turbin air

Turbin AirPresented by:

Ahmad Mufid (C2A ) Faiz Setyo Budi (C2A112001)

Definisi

energi mekanik berupa putaran sudu jalan

(runner).

Aliran air diarahkan langsung menuju sudu-

sudu melalui pengarah, menghasilkan daya

sirip.

Turbin Air adalah alat untuk mengubah energi kinetik berupa aliran air menjadi

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Water_turbine.jpg

Menurut Arah Aliran Air

Menurut Perubahan

Momentum Fluida

Menurut Letak Poros

Turbin

Klasifikasi turbin air

Turbin Aliran RadialAliran air masuk runner tegal lurus dengan poros runner, mengakibatkan runner berputar.Contoh: Turbin Pelton, Cross-Flow, Turgo, dll.

Turbin Aliran AksialAir masuk runner dan keluar runner sejajar dengan poros runner.Contoh: Turbin Kaplan, propeller

Turbin Aliran Aksial-RadialAir masuk runner secara radial dan keluar runner secara aksial/sejajar poros runner.Contoh: Turbin Francis

Menurut Arah Aliran Air

Menurut Perubahan Momentum FluidaTurbin Reaksi

Turbin ini memanfaatkan energi potensial untuk

menghasilkan energi gerak. Runner turbin reaksi sepenuhnya

tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.

Turbin Impuls

Turbin ini memanfaatkan energi potensial air yang diubah

menjadi energi kinetik melalui nozzle.

Menurut Letak Poros

Poros turbin dapat diletakkan secara vertikal atau horisontal, misalnya Turbin Pelton biasanya porosnya dipasang horisontal, sedangkan untuk unit-unit besar porosnya dipasang vertikal.

Jenis-jenis Turbin Air

FRANCIS KAPLAN

PELTON CROSS-FLOW

Turbin francis

Diciptakan oleh James Francis Bichens

dari Inggris. Termasuk jenis turbin reaksi

dengan arah aliran aksial-radial. Turbin

ini beroperasi pada head (tinggi jatuh) 10

– 650 meter, dapat menghasilkan daya 10

– 750 MW dengan Ns (spesific speed) 83 – 1000 rpm.

Pada umumnya turbin ini di desain dengan posisi poros

vertikal untuk menjaga agar air tidak mengenai rumah

generator dan peralatan bantu lainnya.

Gambar Segitiga Kecepatan Turbin Francis

Persamaan Momentum

T = m [ ( r . Vw )1 – ( r . Vw )2 ]

.Dengan asumsi Cv = 1

Vw1 = V . cos α1

= Cv ( 2 . g . H )1/2 . cos α1

= ( 2 . g . H )1/2 . cos α1

Untuk turbin air jenis francis,

Vw2 = 0

maka

T = m [ r1 . ( 2.g.H )1/2 . cos α1 ]

.

appendix

v = kecepatan absolute (m/s)

u = kecepatan tangensial (m/s)

w = kecepatan relatif (m/s)

vf = kecepatan aliran (m/s)

vw = kecepatan sudu (m/s)

.

T = torsi / momen puntir (Nm)

m = laju aliran massa (kg/s)

H = tinggi jatuh air (m)

r1 = jari-jari sisi luar turbin (m)

1 = sudut air masuk sudu (derajat)

2 = sudut air keluar sudu (derajat)

1 = sudut sudu bagian masukan air (derajat)

2 = sudut sudu bagian keluaran air (derajat)

Turbin kaplan

Dikembangkan oleh Dr. Victor Kaplan dari

Austria pada tahun 1913. 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. Turbin ini beroperasi pada head (tinggi

jatuh) 10 – 70 meter, dapat menghasilkan daya 5 – 120 MW

dengan Ns (spesific speed) 79 – 429 rpm.

Gambar Segitiga Kecepatan

Turbin Kaplan

Untuk Turbin Kaplan

U1 = U2 = U

Vw1 = V1 . cos a1

Turbin pelton

Daya yang dapat dihasilkan oleh turbin ini sekitar 50 KW – 100

MW. Pada turbin pelton energi potensial air berubah menjadi energi

kinetik melalui nosel disemprotkan ke bucket untuk dirubah menjadi

energi mekanik yang digunakan untuk memutar poros generator.

