View
678
Download
86
Category
Preview:
DESCRIPTION
laporan praktikum turbin kaplan
Citation preview
I. TUJUAN
Setelah mempelajari dan melakukan percobaan turbin kaplan, diharapkan dapat ;
Menjelaskan fungsi dan cara kerja turbin kaplan.
Menghitung analisa tanpa dimensi, menghitung unit kecepatan, laju aliran, torsi dan
daya.
Karakteristik efisiensi turbin pada kecepatan poros yang berubah.
Memahami efek pembebanan yang terjadi, terhadap putaran.
II. DASAR TEORI
Air merupakan salah satu sumber energi alternatif sebagai pengganti sumber energi
konvensional yang ramah lingkungan dan posiif untuk pengembangannya. Besarnya daya
yang dihasilkan tentunya tidak sebesar dengan daya yang dihasilkan dari sumber ernergi
konvensional, namun banyak pihak yang mengembangkan energi alternatif hingga hasil
dari koversi energi alternatif tersebut dapat mencukupi kebutuhan energi semua orang.
Pengembangan yang sudah berjalan hingga saat ini yakni PLTA. Pada pembangkit
tersebut terdapat peralatan mesin konversi fluida yakni, turbin air. Turbin air adalah turbin
dengan air sebagai fluida kerja. Air mengalir dari tempat tinggi menuju ke tempat yang
lebih rendah. Dalam hal ini air tersebut memiliki energi potensial. Dalam proses aliran di
dalam pipa energi potensial berangsur-angsur berubah menjadi energi kinetik. Di dalam
turbin energi kinetik air diubah menjadi energi mekanis, di mana air memutar roda turbin.
Turbin kaplan ini direncanakan untuk laju aliran yang besar dengan tinggi tekanan rendah.
Turbin kaplan ini mempunyai keuntungan bila dibandingkan dengan turbin francis , karena
sudu-sudu turbin kaplan dapat diubah-ubah. Keuntungan ini akan memberikan
karakteristik yang lebih baik, variasi tinggi tekanan yang besar, dan laju aliran yang dapat
divariasi
2.1 Turbin Kaplan
Turbin kaplan merupakan turbin reaksi, tinggi tekanan total merupakan penjumlahan
energi sebelum memasuki dan sesudah keluar turbin. Turbin kaplan merupakan turbin
tekanan lebih yang spesial. Sudu jalan kemurniannya kecil dan pada saluran sudu jalan
belokannya kecil. Sudu jalan dapat diatur saat bekerja, kedudukannya dapat diatur dan
disesuaikan dengan tinggi jatuh air sehingga sesuai untuk pusat tenaga air pada aliran
sungai. Turbin kaplan ini direncanakan untuk laju aliran yang besar dengan tinggi tekanan
rendah. Turbin kaplan ini mempunyai keuntungan bila dibandingkan dengan turbin francis,
karena sudu-sudu turbin kaplan dapat diubah-ubah. Keuntungan ini akan memberikan
karakteristik yang lebih baik, variasi tinggi tekanan yang besar, dan laju aliran yang dapat
divariasi. Yang dapat diperhatikan yaitu tekanan keluar turbin karena tekanan keluaran
turbin yang rendah dapat mengakibatkan kavitasi. Kavitasi akan menyebabkan effisiensi
turun dan kerusakan pada sudu-sudu turbin.
Gambar 1. Turbin Kaplan Sumber. http://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan_turbine
Bagian-bagian turbin kaplan adalah ;
a. Rumah spiral
b. Turbin
c. Pipa pelepas air
Turbin kaplan dengan tekanan rendah mempunyai 4 – 6 daun, sedang dengan tekanan
tinggi terdiri dari 8 daun. Daun dibuat dari baja, tetapi ada juga yang dibuat dari baja tahan
karat, yang lebih mampu menahan pengaruh kavitasi.
Daun-daun turbin sekarang dibuat dari pelat baja yang di las, sehingga antara pelat turbin
terdapat ruang kosong. Poros yang berlubang dibuat dari baja karbon tinggi (high-carbon
steel) dengan kekuatan tarik minimal sebesar 500 N/mm². turbin Kaplan umumnya
mempunyai hanya satu poros untuk turbin dan generator.
