1
1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam kemajauan teknologi sekarang ini banyak dibuat mesin-mesin inovatif dan tepat guna. Salah satu contoh dalam teknik mesin, terutama dalam bidang konversi energi dan pemanfaatan alam sebagai sumber energi. Diantaranya adalah pemanfaatan air yang bisa digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik. Mesin tersebut berupa turbin yang digerakkan oleh air yang disambungkan ke generator. Pada zaman dahulu air juga dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga listrik yaitu untuk menggerakkan generator yang menggunakan sebuah kincir air, tetapi sekarang ini kincir air sudah ditinggalkan dan digunakanlah turbin air. Ada beberapa jenis turbin air yang dapat di gunakan sebagai pembangkit listrik. Masing-masing turbin memiliki karakteristik yang berbeda-beda. Salah satu turbin yang memiliki keunggulan dibanding dengan turbin lain adalah turbin crosssflow. Turbin crossflow merupakan turbin yang paling banyak digunakan pada pembangkit listrik, terutama untuk mikrohidro. Pada jaman sekarang pengembangan turbin crossflow untuk mikrohidro terus dilakukan. Pengembangan tersebut tidak akan berjalan secara optimal jika pemahaman tentang turbin masih kurang, karenanya dibuatlah makalah ini untuk menambah wawasan, ilmu dan pengetahuan tentang turbin crossflow agar kedepannya pengembangan dapat terus di optimalkan.
2
1.2 Masalah atau Topik Bahasan Dari uraian pada latar belakang di atas, maka penulis merumuskan rumusan masalah atau topik pembahasan sebagai berikut: a.
Apa definisi dari turbin crossflow ?
b.
Bagaimana karakteristik dari turbin crossflow ?
c.
Apa saja komponen dari turbin crossflow ?
d.
Bagaimana cara kerja dari turbin crosssflow ?
e.
Apa saja kelebihan dari turbin crossflow ?
1.3 Tujuan Penulisan Makalah Sesuai dengan uraian rumusan masalah di atas, makalah ini di susun dengan tujuan sebagai berikut: a.
Untuk mengetahui apa definisi dari turbin crossflow.
b.
Untuk mengetahui karakteristik dari turbin crossflow.
c.
Untuk mengetahui apa saja komponen dari turbin crossflow.
d.
Untuk mengetahui cara kerja dari turbin crossflow.
e.
Untuk mengetahui kelebihan dari turbin crossflow.
1.4 Manfaat Manfaat pembuatan makalah ini adalah untuk menambah ilmu dan wawasan tentang turbin cross flow serta dapat digunakan sebagai bahan dasar atau pengetahuan dasar untuk melakukan pengembangan turbin cross flow kedepannya.
3
2 PEMBAHASAN 2.1 Definisi Turbin Crossflow Turbin crossflow adalah mesin konversi energi yang mengubah energi potensial dan energi kinetik air menjadi energi mekanik. Turbin cross flow merupakan salah satu turbin jenis impuls yang banyak dipakai pada listrik tenaga mikrohidro. Turbin crossflow merupakan jenis turbin yang dikembangkan oleh Anthony Michell (Australia), Donat Banki (Hongaria) dan Fritz Ossberger (Jerman). Karenanya turbin crossflow biasa disebut juga turbin banki. Michell memperoleh hak paten atas desainnya pada 1903. Turbin jenis ini pertama-tama diproduksi oleh perusahaan Weymouth. Turbin ini juga sering disebut sebagai turbin Ossberger, yang memperoleh hak paten pertama pada 1922. Perusahaan Ossberger tersebut sampai sekarang masih bertahan dan merupakan produsen turbin crossflow yang terkemuka di dunia. Nama cross flow diambil dari kenyataan bahwa air melintasi kedua sudu gerak atau runner dalam menghasilkan putaran (rotasi). Turbin ini mempunyai alat pengarah sehingga dengan demikian celah bebas dengan sudu-sudu di sekeliling roda hanya sedikit. (..........). Turbin cross flow ini mempunyai arah aliran yang radial atau tegak lurus dengan sumbu turbin.(...........) Turbin crossflow mempunyai runner yang berbentuk seperti drum yang mempunyai 2 atau lebih piringan paralel yang masing-masingnya dihubungkan oleh susunan sudu yang berbentuk lengkung. Dalam pengoperasian turbin crossflow ini sebuah nosel empat persegi mengarahkan pancaran air (jet) ke sepanjang runner. Pancaran air tersebut mendorong sudu dan memindahkan sebagian besar energi kinetiknya ke turbin. Pancaran air
4
tersebut lalu melewati runner dan kembali mendorong bagian sudu yang lain sebelum keluar dari runner, memindahkan sebagian kecil energi kinetiknya yang masih tersisa.
