LAPORAN Turbin Propeller

LAPORAN Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Air Perancangan Turbin Propeller

Kelomok

:

3

Nama Anggota Kelomok

:

M. Adam Amsary

141724017

M. Alinur Suandaru

141724018

M. Baihaqi

141724019

M. Ilham Alqodri

141724020

M. Rizal Dwi Ilman

141724021

Nur Hasyyati Luqiyana 141724022 Nurlatipah

141724023

Program Studi

:

Teknologi Pembangkit Tenaga Listrik

Kelas

:

3–C

Nama Instruktur / Dosen

:

Drs. Maridjo, MT

TEKNIK KONVERSI ENERGI POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2017

1. Tujuan Berdasarkan tugas kali ini mahasiswa di harapkan dapat merancang turbin dalam skala kecil yaitu pada perancangan miniatur Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro dengan Turbin Propeller.

2. Pendahuluan Energi listrik merupakan energi yang tidak bisa lepas dari kehidupan masyarakat. Di Indonesia banyak sekali sumber energi terbarukan yang hingga kini belum dimanfaatkan secara optimal. Potensi energi terbarukan yang sudah dimanfaatkan sebagian besar berupa sungai yang airnya cenderung terbuang ke laut. Dan setiap kilometer kilometer sungai dapat dimanfaatkan sebagai sumber tenaga untuk menggerakkan pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Salah satu alternatif energi listrik nasional adalah Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). PLTMH ini merupakan pembangkit listrik dalam skala kecil, yaitu memiliki kapasitas antara 1 kW – 100 kW. Penggunaan energi meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk. Sedangkan akses ke energi yang andal dan terjangkau merupakan prasyarat utama untuk meningkatkan standar hidup masyarakat. Berbagai cara terus dilakukan dalam upaya memperoleh energi. Pribadyo et. al. dalam penelitiannya telah berhasil menguji coba turbin reaksi aliran aksial jenis propeller yang dapat digunakan sebagai sumber pembangkit energi listrik alternative dengan memanfaatkan potensi sumber daya alam berupa aliran sungai dengan ketinggian rendah (2-4m). Kita ketahui bahwa pemanfaatan potensi sumber daya alam untuk berbagai kebutuhan energi telah dikenal sejak lama salah satunya adalah yang bersumber dari air seperti aliran sungai ataupun air terjun dengan menggunakan teknologi sederhana seperti kincir air sampai pada teknologi canggih dari turbin air dengan jenis yang berbeda-beda seperti turbin Pelton, turbin Turgo, Turbin Cross flow, turbin Francis, turbin Kaplan dan turbin Propeller, dimana masing-masing turbin tersebut digunakan tergantung dari jenis sumber air yang tersedia. Penerapan potensi tenaga air menjadi energi listrik berdampak manfaat selain untuk pengembangan potensi sosial-ekonomi pedesaan sesuai kebutuhannya, juga perlu terus dilaksanakan untuk memberi kontribusi pada pemenuhan target pemakaian energi baru dan terbarukan sebesar 15% pada tahun 2025 (Agenda Riset Nasional 2006-2009, 2006). Kemudian kami bertujuan untuk mengembangkan dan menerapkan turbin air jenis Propeller sebagai pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) head rendah dengan tinggi head 2-4 meter. Turbin hasil perancangan ini merupakan data yang diperoleh dari laporan tugas akhir yang disusun oleh Reza Zulfiqor Muhammad.

