PDF Laporan Skripsi

i

LAPORAN SKRIPSI

PERANCANGAN ULANG TURBIN KAPLAN

PADA PLTA WONOGIRI DENGAN

DAYA TERPASANG 6,2 MW

Disusun Oleh : Hermawan

091.03.1105

PROGRAM STUDI STRATA 1

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA

2013

ii

HALAMAN PENGESAHAN

LAPORAN SKRIPSI




Disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan studi di

Jurusan Teknik Mesin Jenjang Strata 1, Fakultas Teknologi Industri

Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta

Disusun Oleh :

Nama : Hermawan

No. Mhs : 091.03.1105

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknologi Industri

Yogyakar ta, 4 Oktober 2013

Menyetujui, Pembimb ing

A. Agung Putu Susastriawan, ST,.M.Tech

NIK. 04. 1077. 589. E

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Drs.H.Khairul Muhajir, MT

NIP. 195609091983031001

iii

HALAMAN PENGUJI




Disusun Oleh :

Nama : Hermawan

No. Mhs : 091.03.1105

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknologi Industri

Skripsi ini telah dipresentasikan dan dipertahankan dihadapan Tim Dosen Penguji

Yogyakarta, 4 Oktober 2013

Tim Dosen Penguji:

1. A. Agung Putu Susastriawan, ST., M.Tech ..........................................

2. Drs. H. Khairul Muhajir, MT ..........................................

3. Ir. Hary Wibowo, MT ..........................................

iv

SURAT PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya :

Nama : HERMAWAN

NIM : 091.03.1105

Program Studi : TEKNIK MESIN

Fakultas : TEKNOLOGI INDUSTRI

Judul Skripsi : PERANCANGAN ULANG TURBIN KAPLAN PADA PLTA

WONOGIRI DENGAN DAYA TERPASANG 6,2 MW

Menyatakan bahwa skripsi saya ini asli dan belum pernah diajukan untuk

mendapatkan gelar akademik sajarna baik di IST Akprind Yogyakarta maupun di

Perguruan Tinggi lain.

Dalam Skripsi ini tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau

dipublikasikan orang lain, kecuali secara tertulis dengan jelas dicantumkan

sebagai acuan dalam naskah dengan disebutkan nama dan dicantumkan dalam

daftar rujukan.

Apabila dikemudian hari ada klaim dari pihak lain maka akan menjadi tanggung

jawab saya sendiri bukan tanggung jawab dosen pembimbing atau pengelola

Fakultas Teknologi Industri dan saya bersedia menerima sanksi akademik sesuai

dengan peraturan yang berlaku, termasuk pencabutan gelar kesarjanaan yang telah

saya peroleh.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya tanpa ada paksaan

dari pihak manapun.

Yogyakarta, Oktober 2013

Yang menyatakan,

Hermawan 091.03.1105

v

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

Motto :

1.

“Janganlah sekali-kali kamu mengira bahwa orang yang gembira dengan

apa yang telah mereka kerjakan dan mereka suka supaya dipuji terhadap

perbuatan yang belum mereka kerjakan, janganlah kamu menyangka

bahwa mereka terlepas dari siksa, dan bagi mereka siksa yang pedih”. (Q.S

Al-Imran : 188)

2. Tidak ada yang tidak mungkin selama kita terus berusaha dan pantang

menyerah.

3. Kekuatan Do’a sungguh tak terduga.

4. Motivasi merupakan bakat besar yang dibutuhkan untuk membuat mesin

manusia tetap bekerja.

Persembahan :

1. Ibu dan Bapak tercinta atas segala do’a dan kasih sayangnya.

2. Adik, Alm. Nenek serta keluarga besarku yang selalu ku sayangi.

3. Almamater yang ku banggakan.

4. Sahabat – sahabatku yang selalu menemaniku dalam suka duka.

5. Teman – teman S-1 Teknik Mesin Angkatan 2009.

vi

KATA PENGANTAR

Syukur alhamdulillah penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT yang

telah memberikan rahmat dan hidayahnya sehingga penyusun dapat

menyelesaikan tugas akhir ini sesuai dengan yang diharapkan. Tugas akhir

merupakan syarat yang harus dipenuhi dalam menyelesaikan studi jenjang S-1

pada jurusan teknik mesin IST AKPRIND Yogyakarta. Pada kesempatan yang

baik ini, penulis ingin menyampaikan penghargaan dan terima kasih kepada.

1. Bapak Dr. Ir. Sudarsono. MT, selaku Rektor Institut Sains & Teknologi

AKPRIND Yogyakarta.

2. Bapak Drs. H. Khairul Muhajir, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta.

3. Bapak Ir. Sugijarto. PS, selaku Dosen Pembimbing I Tugas Akhir.

4. Bapak A. Agung Putu Susastriawan, ST., M.Tech, selaku Dosen

Pembimbing II Tugas Akhir.

5. Semua pihak yang telah membantu terselesaikannya Tugas Akhir ini.

Atas kekurangan dan keterbatasan dalam penyusunan tugas akhir ini,

segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan.

Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan bagi

pembaca pada umumnya.

Yogyakarta, Oktober 2013

Penyusun

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ ii

HALAMAN PENGUJIAN ................................................................................ iii

SURAT PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .............................................. iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ..................................................................... v

KATA PENGANTAR ........................................................................................ vi

DAFTAR ISI ...................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... x

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xii

ABSTRAK

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ..................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah ................................................................................ 2

1.3. Batasan Masalah .................................................................................. 2

1.4. Tujuan Tugas Akhir ............................................................................. 2

1.5. Manfaat Tugas Akhir ........................................................................... 3

1.6. Sistematika Tugas Akhir ....................................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka .................................................................................. 5

2.2. Potensi Tenaga Air ............................................................................... 7

2.3. Sejarah Turbin ...................................................................................... 8

2.3.1 Pengertian Dasar Turbin Air ...................................................... 10

2.3.2 Prinsip Kerja Turbin Air ............................................................ 11

2.4. Klasifikasi Turbin ................................................................................ 12

2.4.1 Turbin Impuls ............................................................................. 13

2.4.2 Turbin Reaksi .............................................................................. 16

viii

2.5 Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Air ............................................. 19

2.6 Kriteria Pemilihan Turbin .................................................................... 22

2.7 Dasar – dasar Perhitungan Turbin ........................................................ 25

2.7.1. Perhitungan Head Efektif ........................................................... 27

2.7.2. Dimensi Penstock ....................................................................... 30

2.7.3. Poros ........................................................................................... 32

2.7.4. Bantalan ..................................................................................... 34

BAB III PERANCANGAN KONSTRUKSI DAN INSTALASI TURBIN AIR

3.1 Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Wonogiri .............................. 38

3.1.1. Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Wonogiri .. 40

3.1.2. Waduk (Reservoir) ..................................................................... 40

3.2 Spesifikasi Turbin ................................................................................ 42

3.3 Kriteria Pemilihan dan Perancangan Jenis Turbin ............................... 43

3.4 Prinsip Kerja Turbin Kaplan PLTA Wonogiri ..................................... 45

3.5 Bagian – bagian Utama Turbin Kaplan ................................................ 46

3.6 Peralatan Pendukung Kerja Turbin Kaplan ......................................... 51

3.6.1. Govenor ...................................................................................... 51

3.6.2. Servomotor ................................................................................. 54

3.6.3. Alat Pendukung Kerja Alat Bantu Operasi Turbin .................... 56

3.7 Skema Instalasi Turbin Kaplan ............................................................ 58

3.8 Dimensi Penstock ................................................................................. 58

3.9 Kerugian Tinggi Tekan (head losses) .................................................. 60

BAB IV PERANCANGAN KOMPONEN UTAMA TURBIN KAPLAN

4.1 Diagram Alir (flowchart) Perancangan ................................................ 68

4.2 Menghitung Ukuran Utama dari Sudu Gerak (Runner) ....................... 69

4.3 Menghitung Ukuran Utama Rumah Turbin (Spiral Casing) ............... 80

4.3.1. Kecepatan pada sisi masuk spiral casing ................................... 81

4.3.2. Spiral Casing Dari Pandangan Atas .......................................... 81

4.3.3. Spiral Casing Dari Pandangan samping .................................... 85

4.4 Perhitungan Draft Tube ........................................................................ 87

ix

4.4.1. Kecepatan aliran masuk ............................................................. 87

4.4.2. Draft Tube dari pandangan samping .......................................... 88

4.4.3. Draft Tube dari pandangan atas ................................................. 90

4.5 Poros Turbin Kaplan ............................................................................ 93

4.6 Perancangan Bantalan .......................................................................... 95

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 97

5.2 Saran – saran ........................................................................................ 98

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Roda air kuno ................................................................................ 8

Gambar 2.2 Turbin fourneyron ......................................................................... 9

Gambar 2.3 Tipe – tipe turbin ........................................................................... 10

Gambar 2.4 Skema penyemprotan pada turbin pelton ...................................... 14

Gambar 2.5 Instalasi turbin pelton horizontal dan vertikal .............................. 14

Gambar 2.6 Skema penyemprotan pada turbin turgo ....................................... 15

Gambar 2.7 Konstruksi turbin ossberger .......................................................... 16

Gambar 2.8 Skema aliran masuk turbin francis ................................................ 18

Gambar 2.9 Instalasi turbin francis ................................................................... 18

Gambar 2.10 Runner turbin kaplan ................................................................... 19

Gambar 2.11 Tingkat head sumber air .............................................................. 20

Gambar 2.12 Skema instalasi pembangkit listrik .............................................. 22

Gambar 2.13 Ilustrasi tinggi tekan pada turbin ................................................. 23

Gambar 2.14 Diagram alir perancangan instalasi turbin ................................... 25

Gambar 2.15 Ilustrasi menentukan tinggi tekan efektif..................................... 28

Gambar 2.16 Notasi Dimensi penstock ............................................................. 31

Gambar 2.17 Poros Tranmisi ............................................................................. 32

Gambar 2.18 Macam-macam Bantalan Gelinding ............................................ 35

Gambar 3.1 Komponen sistem pembangkitan PLTA Wonogiri ....................... 40

Gambar 3.2 Waduk Wonogiri............................................................................ 41

Gambar 3.3 Kriteria pemilihan turbin ............................................................... 45

Gambar 3.4 Turbin Kaplan PLTA Wonogiri..................................................... 46

Gambar 3.5 Spiral Casing Turbin Kaplan ......................................................... 47

Gambar 3.6 Gambar Sudu Pengatur .................................................................. 48

Gambar 3.7 Gambar Sudu Gerak (runner) ........................................................ 48

Gambar 3.8 Gambar Poros Turbin..................................................................... 49

Gambar 3.9 Gambar Draft Tube ........................................................................ 51

xi

Gambar 3.10 Peralatan Governor Hidrolik........................................................ 52

Gambar 3.11 Skema Oil Pressure Governor Elektromekanis........................... 53

Gambar 3.12 Skema instalasi turbin Kaplan .................................................... 57

Gambar 3.13 Kehilangan-kehilangan pada rak ................................................. 61

Gambar 3.14 Koefisien entrence losses (Ke) ..................................................... 62

Gambar 3.15 koefisien entrence losses (Ke) ...................................................... 62

Gambar 3.16 Diagram moody ........................................................................... 64

Gambar 3.17 Koefisien kerugian head untuk belokan pipa............................... 65

Gambar 4.1. Diagram alir perancangan ............................................................. 68

Gambar 4.2 Harga untuk menentukan ukuran – ukuran pokok turbin .............. 70

Gambar 4.3 Segitiga kecepatan pada bagian tengah runner bagian keluar ....... 72

Gambar 4.4 Segitiga kecepatan pada bagian tengah runner pada

bagian keluar dan masuk............................................................... 73

Gambar 4.5. Segitiga kecepatan pada bagian luar runner bagian keluar .......... 74

Gambar 4.6 Segitiga kecepatan pada bagian luar runner pada bagian

keluar dan masuk ........................................................................... 75

Gambar 4.7 Segitiga kecepatan pada bagian leher poros bagian ke luar........... 76

Gambar 4.8 Segitiga kecepatan pada bagian leher poros pada bagian

keluar dan masuk ........................................................................... 78

Gambar 4.9 Dimensi runner Turbin Kaplan...................................................... 80

Gambar 4.10 Pandangan atas spiral casing ....................................................... 81

Gambar 4.11 Pandangan samping spiral casing................................................ 85

Gambar 4.12 Pandangan samping pada draft tube ............................................ 88

Gambar 4.13 Pandangan atas pada draft tube ................................................... 90

Gambar 4.14 Bantalan rol silinderis .................................................................. 96

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Klasifikasi jenis pembangkit listrik tenaga air .................................. 21

Tabel 2.2. Klasifikasi penggunaan jenis turbin Berdasarakan head................... 23

Tabel 2.3. Klasifikasi penggunaan jenis turbin berdasarakan jangkuan head.... 23

Tabel 2.4. Penggunaan jenis turbin berdasarakan kecepatan spesifik ................ 24

Tabel 2.5. Kecepatan sinkron generator ............................................................ 27

Tabel 2.6. Spesifikasi Bantalan gelinding dengan Media gelinding bola .......... 37

Tabel 3.1. Kapasitas terpasang PLTA Wonogiri ................................................ 41

Tabel 3.2. Data awal pemilihan jenis turbin ....................................................... 44

Tabel 3.3. Koefisien bentuk kisi ......................................................................... 60

Tabel 3.4. Tinggi kekasaran pipa........................................................................ 64

Tabel 3.5. Tekan atmosfer dan variasi tekan uap ............................................... 66

Tabel 4.1 Ringkasan hasil perhitungan dimensi turbin Kaplan.......................... 80




Hermawan (091.03.1105) Dosen Pembimbing:

Ir. Sugijarto. PS dan A. Agung Putu Susastriawan,ST.,M.Tech Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta

ABSTRAK

Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan

dengan menggunakan kincir air atau turbin yang memanfaatkan tinggi jatuh (head) dan laju aliran volumetrik (debit) air. Prinsip kerja turbin ini didukung

oleh sudu – sudu yang ada pada turbin, sudu – sudu berfungsi untuk mengatur tekanan arus air agar dapat memutar turbin, gerakan turbin menimbulkan energi putar yang diteruskan ke poros, kemudian diteruskan ke tranmisi kecepatan dan

akhirannya akan memutar generator pembangkit listrik . Batasan masalah perancangan turbin kaplan kapasitas daya terpasang 6,2

MW, meliputi : Tinggi jatuh air (head) tersedia 25,5 meter, perancangan komponen meliputi : pipa penyalur (penstock), spiral casing, runner turbin, poros, bantalan, draft tube dan pemilihan bahan – bahan yang digunakan untuk

komponen – komponen turbin yang dirancang. Kesimpulan yang didapat dari hasil perancangan turbin Kaplan sebagai

penggerak generator listik pada PLTA Wonogiri adalah: Berdasarkan daya terpasang sebesar 6,2 MW dan dengan head maksimal 25,5 meter diperoleh kebutuhan debit air sebesar 28,48 m3/detik. Instalasi PLTA Wonogiri terdiri dari

turbin, peralatan pendukung kerja turbin, dan alat bantu operasi turbin. Komponen instalasi turbin terdiri dari: pipa hisap (penstock), rumah turbin

(spiral casing), runner, poros runner, bantalan pendukung poros dan draft tube.

