JENIS-JENIS TURBIN

JENIS-JENIS TURBIN

Berdasarkan fluida yang digunakan, maka turbin dapat dibagi atas:

• Turbin Air.
• Turbin Uap
• Turbin gas.

1. Turbin Air

Turbin air digunakan untuk mengubah energi hidro menjadi energi listrik. Beberapa keuntungan dari trubin air ini adalah:

• Efisiensi yang tinggi
• Fleksibel dalam operasional
• Perawatan mudah
• Tidak ada energi potensial yang terbuang
• Tidak ada bahan polutan

Turbin air mempunyai beberapa tipe diantaranya:

• Turbin Impuls

Pada turbin ini proses ekspansi fluida (penurunan tekanan fluida) hanya terjadi pada sudu-sudu tetap, contohnya turbin pelton.

• Turbin Reaksi.

Pada turbbin ini proses ekspansi fluida terjadi baik pada sudu-sudu gerak (sudu-sudu jalan), contohnya Turbin Francis, turbin propeler dan turbin kaplan.

Berikut penjelasan masing-masing jenis turbin Impuls dan Turbin reaksi :

TURBIN FRANCIS.

Turbin francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih. Pada waktu air masuk ke roda jalan, sebagian dari enrgi tinggi jatuh telah bekerja di dalam suddu pengarah diubah sebagai kecepatan air masuk. Sisa energi tinggi jatuh dimamfaatkan dalam sudu jalan, dengan adanya pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja di sudu jalan  dengan semaksimum mungkin.

Turbin yang dikelilingi dengan sudu pengarah semuanya terbenam dalm air. Air yang masuk kedalam turbin dialirkan melalui pengisian air dari atas turbin (schact) atau melalui sebuah rumah yang berbentuk spiral (rumah keong). Semua roda jalan selalu bekerja. Daya yang dihasilkan turbin diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah. Pembukaan sudu pengarah dapat dilakuakan dengan tangan atau dengan pengatur dari oli tekan(gobernor tekanan oli), dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam roda turbin bisa diperbesar atau diperkecil.

Pada sisi sebelah luar roda jalan terdapat tekanan kerendahan (kurang dari 1 atmosfir) dan kecepatan aliran yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan alirannya akan berkurang dan tekanannya akan kembali naik sehingga air bisa dialirkan keluar  lewat saluran air di bawah dengan tekanan seperti keadaan sekitarnya. Pipa isap pada turbin ini mempunyai fungsi mengubah energi kecepatan menjadi energi tekan.

DAERAH KERJA TURBIN FRANCIS.

Jenis konstruksi turbin ini pertama kali dilaksanakan sekitar tahun 1950. Sekarang turbin francis adalah yang paling banyak dipakai, karena tinggi air jatuh dan kapasitasnya yang paling sering terdapat/ sesuai dengan kebutuhannya. Dari hasil penggunaan dan penelitian yang terus-menerus untuk pengembangan selanjutnya, turbin francis sekarang sudah bisa digunakan untuk tinggi air jatuh sampai 700m dengan kapasitas air dan kecepatan air dan kecepatan putar yang sesuai memenuhi harapan. Gambar berikut adalah daerah penggunaan dari beberapa jenis konstruksi turbin yang berbeda.

Pokok utama pada gambar adalah adanya daerah penggunaan tipe turbin. Untuk diketahui pada gambar diatas di dalam daerah yang dibatasi dengan garis terdapat banyak jenis turbin yang dibuat, jadi sebetulnya garis tersebut sudah bukan merupakan garis batas lagi. Karena ada turbin yang titik muatan beban penuhnya terletak di bawah atau di atas daerah yang diberi tanda. Titik beban penuh turbin dapat juga terletak di bawah daerah tersebut, bila dari kondisi tempat membutuhkan pemasangan turbin dengan tinggi khusus dan berdasarkan alasan untuk menghindari kavitasi, sehingga dengan demikian harus dipilih kecepatan spesifik yang kecil.

Turbin francis yang kecil sering terletak di bawah daerah tersebut, karena harus menggerakkan generator yang mempunyai kecepatan putar yang tinggi dsan dihubungkna langsung dengan roda gigi transmisi. Didalam daerah batas antara turbin francis dengan turbin kaplan, Turbin kaplan lebih menguntungkan yaitu pada keadaan beban tidak penuh randemennya lebih tinggi, karena sudu-suda turbin kaplan bisa diatur sesuai dengan beban yang ada.

TURBIN PELTON

Turbin pelton digolongkan ke dalam jenis turbin impuls atau tekanan sama. Karena selama mengalir di sepanjang sudu-sudu turbin tidak terjadi penurunan tekanan, sedangkan perubahan seluruhnya terjadi pada bagian pengarah pancran atau nosel.

Energi yang masuk ke roda jalan dalam bentuk ennnrgi kinetik. Pada waktu melewati roda turbin, energi kinetik dikonversikan menjadi kerja poros dan sebagian kecil energi terlepas dan sebagian lagi digunakan untuk melawan gesekan dengan permukaan sudu turbin

Instalasi dan begian utama turbin pelton.

