Upload
duongtruc
View
221
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
PERENCANAAN MIKROHIDRO
Turbin Air Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro
Turbin secara umum dapat diartikan sebagai mesin penggerak mula dimana
energi fluida kerja yang digunakan langsung memutar roda turbin, fluida kerjanya
dapat berupa air, uap air dan gas. Dengan demikian turbin air dapat diartikan sebagai
suatu mesin penggerak mula yang fluida kerjanya adalah air. (wiranto, 1997 : 1).
Kalau ditinjau dari daya yang dihasilkan turbin air, maka dikenal istilah
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro (PLTMH) yang maksudnya adalah turbin air
yang dapat menghasilkan daya kurang dari 100 kW dan sumber airnya relatif kecil.
(wiranto,1997:67).
Secara umum prinsip kerja dari turbin air ini adalah aliran air di dalam pipa
pesat yang mengandung energi diarahkan ke roda turbin melalui nozzle, kemudian
energi yang di dalam air ini pada roda turbin di ubah bentuknya menjadi energi
mekanik berupa putaran. Putaran roda turbin inilah yang dimanfaatkan untuk
menggerakkan suatu beban, salah satu contohnya adalah untuk menggerakkan
generator pembangkit listrik.
Konstruksi dasar dari turbin air terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan
stator. Rotor adalah bagian–bagian dari turbin yang bergerak atau berputar seperti roda
turbin (runner), poros, kopling, roda gaya, puly dan bagian–bagian dari turbin yang
diam seperti saluran masuk (pipa pesat), rumah–rumah, sudu antar, sudu pengarah
(nozzle), saluran buang dan lain–lain. (wiranto, 1997 :1).
Contoh sistem turbin air tersebut dapat dilihat seperti gambar (2.1) berikut : dari
gambar turbin air poros vertical tersebut dapat dilihat komponen utama yaitu :
1. Sudu tetap (nozzle), yang berfungsi untuk mengarahkan aliran fluida
kerja (air) masuk de dalam sudu gerak.
2. Sudu gerak, sudu gerak ini dipasang pada sekeliling roda turbin, yang
mana fungsinya adalah untuk menerima tekanan dari kecepatan fluida kerja
air masuk dan keluar sudu.
3. Rotor (roda turbin), suatu tempat dudukan sudu gerak, berfungsi untuk
meneruskan daya putar yang diterima dari sudu gerak keporos.
4. Poros, yang berfungsi untuk mentransmisikan daya atau tenaga
bersama –sama dengan putaran roda turbin dan juga dapat berfungsi
untuk mendukung suatu momen putar.
5. Stator (rumah turbin), berfungsi untuk melindungi atau untuk
pengamanan dari proses kerja turbin, dan juga untuk mendukung konstruksi
turbin secara keseluruhan.
6. Generator listrik, berfungsi untuk mengubah tenaga mekanis dari
poros turbin menjadi tenaga listrik.
Gambar 1 : Turbin air poros vertikal.
Prinsip Kerja Turbin Air
Pada roda turbin terdapat sudu yaitu suatu konstruksi lempengan dengan bentuk
dan penampang tertentu, air sebagai fluida kerja mengalir melalui ruang diantara sudu
tersebut, dengan demikian roda turbin akan dapat berputar dan pada sudu akan ada
suatu gaya yang bekerja.
Gaya tersebut akan terjadi karena ada perubahan momentum dari fluida kerja
air yang mengalir diantara sudunya. Sudu hendaknya dibentuk sedemikian rupa
sehingga dapat terjadi perubahan momentum pada fluida kerja air tersebut.
(wiranto,1997:4).
2
Gambar 2 : Roda Turbin
Klasifikasi Turbin Air
Turbin air juga dibedakan dalam dua golongan utama, yaitu dipandang dari segi
pengubahan momentum fluida kerjanya :
1. Turbin impuls
Turbin impuls disebut juga dengan turbin air tekanan sama karena tekanan
air yang keluar dari nozel tekanannya sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya.
