Perkembangan Turbin dan Jenis Cross

M

Perkembangan Turbin Jenis

Cross-flow

sebagai

Transfer Teknologi dari Jerman dan Pengaplikasian

untuk PLTMH di Indonesia

Ray Gabrilla / 1108120066

a _{Universitas Telkom - Indonesia}

Fakultas Teknik Elektro Program Studi Teknik Fisika

Abstrak – Seiring dengan meningkatnya kebutuhan energi di Indonesia, energi alternatif berupa Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) dapat menjadi solusinya. Salah satu komponen yang diperlukan untuk instalasi PLTMH adalah turbin. Melihat kondisi alam di Indonesia yang memiliki banyak aliran sungai dan memiliki 2 musim, maka turbin jenis Cross-flow cocok untuk kondisi di Indonesia. Konstruksinya yang sederhana dapat memudahkan instalasi dengan head 1 -200 m. Walaupun sederhana, efisiensinya sudah mencapai 82 % karena terdapat 2 kali pemanfaatan energi air.

Pertama kali, turbin ini dikembangkan di Jerman. Seiring jalannya waktu, turbin ini mengalami perkembangan sampai sekarang. Adapun jenis yang terbaru adalah turbin

Kata Kunci – cross-flow, turbin, PLTMH, efisiensi

I. PENDAHULUAN

Turbin merupakan salah satu komponen penting dalam suatu pembangkit listrik manapun. Turbin terdiri dari berbagai jenis yang antar jenis turbin tersebut memiliki efisiensi yang berbeda pula. Salah satu jenis turbin adalah turbin cross-flow. Seiring jalannya waktu, turbin jenis

cross-flow ini banyak mengalami perkembangan mulai dari asal penemunya di Jerman sampai dengan saat ini turbin jenis ini banyak digunakan di PLTMH yang ada di Indonesia. Hal tersebut disebabkan karena letak geografis Indonesia cocok dengan konstruksi dari turbin ini yaitu terdapat banyak aliran sungai. Oleh karena itu agar lebih memahami tentang seluk beluk turbin ini dibutuhkan suatu

paper tentang perkembangan turbin jenis cross-flow sebagai

pengaplikasian PLTMH di Indonesia. Hal ini dapat dijadikan sebagai referensi dalam mengembangkan turbin jenis ini.

II. DASAR TEORI A. Peran Turbin dalam Suatu Pembangkit Listrik

III. METODE PENELITIAN

Adapun metode yang digunakan dalam penulisan karya ini adalah metode pengolahan data sekunder. Metode ini yaitu dengan mengumpulkan data dari beberapa literatur yang berkaitan dengan topik yang dibicarakan. Setelah itu

data tersebut dianalisis dan disimpulkan.

Gambar III.1. Flow chart metode penelitian

IV. ANALISIS A. Kelebihan Turbin Jenis Cross-flow

Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow 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 (runner) sampai 50 % dari penggunaan kincir air dengan bahan yang sama [7].

Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin

Cross-Flow lebih kecil dibanding kincir air. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow 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 effisiensi turbin Cross-Flow

mencapai 82 % [5]. Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow

ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner.

Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal efektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan efisiensi dari beberapa turbin konvensional.

Gambar IV.1. Efisiensi turbin konvensional [7]

Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara effisiensi dengan pengurangan debit akibat pengaturan pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan debit terhadap debit maksimumnya. Untuk turbin Cross-Flow

dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensi yang cukup tinggi sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai dengan Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang relatif tetap [7].

Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis turbin lain, maka turbin Cross-flow yang paling sederhana. Sudu-sudu Turbin Pelton misalnya, bentuknya sangat pelik sehigga pembuatannya harus dituang. Demikian juga runner

Turbin Francis, Kaplan dan Propeller pembuatannya harus melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner Turbin

Cross-flow dapat dibuat dari material baja sedang seperti ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi las. Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin ini semuanya dapat dibuat di bengkel-bengkel umum dengan peralatan pokok mesin las listrik, mesin bor, mesin gerinda meja, bubut dan peralatan kerja bangku, itu sudah cukup.

Dari kesederhanaannya itulah maka turbin Cross-flow

dapat dikelompokan sebagai teknologi tepat guna yang pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek cerah karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan kemampuan dan harapan masyarakat.

