makalah (Autosaved)

TURBIN IMPULS

A. Latar Belakang

Dalam pembangkit listrik tenaga air (PLTA) turbin air merupakan peralatan

utama selain generator. Turbin air adalah alat untuk mengubah energi

potensial air menjadi menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini kemudian

diubah menjadi energi listrik oleh generator. Turbin air dikembangkan pada

abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik.

Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air

menjadi energi kinetik, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu

turbin impuls dan turbin reaksi. Dimana turbin impuls memanfaatkan energi

potensial air diubah

menjadi energi kinetik dengan nozel. Air keluar nozel yang mempunyai

kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah

kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse).

Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls memiliki tekanan sama

karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya sama dengan tekanan

atmosfir sekitarnya. Energi potensial yang masuk ke nosel akan dirubah

menjadi energi kecepatan (kinetik). Sedangkan turbin reaksi memanfaatkan

energi potensial untuk menghasikan energi gerak. Sudu pada turbin reaksi

mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan

air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu

sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar.

Kedua jenis turbin tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-

masing berdasarkan karakteristik yang dimiliki, namun dalam makalah ini

penulis hanya akan membahas jenis turbin impuls saja karena jenis turbin ini

memiliki kelebihan yaitu kontruksi dan teknologi sederhana sehingga mudah

diterapkan di daerah yang terisolir serta lebih mudah dalam perawatannya.

B. Pengertian dan Sejarah Turbin Air

Turbin air adalah merupakan mesin penggerak yang merubah energi potensial

menjadi energi mekanik dengan air sebagai fluida kerjanya.

Banyak sumber yang menerangkan tentang sejarah di temukanya turbin salah

satunya yaitu bermula dari di temukanya kincir air yang sudah sejak lama

digunakan untuk tenaga industri. Pada mulanya yang dipertimbangkan adalah

ukuran kincirnya, yang membatasi debit dan head yang dapat dimanfaatkan.

Perkembangan kincir air menjadi turbin modern membutuhkan jangka waktu

yang cukup lama. Perkembangan yang dilakukan dalam waktu revolusi

industri menggunakan metode dan prinsip ilmiah. Mereka juga

mengembangkan teknologi material dan metode produksi baru pada saat itu.

Kata "turbine" ditemukan oleh seorang insinyur Perancis yang bernama

Claude Bourdin pada awal abad 19, yang diambil dari terjemahan bahasa

Latin dari kata "whirling" (putaran) atau "vortex" (pusaran air). Perbedaan

dasar antara turbin air awal dengan kincir air adalah komponen putaran air

yang memberikan energi pada poros yang berputar. Komponen tambahan ini

memungkinkan turbin dapat memberikan daya yang lebih besar dengan

komponen yang lebih kecil. Turbin dapat memanfaatkan air dengan putaran

lebih cepat dan dapat memanfaatkan head yang lebih tinggi. (Untuk

selanjutnya dikembangkan turbin impulse yang tidak membutuhkan putaran

air).

Adapun runtutan sejarahnya adalah sebagai berikut. Ján Andrej Segne

mengembangkan turbin air reaksi pada pertengahan tahun 1700. turbin ini

mempunyai sumbu horizontal dan merupakan awal mula dari turbin air

modern. Turbin ini merupakan mesin yang simpel yang masih diproduksi saat

ini untuk pembangkit tenaga listrik skala kecil. Segner bekerja dengan Euler

dalam membuat teori matematis awal untuk desain turbin.

Pada tahun 1820, Jean-Victor Poncelet mengembangkan turbin aliran

kedalam.Pada tahun 1826, Benoit Fourneyon mengembangkan turbin aliran

keluar. Turbin ini sangat efisien (~80%) yang mengalirkan air melalui saluran

dengan sudu lengkung satu dimensi. Saluran keluaran juga mempunyai

lengkungan pengarah.

Pada tahun 1844, Uriah A. Boyden mengembangkan turbin aliran keluar yang

meningkatkan performa dari turbin Fourneyon. Bentuk sudunya mirip dengan

turbin Francis.