Sehingga energi tempat dan energi tekanan yang dimiliki oleh aliran air dirubah
semuanya menjadi energi kecepatan. Contoh dari turbin impuls ini adalah turbin
pelton, turbin crossflow dan lain–lain. (Fritz Dietzel, 1988 : 18)
Gambar 3 : Instalasi Turbin Impuls
3
a. Turbin Pelton
Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set
sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih
alat yang disebut nozzle. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang
paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head
tinggi.
Gambar 4 : Turbin Pelton dengan Banyak Nozzle
Gambar 5 : Runner Turbin Pelton
Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk
sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah–tengah sudu dan pancaran
air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air
dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan
daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nozzle.
Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil.
Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih
kurang 150 m tetapi untuk skala mikro head 20 m sudah mencukupi.
4
b. Turbin Turgo
Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin
pelton turbin turgo merupakan turbin impuls, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air
dari nozzle membentur sudu pada sudut 20o. 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.
Gambar 6 : Sudu turbin Turgo dan nozzle
c. Turbin Crossflow
Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-
Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang
merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow
dapat dioperasikan pada debit 20 liter/sec hingga 10 m3/sec dan head antara 1 s/d
200 m.
Gambar 7 : Instalasi Turbin Crossflow
5
Turbin crossflow menggunakan nozzle 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.
Gambar 8 : Runner Turbin Crossflow
Turbin crossflow baik sekali digunakan untuk pusat tenaga air yang kecil
dengan daya kurang dari 750 kW. Pembuatan dan pemasangan konstruksi sangat
sederhana, dan biaya pembuatan murah. Konstruksi secara lengkap dapat dilihat
pada gambar 2.9.
Gambar 9 : Konstruksi turbin crossflow
6
2. Turbin ReaksiTurbin reaksi disebut juga dengan turbin tekanan lebih karena tekanan air
sebelum masuk roda turbin lebih besar dari pada tekanan air saat keluar roda turbin.
Secara umum dapat dikatakan bahwa aliran air yang masuk keroda turbin
mempunyai energi penuh, kemudian energi ini dipakai sebagian untuk
menggerakkan roda turbin dan sebagian lagi dipergunakan untuk mengeluarkan air
kesaluran pembuangan. Jenis turbin reaksi yang sering digunakan antara lain, turbin
francis, turbin propeler atau kaplan. (Fritz Dietzel, 1988:17)
Gambar 10 : Instalasi Turbin Reaksi
a. Turbin Francis
Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara
sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian
keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan
air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada turbin francis dapat merupakan
suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya.
Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah
yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.
7
Gambar .11 : Runner Turbin Francis
b. Turbin Kaplan & Propeller
Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin
ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya
mempunyai tiga hingga enam sudu.
Gambar 12 : Runner Turbin Kaplan
Kandungan Energi dalam Aliran Zat Cair
Energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Energi
tidak dapat diciptakan maupun dihilangkan tapi hanya dapat dirubah. Begitu juga
dengan air yang mengalir dari ketinggian tertentu, dimana aliran tersebut mengandung
energi yang dapat dimanfaatkan untuk memutar roda turbin. (Fritz Dietzel, 1988:3)
Menurut Bernoulli apabila air dialirkan dalam pipa dari ketinggian tertentu dan
selisih ketinggian antara permukaan atas dan bawah adalah z dan tidak terdapat energi
yang masuk atau keluar, maka besar energi yang dikandung oleh air tersebut adalah :
W = Energi Tempat + Energi Tekanan + Energi Kecepatan
8
(1.1)
Dimana : W = Energi yang dikandung air (Nm)
m = Massa zat cair (kg)
g = Grafitasi bumi (m/s2)
z = Ketinggian suatu tempat yang dipakai sebagai standar (m)
P = Tekanan (N/m2)
= Massa jenis zat cair (kg/m3)
c = Kecepatan aliran zat cair (m/s)
(Fritz Dietzel, 1988:4)
Kavitasi
Kavitasi adalah suatu peristiwa terjadinya gelembung-gelembung uap di dalam
cairan (air) yang mengalir apabila tekanan di tempat tersebut sama dengan tekanan
uapnya. Bila gelembung-gelembung tersebut terjadi maka akan bersama-sama terbawa
aliran dan pada daerah yang lebih tinggi tekanannya, gelembung-gelembung tersebut
akan pecah dengan tiba-tiba. Pecahnya gelembung-gelembung ini akan menghasilkan
tekanan yang sangat tinggi bisa mencapai 100 atm.
