PERPIAN DAN TURBIN

PEMBAHASAN

A.     PIPA

Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, maupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke tempat yang lain.

q  Sistem perpipaan yang lengkap terdiri atas :

Ø   Pipa

Ø   Sambungan-Sambungan (fitting)

Ø   Peralatan pipa (pompa)

Ø   dll

q  Pressure Drop

§  Terjadi akibat aliran fluida mengalami gesekan dengan permukaan saluran

§  Dapat juga terjadi ketika aliran melewati sambungan  pipa,belokan,katup, difusor, dan sebagainya

§  Besar Pressure Drop bergantung pada :

      Kecepatan aliran

      Kekasaran permukaan

      Panjang pipa

      Diameter pipa

q  Aliran Fluida

Jenis Aliran Fluida :

q  Steady atau tidak steady

q  Laminar atau Turbulen

q  Satu, dua, atau tiga dimensi

q  Steady jika kecepatan aliran tidak merupakan fungsi waktu ( dv/dt = 0)

q  Aliran laminer atau turbulen tergantung dari bilangan Reynolds

q  Aliran satu dimensi terjadi jika arah dan besar kecepatan di semua titik sama

q  Aliran dua dimensi terjadi jika fluida mengalir pada sebuah bidang (sejajar suatu bidang) dan pola garis aliran sama untuk semua bidang

q  Garis arus adalah kurva imajinasi yang digambar mengikuti pergerakan fluida untuk menunjukan arah pergerakan aliran fluida tersebut

q  Vektor kecepatan pada setiap titik kurva :

q  Tidak memiliki arah normal

q  Tidak akan ada aliran yang berpindah dari suatu garis arus ke garis arus lain

q  Persamaan Kontinuitas

Persamaan kontinuitas diperoleh dari hukum kelestarian massa yaitu:

 

q  Karakteristik Aliran Di Dalam Saluran/Pipa

Ø  Aliran di dalam suatu saluran selalu disertai dengan friksi

Ø  Aliran yang terlalu cepat akan menimbulkan pressure drop yang tinggi sedangkan aliran yang terlalu lambat pressure drop-nya akan rendah akan tetapi tidak efisien

Ø  Kecepatan aliran perlu dibatasi dengan memperhatikan :

                  * Besarnya daya yang dibutuhkan

                  * Masalah erosi pada dinding pipa

                  * Masalah pembentukan deposit/endapan

                  * Tingkat kebisingan yang terjadi

Karakteristik Aliran Melalui Sambungan-Sambungan

ü  Bentuk-bentuk sambungan pada sistem perpipaan:Sambungan lurus

ü  Sambungan belok

ü  Sambungan cabang

ü  Sambungan dengan perubahan ukuran saluran

Cara-cara penyambungan pada sistem pemipaan:

Ø  Ulir

Ø  Press

Ø  Flens

Ø  Lem

Ø  Las

B.     TURBIN

1.      Turbin Francis

·         Untuk kettinggian dari 10 sampai 300m 

·         Baling-baling dan runner terbuat dari baja

·         Elektro-mekanik atau hidrolik drive dikontrol dengan penutupan secara penuh

·         Pelapis khusus untuk lingkungan lembab (desain konstruksi untuk air bersih)

·         Khusus pada Struktur melintas digunakan sistem perpipaan tertutup

·         Efisiensi tinggi pada aliran konstan (50–100% dari aliran terpasang)

·         Runner terletak tepat pada poros generator (alternatif dengan kopling dan bantalan poros turbin)

·         Rumah spiral yang dilas pada segmen-segmen nya

·         Memungkinkan lokasi poros horisontal atau vertikal

2.      Turbin Kapalan

·         Tersedia ukuran untuk Ketinggian (head) dari 1 sampai 15 meter

·         Turbin dengan aliran air langsung horizontal dan pit-vertikal

·         Dimensi dengan struktur: 320 – 3.200 mm, 3, 4 atau 5 pisau

·         Runner Blade yang terbuat dari perunggu

·         Efisiensi tinggi juga akan tercapai pada beban parsial untuk dua perubahan