Pada tahun 1849, James B. Francis meningkatkan efisiensi turbin reaksi aliran

kedalam hingga lebih dari 90%. Dia memberikan test yang memuaskan dan

mengembangkan metode engineering untuk desain turbin air. Turbin Francis

dinamakan sesuai dengan namanya, yang merupakan turbin air modern

pertama. Turbin ini masih digunakan secara luas di dunia saat ini.

Turbin air aliran kedalam mempunyai susunan mekanis yang lebih baik dan

semua turbin reaksi modern menggunakan desain ini. Putaran massa air

berputar hingga putaran yang semakin cepat, air berusaha menambah

kecepatan untuk membangkitkan energi. Energi tadi dibangkitkan pada sudu

dengan memanfaatkan berat jatuh air dan pusarannya. Tekanan air berkurang

sampai nol sampai air keluar melalui sirip turbin dan memberikan energi.

Sekitar tahun 1890, bantalan fluida modern ditemukan, sekarang umumnya

digunakan untuk mendukung pusaran turbin air yang berat. Hingga tahun

2002, bantalan fluida terlihat mempunyai arti selama lebih dari 1300 tahun.

Sekitar tahun 1913, Victor Kaplan membuat turbin Kaplan, sebuah tipe mesin

baling-baling. Ini merupakan evolusi dari turbin Francis tetapi dikembangkan

dengan kemampuan sumber air yang mempunyai head kecil.

C. Turbin Pelton

Turbin Pelton merupakan turbin impuls, yaitu turbin yang digerakkan oleh

energi kinetik air. Semprotan (jet) air yang berkecepatan tinggi mengenai

buket runner dan setelah menggerakkan runner air keluar pada kecepatan

rendah, yang berarti sebagian energinya tidak diserap oleh runner. Tekanan

air masuk dan keluar sudu adalah tekanan atmosfir. Turbin pelton adalah

merupakan contoh terbaik dari turbin impuls. Turbin tersebut dioperasikan

oleh satu atau lebih jet (nozzle) air yang masuk ke center bucket pada

sekeliling dari runner. Tenaga berasal dari gaya air dari tekanan tinggi yang

menumbuk buckets sehingga dinamai impuls turbin. Contoh turbin pelton

seperti pada gambar berikut.

Gambar 1. Turbin pelton

Komponen utama turbin Pelton adalah sebagai berikut:

1. Sudu turbin.

Sudu turbin ini berbentuk mangkok, yang dipasang disekeliling roda jalan

(raner). Setiap pemotongan pancaran air oleh mangkok pada umumnya

gangguan atas pancaran tersebut. Mendadak dan tanpa diinginkan sebagian

aliran membentur dan terbelokkan. Untuk menambah panjangnya usia

raner, digunakan bahan mangkok yang lebih baik mutunya, misalnya baja

tahan karat.

2. Nozzle.

Nozzle ini berfungsi untuk mengarahkan pancaran air ke sudu-sudu turbin

dan mengatur kapasitas air yang masuk ke turbin. Pada turbin pelton

mungkin dikonstruksikan dengan nozzle lebih dari satu buah. Pada poros

mendatar dilengkapi satu atau dua nozzle, sedang yang berporos tegak

mempunyai sampai 6 buah.

3. Rumah turbin.

Rumah Turbin ini berfungsi sebagai tempat kedudukan roda jalan dan

penahan air yang keluar dari sudu-sudu turbin. Agar raner tidak terendam,

rumah turbin harus cukup tinggi diatas muka air pacu-buri. Konstruksinya

harus cukup kuat untuk perlindungan seputar dari kemungkinan mangkok

atau raner rusak dan terlempar saat turbin beroperasi.

