MESIN--MESIN FLUIDA MESIN
KINCIR AIR
THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
1
PENDAHULUAN U U Sejarah j kincir air Roda air radial dengan mekanisme, pertama kali ditemukan oleh ilmuwan Prancis Burdin pada 1824. 1824. kemudian Fourneyron mengembangkan desain tersebut dan hasilnya tersebut sebagai turbin air untuk pertama kalinya.. kalinya Setelah itu beberapa turbin air mulai dibuat yaitu : z Turbin Jonval (1837 1837)); z Turbin Girard (1850 1850)); z Turbin Francis (1865 1865)); z Turbin Kaplan (1916 1916)). THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
2
PRINSIP R S KERJA RJ KINCIR C R AIR R Kincir air ini bekerja memanfaatkan tinggi air yang jatuh H dengan kapasitas air V. Air yang masuk dalam kincir air hanya p y tekanan atmosfer saja saja. j . mempunyai Kecepatan yang dimanfaatkan dalam kincir air harus kecil, karena jika terlalu b besar akan k terbuang t b percuma, air i akan k keluar dari bucket. bucket. THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
3
TIPE KINCIR AIR 1 Overshot Water Wheel 1. 2. Breast Water wheel 3 Impulse 3. I l Water W t Wheel Wh l 4. Sagebien Water Wheel 5. Poncelet Water Wheel 6 Reaction Water Wheel 6.
THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
4
1 OVERSHOT WATER WHEEL 1. Turbin air ini terdiri dari kerangka kayu atau baja, pada d turbin t bi ini i i dipasangi di i buckets. b k t Pada roda ini air tidak bekerja dengan beratnya secara keseluruhan. Air menabrak wheel buckets pada waktu roda ada dibagian atas dan keadaan ini dikondisikan sebagai overshot water wheel. Jumlah air yang masuk dikontrol dengan sluice gate. gate Air masuk dari head race menabrak bucket pada waktu posisi diatas roda dan gaya dhasilkan dari berat air di buckets. buckets Ketika buckets sampai posisi bawah maka air akan dibuang ke tail race THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
5
OVERSHOT WATER WHEEL
Diameter dari roda harus pas, jika pada posisi atas posisi dari d b k buckets harus dapat terisi air dari head race dan jika dalam posisi bawah air harus terbuang semua ke tail race.
Untuk mendapatkan energi yang maksimal diameter roda harus sama dengan g tinggi gg dari head race. THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
6
2. BREAST WATER WHEEL Pada a breast water wheel, air menabrak buckets berdekatan dengan breast ( ditengah ) dari roda. Lingkaran roda turbin ini dipasangi p g dengan g buckets. Air mengalir ketika cover plate dibuka untuk mengalirkan air. air Air pada turbin ini dapat disetel kapasitasnya dengan mempergunakan k regulator l t plate yang terdiri dari rack dan pinion p THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
BREAST WATER WHEEL
7
UNDERSHOT ATAU IMPULSE WATER WHEEL
Pada turbin jenis ini air dikonversikan dulu untuk mendapatkan aliran dengan kecepatan sebelum air menabrak vane. Karena air menabrak vane pada bagian bawah roda, maka ini disebut sebagai undershot water wheel. THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
8
4. SAGEBIEN WATER WHEEL Wheell tipe Wh i i i terdiri ini di i dari d i beberapa b b fixed plate yang membentuk sudut 30˚ p 45˚ dengan g jjari-jari. j sampai Tipe dari wheel ini wheel ini dipasang pada aliran air sehingga air dapat menabrak plat secara horizontal.
THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
9
SAGEBIEN WATER WHEEL
Mari kita asumsikan point A, dimana air menabrak secara horizontal dengan kecepatan V dan menggerakkan sudu dengan kecepatan u, maka kecepatan relative sama dengan Vr seperti ditunjukkan segitiga kecepatan.
Jika air masuk tanpa adanya goncangan, Vr harus di dipararelkan lk dengan d arah h dari d i sudu d THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
10
5. PONCELET WATER WHEEL Turbin T bi ini i i merupakan k penyempurnaan dari d i impulase wates wheel. Pada Poncelet water wheel ini air menabrak sudu tanpa adanya guncangan karena turbin ini mempunyai sudu pada arah paralel diujungnya ketika air mulai masuk. masuk Turbin ini meningkatkan effisiensi sangat besar.
THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
11
Mari kita anggap point A adalah inlet dari sudu tak bergerak. bergerak Pada titik ini air dianggap sebagai α dengan nilai tangent seperti pada segitiga kecepatan. Kecepatan relatif Vr , adalah arah parallel pada ujung sudu.
PONCELET WATER WHEEL
THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
12
6. JET REACTION WATER WHEEL Semua turbin air yang telah l h dijelaskan dij l k di diatas digerakkan oleh berat dari air atau dari impuls p air. Pada kasus impuls wheel seluruh head dari air di konversi ke kecepatan dan mengenai buckets dari wheel maka hal ini akan k menyebabkan b bk roda d berputar. Baker’s Baker s mill (a) THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
13
Dalam pengoperasian Reaction wheel sangatlah penting untuk mengoperasikannya dibawah tekanan udara dan harus terisi penuh dengan air. Pada wheel reaction ini yang bertanggung jawab untuk berputarnya roda ialah jet.
Baker’s mill (b)
THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
14
Contoh dari roda tipe ini ialah Barker Barker’ss Mill
Dimana mempunyai prinsip yang sama dengan turbin uap Hero’s. Hero’s. gambar (a) menunjukkan gambaran pipa p vertikal yyang g dari Barker’s Mill dimana terdiri dari p dipasang pada bearing bearing.. Pada bagian akhir dan bawah pipa ini dipasang jet runner runner.. Dua macam jet j runner yang y g umum dipergunakan p g ialah, 1. Tipe pertama ialah dua atau lebih pipa radial dihubungkan ke roda ini ini.. Pada bagian akhir dari pipa i i dibuat ini dib b bengkok k k pada d sudut d yang tepat sepertii pada gambar (b); (b); 2. Tipe kedua ialah tipe dimana pada akhir dari jet runner ditutup dit t d dan pada d bagian b i pipa i dibuat dib t lubang l b untuk keluarnya air seperti dalam gambar (a)
THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
15
KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN DARI WATER WHEELS
Keuntungan dari water wheel ialah : 1 Konstruksi dari water wheel sangat mudah dan 1. kuat 2. Sangat praktis dan perlu sedikit perawatan 3. Menghasilkan tenaga yang sangat murah
THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
16
Kerugian dari water wheel ini ialah : 1. Berat dari mesin water wheel sangat berat dibandingkan dengan power yang dihasilkan 2. Kecepatan water wheel sangatlah lambat dan tidak dapat dihubungkan langsung ke generator elektrik. elektrik 3. Penggunaan governor tidak mungkin 4. Water wheel tidak dapat digunakan untuk ketinggian yang sangat tinggi 5. Wheel ini dapat menghasilkan power yang sangat kecil
THS Student of Mech. Eng. Dept. Gadjah Mada University
17
