Turbin Impuls
3.1 Pendahuluan
Pada turbin impuls seluruh energi air yang tersedia mula-mula dikonversi menjadi energi kinetik dengan melewatkan air melalui nosel yang dijaga dekat dengan runner. Air masuk wheel dalam bentuk semburan (jet) yang menumbuk bucket. Semburan (jet) air menumbuk bucket dengan kecepatan tinggi & sesudah mengalir melewati sudu, air keluar dengan kecepatan rendah (energi diberikan ke runner).
Tekanan air (pada sisi masuk & sisi keluar sudu) adalah sama, yaitu bertekanan atmosfer. Contoh yang paling umum dari turbin impuls adalah Pelton Wheel (Turbin Pelton).
3.2 Pelton Wheel
Turbin Pelton adalah turbin impuls yang digunakan untuk head yang tinggi.
Berikut komponen utama dari suatu Turbin Pelton :
3.3 Nozzle
Nosel adalah suatu mekanisme pengarah yang mengarahkan aliran air pada arah yang dirancang & juga mengatur aliran air.
Semburan (jet) air menumbuk bucket. Suatu jarum konikal (spear) beroperasi di dalam nosel dalam arah aliran. Fungsi utama spear adalah untuk mengontrol jumlah air yang mengalir melalui nosel. Jika spear di tekan ke depan, maka akan mengurangi luas penampang jet air, sehingga jumlah air yang mengalir akan berkurang & sebaliknya. Gerakan spear ini diatur secara manual atau otomatis tergantung kebutuhan.
Kadang-kadang sangat penting untuk menutup nosel tiba-tiba. Hal ini dilakukan dengan bantuan spear, namun dapat menyebabkan pipa pecah karena kenaikan tekanan secara tiba-tiba akibat penutupan nosel. Untuk menghindarinya, suatu nosel tambahan (dikenal sebagai nosel bypass) disediakan untuk mengalirkan air tanpa menumbuk bucket.
Kadang-kadang suatu plat (dikenal sebagai deflektor) disediakan yang digunakan untuk mendefleksikan semburan air & mencegah menumbuk bucket. Nosel ini diletakkan sangat dekat dengan bucket supaya meminimalisir rugi-rugi aliran.
3.4 Runner & Buckets
Runner dari Turbin Pelton terdiri dari suatu piringan sirkular yang ditempatkan pada poros horisontal. Pada keliling runner, sejumlah bucket dipasangkan secara seragam. Suatu bucket menyerupai mangkok hemisperikal dengan suatu dinding pembatas (dikenal sebagai splitter) pada bagian tengahnya dalam arah radial runner (lihat gambar 3.2.)
Permukaan bucket dibuat sangat halus. Untuk head rendah, bucket dibuat dari besi cor. Namun, untuk head tinggi, bucket dibuat dari kuningan, stainless steel atau baja paduan. Bucket umumnya dibaut ke runner disc. Namun, kadang-kadang bucket & disc dicor menjadi satu.
Kadang-kadang semua keausan wheel sama pada suatu periode waktu, namun pada realitasnya keausan tidak sama untuk setiap bucket. Sejumlah kecil bucket akan aus & rusak lebih awal & perlu penggantian. Hal ni dapat dilakukan jika bucket dibautkan ke disc.
3.5 Casing
Casing dari suatu turbin Pelton tidak mempunyai fungsi hidrolik, namun penting untuk menjaga runner terhadap kecelakaan & untuk mencegah splashing / pukulan air & mengarahkan air ke tail race. Casing secara umum dibuat dengan pengecoran atau fabrikasi.
3.6 Braking Jet
Saat turbin harus berhenti, maka nosel ditutup. Namun runner masih berputar karena inersia (kelembamannya). Supaya runner dapat berhenti pada waktu yg cepat maka diperlukan suatu nosel yg menyemburkan jet air pada sisi belakang bucket yg bertindak sebagai rem untuk mereduksi kecepatan putar runner.
Semburan / jet air dari nosel ini akan menumbuk bucket pada bagian splitter-nya yg membagi jet menjadi 2 aliran.