Ditemukan oleh Lester Allan Pelton dari

U.S.A pada Tahun 1870an. Turbin Pelton

mengubah energi yang diberikan oleh

pancaran nozzle. Turbin jenis ini bekerja pada

head tinggi (antara 30 – 1000 meter) tetapi

debitnya kecil (0,2 – 3 m3/s).

Gambar Segitiga Kecepatan Turbin Pelton

Untuk Turbin Pelton

V1 = U1 + W1

V1 = Vu1

W1 = W2

U1 = U2 = U

Vw2 = W2 . cos b2 - U

TURBIN CROSSFLOW

Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal

dengan nama Turbin Michell-Banki yang

merupakan penemunya Turbin crossflow dapat

dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10

m3/sec dan head antara 1 s/d 200 m.

Turbin Cross flow menggunakan nozzle persegi panjang yang lebarnya sesuai

dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga

terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar

membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat

masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa

sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.

Gambar Segitiga Kecepatan Turbin Cross-Flow

Untuk turbin air jenis crossflow,

U1 = U2 = U

Vw1 = V1 . cos a1

Vw2 = 0

Tabel Pemilihan Turbin Berdasarkan Tinggi Jatuh dan Debit Air

Karakteristik turbin air

Untuk memperbandingkan prestasi turbin-turbin yang mempunyai output dan

kecepatan yang berbeda dan beroperasi pada tinggi angkat (head) yang berbeda pula,

untuk menyederhanakan perbandingan umumnya dilakukan dengan mengambil acuan

tinggi angkat (head) air sebesar satu meter. Tiga karakteristik turbin yang didasarkan

pada tinggi angkat (head) satuan adalah:

Unit Daya (Pu)

Unit Kecepatan (Nu)

Unit Discharge (Qu)

Unit daya

Daya yang dihasilkan sebuah turbin yang bekerja pada tinggi angkat sebesar

satu meter, dikenal sebagai unit daya. Unit daya dapat dirumuskan sebagai

berikut:

Dengan : Pu = unit daya ( Watt )

Unit kecepatan

Unit kecepatan didefinisikan sebagai kecepatan turbin yang bekerja pada

tinggi angkat sebesar satu meter. Besarnya unit kecepatan dapat dirumuskan

sebagai berikut:

Dengan : Nu = unit kecepatan ( rpm )

Unit discharge

Unit discharge adalah aliran keluaran suatu turbin yang bekerja pada tinggi

angkat sebesar satu meter. Unit discharge dapat dirumuskan sebagai:

Dengan : Qu = unit discharge ( m3/s )

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR

PLTA merupakan sebuah sistem pembangkitan energi listrik yang

memanfaatkan energi potensial dari suatu aliran air, mengubahnya

menjadi energi kinetik dengan cara mengalirkan melalui pipa-pipa

air, kemudian ditumbukkan ke sebuah Turbin Air menggunakan

nozzle atau sudu-sudu pengarah. Turbin Air yang tertumbuk air

akan berputar menghasilkan energi mekanis yang digunakan untuk

memutar rotor generator, sehingga menghasilkan listrik.

Rumus Prinsip Kerja PLTA

Head (H)

Daya Turbin (PT)

Daya Generator (Pout)

Efisiensi Sistem (PLTA)Daya Hidrolis (PH)

Kecepatan Spesifik (Ns)

CONTOH SOAL

HeadHead adalah tinggi jatuh air yang dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin.

Head dilambangkan sebagi H. Dalam sebuah sistem pembangkit, head

merupakan selisih antara head isap dengan head tekan. Tinggi jatuh air dapat

dirumuskan sebagai berikut:

Dengan: H = tinggi jatuh air, dalam satuan meter

Hs = tinggi jatuh air pada sisi isap turbin,

dalam satuan meter

Hd = tinggi jatuh air pada sisi keluar

turbin,

dalam satuan meter

Daya Hidrolis

Daya hidrolis didefinisikan sebagai daya yang dihasilkan oleh air yang

mengalir dari suatu ketinggian. Daya hidrolis dilambangkan sebagai PH. Daya

hidrolis dirumuskan sebagai berikut:

Dengan : Q = debit air (m3/s)

H = tinggi jatuh air (m)

Daya TurbinDaya turbin adalah daya yang dibangkitkan oleh turbin air dengan mengubah

energi kinetik air menjadi energi mekanik berupa putaran turbin. Daya turbin

dilambangkan sebagai PT. Besarnya daya turbin dapat dihitung menggunakan

rumus sebagai berikut:

Dengan : N = putaran nominal turbin (rpm)

T = torsi / momen puntir (Nm)

Daya generator

Daya yang dibangkitkan generator dilambangkan sebagai Pout. Merupakan

daya yang dibangkitkan oleh sebuah system pembangkit setelah mengalami

rugi-rugi secara keseluruhan.

