Mesin mesin-fluida-turbin-air

MESINMESIN--MESINMESIN
FLUIDAFLUIDA
TURBIN AIRTURBIN AIR
THSTHS
Student of Mech. Eng. Dept.Student of Mech. Eng. Dept.
Gadjah Mada UnivesityGadjah Mada Univesity

TURBIN AIR
Turbin air mengubah energi kinetik
dan potensial dari air menjadi tenagadan potensial dari air menjadi tenaga
mekanik. Energi kinetik dari air tergantung
dari massa dan ketinggian air. Sementara
ene gi potensial te gant ng da i j mlah aienergi potensial tergantung dari jumlah air
dan ketinggian.
Diklasifikasikan sebagai berikut :
a. Jumlah air yang melimpah dan head tinggi
b Jumlah air yang sedikit dan head tinggib. Jumlah air yang sedikit dan head tinggi
c. Jumlah air yang melimpah dan head rendah
d. Jumlah air sedikit pada head rendah
THSTHS

KLASIFIKASI DARI TURBIN
1. Berdasarkan gerak air pada sudu yang bergerak
a. Turbin Impul :
E i t k l h di b h j di iEnergi tekanan seluruhnya diubah menjadi energi
kinetik, air menumbuk sudu pada tekanan atmosfer
sehingga tidak ada perubahan tekaanan antara inlet dangg p
outlet. Turbin ini juga disebut sebagai “ Velocity Turbine”
b. Turbin reaksi :
k b d k k d l dBekerja berdasarkan tekanan pada inlet dan
outlet dari turbin “pressure turbin” energi
kinetik dan tekanan memutar sudu
turbin
THSTHS

2. Berdasarkan nama penemu
• Pelton wheel, Turgo, Girard, Banki T. Impuls
• Francis, Kaplan, Thomson T. Reaksi
3. Berdasarkan Head dan jumlah air yang tersedia :
•High head ( >200m ) jumlah air sedikit
contohnya : turbin impuls ( Pelton)
•Medium head ( 30 200m ) jumlah air sedang•Medium head ( 30-200m ), jumlah air sedang ,
contohnya : turbin reaksi (Francis)
•Low Head ( <30m ), jumlah air besar
contohnya : turbin reaksi ( Kaplan, turbin propeller )
THSTHS

4. Berdasarkan posisi poros :
ib d k j di d iDibedakan menjadi dua yaitu
• mendatar (pelton) dan
• vertikal (Kaplan, francis)( p , )
5. Berdasarkan arah aliran dalam runner :
a. Radial flow : air yang mengalir dalam arah radial
(inward / outward).
b. Tangensial flow : air mengenai runner dalam arah
tangensial contohnya turbin Pelton.
c. Axial flow : air masuk dan keluar runner / porosc. Axial flow : air masuk dan keluar runner / poros
turbin.
d. Mixed flow : air masuk radial dan keluar aksial.
THSTHS

6. Kecepatan Spesifik :
Kecepatan spesifik ialah dasar untuk menentukan
besaran-besaran selanjutnya. Jadi untuk mendapatkan
tinggi air jatuh yang maksimum, jumlah sudu rodatinggi air jatuh yang maksimum, jumlah sudu roda
turbin, perbandingan b/D ( lebar roda/Diameter roda ),
randemen yang diharapkan, kondisi kerja turbin.
Kecepatan spesifik ini sangat penting untukKecepatan spesifik ini sangat penting untuk
konstruktor, sebab jika kita mengetahui kecepatan
spesifik maka secara garis besar dapat diketahui pula
kondisi turbin secara keseluruhan
Turbin air berdasarkan kecepatan spesifiknya :
1. 10 – 35 : Turbin Pelton (single jet)1. 10 35 : Turbin Pelton (single jet)
10 – 50 : Turbin Pelton ( double jet)
2. 50 – 300 : Turbin Francis
3 300 1000 : Turbin Kaplan
THSTHS
3. 300 – 1000 : Turbin Kaplan

TURBIN PELTON
Turbin ini pertama kali ditemukan oleh insinyur dari
Amerika yaitu Lester A. Pelton pada tahun 1880.
turbin ini dioperasikan pada head sampai 1800 mturbin ini dioperasikan pada head sampai 1800 m,
turbin ini relatif membutuhkan jumlah air lebih sedikit
dan biasanya porosnya dalam posisi mendatar.
Air mengalir dalam “penstock”( pipa pesat ),
sampai ujung bawah masuk nosel ( energi
kinetic naik ), keluar mengenai sudu-sudu (
yang terpasang pada “runner”).
Pengaturan jumlah air dapat dengan regulator /
governor (untuk instalasi yang besar) ataugovernor (untuk instalasi yang besar) atau
dengan tangan /manual (instalasi yang kecil)
THSTHS