Dengan tekanan yang begitu tinggi akan mudah merusak material atau
komponen-komponen yang dipakai pada instalasi turbin.
Akibat kavitasi adalah sebagai berikut :
1. Menimbulkan suara yang sangat bising dan getaran-getaran
2. Mengikis bagian dalam pipa-pipa dan permukaan propeler
3. Menurunkan effisiensi dan daya turbin
Untuk mencegah terjadinya kavitasi ini, maka perlu diambil langkah-langkah
sebagai berikut :
1. Meletakkan turbin pada tempat yang sebaik-baiknya antara runner dan draft
tube
2. Memperkecil jarak vertikal antara roda turbin dan permukaan air bawah
(tinggi isap diperkecil).
3. Memperbaiki konstruksi atau menggunakan material yang kuat.
4. Mengurangi belokan-belokan atau bentuk-bentuk yang tajam.
(Syahril, 1979: 65)
Dasar–Dasar Perencanaan Turbin
9
Dalam merencanakan sebuah turbin air, ada beberapa hal mendasar yang perlu
diketahui, sehingga dengan didapatnya harga–harga ini barulah perencanaan konstruksi
turbin air bisa dilakukan.
Daya Turbin
Dengan adanya gaya tangensial yang bekerja pada runner turbin, maka
runner turbin akan mengalami momen puntir.
Mt = Fu.r
Mt = Q. (1.2)
atau:
Mt = Q. (1.3)
Apabila kecepatan tangensial yang bekerja (u) = .D.n dan kecepatan
sudut (w) = u / r maka daya yang dihasilkan oleh turbin adalah :
P = Mt . w
P = Q. (1.4)
P = Q. (1.5)
Dimana : P = Daya Turbin (Watt)
Mt = Momen Puntir (Nm)
Fu = Gaya tangensial yang dihasilkan turbin (N)
c1 = Kecepatan mutlak air masuk sudu turbin (m/s)
c2 = Kecepatan mutlak air keluar sudu turbin (m/s)
w1 = Kecepatan relatif air masuk sudu turbin (m/s)
w2 = Kecepatan relatif air keluar sudu turbin (m/s)
u1 = Kecepatan tangensial air masuk sudu turbin (m/s)
u2 = Kecepatan tangensial air keluar sudu turbin (m/s)
r1 = Jari – jari diameter luar runner turbin (m)
r2 = Jari – jari diameter dalam runner turbin (m)
w = Kecepatan sudut (m/s)
Q = Debit air yang digunakan (m3/s)
= Massa jenis air (kg/m3)
10
Apabila ditinjau dari kapasitas dan tinggi jatuh air, daya turbin yang
direncanakan dapat ditentukan dengan persamaan 1.6 :
P = g Q He (1.6)
Dimana : P = Daya turbin (W)
= Massa jenis air ( kg/m3)
g = Percepatan grafitasi (m/s2)
Q = Debit aliran air (m3/s)
He = Tinggi jatuh air efektif (m)
= Effisiensi turbin. Untuk turbin air harga effisiensi berkisar
antara 84% - 94%. ( wiranto, 1997:1)
Debit Air
Debit air merupakan hal yang sangat menentukan dalam perencanaan
turbin air, karena daya yang dihasilkan oleh turbin sangat tergantung pada debit
air yang tersedia. Menurut persamaan kontinuitas debit air yang mengalir dalam
pipa bertekanan dapat ditentukan dengan persamaan :
Q = V. A (1.7)
Dimana Q = Debit air (m3/s)
V = Kecepatan aliran air (m/s)
A = Luas penampang pipa (m2)
(Suryono,1991:1)
Kecepatan Spesifik
Kecepatan spesifik dapat didefinisikan sebagai jumlah putaran roda turbin
dimana dapat dihasilkan daya 1 Hp untuk setiap jatuh air 1 ft. (wiranto,1997:67).