Berikut ini gambar dari runner (wheel) pelton

Gambar 2 . Runner ( wheel) pelton

Secara teknik, bagaimana turbin pelton bekerja dapat dilihat dari vector

diagram yang terjadi pada bucket berikut:

Gambar 3. Diagram vektor pada roda turbin pelton

v1 = kecepatan air jet, v2 = kecepatan relative air meninggalkan bucket, β =

sudut antara v2 sumbu jet dan V2= kecepatan absolute air meninggalkan

bucket ( jumlah dari v2 dan u ) Kecepatan air awal berubah dari v1 ke v2 cos

α. Gaya momentum yang dihasilkan adalah; P = m’ (v1 – v2 cos α )

Komponen gaya ini menyebabkan putaran konstan. M1 = laju aliran massa

( kg/s) Total gaya yang dihasilkan bucket adalah; Px = Q.w/g . (v1 – v2 cos

α ) Dimana ; Q = A. v1 dan w = ρ. G

a. Dasar Perhitungan Sudu

Kecepatan nominal Runner ; v (m/det)

V=0,44 (√2g H )

Dimana

H = Head total pompa (m)

Diameter nominal turbin; Dt (m)

Dt=60vπ n

Dimana

n = Kecepatan putran turbin (Rpm)

Jumlah sudu ; Z

Z=5,4√ Dt

dn

Dimana

dn = Diameter pancaran Nozel (m)

Lebar sudu ; Bs (mm)

Bs= (4−5 ) xdn

Kedalaman mangkok ; Cs (mm)

C s=(0,81−1,05 ) xdn

Lebar bukaan mangkok ; M (mm)

M=(1,1−1,25 ) x dn

Panjang sudu ; Ls (mm)

Ls=(2,4−3,2 ) x dn

Jarak pusat pancaran jet ke ujung sudu ;l (mm)

l=(1,2−1,9 ) x dn

b. Kerugian Gesekan (head loss) pada Turbin Pelton

Head losses merupakaan rugi-rugi energi yang terjadi pada instalasi turbin

air sehingga energi output turbin berkurang.

1. Kerugian Mayor (Head Loss Mayor )

Kerugian mayor adalah kerugian gesekan sepanjang aliran (pipa).

Besarnya faktor gesekan tergantung pada :

a. Kecepatan aliran fluida dalam pipa (V).

b. Diameter pipa (D).

c. Massa density (ρ).

d. Viskositas kinematik (v).

e. Faktor kekasaran suatu bahan (ε).

Pada besaran-besaran yang disusun dalam satu cara untuk membuatnya

tanpa dimensi diantaranya :

1. Bilangan Reynold (V. D. / v).

2. Faktor kekasaran (ε / D).

Untuk mengetahui faktor gesekan pada aliran laminer, dapat digunakan

rumus :

F=64ℜ

2. Kerugian Minor (Head Loss Minor)

Kerugian minor adalah kerugian gesekan yang disebabkan oleh::

a. Katup

b. Belokan.

c. Pembesaran mendadak.

d. Pengecilan mendadak.

e. Pembesaran perlahan.

f. Pembesaran tiba-tiba

c. Efisiensi Turbin

Water Horse Power (WHP) adalah daya indikatif yang diberikan oleh

fluida kepada sudu-sudu turbin. WHP merupakan energi yang dimiliki

oleh air dalam bentuk velocity head (head tirbin) yang nantinya akan

diubah menjadi energi poros.

N th ,fluida=ϓ QH th=ρgQ H th=mgH th(Watt )

WHP=ρ gQact H t

746 (hp)

Brake Horse Power (BHP) adalah merupakandaya efektif yang diterima

oleh poros turbindari fluida yang melalui sudu-sudu turbin. BHPdiukur

dari rem prony dengan cara mengukur torsi pada poros. Putaran poros akan

menimbulkan torsi yang diukur melalui gaya yang dihasilkan pada titik

terluar poros. Gaya ini terbaca sebagai beban (load).

BHP=T 2πn

60 (watt)

Sehingga efisiensi turbin menjadi:

ηt=BHPWHP

x10

D. Turbin Cross Flow

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 impuls aliran ossberger atau turbin crossflow.

Konstruksi turbin ini terdiri dari komponen utama yaitu:

1. Rumah turbin

2. Alat pengarah

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 ke luar silinder. Energi yang

diperoleh dari tahap kedua adalah 20%nya dari tahap pertama.

