Turbin air dan turbin gas merupakan jenis penggerak utama (prime mover) yang digunakan untuk mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik melalui generator. Turbin air terdiri atas turbin Pelton, Francis, Kaplan, sedangkan turbin gas menggunakan udara yang dikompresi, dibakar dan dipanaskan sebelum diputar oleh gas panas hasil pembakaran.

1. TUGAS DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK
Memahami Konsep Penggerak Mula (Prime Mover)
Dalam Sistem Pembangkit Tenaga Listrik
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS LANCANG KUNING
PEKANBARU
2012
ISTANA SEMBIRING
12.20201.164

2. Fungsi & manfaat
 Memahami potensi peralatan/sistem energi mekanik
sehingga dapat di konversi menjadi energi listrik melalui
prime mover pada pembangkit tenaga listrik
 Mengetahui sistem konversi energi mekanis untuk
memutar rotor pada generator.
 Mengkorversi energi mekanik menjadi energi listrik,
dengan cara mengubah potensi energi mekanik dari uap,
air, angin, gas & diesel, untuk menggerakkan atau
memutar shaft pada turbin yang tersambung dengan
generator, kemudian dengan putaran rotor pada
generator akan menghasilkan energi listrik.

3. TURBIN
1. TURBIN AIR
Turbin Air dapat di klasifikasikan sbb:
A. Berdasarkan Model Aliran Air Masuk (Runner)
1. Turbin Aliran Tangensial
Pada kelompok turbin ini posisi air masuk
(runner) dengan arah tangensial atau tegak
lurus dengan poros runner mengakibatkan
runner berputar.
Contohnya:
a. Turbin Pelton
b. Turbin Cross-Flow (Banki)

4. Turbin pelton digolongkan ke dalam jenis turbin
impuls atau tekanan sama. Karena selama mengalir di
sepanjang sudu-sudu turbin tidak terjadi penurunan
tekanan, sedangkan perubahan seluruhnya terjadi pada
bagian pengarah pancaran atau nosel.
Energi yang masuk ke roda jalan dalam bentuk
energi kinetik. Pada waktu melewati roda turbin, energi
kinetik dikonversikan menjadi kerja poros dan sebagian
kecil energi terlepas dan sebagian lagi digunakan untuk
melawan gesekan dengan permukaan sudu turbin.
Turbin pelton biasanya berukuran besar. Hal ini
dapat dimaklumi karena dioperasikan pada
tekananyang tinggi danperubahan momentum yang
diterima sudu-sudu sangat besar, dengan sendiri
struktur turbin harus kuat.
a. Turbin Pelton

5. a. Turbin Pelton
• Turbin pelton terdiri dari
dua bagian utama yaitu :
- Nosel
-Roda jalan.
• Nosel mempunyai
beberapa fungsi yaitu:
- Mengarahkan
pancaran air ke sudu
turbin.
- Mengubah tekanan
menjadi energi kinetik.
- Mengatur kapasitas air
yang masuk turbin.Gambar Turbin Pelton

6.  Jarum yang berada pada nosel bertujuan untuk
mengatur kapasitas dan mengkonsentrasikan air yang
terpancar di mulut nosel. Panjang jarum sangat
menentukan tingkat konsentrasi air, makin panjang
jarum air makin terkonsentrasi.
 Untukturbin pelton dengan daya kecil, debit bisa diatur
dengan hanya menggeser kedudukan jarum sudu.
Untuk instalasi yang lebih besar harus menggunakan
dua buah sistem pengaturan atau lebih,
 Tujuan pengaturan ini adalah untuk menghindari
terjadinya tekanan tumbukan yang besar dalam pipa
pesat yang timbul akibat penumpukkan nosel secara
tiba-tiba ketika beban turbin berkurang dengan tiba-tiba.
 Untuk mengurangi putaran turbin pada kondisi atas,
pembelokkan pancaran akan berayaun kedepan jarum
nosel terlebihdahulu sehingga pancaran air dari nosel
berbelok sebagian.
a. Turbin Pelton

7. Roda jalan berbentuk pelek (rim) dengan sejumlah
sudu di sekelilinnya. Pelek ini dihubungkan dengan
poros dan seterusnya menggerakkan generator.
Sudu turbin pelton berbentuk elipsoida yang dibuat
dengan bucket (sudu) dan di tengahnya mempunyai
splitter (pemisah air). Bentuk sudu sedemikian
dimaksudkan supaya bisa membalikkan putaran air
dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya
samping.
a. Turbin Pelton

8. Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jenis turbin aksi
(impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh
seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun
1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman
Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin
Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A.,
1960).
Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan dibanding
dengan pengunaan kincir air maupun jenis turbin mikro hidro
lainnya. Penggunaan turbin ini untuk 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 dan lebih
kompak dibanding kincir air. Diameter kincir air yakni roda jalan atau
runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-
Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang
dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah.
Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih
tinggi dari pada daya guna kincir air.
b. Turbin Cross-Flow (Banki)

9. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh
pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang
menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari
jenis yang paling unggul sekalipun hanya
mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-
Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ).
Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat
pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan
dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada
sudu-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 ternyata memberikan
keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi
dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air
dari runner.
b. Turbin Cross-Flow (Banki)

10. b. Turbin Cross-Flow (Banki)
Gambar Turbin Cross-Flow

11. 2. Turbin Aliran Aksial
Pada turbin ini air masuk (runner)dan keluar runner sejajar
dengan poros runner,
Turbin Kaplan(Propeller ) adalah salah satu contoh dari tipe
turbin ini.
• Turbin Kaplan
Cara kerja Turbin Kaplan ini 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. 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
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 pada beban tidak
penuh turbin kaplan mempunyai efisiensi paling tinggi, hal
ini dikarenakan sudu-sudu turbin kaplan dapat diatur menyesuaikan
dengan beban yang ada.
TURBIN

12. Turbin Kaplan (Proppeler)
Gambar Turbin Kaplan (Proppeler)

13. 3. Turbin Aliran Aksial-Radial
Pada turbin ini air masuk ke dalam runner secara radial dan keluar
runner secara aksial sejajar dengan poros. Turbin Francis adalah
termasuk dari jenis turbin ini.
• Turbin Francis
Konstruksi turbin terdiri dari dari sudu pengarah dan sudu
jalan, dan kedua sudu tersebut, dan semuanya terendam di dalam
aliran air. Air pertama masuk pada terusan berbentuk rumah keong.
Perubahan energi seluruhnya terjadi pada sudu pengarah dan sudu
gerak. Aliran air masuk ke sudu pengarah dengan kecepatan semakin
naik degan tekanan yang semakin turun sampai roda jalan, pada roda
jalan kecapatan akan naik lagi dan tekanan turun sampai di bawah 1
atm. Untuk menghindari kavitasi, tekanan harus dinaikan sampai 1 atm
dengan cara pemasangan pipa hisap.
Pengaturan daya yang dihasilkan yaitu dengan mengatur
posisi pembukaan sudu pengarah, sehingga kapasitas air yang masuk
ke roda turbin dapat diperbesar atau diperkecil. Turbin francis dapat
dipasang dengan poros vertikal dan horizontal .
TURBIN

14. Turbin Francis
Gambar Turbin Francis

15. Turbin Francis
Gambar Turbin Francis

16. B. Berdasarkan Perubahan Momentum Fluida Kerjanya.
Dalam hal ini turbin air dapat dibagi atas dua tipe yaitu :
1. Turbin Impuls.
Semua energi potensial air pada turbin ini dirubah menjadi menjadi
energi kinetis sebelum air masuk/ menyentuh sudu-sudu runner oleh
alat pengubah yang disebut nozel. Yang termasuk jenis turbin ini antara
lain : Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.
2. Turbin Reaksi.
Pada turbin reaksi, seluruh energi potensial dari air dirubah menjadi
energi kinetis pada saat air melewati lengkungan sudu-sudu pengarah,
dengan demikian putaran runner disebabkan oleh perubahan
momentum oleh air. Yang termasuk jenis turbin reaksi diantaranya :
Turbin Francis, Turbin Kaplan dan Turbin Propeller.
TURBIN

17. 2. TURBIN GAS
• Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas
Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk
udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan
tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat.
Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam
ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara
mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses
pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan
sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan
temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas
melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut
ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut
digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban
lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas
tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).
TURBIN

18. Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas
adalah sebagai berikut:
1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke
dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan
mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran
dikeluarkan lewat saluran pembuangan.
Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap
terjadi kerugiankerugian yang dapat menyebabkan turunnya
daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada
menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian
tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas.
TURBIN GAS

19. TURBIN GAS

20. KINCIR
1. KINCIR AIR
Dari perumusan Bernouli, menunjukkan bahwa daya air dari
suatu aliran mempunyai bentuk energi yang berbeda-beda. Pada
proses peralihan keseimbangan energi antara energi masuk ke mesin
tenaga disatu pihak dengan energi mekanis yang dapat diteruskan oleh
mesin tenaga ditambah energi yang ikut ke luar bersama-sama air
buangan dipihak lain.
Dari persamaan tersebut, suku sebelah kanan adalah jumlah energi
yang dipakai oleh sudu jalan turbin untuk diubah menjadi energi
mekanis.

