BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tenaga air merupakan sumber daya energi yang penting setelah tenaga uap atau panas. Hampir 30% dari seluruh kebutuhan tenaga di dunia dipenuhi oleh pusat pusat pembangkit listrik tenaga air. Banyak negara yang hampir seluruh kebutuhan energinya berasal dari tenaga air. Pembangkit tenaga listrik yang menggunakan tenaga air sebagai sumber energinya, memiliki kelebihan dibanding sumber energi lainnya. 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 biasanya dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan 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 permukaan air pada reservoir dengan air keluar dari turbin air. 2.1 Sejarah Turbin Pada pertengahan tahun 1700, Ján Andrej Segner mengembangkan turbin air reaksi. Turbin ini mempunyai sumbu horizontal dan merupakan awal mula dari turbin air modern. Turbin ini merupakan mesin yang sederhana yang masih diproduksi sampai saat ini untuk pembangkit tenaga listrik skala kecil. Segner bekerja dengan Euler dalam membuat teori matematis awal untuk desain turbin. Pada tahun 1820, Jean-Victor Poncelet mengembangkan turbin aliran kedalam. Pada tahun 1826, Benoit Fourneyon mengembangkan turbin aliran keluar. Turbin ini sangan 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 fourneyon. Bentuk sudunya mirip dengan turbin francis. Pada tahun 1849, James B. Francis meningkatkan efisiensi turbin reaksi aliran kedalam hingga lebih dari 90%. Dia memberikan tes yang memuaskan dan mengembangkan metode engineering untuk desain turbin 5

2 air. Turbin francis dinamakan sesuai dengan namanya, yang merupakan turbin air modern pertama. Turbin ini masih digunakan secara luas di dunia saat ini. Turbin air aliran kedalam mempunyai susunan mekanis yang lebih baik dan semua turbin reaksi modern menggunakan desain ini. Putaran massa air berputar hingga putaran yang semakin cepat, air berusaha menambah kecepatan untuk membangkitkan energi. Energi tadi dibangkitkan pada sudu dengan memanfaatkan berat jatuh air dan pusarannya. Tekanan air berkurang sampai nol sampai air keluar melalui sirip turbin dan memberikan energi. Sekitar tahun 1890, bantalan fluida modern ditemukan, sekarang umumnya digunakan untuk mendukung pusaran turbin air yang berat. Hingga tahun 2002, bantalan fluida terlihat mempunyai arti selama lebih dari 1300 tahun Sekitar tahun 1913, Victor Kaplan membuat turbin Kaplan, sebuah tipe mesin baling-baling. Ini merupakan evolusi dari turbin Francis tetapi dikembangkan dengan kemampuan sumber air yang mempunyai head kecil. Pada umumnya semua turbin air hingga akhir abad 19 (termasuk kincir air) merupakan mesin reaksi; tekanan air yang berperan pada mesin dan menghasilkan kerja. Sebuah turbin reaksi membutuhkan air yang penuh dalam proses transfer energi. Pada tahun 1866, tukang pembuat gilingan di California, Samuel Knight menemukan sebuah mesin yang mengerjakan tuntas sebuah konsep yang berbeda jauh. Terinspirasi dari system jet tekanan tinggi yang digunakan dalam lapangan pengeboran emas hidrolik, Knight mengembangkan ceruk kincir yang dapat menangkap energi dari semburan jet, yang ditimbulkan dari energi kinetik air pada sumber yang cukup tinggi (ratusan kaki) yang dialirkan melalui sebuah pipa saluran. Turbin ini disebut turbin impulse atau turbin tangensial. Aliran air mendorong ceruk disekeliling kincir turbin pada kecepatan maksimum dan jatuh keluar sudu dengan tanpa kecepatan. Pada tahun 1879, Lester Pelton, melakukan percobaan dengan kincir Knight, dikembangkanlah desain ceruk ganda yang membuang air kesamping, menghilangkan beberapa energi yang hilang pada kincir knight yang membuang sebagian air kembali melawan kincir. Sekitar tahun 1895, William Doble mengembangkan ceruk setengah silinder milik Pelton menjadi ceruk berbentuk 6