Komponen Utama dari pelton
1. Nozzle, Energi tekanan dari air
pada reservoir sewaktu melewati
penstock sebagian dirubah menjadipenstock sebagian dirubah menjadi
energi kinetik dan energi kinetik ini
makin lama meningkat oleh karena
nozzle pada tekanan atmosfer padanozzle pada tekanan atmosfer pada
casing.
Ketika air menabrak buckets maka dihasilkan energi mekanik. Untuk
turbin dengan kapasitas yang kecil menggunakan single jet. Dan untuk
turbin yang memproduksi tenaga besar, jumlah jet harus lebih banyak.
THSTHS

2. Buckets, buckets dari pelton
wheel mempunyai bentuk double
hemispherical cup.Pancaran dari
air yang datang mengenai bucket
bagian tengah yang ada
i h t b i j di dpemisahnya terbagi menjadi dua
bagian dan setelah meluncur pada
pemukaan bagian dalam bucket
berubah 160 sampai 170 laluberubah 160 sampai 170 lalu
meninggalkan bucket.Buckets
Buckets ini terbuat dari cast iron (head rendah), Cast steel atau dari
stainless steel (head tinggi). Permukaan bagian dalam di poles( gg ) g p
sedemikian rupa untuk menghindari gesekan yang besar.
THSTHS

3. Casing. Berfungsi untuk menghindari deburan air, serta untuk
hk i k t il d b i kmengarahkan air ke tail race dan sebagai keamanan.
4. Rem Hidrolik. Untuk menghentikan turbin, walaupun pancaran air
telah berhenti, runner tetap akan berputar untuk waktu yang lama.
Untuk menghentikannya diperlukan rem nozzle yang kecil, dimana
arah air dari rem ini berlawanan arah dengan putaran runner.
THSTHS

Kerja oleh Pelton Wheel.
V = Kecepatan horizontal jet
u = kecepatan dari bucket di inlet
D = Diameter dari pitch circle
Vr &Vr1 = Kecepatan relative pada inlet dan outlet
Vf1 = Kecepatan sekeliling aliran pada outlet
V K t t d tl tVw1 = Kecepatan putaran pada outlet
Φ = Sudut dari bucket pada outlet dengan tangent
U1 = Kecepatan sekeliling dari outlet
U = u karena inlet dan outlet bucket punya jarak yangU1 = u, karena inlet dan outlet bucket punya jarak yang
sama dari pusat poros
V1 = Kecepatan Abs. air pada outlet dan membentuk
sudut β dengan wheel tangentsudut β dengan wheel tangent
THSTHS

(1) Inlet velocity diagram
Ketika air masuk secara tangensial karena itu pada
di k t dit j kk i l ti bdiagram kecepatan ditunjukkan garis lurus seperti gambar
diatas. θ = 0 dan β = 0
Vr = V – u
V = V = gH2Vw = V =
Vf = 0
gH2
(2) Outlet velocity diagram
Sewaktu air melewati permukaan melengkung dari
bucket, Vr1 <<< Vr mengacu pada kerugian gesek dang p g g
oleh karena itu Vr1 = kVr, akan tetapi secara umum rugi
gesek ini diabaikan.
Vr1 = Vr
Dan Vw1 = Vr1 cos Φ - u1
Vw1 = Vr1 cos Φ – u
THSTHS

(3) Kerja yang dilakukan
Ketika Vwt ialah –ve , maka kerja oleh Pelton wheel
= sec/11
kg
g
uV
g
uV ww
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
Tetapi u1 = u1
Jadi kerja =
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧ −Φ
+
g
uuV
g
uV rw )cos(
⎭⎩ gg
= [ ]
g
uuuV
g
uV Φ−
+
cos)(.
gg
g
uV . ( )
g
uuuV 2
cos −Φ−
= =
= ( ) ( )[ ]Φ−+− cosuVuV
g
u
= ( )( )Φ+− cos1uV
g
u
THSTHS

(4) Eff. Hidrolik η
/DW
=
sec/..
sec/..
darijetEK
DW
ηh =
( )( )
V
uV
g
u
cos1
2
Φ+−
=
( )( )
2
cos12
V
uVu Φ+−
g
V
2
V
Untuk mencari kondisi maksimum ηh diturunkan terhadap u = nolη p
du
dη ( )( ) 0
cos12
2
2
=
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧ Φ+−
V
uVu
du
d
=
( )( )
2
cos122
V
uV Φ+−
= 0
THSTHS
V = 2u