Gambar 4. Penampang turbin cross flow

Gambar 5. Runner turbin cross flow

Perkembangan teori rancang bangun dimulai dari mencari hubungan

parameter air terjun terhadap ukuran keseluruhan roda jalan dengan

persamaan :

A=0,23 x Q

√H (m2)

Dimana :

A = Luas penampang pipa pancar (semburan) berbentuk empat

persegi

panjang (m2)

Q = debit air atau laju aliran (m3/detik)

H = tinggi tekanan atau head bersih (m).

a. Rumusan Dasar

1. Tinggi Jatuh Air (Head)

Menurut persamaan Bernoulli maka persamaan tinggi jatuh air sebagai

berikut:

Komponen energi potensial

EZ = W . z

Dimana :

W = Berat fluida (N)

z = Jarak tegak / Head diatassuatu elevasi acuan (m)

Komponen energi tekanan

Ep = W.P /ϓ

Dimana:

P = tekanan air (N/m2)

ϓ = berat jenis fluida (N/m3)

Komponen energi kecepatan

Ek = W. c2/2.g

c = kecepatan fluida = √2gh

Dari persamaan diatas maka Energi totalnya adalah :

E = Ez + Ep + Ek

Apabila ruas kanan dan kiri dibagi dengan mg, maka persamaan diatas

menjadi persamaan tinggi jatuh atau head

H=z+ pρg

+ c2

2g=konstan

Dimana

H = tinggi jatuh air atau head total (m)

Z = tinggi tempat atau head potensial (m)

pρ g

=¿tinggi tekan atau head tekan (m)

c2

2g = tinggi kecepatan atau head kecepatan (m)

2. Daya yang Dihasilkan Turbin Pelton

Dari kapasitas air V dan tinggi air jatuh H dapat diperoleh Daya air

Pa = Q. 𝞀 . g . H

Dimana:

Pa = daya air (kW)

Q = kapasitas air (m/detik)

𝞀 = massa jenis air (kg/m3)

g = gaya gravitasi (m/s2)

H = tinggi air jatuh (m)

Dan efisiensi turbin:

Pt / Pa x 100%

Maka daya turbin yang diperoleh

Pt = Pa

Pt = Q . 𝞀 . g . H .

Dimana :

Pt = daya turbin (kW)

𝝶 = efisiensi turbin (%)

Secara sederhana dapat dinyatakan bahwa semakin tinggi jatuh air, dengan

kapasitas aliran sama, akan mempuyai energi potensial yang lebih besar

dibandingkan dengan tinggi jatuh air yang lebih rendah. Logika tersebut juga

erlaku sebaliknya, yaitu untuk tinggi jatuh air yang sama, energi potensial yang

dimiliki akan lebih besar apabila kapasitas aliran air juga besar.

3. Penentuan Luas Penampang Saluran

Diameter pipa dan luas penampang lintang saluran dalam turbin dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan kontinuitas. Yang dimaksud dengan luas

penampang lintang saluran adalah suatu luasan permukaan irisan saluran

yang dibuat tegak lurus dengan arah aliran cairan.

Q = A .cn

Dimana :

Q = kapasitas air yang mengalir (m3/detik)

A = luas penampang pipa yang dipakai (m2)

Cn = kecepatan aliran air (m/detik)

Kecepatan aliran air akan besar pada penampang yang semakin kecil,

pada kapasitas aliran air yang sama. Adapun kecepatan pancaran air yang ke

luar

dari nosel (turbin pelton) adalah

cn=√2 g H n

4. Diameter dan Lebar Runner

Diameter luar runner dihitung dengan memakai rumus sebagai berikut.

U 1=π D1n /60

Maka

D 1=60U 1/π n

Dimana :

D1 = diameter luar runner ( m )

N = putaran turbin (rpm)

u1 = kecepatan runner (m/s)

Luas pemasukan aliran adalah hasil kali lebar runner, b0, dengan panjang

busur pemasukan, L. berikut

Gambar 6. Penampang runner cross flow

A = b0 . L

dimana :

A = Luas penampang pipa pancar (m2)

b0 = Lebar pipa pancar (m)

L = Panjang busur pemasukan (m)

L ditentukan oleh busur pemasukan, φ (0), dan diameter raner, D1 = 2.R1

L=2R1 π ϕ⁰

360⁰

Dengan tinggi terjun tertentu, luas pemasukan tergantung kepada kebuthan

debit aliran.

