1. TURBIN AIR

A. Pengertian Turbin AirTurbin air adalah alat untuk mengubah energi air menjadi energi puntir. Dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industri untuk jaringan listrik. Sekarang lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin kini dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energi yang dapat diperbaharukan.

B. Klasifikasi Turbin Air1) Berdasaran model aliran air masuk runner, maka turbin air dapat dibagi menjadi tiga tipe yaitu:(1) Turbin Aliran Tangensial Pada kelompok turbin ini posisi air masuk runner dengan arah tangensial atau tegak lurus dengan poros runner mengakibatkan runner berputar, contohnya Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.

(2) Turbin Aliran Aksial Pada turbin ini air masuk runner dan keluar runner sejajar dengan poros runner, Turbin Kaplan atau Propeller adalah salah satu contoh dari tipe turbin ini.

(3) Turbin Aliran Aksial RadialPada turbin ini air masuk ke dalam runner secara radial dan keluar runner secara aksial sejajar dengan poros. Turbin Francis adalah termasuk dari jenis turbin ini.

2) Berdasarkan Perubahan Momentum Fluida Kerjanya.Dalam hal ini turbin air dapat dibagi atas dua tipe yaitu :(1) Turbin ImpulsSemua energi potensial air pada turbin ini dirubah menjadi menjadi energi kinetis sebelum air masuk/ menyentuh sudu-sudu runner oleh alat pengubah yang disebut nozel. Yang termasuk jenis turbin ini antara lain : Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.(2) Turbin ReaksiPada turbin reaksi, seluruh energi potensial dari air dirubah menjadi energi kinetis pada saat air melewati lengkungan sudu-sudu pengarah, dengan demikian putaran runner disebabkan oleh perubahan momentum oleh air. Yang termasuk jenis turbin reaksi diantaranya : Turbin Francis, Turbin Kaplan dan Turbin Propeller.

C. Debit Satuan (QU)Debit yang masuk turbin secara teoritis dapat diandaikan sebagai debit yang melalui curat dengan tinggi terjun = tinggi terjun (Hnetto) yang bekerja pada turbin. Debit dinyatakan sebagai:

Dengan Cd adalah koefisien debit.Akhirnya dapat ditulis sebagai:

D. DayaDaya Satuan (PU) adalah daya turbin yang mempunyai diameter (D) satu satuan panjang dan bekerja pada tinggi terjun (Hnetto) satu satuan panjang.

E. EfisiensiTurbin air modern dioperasikan pada efisiensi mekanis lebih dari 90% (tidak terpengaruh efisiensi termodinamika).Efisiensi turbin tidak tetap nilainya, tergantung dari keadaan beban dan jenis turbinnya.

F. Berdasarkan Head dan DebitHead adalah jarak vertical antara permukaan air pada daerah masuk turbin, dan pada tailrace untuk turbin reaksi dan pada nosel untuk turbin impuls. Jika head diketahui maka head netto dapat dihitung dengan cara mengurangi head total dengan head loss yang terjadi pada pipa.Kriteria pertama yang diambil dalam menentukan jenis turbin yang akan dipakai adalah head net.Dalam hal ini pengoperasian turbin air disesuaikan dengan potensi head dan debit yang ada yaitu :1) Head yang rendah yaitu dibawah 40 meter tetapi debit air yang besar, maka Turbin Kaplan atau propeller cocok digunakan untuk kondisi seperti ini.2) Head yang sedang antara 30 sampai 200 meter dan debit relatif cukup, maka untuk kondisi seperti ini gunakanlah Turbin Francis atau Cross-Flow.3) Head yang tinggi yakni di atas 200 meter dan debit sedang, maka gunakanlah turbin impuls jenis Pelton.

G. Kecepatan spesifikKecepatan spesifik (ns) menunjukkan bentuk dari turbin itu dan tidak berhubungan dengan ukurannya. Kecepatan spesifik merupakan kriteria utama yang menunjukkan pemilihan jenis turbin yang tepat berdasarkan karakteristik sumber air.Kecepatan spesifik dari sebuah turbin juga dapat diartikan sebagai kecepatan ideal, persamaan geometris turbin, yang menghasilkan satu satuan daya tiap satu satuan head.

H. KavitasiPada turbin reaksi, agar tidak terjadi bahaya kavitasi yang terjadi akibat adanya tekanan absolute yang lebih kecil dari tekanan uap air.Kavitasi dapat menyebabkan sudu-sudu turbin menjadi berlubang-lubang kecil, sehingga mengurangi efisiensi turbin yang akhirnya dapat pula merusak sudu turbin.