Disamping itu untuk penggunaannya di Indonesia, turbin jenis ini sangat cocok dengan letak dan kondisi geografis. Di Indonesia terdapat banyak aliran sungai dan terdapat 2 macam musim, yaitu hujan dan kemarau. Ketika hujan, maka debit aliran air di sungai meningkat, begitu pun sebaliknya ketika musim kemarau. Turbin ini termasuk ke dalam turbin jenis impuls dimana cara penggunaan dengan memanfaatkan semprotan aliran air dari penstock. Jadi ketika kemarau dengan debit aliran sungai yang berkurang pun dapat tetap jalan karena sebelumnya aliran air ditampung terlebih dahulu di bak pengendap atau forebay baru dijatuhkan melalui

penstok ke turbin. Sehingga putaran turbin pun masih berjalan. Beda halnya dengan turbin jenis reaksi dimana cara penggunaannya yaitu dengan ditanam di dalam aliran sungai. Ketika air surut, maka terjadi penurunan kerja turbin. Oleh karena itu efisiensinya pun berkurang karena putaran turbinnya tidak maksimal sehingga daya yang dihasilkan pun berkurang.

Dari beberapa penjelasan tersebut penggunaan turbin jenis Cross-flow merupakan solusi yang tepat untuk memasok energi di Indonesia dengan memanfaatkan potensi alam yang terdapat di Indonesia.

Berdasarkan penjelasan, dapat dilihat bahwa turbin jenis

Cross-flow merupakan salah satu jenis turbin yang paling direkomendasikan sehingga banyak digunakan sebagai turbin untuk instalasi pada PLTMH di Indonesia karena sesuai dengan kondisi lingkungan di Indonesia. Alangkah baiknya jika mengetahui perkembangan turbin jenis ini untuk referensi dalam pengembangan turbin jenis ini ke depannya.

Turbin tipe ini dibuat pertama kali di Eropa. Nama

cross-flow diambil dari sistem aliran air yang menyilang melintasi runner dalam menghasilkan putaran. 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 rotor yang sama.

Turbin air cross-flow pertama kali diperkenalkan oleh A.G.M.Mitchell (Austria) dan D.Banki (Hungaria) pada awal abad ini (Mosonyi, 1966) [4]. 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. 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 kincir air yang sederhana sampai dengan turbin impuls dan reaksi yang rumit pembuatannya. C. Perkembangan Turbin Jenis Cross-flow Di Indonesia

Instalasi PLTMH yang tertua di Indonesia sudah dimulai sejak tahun 1923 di suatu perkebunan teh di Jawa Barat yang sampai saat ini alatnya masih digunakan [1]. Alatnya pun masih sangat sederhana yaitu berupa kincir air yang terbuat dari kayu yang dipasang di aliran sungai. Pada tahun 1980, pertama kalinya dikembangkan turbin sederhana di desa Padasuka, Cianjur [1].

Gambar IV.2. Turbin sederhana di Padasuka [1]

Lalu pada tahun 1984 mulai mengembangkan turbin jenis cross-flow. Di tahun 1986, Indonesia mulai mendesain sendiri turbin cross-flow 15 kW yang didanai oleh pemerintah New Zealand. Itu adalah proyek mikrohidro pertama yang modern di Indonesia yang dikembangkan oleh komunitas di Pondok Pesantren Darussalam, Subang.

Pada tahun 1988 – 1993, Indonesia mengadakan Small Metal Enterprise Development Program by Swisscontact

yang bekerjasama dengan Politeknik ITB. Seiring dengan berjalannya program tersebut, tahun 1989 ada kerjasama antara Indonesia dengan Jerman dalam bidang riset dan pendidikan. Beberapa mahasiswa asal Indonesia mengikuti pelatihan di GTZ Jerman tentang mikrohidro.

Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit GmbH

(GTZ) merupakan kerjasama antara Pemerintah Indonesia dan Pemerintah Jerman dalam bidang teknik berdasarkan atas masalah ekonomis, sosial, politis dan ekologis dan pada saat ini memfokuskan reformasi ekonomi, kesehatan dan desentralisasi. GTZ melakukan studi tentang penerapan jaringan yang berorientasi permintaan di bidang riset dan pengembangan teknologi. Salah satu program dari GTZ adalah memberikan pelatihan tentang PLTMH yang merupakan pengembangan teknologi dari PLTMH yang sudah ada dengan teknologi baru dari Jerman.