3 bulat memanjang, termasuk sebuah potongan didalamnya yang memungkinkan semburan untuk membersihkan masukan ceruk. Turbin ini merupakan bentuk modern dari turbin pelton yang saat ini dapat memberikan efisiensi hingga 92%. Pelton telah memprakarsai desain yang efektif, kemudian Doble mengambil alih perusahaan Pelton dan tidak mengganti namanya menjadi Doble karena nama Pelton sudah dikenal. Turgo dan turbin aliran silang merupakan desain turbin impulse selanjutnya. Turbin air terdapat dalam suatu pembangkit listrik berfungsi untuk mengubah energi potensial yang dimiliki air menjadi energi kinetik. Selanjutnya energi kineti ini akan diubah menjadi energi elektrik melalui generator. Hal ini menyebabkan setiap pembahasan tentang turbin hidrolik akan mengikutsertakan generator sebagai pembangkit listrik. 2.2 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. 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. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalah merupakan energi potensial air yaitu : Di mana: Ep = m. g. h... (2.1) Ep = energi potensial air ( Joule ) m = massa air ( kg ) g = percepatan gravitasi ( m/s 2 ) h = head ( m ) Daya merupakan energi tiap satuan waktu ( E ) sehingga persamaan (2.1) dapat t dinyatakan sebagai: E t = m.g.h t... (2.2) 7

4 Dengan mensubstisusikan P terhadap ( E ) dan ρq terhadap t (m ) maka persamaan t (2.1) dapat dinyatakan sebagai berikut: Dimana: P = ρ. Q. g. h... (2.3) P = daya air ( watt ) ρ = densitas air ( kg/m 3 ) Q = kapasitas aliran ( m 3 /s ) Selain memanfaatkan air jatuh, hydropower dapat diperoleh dari aliran air datar di mana energi yang tersedia merupakan energi kinetik. Dimana: Ek = 1 2 mv2... (2.4) Ek = energi kinetik ( Joule ) v = kecepatan aliran air ( m/s ) Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut: Ek = 1 2 ρqv2... (2.5) Atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas Q = Av, maka: Ek = 1 2 Av3... (2.6) Dimana: A = luas penampang ( m 2 ) 2.3 Klasifikasi Turbin Air Turbin air dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara, namun yang paling utama adalah klasifikasi turbin air berdasarkan cara turbin air tersebut merubah energi potensial air menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi ini, maka turbin air dibagi menjadi dua yaitu: 1. Turbin impuls 2. Turbin reaksi Turbin Impuls Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya dengan merubah seluruh energi air (yang teridiri dari energi potensial-tekanan-kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan 8

5 energi puntir dalam bentuk putaran poros. Atau dengan kata lain, energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nosel. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton. Turbin Pelton dipakai untuk tinggi air jatuh yang besar. Turbin impuls adalah turbin yang bekerja karena aliran air. Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nosel. Air keluar nosel yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya sudu gerak akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfer sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin diubah menjadi energi kecepatan. Dengan demikian, kecepaan aliran air dapat diperoleh: Energi potensial air = energi kinetik air m. g. h = 1 2 mv2 v = 2. g. h...(2.7) Gambar 2.1. Skema Turbin Implus Sumber:( Turbin Pelton Turbin Pelton ditemukan pada tahun 1870an oleh Lester Allan Pelton. Turbin Pelton termasuk dalam kelompok jenis turbin impuls. 9