Dalam bentuk persamaan kecepatan spesifik dapat dirumuskan sebagai :
(1.8)
Dimana : Q = Debit air yang dibutuhkan (m3/s)
He = tinggi jatuh air effektif (m)
11
n1 = Kecepatan putaran turbin (rpm)
(Fritz Dietzel,1988,20)
Harga dari kecepatan putaran turbin (n1) biasanya berkisar antara 125–750
rpm (wiranto,1997:68)
Tinggi Jatuh Air
Ada dua macam tinggi jatuh air pada suatu instalasi pembangkit listrik
yaitu : tinggi jatuh air aktual dan tinggi jatuh air efektif. Untuk jenis turbin air
tekanan sama tinggi jatuh air aktualnya dihitung dari permukaan air di kolam
penampung sampai ke tengah–tengah pancaran air dari nozzle. Sedangkan untuk
jenis air tekanan lebih tinggi jatuh air aktual dihitung dari permukaan air di kolam
penampung sampai ke permukaan air bawah.
Gambar 13 : Tinggi Jatuh Air Aktual untuk turbin tekanan samaTPA (Tinggi Permukaan Air Atas)TPB (Tinngi Permukaan air Bawah)
Gambar.14 : Tinggi jatuh air aktual untuk turbin tekanan lebih
12
Yang dimaksud dengan tinggi jatuh air efektif adalah tinggi jatuh air
aktual dikurangi total kerugian energi (Head losses) disepanjang saluran. Dalam
persamaan 1.9 dapat dinyatakan :
He = Ha - Hl (1.9)
Dimana : He = Tinggi jatuh air efektif (m)
Ha = Tinggi jatuh air aktual (m)
Hl = Head losses (m)
Kerugian energi (head losses) yang terjadi di dalam pipa dapat di
kelompokkan atas dua bagian :
1. Kerugian terjadi sebagai akibat dari gesekan air disepanjang pipa (Head losses
mayor), menurut Strickler kerugian ini dapat dihitung dengan persamaan 1.10 :
Hlf = (1.10)
Dimana : Hlf = Head losses mayor (m)
Q = Debit air (m3/s)
k = Angka gesek Strickler
D = Diameter dalam pipa (m)
(Suryono, 1991:34)
Tabel 1 : Angka Gesek Stricker
(Sumber : Suryono, 1991 :39)
13
Secara empiris head losses mayor ini dapat dicari dengan persamaan 1.11
Hazen – Williams :
Hlf =
(1.11)
Dimana : Q = Debit air (m3/s)
D = Diameter dalam pipa (m)
L = Panjang pipa (m)
C = Koefisien kekasaran
(Sularso,1987 :31)
Tabel 2 : Angka koefisien (C) Hazen – Wiliams
No Bahan Pipa C12
3456
Beton (tidak terpengaruh oleh umur)Besi TuangBaruUmur 5 TahunUmur 20 TahunBaja Las, Baru, Papan Kayu (tidak terpengaruh oleh umur)Lempung, Baja Keling, baruGorong – gorong BetonSemen asbes
130
130120100120110100140
(Sumber : Ray K. Linsley,1985: 270)
2. Kerugian yang terjadi diawal pipa, belokan pipa, perubahan penampang, dan lain –
lain (Head losses minor). Kerugian ini dapat dinyatakan dengan persamaan 2.12:
Hlm = ` (1.12)
Dimana : Hlm = Head losses minor (m)
V = Kecepatan air dalam pipa (m/s)
= Total koefisien kerugian
(Suryono,1991:40)
14
Gambar 15 : Koefisien kerugian di ujung masuk pipa
(Sumber : Sularso, 1987 : 34)
(i) f = 0.5
(ii) f = 0.25
(iii) f = 0.06 (untuk r kecil) sampai 0.005 (untuk r besar)
(iv) f = 0.56
(v) f = 3.0 (untuk sudut tajam) sampai 1.3 (untuk sudut 450)
(vi) f = f1 + 0.3 cos θ+ 0.2 cos2 θ
Gambar 16 : Koefisien kerugian pada belokan pipa
(Sumber: Suryono, 1991 :41)
Pemilihan Jenis Turbin
Jenis turbin yang digunakan sangat tergantung dari besarnya debit air (Q) dan
tinggi jatuh air yang tersedia, besarnya harga dari debit dan tinggi jatuh air ini didapat
dari hasil survey ke lapangan. Secara teoritis dalam perencanaan pemilihan jenis turbin
ditentukan berdasarkan kecepatan spesifik (ns) dan tinggi jatuh air efektif (He).