Kata Kunci : Turbin Kaplan, Head, Daya Turbin, Runner Turbin Kaplan¸

PLTA Wonogiri

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Potensi tenaga air merupakan salah satu dari sumber energi baru yang

terbarukan (renewable) yang murah dan ramah lingkungan dibandingkan dengan

penggunaan bahan bakar fosil. Potensi tenaga air di Indonesia yang dapat

dimanfaatkan untuk pembangkit listrik sebesar 500 MW, sampai saat ini baru

dimanfaatkan sebesar 4% dari total potensi tenaga air di Indonesia atau 20 MW

(CIDA, 1992). Kebutuhan akan energi listrik akan terus mengalami peningkatan.

Pemanfaatan energi listrik tersebut akan senantiasa berkembang. Untuk itu,

industri dalam hal ini pembangkit listrik mempunyai peranan yang penting dalam

penyediaan listrik tersebut. Banyak wilayah di Indonesia khususnya wilayah

pedesaan terpencil yang belum dapat terjangkau oleh jaringan listrik PLN karena

alasan teknis dan ekonomis.

Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud

energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan

dengan menggunakan kincir air atau turbin yang memanfaatkan tinggi jatuh

(head) dan laju aliran volumetrik (debit) air. Prinsip kerja turbin ini didukung oleh

sudu – sudu yang ada pada turbin, sudu – sudu berfungsi untuk mengatur tekanan

arus air agar dapat memutar turbin, gerakan turbin menimbulkan energi putar

yang diteruskan ke poros, kemudian diteruskan ke tranmisi kecepatan dan

akhirnya akan memutar generator pembangkit listrik.

2

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang timbul adalah bagaimana cara melakukan perancangan

turbin Kaplan sebagai penggerak generator listrik pada PLTA Wonogiri.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah perancangan turbin Kaplan kapasitas daya terpasang 6,2

MW, meliputi :

1. Tinggi jatuh air (head) tersedia 25,5 meter.

2. Perancangan komponen meliputi : pipa penyalur (penstock), rumah turbin

(spiral casing), runner turbin, poros turbin, bantalan dan draft tube.

3. Pemilihan bahan – bahan yang digunakan untuk komponen – komponen

turbin yang dirancang.

1.4 Tujuan Tugas Akhir

Perancangan turbin Kaplan kapasitas daya terpasang 6,2 MW pada PLTA

Wonogiri, bertujuan :

1. Mengetahui dimensi komponen utama turbin Kaplan, meliputi : pipa

penyalur (penstock), rumah turbin (spiral casing), runner turbin, poros

turbin, bantalan dan draft tube.

2. Menghasilkan gambar rancangan turbin Kaplan kapasitas daya terpasang

6,2 MW pada PLTA wonogiri.

3

1.5 Manfaat Tugas Akhir

Manfaat turbin Kaplan kapasitas daya terpasang 6,2 MW pada PLTA

Wonogiri adalah :

1. Memanfaatkan potensi energi air berupa aliran dari bendungan yang dapat

menghasilkan daya 6,2 MW.

2. Memberikan gambaran yang jelas mengenai pemanfaatan potensi aliran air

sebagai pembangkit listrik tenaga air.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah proses penyusunan laporan maka dibuat sistematika

penulisan laporan perancangan turbin Kaplan kapasitas daya terpasang 6,2 MW

dengan susunan laporan sebagai berikut :

HALAMAN JUDUL

HALAMAN PENGESAHAN

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR

DAFTAR TABEL

BAB I PENDAHULUAN

Bab pendahuluan ini menguraikan mengenai latar belakang masalah,

rumusan masalah, batasan masalah, tujuan tugas akhir, dan sistematika

penulisan.

4

BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini berisikan landasan teori – teori dasar tentang masalah tugas

akhir, penjelasan mengenai konsep – konsep dasar permasalahan yang diangkat

serta mandukung tugas akhir yang akan dilakukan, dan tinjauan pustaka.

BAB III KONSTRUKSI DAN INSTALASI TURBIN

Bab ini berisikan tentang ide/ pemikiran, gambaran umum prinsip

kerja turbin Kaplan kapasitas daya terpasang 6,2 MW pada PLTA Wonogiri,

penentuan jenis turbin air yang akan digunakan sebagai penggerak generator

listrik, skema instalasi, penentuan tiggi tekan total air dengan menghitung

kerugian – kerugian tinggi tekan yang terjadi pada skema instalasi.

BAB IV PERANCANGAN KOMPONEN UTAMA TURBIN

Bab ini berisikan tentang perhitungan – perhitungan untuk

menentukan dimensi dari komponen turbin Kaplan kapasitas daya terpasang

6,2 MW pada PLTA Wonogiri.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Memuat pernyataan singkat dan tepat yang dijabarkan dari hasil

tugas akhir. Saran, dibuat berdasarkan pengalaman dan pertimbangan, untuk

melakukan perancangan lebih lanjut.

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Muhamad (2010) melakukan perancangan ulang turbin air Kaplan poros

tegak 1,2 MW PLTM plumbungan Sub unit UBP Mrica Banjarnegara. Turbin air

Kaplan adalah salah satu dari jenis turbin air dalam hal ini air sebagai fluida

kerjanya. Prinsip kerja dari turbin air adalah merubah energi potensial menjadi

enargi kinetik dan energi mekanik. Perubahan energi dari kinetik menjadi energi

mekanik terjadi pada sudu – sudu gerak (runner). Komponen turbin Kaplan utama

terdiri dari: casing (rumah turbin), sudu hantar (guide vane), Runner (sudu jalan),

poros utama (main shaft), guide bearing, Thrust bearing, dan pipa isap (draft

tube).

Surbakti (2009) melakukan perencanaan serta pembuatan prototipe turbin

air terapung bersudu lengkung dengan memanfaatkan kecepatan aliran sungai,

adapun hasil perancangan sebagai berikut: diameter turbin 75 cm, lebar turbin 50

cm, bahan sudu baja ST 37 dengan tebal 2 mm, model sudu lengkung, jumlah

sudu 12 buah, panjang sudu 50 cm lebar sudu 20 cm, bahan sudu baja ST37,

putaran turbin 31 rpm, daya dihasilkan turbin 372,58 watt.

Jorfri (2009) melakukan perancangan turbin air sistem pembangkit listrik

tenaga mikro hidro (studi kasus desa Way Gison kecamatan sekincau kabupaten

lampung barat), dengan hasil sebagai berikut: turbin air yang dipilih untuk

memanfaatkan aliran sungai Way Gison dengan laju aliran 0,407 m3/detik dan

6

tinggi jatuh 10,7 m adalah jenis turbin aliran silang (cross flow) dengan parameter

– parameter daimeter luar turbin 0,34 meter dan diameter dalam turbin 0,21 meter,

lebar turbin 0,58 meter, dan jumlah sudu turbin adalah 18 buah, efisiensi

perancangan 83% dengan daya yang dihasilkan sekitar 23,8 kW.

Glad (2009) melakukan perencanaan serta pembuatan prototipe turbin air

terapung bersudu datar dengan memanfaatkan kecepatan aliran sungai, tujuan

perancangan adalah untuk membuat prototipe turbin terapung dengan

memanfaatkan kecepatan aliran sungai, adapun hasil perancangan sebagai berikut:

diameter turbin 75 cm, lebar turbin 50 cm, bahan sudu baja ST 37 dengan tebal 2

mm, model sudu datar, jumlah sudu 12 buah, panjang sudu 50 cm lebar sudu 16

cm, bahan sudu baja ST 37, putaran turbin 27 rpm, daya yang dihasilkan turbin

258,62 watt, dengan total berat turbin 38 kg.

Amrullah (2008) melakukan perancangan turbin air Francis pada head 50

M dan daya 4,5 MW, menyimpulkan mengenai spesifikasi dari perancangan

turbin air Francis sebagai berikut: Jumlah sudu (Z) 69, tinggi runner 681 mm,

perencanaan spiral casing, kecepatan sisi masuk spiral casing (V) 69,424 m/s,

Kecepatan aliran masuk draft tube (V3) 9,5 m/s. Diameter penstock (Dp) 2225

mm, tabel penstock (t) 55 mm, panjang penstock (L) 115.543 mm, diameter poros

(ds) 266 mm, panjang poros (l) 2.340 mm, tegangan geser yang di ijinkan (τa) 6

kg/mm2, tegangan geser yang terjadi (τ) 4 kg/mm2. Perencanaan bantalan,

diameter dalam (D2) 266 mm, diameter luar (D1) 541 mm, dan tinggi bantalan

(Hb) 120 mm.

7

2.2 Potensi Tenaga Air

Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat,

karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik

(pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari

air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan

dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air

banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang

memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Besarnya tenaga

air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada besarnya head dan debit

air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah beda ketinggian

antara muka air pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir air/ turbin air.

Pembangkitan tenaga listrik sebagaian besar dilakukan dengan cara

memutar generator sinkron sehingga didapat tenaga listrik dengan tegangan bolak

– balik tiga fasa. Energi mekanik yang diperlukan untuk memutar generator

sinkron didapat dari mesin penggerak generator atau penggerak mula (prime

mover). Mesin penggerak generator dalam praktiknya banyak digunakan: mesin

diesel, turbin uap, turbin air dan turbin gas. Energi yang didapat mesin – mesin

penggerak generator ini didapat dari :

1. Proses pembakaran bahan bakar (untuk mesin – mesin thermal)

2. Air terjun (untuk turbin air)

Dengan demikian mesin penggerak generator sesungguhnya melakukan

konversi energi primer menjadi energi mekanik penggerak generator.

8

2.3 Sejarah Turbin

Orang Cina dan Mesir kuno sudah menggunakan turbin air sebagai tenaga

penggerak. Pada gambar 2.1 adalah contoh turbin air paling kuno, biasa dinamai

roda air. Roda air dengan poros horizontal dipasang pada aliran sungai, sebagian

dari roda air dimasukan ke aliran sungai, sehingga bucket – bucket terisi air dan

terdorong. Karena dorongan itulah roda air berputar. Karena teknologinya masih

kuno, roda air hanya menghasilkan daya rendah dengan efisiensi rendah. Roda air

kuno ditunjukkan oleh Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Roda air kuno

(Sumber: Sunyoto, 2008, hlm; 408)

Perkembangan teknologi turbin kelihatan berkembang cepat mulai abad 18

dan 19. Daya dan efisiensi turbin yang dihasilkan semakin tinggi dan sejak saat

itu, turbin mulai diproduksi komersial di industri – industri. Pada tahun 1750, J.A.

Segner membuat roda jalan dimana roda jalan ini menerima gaya impuls dari jet

air sehingga dapat memutar turbin. Pada tahun 1824, Burdin orang Prancis,

mengenalkan desain turbinnya untuk desertasi, selanjutnya pada tahun 1827,

Fourneyron membuat turbin dengan diameter roda jalan 500 mm, dapat

menghasilkan daya 20 – 30 kW seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.2.

9

Gambar 2.2 Turbin fourneyron (Sumber: Sunyoto, 2008, hlm; 408)

Pada tahun 1820, Jean-Victor Poncelet mengembangkan turbin aliran

kedalam. Pada tahun 1826, Benoit Fourneyron mengembangkan turbin aliran

keluar. Turbin ini sangat efisien (~80%) yang mengalirkan air melalui saluran

dengan sudu lengkung satu dimensi. Saluran keluaran juga mempunyai

lengkungan pengarah. Pada tahun 1844, Uriah A. Boyden mengembangkan turbin

aliran keluar yang meningkatkan performa dari turbin Fourneyron. Pada tahun

1850, seorang insinyur Inggris yaitu Francis mengenalkan teknologi turbinnya,

turbin ini kemudian dinamakan menggunakan namanya yaitu turbin Francis.

Turbin Francis terdiri dari sudu pengarah dan roda jalan, Aliran air masuk turbin

melalui sudu pengarah, selanjutnya masuk roda jalan.

Pada tahun 1870, Prof Fink memperbaiki turbin Francis, yaitu dengan

memodifikasi sudu pengarahnya. Sudu pengarah dapat diatur untuk merespon

kapasitas aliran air yang masuk turbin. Pada tahun 1890, insinyur Amerika yaitu

Pelton, mengenalkan turbinnya, yang kemudian dinamakan menggunakan

namanya turbin Pelton. Prinsip turbin ini berbeda dengan turbin francis, turbin

pelton menggunakan prinsip impuls. Roda jalan pada turbin ini terdiri dari bucket

– bucket yang akan menerima semprotan air dari nosel – nosel. Karena semprotan

10

air dari nosel, bucket – bucket pada roda jalan menerima gaya impuls sehingga

dapat menghasilkan torsi pada poros turbin.

Prof. Kaplan pada tahun 1913 membuat turbin untuk beroperasi pada head

yang rendah. Turbin ini terdiri dari roda jalan dengan sudu yang mirip dengan

baling – baling. Selanjutnya Prof. Kaplan mengembangkan turbin ini dengan sudu

yang dapat diatur. Nama turbin menggunakan namanya yaitu Turbin Kaplan. Tipe

– tipe turbin ditunjukkan oleh Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Tipe – tipe turbin (Sumber: Sunyoto, 2008, hlm; 410)

2.3.1 Pengertian Dasar Turbin Air

Turbin adalah mesin penggerak dimana energi fluida yang dipergunakan

langsung untuk memutar roda turbin. Jadi, berbeda dengan yang terjadi pada

11

mesin torak, pada turbin tidak terdapat bagian mesin yang bergerak translasi.

Bagian turbin yang berputar disebut rotor atau roda turbin, sedangkan bagian yang

tidak bergerak disebut stator atau rumah turbin. Roda turbin terletak di dalam

rumah turbin dan roda turbin memutar poros daya yang menggerakkan atau

memutar bebannya (generator listrik, pompa, kompresor, baling – baling atau

mesin lainnya). Di dalam turbin, fluida kerjanya mengalami proses ekspansi, yaitu

proses penurunan tekanan fluida, dan mengalir secara kontinyu. Fluida kerjanya

dapat berupa air, uap air, atau gas. Jadi secara garis besar turbin air dapat diartikan

mesin konversi energi yang dapat menghasilkan daya dengan cara

mengekspansikan (menurunkan tekanan) fluida yang berupa air yang mengalir

secara kontinyu melalui turbin air tersebut.