3.7 Kerja yang dilakukan oleh Turbin Impuls
Kerja yang dilakukan oleh Turbin Impuls
Keterangan :
- V = kecepatan absolut air masuk
- Vr = kecepatan relatif air ke bucket pada sisi inlet
- Vf = kecepatan aliran pada sisi inlet
- V1, Vr1, Vf1 = kecepatan-kecepatan pada sisi keluar
- D = diameter wheel
- d = diameter nosel
- N = rpm dari wheel
- v = kecepatan tangensial dari bucket(dikenal juga sbg kecepatan keliling bucket)
- f = sudut ujung sudu pada sisi outlet
- H = head total air (saat wheel berputar)
Defenisi Turbin Reaksi
3.1 Efisiensi Turbin Impuls
Secara umum, efisiensi dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara Kerja Yang Dilakukan terhadap Energi Yang Disuplai.
Suatu Turbin Impuls mempunyai 3 macam efisiensi yaitu :
- Efisiensi Hidrolik (Hydraulic Efficiency)
- Efisiensi Mekanik (Mechanical Efficiency)
- Efisiensi Keseluruhan (Overall Efficiency)
3.1 Efisiensi Hidrolik
Efisiensi Hidrolik adalah rasio antara Kerja Yang Dilakukan (pada Wheel) dengan Energi Semburan (Jet) Air
Suatu Turbin Impuls mempunyai 3 macam efisiensi yaitu :
- Efisiensi Hidrolik (Hydraulic Efficiency)
- Efisiensi Mekanik (Mechanical Efficiency)
- Efisiensi Keseluruhan (Overall Efficiency)
3.1 Efisiensi Mekanik
Efisiensi Mekanik adalah rasio antara Kerja Aktual Turbin dengan Energi Yang Diberikan ke Wheel
3.2 Efisiensi Keseluruhan
Efisiensi Keseluruhan adalah ukuran prestasi suatu turbin dan dapat didefinisikan sebagai rasio antara Daya Yang Dihasilkan Turbin dengan Energi Aktual Yang Disuplai ke Turbin
3.1 Jumlah Jet untuk Pelton Wheel
Suatu Turbin Pelton secara umum hanya mempunyai sebuah semburan (jet) air. Namun jika sebuah jet air tidak dapat menghasilkan daya turbin yg diperlukan, turbin Pelton dapat diberikan sejumlah jet air.
Secara umum, jumlah maksimum jet air yang disediakan untuk sebuah Turbin Pelton adalah 6 jet air. Saat mendesain & meletakkan lokasi jet air, harus pada jarak yang sama di sekeliling Pelton Wheel.
Kadang-kadang sebagai pengganti suplai jet air ke turbin, 2 atau 3 Wheel ditempatkan pada sebuah poros turbin. Sistem semacam ini dikenal sebagai Overhung Wheel
3.1 Desain Pelton Wheel
Suatu Turbin Pelton secara umum didesain untuk suatu Head Air yang diberikan, daya turbin yang diproduksi & rpm dari runner. Perancangan suatu Turbin Pelton akan menentukan sejumlah parameter, yaitu:
- Diameter Wheel
- Diameter Jet Air
- Lebar (width) dari Bucket
- Kedalaman (depth) dari Bucket
- Jumlah Bucket
Jika sejumlah data tidak didapatkan dalam perancangan, sejumlah data berikut dapat diasumsikan (yang akan menghasilkan hasil terbaik) :
- Efisiensi Overall antara 80% - 87% (sebaiknya 85%)
- Koefisien Kecepatan, CV antara 0,98 – 0,99 (sebaiknya 0,985)
- Rasio antara kecepatan keliling terhadap kecepatan jet = 0,46
Example 21-10 : Rancanglah suatu turbin Pelton dengan data sebagai berikut :
- Head Air H = 150 m
- Daya yang dihasilkan P = 800 HP
- Kecepatan putar N = 360 rpm
Asumsikan data-data lain yang belum tersedia dengan harga yang wajar.
Jawab :
- Head Air H = 150 m
- Daya yang dihasilkan P = 800 HP
- Kecepatan Putar N = 360 rpm
Asumsi :
- Koefisien kecepatan CV = 0,985
- Rasio kecepatan v = 0,46 . V
- Efisiensi keseluruhan ho = 85 % = 0,85
0 komentar:
Posting Komentar