·         Perubahan daya dorong dilakukan oleh peralatan unit hidrolik bertekanan tinggi

·         Dengan adanya penutupan secara mekanik yang menutup turbin secara penuh, oleh karena itu tidak diperlukan untuk memasang katup penutup

·         Struktur yang kompak dengan persyaratan ruang yang diminimalkan

·         Instalasi yang sederhana karena struktur dengan jenis modular

·         Desain dengan gearbox depan dan generator yang terletak di pit atau dengan penggerak sabuk datar

·         Sangat dimungkinan juga sambungan ke pipa atau ke inlet beton

·         Dengan sistem perlindungan terhadap air akan bebas pemeliharaan berkat perlindungan keramik.

·         Rumah inlet dan ruang silinder terbuat dari cor logam atau cor beton

3.      Turbin Microcross

·         Desain Kuat dengan harga yang terjangkau

·         Untuk pengoperasian paralel atau terpencil

·         Dengan teknologi yang teruji 10.000 kali diuji

·         Kapasitas dari 5 sampai 35kW

·         Lingkup penggunaan saat terbuka penuh: 50 – 200 liter / detik dengan ketinggian yang sesuai 

·         Pengaturan melalui satu pegangan baling-baling dari 40–100% dengan efisiensi tinggi

·         Runner berdiameter 200mm

·         Efisiensi tinggi bahkan dengan jumlah aliran air yang beragam melewati turbin

·         Kapasitas kemampuan menyaring dari runner mencegah penyumbatan

·         Koneksi ke generator secara langsung atau dengan belt drive

·         Pengaturan secara manual atau otomatis, dicapai menurut tahapan sesuai dengan kecepatan yang diraih

·         Memudahkan untuk transportasi karena beban yang ringan

·         Sederhana yang cepat dan murah

4.      Turbin Pelton

·         Horisontal dan vertikal, 1 sampai dengan 6-nosel pengaturan 

·         Untuk ketinggian 150 sampai 600 m

·         Cocok digunakan untuk debit air yang kecil dan sangat bervariasi

·         Koneksi langsung dari runner ke poros generator atau bantalan poros turbin

·         Hidrolik dikontrol koaksial atau needle nozzles

·         Efisiensi yang tinggi karena geometri khusus

·         Tahan aus karena baja dengan resistensi yang tinggi (runner, nozzle body, jet dan nozzle needle)

·         Cocok untuk desain saluran yang panjang dan bertekanan tinggi dengan deflektor

·         Cocok untuk sistem air bersih dengan beragam kontrol listrik

5.       Turbin Crossflow

·         Tinggi Terjunan (head): H = 5… 200 m

·         Debit: Q = 0,03… 13 m³/s

·         Kapasitas: N = 10… 3 500 kW

                Prinsip Turbin Crossflow

            Turbin Crossflow adalah radial, turbin bertekanan kecil dengan injeksi tangensial dari putaran kipas dengan poros horisontal. Turbin ini digolongkan sebagai turbin berkecepatan rendah. Aliran air mengalir melalui pintu masuk pipa, dan diatur oleh baling-baling pemacu dan masuk ke putaran kipas turbin. Setelah air melewati putaran kipas turbin, air berada pada putaran kipas yang berlawanan, sehingga memberikan efisiensi tambahan. Akhirnya, air mengalir dari casing baik secara bebas atau melalui tabung dibawah turbin.

           

Gambar 1: inlet Horisontal                           Gambar 2: inlet Vertikal

Pada prakteknya, aliran air pada putaran kipas memberikan efek pembersihan sendiri. Setiap kotoran yang terdorong diantara putaran kipas akan masuk bersama air yang juga ditarik keluar oleh gaya sentrifugal. Setelah setengah putaran dari kipas, air mengambil kotoran yang keluar dan menyembur keluar kedalam kolam penenang.

Jika aliran air berubah – ubah, maka turbin Crossflow dirancang dengan dua sel. Pembagian standar dari sel masuk adalah 1:2. Sel sempit memproses aliran air kecil dan sel lebar memproses aliran deras. Kedua sel bersama-sama memproses aliran penuh. Dengan pembagian ini, aliran air yang digunakan adalah 100 sampai 17% pada efisiensi optimal. Dengan demikian turbin Crossflow dapat digunakan pada aliran sungai yang sangat bervariasi, bahkan mencapai efisiensi 80%.