2.2 Karakteristik Turbin Crossflow Efisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi daripada daya guna atau efisiensi kincir air. Pemakaian jenis turbin crossflow 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 crossflow lebih kecil dan lebih kompak dibanding kincir air. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter turbin crossflow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. (........) Demikian juga daya guna atau efisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. 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 efisiensi turbin crossflow mencapai 82% ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya efisiensi turbin crossflow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudusudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada
5
sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal efektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistem pengeluaran air dari runner.
2.3 Komponen Turbin Crossflow
komponen-komponen utama turbin crossflow adalah sebagai berikut :
Runner Runner turbin adalah bagian yang berputar dari turbin. Runner ini terdiri dari poros, blade dan piringan atau disk. Runner adalah bagian paling penting dari turbin, dilengkapi dengan lempengan yang terbuat dari profil baja dengan metode yang sudah terbukti.
6
Kedua ujungnya dipasang dan di las pada bagian dalam ujung cakram dari runner tersebut. Runner dapat mempunyai lempengan sampai 37 buah tergantung dari ukuran turbin. Lempengan miring menciptakan sedikit kekuatan aksial, untuk itu pelumasan tidak diperlukan karena telah diperkuat oleh bantalan aksial. Lempengan pada runner yang lebar ditunjang oleh beberapa cakram. Sebelum instalasi akhir dari turbin, runner benar-benar diukur secara seimbang dan diuji untuk deteksi keretakan.
Rumah turbin Rumah turbin adalah bagian turbin yang merupakan tempat memasang bagian-bagian turbin lain, seperti poros atau runner, guide vane dan adapter.
Guide Vane Guide vane atau sering juga disebut sebagai distributor berfungsi untuk mengarahkan aliran air sehingga secara efektif meneruskan energinya ke blade atau rotor turbin. Dengan demikian energi kinetik yang ada pada pancaran air akan menggerakkan rotor dan menghasilkan energi mekanik yang seterusnya memutar generator melalui puli.
Base frame Base frame merupakan tempat atau rangka untuk meletakkan turbin. Biasanya pada PLTMH berkapasitas kecil, base frame turbin menyatu dengan base frame generator sehingga dudukan
7
turbin dan generator telah tertentu susunannya dan tidak berubahubah.
Bantalan/Bearing Turbin crossflow dilengkapi dengan bantalan rol serta dengan beberapa keunggulan seperti putaran dengan daya aus rendah dan pemeliharaan yang sederhana. Desain dari rumah bantalan mencegah kebocoran air ke dalam bantalan dan kontak dengan pelumas. Ini adalah kualitas terpenting dari desain paten dari rumah bantalan turbin crossflow kami. Selain itu, bantalan ini juga dipergunakan pada kipas yang berpusat pada turbin. Pada setiap penemuan solusi teknis selalu dilengkapi elemen penyegelan yang bebas perawatan. Selain penggantian pelumas setiap tahun, bantalan tidak memerlukan perawatan apapun. Selain itu, solusi teknis yang digunakan memungkinkan penggantian sederhana dari kipas tanpa mengeluarkan seluruh turbin keluar dari posisinya.
Draft tube Turbin crossflow dilengkapi dengan bantalan rol serta dengan beberapa keunggulan seperti putaran dengan daya aus rendah dan pemeliharaan yang sederhana. Desain dari rumah bantalan mencegah kebocoran air ke dalam bantalan dan kontak dengan pelumas. Ini adalah kualitas terpenting dari desain paten dari rumah bantalan turbin crossflow kami. Selain itu, bantalan ini juga dipergunakan pada kipas yang berpusat pada turbin. Pada setiap penemuan solusi teknis selalu dilengkapi elemen penyegelan yang
8
bebas perawatan. Selain penggantian pelumas setiap tahun, bantalan tidak memerlukan perawatan apapun. Selain itu, solusi teknis yang digunakan memungkinkan penggantian sederhana dari kipas tanpa mengeluarkan seluruh turbin keluar dari posisinya.