2.3.2 Prinsip Kerja Turbin Air

Pada roda turbin terdapat sudu dan fluida kerjanya mengalir melalui ruang

diantara sudu tersebut. Apabila kemudian ternyata bahwa roda turbin dapat

berputar, maka ada gaya yang bekerja pada sudu tersebut. Gaya tersebut timbul

karena terjadi perubahan momentum dari fluida kerja yang mengalir diantara

sudu. Jadi, haruslah sudu yang dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat terjadi

perubahan momentum pada fluida kerja tersebut. Sedangkan pada turbin air secara

garis besar kerja turbin sampai menghasilkan energi lisrtrik adalah dengan

memanfaatkan air yang memiliki ketinggian yang mengalir dari tempat yang

tinggi (dam/ waduk) menuju tempat yang lebih rendah. Dalam hal tersebut air

memiliki energi potensial dan diteruskan pada pipa – pipa atau pipa pesat

(penstock) lalu masuk ke dalam rumah turbin dan di dalam turbin energi potensial

tersebut diubah menjadi energi mekanis yaitu terjadi karena perubahan

12

momentum yang diakibatkan oleh air pada runner sehingga menggerakan poros

turbin yang diteruskan untuk menggerakkan poros generator sehingga terjadi

perubahan energi mekanis menjadi energi listrik. Komponen – komponen turbin

yang penting adalah sebagai berikut :

1. Sudu pengarah (guide vane)

Biasanya dapat diatur untuk mengontrol kapasitas aliran yang masuk

turbin.

2. Roda jalan atau runner turbin

Pada bagian ini terjadi peralihan energi potensial fluida menjadi energi

mekanik.

3. Poros turbin

Pada poros turbin terdapat runner dan ditumpu dengan bantalan radial

dan bantalan aksial.

4. Rumah turbin

Biasanya berbentuk keong atau spiral, berfungsi untuk mengarahkan

aliran masuk ke sudu pengarah.

5. Pipa hisap

Mengalirkan air yang keluar dari turbin ke saluran luar (tail race).

2.4 Klasifikasi Turbin Air

Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi

mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan

prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis,

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

13

Turbin air terdapat dalam suatu pembangkit listrik berfungsi untuk mengubah

energi potensial yang dimiliki air menjadi energi kinetik. Selanjutnya energi

kinetik ini akan dirubah menjadi energi elektrik melalui generator. Hal ini

menyebabkan setiap pembahasan tentang turbin hidrolik akan mengikutsertakan

generator sebagai pembangkit listrik.

2.4.1 Turbin Impuls

Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar

nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah

membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan

momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah

turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah

sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan

ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Adapun jenis

– jenis turbin impuls adalah sebagai berikut :

1. Turbin Pelton.

Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air

yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nosel. Turbin

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

Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi. 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

14

beberapa nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan

ember sudu lebih kecil. Skema turbin Pelton ditunjukkan oleh Gambar 2.4,

dan Instalasi turbin pelton dapat dilakukan secara horizontal dan vertikal,

seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.5.

Gambar 2.4 Skema penyemprotan pada turbin pelton


.

Gambar 2.5 Instalasi turbin pelton horizontal dan vertikal

(Sumber: Sunyoto, 2008, hlm; 426-427)

2. 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 nozle membentur sudu pada sudut 20o. Kecepatan putar

turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan

15

transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi

total sekaligus menurunkan biaya perawatan. Skema turbin turgo

ditunjukkan Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Skema penyemprotan pada turbin turgo

(Sumber: Penche, 1998, hlm; 158)

3. Turbin Ossberger Atau Turbin Crossflow

Pada turbin impuls pelton beroperasi pada head relatif tinggi, sehingga pada

head yang rendah operasinya kurang efektif atau efisiensinya rendah.

Karena alasan tersebut, turbin pelton jarang dipakai secara luas untuk

pembangkit listrik skala kecil. Sebagai alternatif turbin jenis impuls yang

dapat beroperasi pada head rendah adalah turbin impuls aliran ossberger

atau turbin crossflow. Pada gambar 2.7 adalah turbin crossflow, konstruksi

turbin ini terdiri dari komponen utama yaitu :

1. Rumah turbin

2. Alat pengarah

3. Roda jalan

4. Penutup

5. Katup udara

6. Pipa hisap

16

7. Bagian peralihan

Aliran air dilewatkan melalui sudu – sudu jalan yang berbentuk silinder,

kemudian aliran air dari dalam silinder keluar melului sudu – sudu. Jadi

perubahan energi aliran air menjadi energi mekanik putar terjadi dua kali

yaitu pada waktu air masuk silinder dan air keluar silinder. Energi yang

diperoleh dari tahap kedua adalah 20%nya dari tahap pertama.

Gambar 2.7 Konstruksi turbin ossberger


2.4.2 Turbin Reaksi

Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan

terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini

memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat

berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai

turbin reaksi. Proses ekspansi fluida kerja pada turbin reaksi terjadi pada sudu

17

tetap dan sudu geraknya. Air mengalir memasuki roda turbin melalui sudu – sudu

pengarah dengan tekanan yang tinggi. Pada saat air yang bertekanan tersebut

mengalir kesekeliling sudu – sudu, runner turbin akan berputar penuh. Energi

yang ada pada air akan berkurang ketika meninggalkan sudu. Energi yang hilang

tersebut telah diubah menjadi energi mekanis oleh roda turbin. Dilihat dari

konstruksinya, turbin reaksi ada dua jenis :

1. 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. Pengaturan daya yang dihasilkan yaitu dengan mengatur

posisi pembukaan sudu pengarah, sehingga kapasitas air yang masuk ke

roda turbin dapat diperbesar atau diperkecil. Turbin Francis dapat dipasang

dengan poros vertikal dan horizontal, skema aliran masuk dan instalasi

turbin Francis ditunjukkan oleh Gambar 2.8 dan 2.9.

18

Gambar 2.8 Skema aliran masuk turbin francis (Sumber: Sunyoto, 2008, hlm; 430)

Gambar 2.9 Instalasi turbin francis (Sumber: Sunyoto, 2008, hlm; 430)

2. Turbin Kaplan.

Tidak berbeda dengan turbin Francis, turbin Kaplan cara kerjanya

menggunakan prinsip reaksi. Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip

dengan baling – baling pesawat terbang. Bila baling – baling pesawat

terbang berfungsi untuk menghasilkan gaya dorong, roda jalan pada turbin

Kaplan berfungsi untuk mendapatkan gaya F yaitu gaya putar yang dapat

menghasilkan torsi pada poros turbin. Berbeda dengan roda jalan pada

Francis, sudu – sudu pada roda jalan turbin Kaplan dapat diputar posisinya

untuk menyesuaikan kondisi beban turbin. Turbin Kaplan banyak dipakai

19

pada instalasi pembangkit listrik 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 pada beban tidak penuh, turbin Kaplan mempunyai

efisiensi paling tinggi, hal ini dikarenakan sudu – sudu turbin Kaplan dapat

diatur menyesuaikan dengan beban yang ada. Bentuk runner pada turbin

Kaplan ditunjukkan Gambar 2.10.

(a) (b)

Gambar 2.10 (a) Runner turbin Kaplan, (b) Instalasi turbin Kaplan (Sumber: Sunyoto, 2008, hlm; 431)

2.5 Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Air

Sebelum melakukan pembangunan pusat pembangkit listrik tenaga air,

diperlukan uji kelayakan terhadap sumber air yang akan dimanfaatkan energi

potensialnya. Terutama ketersedian head dan kapasitas terpenuhi dari bendungan

20

atau waduk untuk beban yang dirancang. Ada beberapa kategori head tersedia

yang diklasifikasikan, yaitu :

1. Head tinggi (lebih dari 240 meter)

2. Head sedang (30 – 240 meter)

3. Head rendah (kurang dari 30 meter)

Ilustrasi skema pembangkit listrik berdasarkan ketersedian head ditunjukkan

oleh Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Tingkat head sumber air


Setelah mengetahui ketersedian head yang ada, selanjutnya menentukan

jenis turbin dan beban yang terpasang. Beban yang terpasang atau daya keluaran

yang direncankan tidak boleh melampaui dari ketersedian energi potensial air,

karena efisiensi maksimum operasi tidak akan tercapai dan dari segi ekonomis

merugikan. Berikut ini klasifikasi dari jenis pembangkit dilihat dari daya keluaran

turbin, ditunjukkan oleh tabel 2.1.

21

Tabel 2.1. Klasifikasi jenis pembangkit

listrik tenaga air

Jenis Pembangkit Kapasitas Keluaran Daya

Large – hydro Sampai 100 MW

Medium – hydro 15 – 100 MW

Small – hydro 1 – 15 MW

Mini – hydro 100 kW – 1 MW

Micro – hydro 5 kW – 100 kW

Pico – hydro Sampai 5 kW


Adapun bagian – bagian yang penting dari instalasi dari pembangkit listrik

tenaga air adalah sebagai berikut :

1. Pintu air

Bagian ini terletak pada pinggir bendungan/ waduk dan akan mengontrol

kondisi air yang akan dialirkan. Air yang keluar harus dijamin bersih dari

sampah – sampah seperti batang dan ranting pohon, batu dan kerikil atau

sampah lainnya yang dapat membahayakan instalasi. Pada pintu air juga

harus dapat menghentikan laju aliran air, apabila saluran harus

dikosongkan.

2. Saluran air

Bagian ini berfungsi menyalurkan air dari bendungan menuju turbin.

Bentuk saluran dapat berbentuk saluran terbuka, pressure shaft, tunnel,

atau penstock. Saluran ini dibuat dengan cara penggalian atau pengeboran,

dindingnya dengan dinding batu. Material penstock dari baja.

3. Turbin

Turbin berfungsi mengubah energi potensial fluida menjadi energi

mekanik yang kemudian diubah lagi menjadi energi listrik pada generator.

Komponen – komponen turbin yang penting adalah sebagai berikut :

22

a. Sudu pengarah, biasanya dapat diatur untuk mengontrol kapasitas aliran

yang masuk turbin.

b. Roda jalan atau runner turbin, pada bagian ini terjadi peralihan dari

energi potensial fluida menjadi energi mekanik.

c. Poros turbin, pada poros turbin terdapat runner dan ditumpu dengan

bantalan radial dan bantalan aksial.

d. Rumah turbin, biasanya berbentuk keong atau spiral, berfungsi untuk

mengarahkan aliran masuk sudu pengarah.

e. Pipa hisap (draft tube), mengalirkan air yang keluar turbin ke saluran

luar.

Skema instalasi pembangkit listrik tenaga air secara umum ditunjukkan oleh

Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Skema instalasi pembangkit listrik (Sumber: Sunyoto, 2008, hlm; 413)

2.6 Kriteria Pemilihan Turbin

Pemilihan jenis, bentuk dan ukuran turbin berdasarakan kondisi dengan

mengikuti kriteria sebagai berikut :

23

1. Tinggi tekan (head)

Perbedaan kemiringan (elevasi) dari muka air antara hulu dengan hilir dari

turbin disebut tinggi tekan (head), ilustrasi tinggi tekan pada instalasi

turbin ditunjukkan oleh Gambar 2.13.

Gambar 2.13 Ilustrasi tinggi tekan pada turbin (Sumber: Penche, 1998, hlm; 178)

Klasifikasi penggunaan jenis turbin berdasarakan tinggi tekan

(head) ditunjukkan oleh Tabel 2.2 dan Tabel 2.3.

Tabel 2.2 Klasifikasi penggunaan jenis turbinBerdasarakan head

Head

Tinggi

Head

Menengah

Head

Rendah

Turbin

impuls

Pelton

Turgo

Cross-flow

Multi-jet pelton Turgo

Cross-flow

Turbin reaksi

Francis Propeller Kaplan

(Sumber: Harvey et al, 1993)

Tabel 2.3 Klasifikasi penggunaan jenis turbin berdasarakan jangkuan head

Tipe Turbin Jangkauan Head (meter)

Kaplan dan Propeller 2 – 40

Francis 10 – 350

Pelton 50 – 1300

Michell – Banki 3 – 250

Turgo 50 – 250


24

2. Kecepatan putaran spesifik turbin

Kecepatan spesifik merupakan kriteria utama yang menunjukkan

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 turbin dapat

diartikan sebagai titik efisiensi maksimum. Perhitungan tepat ini

menghasilkan performa turbin dalam jangkauan head dan debit tertentu.

Kecepatan spesifik juga merupakan titik awal dari analisis desain dari

sebuah turbin baru, kecepatan spesifik (ns) ditentukan menggunakan

persamaan berikut (Sumber: Dandekar & Sharma, 1991, hlm.397).

4

5s

h

PNn ............................................................................................. (2.1)

Dengan : N = Putaran turbin (rpm)

P = Daya turbin (HP)

h = Tinggi tekan air effektif (head) (m)

Setelah kecepatan spesifik yang diinginkan diketahui, penggunaan

jenis turbin menurut kecepatan spesifik ditunjukkan Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Penggunaan jenis turbin

berdasarakan kecepatan spesifik

Tipe Turbin Kecepatan Spesifik (ns)

Kaplan dan Propeller 250 – 1000

Francis 60 – 300

Pelton 2 – 25

Crossflow 40 – 200

(Sumber : www.clearinghouse.energiterbarukan.com/

pelaksanaan_elektro_mekanikal.html, 2013)

http://www.clearinghouse.energiterbarukan.com/

25

2.7 Dasar – dasar Perhitungan Turbin

Dalam melakukan perancangan turbin diperlukan tahapan – tahapan

perancangan turbin yang menjelaskan urutan perancangan instalasi turbin

berdasarkan head, debit air, dan daya keluaran turbin, diagram alir (flowchart)

perancangan instalasi turbin ditunjukkan oleh pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Diagram alir perancangan instalasi turbin

Dasar – dasar perhitungan untuk merencankan turbin air sebagai pembangkit

listrik adalah sebagai berikut :

1. Daya yang dihasilkan turbin air (P) dan efisiensinya (Sumber: Dietzel,

1980, hlm.2)

ThgQP ............................................................................. (2.2)

Perancangan penstock , Perancangan runner turbin,

Segitiga kecepatan, Perancangan spiral casing,

Perancangan poros turbin, Perancangan bantalan,

dan Perancangan draft tube.

Pemeriksaan penstock, Pemeriksaan runner,

Pemeriksaan spiral casing, Pemeriksaan poros turbin,

Pemeriksaan bantalan dan Pemeriksaan draft tube.

START

Daya turbin (kW), Debit air (m3/dtk),

Head (m), Kecepatan spesifik (rpm), dan

pemilihan jenis turbin

AMAN

STOP

Y

T

26

%100hgQ

PT

.................................................................... (2.2a)

Dengan : P = Daya turbin (watt)

Q = Debit aliran air (m3/dtk)

ρ = Massa jenis air (1000 kg/m3)

g = Gravitasi bumi (m/dtk2)

h = head efektif (m)

ηT = Efisiensi turbin (%)

2. Kecepatan serempak generator (N), merupakan variabel dalam

menentukan putaran spesifik turbin, menentukan kecepatan serempak

generator sebagai berikut (Sumber: Dandekar & Sharma, 1991, hlm.397)

p

f60N

............................................................................................. (2.3a)

atau

Zp

f120N

........................................................................................... (2.3b)

Dengan : N = Kecepatan putar (rpm)

p = Jumlah pasangan kutub generator

f = Frekuensi (Hz)

Zp = Jumlah Kutub

Jumlah pasangan kutub adalah setengah jumlah kutub generator (p)

yang dapat diaplikasikan bersama dengan turbin air berjumalah antara 2 –

28 kutub, kecepatan putaran (N) untuk turbin berdasarkan frekuensi dan

jumlah kutub ditunjukkan Tabel 2.5.