6 Karakteristik umumnya adalah pemasukan sebagian aliran air ke dalam runner pada tekanan atmosfir. Pada turbin Pelton, puntiran terjadi akibat pembelokan pancaran air pada mangkok ganda runner. Oleh karena itu maka turbin Pelton juga disebut turbin pancaran bebas. Penyempurnaan terbesar yang dilakukan Pelton (sebagai penemu turbin) yakni dengan menerapkan mangkok ganda simetris. Bentuk ini pada dasarnya masih tetap berlaku. Punggung pembelah membagi jet menjadi dua paruh yang sama, yang dibelokkan menyamping. Pada dasarnya turbin terdiri atas runner, nosel dan rumah turbin. (Sihombing, Edis. 2009) Gambar 2.2 Turbin Pelton Sumber : (Turbin, Pompa dan Kompresor, Fritz Diesel) Turbin Turgo Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin Pelton, turbin Turgo merupakan turbin impuls, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozzle membentur sudu pada sudut 20 o. Kecepatan putar turbin Turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan. 10

7 Gambar 2.3 Turbin Turgo Sumber:( diakses pada kamis, 6 Oktober 2016 pukul WIB) Turbin Ossberger Atau Turbin Crossflow Tipe turbin impuls lainnya dalah turbin Crossflow (Stapenhorst, 1978) yang biasa disebut sebagai turbin banki atau turbin Mitchell. Turbin cross flow merupakan turbin impuls yang berporos horizontal bekerja dengan cara tekanan air dikonversikan menjadi energi kinetik di inlet adaptor. Aliran air yang menyebabkan berputarnya runner setelah berbenturan pertama dengan sudu turbin, kemudian menyilang (cross flow) mendorong sudu tingkat kedua. Gambar 2.4. Turbin Crossflow Sumber : (Turbin, Pompa dan Kompresor, Fritz Diesel) 11

8 2.3.2 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 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: 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.. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Sudu pengarah pada turbin Francis merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. 12

9 Gambar 2.5Turbin Francis Sumber: (https semayangboy.com) Turbin Kaplan Turbin Kaplan (Propeler) adalah salah satu turbin reaksi aliran aksial. Turbin ini tersusun seperti propeller pada perahu. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga delapan sudu. 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 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 kaplan dapat diputar posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban turbin. Turbin kaplan banyak dipakai pada instalasi pembangkit listrk tenaga air sungai, karena turbin ini mempunyai kelebihan dapat menyesuaikan head yang berubahubah 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. 13

10 Gambar 2.6 Turbin kaplan Sumber: (http//turbin-kaplan.blogspot.com) Prinsip Kerja Turbin Kaplan Tidak berbeda dengan turbin Francis, turbin Kaplan cara kerjanya menggunakan prinsip reaksi. Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip denganbaling-baling pesawat terbang. Bila balingbaling pesawat terbang berfungsi untuk menghasilkan gaya dorong, roda jalan pada 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 Kaplan dapat diputar posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban turbin. Turbin kaplan banyak dipakai pada instalasi pembangkit listrik tenaga air sungai, karena turbin ini mempunyai kelebihan dapat menyesuaikan head yang berubahubah 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. 14

11 Komponen Utama Turbin Kaplan Kompone utama dari turbin kaplan adalah : 2.1 Rumah turbin Air dari saluran pipa didistribusikan di sekeliling cincin rumah turbin. Rumah turbin didesain sedemikian sehingga luas penampang melintangnya berkurang secara seragam. Luas penampang melintangnya maksimum pada sisi masuk dan minimum pada ujung. Rumah turbin akan mendistribusikan air secara merata kepada sudu penggarah / guide vane. Untuk mencapai aliran seragam pada runner blade, maka aliran air harus seragam masuk ke dalam sudu penggarah / guide vane. 2.2 Mekanisme pengarah (guide vane) Sudu pengarah (guide vane) terpasang tetap diantara dua cincin dalam bentuk roda. Roda ini dipasang tetap pada rumah turbin. Sudu pengarah didesain untuk: Supaya air masuk ke runner tanpa kejut. Supaya air mengalir tanpa membentuk arus Eddy. Supaya sejumlah air bisa memasuki turbin. Sudu pengarah bisa dibuka dan ditutup dengan memutar poros pengatur, sehingga jumlah air bisa diatur sesuai keperluan. Poros pengatur dioperasikan dengan menggunakan governor, yang fungsinya mengatur turbin (yaitu menjaga kecepatan turbin konstan pada beban yang bervariasi). Turbin Kaplan adalah salah satu jenis dari turbin reaksi aliran ke dalam (inward), yakni turbin reaksi dimana air memasuki roda pada bagian lingkaran luar dan mengalir menuju kedalam melalui sudu (yaitu menuju pusat roda). Turbin reaksi ini terdiri dari sudu pengarah tetap, yang mengarahkan air ke roda bergerak dengan sudut yang benar. Air ketika mengalir pada sudu/vane, menghasilkan gaya ke roda. Gaya ini menyebabkan roda berputar. 15

