condong prestasi
TURBIN AIR DAN KELENGKAPAN MEKANIK TEKNIK ENERGI TERBARUKAN – TEKNIK ENERGI HIDRO
B. Indikator pencapaian Kompetensi 1.Jenis-jenis turbin air diklasifikasikan
3. Karakteristik Turbin Air a. Pengertian Umum
Spesifikasi disain berikut ini harus diketahui untuk mendapatkan ukuran turbin yang akurat untuk instalasi:
efisiensi turbin pada debit puncak dan debit sebagian
kecepatan turbin
kinerja turbin pada kondisi beban sebagian, overload dan runaway
ukuran dimensi runner dan turbin
Spesifikasi-spesifikasi ini dikembangkan dari pengukuran di laboratorium dengan cara model turbin disambungkan ke brake dan throttled stepwise mulai dari kecepatan run-away sampai berhenti. Headnya tetap konstan. Semua parameter (debit, tenaga putaran dan daya) diukur untuk setiap titik dan dihitung efisiensinya. Prosedur yang sama diulangi untuk bukaan guide vane yang berbeda untuk mendapatkan mendapatkan karakteristik turbin yang lengkap.
TURBIN AIR DAN KELENGKAPAN MEKANIK TEKNIK ENERGI TERBARUKAN – TEKNIK ENERGI HIDRO
100 Dalam istilah praktis, kecepatan variabel seperti pada grafik di atas hanya akan terjadi pada pembangkit yang berdiri sendiri (tidak tersambung dengan jaringan) tanpa governor, atau turbin pada saat kondisi start-up, shut-down dan run-away (pemutusan hubungan mendadak dari beban). Bagaimanapun, untuk pemilihan turbin yang akurat dan prediksi kinerjanya, penting untuk mengetahui debit dan efisiensi selain daripada kecepatan nominal karena kondisi pembangkit aktual akan sangat sulit bersesuaian sepenuhnya dengan data disain mesin (= nilai dasar).
Keterangan:
Flow = Debit air [m^3/s] Torque = Torsi pada shaft runner [Nm]
Power = Daya terbangkitkan [W]
Efficiency = Efisiensi Turbin [%] perbandingan antara daya hidrolis dgn daya yang dihasilkan turbine Speed = Putaran runner [rpm]
Rated speed = Putaran desain [rpm]
Run-away speed = Putaran runner saat tidak speed p o w e r P to rq u e T F lo w Q rated speed speed speed speed e ffi c ie n c y
run away speed opt nr Tr Qr nruGambar 4. 5 Mengukur karakteristik-karakteristik turbin dengan menghentikan turbin dari kecepatan run-away sampai berhenti (posisi guide vane konstan)
TURBIN AIR DAN KELENGKAPAN MEKANIK TEKNIK ENERGI TERBARUKAN – TEKNIK ENERGI HIDRO
101 b. Grafik Hill
Ini memungkinkan untuk menggabungkan efisiensi dan debit versus kurva kecepatan dalam satu grafik. Yaitu hill grafik turbin. Ini menunjukkan karakteristik kecepatan debit dan kurva untuk efisiensi yang sama dari mesin unit.
Hill chart berlaku untuk semua turbin yang sama secara geometris. Ini berarti bahwa turbin yang diukur adalah didisain sama persis tetapi dengan skala yang berbeda. Skalanya merupakan rasio antara diameter runner. Karakteristik turbin yang menyeluruh ditampilkan dalam hill chart, yaitu menggambarkan kinerja turbin secara lengkap.
Turbin sering tidak beroperasi dengan debit dasar sebagai contoh selama musim kemarau dikarenakan tidak terdapatnya cukup air atau konsumen tidak memerlukan daya puncak selama waktu tertentu. Gambar di bawah ini menunjukkan efisiensi beban sebagian dari berbagai desain turbin.
