5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Umum Tentang Turbin Air

Turbin air adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi kinetik dari

arus air. Turbin air dikembangkan dan digunakan secara luas untuk tenaga industri

sebelum adanya jaringan listrik. Sekarang turbin air digunakan untuk pembangkit

tenaga listrik. Jenis turbin air paling sering digunakan adalah waterwheel, pertama

kali digunakan oleh orang yunani dan dipergunakan luas pada abad pertengahan di

Eropa. Selanjutnya berangsur – angsur muncul berbagai jenis turbin air seperti

turbin pelton yang ditemukan oles Lester A. Pelton pada abad ke-19 dan turbin

Kaplan yang ditemukan oleh Viktor Kaplan pada abad ke-20 (Dixon & Hall, 2010)

2.2 Jenis – Jenis Turbin

Pada umumnya turbin air dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis dilihat dari

kerja turbin dalam mengubah tinggi jatuh yaitu,

1. Turbin impuls

2. Turbin reaksi

2.2.1 Turbin Impuls

Pada turbin impuls, air dengan tinggi jatuh tertentu drubah menjadi energi

kinetik oleh nozzle. Keluar dari nozzle, pancaran air menumbuk sudu dan

memutar poros kemudian mengalir dengan tekanan konstan. Beberapa jenis

turbin yang termasuk turbin impuls seperti turbin turgo, turbin pelton dan

turbin crossflow.

6

2.2.2 Turbin Reaksi

Turbin reaksi bekerja dengan memanfaatkan perbedaan tekanan masuk dan

keluar turbin. Pada sisi masuknya tekanan sebanding dengan energi kinetik.

Pada saat fluida melewati sudu turbin, energi tekanan dan energi kinetiknya

dirubah menjadi energi mekanis dan secara bertahap tekanan yang keluar dari

turbin berkurang. Jenis – jenis turbin reaksi diantaranya turbin francis dan

turbin propeller

2.3 Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kekurangan dan

kelebihan dari jenis – jenis turbin. Pemilihan jenis turbin tahap awal dapat

dilakukan dengan mempertimbangkan faktor – faktor yang mempengaruhi sistem

operasi turbin, yaitu :

a. Tinggi jatuh efektif dan debit air yang akan dimanfaatkan merupakan faktor

utama dalam pemilihan jenis turbin.

b. Faktor daya yang diinginkan berkaitan dengan tinggi jatuh dan debit air

yang tersedia.

c. Faktor kecepatan putaran turbin yang akan ditransmisikan.

Ketiga faktor diatas sering digunakan untuk menentukan kecepatan spesifik

turbin. Pemilihan jenis turbin dapat dilakukan dengan melihat grafik karakteristik

hubungan antara tinggi jatuh net (m) dan debit aliran (m³/s) agar didapatkan jenis

turbin yang cocok sesuai kondisi pengoperasiannya.

7

2.4 Turbin Pelton

Turbin Pelton merupakan turbin reaksi dimana pancaaran air menembak

roda yang terdapat sejumlah mangkok. Pancaran keluar melalui nozzle dengan

valve sebagai pengatur aliran. Nozzle berada searah dengan mangkok runner.

Mangkok runner dirancang agar dapat menerima energi kinetik dan menjadikan

energi tersebut menjadi torsi pada poros. Teknik mengkonversikan energi potensial

air menjadi energi mekanik pada turbin dilakukan melalui proses impuls, sehingga

turbin pelton disebut juga turbin impuls.

Turbin ini ditemukan sekitar tahun 1880 oleh seorang Amerika yang

namanya melekat sebagai nama turbin ini. Penyempurnaan terbesar yang dilakukan

Pelton yakni dengan menerapkan mangkok ganda simetris. Bentuk ini hingga

sekarang pada dasarnya tetap berlaku.