Q = A .v

dimana:

Q = Debit air atau laju aliran (m3/dtk)

A = Luas penampang pipa pancar (m2)

V = kecepatan aliran (m/dtk), tegak lurus terhadap luasan pemasukan

Komponen kecepatan yang berarah tegak lurus terhadap luasan pemasukan

adalah komponen kecepatan mutlak di arah bujur, cm. Sehingga dengan

demikian maka :

Q = A . cm

Komponen kecepatan di arah bujur ini dapat dinyatakan sebagai :

cm = c . sin α

dimana :

Q = Debit air atau laju aliran (m3/dtk)

A = Luas penampang pipa pancar (m2)

cm = Komponen kecepatan mutlak di arah bujur

c = Kecepatan mutlak

α = Sudut kecepatan mutlak

Bila kecepatan pancar bebas, dengan mengabaikan kerugian tinggi terjun

akibat gesekan aliran, menggantikan kecepatan mutlak, maka :

C=C v √2 gH

dimana:

c = Kecepatan mutlak

cv = Koefisien kecepatan nosel = 0,70

g = Percepatan gravitasi (m/dtk2)

H = Head air (m)

Menggunakan hubungan tersebut diatas, debit air masuk turbin dapat

dinyatakan dengan :

Q=ACm

Q=b0 LCm

Q=b02 R1π∅

°Cm

360 °

Q=b02 R1π∅ ° c sinα

360⁰

Q=b02 R1π ϕ0 √2gH sinα

360⁰

Persamaan diatas ini memuat semua besaran yang berpengaruh terhadap

debit

aliran masuk turbin, yaitu :

b0 = Lebar pemasukan

R1 = Jari –jari lingakaran luar raner

φ = Sudut busur pemasukan

H 1/2 = akar tinggi terjun netto

sin α = sinus sudut kecepatan mutlak di sisi masuk raner

Juga menjadi jelas bahwa baik lebar pemasukan maupun jari–jari raner

berpengaruh secara linear terhadap besar debit aliran. Dengan kata lain,

suatu turbin dengan lebar pemasukan, b0 = 300 mm dan diameter raner, D =

400 mm, mempunyai debit yang sama besar dengan turbin berdiameter, D =

300 mm dengan lebar pemasukan b0 = 400 mm. Ini menyebabkan kedua

turbin bekerja dengan tinggi terjun dan busur pemasukan bersih yang sama.

Walaupun kecepatan keliling kedua turbin sama, akan tetapi karena berbeda

diameter maka kecepatan masing – masing tidak sama.

b. Geometri Sudu

Untuk menyatakan hubungan geometri antara besaran-besaran R1, R2, β1, β2,

rb, rp dan δ diperlukan adanya para menter seperti tampak pada gambar. Yaitu

ε, ζ, Ø, c dan d.

Gambar 7. Geometri sudu

Gambar tersebut juga memberikan penyelesaian grafis atas persoalan ; sudut

(β1 + β2) yang digambarkan dari pusat runner sedemikian hingga satu sisi

pengapitnya memotong jari-jari R1 sedang sisi lainnya memotong R2. Garis

penghubung kedua titik potong tadi mempunyai panjang c. Garis ini memotong

lingkaran berjari-jari R2 sepanjang 2d dari titik potongnya dengan lingkar luar

runner.

Menarik garis atas jarak 2d ini menghasilkan garis tempat kedudukan pusat

kelengkungan sudu rb. Tit ik pusat kelengkungan sudu didapatkan merupakan

titik potong antara garis bersudut β1 yang ditarik dari tiitk potong atas

lingkaran berjari-jari R1 dengan garis bagi tersebut. Pusat jari-jari sudu

terletak sejauh jari-jari lingkaran tusuk rp dari sumbu runner Jari-jari rb

digambarkan sampai juga memotong lingkar dalam runner berjari-jari R2. Bila

kedua titik potong di kedua lingkar runner dihubungkan berturut-turut dengan

pusat jari-jari rb dan sumbu runner diperoleh sudut δ dan Ø. Dengan demikian

sudut lainnya pun dapat dibuat seperti tampak pada gambar. Rumus–rumus

berikut disusun dengan urutan yang diperlukan untuk menghitung harga δ,

rb,dan rp berdasarkan besaran R1, R2, β1 dan β2 yang sudah diketahui.