Dengan : v = tegangan generator (volt)

I = arus generator (ampere)

cos = faktor daya

Efisiensi Sistem

Efisiensi sistem adalah kemampuan peralatan pembangkit untuk mengubah

energi kinetik dari air yang mengalir menjadi energi listrik. Besarnya kerugian

didalam turbin akan mempengaruhi efisiensinya. Efisiensi PLTA terdiri dari

efisiensi pada sudu turbin, efisiensi pada poros dan efisiensi pada generator.

Besarnya efisiensi sistem dapat dirumuskan sebagai berikut:

Efisiensi sistem biasanya dinyatakan dalam

persen (%)

Kecepatan SpesifikKecepatan spesifik turbin didefinisikan sebagai kecepatan sebuah turbin

imajiner, yang identik dengan turbin sebenarnya, namun hanya menghasilkan

daya satu satuan pada head satu satuan.

dimana, Ns = kecepatan spesifik (rpm)

N = kecepatan putaran turbin (rpm)

P = Daya Hidrolis Air (Watt)

Dalam prakteknya, kecepatan spesifik paling

sering digunakan. Harga kecepatan spesifik akan

membantu kita dalam memperkirakan prestasi

turbin.

Contoh Soal1. Sebuah pengujian PLTA yang menggunakan Turbin Francis

menghasilkan data sbb:

• Beban Aktif = 3 MW

• Sudut Guide Vane = 45o

• Debit Air = 3 m3/s

• Tinggi muka air DAM = 461 m

• Tinggi muka air Tail Race = 316 m

• Diameter Turbin = 1,0 m

• Putaran Turbin = 550 rpm

Hitung: Daya Turbin dan efisiensi PLTA tersebut!!

Penyelesaian:

• Langkah Pertama, menghitung head (tinggi jatuh air) yang digunakan oleh sistem

H = Hs – Hd

Hd = head discharge (pada Tail Race)

Hs = head suction (pada DAM)

H = 461 – 316 = 145 meter

• Langkah Kedua, menghitung laju aliran massa air

m = . Q

= 997,02 . 3

= 2991,06 kg/s

• Langkah Ketiga, menghitung Torsi

Dengan mengasumsikan Cv = 1, kecepatan sudu (vw) dapat

dihitung vw1 = v . cos α1

= Cv ( 2 . g . H )1/2 . cos 45o

= ( 2 . 9,806 . 145 )1/2 . 0,707

= 40,85 m/s

T = m [ ( r . vw )1 – ( r . vw )2 ]

= 2991,06 [ ( 0,5 . 40,85) – 0 ]

= 61092,4 Nm

• Langkah Keempat, menghitung Daya Turbin

PT = 2 . π . N . T

60

= 2 . 3.14 . 550 . 61092,4 = 3516885 Watt 3,5 MW

60

• Langkah Kelima, menghitung Daya Hidrolis Air

PH = . g . Q . H

= 997,02 . 9,806 . 3 . 145

= 3896000 Watt

= 3,896 MW

• Langkah Keenam, menghitung efisiensi PLTA

Dalam sistem pembangkit listrik, beban aktif merupakan daya yang dibangkitkan

oleh generator listrik (PG).

PLTA = x 100 %

= x 100 % = 77 %

Pout

PH

3

3,896

Data Turbin sebesar 3,5 MW dan efisiensi PLTA sebesar 77%

2. Sebuah turbin Pelton menghasilkan daya 1750 kW pada head 100 meter ketika

turbin beroperasi pada 200 rpm dan mengeluarkan debit air sebesar 2500 liter/s.

Carilah daya satuan, kecepatan satuan dan debit satuan dari turbin!!

SEKIAN PRESENTASI DARI KAMI

ATAS PERHATIANNYA

KAMI UCAPKAN

TERIMA KASIH

turbin air

Documents