BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.5 Turbin Air Cross Flow
Turbin tipe ini dibuat pertama kali di Eropa. Nama cross flowdiambil dari kenyataan bahwa air melintasi kedua sudu gerak atau runner dalam menghasilkan putaran (rotasi). Sedangkan nama Banki (dari Hungaria) dan Mitchell (dari Austria) adalah nama ahli teknik yang mengembangkan prinsip prinsip turbin tersebut serta perhitungannya. Turbin cross flowini mempunyai arah aliran yang radial atau tegak lurus dengan sumbu turbin.
Turbin air cross flow adalah sebuah turbin air radial dimana aliran air masuk dan keluar rotor melalui lingkaran peripheral rotor yang sama. Turbin air cross flow pertama kali diperkenalkan oleh A.G.M.Mitchell dan D.Banki pada awal abad ini (Mosonyi,1966).
Penemuan turbin ini sangat didasarkan pada usaha untuk mencari jenis turbin baru yang lebih kecil, sederhana dan lebih murah dibandingkan dengan jenis turbin yang lainnya. Sebagai hasilnya, turbin air cross flow yang hanya memerlukan proses pembuatan yang sederhana, sepertinya dapat memenuhi kita, meskipun belum ada pembangkit daya yang besar yang perna dibangun dengan menggunakan turbin jenis ini. Turbin air cross flow sangat terkenal untuk pembangkit daya ukuran kecil hingga sedang. Untuk jangkauan daya yang dapat dihasilkan, turbin air cross flow telah dapat menggantikan tempat mesin konversi daya air yang lain, seperti kincir air yang sederhana sampai turbin impuls dan reaksi yang rumit pembuatannya.
Meskipun turbin air cross flow telah dipergunakan secara luas diseluruh dunia selama ini, teori dasar yang terperinci, khususnya yang melibatkan aliran didalamnya, terlihat belum dikembangkan secara baik hingga saat ini. Suatu perbedaan yang kontras dibandingkan dengan upaya yang sama untuk turbin jenis lain.
Turbin air cross flow yang selama ini dibuat termasuk jenis turbin air impuls radial. Turbin ini aliran air masuk ke turbin melalui sebuah pipa pencar dengan penampang segi empat. Aliran melewati sudu gerak turbin sebanyak duta kali dengan arah relative tegak lurus poros turbin. Dalam hal ini tidak ada aliran arah aksial, sehingga tidak terdapat gaya gaya yang bekerja dalam arah poros turbin.
Air masuk roda gerak turbin ke sudu gerak tingkat pertama dari arah luar roda menuju kearah tegak lurus poros, kemudian aliran air melalui bagian tengah roda gerak yang kosong dan airnya akan mengenai sudu gerak untuk kedua kalinya dan kemudian keluar turbin. Diantara tingkat pertama dan tingkat kedua aliran membentuk jet pada daerah terbuka dengan tekanan yang sama dengan tekanan atmosfer. Aliran yang terjadi secara fisik harus memenuhi prinsip kekekalan massa.
Pada turbin impuls pelton beroperasi pada head relatif tinggi, sehingga padaheadyang rendah operasinya kurang efektif atau efisiensinya rendah. Karena alasan tersebut, turbin pelton jarang dipakai secara luas untuk pembangkit listrik skala kecil. Sebagai alternatif turbin jenis impuls yang dapat beroperasi pada head rendah adalah turbin crossflow atau turbin impuls aliran ossberger. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 10 litres/sec hingga 10000 litres/sec dan head antara 1 s/d 200 m. Komponen komponen utama konstruksi turbin crossflow adalah sebagai berikut :
1. Rumah Turbin
2. Alat Pengarah (distributor) 3. Roda Jalan
4. Penutup 5. Katup Udara 6. Pipa Hisap 7. Bagian Peralihan
Aliran air dilewatkan melalui sudu sudu jalan yang berbentuk silinder, kemudian aliran air dari dalam silinder ke luar melalui sudu-sudu. Jadi perubahan energi aliran air menjadi energi mekanik putar terjadi dua kali yaitu pada waktu air masuk silinder dan air keluar silinder. Energi yang diperoleh dari tahap kedua adalah 20 %nya dari tahap pertama.
Gambar 2.11 Konstruksi turbin ossberger atau turbin crossflow.
Air yang masuk sudu diarahkan oleh alat pengarah yang sekaligus berfungsi sebagai nosel seperti pada turbin pelton. Prinsip perubahan energi adalah sama dengan turbin impuls pelton yaitu energi kinetik dari pengarah dikenakan pada sudu-sudu pada tekanan yang sama. Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.