Keterangan:
Flow :
Debit air [m^3/s] Efficiency:
Efisiensi Turbin [%] perbandingan antara daya hidrolis dgn daya yang dihasilkan turbine
Speed: Putaran runner [rpm]
Unit Flow Q11= nilai unit untuk suatu jenis propeller (spesifik untuk propeller tertentu) Unit speed n11 = nilai unit untuk
suatu jenis propeller (spesifik untuk propeller tertentu)
TURBIN AIR DAN KELENGKAPAN MEKANIK TEKNIK ENERGI TERBARUKAN – TEKNIK ENERGI HIDRO
102 a. Efisiensi Turbin Saat Pasokan Air Berkurang
Dalam sebuah perencanaan pembangunan PLTMH tentu saja diharapkan sumber air selalu cukup tersedia, namun ada kalanya sumber air sebagai sumber tenaga berkurang (misalnya pada musim kemarau). Berikut tabel yang memperlihatkan pengaruh besarnya pasokan air dan hubungannya dengan efisiensi turbin.
TURBIN AIR DAN KELENGKAPAN MEKANIK TEKNIK ENERGI TERBARUKAN – TEKNIK ENERGI HIDRO
103
4. Rumus Dan Persamaan
a. Daya Hidrolis Secara Teoritis
Persamaan 1:
P
hydrQgH
n Dimana : Phydr = daya hidrolik dalam Watt [W],tidak mempertimbangkan pengurangan
karena efisiensi peralatan (turbin, generator,dll.) Q = debit dalam m3/detik
ρ = kekentalan air = kira-kira 1000 kg/m3 g = percepatan gravitasi = 9.81 m/m2 Hnett = tinggi jatuh bersih dalam meter [m]
b. Output Daya Listrik
Turbin air mengkonversikan tekanan air menjadi daya mekanik poros, yang dapat digunakan untuk memutar generator listrik, atau mesin yang lain. Daya yang tersedia sebanding dengan hasil dari tinggi jatuh (head) dan kecepatan aliran. Persamaan 1 menggambarkan daya hidrolik yang tersedia di turbin. Bagaimanapun, perubahan energi di turbin (hidrolik menjadi mekanik) dan di dalam generator ( mekanik menjadi elektrik) selalu berhubungan dengan kehilangan energi. Hal ini ditunjukkan dengan istilah efisiensi dimana rasio antara daya output dan daya input (untuk mesin pembangkitan). Dengan demikian, output elektrik dari skema MHP dapat diperlihatkan sebagai berikut:
Persamaan 2 :
P
elP
hydr
total atau Persamaan 3:
Pel Q
gHn
totalDengan: Pel = output daya elektrik dalam Watt [W]
TURBIN AIR DAN KELENGKAPAN MEKANIK TEKNIK ENERGI TERBARUKAN – TEKNIK ENERGI HIDRO
104 Gambar 4. 8 Gambaran besarnya kerugian(loses) pada sistem PLTMH. Contoh sebuah
sistem PLTMH dengan efisiensi total 50.2%
LATIHAN:
1. Sebuah saluran irigasi memiliki potensi air dengan tinggi jatuh (head) 14.4m dan debit air yang tersedia sekitar 0.675 m3/s.
tentukan jenis turbin yang cocok bila diharapkan agar turbin yang terpilih dihubungkan langsung dengan generator yang memiliki kecepatan putar nominal 1000 rpm
Berapa besar daya potensi ( hidrolis ) yang dapat dibangkitkan?
2. Apabila ditentukan bahwa akan dipakai turbin propeller dengan effisiensi maksimum sebesar 89%, juga diketahui data-data sebagai berikut:
Akan dihubungkan melalui kopling yang memiliki loses sebesar 5%
Lalu dihubungan dengan generator yang memiliki efisiensi hingga 90%
Loses pada step up transformer sebesar 4%
Loses pada jaringan transmisi dianggap 0% karena daya yang diperoleh dihubungkan dengan jaringan PLN yang melewati PLTMH, dan seluruh daya yang diperoleh akan dijual kepada PLN.
TURBIN AIR DAN KELENGKAPAN MEKANIK TEKNIK ENERGI TERBARUKAN – TEKNIK ENERGI HIDRO
105 Berapakan total daya yang bisa diterima oleh konsumen, atau dalam hal ini dijual kepada PLN?