27

Tabel 2.5 Kecepatan sinkron generator

Jumlah

Kutub

Frekuensi Jumlah

Pasangan

Kutub

Frekuensi

50 Hz 60 Hz 50 Hz 60 Hz

2 3000 3600 16 375 450

4 1500 1800 18 333 400

6 1000 1200 20 300 360

8 750 900 22 272 327

10 600 720 24 250 300

12 500 600 26 231 277

14 428 540 28 214 257


2.7.1 Perhitungan Head effektif (h)

Head effektif adalah head total dikurangi dengan kerugian – kerugian

head, seperti kerugian head yang ditimbulkan saringan masuk, kerugian akibat

bentuk sisi masuk penstock, kerugian akibat gesekan dengan penstock, kerugian

yang ditimbulkan oleh katup, dan kerugian yang diakibatkan oleh belokan

penstock, head effektif dihitung dengan persamaan berikut :

rbbfveLP hhhhhhHh ................................................ (2.4)

Dengan: H = tingi tekan air total (head gross) (m)

hLP = kerugian pada trashrack (m)

he = kerugian sisi masuk penstock (m)

hv = kerugian karena katup (m)

hf = kerugian akibat gesekan pada penstock (m)

hb = kerugian akibat belokan pipa pesat (m)

hrb = jarak sisi keluar roda jalan sampai tailrace (m)

Skema penentuan head efektif dan kerugian – kerugian yang timbul

ditunjukkan oleh Gambar 2.15.

28

Muka air atas

Muka air bawah

Garis miring hidrolik

hrb

h H

hLP + he + hv + hf + hb

Trash rack

Bak Air

Penstock

Draft tube

Turbin Kaplan

Gambar 2.15 Ilustrasi menentukan tinggi tekan efektif

Selanjutnya menentukan besar kerugian – kerugian head yang ditimbulkan

oleh skema pada Gambar 2.15, dengan persamaan – persamaan berikut :

1. Kerugian tinggi tekan akibat saringan sampah (trash rack) (hLP)

(Sumber: Dandekar & Sharma, 1991, hlm.349)

sin

g.2

V

b

tKh

2

b3

4

rLP ...................................................................... (2.5)

Dengan : hLP = Kehilangan energi pada saringan (m)

Kr = Koefisien kehilangan energi karena bentuk rak

Vb = Kecepatan aliran sebelum memasuki rak – rak (m/dtk)

t = Tebal rak (mm)

b = Jarak rak (mm)

A

QVb ........................................................................................................ (2.6)

θ

Ф

29

2. Kerugian tinggi tekan akibat bentuk sisi masuk pipa pesat (he) (Sumber:

Penche, 1998, hlm.39)

g.2

VKh

p

ee ........................................................................................... (2.7)

Dengan : he = Kehilangan energi pada sisi masuk penstock (m)

Ke = Koefisien entrance losses

g = Percepatan gravitasi bumi (m/dtk2)

Vp = Kecepatan aliran pada penstock (m/dtk)

3. Kerugian tinggi tekan akibat akibat katup (hv) (Sumber: Penche, 1998,

hlm.40)

g.2

VKh

2

p

vv ........................................................................................... (2.8)

Dengan : hv = Kehilangan energi oleh katup (m)

Kv = Koefisien valve losses



4. Kerugian tinggi tekan akibat akibat gesekan pada penstock (hf) (Sumber:

Penche, 1998, hlm.27)

g.2.D

V.Lfhf

p

2

p ......................................................................................... (2.9)

Dengan : hf = Kehilangan energi oleh gesekan pada penstock (m)

f = Numerical friction factor


30

L = panjang pipa penstock (m)

Dp = diameter penstock (m)

5. Kerugian tinggi tekan akibat akibat belokan pada penstock (hb) (Sumber:

Warnick,1984, hlm.126)

g.2

Vch

p

b ............................................................................................ (2.10)

Dengan : hb = Kehilangan energi oleh belokan pada penstock (m)

c = Koefisien kehilangan akibat belokan



6. Menentukan tinggi hisap (hrb) (Sumber: Dietzel, 1980, hlm.42)

hThhhh DBb ....................................................................... (2.11)

Dengan : hb = Tinggi hisap (m)

hB =Tinggi tekanan barometer pada lokasi instalasi (m)

hD = Tinggi tekanan uap (m)

Th = Koefisien kavitasi

2.7.2 Dimensi Penstock

Dimensi penstock meliputi diameter penstock, jarak pemasukan penstock

dengan muka air atas, panjang penstock, dan tebal penstock dihitung dengan

persamaan berikut :

1. Diameter penstock (DP) dihitung dengan menggunakan persamaan berikut

(Sumber: Warnick, 1984, hlm.127).

31

Dp

Lp

Dujp

5,0

p Q72,0D ................................................................................... (2.12)

Dengan : Dp = Diameter pipa pesat (m) ; Q = Debit aliran air (m3/dtk)

2. Jarak pemasukan pipa pesat dari muka air atas (CP) dihitung dengan

menggunakan persamaan berikut (Sumber: Sukoco, 2011, hlm.52).

p

PD

sC .............................................................................................. (2.13)

Dengan : p

P

D.g

Vs ............................................................................ (2.14)

3. Panjang penstock (LP) dihitung dengan menggunakan persamaan berikut


p

2

2

p

P Chtan

ChL

............................................................ (2.15)

4. Tebal penstock (tP) dihitung dengan menggunakan persamaan berikut


400

20Dt

p

min

..................................................................................... (2.16)

Bentuk dan dimensi penstock air ditunjukkan oleh Gambar 2.16

Gambar 2.16 Notasi dimensi penstock

32

2.7.3 Poros

Poros adalah elemen putar yang biasanya terpasang elemen lain seperti

roda gigi, puli, engkol dan pemindah gaya lainnya. Poros menerima beban lentur,

tarik, puntiran yang bekerja sendiri maupun secara bersamaan.

1. Poros transmisi, mendapat beban puntir murni atau puntir dan lenturan.

2. Gandar, jenis beban yang diterima gandar adalah beban lentur, kecuali jika

digerakkan oleh penggerak mula yang mendapat beban puntir.

3. Spindle, merupakan poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros

utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran.

Bentuk macam – macam poros berdasarkan pembebanan yang terjadi pada

poros ditunjukkan oleh Gambar 2.17.

(a)

(b)

Gambar 2.17 Poros Tramsmisi

(Sumber: Niemann, 1986, hlm; 328)

Perencanaan poros untuk poros yang mengalami beban puntir dan beban

lenturan adalah sebagai berikut :

1. Daya rencana (Pd) dirumuskan sebagai berikut (Sumber: Sularso & Suga,

2004, hlm.7) :

P.fP cd .............................................................................................. (2.17)

33

Dengan : dP = Daya rencana (kW)

cf Faktor Koreksi

2. Persamaan yang digunakan untuk menghitung torsi (T) adalah sebagai

berikut (Sumber: Sularso & Suga, 2004, hlm.7) :

n

P1074.9T d5 .................................................................................. (2.18)

Dengan : dP = Daya rencana (kW)

n = Putaran poros (rpm)

3. Diameter poros yang menerima beban puntir dan beban lengkung (ds)

(Sumber: Sularso & Suga, 2004, hlm.18) :

)mm(TKMK1.5d3

1

2

t

2

ma

s

........................................ (2.19)

Dengan: sd Diameter poros (mm)

a Tegangan ijin bahan poros (kg/mm²)

mK Faktor koreksi momen lentur

tK Faktor koreksi momen putir

M = Momen lentur (kg.m); T = Torsi (kg.m)

4. Persamaan untuk mencari defleksi puntiran yang terjadi pada poros

(Sumber: Sularso & Suga, 2004, hlm.18) :

4

SGd

TL584 ........................................................................................ (2.20)

Dengan : T = Torsi pada poros (kg.mm)

L = Panjang poros (mm)

G = Modulus geser bahan poros : 8,3 x 103 kg/mm2

34

2.7.4 Bantalan

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga

putaran atau gerakan bolak – balik dapat berlangsung secara halus, aman, dan

panjang umur. Bantalan harus kokoh dan memungkinkan poros serta elemen

mesin lainya dapat bekerja dengan baik. Jika prestasi bantalan tidak berfungsi

dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan menurun atau tidak bekerja

sebagaimana mestinya. Klasifikasi bantalan dibedakan sebagai berikut :

1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros.

a. Bantalan luncur.

Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan

karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan

perantara minyak pelumas.

b. 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.

2. Atas dasar arah beban terhadap poros

a. Bantalan radial.

Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros.

b. Bantalan aksial.

Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros.

c. Bantalan geliding khusus.

Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak

lurus sumbu poros.

35

Macam – macam bantalan geliding yang lazim digunakan pada konstruksi

mesin ditunjukkan oleh Gambar 2.18.

Gambar 2.18 Macam – macam Bantalan Gelinding (Sumber: Sularso & Suga, 2004, hlm; 129)

Langkah – langkah perencanaan bantalan pada penopang turbin adalah

sebagai berikut :

1. Perhitungan beban ekuivalen dinamis untuk bantalan radial (P) (Sumber:

Sularso & Suga, 2004, hlm.135) :

arr YFXVFP .................................................................................. (2.21)

Dengan : rF = Beban Radial kg

aF = Beban Aksial kg

Y,X,V = Faktor Pembebanan

36

2. Perhitungan Beban Ekivalen Statis (Po) (Sumber: Sularso & Suga, 2004,

hlm.135) :

Untuk bantalan radial :

aoroo FYFXP ................................................................................. (2.22)

ro FP , dan diambil yang lebih besar

Dengan : oo Y,X = Faktor Pembebanan

Untuk bantalan aksial

tanF3,2FP aroa ........................................................................... (2.23)

Dengan : oo Y,X = Faktor Pembebanan

3. Perhitungan Umur Nominal (L) (Sumber: Sularso & Suga, 2004, hlm.136)

Faktor Kecepatan nf :

Bantalan Bola, 3

1

nn

3,33f

............................................................. (2.24)

Bantalan Rol, 10

3

nn

3,33f

.............................................................. (2.25)

Faktor Umur hf :

Bantalan Rol dan Bola, P

Cff nh ....................................................... (2.26)

Umur Nominal hL adalah:

Bantalan Bola, 3

hh f500L ................................................................. (2.27)

Bantalan Rol, 3/10

hh f500L ............................................................... (2.28)

37

Untuk bantalan gelinding dengan media gelinding bola nomor nominal

ditunjukkan oleh Tabel 2.6.

Tabel 2.6 Spesifikasi Bantalan gelinding dengan

media gelinding bola

(Sumber: Sularso & suga, 2004, hlm; 141)

38

BAB III

PERANCANGAN KONSTRUKSI

DAN INSTALASI TURBIN AIR

3.1 Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Wonogiri

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Wonogiri merupakan salah satu

unit pembangkit yang dimiliki oleh PT Indonesia Power dibawah Unit Bisnis

Pembangkitan Mrica. PLTA Wonogiri diresmikan oleh Mentri Pertambangan dan

Energi Ir. Soebroto, tanggal 3 Juni 1983. PLTA Wonogiri terletak di Desa

Donoharjo, Kecamatan Wonogiri, Kabupaten Wonogiri, 83,3 km ke arah timur

dari Yogyakarta menuju kota Wonogiri, dan 2 km menuju PLTA Wonogiri.

Pembangunan PLTA Wonogiri tidak terlepas dari adanya Bengawan Solo yang

merupakan sungai terpanjang di Pulau Jawa kurang lebih 600 km, terletak pada

wilayah Provinsi Jawa Tengah dan Jawa Timur. Masalah yang paling menonjol

pada musim hujan terjadi banjir dan pada musim kemarau terjadi kekeringan.

Untuk menghilangkan sifat – sifat air yang merusak, dengan mengusahakan

sedemikian rupa sehingga air berguna untuk kehidupan, maka pada tahun 1979 di

bangun Bendungan Serba Guna Gajah Mungkur. Selain tujuan utama dari proyek

ini yaitu sebagai pengendalian banjir dan irigasi, dibangun pula Pusat Listrik

Tenaga Air yaitu PLTA Wonogiri. Pembangunan PLTA Wonogiri menjadi

penting mengingat kebijakan pemerintah tentang energi, khusunya penggunaan

bahan bakar minyak (BBM). Proyek pengembangan wilayah Sungai Bengawan

Solo adalah yang diserahi untuk menangani pembangunan PLTA Wonogiri

39

sebelum diserahkan pengelolaannya kepada PLN Pembangkitan dan Penyaluran

Jawa Barat Sektor Tuntang. Unit Bisnis Pembangkitan Mrica sebagai salah satu

unit bisnis pembangkitan yang di miliki oleh PT. Indonesia Power yang memiliki

enam sub unit pembangkitan dan semuanya merupakan pembangkitan listrik

tenaga air dengan total kapasitas terpasang sebesar 306,49 MW yang dihasilkan

oleh 27 mesin pembangkitan pada 15 lokasi PLTA antara lain :

1. PLTA PB. Soedirman dengan kapasitas terpasang : 180,90 MW

2. PLTA Wonogiri dengan kapasitas terpasang : 12,40 MW

3. PLTA Sempor dengan kapasitas terpasang : 1,00 MW

4. PLTA Wadas Lintang dengan kapasitas terpasang : 18,00 MW

5. PLTA Kedungombo dengan kapasitas terpasang : 22,50 MW

6. PLTA Jelok dengan kapasitas terpasang : 20,48 MW

7. PLTA Timo dengan kapasitas terpasang : 12,00 MW

8. PLTA Garung dengan kapasitas terpasang : 26,40 MW

9. PLTA Ketenger dengan kapasitas terpasang : 8,09 MW

10. PLTA Kelambu dengan kapasitas terpasang : 1,17 MW

11. PLTA Pejengkolan dengan kapasitas terpasang : 1,40 MW

12. PLTA Sidorejo dengan kapasitas terpasang : 1,40 MW

13. PLTA Tapen dengan kapasitas terpasang : 0,75 MW

14. PLTM Siteki dengan kapasitas terpasang : 1,20 MW

15. PLTM Plumbungan dengan kapasitas terpasang : 1,80 MW

40

3.1.1 Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Wonogiri

Untuk membangkitkan listrik diawali dengan aliran air dari waduk

(reservoir), kemudian dialirkan melalui terowongan pacu hulu (head race/ tunnel)

dan pipa pesat (penstock) menuju pusat pembangkit (power house). Diantara

Terowongan pacu hulu dan pipa pesat dilengkapi dengan tangki pendatar (surge

tank) yang berfungsi untuk meredam adanya gejolak air (water hammer). Skema

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Wonogiri ditunjukkan oleh Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Komponen sistem pembangkitan PLTA Wonogiri (Sumber: PLTA Wonogiri)

3.1.2 Waduk (Reservoir)

Waduk berfungsi untuk membendung air dari curah hujan dan beberapa

anak sungai yang nantinya digunakan sebagai tenaga untuk memutar turbin.