2.2 Parameter Pengukuran
Daya Hidrolik, NH (W)
𝑵𝑯 = 𝝆. 𝒈. 𝑸. 𝑯
H = Hs + Hd
𝜌 = densitas air pada temperatur air tersebut (kg/m3)
g = percepatan gravitasi pada tempat percobaan (m/s2)
Q = laju aliran air (m3/s)
H = tinggi tekan (m)
Daya Turbin, NT (W)
𝑵𝑻 = 𝝉. 𝝎
𝑵𝑻 = 𝟐. 𝜫. 𝒏. 𝝉
𝟔𝟎
n = putaran (rpm), 𝜏 = torsi (Nm)
Efisiensi Turbin, η (%)
η = ( NT / NH ) × 100 %
Untuk berbagai kondisi kerja mesin, harga dari parameter tersebut akan bervariasi
menunjukan kemampuan kerja mesin untuk suatu daerah kerja tertentu.
2.3 Parameter Tanpa Dimensi
Unit Kecepatan,
𝑵𝟏𝟏 = 𝒏. 𝑫
√𝑯
Unit Kapasitas Air
𝑸𝟏𝟏 = 𝑸
𝑫𝟐 √𝑯
Unit Torsi
𝑻𝟏𝟏 = 𝝉
𝑫𝟐√𝑯
Unit Daya
𝑵𝑷𝟏𝟏 = 𝑷𝟑
𝑫𝟐√𝑯𝟐
𝑬𝒇𝒇𝒊𝒔𝒊𝒆𝒏𝒔𝒊 𝑮𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒕𝒐𝒓 =𝑷𝒐 𝑮𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒕𝒐𝒓
𝑵𝒑 𝒙 𝟏𝟎𝟎%
𝑬𝒇𝒇𝒊𝒔𝒊𝒆𝒏𝒔𝒊 𝑺𝒚𝒔𝒕𝒆𝒎 =𝑷𝒐 𝑮𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒕𝒐𝒓
𝑵𝑯 𝒙 𝟏𝟎𝟎%
2.4 Instalasi Pengujian
Instalasi pengujian untuk turbin kaplan sudut runernya dapat diubah-ubah sesuai
kebutuhan pengujian.
P
PP
T
n1
3
2
5
67
8
10 11
Gambar 2. Instalasi Pengujian Turbin Kaplan
Keterangan :
1. Pompa aliran aksial
2. Katup pengaturan
3. Pipa transferan impeler pompa
4. Manometer untuk pengukuran laju air
5. Meter tekanan isap
6. Pipa transparan
7. Plat orifice
8. Pipa tekanan / surge
9. Konsul kendali
10. Turbin Kaplan
11. Generator DC
2.5 Gambar Rangkaian Pembebanan pada Turbin Kaplan
IexVexIgVgrpmNm
LoadS
hu
nt
Se
ri
Excitation
L1
L3
L2
L3
L2
L1
Gambar 3. Rangkaian Pembebanan Terhadap Turbin Kaplan
III. PROSEDUR PRAKTIKUM
3.1 Persiapan Praktikum
a. Menyediakan alat tulis untuk mencatat data-data yang diamati,
b. Menyediakan alat-alat ukur yang diperlukan,
c. Memeriksa ulang (resetting) pembacaan/penunjukan alat-alat ukur , di antaranya:
Torsimeter, manometer, volumemeter, rpm meter, voltmeter, ampermeter.
b. Memeriksa kesiapan mesin untuk dioperasikan (jumlah air / fluida kerja, katup-
katup, catu listrik dari sumber utama).
3.2 Operasi dan pengamatan
a. Buat rangkaian generator seperti pada gambar rangkaian pengujian turbin kaplan,
b. Set kontrol ;
Kalibrasi alat ukur bila diperlukan,
Regulasi sumber tegangan untuk belitan medan pada posisi nol,
Posisi beban resitor bank pada posisi nol (tahanan sama dengan nol),
c. Atur sudu pompa seperti yang dikehendaki,
d. Pilih dan atur sudut pengarah dan sudut sudu turbin pada sudut yang dikehendaki,
pada pengujian sudut pengarah = 300 untuk sudu turbin pilih angka 3 yang
menunjukan bukaan runer turbin.
e. Bukaan penuh untuk valve di di sisi suck, sedangkan valve di sisi discharge pada
kondisi tertutup penuh.
f. Sambungkan hubungan generator ke beban. Buka katup pompa pelan-pelan hingga
penuh, pada saat yang bersamaan bebani generator hingga pada kodisi nominal
generator. Dengan pembebanan generator maka putaran turbin akan mengecil.
g. Turunkan kecepatan turbin dengan menaikan beban hingga putaran yang diinginkan
tercapai / kondisi generator pada kondisi nominal.
g. Shut down MCB.
