BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.5 Turbin Air Cross Flow
Turbin tipe ini dibuat pertama kali di Eropa. Nama cross flow diambil 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 flow ini 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
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 pada
head yang 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 :
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 2.9 Konstruksi turbin ossberger atau turbin crossflow.
Sumber
Air yang masuk sudu diarahkan oleh alat pengarah yang sekaligus berfungsi
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 2.10 Aliran masuk turbin ossberger atau turbin crossflow.
Sumber: http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf
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 Ossberger di Jerman. Konstruksi Turbin
Ossberger mirip dengan separuh pompa keong. Disini air masuk menuju roda turbin vertical terhadap lantai pondasi. Menurut propagadis 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.
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 2.12 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
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 :
Dimana :
P = Daya (W)
ρ = Massa jenis air (kg/m3) Q = Debit (m3/s)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
H= Perbedaan ketinggian (m)
η = efisiensi
3. Pembangkit listrik atau generaor
Pembangkit listrik atau generator ini diusahakan yang mudah
diperoleh di pasar atau yang dapat dibuat lokal.
4. Ukuran dan bentuk detail turbin
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 menengah.