15
1. Pemilihan berdasarkan kecepatan spesifik
Kecepatan spesifik adalah kecepatan turbin dimana dapat dihasilkan 1 HP
untuk setiap tinggi jatuh air (H) = 1 Ft. kecepatan spesifik dari suatu turbin dapat
diketahui dengan mempergunakan persamaan (2.8) dan kondisi yang diketahui.
Setelah dihitung atau didapatkan nilai ns dengan mempergunakan
persamaan (1.8), maka dapat dipilih jenis turbin dengan menggunakan tabel di
bawah ini :
Tabel 3 : Pemilihan jenis turbin berdasarkan kecepatan spesifik
No Kecepatan spesifik (rpm) Type / Jenis turbin
1
2
3
4
10 sampai 35
35 sampai 60
60 samapi 300
300 sampai 1000
Turbin Pelton dengan Nozzel tunggal
Turbin Pelton dengan dua Nozzel atau lebih
Turbin Francis
Turbin Kaplan
(Sumber : R.S. Khurmi, 1982 : 616)
2. Pemilihan berdasarkan tinggi jatuh air
Pemilihan dengan berdasarkan tinggi jatuh air diperoleh, maka dapat dilihat
pada tabel berikut :
Tabel 4 : Pemilihan jenis turbin berdasarkan tinggi jatuh air
No Tinggi jatuh air / head (m) Type / Jenis Turbin
1
2
3
4
5
6
0 sampai 25
25 sampai 50
50 sampai 150
150 sampai 250
250 sampai 300
Di atas 300
Kaplan atau Francis
(lebih cocok Kaplan)
Kaplan atau Francis
(lebih cocok francis)
Francis
Francis atau pelton
(lebih cocok francis)
Francis atau pelton
(lebih cocok pelton)
Pelton
(Sumber : R.S. Khurmi, 1982 : 617)
16
Pipa Pesat
Pipa pesat adalah pipa yang dipakai untuk mengalirkan air ke turbin. Ada
beberapa hal yang perlu diperhitungkan pada pipa pesat antara lain:
1. Panjang pipa pesat
Panjang pipa pesat sangat tergantung dari tinggi jatuh air aktual dan sudut
kemiringan pemasangan pipa pesat. Setelah harga – harga ini didapat, panjang pipa
pesat dapat dihitung dengan menggunakan rumus phitagoras.
2. Kecepatan air dalam pipa pesat
Kecepatan air dalam pipa pesat dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan (1.7), disamping persamaan tersebut kecepatan air dalam pipa juga
dapat dihitung berdasarkan persamaan Hazen – Williams :
V = 0.85. C. R0.63. S0.54 (1.13)
Dimana : V = Kecepatan air dalam pipa (m/s)
C = Koefisien gesekan (tabel 2)
R = Jari – jari hidrolik (m)
S = Gradien hidrolik (m)
(Ray K. Linsley,1985 :308)
Harga R = 0.25 D
Harga S =
S =
S =
(Sularso,1987 :31)
3. Diameter dalam pipa pesat
Apabila persamaan (1.7) dan persamaan (1.13) digabungkan maka kita
dapat mengetahui besarnya diameter dalam pipa :
Q = (0,85 C) (0,42D0,63) (3,59 Q0,999 C-0,999 D-2,619) (0,785 D2)Q = 1,006 C0,001 D0,011 Q0,999
17
D0,011 =
(1.14)
Komponen Transmisi Daya
Komponen transmisi daya ini berfungsi untuk mentransmisikan daya yang
dihasilkan oleh roda turbin ke generator pembangkit listrik. Komponen tersebut
antara lain poros turbin, dimana putaran yang dihasilkan oleh roda turbin diteruskan
ke poros turbin, untuk memindahkan daya dari poros turbin ke poros generator
pembangkit dibutuhkan komponen tambahan seperti Pully, kopling, atau roda gigi.