3.3 Operasi Sinkron Generator
a. Buat rangkaian generator seperti pada gambar rangkaian pengujian turbin kaplan,
b. Set kontrol ;
Kalibrasi alat ukur bila diperlukan,
Regulasi sumber tegangan untuk belitan medan pada posisi nol,
Posisi beban resitor bank pada posisi nol (tahanan sama dengan nol),
Hubungkan output generator dengan sumber tegangan yang akan disinkronkan,
c. Persyaratan sinkron generator ;
Besarnya tegangan generator sama terhadap sumber tegangan yang akan
disikronkan,
Besarnya frekuensi generator sama dengan mengatur putaran generator atau
putaran turbin,
d. Atur sudu pompa seperti yang dikehendaki,
e. Pilih dan atur sudut pengarah dan sudut sudu turbin pada sudut yang dikehendaki,
pada pengujian sudut pengarah = 300 untuk sudu turbin pilih angka 3 yang
menunjukan bukaan runer turbin.
f. Bukaan penuh untuk valve di di sisi suck, sedangkan valve di sisi discharge pada
kondisi tertutup penuh.
g. Nyalakan pompa dengan posisi switch pada high, setelah pompa menyala atur
putaran turbin hingga mencapai 1080 rpm dengan jalan mengatur bukaan valve debit
air. Setelah putaran yang diinginkan tercapai maka perhatikan tegangan output
generator mencapai 175 V, dengan mengatur besar nilai tegangan yang masuk pada
belitan medan (nilai arus nominal pada belitan medan sebesar 0.4 dan arus nonminal
yang melewati belitan jangkar sebesar 14.1 A).
h. Setelah kondisi sinkron tercapai maka dilakukan pengujian pembebanan terhadap
turbin dan generator dengan menambahkan beban berupa beban resistor. Apabila
kondisi sinkron berubah akibat pembebanan maka pengaturan yang perlu dilakukan
yakni;
Mengatur bukaan valve pengaturan debit air hingga dicapai kondisi sinkron
semula,
Mengatur nilai arus yang masuk ke belitan hingga dicapai kondisi sinkron.
Kedua point diatas dapat dilakukan secara bersamaan.
g. Pengambilan data dilakukan hingga kondisi parameter generator pada kondisi
nominal (arus jangkar dan arus eksitasi pada nilai nominal),
h. Shut down circuit ;
kurangi secara bersamaan putaran turbin dengan jalan mengatur katup
pengaturan debit air dan kurangi beban resistor bank perlahan dan amati arus
generator jangan sampai pada nilai 0A.
setelah beban diturunkan dan kondisi parameter pengujian sinkron pada
kondisi semula, maka kecilkan nilai tegangan eksitasi hingga mencapai nol
volt. Setelah itu kecilkan putaran turbin hingga pada putaran nol rpm dan
matikan pompa.
h. Shut down MCB.