Dalam pelatihan tersebut dipelajari juga tentang turbin jenis cross-flow T7 yang didesain oleh SKAT-Swiss. Lalu dimodifikasi dan muncullah tipe T12 [1].

PLTMH yang sudah ada di Indonesia. Di tahun ini pun muncul perusahaan manufaktur turbin jenis cross-flow

pertama di Indonesia, yaitu PT Heksa Prakarsa Teknik yang bertempat di Kompleks Cimindi Raya AK-4 Cimahi.

Pada tahun 1994, beberapa mahasiswa Indonesia belajar tentang PLTMH di Swiss. Lalu 2 tahun kemudian, pendanaan proyek PLTMH meningkat secara signifikan. Di tahun yang sama pun telah diperkenalkan Electronic Load Control

(ELC) dibawah kerjasama dengan GTZ.

Gambar IV.3. Hasil Transfer Teknologi dari Jerman [2] Setelah mendapatkan banyak ilmu dari Jerman, tahun 1998 Indonesia mulai mengekspor turbin yang pertama kalinya ke Leyte, Filiphina.

Untuk mewadahi pengembangan PLTMH di Indonesia, maka pada tahun 1999 didirikanlah Bandung Hydro Association (BHA).

Setahun kemudian, manufaktur turbin di Indonesia sudah mulai membaik. Salah satunya adalah dengan adanya peralatan untuk pengujian keseimbangan turbin. Pemerintah pun mengapresiasi atas perkembangan ini.

Efek dari membaiknya sistem di Indonesia, maka banyak bermunculan perusahaan di bidang manufaktur turbin dan kontrol diantaranya yaitu PT Cihanjuang Inti Teknik di tahun 2001, PT Renerconsys, PT Prowater, John, Linggih, PT Cipto di tahun 2006 [2]. Dari sanalah perkembangan PLTMH semakin membaik dan semakin banyak diminati sebagai energi tepat guna.

Itulah perkembangan turbin jenis Cross-flow di Indonesia. Pada dasarnya dari tahun ke tahun, penyebaran turbin di Indonesia selalu menjadi perkembangan. Hal tersebut disebabkan karena trubin ini cocok dengan letak geografis Indonesia. Turbin ini termasuk ke dalam jenis impuls yaitu penggerakan runnernya dengan menggunakan semprotan dari aliran air. Di Indonesia terdapat 2 musim, yaitu hujan dan kemarau. Dalam musim hujan tentunya debit air sungai melimpah, begitu pun sebaliknya ketika kemarau.

Turbin ini prinsipnya dengan membendung air dan dialirkan ke pipa pesat yang menuju turbin. Aliran air dari pipa pesat itu akan menyemprot runner yang kemudian menggerakan rotor. Walaupun musim kemarau tidak terlalu berpengaruh karena air sama-sama ditampung dulu lalu di alirkan ke pipa pesat untuk kemudian menggerakkan turbin. Beda halnya dengan jenis turbin reaksi yang penyimpanannya di tanam dalam sungai. Sehingga ketika air surut, maka runner akan berkurang kecepatan putarnya dan efisiensi turbin pun akan menurun.

D. Perkembangan Turbin Jenis Cross-flow

Dalam perkembangannya, turbin jenis cross-flow

memiliki beberapa tipe turbin. Berikut adalah tipe-tipe turbin

cross-flow yang pernah dikembangkan. TABEL I

TIPE-TIPE TURBIN CROSS-FLOW Tipe

Turbin

Tahu n

Keterangan Gambar

T-1 X-Flow [8] 1976

 SKAT

-Switzerland

 Daya max 60 Kw

 Efisie nsi 70%

T-3 X-Flow [8] 1980

 SKAT

-Switzerland

 Daya max 70 Kw

 Efisie nsi 75%

T-7 X-Flow [2] 1985

Daya minimal 20 Kw

T-8 X-Flow [9] 1995

T-9 X-flow

[10] 1992

Perkembangan lebih lanjut dari turbin X-flow

T-12 X-flow [2] 1996

 Daya

maksimal 125 Kw

 Efisin si minimum 55%

T-14 D300 [2]