Gambar 2.12 Aliran masuk turbin ossberger atau turbin crossflow.
Turbin aliran silang yang pertama disebut turbin banki, ini berbentuk skripsi yaitu tahun 1949 oleh State University di Oregon. Sedangkan publikasi mengenai rancangan bangunan baru dimulai tahun 1967 oleh suatu badan yang diberi nama VITA. Namun demikian, jauh sebelumnya turbin jenis ini telah diproduksi oleh suatu pabrik yakni
turbin ini bereffisiensi 74% - 84% dan menjamin operasinya 80%. Apabila diperhatikan dengan cermat bagian bagian dan rakitan turbinnya masih terlalu rumit untuk memperoleh daya yang kecil.
Turbin aliran silang ini akhirnya lebih akrab kepada masyarakat pedesaan dengan segala aspek kesederhanaannya. Hal ini telah dibuktikan oleh beberapa badan kerja sama SKAT Switzerland/BYS Nepal, GATE Jerman/BEW Nepal, GATE Jerman/CITA Equador dan ATD Pakistan, semenjak tahun 1975 lebih dari 500 unit telah dipasang dinegara ketiga tersebut.
Turbin aliran silang yang direncanakan ini dirancang dengan menggunakan rumah turbin yang sedemikian rupa dalam bentuk yang sederhana sehingga mudah diangkut dan dipasang. Pada turbin ini digunakan sebuah katup (valve) yang berbentuk khusus yang berfungsi untuk mengatur arah dan kapasitas aliran air. Menurut arah aliran airnya turbin ini dapat dibedakan atas dua jenis yaitu :
1) Turbin aliran silang jenis vertical
Dimana air dialirkan melaului pipa pesat dengan posisi vertical terhadap rumah turbin dan mendorong karangan sudu hingga roda jalan turbin berputar dan ini berlangsung secara kontinu.
Gambar 2.13 Turbin Aliran Silang Jenis Vertical. 2) Turbin aliran silang jenis horizontal
Dimana aliran air dialirkan melalui pipa pesat dalam posisi horizontal terhadap rumah turbin dan menyembur / mendorong karang sudu hingga roda jalan turbin berputar.
Gambar 2.14 Turbin Aliran Silang Jenis Horizontal
Studi yang mendalam terhadap pembangkit tenaga jenis cross flow untuk PLTA skala kecil belum banyak dilakukan orang, karena tipe ini dianggap sederhana dan effisiensi nya relatif rendah. Penelitian pada akhir akhir ini dilakukan terhadap pembangkit listrik yang berskala besar, mengingat secara ekonomi makro, pembangkit listrik besarlah yang dianggap sangat menguntungkan untuk dikembangkan. Tetapi bila kita berbicara kemampuan masyarakat dalam keikutsertaan mengumpulkan air dari sumber tenaga yang tersebar di jaringan irigasi dan sungai sungai kecil di Indonesia, maka justru kita harus mengembangkan tipe cross flow itu agar dapat dimanfaatkan oleh masyarakat yang terbatas pengetahuan dan teknologinya. Tipe cross flow ini sudah jelas kesederhanaannya dan dapat diproduksi oleh bengkel bengkel biasa yang ada dimasyarakat.
Masalahnya dalam mendisain atau mendimensi tipe cross flow ini perlu ada pedoman petunjuk, panduan dan bahkan spesifikasi jenis jenis tertentu yang telah diketahui perilakunya yang berkaitan dengan :
1. Kesedian debit dan tinggi muka air di suatu lokasi tertentu, untuk mengetahui ketersediaan air pada suatu daerah aliran baik untuk tujuan khusus seperti pembuatan bendungan untuk keperluan pembangkit tenaga listrik atau untuk keperluan irigasi maupun untuk tujuan yang lebih umum seperti pembuatan masterplan konservasi sumberdaya air, perkiraan tentang ketersediaan air
Gambar 2.14 Turbin Aliran Silang Jenis Horizontal
Studi yang mendalam terhadap pembangkit tenaga jenis cross flow untuk PLTA skala kecil belum banyak dilakukan orang, karena tipe ini dianggap sederhana dan effisiensi nya relatif rendah. Penelitian pada akhir akhir ini dilakukan terhadap pembangkit listrik yang berskala besar, mengingat secara ekonomi makro, pembangkit listrik besarlah yang dianggap sangat menguntungkan untuk dikembangkan. Tetapi bila kita berbicara kemampuan masyarakat dalam keikutsertaan mengumpulkan air dari sumber tenaga yang tersebar di jaringan irigasi dan sungai sungai kecil di Indonesia, maka justru kita harus mengembangkan tipe cross flow itu agar dapat dimanfaatkan oleh masyarakat yang terbatas pengetahuan dan teknologinya. Tipe cross flow ini sudah jelas kesederhanaannya dan dapat diproduksi oleh bengkel bengkel biasa yang ada dimasyarakat.
