BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Dalam suatu sistem PLTA dan PLTMH, turbin air merupakan salah satu

23

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Dalam suatu sistem PLTA dan PLTMH, turbin air merupakan salah satu peralatan utama selain generator. Turbin air adalah alat untuk mengubah energi air menjadi energi puntir. Energi puntir ini kemudian diubah menjadi energi listrik oleh generator. 2.1 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. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalah merupakan energi potensial air yaitu :

Dengan :

𝐸𝐸𝐸𝐸 = 𝑚𝑚𝑚𝑚ℎ ...................................................(2.1)

Ep = energi potensial air (Joule) m = massa air (kg)

Universitas Sumatera Utara

24

h = head [m] g = percepatan gravitasi [m/ s2 ] 𝐸𝐸

Daya merupakan energi tiap satuan waktu � � sehingga persamaan (2.1) dapat 𝑡𝑡

dinyatakan sebagai : 𝐸𝐸 𝑡𝑡

=

𝑚𝑚 𝑡𝑡

𝑔𝑔ℎ

𝐸𝐸

𝑚𝑚

Dengan mensubsitusikan P terhadap � � dan mensubstitusikan ρQ terhadap � � 𝑡𝑡

maka :

𝑡𝑡

P = ρ.Q.g.H...................................................(2.2) Dengan: P = daya [watt] Q = kapasitas aliran [m3/s] ρ = densitas air [kg/m3] Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat diperoleh dari aliran air datar. Dalam hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik 𝐸𝐸k =

Dengan :

1 2

𝑚𝑚𝑣𝑣 2 ...................................................(2.3)

v = kecepatan aliran air [m/s] Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut: 𝑃𝑃 =

1

𝑃𝑃 =

1

2

𝜌𝜌Q𝑣𝑣 2 ...............................................................(2.4)

atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas Q = Av maka 2

𝜌𝜌A𝑣𝑣 3 ...............................................................(2.5)

A = luas penampang aliran air [m2] 2.2 SEJARAH TURBIN AIR


25

Ján Andrej Segner mengembangkan turbin air reaksi pada pertengahan tahun 1700. turbin ini mempunyai sumbu horizontal dan merupakan awal mula dari turbin air modern. Turbin ini merupakan mesin yang simpel yang masih diproduksi 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 test yang memuaskan dan mengembangkan metode engineering untuk desain turbin 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


26

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 impuls 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 bulat memanjang, termasuk sebuah potongan didalamnya yang memungkinkan semburan untuk membersihkan masukan ceruk. Turbin ini merupakan bentuk


27

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 impuls selanjutnya. 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.

2.3 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 menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi ini, maka turbin air dibagi menjadi dua yaitu: 1. Turbin impuls, dan 2. Turbin reaksi. 2.3.1 Turbin Impuls 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 roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama


28

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. 2.3.1.1 Turbin Pelton. Turbin Pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nosel. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.

Gambar 2.1 Turbin Pelton

2.3.1.2 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 nozzle membentur sudu pada sudut 20o. Kecepatan putar turbin Turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari


29

turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan Runner

Nosel

Gambar 2.2 Turbin Turgo

2.3.1.3 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 kinetic di inlet adaptor. Aliran air yang menyebabkan berputarnya runner setelah berbenturan pertama dengan sudu turbin, kemudian menyilang (cross flow) mendorong sudu tingkat kedua.


30

Gambar 2.3 Turbin Ossberger Atau Turbin Crossflow (Turbin Michell-Banki)

2.3.2 Turbin Reaksi Yang dimaksud dengan turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi puntir. Turbin air reaksi dibagi menjadi dua jenis yaitu: 2.3.2.1. Turbin Francis Diciptakan oleh James Francis Bichens dari Inggris. Termasuk jenis turbin reaksi dengan arah aliran aksial-radial. Turbin ini beroperasi pada head (tinggi jatuh) 10 – 650 meter, dapat menghasilkan daya 10 – 750 MW dengan Ns (spesific speed) 83 – 1000 rpm. Pada umumnya turbin ini di desain dengan posisi poros vertikal untuk menjaga agar air tidak mengenai rumah generator dan peralatan bantu lainnya. 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.


31

Gambar 2.4 Turbin Francis

2.3.2.2. Turbin Kaplan Turbin Kaplan termasuk kelompok turbin air reaksi jenis baling-baling (propeller). Keistimewaannya adalah sudut sudu geraknya (runner) bisa diatur (adjustable blade) untuk menyesuaikan dengan kondisi aliran saat itu yaitu perubahan debit air. Turbin ini beroperasi pada head (tinggi jatuh) 10 – 70 meter, dapat menghasilkan daya 5 – 120 MW dengan Ns (spesific speed) 79 – 429 rpm. Pada pemilihan turbin didasarkan pada kecepatan spesifiknya. Turbin Kaplan ini memiliki kecepatan spesifik tinggi (high spesific speed). Turbin kaplan bekerja pada kondisi head rendah dengan debit besar.