12 2.3 Runner Blade Runner blade terdiri dari sudu yang terpasang tetap pada poros atau cincin. Sudu didesain supaya air masuk dan meninggalkan turbin tanpa kejut. Runner blade terpasang pada poros. Jika porosnya vertikal, disebut turbin vertikal, dan jika poros horisontal maka disebut turbin horisontal. Untuk head rendah, runner blade bisa dibuat dari besi tuang, tetapi untuk head tinggi, runner blade dibuat dari baja atau paduan. Jika air secara kimia tidak murni, runner dibuat dari paduan spesial. 2.4 Draft Tube Air setelah melewati runner, mengalir turun melalui pipa yang disebut draft tube. Draft tube mempunyai fungsi antara lain: Meningkatkan head air sebesar tinggi runner dari permukaan air. Meningkatkan efisiensi turbin Dimensi Dasar Turbin Kaplan Dimensi dasar turbin Kaplan bergantung pada diameter luar runner (D), tinggi sudut pengarah (B), jarak vertikal runner terhadap sisi dalam sudut pengarah (λ), dan diameter hub (d) dapat dilihat pada gambar 2.7 Gambar 2.7 Elemen dasar Turbin Kaplan Sumber : ( 16

13 Persamaan dasar untuk mencari diameter luar runner (D) : DD= (66,76+ 0,136 ns) Heff n Dengan ns = putaran spesifik [rpm] n = putaran turbin [rpm]... (2.8) Persamaan dasar untuk mencari tinggi sudut pengarah (B) : B = (0,45-31,80 ) D... (2.9) ns Persamaan untuk mencari diameter dalam (Db): Q = π 4 (D2 Db 2 )Vf.(2.10) Dan persamaan untuk mencari diameter hub (d): d D = 0,70... (2.11) Dimensi Dasar Runner Blade pada gambar 2.8 dibawah ini. Segitiga kecepatan masuk pada runner blade dapat dilihat Gambar 2.8 Segitiga kecepatan 17

14 Dimana Vf =Kecepatan aliran air Ub =Kecepatan tepi (rim) diameter boss U =Kecepatan tepi (rim) diameter luar Uwb =Kecepatan pusaran air (whirl) diameter boss Uw βi βe =Kecepatan pusaran air (whirl) diameter luar =Sudut sudu (blade) pada area fluida masuk (inlet) =Sudut sudu (blade) pada area fluida keluar (outlet) Persamaan untuk mencari kecepatan aliran air (Vf) adalah: Vf = 2gH... (2.12) Persamaan untuk mencari Kecepatan tepi (rim) diameter boss dan diameter dalam (Ub dan U) adalah Ub = π.db.n... (2.13) 60 U = π.d.n (2.14) Persamaan untuk mencari Kecepatan pusaran air (whirl) diameter boss dan diameter dalam adalah : Uwb = πh.g.h 100. Ub... (2.15) Uw = πh.g.h 100. U... (2.16) Persamaan untuk mencari Sudut sudu (blade) pada area fluida masuk (inlet) adalah : tan ( βe) = Vf... (2.17) U w 18