3. Dasar Teori a. Pengertian Turbin Air Turbin air adalah alat untuk mengubah energi potensial air menjadi menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini kemudian diubah menjadi energi listrik oleh generator. Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Dalam pembangkit listrik tenaga air (PLTA) turbin air merupakan peralatan utama selain generator. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Turbin air berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air untuk memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator. PLTMH ini dibangun untuk memanfaatkan sumber energi terbarukan berasal dari air dan mempunyai beda ketinggian yang rendah. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) sebagai solusi konservasi energi dan konservasi lingkungan. Salah satu keunggulan mikrohidro, yakni tidak menimbulkan kerusakan lingkungan. b. Komponen Turbin Air 1) Rotor, yaitu bagian yang berputar pada sisitem yang terdiri dari :  Sudu-sudu, berfungsi untuk menerima beban pancaran yang disemprotkan oleh nozzle.  Poros, berfungsi untuk meneruskan aliran tenaga yang berupa gerak putar yang dihasilkan oleh sudu.  Bantalan, berfungsi sebagai perapat-perapat komponen-komponen dengan tujuan agar tidak mengalami kebocoran pada sistem. 2) Stator, yaitu bagian yang diam pada sistem yang terdiri dari :  Pipa pengarah / nozzle yang berfungi untuk meneruskan aliran fluida sehingga tekanan dan kecepatan fluida yang digunakan didalam sistem besar.  Rumah turbin, berfungsi sebagai rumah kedudukan komponenkomponen turbin. c. Prinsip Kerja Pembangkit listrik tenaga mikrohidro pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga

menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan menghasilkan listrik.

d. Cara Pemilihan Turbin Air Jenis turbin yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga air dikategorikan menjadi dua yaitu: turbin impulse, seperti turbin Pelton, Crossflow, Turgo-Impulse, dan turbin reaction, seperti turbin Francis, Propeller, Kaplan, Tubular. Pemilihan jenis turbin tergantung pada tinggi jatuh dan debit air sungai. Jenis turbin yang sudah dikembangkan di Indonesia adalah tubin crossflow dan propeller. Kedua jenis turbin ini dikenal lebih ekonomis dan mudah dikuasai teknologinya secara lokal.

Sebelum menentukan jenis turbin yang akan digunakan, maka kita harus mengetahui nilai kecepatan spesifik. Yang dimaksud dengan kecepatan spesifik dari suatu turbin ialah kecepatan putaran runner yang dapat dihasilkan daya effektif 1 BHP untuk setiap tinggi jatuh 1 meter atau dengan rumus dapat ditulis:

Keteragan: Ns

= Kecepatan spesifik turbin

n

= Kecepatan putaran turbin ( rpm)

Hefs

= Tinggi jatuh effektif (m)

Ne

= daya turbin effektif (HP).

Head yang rendah yaitu dibawah 46 meter tetapi debit air yang besar,maka turbin kaplan atau propeller cocok digunakan untuk kondisi seperti ini. Di cimahi jawa barat Cihanjuang juga telah mengebangkan turbin jenis turbo propeler produksi turbin tipe propeller tubular biasanya digunakan untuk membangkitkan listrik dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian (head) sekitar 14 meter dan mampu membangkitkan listrik sebesar 70 kW.

e. Turbin Propeller Pada dasarnya turbin propeller terdiri dari sebuah propeller (balingbaling), yang sama bentuknya dengan baling-baling kapal laut, yang dipasang pada tabung setelah pipa pesat. Turbin Propeller biasanya mempunyai 3 – 6 sudu, biasanya tiga sudu untuk turbin yang mempunyai head sangat rendah dan aliran air diatur oleh sudu statis atau wicket gate yang dipasang tepat di hulu propeller. Turbin propeller ini dikenal sebagai fixed blade axial flow turbine karena sudut rotornya tidak dapat dirubah. Efisiensi operasi turbin pada beban sebagian (part-flow) untuk turbin jenis ini sangat rendah. Untuk hydropower yang berskala lebih besar maka dipakai turbin propeller yang lebih canggih. Pada turbin ini sudu propeller dan wicket gate dapat diatur sehingga efisiensinya pada saat beroperasi pada beban rendah (part-flow) tetap baik. Turbin dengan variable pitch ini dikenal sebagai turbin kaplan. Turbin kaplan biasa juga disebut sebagai Turbin Propeller. Turbin kaplan lebih disarankan untuk implementasi pembangkit listrik yang memiliki tinggi jatuh atau terjunan air yang lebih rendah daripada turbin francis. Turbin turbo propeller ini memiliki sifat khas, seperti; debit besar, kecepatan alir tinggi, effisiensi tinggi dan hemat penggalian, dll. f. Jenis-Jenis Turbin Propeller untuk PLTMH 1) Turbin propeller open flume Turbin tipe open flume biasanya digunakan untuk aliran air yang memiliki perbedaan ketiggian kurang dari 8 meter dengan kemampuan membangkitkan listrik sampai dengan 100 kW bahkan lebih.

