Turbin adalah mesin fluida yang mengubah energi air menjadi energi mekanis dengan putaran sudu – sudu. Pada percobaan ini turbin yang digunakan adalah turbin pelton (air), dimana gerakan dari sudu – sudu di gerakkan oleh semprotan air. Turbin air (pelton) adalah mesin konversi energi dengan air sebagai fluida kerja. Proses yang terjadi adalah perubahan dari energi kinetik menjadi energi yang berupa putaran poros. Turbin air dapat di kategorikan sebagai berikut:
a) Turbin impuls/turbin pelton
b) Turbin reaksi/turbin Kaplan
Pada turbin reaksi, ekspansi pada sudu gerak, sedangkan pada turbin Impuls, ekspansi terjadi pada nozzle. Pada percobaan ini air yang dipancarkan pompa digunakan untuk menggerakkan turbin pelton dengan bantuan nozzle.
Percobaan turbin pleton ini adalah percobaan untuk mengetahui performa turbin yang mana pada percobaan tersebut diketahui variabel – variabel yang akan dianalisa menjadi efesiensi. Karena nilai efisiensi ini bervariasi sesuai dengan banyaknya percobaan maka masing – masing nilai efisiensi ini diplot pada suatu grafik yang akan menunjukkan fungsi dari putaran turbin, BHP turbin, dan kapasitas dari turbin pelton tersebut. Dari grafik – grafik tersebut diharapkan bisa dibaca unjuk kerja dari turbin pelton dan perubahan karakteristik turbin pelton jika variable yang berkaitan berubah.
Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana unjuk kerja turbin jika diberi pembebanan, yang kedua agar praktikan mengetahui berapa besarnya efisiensi dari turbin.
Air yang mengalir mempunyai energi yang dapat digunakan untuk memutar roda turbin, oleh karena itu banyak aplikasi di lapangan yang menggunakan energi aliran air tersebut untuk memutar roda turbin. Hal ini misalnya diterapkan pada pembangkit listrik tenaga air. Pada pembangkit listrik tenaga air, biasanya menggunakan prinsip pengubahan energi potensial gravitasi ke energi kinetic, untuk kemudian dipakai memutar turbin. Oleh karena itu sistem ini memerlukan bendungan untuk menahan air tersebut sehingga mempunyai energi potensial yang cukup untuk diubah menjadi energi kinetik yang dapat memutar turbin, persyaratan ini akan mudah dicapai jika sistem tersebut dibangun di sungai - sungai, pegunungan yang menyimpan limpahan air atau di pantai yang ketinggian daratan lebih rendah daripada permukaan laut.
Terlepas dari sistem tersebut dibuat, hal ini juga merupakan unsur yang terpenting adalah turbin itu sendiri. Turbin tersebut harus dapat mengubah energi potensial gravitasi menjadi energi kinetic semaksimal mungkin. Dalam hal ini, turbin pelton adalah yang paling cocok untuk kebutuhan tersebut. Nosel turbin pelton yang lubangnya cukup kecil dapat secara maksimal melakukan fungsi mengubah energi tersebut, sehingga kecepatan semburan air yang keluar darinya dapat menjadi sangat besar. Oleh karena itu energi kinetic yang sangat besar ini dapat menggerakkan turbin, walaupun ukuran turbin tersebut sangat besar, dalam kecepatan tinggi.
Roda pelton suatu turbin impuls adalah mesin rotodinamik yang paling sederhana. Turbin pelton merupakan salah satu dari jenis turbin tekanan yang juga disebut turbin pancaran bebas atau turbin impuls, hal ini dikarenakan air yang keluar dari nozzel tekanannya sama dengan atmosfer sekitarnya. Sebagian energi dan tekanan ketika masuk ke sudu dari turbin dirubah menjadi energi gerak.
Pada prinsipnya terdiri dari suatu seri ember (bucket) yang dipasang secara seragam pada suatu rangka berbentuk lingkaran yang kaku pada poros yang berputar. Suatu pancaran yang keluar dari suatu mulut pipa secar tangensial terhadap rata-rata linkaran runner dan menimpa pada sistem ember. Ember direncanakan sedemikian rupa sehingga pancaran air membagi menjadi dua bagian dan meninggalkan ember dibelokkan melalui sudut yang hampir 180o. Reaksi impuls antara pancaran yang dikenai dan ember menghasilkan suatu momen puntir pada poros sudu yang menyebabkan runner berputar dan terus berputar selama ada arus pancaran yang berkesinambungan datang dan menerjang ember.