21. KINCIR AIR
Gambar Kincir Air

22. Pada gambar diatas adalah gambar kincir air.
Kincir air adalah jenis turbin air yang paling kuno, sudah sejak lama
digunakan oleh masyarakat. Teknologinya sederhana, material kayu
dapat dipakai untuk membuat kincir air, tetapi untuk opersi pada tinggi
jatuh air yang besar biasanya kincir air dibuat dengan besi. Kincir air
bekerja pada tinggi jatuh yang rendah biasanya antar 0,1 m sampai 12
meter, dengan kapasitas aliran yang berkisar antara 0,05 m3/dtk
sampai 5 m3/dtk. Dari data tersebut pemakai kincir air adalah di daerah
yang aliran airnya tidak besar dengan tinggi jatuh yang kecil. Putaran
poros kincir air berkisar antara 2 rpm sampai 12 rpm.
KINCIR AIR

23. 2. KINCIR ANGIN
• Sejarah penggunaan kincir angin.
Kincir angin pada asasnya digunakan melakukan kerja-
kerja pemotongan. Mata pisau (kipas yang berputar laju) ,
yang akan mengisar sebarang objek yang keras seperti
kayu, batu dan sebagainya. Bentuknya bukan seperti
diatas, lain sedikitlah.
Belanda/Netherlands (the orange!) merupakan negara
yang menggunakan kincir angin sebagai untuk melindingi
negara itu dari ditenggelami air, sebab negara mereka
sudah berada diparas bawah laut dan banyak daerahnya
yang termasuk dalam aliran-aliran sungai.
KINCIR

24. Ciri-ciri kincir angin.
Kebanyakan turbin-turbin angin moden mempunyai tiga mata
pisau , dan beroperasi menghadapi angin. Menara-menara yang
tinggi mencapai aliran udara kuat yang malar. Angin bertukar
mata pisau. yang mana memutarkan sebuah lubang, yang
dihubungkan kepada sebuah penjana dan membuat bekalan
elektrik. Mata pisau adalah dikawal jadi bendalah ini sentiasa
pusing di kadar sama. Besar, turbin cekap boleh menjana
sehingga 3.6 megawatt setiap. Satu megawatt ada cukup
menyediakan kuasa untuk kira-kira 300 atau lebih banyak untuk
satu keluarga.
KINCIR ANGIN

25. KINCIR ANGIN

26. Fungsi:
Menurut fungsinya, kincir angin dibagi menjadi dua jenis iaitu kincir
angin untuk kepentingan industri dan kincir angin untuk penyaluran
air.
a. Industri
Kincir angin untuk kepentingan industri terdapat banyak
jenisnya dan mereka diberi nama sesuai dengan penggunaan mereka,
contohnya kincir angin untuk menggergaji (sawmill red.) atau kincir
angin untuk menggiling jagung (cornmill red.). Jenis kincir angin yang
paling tua adalah kincir angin standar (standardmolen atau postmill
dalam bahasa English). Kincir angin ini dapat menangkap dan
mengalihkan banyak angin dan terlebih lagi dengan kincir air yang
terpasang di dalamnya, dapat membantu proses pengalihan dan
pengeringan air lebih cepat. Oleh sebab itu, kincir angin seperti ini
banyak dibuat dekat Belanda, ia bermanfaat sekali untuk proses
pengalihan angin dan air. Kalau ikutkan, masih banyak jenis-jenis lain
dari kincir angin, seperti contohnya kincir angin kecil (wipmolen, red.)
dan menara kincir angin (torenmolen).
KINCIR ANGIN

27. Kincir angin juga digunakan untuk membantu proses irigasi
(pemotongan), menggiling hasil panen(tuai), dan juga digunakan
sebagai medan informasi (mesej) : Contohnya kalau-kalau ada anggota
keluarga si pemilik kincir angin mati, maka posisi kincir akan
menyimpang dari biasanya. Fungsi dari kincir angin pun sekarang
bertambah, antara lain untuk mengalihkan air dan angin, mengasah
kayu, memproduksi kertas, mengeluarkan minyak dari biji, dan
sebagainya.
b. Sebagai penjana kuasa elektrik.
Penjana yang elektrik bekerja di kincir angin cukup banyak
(mengunakan dynamo). Magnet dilampirkan aci dikelilingi oleh gegelung
dawai. Sebagai aci berputar, berputar magnet, yang mewujudkan
medan magnet yang bergerak dalam wayar. Medan magnet yang
bergerak menghasilkan arus elektrik yang bergerak dalam wayar, yang
kemudiannya boleh digunakan untuk membantu cahaya lampu dan
perkakas kuasa.
c. Penyaluran air.
Ia juga memudahkan proses pengaliran air untuk tanaman
seperti padi sawah, jagung dan sayur-sayuran yang memerlukan
kuantiti air yang banyak. Yang penting ialah cara penyusunan bangunan
kincir angin itu dan sistem perparitan yang tersusun.
KINCIR ANGIN

28. Prime Mover (Penggerak Mula) merupakan peralatan yang
mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang
diperlukan untuk memutar rotor. Satu hal yang sama dari
beberapa jenis pembangkit tenaga listrik tersebut yaitu
semuanya sama-sama berfungsi merubah energi mekanik
menjadi energi listrik, dengan cara mengubah potensi
energi mekanik dari air, uap, gas, panas bumi, nuklir,
kombinasi gas dan uap untuk menggerakkan atau
memutar turbin yang porosnya dikopel dengan generator
selanjutnya dengan sistem pengaturannya generator
tersebut akan menghasilkan daya listrik.
KESIMPULAN

29. TERIMA KASIH