15 Persamaan untuk mencari Sudut sudu (blade) pada area fluida keluar (outlet) adalah : tan ( βe) = Vf... (2.18) U wb 2.4 Karakteristik Turbin Perbandingan karakteristik turbin dapat kita lihat pada grafik head (m) vs flow (m3/s) dibawah ini. Gambar 2.9 Grafik Perbandingan Karakteristik Turbin Sumber : ( Dapat dilihat pada gambar 2.9 turbin Kaplan adalah turbin yang beroperasi pada head yang rendah dengan kapasitas aliran yang tinggi. Hal ini karena sudusudu turbin dapat diatur secara manual atau otomatis untuk merespon perubahan kapasitas. 19

16 2.5 Seleksi Awal Jenis Turbin Seleksi awal dari jenis turbin yang cocok untuk suatu keperluan paling tepat dilakukan dengan kecepatan spesifik (Ns). Dalam tabel 2.1 disajikan nilai kecepatan spesifik (Ns) untuk berbagai jenis turbin. Tabel 2.1 dapat digunakan sebagai panduan awal dalam pemilihan jenis turbin yang tepat untuk nilai Ns tertentu. Nilai Ns yang tercantum dalam tabel 2.1 bukan nilai eksak. Untuk setiap jenis turbin terdapat suatu nilai kisaran tinggi terjun dan kecepatan spesifik yang sesuai. Korelasi empiris antara terjun (H) dan kecepatan spesifik (Ns) disajikan dibawah ini. Untuk turbin Francis, Moody memperoleh korelasi sebagai berikut: Ns = (2.19) H+9,75 korelasi metrik. Sedangkan untuk turbin propeller atau Kaplan, Moody memperoleh sebagai berikut: Ns = (2.20) H+9.75 Dengan H adalah tinggi terjun netto (m) dan Ns adalah kecepatan spesifik Tabel 2.1 Jenis-jenis Turbin Air dan Kisaran Kecepatan Spesifiknya (Ns) Jenis Turbin 1. Turbin Impuls 2. Turbin Reaksi Ns (metrik) a. Satu jet (Turbin Pelton) 4-30 b. Banyak jet (turbin Doble) a. Francis Ns rendah

17 Ns normal Ns tinggi Ns exspress b. Propeller Sudu tetap (Turbin Nagler) Sudu dapat diatur (Turbin Kaplan) Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air selalu diusahakan agar generator dikopel langsung dengan turbin. Atau dengan kata lain putaran turbin terbatas pemilihannya agar dapat dikopel dengan generator. Putaran turbin berhubungan dengan spesifik sebagaimana persamaan 2.17 di atas, atau menurut referensi yang lain : Ns = N P... (2.21) 5 H4 dimana : Ns = putaran spesifik [rpm] N = putaran turbin [rpm] P = daya air [kw] H = tinggi terjun efektif [m] Dari nilai spesifik ini dapat ditentukan jenis turbin yang digunakan yang dapat dijelaskan sebagai berikut : Ns = 8-50 jenis turbin Pelton Ns = jenis turbin Perancis Ns = jenis turbin Kaplan atau Propeler Pemilihan putaran spesifik ini sangat berhubungan dengan dimensi peralatannya, yang berarti juga mempengaruhi konstruksi dan harga. Pemilihan turbin kebanyakan didasarkan juga pada head air yang didapatkan dan kurang lebih pada rata-rataalirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakan untuk tempat dengan head 21

