Concrete Penstock.2.2. Fiberglass or Plastik Penstock.Fiberglass or Plastik Penstock.3.3. Steel Penstock.Steel Penstock.4.4. Wood Stave Pipe.Wood Stave Pipe.

Steel penstock lazim di pakai dan digunakan Steel penstock lazim di pakai dan digunakan karena pembuatannya mudah,kekuatannya yang karena pembuatannya mudah,kekuatannya yang tinggi sehingga tahan lama dan diproduksi dalam tinggi sehingga tahan lama dan diproduksi dalam ukuran – ukuran yang bervariasi. Dalam ukuran – ukuran yang bervariasi. Dalam perencanaan ini dpilih steel penstock.perencanaan ini dpilih steel penstock.

Instalasi pipa yang direncanakan ;Instalasi pipa yang direncanakan ;h1h1 = tinggi air masuk di bawah head race 6 m.= tinggi air masuk di bawah head race 6 m.h3h3 = tinggi sisi air keluar di atas tail race 1,5 m.= tinggi sisi air keluar di atas tail race 1,5 m.L1L1 = panjang pipa dari reservoir atas 7 m.= panjang pipa dari reservoir atas 7 m.L2L2 = panjang pipa bawah kepusat turbin 5 m.= panjang pipa bawah kepusat turbin 5 m.

Secara trigonometri dapat dihitung panjang L2 :Secara trigonometri dapat dihitung panjang L2 :

L2L2 = = dengan sudut dengan sudut = 30 = 30

= =

= 45 m= 45 m

Sehingga panjang pipa pesat ( penstock ) keseluruhan Sehingga panjang pipa pesat ( penstock ) keseluruhan adalah :adalah :

LL = L1 + L2 + L3= L1 + L2 + L3

= ( 7 m + 45 m + 5 m )= ( 7 m + 45 m + 5 m )

= 57 m= 57 m

sin31 hhH

30sin

5,1630 mmm

3.6. Diameter Pipa Pesat3.6. Diameter Pipa Pesat

Besarnya diameter pipa pesat ( penstock ) Besarnya diameter pipa pesat ( penstock ) dihitung dengan mempergunakan persamaan rumus :dihitung dengan mempergunakan persamaan rumus :

QQ = =

dimana : dimana : nn = koefisien kekasaran saluran, = koefisien kekasaran saluran, besarnya tergantung dari bahan besarnya tergantung dari bahan pipa. pipa.= 0,012 ( bahan pipa baja las )= 0,012 ( bahan pipa baja las )

QQ = kapasitas aliran air.= kapasitas aliran air.DD = diameter pipa pesat = diameter pipa pesat

( penstock )( penstock )SS = slope of hydraulic gradient.= slope of hydraulic gradient.

dengan, dengan, SS = =

2/13/8 ..4.

3968,0SD

n

L

H ls

jika, jika, HlsHls = head losses = 10 m= head losses = 10 mLL = panjang pipa pesat 57 m = panjang pipa pesat 57 m

maka, maka, SS = =

= 0,175m= 0,175mSehingga persamaan diatas dapat diperoleh besarnya Sehingga persamaan diatas dapat diperoleh besarnya diameter pipa pesat ( penstock ) :diameter pipa pesat ( penstock ) :

3,183,18 = =

D8/3D8/3 = =

DD = 0,293 m= 0,293 mDari diameter pipa pesat (penstock) dipilih standart pipa Dari diameter pipa pesat (penstock) dipilih standart pipa ASA B.36. 10-1939, maka ukuran tersebut adalah :ASA B.36. 10-1939, maka ukuran tersebut adalah :

Schedule 40. Schedule 40. Diameter luar ( do ) = 24”Diameter luar ( do ) = 24”Diameter dalam ( di ) = 23,313”Diameter dalam ( di ) = 23,313”Tebal pipa ( t ) = 0,687”Tebal pipa ( t ) = 0,687”

m

m

57

10

3/82/1 .)175,0.(4.