Bendungan PLTA Wonogiri dengan tipe urugan batu dengan inti tegak

didalamnya terdapat dinding kedap air sejenis urugan tanah yang dipadatkan

sebagai inti (core). Waduk pada PLTA Wonogiri ditunjukkan oleh Gambar 3.2.

41

Gambar 3.2 Waduk Wonogiri

(Sumber: PLTA Wonogiri)

Dengan data – data teknis dari Waduk yang digunakan oleh PLTA

Wonogiri adalah sebagai berikut :

a. Panjang Bendungan = 1.440 m

b. Elevasi puncak = 142 mdpl

c. Tinggi air waduk minimum = EL. 127 mdpl

d. Tinggi air waduk maximum = EL. 137 mdpl

e. Luas genangan maximum = 79,23 km²

f. Luas genangan minimum = 26,40 km²

Kapasitas Terpasang PLTA Wonogiri yang terdiri dari dua buah turbin

ditunjukkan oleh tabel 3.1.

Tabel 3.1 Kapasitas terpasang PLTA Wonogiri

Power Plant Number of Machine Installed Capacity

PLTA Wonogiri Unit 1 6,2 MW

PLTA Wonogiri Unit 2 6,2 MW

Total 12,4 MW

(Sumber: www.indonesiapower.co.id, 2013)

http://www.indonesiapower.co.id/

42

3.2 Spesifikasi Turbin

Adapun spesifikasi turbin Kaplan pada PLTA Wonogiri adalah sebagai

berikut (Sumber: PLTA Wonogiri) :

a. Tipe = Turbin Kaplan dengan Poros tegak

b. Daya keluaran

a) Maksimal = 6,5 MW

b) Normal = 6,5 MW

c) Minimal = 3,7 MW

c. Head (tinggi jatuh)

a) Maksimal = 25,5 m

b) Normal = 20,4 m

c) Minimal = 15,1 m

d. Kapasitas aliran air (debit)

a) Maksimal = 28,43 m³/s

b) Normal = 36,70 m³/s

c) Minimal = 28,35 m³/s

e. Jumlah Turbin = 2 (dua) unit

f. Pabrik pembuat = Ebara Corp. Japan tahun 1982

g. Spesifikasi Generator

a) Frequency = 50 Hz

b) Pole (kutub) = 22 buah (11 pasang)

43

3.3 Kriteria Perancangan dan Pemilihan Jenis Turbin

Menentukan debit aliran air (Q) pada perancangan turbin air Kaplan

berdasarkan pada tinggi tekan efektif (h) dan daya turbin (P trbn). Daya turbin yang

dihasilkan ditentukan menggunakan persamaan 2.2 :

Ttrbn hgQP

T

trbn

hg

PQ

Dengan: Ptrbn = Daya turbin = 6,2 MW = 6200000 watt = 6200 kW

ρ = Massa jenis air = 1000 kg/m3

g = Percepatan gravitasi bumi = 9,81 m/dtk2

h = Tinggi tekan air = 25,5 meter

ηT = Efisiensi turbin (87– 94 %) = digunakan 87% = 0,87

Maka : 87,05,2581,91000

6200000Q

dtkm48,28Q

3

Menentukan kecepatan serempak generator, menggunakan persamaan 2.3a

p

f.60N

Dengan: p = Jumlah kutub generator = 22 kutub = 11 pasang kutub

f = Frekuensi = 50 Hz

Maka : 11

5060

p

f.60N

rpm27373,272N

44

Selanjutnya menentukan kecepatan spesifik (ns) turbin air dengan menggunakan

persamaan 2.1 :

4

5s

h

PNn

Dengan: N = Putaran turbin = 273 rpm

P = Daya turbin = 6200 kW = 8314,2 HP (1 kW = 1,341 HP)

h = Tinggi tekan air effektif = 25,5 meter

Maka :

rpm41,434407,434

5,25

2,8314273

h

PNn

4

5

4

5s

Dari hasil perhitungan diatas diperoleh data – data awal untuk pemilihan

jenis turbin yang ditunjukkan oleh Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Data awal pemilihan jenis turbin

No Variabel Nilai Kategori

1 Daya turbin (Ptrbn) 6200 kW -

2 Tinggi tekan efektif (h) 25,5 m Rendah (Kurang dari 30 meter)

3 Debit aliran air (Q) 28,48 m3/dtk -

4 Putaran Generator (N) 273 rpm Generator PLN

5 Kecepatan spesifik (ns)

434,41 rpm Kaplan (250 – 1000 rpm)

Berdasarkan data awal pemilihan jenis turbin diperoleh kriteria pemilihan

jenis turbin yang akan digunakan adalah turbin jenis Kaplan, digunakan untuk

pembangkit listrik tenaga small hydro digunakan pada aliran berasal dari

bendungan dengan debit 28,48 m3/dtk, tinggi tekan efektif yaitu 25,5 m, untuk

menggerakan generator listrik yang sesuai dengan generator yang digunakan oleh

PLN (Perusahaan Listrik Negara), dengan keceptan spesifik 434,41 rpm. Kriteria

pemilihan turbin ditunjukkan oleh Gambar 3.3.

45

Gambar 3.3 Kriteria pemilihan turbin


3.4 Prinsip Kerja Turbin Kaplan PLTA Wonogiri

Turbin air Kaplan tipe poros tegak yang digunakan PLTA Wonogiri

dipergunakan sebagai penggerak awal pada Pusat Listrik Tenaga Air. Prinsip kerja

turbin air Kaplan adalah merubah energi air dengan ketinggian dan debit tertentu

(energi potensial air dan energi kinetik air) menjadi energi mekanik berupa

berputarnya poros turbin yang membawa daya untuk memutar generator

pembangkit tenaga listrik. Kapasitas daya yang dihasilkan sebesar 6,2 MW setiap

unit. Daya total dari dua unit pembangkit di PLTA Wonogiri adalah 12,4 MW.

Turbin Kaplan pada PLTA Wonogiri ditunjukkan oleh Gambar 3.4.

46

Gambar 3.4 Turbin Kaplan PLTA Wonogiri (Sumber: PLTA Wonogiri)

3.5 Bagian-bagian Utama Turbin Kaplan

Bagian – bagian utama turbin air Kaplan terdiri dari komponen –

komponen sebagai berikut :

1. Rumah Siput (spiral casing)

Bagian ini terbuat dari pipa baja yang mengelilingi runner blade,

semakin ke ujung semakin mengecil sehingga berbentuk rumah siput. Hal ini

bertujuan agar air yang masuk kedalam turbin dapat terdistribusi merata dan

menghindari kehilangan efisiensi. Bagian pangkal spiral case dihubungkan

dengan expansion join. Sambungan ini memberikan kelonggaran pada spiral

case menuju penstock untuk memungkinkan bila terjadi pemuaian pipa ke arah

aksial. Posisi dari inlet spiral casing tergantung pada saluran langsung air

dalam penstock yang kemungkinan akan merubah keserasian penempatan.

Bahan dari spiral casing tergantung pada ketinggian air jatuh, diantaranya :

47

a. Concrete tempa steel plate lining untuk ketinggian sampai 300 meter.

b. Welded rolled steel plate untuk ketinggian sampai 100 meter.

c. Cast steel untuk ketinggian air di atas 100 meter.

Adapun bentuk rumah siput (spiral casing) ditunjukkan oleh Gambar

3.5 berikut :

Gambar 3.5 Spiral Casing Turbin Kaplan


2. Sudu Pengatur (guide vane)

Sudu pengatur yang terbuat dari baja tuang stainless yang pejal terdiri

dari dua buah trunion dan sebuah sirip sudu berbentuk lonjong dan ekornya

tirus. Disusun secara teratur berbentuk lingkaran yang dapat bergerak, tiap

sudu dihubungkan ke cincin pengatur. Sudu pengatur mengendalikan jumlah

air yang mengalir ke turbin sesuai dengan posisinya. Bentuk sudu pengatur


48

Gambar 3.6 Gambar Sudu Pengatur


3. Sudu Gerak (runner)

Sudu gerak terbuat dari baja tuang yang ditempa secara vertikal dan

merupakan bagian turbin yang berputar. Sudu gerak dikenai gaya radial dan

gaya aksial. Fungsi sudu gerak adalah mengubah energi potensial ke kinetik

menjadi energi mekanik berupa putaran turbin. Sudu gerak pada poros dikopel

bersama – sama dengan baut tanam dan mur yang dikencangkan dengan

pengencang baut hidrolik. Bentuk sudu gerak ditunjukkan oleh Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Gambar Sudu Gerak (runner)


49

4. Poros (Shaft)

Poros terbuat dari baja tempa, memiliki sebuah flens kopling pada tiap

ujungnya dan kolar terpadu untuk membentuk permukaan bantalan pengarah,

fungsi poros turbin untuk meneruskan gaya mekanik dari sudu gerak ke

generator. Bentuk poros ditunjukkan oleh Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Gambar Poros Turbin


5. Bantalan Pengarah

Bantalan berfungsi sebagai pemegang poros yang mampu menerima gaya

radial dan gaya aksial dari poros. Antara poros dan bantalan terdapat celah

(clearance) dimana pada waktu operasi akan terjadi lapisan minyak pelumas

bantalan (oil film) pada celah (clearance) tersebut.

Pada Bantalan terdapat perapat bantalan (Sealing Bearing Turbine)

yang berfungsi untuk mengurangi atau memperkecil kebocoran air dari celah

(clearance) antara poros turbin dan tutup turbin. Perapat bantalan yang

digunakan yaitu carbon ring.

50

Jenis – jenis bantalan turbin :

a. Bantalan luncur (guide bearing) digunakan untuk menerima gaya radial

dari poros.

b. Bantalan tekan (thrust bearing) digunakan untuk menerima gaya aksial

dari poros.

c. Bantalan kombinasi luncur dan tekan digunakan untuk menerima gaya

radial dan gaya aksial dari poros.

6. Saluran Buang (Draft Tube)

Pipa hisap atau draft tube dipasang pada sisi keluar runner berfungsi

untuk mengalirkan air yang keluar dari runner ke saluran pembuangan (tail

race). Draft tube pada turbin Kaplan di PLTA Wonogiri mempunyai bentuk

konis dengan penampang yang membesar ke arah sisi keluar (divergent).

Dengan bentuk ini akan diperoleh dua hal yang saling berkaitan, yaitu :

1. Kecepatan air pada sisi keluar lebih kecil daripada kecepatan air pada

sisi masuk.

2. Tekanan pada sisi keluar lebih besar daripada tekanan pada sisi masuk,

sehingga seolah – olah aliran air terhisap dari masuk ke sisi keluar,

oleh karena itu disebut pula pipa hisap (draft tube).

Bentuk draft tube ditunjukkan oleh Gambar 3.9.

51

Gambar 3.9 Gambar Draft Tube (Sumber: PLTA Wonogiri)

3.6 Peralatan Pendukung Kerja Turbin Kaplan

3.6.1 Governor

Governor adalah suatu peralatan yang dapat mengatur putaran turbin

secara otomatis pada beban yang bervariasi, agar turbin tetap pada putaran

yang ditentukan. Governor di PLTA Wonogiri merupakan jenis governor

Elektromekanis, berfungsi sebagai pusat kontrol peralatan bantu pada turbin

untuk penggerak servomotor yang ada. Seperti ditunjukkan oleh Gambar

3.10.

52

Gambar 3.10 Peralatan Governor Hidrolik


Pada prinsipnya governor Turbin Kaplan pada PLTA Wonogiri

merupakan governor Elektromekanis, dimana bandul mekanis (pendulum)

digerakkan oleh motor listrik yang mendapat sumber listrik langsung dari

Permanent Magnet Generator (PMG). Apabila terjadi perubahan putaran

lebih pada turbin, maka bandul sentrifugal akan naik dan mengakibatkan

tuas A menekan tuas B. Dengan turunnya tuas B, maka torak distributor

minyak akan turun dan tekanan minyak akan menggerakkan torak

servomotor, kemudian dengan perantaraan tuas C, gerakan torak

servomotor tadi akan menutup distributor turbin (menutup sudu atur pada

turbin). Demikian pula sebaliknya apabila putaran turbin turun. Dalam

keadaan normal, kedua saluran minyak ke servmotor akan tertutup oleh

torak distributor minyak. Distribusi minyak tekan sebagai penggerak

sistem hidrolik di PLTA Wonogiri ini dihubungkan dengan perpipaan,

katup dan kontrol. Apabila dikehendaki menaikkan/ menurunkan beban

pada turbin, maka dapat dilakukan dengan memperbesar/ memperkecil

53

volume minyak tekan yang disalurkan ke servomotor melalui distributor

minyak yang akan diatur alat pengatur beban (Governor).

Skema kerja governor ditunjukkan oleh Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Skema Oil Pressure Governor Elektromekanis


Pada PLTA Wonogiri komponen bagian – bagian governor dan Alat

bantunya terdiri dari :

1. Pompa minyak tekan (oil sump tank)

Pompa minyak tekan berfungsi untuk menyediakan dan menyalurkan

minyak bertekanan menuju pressure tank ke sistem governor.

2. Kompressor udara (Air Compressor)

Kompressor udara berfungsi untuk mengkompressi atau menekan

udara untuk mendorong minyak yang berfungsi sebagai penggerak

sistem hidrolik. Ada 2 (dua) unit air compressor di PLTA Wonogiri.

Pada kompressor udara dilengkapi dengan tangki udara dan tangki

pengereman.

54

a. Tangki udara (air tank) berfungsi untuk menampung udara dari

kompressor yang akan disalurkan menuju pressure tank.

b. Tangki pengereman (brake tank) untuk menampung udara yang

digunakan untuk mengerem operasi turbin.

3. Pressure tank

Pressure tank merupakan tangki bertekanan berisikan minyak dari

sump tank dan udara dari kompressor yang berfungsi untuk

mengalirkan minyak ditekan oleh udara menuju governor. Setiap unit

masing – masing dilengkapi dengan satu pressure tank.

4. Sistem penggerak berfungsi untuk menggerakkan tuas torak

distributor minyak tekan.

5. Distributor minyak tekan

Distributor minyak tekan berfungsi untuk mendistribusikan minyak

tekan ke servomotor, baik pada saat terjadi perubahan putaran turbin

maupun pada saat menaikan/ menurunkan beban.

6. Akumulator berfungsi untuk menstabilkan tekanan minyak.

7. Katup operasi governor berfungsi untuk mengoperasikan governor.

8. Pembatas beban (load limit)

Pembatas beban (load limit) berfungsi untuk membatasi beban sesuai

dengan yang diinginkan.

3.6.2 Servomotor

Servomotor adalah peralatan berupa tabung yang dilengkapi dengan

torak dan diberikan tekanan minyak. Tekanan minyak (sistem hidrolis) dari

55

governor ini yang dapat mengubah posisi torak karena adanya perubahan

volume minyak bertekanan dalam tabung.

Adapun bagian – bagian servomotor, yaitu :

1. Silinder, berfungsi sebagai rumah yang digunakan untuk memasukkan

fluida yang bertekanan.