Masalahnya dalam mendisain atau mendimensi tipe cross flow ini perlu ada pedoman petunjuk, panduan dan bahkan spesifikasi jenis jenis tertentu yang telah diketahui perilakunya yang berkaitan dengan :
1. Kesedian debit dan tinggi muka air di suatu lokasi tertentu, untuk mengetahui ketersediaan air pada suatu daerah aliran baik untuk tujuan khusus seperti pembuatan bendungan untuk keperluan pembangkit tenaga listrik atau untuk keperluan irigasi maupun untuk tujuan yang lebih umum seperti pembuatan masterplan konservasi sumberdaya air, perkiraan tentang ketersediaan air
Gambar 2.14 Turbin Aliran Silang Jenis Horizontal
Studi yang mendalam terhadap pembangkit tenaga jenis cross flow untuk PLTA skala kecil belum banyak dilakukan orang, karena tipe ini dianggap sederhana dan effisiensi nya relatif rendah. Penelitian pada akhir akhir ini dilakukan terhadap pembangkit listrik yang berskala besar, mengingat secara ekonomi makro, pembangkit listrik besarlah yang dianggap sangat menguntungkan untuk dikembangkan. Tetapi bila kita berbicara kemampuan masyarakat dalam keikutsertaan mengumpulkan air dari sumber tenaga yang tersebar di jaringan irigasi dan sungai sungai kecil di Indonesia, maka justru kita harus mengembangkan tipe cross flow itu agar dapat dimanfaatkan oleh masyarakat yang terbatas pengetahuan dan teknologinya. Tipe cross flow ini sudah jelas kesederhanaannya dan dapat diproduksi oleh bengkel bengkel biasa yang ada dimasyarakat.
Masalahnya dalam mendisain atau mendimensi tipe cross flow ini perlu ada pedoman petunjuk, panduan dan bahkan spesifikasi jenis jenis tertentu yang telah diketahui perilakunya yang berkaitan dengan :
1. Kesedian debit dan tinggi muka air di suatu lokasi tertentu, untuk mengetahui ketersediaan air pada suatu daerah aliran baik untuk tujuan khusus seperti pembuatan bendungan untuk keperluan pembangkit tenaga listrik atau untuk keperluan irigasi maupun untuk tujuan yang lebih umum seperti pembuatan masterplan konservasi sumberdaya air, perkiraan tentang ketersediaan air
amatlah penting. Oleh karena itu masalah data data topografi dari suatu sungai yang berkesinambungan harus dimiliki.
Disamping itu cara lain untuk merencanakan PLTA skala kecil perlu diketahui ketersedian air yang ada agar PLTA tersebut dapat berfungsi terus menerus sepanjang waktu, serta lokasi penempatan turbin agar sesuai dengan yang direncanakan sehingga didapat debit serta tinggi muka air yang memadai. Ketersediaan air di sungai dalam jangka waktu yang panjang dapat diperkirakan dengan mengadakan pegamatan taraf muka air pada beberapa lokasi pengamatan. Dengan demikian debit pada sungai tersebut akan dipergunakan untuk menggerakan turbin.
2. Daya yang dapat dihasilkan
Berdasarkan debit yang ada pada PLTA tersebut akan menghasilkan daya dengan menggunakan rumus :
P = QgH
Dimana :
P = Daya (kW)
= Massa jenis air (kg/m3)
Q = Debit (m3/s)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
H= Perbedaan ketinggian (m)
= efisiensi
3. Pembangkit listrik atau dinamo
Pembangkit listrik atau dinamo ini diusahakan yang mudah diperoleh di pasar atau yang dapat dibuat lokal
Ukuran dan bentuk detail turbin dibuat agar mudah di desain dan dipasang dilapangan
5. Efisiensi turbin
Efisiensi turbin di dapat dari membandingkan output dan input yang terpakai 6. Pengoperasian dan Pemeliharaan
Pengoperasian dan pemeliharaan PLTA skala kecil ini mampu dilakukan oleh tenaga/ teknisi menegah