Komponen tambahan yang digunakan harus disesuaikan dengan jenis turbin dan
berapa besar daya yang di transmisikan.
Poros Turbin
Sebagaimana yang telah dijelaskan di atas bahwa poros turbin berfungsi
untuk memindahkan daya dari putaran turbin. Beban yang diterima oleh poros turbin
antara lain beban puntir dan beban lentur, sehingga dengan adanya beban ini maka
akan terjadi tegangan puntir dan tegangan lentur sebagai akibat dari adanya momen
puntir dan momen lentur (Sularso, 1994 17). Momen puntir pada turbin dapat
dinyatakan dengan persamaan 1.15 :
Mp = (1.15)
Dimana : Mp = Momen puntir (N.mm)
P = Daya yang ditransmisikan (KW)
w = Kecepatan sudut (rpm)
w = 2.π.n (1.16)
n = Kecepatan putaran turbin (rpm)
(Stolk,1993 :170)
18
Tegangan puntir dapat dinyatakan dengan persamaan 2.17 :
(1.17)
Dimana : = Tegangan izin poros (N/mm2)
= Tegangan tarik bahan poros (N/mm2)
Sf1 = Faktor kelelahan puntir
Sf2 = Faktor keamanan karena poros dibuat bertingkat dan diberi
pasak
Harga Sf1 untuk bahan poros SF = 5,6 dan untuk bahan poros S-C = 6,
sedangkan harga dari Sf2 berkisar sekitar 1,3 sampai 3 (Sularso,1994 :8).
Untuk diameter poros turbin dapat dinyatakan dalam persamaan 1.18 :
d = (1.18)
Dimana : d = Diameter poros (m)
= Tegangan izin poros (N/mm2)
Mp = Momen torsi yang diterima poros (N.mm)
Kt = Faktor koreksi untuk momen puntir
Cb = Faktor koreksi untuk beban lentur
(Sularso,1994 :8)
Untuk beban yang dikenakan secara halus harga Kt = 0,1 untuk beban yang
digunakan sedikit kejutan dan tumbukan harga Kt = 1,0 – 1,5 dan jika beban yang
dikenakan dengan kejutan atau tumbukan harga Kt = 1,3 – 3, karena poros juga
menerima beban lentur dari berat turbin maka diperlukan faktor koreksi untuk beban
lentur (Cb) yang harganya antara 1,2 – 2,3 (Sularso,1994 : 17).
Disamping hal–hal diatas, pemilihan bahan poros juga merupakan hal yang
sangat penting dalam perencanaan poros.
19
Pasak
Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian –
bagian mesin seperti roda gigi, sprocket, puli, kopling dan lain – lain pada poros.
Momen diteruskan dari poros ke naf atau dari naf ke poros. Sementara pasak yang
ada pada turbin berfungsi untuk menetapkan runner pada poros.
Pasak pada umumnya dapat digolongkan atas beberapa macam sebagai
berikut : gambar 2.17. menurut letaknya pada poros dapat dibedakan antara pasak
pelana, pasak rata, pasak benam, dan pasak singgung, yang umumnya berpenampang
segi empat. Dalam arah memanjang dapat berbentuk prismatis atau berbentuk tirus.
Pasak benam prismatis ada yang khusus dipakai sebagai pasak luncur. Disamping
macam di atas ada pula pasak tembereng dan pasak jarum.
Gambar 17 Macam – macam pasak
Yang paling umum dipakai adalah pasak benam yang dapat meneruskan
momen yang besar. Untuk momen dengan tumbukan, dapat dipakai pasak
singgung. Untuk pasak umumnya dipilih bahan yang mempunyai kekuatan tarik
lebih dari 60 (kg/mm2), lebih kuat dari pada porosnya. Kadang – kadang sengaja
dipilih bahan yang lemah untuk pasak, sehingga pasak akan lebih dahulu rusak dari
pada poros atau nafnya. Ini disebabkan harga pasak yang murah serta mudah
menggantinya.
