BAB ISEJARAH PERKEMBANGAN TURBIN AIR

Turbin air dikembangkan pada abad ke-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 diperbarui. Kata ‘Turbin’ diambil dari terjemahan bahasa

latin dari kata ‘Whirling’ (putaran) atau ‘vortex’ (pusaran air).

Ide untuk memanfaatkan tenaga air menjadi tenaga mekanis sebenarnya sudah dimulai dari abad

yang samar-samar pada zaman prasejarah. Pada tahun 2200 SM, bangsa India Selatan sudah berhasil

untuk merubah tenaga air menjadi tenaga mekanis yaitu dengan menggunakan kincir air. Air yang ada di

alirkan melalui saluran dan langsung menumbuk kincir air yang di pasang pada ujung saluran. Tenaga

yang ditimbulkan oleh aliran air dapat menyebabkan kincir air tersebut berputar, berputarnya kincir

diteruskan ke poros kincir dan dengan dibantu oleh susunan roda gigi dapat digunakan untuk memutar

generator atau alat yang lain, seperti penumbuk padi, jagung atau lain sebagainya. Pada mulanya kincir

air dibuat dari kayu, tetapi lama-kelamaan dibuat dari bahan yang lebih baik, sehingga efisiensi yang

dihasilkan memuaskan. Dari model PLTA yang dibuat itu kemudian diikuti oleh Negara lain di benua

Eropa dan Amerika. Para ahli yakin bahwa kincir air mulai digunakan sekitar 500 tahun sebelum

digunakannya di Negara India. Baru kemudian tepatnya pada abad ke 18 kincir air mengalami

perkembangan yang sangat pesat dan dapat diubah menjadi turbin air. Kemajuan yang sangat pesat dari

turbin air dilakukan oleh Francis.

Tepatnya tahun 1855 Francis berhasil membuat turbin dan meraih sukses pada tahun

1910. Turbin Francis mempunyai poros tegak dengan ukuran yang besar, sedangkan dengan ukuran yang

kecil mempunyai poros yang mendatar. Turbin Francis memakai roda propeller atau runner yang dapat

berputar secara bebas. Awal mula yang membawa kesuksesan Francis adalah Pelton yang telah

membangun turbin aksi pada tahun 1870. Pelton membangun turbin dengan ketinggian jatuh air yang

besar. Pemasukan air melalui saluran yang kemudian oleh pipa pesat (penstock) air tersebut diubah

menjadi kecepatan tinggi dan langsung menemukan sudu jalan. Sudu-sudu jalan dari Turbin Pelton

berupa bucket atau ember atau sekop yang dibuat runcing pada sisi sebelah luarnya. Turbin Pelton

memanfaatkan kecepatan air yang keluar dari pipa pesat, sehingga turbin ini termasuk aksi. Hampir 95%

tenaga air yang diberikan menjadi diknetis. Dewasa ini makin banyak terlihat penggunaan PLTA, dimana

penggunaan airnya dipompa ke atas pada waktu bebannya rendah. System ini sangat menguntungkan

untuk memenuhi kebutuhan akan tenaga listrik. Sedangkan perkembangan lain adalah pembangunan

PLTA di bawah tanah. Hampir semua pembangunan waduk PLTA digunakan dalam berbagai keperluan,

misalnya untuk irigasi, perikanan, dan sebagai pengendali banjir.

1

BAB II

KLASIFIKASI TURBIN AIR

Dengan kemajuan ilmu Mekanika fluida dan Hidrolika serta memperhatikan sumber energi air

yang cukup banyak tersedia di pedesaan akhirnya timbullah perencanaan-perencanaan turbin yang

divariasikan terhadap tinggi jatuh ( head ) dan debit air yang tersedia. Maka dari itu masalah turbin air

menjadi masalah yang menarik dan menjadi objek penelitian untuk mencari sistem, bentuk dan ukuran

yang tepat dalam usaha mendapatkan efisiensi turbin yang maksimum.

Pada uraian berikut akan dijelaskan pengklasifikasian turbin air berdasarkan beberapa kriteria.

A. Berdasarkan Model Aliran Air Masuk Runner.

Berdasarkan 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

2

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 - Radial

Pada 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.

B. Berdasarkan Prinsip Kerjanya

Berdasarkan prinsip kerjanya, maka turbin air dapat dibagi menjadi dua yaitu

1. Turbin Impuls (impulse turbine)

Turbin impuls adalah turbin yang cara kerjanya dengan mengubah seluruh energi air (yang

terdiri dari energi potensial + tekanan + kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk

memutar turbin, sehingga menghasilkan energi punter.