Turbin celup propeller merupakan turbin relatif kecil untuk aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian sekitar 3 meter. Tipe turbin celup propeller ini mudah dipindah-pindahkan dan memiliki kapasitas pembagkitan sebesar 100 watt.

 Propeller open flume  Propeller open flume: TC - 60  Propeller open flume: Of.125 2) Turbin turbo propeller Turbin tipe propeller tubular biasanya digunakan untuk membangkitkan listrik dari aliran air yang memiliki (head) sekitar 14 meter dan mampu membangkitkan listrik sebesar 70 kW.

g. Prinsip kerja turbin propeller  

air dari ujung atas mengalir masuk ke ruang di antara kisar sudu ulir (bucket) dan keluar dari ujung bawah; gaya berat air dan beda tekanan hidrostatik dalam bucket di sepanjang rotor



mendorong sudu ulir dan memutar rotor pada sumbunya dan rotor turbin memutar generator listrik yang disambungkan dengan ujung atas poros turbin ulir.

Gambar 1. Skematik turbin ulir

Oleh karena itu volume air dalam bucket harus dimaksimumkan agar menghasilkan efisiensi pembangkitan daya tertinggi. Adapun keuntungan turbin ulir dibandingkan dengan jenis turbin lain adalah :      

Dapat dioperasikan pada head sangat rendah, hingga 1 meter; Dapat dioperasikan tanpa saringan dan tidak menganggu ekosistem sungai; Umur turbin lebih tahan lama terutama jika dioperasikan pada putaran rendah; Mudah dalam pengoperasian dan murah dalam perawatan; Memiliki efisiensi dan kehandalan yang tinggi (lihat Tabel 1); Mampu bekerja pada rentang variasi debit yang lebar (lihat Tabel 1 ) .

Pada tabel 1 ditunjukkan perbandingan efisiensi turbin air jenis ulir Archimedes, turbin Kaplan (aksial), turbin Francis (sentrifugal) dan turbin Banki (cross flow) terhadap tingkat rendaman sudu dalam air. Tabel tersebut menunjukkan bahwa turbin ulir Archimedes mengungguli jenis turbin lain untuk seluruh kondisi rendaman. Efisiensi 25% dicapai pada tingkat rendaman 10%dan 87% pada tingkat rendaman 100%. Tabel 1. Perbandingan efisiensi berbagai jenis turbin air terhadap tingkat rendaman

Daya Bangkitan Sumber Energi Air Daya yang bisa dibangkitkan dari sumber energi air dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (1) berikut : P=ηρgHQ

(1)

Lambang huruf P mewakili potensi daya dalam satuan Watt (W), η

menunjukkan efisiensi konversi energi ditentukan oleh jenis turbin yang digunakan untuk memanfaatkan sumber energi air (0 < η < 1), ρ melambangkan massa jenis air (1000 kg/m3), g adalah percepatan gravitasi (9,81 m/s2) dan Q adalah debit air (m3/s) serta H adalah head air (m). Dimensi Turbin Ulir Geometri sebuah turbin maupun pompa ulir Archimedes ditentukan oleh dimensi luar dan dimensi dalam turbin (lihat Gambar 2).

Gambar 2. Profil turbin ulir 2 sudu. Keterangan : Ri : jari-jari dalam sudu ulir (0