Ukuran-ukuran utama turbin Pelton adalah :
- D = Diameter lingkaran sudu yang kena pancaran air, disingkat sebagai Diameter lingkaran pancar (diameter roda rata-rata).
- d = Diameter pancaran air.
- n = Kecepatan putar roda turbin.
Dua masalah pokok yang ada kaitannya dalam penentuan ukuran utama, sehingga harus diperhatikan yaitu : Kecepatan spesifik (ns) dan batas tinggi jatuh yang diinginkan Hmaks. Perbandingan D/d, tidak boleh lebih kecil daripada harga standar. Pengaruh harga ini adalah pada saat pemilihan kecepatan putar roda turbin Pelton dan penentuan jumlah nosel yang digunakan. Diketahui tinggi air jatuh H. dengan demikian diketahui pula kecepatan air keluar.
c1 = Ö2 g H
Selain itu dapat juga kecepatan tangensial roda u =c1/2. Diamter roda D = 60.u/pn ditentukan menurut hasil pemilihan kecepatan putar roda turbin n. sedangkan dalam pemilihan n harus diperiksa terhadap besarnya harga kecepatan spesifik dan apakah harga kecepatan spesifik tersebut memenuhi tinggi air jatuh H yang diijinkan. Selain itu untuk untuk n tinggi, apakah diameter roda tidak terlalu kecil, karena dikhawatirkan nanti akan menyulitkan pembuatan ember sudu dan penampung lintang kaki sudu yang menerima beban terlalu kecil. Diameter pancaran air d diperoleh dari persamaan kontinuitas :
V = A . c1 dengan A = d2 . p/4 dengan meletakan
c1 = Ö2 g H
dan ringkasnya :
d = 0,54 . ÖV/ ÖH dalam m, dimana V dalam m3/detik, H dalam m
Pemanfaatan turbin pelton biasa digunakan di bendungan atau di dam ataupun di air terjun. Sehingga semakin tinggi suatu bendungan atau air terjun maka akan mengakibatkan makin besar pula energi yang akan dihasilkan. Pada turbin pelton dimungkinkan menggunakan lebih dari satu pancaran dan sangat umum menggunakan dua buah pancaran yang paling baik tenaga yang dibangkitkan adalah sebanding dengan jumlah pancaran yang dipasang. Akan tetapi karena air dari salah satu pemancar cenderung untuk mengganggu air dari pemancar yang lain yang berakibat menurunnya efisiensi, kita sekarang menghindari roda pelton dengan banyak pemancar.
Biasanya turbin pelton digunakan di dunia perindustrian pada head antara 100 -150 m atau lebih. Kapasitas air yang masuk dari pompa dapat diatur sesuai kenginan, yaitu dengan mengatur spear di dalam sebuah nosel.
Dalam perancangan sebuah instalasi performa dari turbin harus diketahui, hal ini diperlukan agar dalam perancangan instalasi nantinya dapat dihasilkan yang benar benar optimal. Untuk mengetahui performa atau unjuk kerja turbin, head dari turbin harus diketahui terlebih dahulu, head turbin dapat dicari dengan persamaan energi dibawah ini:
dimana:
Ht = head turbin (m)
v = kecepatan aliran (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
γ = spesific gravity (kg/m3)
Z = tinggi air (m)
Kecepatan aliran didapat melalui persamaan:
v =
dimana
Q = kapasitas turbin (m3/s)
A = luas penampang (m2)
Daya turbin (BHP) dapat dicari dengan menggunakan persamaan:
BHP = 2π x Mt x n
Dimana :
BHP : daya turbin (watt)
n : putaran (RPS)
Mt : torsi turbin (kg m/s2)
Torsi dari turbin didapat dengan menggunakan persamaan:
Mt = (F x L) / ηrem
Dimana:
F : Gaya pada lengan beban (N)
L : Panjang lengan prony (m)
ηrem : Efisiensi rem prony
Daya air yang keluar turbin, dapat dicari dari persamaan:
WHP = . Q. Ht
Dimana :
: 10000 (kg/m3. m/s2)
Ht : Head dalam meter
Q : kapasitas turbin (m3/s)
Efisiensi turbin dapat dihitung dengan persamaan:
Eff = η = 100 %
Efisiensi turbin merupakan parameter performa atau unjuk kerja dari sebuah turbin, jika semakin besar efisiensi maka akan semakin baik performa dari suatu turbin.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar