Presentasi Turbin Air

7/14/2019 Presentasi Turbin Air

1/28

TURBIN AIR


2/28

GambaranTurbin air dikembangkanpada abad 19 dan digunakansecara luas untuk tenagaindustri untuk jaringan listrik.Sekarang lebih umum dipakaiuntuk generator listrik.Turbin kini dimanfaatkan

secara luas dan merupakansumber energi yang dapatdiperbaharukan.
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Water_turbine.jpg


3/28

Sejarah

Teori Pengoperasian

JenisJenis Turbin Air Desain dan Apikasi

Pemeliharaan

Pengaruh Pada Lingkungan

End


4/28

Kincir air sudah sejak lama digunakan untuk tenaga industri. Pada mulanya yangdipertimbangkan adalah ukuran kincirnya, yang membatasi debit dan head yang dapatdimanfaatkan.

Perkembangan kincir air menjadi turbin modern membutuhkan jangka waktu yang cukuplama. Perkembangan yang dilakukan dalam waktu revolusi industri menggunakan metode danprinsip ilmiah. Mereka juga mengembangkan teknologi material dan metode produksi baru padasaat itu.

Kata "turbine" ditemukan oleh seorang insinyur Perancis yang bernama Claude Bourdin padaawal abad 19, yang diambil dari terjemahan bahasa Latin dari kata "whirling" (putaran) atau"vortex" (pusaran air). Perbedaan dasar antara turbin air awal dengan kincir air adalah komponenputaran air yang memberikan energi pada poros yang berputar. Komponen tambahan inimemungkinkan turbin dapat memberikan daya yang lebih besar dengan komponen yang lebih kecil.

Turbin dapat memanfaatkan air dengan putaran lebih cepat dan dapat memanfaatkan head yanglebih tinggi. (Untuk selanjutnya dikembangkan turbin impulse yang tidak membutuhkan putaranair).


5/28

Runtutan SejarahSebuah sudu turbin Francis yang menghasilkan dayahampir 1 juta hp. Sedang dipasang pada bendunganGrand Coulee.

Sebuah sudu tipe baling-baling yang menghasilkandaya 28 ribu hp.
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:HydroelectricTurbineRunner.pnghttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Water_turbine_grandcoulee.jpg


6/28

Runtutan SejarahJn Andrej Segner mengembangkan turbin air reaksi pada pertengahan tahun 1700. turbin ini

mempunyai sumbu horizontal dan merupakan awal mula dari turbin air modern. Turbin inimerupakan mesin yang simpel yang masih diproduksi saat ini untuk pembangkit tenaga listrik skalakecil. Segner bekerja dengan Euler dalam membuat teori matematis awal untuk desain turbin.

Pada tahun 1820, Jean-Victor Poncelet mengembangkan turbin aliran kedalam.

Pada tahun 1826, Benoit Fourneyon mengembangkan turbin aliran keluar. Turbin ini sanganefisien (~80%) yang mengalirkan air melalui saluran dengan sudu lengkung satu dimensi. Salurankeluaran juga mempunyai lengkungan pengarah.

Pada tahun 1844, Uriah A. Boyden mengembangkan turbin aliran keluar yang meningkatkanperforma dari turbin Fourneyon. Bentuk sudunya mirip dengan turbin Francis.

Pada tahun 1849, James B. Francis meningkatkan efisiensi turbin reaksi aliran kedalamhingga lebih dari 90%. Dia memberikan test yang memuaskan dan mengembangkan metodeengineering untuk desain turbin air. Turbin Francis dinamakan sesuai dengan namanya, yangmerupakan turbin air modern pertama. Turbin ini masih digunakan secara luas di dunia saat ini.


7/28

Runtutan SejarahTurbin air aliran kedalam mempunyai susunan mekanis yang lebih baik dan semua turbin

reaksi modern menggunakan desain ini. Putaran massa air berputar hingga putaran yang semakincepat, air berusaha menambah kecepatan untuk membangkitkan energi. Energi tadi dibangkitkanpada sudu dengan memanfaatkan berat jatuh air dan pusarannya. Tekanan air berkurang sampainol sampai air keluar melalui sirip turbin dan memberikan energi.

Sekitar tahun 1890, bantalan fluida modern ditemukan, sekarang umumnya digunakan untukmendukung pusaran turbin air yang berat. Hingga tahun 2002, bantalan fluida terlihat mempunyaiarti selama lebih dari 1300 tahun

Sekitar tahun 1913, Victor Kaplan membuat turbin Kaplan, sebuah tipe mesin baling-baling.Ini merupakan evolusi dari turbin Francis tetapi dikembangkan dengan kemampuan sumber air yangmempunyai head kecil.


8/28

Sebuah Konsep BaruPada umumnya semua turbin air hingga akhir abad 19 (termasuk kincir air) merupakan mesin

reaksi; tekanan air yang berperan pada mesin dan menghasilkan kerja. Sebuah turbin reaksimembutuhkan air yang penuh dalam proses transfer energi.

Pada tahun 1866, tukang pembuat gilingan di California, Samuel Knight menemukan sebuahmesin yang mengerjakan tuntas sebuah konsep yang berbeda jauh. Terinspirasi dari system jet

tekanan tinggi yang digunakan dalam lapangan pengeboran emas hidrolik, Knight mengembangkanceruk kincir yang dapat menangkap energi dari semburan jet, yang ditimbulkan dari energi kinetik airpada sumber yang cukup tinggi (ratusan kaki) yang dialirkan melalui sebuah pipa saluran. Turbin inidisebut turbin impulse atau turbin tangensial. Aliran air mendorong ceruk disekeliling kincir turbinpada kecepatan maksimum dan jatuh keluar sudu dengan tanpa kecepatan.

Pada tahun 1879, Lester Pelton, melakukan percobaan dengan kincir Knight, dikembangkanlahdesain ceruk ganda yang membuang air kesamping, menghilangkan beberapa energi yang hilangpada kincir Knight yang membuang sebagian air kembali melawan kincir. Sekitar tahun 1895, William

Doble mengembangkan ceruk setengah silinder milik Pelton menjadi ceruk berbentuk bulatmemanjang, termasuk sebuah potongan didalamnya yang memungkinkan semburan untukmembersihkan masukan ceruk. Turbin ini merupakan bentuk modern dari turbin Pelton yang saat inidapat memberikan efisiensi hingga 92%. Pelton telah memprakarsai desain yang efektif, kemudianDoble mengambil alih perusahaan Pelton dan tidak mengganti namanya menjadi Doble karena namaPelton sudah dikenal.

Turgo dan turbin aliran silang merupakan desain turbin impulse selanjutnya.


9/28

Teori Pengoperasian


10/28

Teori PengoperasianAliran air diarahkan langsung menuju sudu-sudu melalui pengarah, menghasilkan daya pada

sirip. Selama sudu berputar, gaya bekerja melalui suatu jarak, sehingga menghasilkan kerja. Dalamproses ini, energi ditransfer dari aliran air ke turbin.

Turbin air dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu turbin reaksi dan turbin impuls.

Kepresisian bentuk turbin air, apapun desainnya, semua digerakkan oleh suplai tekanan air.


11/28

Turbin ReaksiTurbin reaksi digerakkan dengan air, yang merubah tekanan sehingga melewati turbin dan

menaikkan energi. Turbin reaksi harus menutup untuk mengisi tekanan air (pengisap) atau merekaharus sepenuhnya terendam dalam aliran air.

Hukum ketiga Newton menggambarkan transfer energi untuk turbin reaksi

Turbiin air yang paling banyak digunakan adalah turbin reaksi. Turbin reaksi digunakan untukaplikasi turbin dengan head rendah dan medium.


12/28

Turbin ImpulsTurbin impuls merubah aliran semburan air. Semburan turbin membentuk sudut yang

membuat aliran turbin. Hasil perubahan momentum (impuls) disebabkan tekanan pada sudu turbin.Sejak turbin berputar, gaya berputar melalui kerja dan mengalihkan aliran air dengan mengurangienergi.

Sebelum mengenai sudu turbin, tekanan air (energi potensial) dikonversi menjadi energi

kinetik oleh sebuah nosel dan difokuskan pada turbin. Tidak ada tekanan yang dirubah pada suduturbin, dan turbin tidak memerlukan rumahan untuk operasinya.

Hukum kedua Newton menggambarkan transfer energi untuk turbin impuls.

Turbin impuls paling sering digunakan pada aplikasi turbin tekanan sangat tinggi.


13/28

DayaTenaga yang didapat dari aliran air adalah,

P = g h i

Dimana

P = Daya (J/s or watts) = efisiensi turbin

= massa jenis air (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (9.81 m/s2)

h = head (m). Untuk air tenang, ada perbedaan berat antara permukaan masuk dan keluar.Perpindahan air memerlukan komponen tambahan untuk ditambahkan untuk mendapatkan aliranenergi kinetik. Total head dikalikan tekanan head ditambah kecepatan head.

i = aliran rata-rata (m3/s)


14/28

Pompa PenyimpananBeberapa turbin air didesain untuk pompa penyimpan hidroelektrik. Pompa ini dapat

mengalirkan dan mengoperasikan pompa untuk memenuhi reservoir tinggi selama listrik tidakberoperasi dan kemudian kembali ke turbin untuk membangkitkan daya selama permintaan listriktidak beroperasi. Turbin tipe ini biasanya berupa desain turbin Deriaz atau Francis.


15/28

EfisiensiTurbin air modern dioperasikan pada efisiensi mekanis lebih dari 90% (tidak terpengaruh

efisiensi termodinamika).


16/28

Jenis-Jenis Turbin Air


17/28

Jenis-Jenis Turbin Air

Turbin reaksi

Francis

Kaplan, Propeller, Bulb, Tube, Straflo

Tyson Kincir air

Turbin Impuls

Pelton

Turgo

Michell-Banki (juga dikenal sebagai turbin crossflow atau ossberger).


18/28

Desain dan Aplikasi


19/28

Desain dan AplikasiPemilihan turbin kebanyakan didasarkan pada head

air yang didapatkan dan kurang lebih pada rata-rataalirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan untuktempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakanuntuk tempat dengan head rendah. Turbin Kaplan baik

digunakan untuk semua jenis debit dan head, efisiiensinyabaik dalam segala kondisi aliran.

Turbin kecil (umumnya dibawah 10 MW)mempunyai poros horisontal, dan kadang dipakai jugapada kapasitas turbin mencapai 100 MW. Turbin Francisdan Kaplan besar biasanya mempunyai poros / suduvertikal karena ini menjadi penggunaan paling baik untukhead yang didapatkan, dan membuat instalasi generator

lebih ekonomis. Poros Pelton bisa vertikal maupunhorisontal karena ukuran turbin lebih kecil dari head yangdi dapat atau tersedia. Beberapa turbin impulsmenggunakan beberapa semburan air tiap semburan untukmeningkatkan kecepatan spesifik dan keseimbangan gayaporos.
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Water_Turbine_Chart.png


20/28

Tipe Penggunaan Head

Kaplan 2


21/28

Kecepatan SpesifikKecepatan spesifik (ns), menunjukkan bentuk dari turbin itu dan tidak berhubungan dengan

ukurannya. Hal ini menyebabkan desain turbin baru yang diubah skalanya dari desain yang sudah adadengan performa yang sudah diketahui. Kecepatan spesifik merupakan kriteria utama yangmenunjukkan 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.Kecepatan spesifik tubin diberikan oleh perusahaan (dengan penilaian yang lainnya) dan dan

selalu dapat diartikan sebagai titik efisiensi maksimum. Perhitungan tepat ini menghasilkan performaturbin dalam jangkauan head dan debit tertentu.


22/28

Kecepatan Spesifik, n = rpm

, = kecepatan sudut (radian/detik)

4/5H

Pnns

4/5

/

gH

PNs

Gambar diadaptasi dari European Community's Layman's Guidebook(on how to develop a small hydro site)
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Water_Turbine_Specific_Speed_Comparison.png


23/28

Kecepatan SpesifikContoh: Diketahui debit dan head dari sebuah sumber air dan rpm kebutuhan dari generator.

Hitunglah kecepatan spesifiknya. Hasilnya merupakan kriteria utama dalam pemilihan turbin.

Kecepatan spesifik juga merupakan titik awal dari analisis desain dari sebuah turbin baru.Sekali kecepatan spesifik yang diinginkan diketahui, dimensi dasar dari bagian-bagian turbin dapatdihitung dengan mudah.

Hukum Affinity mengijinkan keluaran turbin dapat diperkirakan berdasarkan dari testpermodelan. Replika miniatur dari desain yang diusulkan, diameter sekitar satu kaki (0,3 m), dapatdiuji dan hasil pengukuran laboratorium dapat digunakan sebagai kesimpulan dengan tingkatkeakuratan yang tinggi. Hukum Affinity didapatkan dari penurunan yang membutuhkan persamaanantara test permodelan dan penggunaanya.

Debit yang melalui turbin dikendalikan dengan katub yang besar atau pintu gerbang yangdisusun diluar sekeliling pengarah turbin. Perubahan head dan debit dapat dilakukan dengan variasi

bukaan pintu, akan menghasilkan diagram yang menunjukkan efisiensi turbin dengan kondisi yangberubah-ubah.


24/28

Putaran LiarPutaran liar turbin air adalah kecepatan saat debit maksimum dengan tanpa beban poros.

Turbin didesain untuk bertahan dari gaya mekanis dengan kecepatan ini. Perusahaan akanmemberikan putaran liar yang diijinkan.


25/28

Pemeliharaan


26/28

PemeliharaanSebuah turbin Francis dalam masa akhir penggunaanya, menunjukkanlubang kavitasi, retakan kelelahan dan kerusakan besar. Dapat dilihat bekasperbaikan sebelumnya dengan las stainless steel.

Turbin didesain untuk bekerja dalam jangka waktu puluhan tahundengan sangat sedikit pemeliharaan pada elemen utamanya, intervalpemeriksaan total dilakukan dalam jangka waktu beberapa tahun.Pemeliharaan pada sudu, pengarah dan part lain yang bersentuhan dengan air

termasuk pembersihan, pemeriksaan dan perbaikan part yang rusak.Keausan umumnya adalah lubang akibat kavitasi, retakan kelelahan dan

pengikisan dari benda padat yang tercampur dalam air. Elemen baja diperbaikidengan pengelasan, umumnya dengan las stainless steel. Area yang berbahayadipotong atau digerinda, kemudian dilas sesuai dengan bentuk aslinya ataudengan profil yang diperkuat. Sudu turbin tua mungkin akan mempunyaibanyak tambahan stainless steel hingga akhir penggunaannya. Prosedurpengelasan yang rumit mungkin digunakan untuk mendapatkan kualitas

perbaikan terbaik.Elemen lainnya yang membutuhkan pemeriksaan dan perbaikan selama

pemeriksaan total termasuk bantalan, kotak paking dan poros, motor servo,sistem pendingin untuk bantalan dan lilitan generator, cincin seal, elemensambungan gerbang dan semua permukaan.
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Turbine_Francis_Worn.JPG


27/28

Pengaruh Pada lingkungan


28/28

Pengaruh Pada LingkunganTurbin air mempunyai pengaruh positif dan negatif bagi lingkungan.

Turbin adalah salah satu penghasil tenaga terbersih, menggantikan pembakaran bahan bakarfosil dan menghapuskan limbah nuklir. Turbin menggunakan energi terbarukan dan dedesain untukberoperasi dalam jangka waktu puluhan tahun. Turbin memproduksi sumber energi listrik duniadengan jumlah yang besar.

Dalam sejarah turbin juga mempunyai konsekuensi negatif. Putaran sudu atau gerbangpengarah dari turbin air dapat mengganggu ekologi natural sungai, membunuh ikan, menghentikanmigrasi dan menggangu mata pencaharian manusia. Contohnya, suku Indian Amerika di PasificNorthwest mempunyai mata pencaharian memancing ikan salmon, tapi pembangunan dam secaraagresif menghancurkan jalan hidupnya. Hingga akhir abad 20, dapat dimungkinkan untukmembangun sistem pembangkit tenaga air yang mengalihkan ikan dan organisme lainnya dari saluranmasuk turbin tanpa kerusakan atau kehilangan tenaga yang berarti. Sistem akan memerlukan sedikit

pembersihan tetapi secara pada dasarnya lebih mahal untuk dibangun. Di Amerika Serikat sekarangmenahan migrasi ikan adalah ilegal, sehingga tangga ikan harus disediakan oleh pembangunbendungan.

Presentasi Turbin Air

Documents

Transcript of Presentasi Turbin Air