20
Bantalan
Bantalan adalah komponen turbin yang berfungsi untuk menumpu poros
berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak–baliknya dapat berlangsung secara
halus, aman, dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan
poros serta komponen turbin lainya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak
berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem turbin akan menurun atau tidak
dapat bekerja secara semestinya.
Klasifikasi bantalan
a. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros
1. Bantalan luncur
Pada bantalan ini terjadi gesekan antara poros dan bantalan karena
permukaan poros ditumpu oleh permukaan batalan dengan perantaraan
lapisan pelumas.
2. Bantalan gelinding
Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang
berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru),
rol atau rol jarum, dan rol bulat.
b. Atas dasar arah beban terhadap poros
1. Bantalan radial, arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus
sumbu poros.
2. Bantalan aksial, arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros.
3. Bantalan gelinding khusus, bantalan ini dapat menumpu beban yang
arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.
Perbandingan antara bantalan luncur dan bantalan gelinding
Bantalan luncur mampu menumpu poros berputar tinggi dengan
beban besar. Bantalan ini sederhana konstruksinya dan dapat dibuat serta
dipasang dengan mudah. Karena gesekannya yang besar pada waktu mulai
jalan, bantalan luncur memerlukan momen awal yang besar dan pelumasan
pada bantalan ini tidak begitu sederhana. Panas yang timbul dari gesekan
yang besar,terutama pada beban besar, memerlukan pendinginan khusus.
Sekalipun demikian, karena adanya lapisan pelumas, bantalan ini dapat
meredam tumbukan dan getaran sehingga hampir tidak bersuara. Tingkat
ketelitian yang diperlukan tidak setinggi bantalan gelinding sehingga dapat
lebih murah.
21
Bantalan gelinding pada umumnya lebih cocok untuk beban kecil
dari pada bantalan luncur, tergantung pada bentuk elemen gelindingnya.
Putaran pada bantalan ini dibatasi oleh gaya sentrifugal yang timbul pada
elemen gelinding tersebut. Kerena konstruksinya yang sukar dan
ketelitiannya yang tinggi, maka bantalan gelinding hanya dapat dibuat oleh
pabrik–pabrik tertentu saja. Keunggulan pada bantalan gelinding adalah
pada gesekannya yang sangat rendah. Pelumasannya cukup dengan gemuk,
pada macam yang memakai sil sendiri tidak perlu pelumasan lagi.
Meskipun ketelitiannya sangat tinggi, namun karena adanya gerakan elemen
gelinding dan sangkar, pada putaran tinggi bantalan ini agak gaduh
dibandingkan dengan bantalan luncur.
Pada waktu pemilihan bantalan, ciri masing–masing harus
dipertimbangkan sesuai dengan pemakaian, lokasi dan macam beban yang
akan dialami.
Jenis–jenis bantalan gelinding
Bantalan gelinding mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding
yang sangat kecil dibandingkan dengan bantalan luncur. Seperti gambar 18,
elemen gelinding seperti bola atau rol, dipasang antara cincin luar dan
cincin dalam. Dengan memutar salah satu cincin tersebut, bola atau rol akan
membuat gerakan gelinding sehingga gesekan diantaranya akan lebih kecil.
Untuk bola atau rol, ketelitian tinggi dalam bentuk dan ukuran merupakan
keharusan, karena luas bidang kontak antara bola atau rol dengan cincinnya
sangat kecil maka besarnya beban persatuan luas atau tekanannya menjadi
sangat tinggi. Dengan demikian bahan yang dipakai harus mempunyai
ketahanan dan kekerasan yang tinggi.
Bantalan gelinding, seperti pada bantalan luncur, dapat
diklasifikasikan atas : bantalan radial, yang terutama membawa beban radial
dan sedikit beban aksial, dan bantalan yang membawa beban yang sejajar
sumbu poros. Menurut bentuk elemen gelindingnya, dapat pula dibagi atas
bantalan bola dan bantalan rol. Demikian pula dapat dibedakan menurut
banyaknya baris dan konstruksi dalamnya. Bantalan yang cincin luarnya
dapat saling dipisahkan disebut macam pisah.