I. Karakteristik TurbinUntuk dua turbin atau lebih yang mempunyai dimensi berlainan disebut homologous jika kedua turbin atau lebih tersebut sebangun geometri dan mempunyai karakteristik sama. Karakteristik suatu turbin dinyatakan oleh enam buah konstanta, yaitu:1) Rasio kecepatan ()2) Kecepatan satuan (NU)3) Debit satuan (QU)4) Daya satuan (PU)5) Kecepatan spesifik (NS)6) Diameter spesifik (NS)

J. Putaran SpesifikPutaran Spesifik (Ns)Jenis Turbin

4 - 3517 - 5024 - 7070 - 12020 - 200200 - 350350 - 450300 - 550550 - 750750 - 1000Pelton satu nozzel Pelton dua nozzel Pelton banyak nozzel Francis kecepatan rendah Francis kecepatan menengah Francis kecepatan tinggi Francis Express TypePropeller / Kaplan kecepatanrendah Propeller a/Kaplan kecepatan menengah Propeller atau Kaplan kecepatan tinggi

2. TURBIN FRANCISA. PengertianTurbin Francis adalah turbin reaksi yang arah alirannya radial, dengan penggerak yang tetap dan mempunyai sudu pengarah yang dapat diatur. B. Unjuk kerja turbinAir pertama kali memasuki volute, dimana sebuah celah yang berbentuk gelang mengelilingi runner, dan aliran diantara guide vanes, yang memberikan air pada arah aliran yang optimum. Kemudian memasuki runner, yang secara total bergabung, merubah momentum dari air, yang menghasilkan reaksi pada turbin. Air mengalir secara radial menuju pusat. Runner dilengkapi dengan vane berbentuk kurva yang akan ditabrak oleh air. Guide vane dibuat sedemikian rupa sehingga sebagian energi dari air diubah menjadi gerakan berputar yang tidak akan timbul fenomena aliran eddies dan aliran-aliran lain yang tidak diinginkan yang dapat menyebabkan energi yang hilang. Guide vane dapat disesuaikan untuk memberikan derajat adaptabilitas untuk bermacam-macam variasi pada kecepatan aliran air dan beban dari turbin.

C. Karakteristik Turbin1) Daya AirDaya yang masuk kedalam turbin francis adalah daya potensial air WHP = .g.Q.HDimana :WHP : daya hidrolis air (watt) : massa jenis air (kg/m3)g : percepatan gravitasi (m/dt2)Q : laju aliran masa (m3/dt)H : head dari tinggi jatuh air (mH2O)2) Daya keluar turbinDaya yang dikeluarkan oleh turbin adalah daya poros karena tujuan turbin adalah mengubah energi hidrolis menjadi energi mekanis.

BHP = Dimana :BHP : daya mekanis (watt)n : kecepatan putar (rpm)T : Torsi (Nm) = F . s3) Daya ListrikDaya poros yang dihasilkan turbin diubah oleh generator DC menjadi daya listrik Pel = Vj.IjPel : daya listrik efektifVj : tegangan jangkar (Volt)Ij : Arus Jangkar (Ampere)4) Efisiensi TurbinT = daya mekanik / daya air .100%

= x 100 %5) Efisiensi total

e = x 100 %6) Efisiensi Generator

G = X 100 %

3. TURBIN PROPELLERA. PengertianTurbin propeller disebut juga turbin baling-baling poros horizontal adalah turbin yang bekerja di dalam air yang dapat mengubah head kecil/rendah menjadi power yang besar. Turbin baling-baling ini mempunyai keuntungan dimana harganya relative murah dan dapat dioperasikan pada kondisi kapasitas air yang relative konstan. Kelemahannya dibandingkan Kaplan adalah sudu turbin airnya tidak dapat diubah-ubah sesuai dengan kondisi pergolakan air. Dengan demikian efisiensinya akan berubah-ubah pula.

B. Karakteristik Turbin PropellerHubungan antara daya turbin dengan putaran turbin ditunjukkan seperti pada Gambar dimana daya akan turun setelah putaran propeler mencapai putaran tertentu. Pada putaran yang relatif rendah, semakin besar putaran propeler maka daya akan meningkat dan pada saat putaran propeler mencapai kondisi propeller stall maka daya akan drop secara perlahan lahan (Penche, 1998).

4. TURBIN KAPLANA. PengertianTurbin Kaplan adalah jenis turbin reaksi dengan aliran aksial yang sesuai digunakan untuk head antara 3 -20 meter. Runner untuk Turbin Kaplan maupun turbin propeller berbentuk baling-baling terdiri dari sebuah hub yang dilengkapi dengan beberapa buah blade baik fixed atau adjustable.