1998

 Daya

30 kW – 200 Kw

 Head

6 – 140 m

 Debit 225 – 900 liter/detik

 Efisie nsi 76 %

T-15 D500

[2] 2005

 Head

5 – 100 m

 Daya

50 – 700 kW

 Efisie nsi 80 %

E. Pengaplikasian Turbin Jenis Cross-flow di Indonesia Seiring perkembangan turbin jenis cross-flow di Indonesia, banyak sekali proyek yang berhasil dikerjakan oleh engineer-engineer Indonesia terutama dalam pengaplikasian teknologi turbin jenis cross-flow sebagai hasil dari transfer energy dari Jerman dan sebagai energi tepat guna untuk di Indonesia. Sudah banyak konsumen yang lebih memilih teknologi ini. Akibat permintaan dari konsumen meningkat akan teknologi ini, maka banyak perusahaan bermunculan di bidang ini. Salah satu perusahaan pertama yang mengembangkan teknologi turbin jenis cross-flow di Indonesia adalah PT Heksa Prakarsa Teknik. Sudah banyak proyek yang dikerjakan oleh perusahaan ini. Perusahaan yang berdiri pada tahun 1992 ini telah memproduksi turbin sebanyak 263 unit sampai tahun 2013 (domestik: 231 unit, ekspor: 32 unit)[2]. Berikut adalah periode produksi perusahaan ini

TABEL II

PERIODE PRODUKSI PT HEKSA

Tahun Jumlah Produksi

1992 – 2000 42 unit (4-6 unit pertahun)

(Prioneer period) 2001 – 2005

(Survival period) 27 unit (4-6 unit pertahun) 2006 – 2013

(Booming period) 185 unit (30-40 unitpertahun) Konsumen domestik produk dari perusahaan ini adalah Dirjen LPE, Dinas Pertambangan & Energi Propinsi -Kabupaten, LSM & Perorangan, Perkebunan dan Pertambangan.

Gambar IV.4. Peta persebaran produk di domestik dan ASEAN [2] Disamping digunakan di domestik, produknya pun sudah digunakan di luar negeri.

konstruksinya sederhana, transportasi untuk pengangkutannya pun relatif mudah dibawa ke pedesaan yang kebanyakan medan jalannya sulit dilalui kendaraan. Dengan beberapa pertimbangan tersebut maka turbin jenis

cross-flow cocok untuk diaplikasikan di Indonesia. V. KESIMPULAN

Turbin jenis cross-flow merupakan salah satu bentuk transfer teknologi dari Jerman di bidang PLTMH di Indonesia. Dalam proses pengaplikasian turbin ini banyak menempuh beberapa tahapan sehingga teknologi ini banyak digunakan di Indonesia. Dibandingkan turbin jenis lainnya, turbin cross-flow memiliki konstruksi yang sederhana, efisiensi cukup tinggi, dan cocok dengan kondisi alam dan musim di Indonesia. Maka dengan hal tersebut dapat dikatakan bahwa pengaplikasian turbin jenis cross-flow di Indonesia merupakan energi yang tepat guna karena memanfaatkan potensi yang ada di alam Indonesia dengan perubahan musim yang tidak terlalu berpengaruh terhadap effisiensinya.

VI. DAFTAR PUSTAKA

[1] Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi Republik Indonesia, “PLTMH Project in Indonesia”, November 2011.

[2] Sandy Akbar Nusantara, PT Heksa Prakarsa Teknik -PT Rekayasa Energi Terbarukan, “Basic Knowledge of Microhydro Power”, Juni 2014.

[3] Fundamentals. Mikrohidro Installation Sizing [Internet]. Diakses tanggal 01 Juli 2014. Tersedia di http://www.pumpfundamentals.com/

[4] J, Tanto. “USU Institutional Repository – Turbin”. 2010.

[5] Haimerl, L.A. “Cross-flow Turbine”, 1960.

[6] Sunyoto. 2010. “Klasifikasi Turbin Air”. Crayonpedia. [7] Suwarsono, Agus. Karakteristik Turbin Cross-flow

[Internet]. Diakses tanggal 01 Juli 2014. Tersedia di http://www.agussuwasono.com.

[8] Local Experience with Micro-Hydro Technology (SKAT, 1985, 171 p.) [Internet]. Diakses tanggal 15 Juli 2014. Tersedia di http://www.nzdl.org.

[9] Entec AG Consulting & Engineering, “Development history of entec Cross Flow Turbines”, Januari 2007. [10] Ir. Sentanu H, “Pembangkit Listrik Tenaga