32

Gambar 2.5 Turbin Kaplan

2.3.2.2.1. Prinsip Kerja 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 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 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


33

pada beban tidak penuh turbin kaplan mempunyai efisiensi paling tinggi, hal ini dikarenakan sudu-sudu turbin Kaplan dapat diatur menyesuaikan dengan beban yang ada.

2.3.2.2.2 Komponen Utama Turbin Kaplan Komponen-komponen utama turbin Kaplan adalah: 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.

Gambar 2.6 Rumah turbin


34

Rumah turbin akan mendistribusikan air secara merata kepada guide vane. Untuk mencapai aliran seragam pada runner blade, maka aliran air harus seragam masuk ke dalam guide vane. 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).

Gambar 2.7 Guide vane


35

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. 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.

Gambar 2.8 Runner blade


36

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.

Gambar 2.9 Draft tube

2.3.2.2.3 Dimensi Dasar Turbin Kaplan Dimensi dasar turbin Kaplan bergantung pada diameter luar runner (D), tinggi guide vane (B), jarak vertikal runner terhadap sisi dalam guide vane (λ), dan diameter boss (Dd) dapat dilihat pada gambar 2.10


37

Gambar 2.10 Elemen dasar turbin Kaplan

Persamaan dasar untuk mencari diameter luar runner (D) : 𝐷𝐷 = (66,76 + 0,136 𝑁𝑁𝑁𝑁)

Dengan

√𝐻𝐻eff 𝑁𝑁

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

Ns = putaran spesifik [rpm] N = putaran turbin [rpm] Persamaan dasar untuk mencari tinggi guide vane (B) : 𝐵𝐵 = �0,45 −

31,80 𝑁𝑁𝑁𝑁

� 𝐷𝐷 ..............................................(2.7)

Dan persamaan untuk mencari diameter dalam (Db) : 𝜋𝜋

𝑄𝑄 = (𝐷𝐷2 − 𝐷𝐷𝑏𝑏 2 )𝑉𝑉𝑓𝑓 ..................................................(2.8) 4

2.3.2.2.4 Dimensi Dasar Runner Blade

Segitiga kecepatan masuk pada runner blade dapat dilihat pada gambar 2.11 dibawah ini.


38

Gambar 2.11 Segitiga kecepatan masuk dan keluar runner blade

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

= Kecepatan pusaran air (whirl) diameter luar

𝛽𝛽𝑖𝑖

= Sudut sudu (blade) pada area fluida masuk (inlet)

𝛽𝛽𝑒𝑒

= Sudut sudu (blade) pada area fluida keluar (outlet)

Persamaan untuk mencari kecepatan aliran air (Vf) adalah: Vf = �2gH ................................................(2.9) Persamaan untuk mencari Kecepatan tepi (rim) diameter boss dan diameter dalam (𝑈𝑈𝑏𝑏 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑈𝑈) adalah:


39

𝑈𝑈𝑏𝑏 = 𝑈𝑈 =

𝜋𝜋.𝐷𝐷𝑏𝑏 .𝑁𝑁 60

𝜋𝜋.𝐷𝐷.𝑁𝑁 60

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

.........................................................(2.11)

Persamaan untuk mencari Kecepatan pusaran air (whirl) diameter boss dan diameter dalam adalah : 𝑈𝑈𝑤𝑤𝑤𝑤 = 𝑈𝑈𝑤𝑤 =

𝑛𝑛 𝐻𝐻 .𝑔𝑔.𝐻𝐻

100 . 𝑈𝑈 𝑏𝑏

𝑛𝑛 𝐻𝐻 .𝑔𝑔.𝐻𝐻

100 . 𝑈𝑈

..................................................(2.12)

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

Persamaan untuk mencari Sudut sudu (blade) pada area fluida masuk (inlet) adalah : tan (𝛽𝛽𝑖𝑖 ) =

𝑈𝑈 𝑓𝑓

𝑈𝑈𝑤𝑤

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

Persamaan untuk mencari Sudut sudu (blade) pada area fluida keluar (outlet) adalah : tan (𝛽𝛽𝑒𝑒 ) =

𝑉𝑉𝑓𝑓

𝑈𝑈 𝑤𝑤𝑤𝑤

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

2.4 KARAKTERISTIK TURBIN Perbandingan karakteristik turbin dapat kita lihat pada grafik head (m) vs flow (m3/s) dibawah ini.


40

Gambar 2.12 Grafik perbandingan karakteristik turbin

Dapat dilihat pada gambar 2.12 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.

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.


