Perkembangan Turbin Jenis Cross flow seb

Perkembangan Turbin Jenis Cross-flow sebagai

Transfer Teknologi dari Jerman dan Pengaplikasian

untuk PLTMH di Indonesia

Adwin Welmark Cristri1_{, Anggi Ari Pranasa}2_{, Bahtiar Yoga Prasetyo}3_{, dan Sandy Akbar Nusantara, ST.}4 a _{Universitas Telkom - Indonesia}

Fakultas Teknik Elektro Program Studi Teknik Fisika

b _{PT Heksa Prakarsa Teknik - PT Rekayasa Energi Terbarukan}

Kompleks Cimindi Raya AK-4 Cimahi

1_{adwinsimanjunak@gmail.com,} 2_{anggiaripranasa@gmail.com,} 3_{bahtiar.yoga.p@gmail.com,} 4_{sandy@vercaptech.com}

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 Cross-flow T-15. Untuk mencapai hal tersebut, tentu harus mengetahui perkembangan teknologi turbin dari tahun ke tahun agar dapat membantu mengembangkannya. Tidak hanya di luar negri, turbin jenis ini pun sudah banyak berkembang di Indonesia karena memang sesuai dengan kondisi geografisnya.

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

Dalam pembangkit listrik, turbin merupakan peralatan utama selain generator. Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Fluida yang bergerak menjadikan baling-baling berputar dan menghasilkan energi untuk menggerakkan rotor.

Fungsi turbin pada pembangkit hidro sendiri adalah untuk mengubah energi potensial menjadi energi kinetik, gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar. Turbin air kebanyakan seperti turbin reaksi, dengan menggantikan fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air untuk memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator.

B. Jenis – Jenis Turbin

Berdasarkan perubahan momentum fluida kerjanya, turbin air dapat dibagi atas dua tipe yaitu :

1. Turbin Reaksi

Semua energi potensial air pada turbin ini dirubah menjadi menjadi energi kinetis sebelum air masuk/ menyentuh sudu-sudu runner oleh alat pengubah yang disebut nozle. Turbin termasuk jenis turbin ini antara lain Turbin Pelton, Turbin Turgo, dan Turbin Cross-Flow.

C. Konstruksi Turbin Jenis Cross-flow

Turbin air cross-flow yang selama ini dibuat termasuk jenis turbin air impuls. Pada turbin ini aliran air masuk ke turbin melalui sebuah pipa pesat (penstock). Aliran melewati sudu gerak turbin sebanyak dua kali dengan arah relatif 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 [6].

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 cross-flow

atau turbin impuls aliran Ossberger.

Turbin cross-flow dapat dioperasikan pada debit 10 liter/detik hingga 10000 liter/detik dan head antara 1 s/d 200 m [4]. Komponen–komponen utama konstruksi turbin cross-flow 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 [4].

Gambar II.1. Konstruksi turbin cross-flow [4]

Air yang masuk sudu diarahkan oleh alat pengarah yang sekaligus berfungsi sebagai nozle 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 cross-flow

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.

Gambar II 2. Aliran masuk turbin cross-flow [4]

Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin.

Mempelajari tentang konsep dasar PLTMH

Mempelajari dan memahami konsep

turbin Crossflow

Mencari sumber informasi tentang perkembangan PLTMH

Mempelajari dan mengkaji sejarah transfer teknologi turbin

cross-flow di Indonesia

Mempelajari tentang perkembangan jenis turbin

cross-flow sampai saat ini Mengumpulkan data

hasil penyebaran penggunaan PLTMH dengan turbin crossflow

di dunia dan Indonesia Menganalisis dampak dari transfer teknologi cross-flow di Indonesia Mengambil kesimpulan

tentang perkembangan PLTMH jenis turbun

cross-flow

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

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.

B. Perkembangan Turbin Jenis Cross-flow Dunia

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]

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].

Pada tahun 1990 – 1991, merupakan awal dari pengembangan PLTMH cross-flow di Indonesia, tetapi mengalami perbedaan konsep dan belum sepenuhnya dapat diterima. Tahun 1991 – 1993 merupakan fasa awal dari proyek PLTMH cross-flow di Indonesia. Tahun 1992, proyek PLTMH cross-flow berhasil diperkenalkan sebagai metode transfer teknologi dari Jerman untuk pengembangan dari 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.

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.

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

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

(Booming period)

185 unit (30-40 unit pertahun)

Gambar IV.4. Peta persebaran produk di domestik dan ASEAN [2]

Disamping digunakan di domestik, produknya pun sudah digunakan di luar negeri.

Gambar IV.5. Peta persebaran produk di benua Afrika [2]

Dari sampel data perusahaan tersebut dapat dilihat bahwa PLTMH ini sudah diminati tidak hanya di Indonesia, tapi sampai luar negeri. Hampir di seluruh bagian Indonesia sudah menggunakan teknologi ini. Hal tersebut disebabkan karena cocok dengan kondisi geografis Indonesia. Sudah banyak yang memanfaatkan teknologi ini sebagai teknologi alternatif dengan memanfaatkan potensi yang ada di alam. Asalkan adanya aliran sungai yang dibendung sudah dapat menggunakan teknologi ini. Konstruksinya yang sederhana tapi efisiensinya tinggi. Sehingga pemanfaatan potensi alam dapat lebih maksimal dengan dana yang minimal. Karena 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