2. Torak, berfungsi sebagai penerus tekanan fluida yang telah diubah

menjadi gaya gerak.

3. Batang torak, berfungsi sebagai pendorong torak.

4. Cincin torak, berfungsi sebagai perapat antara ruang silinder bagian

depan dan belakang.

5. Katup perlambatan, berfungsi untuk memperlambat gerak servomotor

pada saat – saat tertentu.

6. Perapat batang torak, berfungsi sebagai penyekat antara ruang didalam

silider dengan udara.

7. Skala penunjuk langkah, berfungsi untuk mengetahui langkah

servomotor yang telah dicapai.

8. Mekanisme penghubung, berfungsi untuk menghubungkan batang

torak servomotor dengan komponen yang akan digerakkan seperti

katup MIV dan cincin pengatur guide vane.

Pada PLTA Wonogiri, terdapat tiga macam servomotor yang

berfungsi untuk mengatur sistem kerja pada bagian komponen turbin yaitu

antara lain adalah :

56

1. Servomotor pada Main Inlet Valve, berfungsi untuk mengatur

pembukaan dan penutupan katup main inlet valve.

2. Servomotor pada by-pass valve, berfungsi untuk mengatur pembukaan

dan penutupan katup by-pass valve secara mekanis hidrolis.

3. Servomotor pada Guide Vane, berfungsi sebagai pengatur pembukaan

dan penutupan guide vane yang dihubungkan melalui cincin – cincin

penghubung.

3.6.3 Alat Pendukung Kerja Alat Bantu Operasi Turbin

Pada PLTA Wonogiri sistem operasi turbin menggunakan berbagai

komponen alat pendukung yang berfungsi untuk membantu kelancaran dan

keamanan sistem kerja alat bantu turbin. Berikut adalah komponen –

komponen alat bantu serta sistem kerjanya :

1. Grease Pump

Grease pump adalah pompa yang berfungsi untuk memberikan

pelumasan gemuk pada bearing turbin dan bearing generator serta

porosnya. Pada PLTA Wonogiri terdapat 4 unit grease pump yaitu 2

grease pump untuk masing – masing unit. Setiap unit beroperasi

secara bergantian dengan otomatis setelah unit yang sudah beroperasi

lebih dahulu minyaknya telah habis.

2. Sand Separator, berfungsi untuk menyaring partikel – partikel halus

pada air saat memasuki penstock sebelum masuk ke dalam turbin.

Sand separator dihubungkan dengan pipa – pipa dari penstock ke

sand separatornya.

57

3. Water Strainer

Water strainer berfungsi untuk membantu sand separator sebagai

penyaring atau pemisah antara air yang masuk ke turbin dengan

kotoran/ pasir – pasir.

4. Booster Pump

Booster pump berfungsi sebagai penguat atau membantu sand

separator dan water strainer yang digunakan untuk menyaring air dari

partikel – partikel halus seperti pasir, lendut yang nantinya air itu

digunakan sebagai media pendingin/ sealing water bantalan turbin dan

porosnya, booster pump juga berfungsi untuk memompakan air ke

drainage pump agar air tidak masuk ke dalam bantalan turbin. Pada

PLTA Wonogiri terdapat 2 unit booster pump.

5. Drainage Pump

Drainage pump berfungsi untuk memompakan/ membuang air sisa

pembangkitan yang tadinya ditampung di tangki penampung paling

bawah, letaknya dibawah draft tube, yang kemudian dipompakan ke

atas ke saluran buang atau tail race.

6. Alat-alat ukur yang terpasang pada turbin air dan alat bantu meliputi :

manometer, vacuum meter, thermometer, flow meter, vibrasi meter.

58

Muka air atas

Muka air bawah

Garis miring hidrolik

hrb

h H

hLP + he + hv + hf + hb

Trash rack

Bak Air

Penstock

Draft tube

Turbin Kaplan

3.7 Skema Instalasi Turbin Kaplan

Skema instalasi turbin Kaplan sebagai penggerak generator pembangkit

listrik tenaga air (PLTA) wonogiri, terdiri dari: bak penapung air, trash rack,

penstock, dan draft tube. Bagian – bagian tersebut ditunjukkan oleh Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Skema instalasi turbin kaplan


3.8 Dimensi Penstock

Dimensi penstock meliputi diameter penstock, jarak pemasukan penstock

dengan muka air atas, panjang penstock, dan tebal penstock. Dihitung dengan

persamaan berikut :

1. Diameter penstock (DP) dihitung dengan menggunakan persamaan :

5,0

p Q72,0D

Dengan : Q = Debit aliran air = 28,48 m3/dtk

Maka :

mm3842m842,348,2872,0Q72,0D 5,05,0

p

θ

Ф

59

2. Jarak pemasukan pipa pesat dari muka air atas (CP) dihitung dengan

menggunakan persamaan :

p

PD

sC

Dengan : Vp = Laju aliran didalam penstock (m/dtk)

dtkm46,2

58,11

48,28

D4

1

Q

A

QV

2

pp

P

Sehingga :

40,0842,381,9

46,2

D.g

Vs

p

P

Maka :

m10,0842,3

40,0

D

sC

p

P

3. Panjang penstock (LP) dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

p

2

2

p

P Chtan

ChL

Dengan : θ = Sudut elevasi penstock = 40°

Maka :

p

2

2

p

P Chtan

ChL

10,05,2540tan

10,05,25L 2

2

P

meter58,39

4. Tebal penstock (tP) dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

mm7,1266,9400

203842

400

20Dt

p

min

60

3.9 Kerugian Tinggi Tekan (head losses)

Kerugian tinggi tekan (head losses) pada instalasi turbin Kaplan bertujuan

untuk mengetahui tinggi tekan total (head gross) dari instalasi turbin Kaplan,

adapaun kerugian tinggi tekan yang dihitung adalah: kerugian tinggi tekan akibat

trash rack, sisi masuk penstock, gesekan dengan penstock, kerugian yang

ditimbulkan oleh katup, dan kerugian yang dikaibatkan oleh belokan penstock.

1. Kerugian tinggi tekan akibat saringan sampah (trash rack) (hLP) dihitung

menggunakan persamaan 2.5 :

sin

g.2

V

b

tKh

2

b3

4

rLP

Sedangkan harga Kr sesuai dengan bentuk kisi saringan datar yaitu 2,42

seperti ditunjukkan oleh Tabel 3.3 dibawah ini

Tabel 3.3 Koefisien bentuk kisi

(Sumber: Dandekar & Sharma, 1991, hlm; 350)

Dengan : Vb = Kecepatan aliran sebelum memasuki rak-rak (m/dtk)

Lsal = Lebar saluran = 5,5 m (Sumber: PLTA Wonogiri)

tsal = Tinggi air dari dasar = 5,5 m (Sumber: PLTA Wonogiri)

t = Tebal rak =10 mm = 0,01 m

61

b = Jarak rak = 25 mm = 0,025 m

Sehingga :

dtkm941,0

5,55,5

48,28

tL

Q

A

QV

salsalb

b

Maka :

sin

g.2

V

b

tKh

2

b3

4

rLP

60sin81,92

941,0

025,0

01,042,2h

24

3

LP

m047,0hLP

Ilustrasi kerugian tinggi tekan yang diakibatkan oleh trash rack


Gambar 3.13 Kehilangan-kehilangan pada rak (Sumber: Dandekar & Sharma, 1991, hlm; 349)

2. Kerugian tinggi tekan akibat bentuk sisi masuk penstock (he)

menggunakan persamaan 2.7.

g.2

VKh

p

ee

Dengan : he = Kehilangan energi pada sisi masuk penstock (m)

Ke = Koefisien entrance losses = 0,8


Vp = Kecepatan aliran pada penstock = 2,46 m/dtk

62

Maka :

m10,081,92

46,28,0

g.2

VKh

p

ee

Harga koefisien entrence losses (Ke) ditunjukkan Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Koefisien entrence losses (Ke)


3. Kerugian tinggi tekan akibat akibat katup (hv) dengan persamaan berikut :

g.2

VKh

2

p

vv

Dengan : hv = Kehilangan energi oleh katup (m)

Kv = Koefisien valve losses = 0,6



Maka :

m185,081,92

46,26,0

g.2

VKh

22

p

vv

Harga koefisien valve losses (Kv) ditunjukkan Gambar 3.15 dibawah ini :

Gambar 3.15 koefisien entrence losses (Ke)


63

4. Kerugian tinggi tekan akibat akibat gesekan pada penstock (hf)

menggunakan persamaan berikut :

g.2.D

V.Lfhf

p

2

p

Dengan : f = Numerical friction factor (Diagram moodys) = 0,017



L p = panjang pipa penstock = 39,58 meter

Dp = diameter penstock = 3,842 meter

a. Menentukan numerical friction factor menggunakan persamaan

(Sumber: Penche, 1998, hlm.30) berikut :

NR

64f

b. Reynold Number (NR) menggunakan persamaan (Sumber: Penche,

1998, hlm.25-26) :

ppVDNR

C20padaairkinematikViskositas dtk

m100,126

Maka: 6

61045,9

101

46,2842,3NR

Relative pipe roughness adalah: 4

p

1056,13842

6,0

D

Maka:

meter038,081,92842,3

46,258,39012,0

g.2.D

V.Lfhf

2

p

2

pp

64

Tinggi kekasaran pipa (ε) ditentukan berdasarkan jenis material

pipa berupa welded steel seperti ditunjukkan Tabel 3.4, sedangkan harga f

dan relative pipe roughness ditentukan berdasarkan harga NR, ε, dan Dp

dengan menggunakan Diagram Moody yang ditunjukkan Gambar 3.16.

Tabel 3.4 Tinggi kekasaran pipa

Pipe Material ε (mm)

Polyethylene 0,003

Fiberglas with epoxy 0,003

Seamless commercial steel (new) 0,025

Seamless commercial steel (light rust) 0,250

Seamless commercial steel (galvanised) 0,150

Welded steel 0,600

Cast iron (enamel coated) 0,120

Asbestos cement 0,025

Wood stave 0,600

Concrete (steel forms, with smooth joints) 0,180


Gambar 3.16 Diagram moody


0,012

65

5. Kerugian tinggi tekan akibat akibat belokan pada penstock (hb)

menggunakan persamaan :

g.2

Vch

p

b

Dengan : hb = Kehilangan energi oleh belokan pada penstock (m)

c = Koefisien kehilangan akibat belokan (R/Dp=1) = 0,11



Maka :

m013,081,92

46,211,0

g.2

Vch

p

b

Harga koefisien kehilangan tinggi tekan akibat belokan (c)

ditentukan berdasarkan R/D = 1 dengan besar sudut belok 40° sehingga

diperoleh harga c sebesar 0,11 ditunjukkan diagram pada Gambar 3.17.

Gambar 3.17 Koefisien kerugian head untuk belokan pipa

(Sumber: Warnick, 1984, hlm; 126)

66

6. Mentukan tinggi hisap (hrb) dengan menggunakan persamaan berikut :

hThhhh VAbr

m500instalasilokasiKetinggianhA

hV = Tinggi tekanan uap pada temperature 25 ºC = 0,324 m

Harga hA dan hV sesuai dengan ketinggian instalasi turbin dan

tempertatur tekanan uap seperti ditunjukkan oleh Tabel 3.4 berikut :

Tabel 3.4 Tekan atmosfer dan variasi tekan uap

((Sumber: Warnick, 1984, hlm; 112)

Sedangkan koefisien kavitasi ditentukan dengan menggunakan

persamaan berikut (Sumber: Warnick, 1984, hlm.110) :

50227

nTh

64,1

s

Dengan : ns = Putaran spesifik = 434,41 rpm

Maka :

422,050227

41,434

50227

nTh

64,164,1

s

67

Turbin direncanakan beroperasi pada suhu 250C, maka berdasarkan

tabel tekanan atmosfer dan variasi tekanan uap harga dari hV = 0,324 m

Sehingga :

256,5

A288

h0065,01751,9h

m722,9288

5,250065,01751,9h

256,5

A

Selanjutnya menentukan nilai tinggi hisap (hrb) :

m337,15,25421,0324,0722,9hbr

Total kerugian tinggi tekan (total head losses) pada skema instalasi turbin

Kaplan yang direncanakan adalah :

rbbfveLPtot hhhhhhh

m72,1337,1013,0038,0185,010,0047,0h tot

Maka head total (H), menjadi :

m22,2772,15,25hhhhhhhH rbbfveLP

68

BAB IV

PERANCANGAN KOMPONEN UTAMA

TURBIN KAPLAN

4.1 Diagram Alir (flowchart) Perancangan

Tahap – tahapan perancangan komponen – komponen utama pada turbin

Kaplan yang akan digunakan pada pembangkit listrik yang diaplikasikan pada

PLTA Wonogiri ditunjukkan oleh diagram alir (flowchart) pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Diagram alir perancangan

Perancangan penstock

Perancangan spiral casing

Perancangan runner turbin kaplan

Segitiga kecepatan

Perancangan poros

Perancangan draft tube

Pemeriksaan Poros

Pemerikasaan Bantalan

START

Daya turbin (Ptrbn) = 6200 kW

Debit air (Q) = 28, 48 m3/dtk

Kecepatan spesifik (ns) = 434, 41 rpm

AMAN

STOP

Y

T

69

4.2 Menghitung Ukuran Utama dari Sudu gerak (runner)

Data – data yang sudah diketahui untuk melakukan perhitungan dimensi

sudu gerak (runner) pada turbin Kaplan adalah sebagai berikut :

a. Daya turbin (Ptrbn) = 6200 kW

b. Debit aliran air (Q) = 28,48 m3/dtk

c. Tinggi tekan efektif (h) = 25,5 meter

Langkah – langkah perhitungan untuk menentukan dimensi runner adalah

sebagai berikut :

1. Menentukan diameter luar runner (D1) (Sumber: Dietzel, 1980, hlm.58) :

n

u60D 1

1

Dengan: n = putaran generator = 273 rpm

u1 = kecepatan tangensial masuk pada sisi luar sudu (m/dtk)

a. Menentukan kecepatan tangensial masuk sudu pada sisi luar sudu

dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Sumber: Dietzel,

1980, hlm.58) :

hg2*uu 11

Dengan: 468,1*u 1 (diperoleh berdasarkan grafik yang ditunjukkan

oleh Gambar 4.2)

b. Menentukan kecepatan spesifik berdasarkan debit aliran air

menggunakan persamaan (Sumber: Dietzel, 1980, hlm.58) :

menitl39,128

5,25

48,28273

h

Qnnq

75,075,0

70

0

z

7

6

5

4

240220200180160140120100806040200

2,0

1,6

1,8

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

nqnq = 128,39

c*m2

u*N

u*1

c*m pengarahc*m pengarah = 0,209

c*m2 = 0,484

u*N = 0,612

u*1 = 1,468

Maka: hg2*uu 11

5,2581,92468,1u1 dtk

m84,32u1

Sehingga: meter3,2298,227314,3

84,3260

n

1u60D1

Grafik untuk menentukan harga u*1 dan u*N berdasarkan harga nq

ditunjukkan oleh Gambar 4.2

Gambar 4.2 Harga untuk menentukan ukuran – ukuran pokok turbin Kaplan (Sumber: Dietzel, 1980, hlm; 21)

c. Menentukan harga uN (kecepatan tangensial masuk sudu pada leher

poros) dengan menggunakan persamaan (Sumber: Fritz Dietzel, 1980,

hlm.58) :

hg2*uu NN

71

5,2581,92612,0u N dtk

m69,13u N

d. Menentukan diameter leher poros (DN), menggunakan persamaan

berikut ini (Sumber: Dietzel, 1980, hlm.58)

n

u60D N

N

Dengan : n = putaran generator = 273 rpm

uN = kecepatan tangensial masuk leher poros = 13,69(m/dtk)