Sistem turbin pelton memiliki beberapa keunggulan jika dibandingkan

dengan turbin lainnya, diantaranya :

1. Proses perawatan lebih mudah

2. Instalasi dan pengoperasian lebih mudah

3. Bentuk dan ukuran turbin yang praktis

4. Efisiensi tinggi

5. Konstruksi yang sederhana

Namun turbin jenis ini juga memiliki kelemahan yang dimiliki, yaitu :

1. Memerlukan investasi yang lebih banyak

8

Pada dasarnya pemanfaatan turbin ini terdiri dari komponen – komponen :

1. Nozzle

2. Runner

3. Pompa

4. Bak penampung

5. Rumah turbin

6. Manometer

7. Timbangan pegas

8. Pipa

9. Bantalan

10. Poros

11. Pulley

12. Selang

2.4.1 Nozzle

Merupakan komponen utama yang memiliki fungsi mengarahkan pancaran

air ke runner turbin, mengubah tekanan menjadi energi kinetik dan mengatur

kapasitas kecepatan air yang masuk turbin.

9

Gambar 2.1 : Nozzle (Laboratorium Mesin UMM

Gambar 2.2 : Bagian nozzle (Markus Einsering, Turbin Pelton Mikro, 1994)

10

2.4.2 Runner

Runner turbin pelton pada dasarnya terdiri atas cakra dan sejumlah

mangkok yang terpasang disekelilingnya. Memasang mangkok ke cakra runner

ada bermacam – macam cara (Gambar 2.3). Jika dipilih sambungan baut,

masing – masing mangkok harus terpasang dengan dua buah baut atau satu

buah baut dan sebuah pen. Lubang – lubang pada mangkok dan runner harus

dibor bersama – sama dengan harus menggunakan baut – baut penyesuai dan

pen – pen penentu posisi. Guna menghindari kendornya mangkok ke arah

keliling akibat kerja gaya yang mirip hantaman martil di saat air mengenainya,

perlu diupayakan memberi pra - tekanan di arah keliling dengan menggunakan

pen – pen konis di sela antar mangkok (Gambar 2.3a). Penggunaan sambungan

pada runner dan mangkok (Gambar 2.4) dirasa lebih efisien ketimbang dengan

runner dituang keseluruhan dengan mangkok (Gambar 2.5) karena

keamanannya lebih tinggi dan jika terjadi adanya mangkok yang patah, tidak

harus keseluruhan runner diganti, hanya tinggal mengganti mangkok yang

patah saja.

11

Gambar 2.3 : Pemasangan mangkok pada runner ((Markus Einsering, Turbin

Pelton Mikro, 1994)

Gambar 2.4 : Runner dengan sambungan baut (Lab Mesin UMM)

12

Gambar 2.5 : Runner tuang langsung (Theconstructor.org)

2.4.3 Pompa

Pompa adalah berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penampung air lalu

disalurkan menuju nozzle yang nantinya akan memancarkan air kepada runner

sehingga runner dapat berputar. Pompa air listrik menjadi pilihan dibandingkan

pompa manual dan pompa air bensin. Karena selain lebih hemat tenaga, pompa

jenis ini juga lebih ramah lingkungan serta menghasilkan pancaran air lebih

stabil. Pompa ini disebut juga dengan pompa sentrifugal karena pompa bekerja

berdasarkan gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh impeller (kipas) yang

diputar oleh motor listrik. Karena gaya sentrifugal ini air tersedot dan terdorong

keluar secara kontinyu melalui sirip – sirip impeller.

13

Gambar 2.6 : Pompa air listrik (Indonesian.electricmotorwaterpump.com)

Gambar 2.7 : Pompa air bensin (Servicepompaair.com)

14

Gambar 2.8 : Pompa air manual (Tokopedia.com)

2.4.4 Bak Penampung

Berfungsi sebagai penampung air sebagai fluida penggerak turbin. Air yang

telah dipancarkan oleh nozzle kepada runner nantinya akan jatuh kembali ke

bak penampung, sehingga terjadi sirkulasi.