Konstruksi grafis geometri sudu dapat digunakan untuk memeriksa harga-

harga besaran hasil perhitungan.

Gambar 8. Vektor kecepatan sudu

c. Kecepatan Aliran Fluida

Menurut persamaan Euler, persyaratan awal bagi pertukaran energi antara

fluida yang bergerak degnan sudu runner, yang juga bergerak, suatu mesin

hidrolis adalah bahwa sudu runner menuyebabkan berubahnya kecepatan

fluida. Dalam hal fluida dipercepat oleh sudu runner, terjadi penyerahan

energy oleh sudu kepada fluida seperti terjadi pada pompa. Sebaliknya,

dimana fluida diperlambat oleh sudu, terjadi penyerahan energi dari fluida

kerja kepada runner mesin, merupakan prinsip kerja semua turbin air.

Menggunakan istilah segitiga kecepatan, pertukaran energi antara fluida

kerja dan sudu-sudu runner turbin berlangusng bila segitiga-segitiga

kecepatan sisi masuk dan sisi keluar berbeda. Mengingat kedua segitiga

kecepatan terususun dari tiga vector kecepatan c, u, dan w.

Gambar.9. Segi tiga kecepatan

harga masing-masing energi sisi masuk dan keluar harus diperbandingakn

sehingga dihasilkan istilah energi berikut :

Selisih tekanan statis akibat gaya sentrifugal

Selisih tekanan dinamis akibat perubahan kecepatan mutlak

Berdasarkan ini, energy teoritis Hth suatu system runner yang mengubah

energy aliran tanpa kerugian menjadi daya, dituliskan dalam bentuk

persamaan EULER berikut:

Hukum cosinus membuat rumusan berikut berlaku:

dimana:

α = sudut antara vektor-vektor kecepatan mutlak dan keliling.

dengan, c .cosα = cu

dimana:

cu = komponen vector kecepatan mutlak diarah keliling

dari persamaan diatas maka dapat dituliskan sebagai :

E. Turbin Turgo

Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton

turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air

dari nozle membentur sudu pada sudut 20 o. Kecepatan putar turbin turgo lebih

besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari

turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan

biaya perawatan.

Gambara 10. Runner turbin turgo

F. Karakteristik Turbin

Karakteristik suatu turbin dinyatakan secara umum oleh enam buah

konstanta yaitu :

Rasio Kecepatan (φ)

Kecepatan Satuan (Nu)

Debit satuan (Qu)

Daya satuan (Pu)

Kecepatan spesifik(Ns)

Diameter spesifik (Ds)

1. Rasio Kecepatan

Rasio Kecepatan (φ ) adalah perbandingan antara kecepatan keliling linier

turbin pada ujung diameter nominalnya dibagi dengan kecepatan teoritis air

melalui curat dengan tinggi terjun sama dengan tinggi terjun ( netto H ) yang

bekerja pada turbin.

∅=V linier

√2g H

V linier=NπD60

∅= ND

84,6√H

dimana :

N adalah putaran turbin [rpm]

D adalah diameter karakteristik turbin [m], umumnya diameter nominal

H adalah tinggi terjun netto/sffektif [m]

2. Kecepatan Satuan

Kecepatan satuan (Nu) adalah kecepatan putar turbin yang mempunyai putar

turbin yang mempunyai diameter (D) satu satuan panjang dan bekerja pada

tinggi terjun ( netto H ) satu satuan panjang. Dari persamaan rasio kecepatan

diperoleh korelasi :

N=84,6∅ √HD

Dengan memasukan nilai D = 1 m dan H = 1 m, maka :

Nu=84,6∅

dan didapat persamaan :

Nu= ND

√H

3. Debit Satuan

Debit yang masuk turbin secara teoritis dapat diandaikan sebagai debit yang

melalui suatu curat dengan tinggi terjun sama dengan tinggi terjun ( netto H )

yang bekerja pada turbin. Oleh karena itu debit yang melalui turbin dapat

dinyatakan

sebagai :

Q=Cd14π D 2√2g H

¿Cd D2√H

Cd=koefisien debit

Debit satuan (Qu) adalah debit turbin yang mempunyai diameter (D) satu

satuan panjang dan bekerja pada tinggi terjun ( netto H ) satu satuan panjang.

