Cara Kerja Turbin Impulse :
Turbin jenis ini mengubah dari
fluida dengan kecepatan tinggi. Impulse total akanmemutar turbin. Turbin impuls
merubah aliran semburan air. Semburan turbinmembentuk sudut yang membuat aliran
turbin. Hasil perubahan momentum (impuls)disebabkan tekanan pada sudu turbin.
Sejak turbin berputar, gaya berputar melalui kerjadan mengalihkan aliran air
dengan mengurangi energi.Sebelum mengenai sudu turbin, tekanan air (energi
potensial) dikonversi menjadienergi kinetik oleh sebuah nosel dan difokuskan
pada turbin. Tidak ada tekanan yangdirubah pada sudu turbin, dan turbin tidak
memerlukan rumahan untuk operasinya.Hukum kedua Newton menggambarkan transfer
energi untuk turbin impuls. Turbinimpuls paling sering digunakan pada aplikasi
turbin tekanan sangat tinggi. Yangtermasuk jenis turbin ini antara lain :
Turbin Pelton, Turbin Turgo dan Turbin Michell-Banki (juga dikenal sebagai
turbin crossflow atau ossberger).
Macam-Macam Turbin Impulse
1. Turbin Cross-Flow
Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih
menguntungkan dibanding denganpengunaan kincir air maupun jenis turbin mikro
hidro lainnya. Penggunaan turbin iniuntuk daya yang sama dapat menghemat biaya
pembuatan penggerak mula sampai 50 %dari penggunaan kincir air dengan bahan
yang sama.Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin Cross-Flow lebih
kecil danlebih kompak dibanding kincir air. Diameter kincir air yakni roda
jalan atau runnernyabiasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow
dapat dibuat hanya 20 cmsaja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih
sedikit, itulah sebabnya bisa lebihmurah. Demikian juga daya guna atau
effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari padadaya guna kincir
air.Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger
JermanBarat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling
unggulsekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow
mencapai 82 % (
Haimerl,
L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat
pemanfaatanenergi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi
tumbukan air padasudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah
daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja
air yang bertingkat ini ternyatamemberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya
yang tinggi dan kesederhanaan padasistim pengeluaran air dari runner.
.png)
(sumber: pngwing.com)
Gambar 1
Turbin Cross-Flow
2.
Turbin
Pelton
Turbin
pelton merupakan salah satu jenis turbin air yang prinsip kerjanyamemanfaatkan
energi potensial air sebagai energi listrik tenaga air. Prinsip kerja
turbinpelton adalah memanfaatkan daya fluida dari air untuk menghasilkan daya
poros. Padaturbin pelton energi potensial air berubah menjadi energi kinetik
melalui noseldisemprotkan ke bucket untuk dirubah menjadi energi mekanik yang
digunakan untuk memutar poros generator.Turbin Pelton termasuk jenis
turbin impuls yang merubah seluruh energi airmenjadi energi kecepatan sebelum
memasuki runner turbin. Perubahan energi inidilakukan didalam nozzle dimana air
yang semula mempunyai energi potensial yangtinggi diubah menjadi energi
kinetis. Pancaran air yang keluar dari nozzle akanmenumbuk bucket yang dipasang
tetap sekeliling runner dan garis pusat pancaran airmenyinggung lingkaran dari
pusat bucket. Kecepatan keliling dari bucket akibattumbukan yang terjadi
tergantung dari jumlah dan ukuran pancaran serta kecepatannya.Kecepatan
pancaran tergantung dari tinggi air di atas nozzlenya serta effisiensinya.
(sumber : thecontructor.org)
Gambar 2. Turbin Pelton
3. Turbin Turgo
Turbin
Turgo adalah turbin impuls air yang dirancang untuk aplikasi kepala(head)
sedang. Operasional Turbin Turgo mencapai efisiensi sekitar 87%. Dalam
tespabrik dan laboratorium Turbin Turgo tampil dengan efisiensi hingga 90%.Dikembangkan
pada 1919 oleh Gilkes sebagai modifikasi dari roda Pelton, Turgomemiliki
beberapa keunggulan dibandingkan Francis dan desain Pelton untuk
aplikasitertentu.1.
Pertama,
runner lebih murah daripada membuat roda Pelton.2.
Kedua, tidak memerlukan housing kedap udara
seperti Francis.3.
Ketiga,
ia memiliki tinggi kecepatan tertentu dan dapat menangani aliran lebihbesar
dari diameter roda Pelton yang sama, yang mengarah ke generatorberkurang dan
biaya instalasi.Turbin Turgo beroperasi dalam berbagai Head dimana Francis dan
Pelton tidak bisa. Mereka juga populer untuk hidro kecil dimana biaya
rendah adalah sangat penting.Seperti semua turbin dengan nozel, penyumbatan
oleh sampah harus dicegah untuk operasi yang efektif.