3

Contoh-contoh Turbin impuls yaitu :

a. Turbin Pelton

Turbin Pelton adalah sebuah turbin dengan tekanan sama. Roda jalan dari turbin Pelton

kebanyakan dipasang dengan poros yang datar (horisontal). Pada garis keliling roda jalan

dipasangkan sudu-sudu berbentuk setengah bola dan menyerupai bokor. Turbin Pelton

dibangun untuk instalasi tenaga air dengan perbedaan tinggi air yang besar. Turbin Pelton

adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang

cocok digunakan untuk head tinggi.

b. Turbin Turgo

Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo

merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozzle membentur

sudu pada sudut 20 o. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton.

Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan

efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.

4

Gambar 1.8. Sudu turbin Turgo dan nozle

c. Turbin Crossflow

Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki yang

merupakan nama penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang merupakan

nama dari perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat

dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec dan head antara 1 s/d 200 m.

Gambar 1.9. Turbin Crossflow

Turbin Crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar

runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi

kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan

energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner

turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.

Turbin Crossflow

Adapun konstruksi dari turbin ossberger yaitu terdiri dari rumah turbin, alat pengarah,

roda jalan, penutup, katup udara, pipa hisap, serta bagian peralihan.

5

2. Turbin reaksi (reaction turbine)

Turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan mengubah seluruh energi air

yang tersedia menjadi energi punter.

a. Turbin Kaplan dan Propeller

Turbin Kaplan dan Propeller merupakan turbin reaksi aliran aksial. Turbin ini tersusun

dari Propeller seperti pada perahu. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam

sudu. Sedangkan turbin Kaplan banyak dipakai pada instalasi pembangkit listrk tenaga air

sungai, karena turbin ini mempunyai kelebihan dapat menyesuaikan head yang berubah-ubah

sepanjang tahun. Turbin kaplan dapat beroperasi pada kecepatan tinggi sehingga ukuran roda

turbin lebih kecil dan dapat dikopel langsung dengan generator. Pada kondisi dimana beban

tidak penuh turbin kaplan mempunyai efisiensi paling tinggi, hal ini dikarenakan sudu-sudu

turbin kaplan dapat diatur menyesuaikan dengan beban yang ada.

6

b. Turbin Francis

Konstruksi turbin Francis terdiri dari sudu pengarah dan sudu jalan, dan kedua sudu

yang semuanya terendam di dalam aliran air. Air pertama masuk pada terusan berbentuk

rumah keong. Perubahan energi seluruhnya terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak.

Aliran air masuk ke sudu pengarah dengan kecepatan semakin naik namun dengan

tekanan yang semakin turun sampai roda jalan, pada roda jalan kecepatan akan naik lagi

dan tekanan turun sampai di bawah 1 atm. Untuk menghindari kavitasi, tekanan harus

dinaikkan sampai 1 atm dengan cara pemasangan pipa hisap.

7

C. Berdasarkan Kecepatan Spesifik (Ns)

Yang dimaksud dengan kecepatan spesifik dari suatu turbin ialah kecepatan putaran

runner yang dapat dihasilkan daya effektif 1 BHP untuk setiap tinggi jatuh 1 meter atau dengan

rumus dapat ditulis ( Lal, Jagdish, 1975 ) :

Ns = n . Ne 1/2 / Hefs5/4

Dimana :

Ns = Kecepatan spesifik turbin

n = Kecepatan putaran turbin (rpm)

Hefs = Tinggi jatuh effektif (rpm)

Ne = Daya turbin effektif

Setiap turbin air memiliki nilai kecepatan spesifik masing-masing. Pada tabel 1dijelaskan

batasan kecepatan spesifik untuk beberapa turbin konvensional ( Lal, Jagdish, 1975 )

8

D. Berdasarkan Head dan Debit.

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.

9

BAB III

KELEBIHAN DAN KEKURANGAN TURBIN AIR

Turbin adalah salah satu penghasil tenaga terbersih, menggantikan pembakaran bahan bakar fosil

dan menghapuskan limbah nuklir. Turbin menggunakan energi terbarukan dan didesain untuk beroperasi

dalam jangka waktu puluhan tahun. Turbin memproduksi sumber energi listrik dunia dengan jumlah yang

besar. Namun turbin juga mempunyai konsekuensi negatif. Berikut ini kelebihan dan kekurangan dari