22
Gambar 18 : Macam–macam bantalan gelinding
Menurut diameter luar atau diameter dalamnya, bantalan gelinding dapat
dibagi atas :
a. Diameter luar lebih dari 800 (mm) Ultra besar
b. Diameter luar 180 – 800 (mm) Besar
c. Diameter luar 80 – 180 (mm) Sedang
d. Diameter dalam 10 (mm) atau lebih, dan luar sampai 80 (mm) Kecil
e. Diameter dalam kurang dari 10 (mm), dan diameter luar
9 (mm) atau lebih Diameter kecil
f. Diameter luar kurang dari 9 (mm) Miniatur
23
Menurut pemakaiannya, dapat digolongkan atas bantalan otomobil,
bantalan mesin, dan bantalan intrumen. Bantalan gelinding biasa terdapat dalam
ukuran metris dan inchi.
Transmisi Sabuk–V
Jarak yang jauh antara dua buah poros sering tidak memungkinkan transmisi
langsung dengan roda gigi. Dalam hal demikian, cara transmisi putaran atau daya
yang lain dapat diterapkan, dimana sebuah sabuk luwes atau rantai dibelitkan
sekeliling puli atau sprocket pada poros.
Transmisi sabuk–V pada turbin berfungsi untuk meneruskan daya berbentuk
putaran dari suatu poros yang lainnya (poros generator) untuk menghasilkan energy
listrik.
Sabuk–V tersebut dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Tenunan
tetoron atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan
yang besar (gambar 18). sabuk–V dibelitkan disekeliling alur puli yang berbentuk V
pula. Bagian sabuk yang sedang membelit pada puli ini mengalami lengkungan
sehingga bagian dalamnya akan bertambah besar.
Gambar 19 : Konstruksi sabuk–V
Gaya gesekan juga akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan
menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Hal ini
merupakan salah satu keunggulan sabuk–V dibandingkan dengan sabuk rata.
Turbin Governor
Turbin governor berfungsi untuk mengatur putaran turbin agar selalu
serempak dengan frekuensi generator (putaran turbin dan frekuensi) dapat berubah-
ubah dengan terjadinya perubahan pemakaian beban listrik.
24
Untuk mengatur perubahan beban tidak dapat kita lakukan dengan manual,
karena adanya kesulitan-kesulitan sebagai berikut :
a. Perubahan beban tidak dapat diduga sesuai dengan pemakaian listrik
b. Konstruksi relative besar
c. Menambah biaya operasional
1. Sistem Pengaturan
Apabila beban turun dari rated horse power maka putaran turbin akan selalu
bertambah tinggi. Dengan menggunakan governor dimana prinsip kerjanya
berdasarkan gaya setrifugal dimana gaya tersebut dapat diperoleh dari putaran
turbin.
Gaya sentrifugal yang terjadi akan menimbulkan gerak translasi dengan
bantuan alat mekanik lainya. Gerak translasi ini akan menggerakkan posisi sudu
pengarah sesuai dengan kebutuhan dan beban serta putaran turbin.
2 Cara Kerja Governor dan Servomotor
Pada gambar 20 menunjukan cara kerja governor dan servomotor pada
turbin axial.
Gambar 20 : Skema governor
25
Alat ini dilengkapi dengan fly ball, untuk memperoleh gaya setrifugal dari
putaran poros turbin untuk menghasilkan gerak translasi, apabila putaran turbin
bertambah tinggi (akibat beban turun) fly ball akan berputar dan bergerak ke arah
luar, sehingga menarik tuas dan membuka katup pada distributor valve kemudian
minyak ditekan dari pipa ke oil sump.
Dari oli sump melalui pipa-pipa masuk ke katup distribusi menuju servo
motor, sehingga menggeser piston ke atas (ke kanan) dimana regulation rod akan
memutar regulating ring ke kanan. Pada regulating ring terikat sudu-sudu
penggerakdengan demikian merobah kedudukan sudu pengarah sampai posisi
tertentu untuk mencapai kedudukan yang tepat. Bila kedudukannya telah tepat
maka putaran akan turun kembali pada putaran yang normal.
26