41

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: 6803

𝑁𝑁𝑁𝑁 =

𝐻𝐻+9,75

𝑁𝑁𝑁𝑁 =

𝐻𝐻+9,75

+ 84 .....................................(2.16)

Sedangkan untuk turbin propeller atau Kaplan, Moody memperoleh korelasi sebagai berikut: 9431

+ 155....................................(2.17)

Dengan H adalah tinggi terjun netto (m) dan Ns adalah kecepatan spesifik metrik.

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)

30-70

a. Francis Ns rendah

50-125

Ns normal

125-200

Ns tinggi

200-350

Ns exspress

350-500

b. Propeller Sudu tetap (Turbin Nagler)

400-800

Sudu dapat diatur (Turbin Kaplan)

500-1000


42

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 2.22 di atas, atau menurut referensi yang lain :

dimana :

𝑁𝑁𝑠𝑠 =

𝑁𝑁 √𝑃𝑃 5

....................................................(2.18)

𝐻𝐻 4

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 = 50 - 149 jenis turbin Perancis Ns = 150 - 1000 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-rata alirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakan untuk tempat dengan head rendah. Turbin Kaplan baik digunakan untuk semua jenis debit dan head, efisiensinya baik dalam segala kondisi aliran.


43

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 Bila sejumlah kawat email dililitkan ke paku, lalu kawat dialiri arus listrik, gulungan itu menimbulkan medan magnet, dan menyebabkan paku tersebut menjadi magnet. Kuatnya magnet ditentukan oleh berapa banyak gulungan kawat dan berapa besar arus listriknya. Magnet jenis ini lazim disebut sebagai elektromagnet.

Gambar 2.13 Altenator


44

Alternator (alternate = selang-seling; artinya listrik yang dihasilkan adalah AC) menggunakan teknik yang sama seperti diatas untuk menghasilkan listrik. Ketika rotor (as) diberi arus maka rotor itu menjadi magnet. Dan ketika diputar, magnet yang ada di as menciptakan medan magnet lagi. Medan magnet ini lalu bersinggungan memotong kumpulan koil/ kumparan yang ada disekelilingnya sehingga terciptalah arus listrik. Karena magnet terdiri dari 2 kutub, maka arus listriknya menjadi selang seling, atau lazim disebut sebagai arus bolak-balik.

Adapun perbedaan antara altenator dan generator, yakni dapat dilihat pada tabel 2.2 sebagai berikut:

Tabel 2.2 Perbedaan altenator dengan generator Kumparan

Altenator

Generator

pembangkit Kumparan medan

•

Diam

•

Berputar

Penyearah

•

Berputar

•

Diam

Produksi arus

•

Dioda

•

Komutator

•

Tidak

perlu

•

Perlu diregulasi

putaran

•

Jika hubung singkat

diregulasi Keuntungan

•

Pada rendah

tegangan

generator aman

cukup •

Tidak perlu tempat


45

yang luas Kerugian

•

Bila hubung singkat

•

altenator rusak

Pada putaran rendah tegangan kecil

•

Perlu

tempat

yang

luas

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.

2.7.1 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 2.19, 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.


46

Gambar 2.14 Sabuk terbuka

2. Gerakan membelit atau melingkar pada sabuk Gerakan membelit atau melingkar ditunjukkan di dalam gambar 2.20, 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 2.15 Gerakan membelit atau melingkar pada sabuk


47

3. Gerakan dengan puli pengarah Gerakan sabuk dengan puli pengarah ditunjukkan didalam gambar 2.16, 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 2.16 Gerakan dengan puli pengarah

2.7.2 Perbandingan KecepatanPuli Karena kecepatan linier pada kedua puli sama, maka: 𝜋𝜋𝐷𝐷1 𝑁𝑁1 = 𝜋𝜋𝐷𝐷2 𝑁𝑁2 ............................................................(2.24)

Dan perbandingan putaran kedua puli menjadi: 𝑁𝑁2 𝑁𝑁1

Dimana,

=

𝐷𝐷1

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

𝐷𝐷2


48

N1 = Putaran penggerak [rpm] N2 = Putaran yang digerakkan [rpm] D1 =Diameter puli penggerak [m] D2 = Diameter puli yang digerakkan [m]

2.7.3 Efisiensi Puli Untuk mencari efisiensi puli menggunakan rumus sebagai berikut: 𝜂𝜂p =

Dimana :

𝐷𝐷2𝑁𝑁2 𝐷𝐷1𝑁𝑁1

𝑥𝑥 100% .........................................................(2.26)

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: 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 = 𝑃𝑃 = 𝑃𝑃 =

𝐸𝐸

𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸

𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊

……………………………..(2.27)

𝑡𝑡

𝑉𝑉.𝐼𝐼.𝑡𝑡 𝑡𝑡

P = V.I............................................................(2.28) Dimana: P = Daya listrik (Watt) V = Tegangan (Volt) I = Arus (Ampere)


BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Dalam suatu sistem PLTA dan PLTMH, turbin air merupakan salah satu

Recommend Documents