Tingkat efisisensi turbin

Total efisiensi turbin crossflow mini dengan ketinggian yang kecil adalah 84% sepanjang aliran. Efisiensi maksimum dari turbin menengah dan besar dengan Ketingian yang besar, adalah 87%

Dalam Gambar 3 diilustrasikan Kelebihan dari turbin crossflow. Aliran air sungai dalam kurun waktu setahun aliran sungai menjadi sangat kecil untuk beberapa bulan. Selama bulan-bulan tersebut, kemampuan turbin untuk menghasilkan listrik tergantung pada program efisiensi dari turbin yang yang dipakai. Dalam keadaan normal, turbin mencapai efisiensi tinggi, namun selama arus air kecil, efisiensi agak rendah, mencapai output tahunan yang lebih rendah ditempat-tempat dengan variabel aliran air dimana turbin dengan efisiensi kurva yang tetap datar.

Gambar 3: kurva efisiensi turbin crossflow, dibandingkan dengan turbin Francis adalah apabila arus dapat diatur oleh baling-baling panduan dalam pebandingan 1:2.

Pegangan baling-baling

Dalam turbin crossflow split, air yang dibutuhkan untuk menggerakkan turbin diarahkan oleh dua kekuatan permukaan pegangan baling-baling yang seimbang. Semburan air dipisahkan oleh baling-baling, diseimbangkan dan dibiarkan masuk dengan lancar melewati kipas secara bebas sesuai dengan ruang yang ada. Kedua pegangan baling-baling putar diatur dengan tepat didalam rumah turbin dan dapat berfungsi sebagai alat penutup turbin jika terjadi penurunan arus air. Maka katup penutup tidak perlu digunakan sebagai penyeimbang tekanan antara pipa dan turbin. Kedua pegangan baling-baling dipasang dengan pemisah yang diperpanjang , yang dihubungkan dan dikontrol secara manual atau otomatis. Pegangan baling-baling ditempatkan dalam rumah pelumas dan tidak memerlukan perawatan khusus. Apabila terjadi penghentian, maka turbin mampu menutup secara otomatis oleh gaya gravitasi karena adanya beban tambah pada ujung pemisahnya.

Rumah Turbin

            Rumah turbin crossflow terbuat dari struktur baja, sehingga kuat dan tahan terhadap benturan dan beku.

Gambar 4: Desain turbin crossflow dua-sel

Runner

Runner adalah bagian paling penting dari turbin, dilengkapi dengan lempengan yang terbuat dari profil baja dengan metode yang sudah terbukti. Kedua ujungnya dipasang dan di las pada bagian dalam ujung cakram dari runner tersebut. Runner dapat mempunyai lempengan sampai 37 buah tergantung dari ukuran turbin. Lempengan miring menciptakan sedikit kekuatan aksial, untuk itu pelumasan tidak diperlukan karena telah diperkuat oleh bantalan aksial. Lempengan pada runner yang lebar ditunjang oleh beberapa cakram. Sebelum instalasi akhir dari turbin, runner benar-benar diukur secara seimbang dan diuji untuk deteksi keretakan.

Bantalan

Turbin crossflow dilengkapi dengan bantalan rol serta dengan beberapa keunggulan seperti putaran dengan daya aus rendah dan pemeliharaan yang sederhana. Desain dari rumah bantalan mencegah kebocoran air ke dalam bantalan dan kontak dengan pelumas. Ini adalah kualitas terpenting dari desain paten dari rumah bantalan turbin crossflow kami. Selain itu, bantalan ini juga dipergunakan pada kipas yang berpusat pada turbin. Pada setiap penemuan solusi teknis selalu dilengkapi elemen penyegelan yang bebas perawatan. Selain penggantian pelumas setiap tahun, bantalan tidak memerlukan perawatan apapun. Selain itu, solusi teknis yang digunakan memungkinkan penggantian sederhana dari kipas tanpa mengeluarkan seluruh turbin keluar dari posisinya.