turbin air yaitu

A. Kelebihan dari turbin air yaitu

1. Dapat bekerja disetiap bawa air

2. Dapat beroperasi pada kecepatan yang sangat tinggi

3. Dapat dikontrol secara otomatis

4. Efisiensi yang tinggi

5. Fleksibel dalam operasional

6. Perawatan mudah

7. Tidak ada energi potensial yang terbuang

8. Tidak ada bahan polutan

B. Kekurangan dari turbin air yaitu

1. Putaran sudu atau gerbang pengarah dari turbin air dapat mengganggu ekologi natural

sungai, membunuh ikan, menghentikan migrasi dan menganggu mata pencaharian

manusia. Hal itu dapat diatasi dengan membangun sistem pembangkit tenaga air yang

mengalihkan ikan dan organisme lainnya dari saluran masuk turbin tanpa kerusakan atau

kehilangan tenaga yang berarti.

2. Tidak dapat digunakan saat musim kemarau.

3. Bendungan yang rusak dapat mengakibatkan bencana.

10

BAB IV

KOMPONEN-KOMPONEN TURBIN AIR

Turbin air pada dasarnya sudah memiliki sistem yang cukup sederhana. Turbin air terdiri dari komponen-komponen berikut :

1. Asupan Poros

Asupan Poros adalah tabung yang terhubung ke pipa atau penstock yang membawa air ke turbin.

2. Air Nozzle

Air nozzle adalah nozzle yang menembak jet air (impuls jenis turbin saja) . 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. Fungsi dari nozzle yaitu

- Mengarahkan pancaran air ke sudu turbin.

- Mengubah tekanan menjadi energi kinetik.

- Mengatur kapasitas air yang masuk turbin.

3. Runner

Runner adalah roda yang menangkap air ketika mengalir dalam menyebabkan roda untuk

mengubah.

4. Poros Generator

Poros generator adalah poros baja yang menghubungkan pelari ke generator.

5. Generator

Generator yang dimaksud adalah generator listrik kecil yang menciptakan listrik.

6. Keluar dari katup

Keluar dari tabung adalah tabung atau Shute yang mengembalikan air ke aliran itu datang.

11

7. Pembangkit Tenaga Listrik

Pembangkit tenaga listrik yang dimaksud adalah sebuah gudang kecil atau kandang untuk

melindungi turbin air dan generator dari elemen .

12

BAB V

SEKILAS TENTANG PEMBANGKIT LISTIK TENAGA AIR

Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) merupakan salah satu pembangkit listrik yang

menggunakan energi terbarukan berupa air. Salah satu keunggulan dari pembangkit ini adalah responnya

yang cepat sehingga sangat sesuai untuk kondisi beban puncak maupun saat terjadi gangguan di jaringan.

Selain kapasitas daya keluarannya yang paling besar diantara energi terbarukan lainnya, pembangkit

listrik tenaga air ini juga telah ada sejak dahulu kala. Berikut ini merupakan penjelasan singkat mengenai

pembangkit listrik tenaga air serta keberadaan potensi energi air yang masih belum digunakan.

Tenaga air telah berkontribusi banyak bagi pembangunan kesejahteraan manusia sejak beberapa

puluh abad yang lalu. Beberapa catatan sejarah mengatakan bahwa penggunaan kincir air untuk pertanian,

pompa dan fungsi lainnya telah ada sejak 300 SM di Yunani, meskipun peralatan-peralatan tersebut

kemungkinan telah digunakan jauh sebelum masa itu. Pada masa-masa antara jaman tersebut hingga

revolusi industri, aliran air dan angin merupakan sumber energi mekanik yang dapat digunakan selain

energi yang dibangkitkan dari tenaga hewan. Perkembangan penggunaan energi dari air yang mengalir

kemudian berkembang secara berkelanjutan sebagaimana dicontohkan pada desain tenaga air yang

menakjubkan pada tahun 1600-an untuk istana Versailles dibagian luar Paris, Prancis. Sistem tersebut

memiliki kapasitas yang sepadan dengan 56 kW energi listrik.

Sistem tenaga air mengubah energi dari air yang mengalir menjadi energi mekanik dan kemudian

biasanya menjadi energi listrik. Air mengalir melalui kanal (penstock) melewati kincir air atau turbin

dimana air akan menabrak sudu-sudu yang menyebabkan kincir air ataupun turbin berputar. Ketika

digunakan untuk membangkitkan energi listrik, perputaran turbin menyebabkan perputaran poros rotor

pada generator. Energi yang dibangkitkan dapat digunakan secara langsung, disimpan dalam baterai

ataupun digunakan untuk memperbaiki kualitas listrik pada jaringan.

13

DAFTAR PUSTAKA

www.google.com

14