(5) Effisiensi Maximum.
( )( )122 Φ+( )( )
2
4
cos122
u
uuu Φ+−
=
= ( )Φ+ cos1
2
1
Effisiensi maximum = 100% atau 1 ketika Φ = 0˚, akan tetapi
kenyataan tidak mungkin tercapai untuk mencapai Φ = 0˚.
Effisiensi maximum berkisar 90% 95%Effisiensi maximum berkisar 90% - 95%
THSTHS

Jumlah bucket dari Pelton Wheel
Z = Jumlah Bucket
R = Mean radius dari bucket
γ = Sudut antaraγ Sudut antara
2 bucket
d = Dia. dari jet
Depth dari bucket = 1,2 d
Ketika posisi bucket seperti gambar,
bucket 2 telah mencapai posisi P dan
d h l l h b k dyang terdahulu ialah bucket 1 pada Q
diatas P, bagian air mengenai bagian
kanan bucket 2 kemudian menumbuk
bucket 1bucket 1.
ketika kecepatan dari jet mencapai 2 kali kecepatan dari bucket, maka posisi
P akan berubah ke S dan pada waktu yang sama bucket Q berubah ke posisi
THSTHS
S

Mengacu pada ΔOPQ
1
OP =
2
1
+B depth of bucket =R + 0,6 d
OQ =
2
1
+R dia of jet = R + 0,5 d
2
Cos γ =
dR
dR
6,0
5,0
+
+
….1,
Dari persamaan 1 sudut dari γ dapat ditentukan dan jumlah dari bucket,
360
Z =
γ
Z =
Hubungan empiris untuk jumlah bucket
⎞⎛ D
Z = 155,0 +⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
d
D
D
Z =
d
D
4,5
THSTHS
dimana
d
ialah jet rasio

Working Proporsion
(1) k t k lili d i h l(1) kecepatan sekeliling dari wheel,
gH244,0 gH246,0u = to
rasio
gH
u
2
sebagai rasio kecepatan = 0,44 – 0,46
(2) Sudut bagian ujung dari bucket Φ =10˚ sampai 20˚
(3) Rasio D/d ialah jet rasio ( 11 sampai 18)
(4) Lebar dari bucket = 3d sampai 5d
(5) Kedalaman bucket = 1,2 d
⎞⎛ D
(6) Jumlah dari bucket, Z = 155,0 +⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
d
D
THSTHS

Effisiensi dari Pelton Wheel
(a) Effisiensi hidrolis
VV
2
2
1
2−
ηH =
H
g2
ialah hidrolis input nosel. Jika CV = 1 maka H =
V
2
2
g2
dapat juga ηH =
( ) 75/
2
2
1
2
WH
g
VV
W
−
75
WH
catatan : input turbin
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−=
− uVuVVV ww 11
2
1
2
2 ⎟
⎠
⎜
⎝ ggg2
THSTHS

(b) effisiensi mekanik
ηmech = kerja poros / kerja oleh wheel
= S.H.P atau B.H.P / H.P dari wheel/
= ( )
75
..
11uVuV
g
W
PHB
ww −
75g
(c) effisiensi keseluruhan ηO = ηH X ηmech
THSTHS

Tipe lain dari turbin impuls
(a) Turbin Jonval
Merupakan turbin dengan aliran aksial. Terdiri dari 1 buah horizontal
ring moving blade. Air diarahkan oleh ring ini. Arah aliran air dikontrol
oleh horizontal sluice.
Turbin Jonval
THSTHS

(b) Turbin Girard
Mempunyai 2 tipe : (i) aksila
fl (ii) di l fl Di k t k h dflow (ii) radial flow. Digunakan untuk head
500 m dan mempunyai effisiensi
keseluruhan 75%. Turbin ini mirip dengan
turbin jonvalturbin jonval.
Turbin Girard
(c) Turbin Turgo
Dipergunakan untuk head 280 m dan
kecepatan 2000 r p m Pada turbin tipe inikecepatan 2000 r.p.m . Pada turbin tipe ini
air disuplai ke runner melalui nosel. Turbin
tipe ini mempunya runner dengan diameter
kecilkecil.
THSTHS
Turbin Turgo

d) Turbin Banki
M k t bi d li di l S ti d bMerupakan turbin dengan aliran radial. Seperti pada gambar
air datang dari nosel N, kemudian menumbuk sudu A dan setelah
melakukan kerja, kemudian menabrak sudu B, lalu meninggalkan turbin.
Turbin ini mempunyai tingkat effisiensi 80 90 %Turbin ini mempunyai tingkat effisiensi 80 – 90 %
Turbin Banki
THSTHS

Mesin mesin-fluida-turbin-air

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (19)

Viewers also liked

Viewers also liked (7)

Similar to Mesin mesin-fluida-turbin-air

Similar to Mesin mesin-fluida-turbin-air (20)

Mesin mesin-fluida-turbin-air