Draft Tube

Pada prinsipnya, turbin crossflow adalah turbin aliran bebas. Namun, dalam kasus dengan Ketinggian (head) dengan ukuran sedang atau rendah, diperlukan Draft Tube. Hal ini untuk memastikan bahwa ruang mesin bebas dari banjir dan sekaligus ketinggian seluruh ukuran Ketinggian terjunan dapat diterapkan. Jika aliran bebas turbin dengan skala luas digunakan, maka kolom air dalam Draft tube harus dikontrol. Hal ini dipastikan dengan menyeimbangkan katup udara, yang mempengaruhi tekanan bawah dalam rumah turbin. Dengan cara tersebut, turbin dengan tinggi hisap dari 1 sampai 3m dapat digunakan secara optimal tanpa ada bahaya kavitasi. Selain itu, apabila Ketinggian dengan ukuran yang rendah digunakan, pembuatan draft tube sebagai pipa baja pengumpul akan mengurangi biaya konstruksi yang jauh lebih rendah. Dengan demikian, biaya dapat ditekan pada kebanyakan proyek yang bermasalah.

Operasi karakteristik

Berkat desain turbin crossflow yang unik, bahaya akan kavitasi tidak ada. Sehingga kipas tidak perlu ditempatkan di bawah tingkat air tanah. Dengan demikian konstruksi biaya dan operasi merugikan dapat dihindari.

Baja dengan struktur normal digunakan untuk hingga 90m. Untuk Ketinggian dengan ukuran 90 sampai 120m, kipas terbuat dari struktur baja. Sedangkan untuk Ketinggian yang melebihi 120m, seluruh turbin harus terbuat dari baja.

Kecepatan maksimum yang kontinyu dari turbin crossflow biasanya mencapai kelipatan 2.3 dari kecepatan nominal. Fakta ini memungkinkan untuk diproduksi secara massal dengan menggunakan generator.

Keuntungan ke ekonomian

Dengan meningkatnya minat masyarakat akan kelestarian lingkungan dalam upaya mencari sumber daya alam yang dapat digunakan seperti memproduksi energi listrik dari sumber energi terbarukan. Sayangnya, penggunaan power hydro terbatas oleh faktor-faktor yang sangat signifikan sebagai berikut ini : tingginya biaya instalasi, termasuk desain dan perencanaan, dimensi, serta produk dari mesin yang dibutuhkan.

Oleh karena itu, insinyur serta konsultan dan desainer turbin telah mencoba untuk mengurangi total biaya dari turbin air yang standar. Pendekatan seperti ini hanya layak untuk turbin besar. Namun di sisi lain, hal ini mungkin dapat menyebabkan masalah dengan dimensi untuk turbin kecil, bila head (Ketinggian ) yang diproyeksikan dan variasi aliran air sepanjang tahun diperhitungkan.

Turbin crossflow kami terbuat dari komponen standar yang dikonfigurasikan sesuai dengan kebutuhan pelanggan – yaitu diperhitungkan secara menyeluruh potensi dari air dan Ketinggian (head) dilokasi ditempat tertentu. Seperti sistem modular yang menyediakan dan merancang semua fungsi dengan harga yang baik pada waktu yang bersamaan.

Turbin crossflow memiliki purna jual yang panjang dan bebas perawatan. Selama pengoperasian, tidak diperlukan suku cadang yang mahal atau kompleks, maupun dapat di perbaiki langsung dilapangan. Keuntungan tertentu turbin crossflow adalah dapat digunakan dalam sistem air bersih gravitasi, bahkan di saluran yang sangat panjang, ataupun tidak menyebabkan dampak yang tidak diinginkan secara hidrolik dan dengan demikian tidak mempengaruhi kualitas air minum selama pengoperasian. Hal ini telah berhasil diuji beberapa kali oleh perusahaan kami di banyak negara di seluruh dunia.

Daftar Pustaka:

http//www. Wikepidia.com

Wijaya andi, saluran ekonomi (2:123)

http//.www.Google. Com

http//.www.Academia.edu.