Gambar 3 Turbin Turgo
Segitiga Kecepatan
Segitiga kecepatan pada sudu
turbin impuls
Segitiga kecepatan adalah dasar kinematika dari
aliran fluida gas yang menumbuk suduturbin. Dengan pemahaman segitiga kecepatan
akan sangat membantu alam pemahaman proseskonversi pada sudu-sudu turin uap
atau pada jenis turbin yang lain. Adapun notasi dari segitigakecepatan adalah
sebagai berikutVs1 = Kecepatan absolut fluida meninggalkan noselVB = Kecepatan
suduVr1 = kecepatan relatif fluidaVr2 = Kecepatan relatif fluida meninggalkan
suduVs2 = Kecepatan absolut fluida meninggalkan suduDari segitiga kecepatan
diatas, panjang pendeknya garis adalah mewakili dari besarkecepatan
masing-masing. Sebagai contoh, fluida masuk sudu dari nosel dengan kecepatan
VS1kemudian keluar dari nosel sudah berkurang menjadi VS2 dengan garis yang
lebih pendek,artinya sebagian energi kinetik fluida masuk sudu diubah menjadi
energi kinetik sudu dengankecepatan VB, kemudian fluida yang sudah memberkan
energinya meningglkan sudu dengankecepatan VS2. Proses
perubahan atau konversi energi pada turbin adalah sama denganperubahan energi
pada motor bakar, tetapi dengan metode yang berbeda. Untuk motor bakar,pada
langkah ekspansi fluida gas yaitu gas pembakaran energinya mengalami
penurunanbersamaan dengan penurunan tekanan di dalam silinder, hal itu karena
sebagian energinyadiubah menjadi energi kinetik gas pembakaran dan dikenakan
langsung pada torak. Karena adadorongan dari energi kinetek gas pembakaran
torak begerak searah dengan gaya dorong tersebut,kondisi ini disebut langkah
tenaga.
Materi Tambahan: Turbin uap impuls
A. Turbin impuls satu tahap ( Turbin De
Laval)
Pada gambar diatas adalah skema turbin De laval
atau turbin impuls satu tahap. Turbin terdirisatu atau lebih nosel konvergen
divergen dan sudu-sudu impuls terpasang pada roda jalan (rotor).Tidak semua
nosel terkena semburan uap panas dari nosel, hanya sebagian saja.
Pengontrolanputaran dengan jalan menutup satu atau lebih nosel konvergen
divergen. Adapun cara kerjanyaadalah sebgai berikut. Aliran uap panas masuk
nosel konvergen divergen, di dalam nosel uapberekspansi sehingga tekanannya
turun. Berbarengan dengan penurunan tekanan, kecepatan uappanas naik, hal ini
berarti terjadi kenaikan energi kinetik uap panas. Setelah berekspansi,
uappanas menyembur keluar nosel dan menumbuk sudu-sudu impuls dengan kecepatan
abolut Vs1.Pada sudu-sudu impuls uap panas memberikan sebagian energinya ke
sudu-sudu, danmengakibatkan sudu-sudu bergerak dengan kecepatan Vb. Tekanan
pada sudu-sudu turbinadalah konstan atau tetap, sedangkan kecepatan uap keluar
sudu berkurang menjadi Vs2
B. Turbin impuls gabungan
Turbin impuls satu tahap atau turbin De laval
mempunyai kendal-kendala teknis yang tidak menguntungkan. Sebagai contoh
berikut ini, kecepatan uap masuk sudu terlalu tinggi kalauhanya untuk satu
baris sudu, efeknya kecepatan putar sudu menjadi tinggi, dan melampaui
bataskeselamatan yang diizinkan, karena tegangan sentrifugal yang harus ditahan
material rotor.Disamping itu dengan kecepatan rotor yang tinggi diperlukan roda
gigi reduksi yang besar danberat untuk menghubungkan rotor dengan generator
listrik. Dengan alasan-alasan tersebut,dikembangkan dua pilihan turbin impuls gabungan
yaitu turbin gabungan kecepatan atau turbinCurtiss dan turbin impuls gabungan
tekanan atau turbin Rateau
C. Turbin impuls Curtiss
Turbin
uap Curtiss adalah turbin yang bekerja dengan prinsip impuls secara
bertahap.Berbeda dengan turbin satu tahap, turbin Curtiss mempunyai beberapa
baris sudu bergerak danbaris sudu tetap. Pada gambar 9.13 adalah susunan turbin
uap Curtiss, proses ekspansi uap panaspada nosel, dimana kecepatan uap panas
naik ( Vs1) dan tekanan turun. Uap panas yangmempunyai kecepatan tinggi masuk
baris pertama sudu bergerak, pada tahap ini uapmemberikan sebagian energinya
sehingga kecepatannya turun (Vs2). Selanjutnya, sebelummasuk baris sudu
bergerak tahap II, terlebih dahulu melewati sudu tetap. Pada sudu-sudu
tetapyang berbentuk simetris, uap tidak kehilangan energinya, kecepatan (Vs3)
dan tekanannyakonstan. Uap dengan kecepatan Vs3 setelah melewati sudu tetap
masuk baris sudu bergerak tahap II, uap memberikan energinya yang tersisa
ke sudu-sudu bergerak, karena itu kecepatannyaturun kembali menjadi Vs4.
0 comments:
Post a Comment