2.4 Cara Kerja Turbin Crossflow Turbin crossflow terdiri dari dua bagian mesin utama hirodinamika yaitu runner yang berputar dan nosel yang diam. Runner terbuat dari dua atau lebih lempengan plat berbentuk lingkaran yang digabungkan dengan susunan sudu-sudu turbin air atau inter blade sehingga membentuk lingkaran dengan susunan sudu yang mengelilingi lempengan plat tersebut. Cara kerja turbin crosflow sangat sederhana tapi berbeda dengan turbin pelton, dimana setiap inter blade turbin crossflow terjadi dua kali tumbukan. Terdapat hubungan antara bentuk sudu, lebar sudu turbin, ketebalan semburan air, jarak antara sudu dan diameter roda sehingga di butuhkan analisis yang jelas. Dalam pengoperasian turbin cross flow ini sebuah nosel empat persegi mengarahkan pancaran air (jet) ke sepanjang runner. Aliran air akan memutar runner dan menghasilkan energi kinetik yang akan memutar poros turbin (IMIDAP, 2009). Pancaran air tersebut mendorong sudu dan memindahkan sebagian besar energi kinetiknya ke turbin. Pancaran air tersebut lalu melewati runner dan kembali mendorong bagian sudu yang lain sebelum keluar dari runner, memindahkan sebagian kecil energi kinetiknya yang masih tersisa.
9
2.5 Kelebihan Turbin Crossflow Keunggulan-keunggulan turbin crossflow ini dibandingkan dengan jenis turbin lainnya adalah sebagai berikut :
Turbin crossflow yang merupakan jenis turbin impul harganya lebih murah dari turbin reaksi karena tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti.
Kisaran operasi turbin crossflow cukup fleksibel pada berbagai head dan debit, khususnya untuk daya sampai 1 MW.
Desain turbin crossflow lebih fleksibel, dimana untuk kisaran debit dan head yang berbeda ukuran diameter turbin air tetap sama, manufakturer tinggal mengatur lebar turbin dan transmisi mekanik yang sesuai. Dengan demikian memungkinkan untuk produksi massal tanpa harus memesan desain khusus.
Pengaturan efisiensi yang tetap tinggi pada debit rendah turbin crossflow mempunyai keunggulan dimana dapat diatur agar agar efisiensinya tetap tinggi meskipun aliran air yang mengalir sangat kecil sekali, misalnya hanya seperempat atau 25% dari debit aliran penuh. Hal tersebut dapat dilihat pada diagram pada gambar berikut dimana runner turbin crossflow tersebut dilengkapi piringan (disc) ditengah-tengah piringan yang ada, sehingga runner turbin menjadi 3 (tiga) bagian. Jika aliran air (debit) yang ada sedang rendah, maka air dapat dialirkan hanya pada dua pertiga
10
maupun sepertiga dari runner, dengan demikian efisiensinya turbin secara keseluruhan tetap tinggi meskipun aliran air yang ada hanya sebesar 25% debit nominal.
Kisaran operasi yang luas Turbin crossflow ini banyak dipakai pada PLTA skala kecil dengan kisaran head yang sama (overlapping) dengan turbin jenis Kaplan, Francis dan Pelton. Kisaran operasinya meliputi debit antara 20 liter sampai 10 m3 per detik, serta head antara 1 sampai 200 meter. Turbin crossflow ini selalu mempunyai sumbu runner yang horizontal.
Proses fabrikasi dan pemeliharaan turbin crossflow mudah dan murah. Turbin crossflow merupakan turbin air jenis impuls yang berbeda dengan turbin reaksi (Francis, Propeller dan Kaplan) tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti. Dengan sifat-sifat tersebut turbin ini lebih gampang difabrikasi dan dipelihara, misalnya untuk memperbaiki (disassembling) bagian yang berputar (runner) tidak memerlukan teknisi dan peralatan yang khusus.
3 PENUTUP 3.1 Kesimpulan Turbin crossflow adalah salah satu turbin jenis impuls yang banyak dipakai pada listrik tenaga mikrohidro. Komponen penyusun turbin crossflow
11
diantaranya : runner, bantalan, guide vane, rumah turbin, base frame, dan draft tube. Turbin crossflow memiliki beberapa kelebihan yang menjadikannya sebagai mesin konversi energi yang banyak digunakan sebagai pembangkit listrik, seperti kisaran operasi turbin crossflow dan desain turbin cukup fleksibel pada berbagai head dan debit, kisaran operasi yang luas dan pengaturan efisiensi yang tetap tinggi pada debit yang rendah. REFERENSI CINK HYDRO-ENERGY K.S. 2013. Turbin Crossflow, (Online), (http://cink-hydro-energy.com/id/turbin-crossflow/) Fadhil. 2009. Penggunaan Turbin Crossflow Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro, (Online), (http://fadhilsttpln07.blogdetik.com/2009/04/29/penggunaan-turbin-crossflow-pada-pembangkit-listrik-tenaga-mikrohidro) Asep. 2009. Karakteristik Turbin Crossflow, (Online), (https://aseppadang.wordpress.com/2009/06/21/karakteristik-turbincrossflow/)