Turbin pelton biasanya berukuran besar. Hal ini dapat dimaklumi karena dioperasikan pada tekananyang tinggi danperubahan momentum yang diterima sudu-sudu sangat besar, dengan sendiri struktur turbin harus kuat.

Pada turbin pelton semua energi tinggi tempet dan tekanan ketika masuk kesudu jalan turbin telah telah diubah menjadi energi kecepatan Seperti terlihat pada gambar dibawah ini:

Turbin pelton terdiri dari dua bagian utama yaitu :

v      Nosel

v      Roda jalan.

Nosel mempunyai beberapa fungsi yaitu:

1. Mengarahkan pancaran air ke sudu turbin.
2. Mengubah tekanan menjadi energi kinetik.
3. Mengatur kapasitas air yang masuk turbin.

Jarum yang berada pada nosel bertujuan untuk mengatur kapasitas dan mengkonsentrasikan air yang terpancar di mulut nosel. Panjang jarum sangat menentukan tingkat konsentrasi air, makin panjang jarum air makin terkonsentrasi.

Untukturbin pelton dengan daya kecil, debit bisa diatur dengan hanya menggeser kedudukan jarum sudu. Untuk instalasi yang lebih besar harus menggunakan dua buah sistem pengaturan atau lebih,

Tujuan pengaturan ini adalah untuk menghindari terjadinya tekanan tumbukan yang besar dalam pipa pesat yang timbul akibat penumpukkan nosel secara tiba-tiba ketika beban turbin berkurang dengan tiba-tiba.

Untuk mengurangi putaran turbin pada kondisi atas, pembelokkan pancaran akan berayaun kedepan jarum nosel terlebihdahulu sehingga pancaran air dari nosel berbelok sebagian.

Jumlah nosel tergantung pada bilangan-bilangan spesifik n_q trubin pelton. Dimana n_q dirumuskan :

Roda jalan berbentuk pelek (rim) dengan sejumlah sudu di sekelilinnya. Pelek ini dihubungkan dengan poros dan seterusnya menggerakkan generator. Sudu turbin pelton berbentuk elipsoida yang dibuat dengan bucket (sudu) dan di tengahnya mempunyai splitter (pemisah air). Bentuk sudu sedemikian dimaksudkan supaya bisa membalikkan putaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya samping.

TURBIN KAPLAN

Sesuai dengan persamaan euler, maka makin kecil tinggi air jatuh yang tersedia,makin sedikit belokannya aliran air di dalam sudu jalan. Dengan bertambahnya kapasitas air yang masuk ke dalam turbin, maka akan bertambah besar pula luas penampang salauran yang dilalui air, dan selain itu kecepatan putar yang demikian bisa ditentukan lebih tinggi. Kecepatan spesifik bertambah,kelengkungan sudu, jumlah sudu,  dan belokan aliran air di dalam sudu berkurang.

Pada permulaan sekali disaat pengembang pusat tenaga sungai, turbinnya menggunakan roda baling-baling dengan sudu-sudu tetap yang dituang.

Untuk tempat pusat listrik tenaga sungai harus dihitung lebih dahulu besarnya perubahan tinggi air jatuhnya sepanjang tahun. Dan aliran sungai tersebut bisa diatur dengan memakai bendungan. Makin besar kapasitas air yang mengalir pada saat air tinggi, akan makin tinggi air jatuh yang bisa dimamfaatkan, karena tinggi permukaan air atas adalah konstan sedangkan air kelebihan pada permukaan air bawah akan naik.

Turbin yang bekerja pada kondisi tinggi air jauh yang berubah-ubah mempunyai kerugian, karena dalam perencanaan sudu turbin telah disesuaikan bahwa perpindahan energi yang baik hanya terjadi pada titik normal yaitu pada kondisi perbandingan kecepatan dan tekanan yang tertentu. Bila terjadi penyimpangan yang besar baik ke atas maupun ke bawah, seperti yang terdapat pada pusat tenaga listrik sungai, randamen roda baling-balingnya turbin cepat atau lambat akan turun.

Keuntungan turbin baling-baling dibandingkan dengan turbin francis adalah kecepatan putarnya bisa dipilih lebih tinggi, dengan demikian roda turbin bisa dikopel langsung dengan langsung dengan generator dan ukurannyapun lebih kecil.

RODA JALAN TURBIN KAPLAN : KONTRUKSI  DAN KEADAAN ALIRAN AIR

Konstruksinya bisa dibedakan, sampai dengan alat pengarah pada hakekatnya sama dengan turbin francis dan pada leher poros terdapat sekitar 4 sampai 8 buah kipas sudu yang dapat diputar.

Kipas sudu pada gambar  Diatas  ini sama seperti baling-baling atau sayap pesawat terbang yaitu membawa aliran dengan belokan yang hanya sedikit. Bila untuk pesawat terbang maksudnya adalah supaya dari gaya dorong yang ada bisa didapatkan gaya ke atas, dengan tahanan yang sedikit mungkin. Tetapi pada turbin kaplan maksudnya adalah untuk mendapatkan gaya tangensial yang bisa menghasilkan torsi pada pada poros.