15

Gambar 2.9 : Bak Penampung (Lab Mesin UMM)

2.4.5 Rumah Turbin

Rumah turbin selain sebagai tempat nozzle terpasang, juga berfungsi

menangkapn dan membelokkan percikan air keluar mangkok sedemikian

hingga baik runner ataupun pancaran tidak terganggu. Agar runner tidak

terendam, rumah turbin harus cukup tinggi diatas muka air pacu – buri.

Konstruksinya mesti cukup kuat untuk perlindungan seputar dari kemungkinan

mangkok atau runner rusak dan terlontar selagi turbin beroperasi.

Gambar 2.10 : Rumah

Turbin (Laboratorium

Mesin UMM)

16

2.4.6 Manometer

Manometer adalah alat yang digunakan untuk pengukuran besarnya tekanan

yang biasanya adalah tekanan fluida pada sebuah alat proses atau perpipaan.

Penggunaan manometer pressure gauge lebih mudah dibandingkan dengan

manometer U karena kita dapat dengan mudah membaca besarnya tekanan

yang ditunjukkan oleh jarum.

Gambar 2.11 : Pressure gauge (directmaterial.com)

17

2.12 : Manometer U (Esuppliersindia.com)

2.4.7 Timbangan Pegas

Timbangan pegas berfungsi sebagai alat untuk mengetahui besarnya

hambatan yang terjadi pada turbin. Timbangan pegas dihubungkan

menggunakan benang yang lalu melewati pulley, sehingga benang dapat

menghambat laju putaran turbin.

18

Gambar 2.13 : Timbangan pegas (Lajutimbangan.com)

2.4.8 Pipa

Pipa berfungsi sebagai pembantu pompa saat menyedot air pada bak

penampung air. Penggunaan pipa PVC dirasa lebih efisien dibandingkan

menggunakan pipa logam, selain karena bahan yang tahan karat, harga pipa

berbahan PVC juga relatif lebih murah dibandingkan pipa logam.

Gambar 2.14 : Pipa PVC (Tokopedia.com)

19

Gambar 2.15 : Pipa logam (Tokopedia.com)

2.4.9 Bantalan

Bantalan poros senantiasa dipasang di luar rumah turbin. Bila dipakai dua

buah bantalan, salah satunya merupakan bantalan tetap, dengan tujuan untuk

memungkinkan pemasangan poros dari arah aksial. Umumnya terdapat jarak

antara bantalan dengan rumah turbin, secukupnya untuk laluan pembuangan

bocoran air agar tidak masuk kedalam bantalan.

Gambar 2.16 : Bantalan (Irianpoo.blogspot.com)

20

2.4.10 Poros

Poros berfungsi untuk menopang runner turbin, serta meneruskan tenaga

bersama – sama dengan putaran. Poros menghubungkan runner turbin dengan

pulley yang ditahan oleh bantalan, sehingga pulley ikut berputar ketika runner

berputar.

Gambar 2.17 : Poros (forging.machining.bossgoo.com)

2.4.11 Pulley

Pulley atau cakra dipasangkan ke poros turbin dengan sambungan pasak

diluar rumah turbin. Runner bisa dipasangkan pada benang yang terhubung

kepada timbangan pegas. Transmisi daya mekanis bisa melayani beragam

kepentingan, umpamanya untuk meneruskan daya ke lain tempat. Umumnya

pepenerus daya berfungsi menyesuaikan putaran turbin untuk memenuhi syarat

penyambungan ke mesin – mesin yang digerakkannya.

21

Gambar 2.18 : Pulley (Bukalapak.com)

2.4.12 Selang

Selang digunakan untuk menyalurkan air dari pompa menuju nozzle.

Penggunaan selang sendiri dirasa lebih efisien karena bersifat elastis, sehingga

dapat menyesuaikan ketika kita membuka rumah turbin.

Gambar 2.19 : Selang (Laboratorium Mesin UMM)