Maka : meter95,0273

69,1360DN

e. Menentukan harga cm (kecepatan meridian pengarah) dengan


hg2*cc pengarahmpengarahm

5,2581,92209,0cm dtk

m67,41cm

f. Menentukan kecepatan meridian keluar sudu (c2m = c2) harga cm

pengarah dengan menggunakan persamaan (Sumber: Dietzel,1980,

hlm.58) :

A

Qcc 2m2

Dengan: 2222

N

2

1 m44,395,03,24

14,3DD

4A

Q = Debit aliran air = 28,48 m3/dtk

Maka: dtk

m28,844,3

48,28

A

Qcc 2m2

72

g. Dengan cu2 = 0 karena c2 pengeluaran yang tegak lurus maka

kecepatan mutlak masuk sudu pada arah u (cu1) ditentukan dengan


u

hgc T

1u

Dengan: dtk

muuu NM 27,232/69,1384,322/1


ηT = Efisiensi turbin (87– 94 %) = digunakan 87% = 0,87

Maka: dtk

m35,927,23

5,2581,987,0c 1u

2. Harga – harga yang telah diketahui untuk penggambaran segitiga

kecepatan pada bagian tengah runner adalah sebagai berikut :

uM = 23,27 m/dtk, c2 = 8,28 m/dtk, segitiga kecepatan pada bagian tengah

runner bagian ke luar digambarkan seperti pada Gambar 4.3:

Gambar 4.3 Segitiga kecepatan pada bagian tengah runner

bagian keluar

73

a. Menentukan harga w2 (kecepatan aliran air relatif keluar sudu)

pada Gambar 4.3 menggunakan persamaan berikut :

2

2

2

2

2

2 ucw

05,61027,2328,8w222

2

dtkm70,24w 2

b. Menentukan sudut β2 pada bagian luar menggunakan persamaan

berikut :

356,027,23

28,8tan 2

2 MU

C

356,0tan2tan 11

2

60,19


kecepatan pada pada bagian tengah runner adalah sebagai berikut :

uM = 23,27 m/dtk, cu1 = 9,35 m/dtk, c2 = 8,28 m/dtk, segitiga kecepatan

bagian tengah runner bagian masuk dan keluar pada Gambar 4.4 :

Gambar 4.4 Segitiga kecepatan pada bagian tengah runner

pada bagian keluar dan masuk

74

a. Menentukan harga w1 dan c1 pada Gambar 4.4 menggunakan

pengukuran langsung atau metode grafik pada gambar diperoleh

harga w1 dan c1 :

dtkm20,16w1

dtkm49,12c1

b. Menentukan sudut β1 pada bagian masuk menggunakan persamaan

berikut :

537,027,23

49,12tan 1

1 Mu

c

537,0tantan 1

1

1

1

24,28


kecepatan pada bagian luar runner adalah sebagai berikut :

u1 = 32,84 m/dtk, c2 = 8,28 m/dtk, segitiga kecepatan pada bagian luar

runner bagian keluar digambarkan seperti pada Gambar 4.5 :

Gambar 4.5 Segitiga kecepatan pada bagian luar runner bagian keluar

75

a. Menentukan harga w2 pada bagian luar runner bagian keluar

Gambar 4.5 menggunakan persamaan berikut :

21

2

2

2

2 ucw 03,114784,3228,822

dtkm87,33w 2

c. Menentukan sudut β1 pada bagian luar runner bagian keluar


252,084,32

28,8tan

1

22

u

c

252,0tantan 1

2

1

2

14,14


kecepatan pada pada bagian luar runner adalah sebagai berikut :

u1 = 32,84 m/dtk ; c2 = 8,28 m/dtk

dtkm63,6

84,32

5,2581,987,0c 1u

Segitiga kecepatan bagian luar runner bagian masuk dan keluar

digambarkan pada Gambar 4.6 :

Gambar 4.6 Segitiga kecepatan pada bagian luar runner pada bagian keluar dan masuk

76


pengukuran langsung pada gambar atau metode grafik diperoleh harga

w1 dan c1:

dtkm47,27w1

dtkm61,10c1


berikut :

317,084,32

61,10

u

ctan

1

11

317,0tantan 1

1

1

1

60,17


kecepatan pada bagian leher poros adalah sebagai berikut :

uN = 13,69 m/dtk, c2 = 8,28 m/dtk, segitiga kecepatan pada bagian leher

poros bagian keluar digambarkan seperti pada Gambar 4.7 :

Gambar 4.7 Segitiga kecepatan pada bagian leher poros

bagian keluar

77

a. Menentukan harga w2 pada bagian luar runner bagian keluar Gambar

4.7 menggunakan persamaan berikut :

22

2

2

2 Nucw 97,25569,1328,822

dtkm00,16w 2

b. Menentukan sudut β1 pada bagian luar runner bagian keluar


605,069,13

28,8

u

ctan

2

22

605,0tantan 1

2

1

2

17,31


kecepatan pada pada leher poros adalah sebagai berikut :

uN = 13,69m/dtk

c2 = 8,28 m/dtk

dtkm90,15

69,13

5,2581,987,0c 1u

Segitiga kecepatan pada leher poros bagian masuk dan keluar digambarkan

pada Gambar 4.8 :

78

Gambar 4.8 Segitiga kecepatan pada bagian leher poros pada bagian keluar dan masuk


pengukuran langsung pada gambar diperoleh harga w1 dan c1 :

dtkm57,8w1

dtkm98,17c1


berikut :

31,169,13

98,17tan 1

1 Nu

c

31,1tantan 1

1

1

1

64,52

8. Menentukan lebar runner (BX) menggunakan persamaan berikut ini

(Sumber: Dietzel, 1980, hlm.59) :

2

D

2

DB N1

X

79

Dengan : D1 = Diameter luar runner = 2,3 meter

DN = Diameter leher poros = 0,95 meter

Maka :

meter68,02

95,0

2

3,2BX

9. Menentukan diameter tengah runner (Dx) menggunakan persamaan berikut

ini (Sumber: Dietzel, 1980, hlm.59) :

NXX DBD

Dengan : BX = Lebar runner = 0,68 meter

DN = Diameter leher poros = 0,95 meter

Maka :

meter63,195,068,0DX

10. Menentukan tinggi sudu pengarah (b) menggunakan persamaan berikut ini

(Sumber: Dietzel, 1980, hlm.53) :

mM cbDQ

Dengan : DM = DX = 1,63 meter

cm = Kecepatan pengarah = 4,67 m/dtk


Maka :

mM cD

Qb

meter19,1

67,414,363,1

48,28

80

Hasil perhitungan dimensi utama turbin kapal diringkas dalam Tabel 4.1

berikut ini :

Tabel 4.1 Ringkasan hasil perhitungan dimensi turbin Kaplan

Bagian D u c1 w1 β1 c2 w2 β2

meter m/dtk m/dtk m/dtk derajat m/dtk m/dtk derajat

Leher poros 0,95 13,69 17,98 8,57 64,5 8,28 16,00 31,17

Tengah runner 1,63 23,27 12,49 16,20 28,24 8,28 24,70 1,60

Luar runner 2,3 32,84 10,61 27,47 17,60 8,28 33,87 14,14

Bentuk penampang runner turbin Kaplan ditunjukkan oleh Gambar 4.9

berikut ini :

Gambar 4.9 Dimensi runner turbin Kaplan

(Sumber: Dietzel, 1980, hlm; 54)

4.3 Menghitung Ukuran Utama Rumah Turbin (Spiral Casing)

Merencanakan ukuran – ukuran dari spiral casing, dalam hal ini D1 = 2,3

meter dengan kecepatan spesifiknya ns = 434,41 rpm. Selubung scroll dengan plat

baja tebal 12 – 20 mm bahannya adalah Baja Siemens Martin A37 T25 yang

sudah dipabrik, sehingga secara keseluruhan berbentuk spiral (Sukoco, 2011:65).

81

4.3.1 Kecepatan pada sisi masuk spiral casing

Kecepatan pada sisi masuk spiral casing dicari dengan rumus (Sumber:

Warnick, 1984, hlm.133) :

44,0

sSC n844v

Dengan: vSC = kecepatan pada sisi masuk spiral casing

ns = kecepatan spesifik (434,41rpm)

Maka : dtk

mnVsc s 32,5811,135844844 44.044,0

Bentuk pandangan atas rumah turbin (spiral casing) ditunjukkan oleh

Gambar 4.10 berikut ini :

Gambar 4.10 Pandangan Atas Spiral Casing

(Sumber: Warnick,1984, hlm; 134)

4.3.2 Spiral Casing Dari Pandangan Atas:

1. Ukuran pada bagian A (meter) pada spiral casing yang ditunjukkan oleh

Gambar 4.10 (Sumber: Warnick, 1984, hal.135) yaitu :

s1 n

5,192,1

D

A

82

Dengan : A = ukuran pada bagian A (m)

D1 = diameter sisi masuk rumah keong (2,3 m)

ns = kecepatan spesifik (434,41)

Maka :

41,434

5,192,1

3,2

A

Sehingga : meter66,241,434

5,192,13,2A

2. Ukuran pada bagian B (meter) pada spiral casing yang ditunjukkan oleh


s1 n

8,541,1

D

B

Dengan : B = ukuran pada bagian B (m)



Maka :

41,434

8,541,1

3,2

B


8,541,13,2B

3. Ukuran pada bagian C (meter) pada spiral casing yang ditunjukkan oleh


s1 n

25,4932,1

D

C

83

Dengan : C = ukuran pada bagian C (m)



Maka :

41,434

25,4932,1

3,2

C


25,4932,13,2C

4. Ukuran pada bagian D (meter) pada spiral casing yang ditunjukkan oleh


s1 n

8,4850,1

D

D

Dengan : D = ukuran pada bagian D (m)


ns = kecepatan spesifik (434,41 rpm)

Maka :

41,434

8,485,1

3,2

D


8,485,13,2D

5. Ukuran pada bagian E (meter) pada spiral casing yang ditunjukkan oleh


s1 n

60,6398,0

D

E

Dengan : E = ukuran pada bagian E (m)


84


Maka :

1,434

60,6398,0

3,2

E

Sehingga : meterE 59,21,434

60,6398,03,2

6. Ukuran pada bagian F (meter) pada spiral casing yang ditunjukkan oleh


s1 n

4,1311

D

F

Dengan : F = ukuran pada bagian F (m)



Maka :

41,434

4,13113,2

Sehingga : meterF 399,241,434

4,13113,2

7. Ukuran pada bagian G (meter) pada spiral casing yang ditunjukkan oleh


s1 n

5,9689,0

D

G

Dengan : G = ukuran pada bagian G (m)



85

Maka :

41,434

5,9689,0

3,2

G

Sehingga : meterG 56,241,434

5,9689,03,2

8. Ukuran pada bagian H (meter) pada spiral casing yang ditunjukkan oleh


s1 n

75,8179,0

D

H

Dengan : H = ukuran pada bagian H (m)



Maka :

41,434

75,8179,0

3,2

H


75,8179,03,2H

4.3.3 Spiral Casing Pandangan Samping

Bentuk pandangan samping rumah turbin (spiral casing) ditunjukkan oleh


Gambar 4.11 Pandangan samping spiral casing


86

1. Ukuran pada bagian I (meter) spiral casing atau rumah turbin Kaplan yang

ditunjukkan oleh Gambar 4.11 (Sumber: Warnick, 1984, hal.136) yaitu :

s

1

n00065,01,0D

I

Dengan : I = ukuran pada bagian I (m)



Maka : 41,43400065,01,03,2

I

Sehingga : meter88,041,43400065.01,03,2I

2. Ukuran pada bagian M (meter) spiral casing atau rumah turbin Kaplan yang


s

1

n000015,060,0D

M

Dengan : M = ukuran pada bagian M (m)



Maka : 41,434000015,060,03,2

M

Sehingga : meter39,141,434000015.060,03,2M

3. Ukuran pada bagian (meter) spiral casing atau rumah turbin Kaplan yang


s

1

n00049,088,0D

L

87

Dengan : L = ukuran pada bagian L (m)



Maka : 41,43400049,088,03,2

L

Sehingga : meterI 51,241,43400049.088,03,2

4.4 Perhitungan Draft Tube

4.4.1 Perhitungan kecepatan aliran masuk

Diameter D1 = 2,3 meter dengan kecepatan spesifiknya ns=434,41 rpm.

