Pembangkit

Cara Menentukan Tipe Turbin Air

Posted on Updated on


Turbin air merupakan salah satu alat yang berguna dalam pengadaan energi listrik. Sumber tenaga lain yang banyak digunakan pada saat ini cukup banyak mulai dari tenaga fosil, tenaga panas bumi, tenaga surya, sampai tenaga biokimia. Struktur dan komponen untuk masing-masing suber tenaga juga berbeda. Turbin air sendiri mempunyai banyak bentuk dan jenis tipe turbinnya. Masing-masing tipe mempunyai keunggulan dan kelemahan yang berbeda dalam bidang pembangkitan energi.

Di antara banyak tipe turbin yang paling banyak digunakan oleh suatu pembangkitan listrik adalah turbin Francis. Turbin Francis banyak digunakan dalam perancangan karena daerah penggunaannya yang luas. Karena dalam menentukan jenis turbin harus diperhatikan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi dari effisiensi. Faktor-faktor yang mempengaruhi effisiensi inilah yang menyebabkan dibuatnya suatu daerah penggunaan yang berbeda untuk masing-masing tipe turbin air.

Bentuk selengkapnya persamaan Euler untuk turbin adalah

H = (u1.c1u – u2.c2u)/g . ηT 

Bila c2u = 0, untuk pengeluaran air yang tegak lurus, bentuk dipermudah menjadi :

H = (u1.c1u)/g . ηT 

Seperti yang ditunjukan oleh gambar dibawah ini,

Bahwa untuk sudu yang punya kelenkungan tajam cocok untuk digunakan di tempat yang mempunyai tinggi jatuh yang besar, dan makin rendah tinggi air jatuh makin memerlukan sudu dengan kelengkungan yang kecil.

Kenyataannya hal tersebut di atas tidak berubah dan sebagai akibatnya timbul pertanyaan, mulai dari mana suatu tinggi air jatuh yang besar dan apa pengaruh selanjutnya, serta bagaimana pengaruh kapasitas aliran Q dan kecepatan putaran n dalam perencanaan turbin air. Berbeda dengan mesin-mesin fluida lainnya seperti turbin uap, kompressor, dan pompa sentrifugal yang semuanya kebanyakan dibuat bertingkat, tetapi pada turbin air harus dibuat dengan satu tingkat yang ukurannya sama dihubungkan dengan hati-hati secara paralel.

Di lain pihak pusat tenaga air ditentukan oleh data-data setempat, perbedaan kombinasi antara tinggi air jatuh dan kapasitas aliran air yang tersedia, dan beberapa kecepatan putar yang diinginkan, karena ada perbedaaan kemungkinan dalam penentuan bentuk roda turbin. Faktor-faktor yang mempengaruhi bentuk roda turbin adalah :

H, Tinggi air jatuh

Tinggi air jatuh H = (u1.c1u)/g . ηT, bisa diperoleh daya spesifik yang dihasilkan turbin, bisa dengan harga u1 yang kecil dan c1u yang besar atau sebaliknya. Tetapi u1 = D1 . . n tergantung pada diameter D1 dan kecepatan putar roda turbin n. untuk c1u yang besar akan berpengaruh kepada beberapa bagian dari energi total yang digunakan untuk menghasilkan energi kecepatan c1 dan berapakah sudut c1 yang dipilih atau dipakai.

Gambar Hubungan antara D1 dan b1 Pada Perencanaan Luas Penampang

Q, Kapasitas aliran

Luas penampang saluran A1 tergantung kepada kapasitas aliran air. Dari persamaan kontinuitas A1 = Q/c1, dimana pada roda turbin A1 = D1 . . b1. gambar 2.5.1 jadi di sini ada hubungannya dengan diameter roda turbin, yang berarti ada juga pengaruhnya terhadap besarnya u1. Dengan pemilihan lebar b berarti roda diameter tertentu dan dengan demikian bentuk roda turbin juga tertentu.

n, Kecepatan putar turbin

Dalam pemilihan kecepatan putaran sebaiknya ditentukan setinggi mungkin, karena dengan kecepatan putar yang tinggi akan didapat momen putir yang kecil, poros yang kecil dan diameter roda turbin yang kecil serta ukuran-ukuran  bagian yang lainnya. Kecepatan keliling u1 = D1 . . n meningkat dengan membesarnya n.

 

Kecepatan Spesifik

Kecepatan spesifik nq dipakai sebagai tanda batasan untuk membedakan tipe  roda turbin dan dipakai sebagai suatu besaran yang penting dalam merencanakan (desain) turbin air.

Persamaan untuk nq yang terdapat dari perimbangan, perbandingan dan penyesuian perhitungan yang ada pada bab ini secara panjang lebar yang seharusnya ada penurunannya, diganti dengan penggunaannya di dalam contoh perhitungan dengan angka-angka :

sq  = n .

dimana

nsq                 =  kecepatan spesifik

n              =  kecepatan putar turbin (min-1)

Q             =  kapasitas air (m3/s)

H              =  tinggi air jatuh (m)

Bila disebutkan, berarti nq adalah jumlah putaran roda turbin yang bekerja pada tinggi air jatuh H = 1 m dan kapasitas air Q = 1 m3/s (dengan jumlah putaran tertentu n/menit).

Suatu roda turbin yang bekerja pada tinggi air jatuh yang berbeda dan kapasitas air yang berbeda, serta bekerja pada suatu putaran tertentu dan mempunyai harga nsq yang sama, maka turbin tersebut secara geometri (bentuk) adalah  mirip/serupa. Besar ukuran-ukuran dasarnya yang berbeda, diameter roda turbin dan lebar rodanya juga berbeda, tetapi bentuk sudu, sudut sudu pengarah dan sudut-sudut sudu jalan, perbandingan diameter roda/lebarnya adalah sama.

Di lain pihak suatu turbin bisa direncanakan untuk kecepatan putar n yang tertentu, tinggi air jatuh yang sama, kapasitas air sama, tetapi bekerja dengan tipe sudu yang berbeda. Kecepatan spesifik merupakan dasar dari penentuan bentuk roda turbin. Sehingga untuk kecepatan spesifik yang sama akan didapatkan suatu bentuk roda turbin yang sama atau sebangun.

Untuk jenis turbin Francis juga mempunyai kisaran kecepatan spesifik tertentu. Ketepatan dalam memilih jenis turbin berdasarkan kecepatan spesifik akan didapatkan suatu rancangan turbin dengan efisiensi yang tinggi. Turbin Francis mempunyai kisaran efisien pada kecepatan spesifik sekitar 20 sampai 120, dapat dilihat gambar dibawah ini,

Gambar  Daerah Penggunaan dari Beberapa Jenis Konstruksi yang Berbeda; VOITH

Sumber : Fritz Dietzel diterjemahkan Dakso Sriyono, Turbin Pompa dan Kompresor

Iklan