18 rendah. Turbin Kaplan baik digunakan untuk semua jenis debit dan head, efisiensinya baik dalam segala kondisi aliran. Turbin kecil (umumnya dibawah 10 MW) mempunyai poros horisontal, dan kadang dipakai juga pada kapasitas turbin mencapai 100 MW. Turbin Francis dan Kaplan besar biasanya mempunyai poros / sudu vertikal karena ini menjadi penggunaan paling baik untuk head yang didapatkan, dan membuat instalasi generator lebih ekonomis. Poros Pelton bisa vertikal maupun horisontal karena ukuran turbin lebih kecil dari head yang di dapat atau tersedia. Beberapa turbin impuls menggunakan beberapa semburan air tiap semburan untuk meningkatkan kecepatan spesifik dan keseimbangan gaya poros. 2.6 Alternator Alternator adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik 5 runner blade dan analisa perbandingan sudut guide vane (15 0, 20 0 dan 25 0 ), yakni: 2.7 Sabuk Datar dan Puli Belt (sabuk) digunakan untuk mentransmisikan daya dari poros yang satu ke poros yang lainnya melalui roda (pulley) yang berputar dengan kecepatan sama atau berbeda.sabuk umumnya dipakai pada puli, sabuk ini lebih tenang dan efisien pada kecepatan tinggi, dan juga mampu mentransmisikan sejumlah daya yang besar pada jarak pusat pulley yang panjang Jenis Gerakan Pada Sabuk Energi dari suatu puli ditransmisikan kemanapun. Berikut jenis gerakan pada sabuk: 1. Gerakan Sabuk Terbuka Gerakan sabuk terbuka ditunjukkan di dalam gambar 2.11, jenis ini digunakan diporos. Berputar dan paralel yang diatur ke arah yang sama. Ketika memusat jarak antara kedua poros besar, kemudian sisi yang ketat sabuk harus lebih rendah. 22

19 Gambar 2.11 Sabuk terbuka (Sumber: Machine Design, R. S. Khurmi dan J. K. Gupta) 2. Gerakan Membelit atau Melingkar pada Sabuk Gerakan membelit atau melingkar ditunjukkan di dalam gambar 2.12, digunakan poros pengatur berputar dan paralel di dalam arah kebalikannya. Tegangan yang kecil akan menunjukkan bahwa pada suatu titik silang sabuk, hal ini akan menggosok melawan terhadap satu sama lain dan di sana akan terjadi kerusakan disebabkan gesekan berlebih dalam rangka menghindari ini, poros harus ditempatkan pada suatu jarak yang maksimum 20 b, dimana b menjadikan sabuk melebar dan kecepatan sabuk harus kurang dari 15m/sec. Gambar 2.12 Gerakan Membelit atau Melingkar pada Ssbuk (Sumber: Machine Design, R. S. Khurmi dan J. K. Gupta) 23

20 3. Gerakan dengan Puli Pengarah Gerakan sabuk dengan puli pengarah ditunjukkan didalam gambar 2.13, dengan menggunakan poros yang digunakan untuk pengaturan paralel dan ketika sabuk terbuka tidak adapat digunakan dalam sudut yang kecil dan penghubung pada puli kecil. Pengarah jenis ini disajikan untuk memperoleh perbandingan percepatan tinggi dan ketika tegangan sabuk yang diperlukan tidak bisa diperoleh oleh alat-alat lain. Ketika itu diinginkan untuk mentransmisikan gerakan dari satu poros ke beberapa poros, semua diatur didalam paralel, suatu sabuk menggerakan dengan banyak puli. Gambar 2.13 Gerakan dengan Puli Pengarah (Sumber: Machine Design, R. S. Khurmi dan J. K. Gupta) Perbandingan Kecepatan Puli Karena kecepatan linier pada kedua puli sama, maka: πd1n1= πd2n2...(2.22) Dan perbandingan putaran kedua puli menjadi: N2 = D1 N1 D2... (2.23) Dimana, N1 = Putaran penggerak [rpm] N2 = Putaran yang digerakkan [rpm] D1 =Diameter puli penggerak [m] D2 = Diameter puli yang digerakkan [m] 24

21 2.7.3 Efisiensi Puli Untuk mencari efisiensi puli menggunakan rumus sebagai berikut: ηp = D2N2... (2.24) D1N1 Dimana : ηp = Efisiensi puli 2.8 Daya Listrik Daya listrik adalah banyaknya energi tiap satuan waktu dimana pekerjaan sedang berlangsung atau kerja yang dilakukan persatuan waktu. Dari definisi ini, maka daya listrik (Pl) dapat dirumuskan: Daya = energi... (2.25) waktu P = e t P = V.I.t t P = V.I... (2.26) Dimana: P = Daya listrik (Watt) V = Tegangan (Volt) I = Arus (Ampere) 25