Qu=Cd14π √2g

maka :

Qu= Q

D2 √H

4. Daya Satuan

Daya (P) yang dihasilkan turbin dapat dinyatakan sebagai

P=ηQ H ϓ

¿ηQuD2 √HHϓ dimanaQuD2 √H adalah Q

maka :

P=ηϓ QuD 2H32

Dimana

η ϓ Quadalah Pu

Dengan η adalah efisiensi turbin, γ adalah berat jenis air [ lb/ft3] ≈62,5 lb/ft3

Daya satuan (Pu) adalah daya turbin yang mempunyai diameter (D) satu

satuan panjang dan bekerja pada tinggi terjun ( netto H ) satu satuan

panjang.

maka :

Pu= P

D2H32

5. Kecepatan Spesifik

limiasi diameter (D) dari Nu dan Pu menghasilkan korelasi :

N=√Pu NuH

54

√P

Dimana

√PuNuadalahNs

maka :

Ns= N √PH

54

Kecepatan spesifik (Ns) adalah kecepatan putar turbin yang menghasilkan daya

sebesar satuan daya pada tinggi terjun ( netto H ) satu satuan panjang.

Kecepatan spesifik (Ns) dapat dinyatakan dalam sistim metrik maupun sistim

Inggris, korelasi dari kedua sistem tersebut dinyatakan dalam Ns (metrik) = Ns

(Inggris) x 4.42

Catatan : Satuan daya yang digunakan dalam persamaan di atas adalah daya

kuda

(DK) atau horse power (HP).

Kecepatan spesifik (ns), menunjukkan bentuk dari turbin itu dan tidak

berhubungan dengan ukurannya. Hal ini menyebabkan desain turbin baru yang

diubah skalanya dari desain yang sudah ada dengan performa yang sudah

diketahui. Kecepatan spesifik merupakan kriteria utama yang menunjukkan

pemilihan jenis turbin yang tepat berdasarkan karakteristik sumber air.

Kecepatan spesifik dari sebuah turbin juga dapat diartikan sebagai kecepatan

ideal, persamaan geometris turbin, yang menghasilkan satu satuan daya tiap

satu satuan head. Kecepatan spesifik tubin diberikan oleh perusahaan (dengan

penilaian yang lainnya) dan dan selalu dapat diartikan sebagai titik efisiensi

maksimum. Perhitungan tepat ini menghasilkan performa turbin dalam

jangkauan head dan debit tertentu.

6. Diameter Spesifik

Dari persamaan Pu diperoleh korelasi :

D= 1√Pu

√P

H34

dimana1

√PuadalahDs

Diameter spesifik (Ds) adalah diameter turbin yang menghasilkan daya sebesar

satuan daya pada tinggi terjun ( netto H ) satu satuan panjang. maka :

Ds=DH

34

√PRumus empiris2 untuk menghitung diameter spesifik dari diameter debit

(discharge diameter, 3 D ) untuk turbin reaksi adalah sebagai berikut :

Turbin francis

D3 s=567,85

N s0,37

(cm)

Turbin propeller

D3 s=475,72

N s0,34

(cm)

Untuk turbin reaksi, jika diameter spesifiknya telah dihitung dengan

persamaan-

persamaan di atas, maka diameter debit dapat dihitung dari persamaan

D= 1√Pu

√ p

H34

Diameter debit sangat berguna untuk penentuan dimensi pipa spiral dan pipa

isap.

TURBIN IMPULS

(Makalah)

Oleh

Nama : Ahmad Rapa’i NPM : 0815021020

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

2013