Jadi, kecepatan pada aliran masuk dicari dengan rumus (Sumber: Warnick, 1984,

hlm.141) :

s

DTn

24874,8v

Dengan : vDT = kecepatan pada sisi masuk draft tube


Maka : dtk

m31,941,434

24874,8

n

24874,8v

s

DT

4.4.2 Perhitungan Dimensi draft tube Berdasarkan Pandangan Samping

Bentuk pandangan samping draft tube ditunjukkan oleh Gambar 4.12

berikut ini :

88

Gambar 4.12 Pandangan samping pada draft tube


Urrutan perhitungan draft tube berdasarkan pandangan samping yang


1. Ukuran pada bagian N (meter) draft tube yang ditunjukkan oleh Gambar 4.12

(Sumber: Warnick, 1984, hal.142) yaitu :

s1 n

3,20354,1

D

N

Dengan : N = ukuran pada bagian N (m)



Maka : 01,23,2

N

Sehingga : meter62,401,23,2N

2. Ukuran pada bagian O (meter) draft tube yang ditunjukkan oleh Gambar 4.12

(Sumber: Warnick, 1984, hal.142) yaitu:

89

s1 n

7,14083,0

D

O

Dengan : O = ukuran pada bagian O (m)



Maka : 15,13,2

O

Sehingga : meter65,215,13,2O

3. Ukuran pada bagian P (meter) draft tube yang ditunjukkan oleh Gambar 4.12


s

1

n00056,037,1D

P

Dengan : P = ukuran pada bagian P (m)



Maka : 61,13,2

P

Sehingga : meter71,361,13,2P

4. Ukuran pada bagian Q (meter) draft tube yang ditunjukkan oleh Gambar 4.12


s1 n

6,2258,0

D

Q

Dengan : Q = ukuran pada bagian Q (m)


90


Maka : 63,03,2

Q

Sehingga : meter45,163,03,2Q

5. Ukuran pada bagian R (meter) draft tube yang ditunjukkan oleh Gambar 4.12


s1 n

0013,06,1

D

R

Dengan : R = ukuran pada bagian R (m)



Maka : 60,13,2

R

Sehingga : meter68,360,13,2R

4.4.3 Perhitungan Dimensi draft tube Berdasarkan Pandangan Atas

Bentuk pandangan atas draft tube pada turbin Kaplan ditunjukkan oleh


91

Gambar 4.13 Pandangan atas pada draft tube


Urutan perhitungan draft tube berdasarkan pandangan atas yang


1. Ukuran pada bagian S (meter) draft tube yang ditunjukkan oleh Gambar 4.13


s

s

1 n25,028,9

n

D

S

Dengan : S = ukuran pada bagian S (m)



Maka : 37,43,2

S

Sehingga : meter06,1037,43,2S

2. Ukuran pada bagian T (meter) draft tube yang ditunjukkan oleh Gambar 4.13


92

s

1

n00019,050,1D

T

Dengan : T = ukuran pada bagian T (m)



Maka : 58,13,2

T

Sehingga : meter64,358,13,2T

3. Ukuran pada bagian U (meter) draft tube yang ditunjukkan oleh Gambar 4.13


s

1

n0007,051,0D

U

Dengan : U = ukuran pada bagian U (m)



Maka : 21,03,2

U

Sehingga : meter47,021,03,2U

4. Ukuran pada bagian V (meter) draft tube yang ditunjukkan oleh Gambar 4.13


s1 n

7,5310,1

D

V

Dengan : V = ukuran pada bagian V (m)


93


Maka : 22,13,2

V

Sehingga : meter81,222,13,2V

5. Ukuran pada bagian Z (meter) draft tube yang ditunjukkan oleh Gambar 4.13


s1 n

8,3363,2

D

Z

Dengan : Z = ukuran pada bagian Z (m)



Maka : 71,23,2

Z

Sehingga : meter23,671,23,2Z

4.5 Poros Turbin Kaplan

Poros merupakan salah satu bagian terpenting dari setiap mesin yang

berfungsi untuk meneruskan tenaga bersama – sama dengan putaran. Bahan poros

turbin adalah baja tempa nikel krom molibden dengan standarisasi JIS SFNCM

110 S. Pembebanan pada poros turbin berupa beban puntir akibat putaran turbin,

sedangkan untuk spesifikasi bahan :

a. Tegangan Tarik bahan : B 2mmkg

125

b. Faktor Keamanan : : 1Sf 0.6 2Sf 0.2

94

c. Faktor Koreksi : Cf 0,1 (Sularso & Suga. K, 2004, hlm.7)

d. Tegangan Gesar ijin : 2

21

Ba mm

kg03,16

3,16

125

SfSf

e. Faktor Koreksi : Lenturan 1K t dan Puntiran 1Cb

1. Daya rencana (Pd) :

kW620062000,1PfP trbncd

2. Torsi rencana (Tptrbn) :

s

d5

ptrbnn

P1074,9T

Dengan : kW6200Pd

n 41,434 rpm

Maka : 41,434

62001074,9T 5

ptrbn mm.kg29,13901153

3. Diameter poros turbin (dptrbn) :

31

ptrbnbt

a

ptrbn TCK1,5

d

mmd ptrbn 220489,18929,139011531142,10

1,5 31

95

4.6 Perancangan Bantalan

Bantalan yang digunakan turbin Kaplan nomor bantalan Spherical Roller

23244 CK/W33 dengan spesfikasi (Sumber: OKO Presicion Bearing Catalogue,

2005, hlm.114)

a. Diameter poros turbin (dPtrbn) = 220 mm

b. Putaran poros trbn (ns) = 434,41 rpm

c. N0. bantalan poros = 23244 CK/W33

d. Kapasitas Spe. dinamis (C) = 1656000 N (168807,34 kg)

e. Kapasitas Spe. Statis (Co) = 2760000 N (281345,57 kg)

1. Gaya Tangensial (Ft)

dtkm27,23

dtkm.N6200000

u

PF trbn

ttrbn

kg78,27159N47,266437Fttrbn

2. Faktor Kecepatan nf

42,041,434

3,33

n

3.33f

3

1

3

1

s

ntrbn

3. Faktor Umur hf

61,278,27159

34,16880742,0

F

Cff

ttrbn

ntrbnhtrbn

4. Umur hL

jamfL htrbnhtrbn 17,1168161,2500500 3,33.3

96

Untuk mesin – mesin dengan pemakaian terus menerus dan keandalan

tinggi dengan kerja halus tanpa tumbukan Lh ijin adalah 40000 – 60000 jam.

Bantalan aman untuk digunakan sebagai penopang poros turbin karena umur

bantalan 600005000 jam. Bentuk dan susunan antara poros dan bantalan pada

turbin ditunjukkan oleh Gambar 4.14.

Gambar 4.14 Bantalan rol silinderis

(Sumber: OKO Presicion Bearing Catalogue, 2005, hlm; 114)

97

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang didapat dari hasil perancangan perancangan turbin

Kaplan sebagai penggerak generator listik pada PLTA Wonogiri adalah :

1. Berdasarkan daya terpasang sebesar 6,2 MW dan dengan head maksimal

25,5 meter diperoleh kebutuhan debit air sebesar 28,48 m3/detik, turbin

dapat diaplikasikan pada PLTA Wonogiri karena kapasitas aliran air

(debit) pada PLTA wonogiri ketika kondisi maksimal 28,43 m3/detik,

normal 36,70 m3/detik, dan minimal 28,38 m3/detik.

2. Instalasi PLTA Wonogiri terdiri dari turbin, peralatan pendukung kerja

turbin, dan alat bantu operasi turbin :

a) Pipa pesat (penstock) dengan diameter (Dp) 3,842 meter, panjang (Lp)

39,58 meter, dan sudut elevasi penstock (θ) 40°.

b) Rumah turbin (spiral casing), dengan dimensi masing – masing bagian

adalah: bagian A adalah 2,66 meter, bagian B adalah 2,82 meter, bagian

C adalah 3,30 meter, bagian D adalah 3,71 meter, bagian E adalah 2,59

meter, bagian F adalah 3,00 meter, bagian G adalah 2,56 meter, bagian

H adalah 2,25 meter, bagian I adalah 0,88 meter, bagian M adalah 1,39

meter, dan bagian L adalah 2,51 meter.

c) Draft tube, dengan dimensi masing – masing bagian adalah: bagian N

adalah 4,62 meter, bagian O adalah 2,65 meter, bagian P adalah 3,00

meter, bagian Q adalah 1,45 meter, bagian R adalah 3,68 meter, bagian

S adalah 10,06 meter, bagian T adalah 3,64 meter, bagian U adalah 0,47

meter, bagian V adalah 2,81 meter, dan bagian Z adalah 6,23 meter.

d) Runner, dengan ukuruan diameter adalah: Diameter leher poros 0,95

meter, diameter tengah runner 1,63 meter, dan diameter luar runner

adalah 2,30 meter.

e) Poros runner dengan diameter 220 mm dan dengan bahan baja tempa

nikel krom molibden dengan standarisasi JIS SFNCM 110 S.

f) Bantalan yang digunakan turbin Kaplan nomor bantalan Spherical

Roller 23244 CK/W33.

5.2 Saran

Agar umur ekonomis turbin panjang, berikut ini merupakan saran dari

penulis untuk menjaganya, antara lain :

1. Menjaga aliran dari sedimentasi dan kebocoran agar debit dan head

sesuai dengan yang dibutuhkan.

2. Lakukan perawaatan sesuai prosedur perawatan mulai dari perawatan

yang bersifat rutin dan perawatan yang bersifat periodik.

DAFTAR PUSTAKA

Dietzel, Fritz., 1980, Turbin, Pompa dan Kompresor, Terjemahan oleh Ir. Dakso

Sriyono, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Dandekar, M. M., & Sharma, K.M., 1979, Pembangkit Listrik Tenaga Air,

Terjemahan oleh D. Bambang Setyadi, 1991, Penerbit Universitas

Indonesia, Jakarta.

Penche, C., 1998, Layman's Handbook On How To Develop A Small Hydro Site, U.

Politécnica de Madrid, Madrid.

Warnick, C.C., 1984, Hydropower Engineering, Professor of Civil Engineering,

University of Indaho Moscow, Indaho.

Sunyoto, 2008, Teknik Mesin Idustri, Jilid 3, Departemen Pendidikan Nasional,

Jakarta.

PLTA Wonogiri, 2006, Petunjuk Operasi Unit PLTA Wonogiri, PT. Indonesia Power

UBP Mrica Sub Unit PLTA Wonogiri, Wonogiri.

Sularso & Suga, K.,. 1997, Dasar Perencanaan Dan Pemeliharaan Elemen Mesin,

Cetakan ke-empat, Penerbit Pradnya Paramita, Jakarta.

Sukoco E., 2011, Perancangan Turbin Kaplan Penggerak Generator Listrik

Menghasilkan Daya 500 kW, Tugas Akhir Teknik Mesin, IST AKPRIND,

Yogyakarta.

Muhamad, R, S. Abu Amar, 2010, Perancangan Ulang Turbin Air Kaplan Poros

Tegak 1,2 MW PLTM Plumbungan Sub Unit UBP Mrica Banjarnegara,

Tugas Akhir Teknik Mesin, IST AKPRIND, Yogyakarta.

Surbakti, 2009, Perancangan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung

Bersudu Lengkung Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Sungai, Tugas

Akhir Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara, Medan.

Jorfri, B. Sinaga, 2009, Perancangan turbin Air Untuk Sistem Pembangkit Listrik

Tenaga Mikro Hidro (Studi Kasus way Gison Kecamatan Sekincau

Kabupaten Lampung Barat), Tugas Akhir Teknik Mesin, Universitas

Lampung, Bandar Lampung.

Glad, S., 2009, Perancangan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung

Bersudu Datar Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Sungai, Tugas

Akhir Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara, Medan.

Amrullah, M., 2010, Perancangan Turbin Air Francis Pada Head 50 M Dan Daya 4,5 MW,

Tugas AkhirTeknik Mesin, IST AKPRIND, Yogyakarta.

Harvey, A., et al, 1993, Microhydro Design Manual, Intermediate Technology

Publications, London.

Jagdish, Lal, 1975, Hydraulic Machine, Metropolitan Book Co Private Ltd, New

Delhi.

Niemann, G., 1990, Desain dan Kalkulasi dari Sambungan, Bantalan, dan Poros,

Penerbit Erlangga, Jakarta.

Noname., “pelaksanaan elektro mekanikal”, termuat di :

www.clearinghouse.energiterbarukan.com/, diakses 16 Juli 2013.

Noname., “SKF Presicion Bearing Catalogue”, termuat di: www.bergab.ru, diakses

17 Juli 2013.

http://www.clearinghouse.energiterbarukan.com/

http://www.bergab.ru/

mm

Inner

bore

d

mm

Bearing number

N

Basic load ratings Max runout speed

r/min

23218 C/W33

23218 CK/W33

23220 C/W33

23220 CK/W33

23222 C/W33

23222 CK/W33

23224 C/W33

23224 CKW/33

23226 C/W33

23226 CK/W33

23228 C/W33

23228 CK/W33

23230 C/W33

23230 CK/W33

23232 C/W33

23232 CK/W33

23234 C/W33

23234 CK/W33

23236 C/W33

23236 CK/W33

23238 C/W33

23238 CK/W33

23240 C/W33

23240 CK/W33

23244 C/W33

23244 CK/W33

23248 C/W33

23248 CK/W33

23252 CA/W33

23252 CAK/W33

23256 CA/W33

23256 CAK/W33

23260 CA/W33

23260 CAK/W33

90

90

100

100

110

110

120

120

130

130

140

140

150

150

160

160

170

170

180

180

190

190

200

200

220

220

240

240

260

260

280

280

300

300

D

160

160

180

180

200

200

215

215

230

230

250

250

270

270

290

290

310

310

320

320

340

340

360

360

400

400

440

440

480

480

500

500

540

540

B

52,4

52,4

60,3

60,3

69,8

69,8

76,0

76,0

80,0

80,0

88,0

88,0

96,0

96,0

104,0

104,0

110,0

110,0

112,0

112,0

120,0

120,0

128,0

128,0

144,0

144,0

160,0

160,0

174,0

174,0

176,0

176,0

192,0

192,0

4,600

4,600

6,700

6,700

9,700

9,700

12,000

12,000

14,000

14,000

18,500

18,500

24,000

24,000

30,000

30,000

36,500

36,500

39,000

39,000

47,500

47,500

57,000

57,000

79,500

79,500

110,000

110,000

140,000

140,000

150,000

150,000

190,000

190,000

Principal dimensions Weight

kg

ddD

k

B

b

r1

r2

r2

r1

Cylindrical bore Tapered bore

taper 1:12 on diameter

dynamic

C

248.800

248.800

331.200

331.200

414.400

414.400

488.000

488.000

552.000

552.000

639.200

639.200

749.600

749.600

856.000

856.000

976.000

976.000

1.032.000

1.032.000

1.168.000

1.168.000

1.288.000

1.288.000

1.656.000

1.656.000

2.024.000

2.024.000

2.256.000

2.256.000

2.256.000

2.256.000

2.672.000

2.672.000

static

Co

352.000

352.000

480.000

480.000

612.000

612.000

744.000

744.000

848.000

848.000

1.000.000

1.000.000

1.168.000

1.168.000

1.328.000

1.328.000

1.544.000

1.544.000

1.696.000

1.696.000

1.920.000

1.920.000

2.160.000

2.160.000

2.760.000

2.760.000

3.440.000

3.440.000

3.800.000

3.800.000

3.920.000

3.920.000

4.680.000

4.680.000

grease

1.520

1.520

1.360

1.360

1.280

1.280

1.200

1.200

1.040

1.040

960

960

880

880

800

800

760

760

720

720

680

680

680

680

600

600

536

536

504

504

480

480

424

424

oil

2.080

2.080

1.760

1.760

1.600

1.600

1.440

1.440

1.360

1.360

1.280

1.280

1.200

1.200

1.120

1.120

1.040

1.040

960

960

880

880

880

880

760

760

680

680

640

640

600

600

536

536

232 SERIES SPHERICAL ROLLER BEARINGS

2,0

2,0

2,1

2,1

2,1

2,1

2,1

2,1

3,0

3,0

3,0

3,0

3,0

3,0

3,0

3,0

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

5,0

5,0

5,0

5,0

5,0

5,0

b

5,5

5,5

8,3

8,3

8,3

8,3

8,3

8,3

8,3

8,3

11,1

11,1

11,1

11,1

13,9

13,9

13,9

13,9

13,9

13,9

16,7

16,7

16,7

16,7

16,7

16,7

22,3

22,3

22,3

22,3

22,3

22,3

22,3

22,3

k

3,0

3,0

4,5

4,5

4,5

4,5

4,5

4,5

4,5

4,5

6,0

6,0

6,0

6,0

7,5

7,5

7,5

7,5

7,5

7,5

9,0

9,0

9,0

9,0

9,0

9,0

12,0

12,0

12,0

12,0

12,0

12,0

12,0

12,0

r1.2

min

114Page

Documents

PDF Laporan Skripsi