012.0

3968,0D

85,10

18,3

3.7. Kecepatan Aliran Air.3.7. Kecepatan Aliran Air.

Besarnya kecepatan aliran air didalam pipa Besarnya kecepatan aliran air didalam pipa diperoleh dari perhitungan berikut ;diperoleh dari perhitungan berikut ;

VV = =

dengan, dengan, QQ = kapsitas aliran = 3,18 m3= kapsitas aliran = 3,18 m3

DD = diameter dalam pipa = 23,313”= diameter dalam pipa = 23,313”

= 0,592 m= 0,592 m

maka, maka, VV = =

= 11,55 m/dtk= 11,55 m/dtk

2.4/ D

Q

2

3

)592,0.(4/

18,3

m

3.8. Putaran Turbin3.8. Putaran Turbin

Kecepatan poros dari pada turbin dibatasi, dan Kecepatan poros dari pada turbin dibatasi, dan berkisar antara ( 125 – 750 ) rpm. Putaran turbin dapat berkisar antara ( 125 – 750 ) rpm. Putaran turbin dapat ditentukan berdasarkan persamaan dari speed ratio ditentukan berdasarkan persamaan dari speed ratio sebagai berikut :sebagai berikut :

= 0,8 = 0,8

seadangkan ; seadangkan ; D.nD.n = =

dimana,dimana,

DD = diameter masuk sisi runner= diameter masuk sisi runnernn = putaran runner ( roda turbin )= putaran runner ( roda turbin )gg = percepatan gravitasi ( 9,81 = percepatan gravitasi ( 9,81

m/det2 )m/det2 )HeffHeff = tinggi jatuh effektif ( 20 m )= tinggi jatuh effektif ( 20 m )

maka dapat diperoleh ;maka dapat diperoleh ;D.nD.n = =

= 304 = 304

60

.. nDeffHg..2

effHg..28,0.60

14,3

20.81,9.28,0.60 m

Untuk harga-harga “n” selanjutnya, besarnya D1 akan dapat Untuk harga-harga “n” selanjutnya, besarnya D1 akan dapat ditabelkan berikut ini :ditabelkan berikut ini :

Table .2. Hubungan Putaran Turbin dengan Diameter Runner Table .2. Hubungan Putaran Turbin dengan Diameter Runner Sisi Masuk.Sisi Masuk.

Putaran TurbinPutaran Turbin

n = rpmn = rpm Diameter RunnerDiameter Runner

D1 = m D1 = m

125125

225225

300300

350350

400400

500500

550550

600600

650650

700700

750 750

3,593,59

1,991,99

1,501,50

1,281,28

1,121,12

0,900,90

0,820,82

0,750,75

0,690,69

0,640,64

0,60 0,60

Putaran turbin berkisar antara 125 – 750 rpm Putaran turbin berkisar antara 125 – 750 rpm maka dengan memilih putaran “n” didapat diameter D1 maka dengan memilih putaran “n” didapat diameter D1 akan tertentu. Misalnya untuk n = 125 rpm.akan tertentu. Misalnya untuk n = 125 rpm.Maka didapat ;Maka didapat ;

D1D1 = =

= 2,43 m= 2,43 mDari table di atas dapat dilihat untuk putaran Dari table di atas dapat dilihat untuk putaran

turbin yang lebih kecil maka, diameter runner akan lebih turbin yang lebih kecil maka, diameter runner akan lebih besar, sedangkan pada putaran yang besar akan kecil.besar, sedangkan pada putaran yang besar akan kecil.

Maka perencanaan ini dipilih yang sesuai atau Maka perencanaan ini dipilih yang sesuai atau mendekati dengan diameter aliran dari pada pipa pesat mendekati dengan diameter aliran dari pada pipa pesat (penstock).(penstock).Sehingga dipilih :Sehingga dipilih :

- Putaran Turbin ( n )- Putaran Turbin ( n ) = 225 rpm = 225 rpm - Diameter Runner ( D1 ) = 20 mm- Diameter Runner ( D1 ) = 20 mm

rpm

m

125

304

3.9. Putaran Generator Turbin 3.9. Putaran Generator Turbin

Dalam hal ini, putaran generator turbin adalah Dalam hal ini, putaran generator turbin adalah merupakan fungsi hubungan daripada frekuwensi dengan merupakan fungsi hubungan daripada frekuwensi dengan jumlah pasang kutub dari generator itu sendiri. Sedangkan jumlah pasang kutub dari generator itu sendiri. Sedangkan frekwensi yang umumnya dipakai di Indonesia adalah 50 frekwensi yang umumnya dipakai di Indonesia adalah 50 hz maka dalam bentuk persamaan dapat di tulis :hz maka dalam bentuk persamaan dapat di tulis :