IV. DATA PENGAMATAN
4.1 Data pengamatan pengujian turbin dengan kecepatan berubah-ubah
NO Sudut
Pengarah
Input Output
ηT (%)
Parameter Tanpa Dimensi
Q (m3/s)
Ps
(W) Pd
(mH2O) H (m) NH (W)
Torsi (Nm)
n (rpm)
NT N11 Q11 P11 T11
1 30 0.072 4.00 0.20 3.80 2587.47 0.30 1500 47.10 1.82 157.74 0.88 8311.76 9.16
2 30 0.072 4.20 0.20 4.00 2723.66 0.50 1435 75.10 2.76 147.09 0.86 8101.30 14.51
3 30 0.07 4.30 0.20 4.10 2714.20 0.60 1390 87.29 3.22 140.73 0.82 7779.62 16.99
4 30 0.0675 4.45 0.20 4.25 2713.02 1.20 1286 161.52 5.95 127.88 0.78 7368.20 32.77
5 30 0.065 4.70 0.20 4.50 2766.21 2.10 1179 259.14 9.37 113.94 0.73 6895.40 54.17
6 30 0.065 4.80 0.20 4.60 2827.68 2.80 1091 319.74 11.31 104.28 0.72 6820.03 70.65
7 30 0.067 5.00 0.20 4.80 3041.42 3.40 1018 362.27 11.91 95.25 0.73 6881.87 82.22
8 30 0.067 5.00 0.20 4.80 3041.42 4.00 945 395.64 13.01 88.42 0.73 6881.87 96.73
9 30 0.065 5.10 0.20 4.90 3012.10 4.40 890 409.87 13.61 82.42 0.70 6607.96 104.23
10 30 0.063 5.20 0.20 5.00 2979.00 4.90 815 417.99 14.03 74.72 0.67 6340.27 113.75
Control Panel
ηG (%) ηS (%) Va (V) Ia (A) Vfg Ifg Pout
150 0.00 76 0.16 0 0.00 0.00
156 2.10 77 0.16 327.6 436.23 12.03
159 3.00 77 0.16 477 546.44 17.57
160 5.40 77 0.16 864 534.91 31.85
155 7.10 77 0.16 1100.5 424.67 39.78
146 8.50 76 0.15 1241 388.13 43.89
137 9.80 77 0.16 1342.6 370.61 44.14
128 10.80 77 0.16 1382.4 349.41 45.45
120 11.60 76 0.15 1392 339.62 46.21
109 11.70 77 0.16 1275.3 305.11 42.81
4.2 Data pengamatan sinkronisasi Generator
NO Sudut
Pengarah
Input Output
η (%)
Parameter Tanpa Dimensi
Q (m3/s)
Ps Pd
(mH2O) H (m) NH (W)
Torsi (Nm)
n (rpm)
NT N11 Q11 P11 T11
1 30 0.057 3.1 0.2 2.90 1563.27 0.3 1080 33.91 2.17 130.01 0.80 7532.31 12.01
2 30 0.058 3.5 0.2 3.30 1810.10 0.4 1080 45.22 2.50 121.88 0.76 7184.94 14.07
3 30 0.059 5.7 0.2 5.50 3068.84 1 1080 113.04 3.68 94.41 0.60 5661.39 21.10
4 30 0.062 4 0.2 3.80 2228.10 1.7 1080 192.17 8.62 113.58 0.76 7157.35 51.93
5 30 0.067 4.8 0.2 4.60 2914.69 2.8 1080 316.51 10.86 103.23 0.74 7029.88 70.65
6 30 0.072 5.6 0.2 5.40 3676.94 4.3 1080 486.07 13.22 95.28 0.74 6972.49 92.43
7 30 0.08 7 0.2 6.80 5144.68 7 1080 791.28 15.38 84.90 0.73 6903.79 119.49
Control Panel
ηG (%) ηS (%) Va (V) Ia (A) Vfg Ifg Pout
175 1.3 128 0.26 227.50 670.85 14.55
175 2.5 125 0.25 437.50 967.58 24.17
175 3.7 123 0.24 647.50 572.81 21.10
175 4.8 121 0.24 840.00 437.12 37.70
175 7.1 116 0.21 1242.50 392.56 42.63
175 10.1 106 0.21 1767.50 363.63 48.07
175 14.1 101 0.2 2467.50 311.84 47.96
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 180.00
ηs
(%)
N11
ηs = f (N11)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Q1
1
N11
Q11 = f (N11)
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
ηT
(%)
n (rpm)
ηT = f (n)
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
0.062 0.063 0.064 0.065 0.066 0.067 0.068 0.069 0.07 0.071 0.072 0.073
H (
m)
Q ( m3/s)
H = f (Q)
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00
ηs
(%)
N11
ηs = f (N11)
0.72
0.73
0.74
0.75
0.76
0.77
0.78
0.79
0.80
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00
Q1
1
N11
Q11 = f (N11)
Recommended