B. Klasifikasi Turbin Kaplan1) Kaplan single regulated (adjustable blade, KS1)Pada turbin Kaplan runner terpasang dengan posisi vertikal berbentuk propeller terdiri dari hub dan adjustable blade. Aliran air melewati runner yang berada di bawah lantai turbin dengan arah aksial tidak menimbulkan kebisingan. Adjustable blade yang terpasang pada hub dapat diatur sudut pembukaannya sesuai dengan kondisi operasionalnya dan disebut turbin Kaplan single regulated yang cukup fleksibel dengan variasi debit antara 100 % sampai 30 % debit maksimum dengan head mendekati konstan.2) Kaplan double regulated (adjustable blade + adjustable guide vane, KD)Komponen utama dari turbin Kaplan double regulated adalah stay ring, wicket gates, runner dan draft tube untuk adjustable guide vane dan adjustable blade yang terpasang pada hub dapat diatur sudut pembukaannya maka turbin ini disebut double regulated Kaplan yang sangat fleksibel dan dapat beroperasi pada variasi head dan debit antara 100 % sampai 15 % dari debit maksimum.3) Kaplan single regulated (adjustable guide vane, KS2)Komponen utama dari turbin propeller adalah stay ring, wicket gates, runner dan draft tube untuk adjustable guide vane. Terpasang dengan posisi vertikal berbentuk propeller terdiri dari hub dan fixed blade. Aliran air melewati runner yang berada di bawah lantai turbin dengan arah aksial tidak menimbulkan kebisingan. Fixed blade yang terpasang pada hub tidak dapat diatur sudut pembukaannya dan disebut turbin Kaplan single regulated yang kurang fleksibel dengan variasi debit antara 100 % sampai 80 % debit maksimum dengan head mendekati konstan.

C. Prinsip Kerja Air yang mengalir memberikan gaya dorong padaroda jalan sehingga akan dihasilkan gaya (F) yaitu gaya putar(torsi) torsi pada poros turbin. Oleh generator energi mekanik yang dihasilkan poros turbin dikonversikan menjadi energi listrik.

5. TURBIN PELTONA. PengertianTurbin Pelton adalah turbin impuls dimana satu atau lebih semburan air mengenai roda pembawa dimana pada ujung roda pembawa tersebut terdapat sejumlah bucket. Tiap semburan air yang melalui sebuah nossel dengan valve berupa jarum sebagai pengatur laju aliran air yang akan mengenai bucket.

B. Turbin peltonPrinsip dari turbin impuls sudah dijelaskan pada kincir air. Turbinimpus bekerja dengan prinsip impuls. Turbin jenis ini juga disebut turbintekanan sama karena aliran air yang ke luar dari nosel, tekanannyaadalah sama dengan tekanan atmosfer.Turbin pelton beroperasi pada tinggi jatuh yang besar. Tinggi air jatuh dihitung mulai dari permukaan atas sampai tengahtengahpancaran air. Bentuk sudu terbelah menjadi dua bagian yangsimetris, dengan maksud adalah agar dapat membalikan pancaran airdengan baik dan membebaslan sudu dari gaya-gaya samping. Tidak semua sudu menerima pancaran air, hanya sebagaian -jarum katupair tekanantinggibagaian saja scara bergantian bergantung posisi sudut tersebut. Jumlahnoselnya bergantung kepada besarnya kapasitas air, tiap roda turbindapat dilengkapi dengan nosel 1 sampai 6.

Gambar 8 . Pengaturan Nosel pada turbin pelton6. INSTALASI TURBIN

A. Instalasi TurbinTurbin harus ditempatkan pada pondasi semen yang benar-benar datar pada ketinggian yang sesuai, lebih tinggi dari sekitarnya (kira-kira 30 cm). Baut-baut harus dikunci kedasar turbin dan dicor dengan semen sehingga keseluruhan turbin benar-benar kuat dan datar.Direkomendasikan jarak antara turbin dengan turbin ataupun dengan dinding minimal 1,5 m. Hal ini bertujuan untuk kemudahan operasi dan maintenance maupun reparasi.Peralatan harus lengkap dan dengan kualitas yang baik agar turbin berikut komponen-kompenennya dapat bertahan lama serta kuat menahan beban yang besar.

B. OperasiMenjalankan turbin pertama kali, pengecekan untuk pertama kali meliputi :1) Pipa-pipa yang menuju turbin2) Coupling Alignment (jika perlu align pada kondisi panas)3) Segala perlengkapan seperti: gauge, overspeed trip mechanism, low oil pressure tripping dan emergency tripping.Agar kondisi turbin selalu dalam keadaan baik, lakukannlah prosedur pengoperasian dan perawatan preventive secara benar, serta selalu dibawah pengawasan ahlinya.Kemudian cara menghidupkan serta mematikan turbin harus sesuai prosedur agar tidak terjadi kerusakan pada turbin.

C. Hal-Hal yang Diperhatikan Pada Instalasi1) Debit air dan tinggi jatuh air2) Menentukan tinggi jatuh air (H)3) Kondisi geologis dan keadaan air4) Faktor social dan ekonomis5) Lokasi yang baik dan lingkungan yang aman10