NgNg = =

dengan, dengan, NgNg = kecepatan putar generator = kecepatan putar generator

ff = frekwensi, hz = frekwensi, hz

PP = jumlah pasang kutub generator= jumlah pasang kutub generator

P

f.120

Kecepatan putar generator untuk beberapa kondisi dapat dilihat pada Kecepatan putar generator untuk beberapa kondisi dapat dilihat pada table .3. berikut; table .3. berikut;

Jumlah KutubJumlah Kutub 50 ( Hz )50 ( Hz ) 60 ( Hz )60 ( Hz ) 66

88

1010

1212

1414

1616

1818

2020

2424

2828

3232

3636

4040

4848

5656

6464

7272

8080

8888

1.0001.000

750750

600600

500500

429429

375375

333333

300300

250250

214214

188188

167167

150150

125125

107107

9494

8383

7575

6868

1.2001.200

900900

720720

600600

514514

450450

400400

360360

300300

257257

225225

200200

180180

150150

129129

113113

100100

9090

8282

Dari table di atas terlihat bahwa makin banyak Dari table di atas terlihat bahwa makin banyak jumlah kutub makin rendah putaran generator, sebaiknya jumlah kutub makin rendah putaran generator, sebaiknya jumlah kutub sedikit putaran generator makin tinggi.jumlah kutub sedikit putaran generator makin tinggi.

Putaran generator perlu dipertimbangkan didalam Putaran generator perlu dipertimbangkan didalam pemilihan sebagai berikut ;pemilihan sebagai berikut ;

1.Jika Putaran Tinggi :1.Jika Putaran Tinggi :Jumlah kutub sedikit, maka generator akan semakin Jumlah kutub sedikit, maka generator akan semakin ringan/kecil dan lebih kompak dan ekonomis. ringan/kecil dan lebih kompak dan ekonomis.Turbin akan lebih kecil.Turbin akan lebih kecil.Jika turbin dan generator kecil maka, pembuatannya Jika turbin dan generator kecil maka, pembuatannya akan lebih mudah namun membutuhkan bahan material akan lebih mudah namun membutuhkan bahan material yang lebih kuat.yang lebih kuat.

2.Jika Putaran Rendah ;2.Jika Putaran Rendah ;jumlah kutub banyak maka, generator akan lebih berat jumlah kutub banyak maka, generator akan lebih berat dan tidak ekonomis.dan tidak ekonomis.Turbin dan generator relative besar, maka pasangan Turbin dan generator relative besar, maka pasangan kutub akan lebih banyak.kutub akan lebih banyak.Gaya centrifugal yang timbul kecil.Gaya centrifugal yang timbul kecil.

Dimana poros turbin dikopel langsung memakai Dimana poros turbin dikopel langsung memakai kopling flens tempa maka dipilih ;kopling flens tempa maka dipilih ;Kecepatan putar generator ( ng ) = 750 rpm.Kecepatan putar generator ( ng ) = 750 rpm.Jumlah pasang kutub ( P ) = 4 pasang ( 8 buah ).Jumlah pasang kutub ( P ) = 4 pasang ( 8 buah ).

3.10. Putaran Spesifik Turbin3.10. Putaran Spesifik Turbin

Dari persamaan ( 10 ) dapat diperoleh :Dari persamaan ( 10 ) dapat diperoleh :

nsns = = ( rpm )( rpm )

dari analisa sebelumnya telah didapat :dari analisa sebelumnya telah didapat :

NTNT = daya turbin = 764 Hp= daya turbin = 764 Hp

HH = Tinggi jatuh effektif = 20 m= Tinggi jatuh effektif = 20 m

n n = putaran turbin = 225 rpm= putaran turbin = 225 rpm

maka, maka, nsns = =

= 145,13 rpm ( metric )= 145,13 rpm ( metric )

4/5H

Nn T

4/5)20(

764225 Hprpm