1.1 Hydropower
Air
merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena
pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik
(pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang
diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat
dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi
listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan
kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun
atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak
dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu
dan mesin tekstil. Memasuki abad 19 turbin air mulai dikembangkan.
Besarnya
tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada besarnya
head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka head
adalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air
keluar dari kincir air/turbin air. Total energi yang tersedia dari suatu
reservoir air adalah merupakan energi potensial air
E=m.g.h
dengan
m adalah massa air
h adalah head (m)
g adalah percepatan gravitasi
Selain
memanfaatkan air jatuh hydropower dapat diperoleh dari aliran air
datar. Dalam hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik
Kincir Air (Water Wheel)
Kincir air
merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi mekanik berupa
torsi pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu :
1. Kincir Air Overshot
2. Kincir Air Undershot
3. Kincir Air Breastshot
4. Kincir Air Tub
Kincir Air Overshot
Kincir
air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian
sudu-sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir
berputar. Kincir air overshot adalah kincir air yang paling banyak
digunakan dibandingkan dengan jenis kincir air yang lain.
Keuntungan
► Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.
► Tidak membutuhkan aliran yang deras.
► Konstruksi yang sederhana.
► Mudah dalam perawatan.
► Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.
Kerugian
► Karena
aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan
air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.
► Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.
► Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.
► Daya yang dihasilkan relatif kecil.
Kincir Air Undershot
Kincir
air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu
yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe
undershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head.Tipe ini cocok
dipasang pada perairan dangkal pada daerah yang rata. Tipe ini
disebut juga dengan ”Vitruvian”. Disini aliran air berlawanan dengan
arah sudu yang memutar kincir
Keuntungan
n Konstruksi lebih sederhana
n Lebih ekonomis
n Mudah untuk dipindahkan
Kerugian
n Efisiensi kecil
n Daya yang dihasilkan relatif kecil
Kincir Air Breastshot
Kincir
air Breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot
dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak
melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air
disekitar sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki
kinerja dari kincir air tipe under shot
Keuntungan
► Tipe ini lebih efisien dari tipe under shot
► Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek
► Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar
Kerugian
► Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit)
► Diperlukan dam pada arus aliran datar
► Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot
Kincir Air Tub
Kincir
air Tub merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara
horisontal dan sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini
dapat dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot.
Karena arah gaya dari pancuran air menyamping maka, energi yang
diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik.
Keuntungan
· Memiliki konstruksi yang lebih ringkas
· Kecepatan putarnya lebih cepat
Kerugian
· Tidak menghasilkan daya yang besar
· Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang lebih teliti
Penggunaan Kincir Air
Mesin penggiling gandum
Mesin
penggiling gandum dengan penggerak kincir air sudah digunakan sejak
abad pertama sebelum masehi, pada jaman kerajaan Romawi dan walaupun
terkesan kuno tapi mesin penggiling ini masih tetap dipakai sampai
sekarang.
Mesin pemintal benang
Mesin
pemintal benang yang digerakan oleh kincir air ini pertama kali
diperkenalkan oleh dua insinyur Inggris, adalah Richards Arkwright dan
James Hargreaves yang pada tahun 1773. dan mulai dibuat di USA pada
tahun 1780-an. Pada abad ke-19 penggunaan mesin ini sudah digunakan
untuk pembuatan secara massal, jadi orang tidak lagi membuat pakaiannya
sendiri.
Mesin gergaji kayu
Mesin gergaji kayu dengan penggerak kincir air banyak ditemukan di New England,USA, pada tahun 1840-an
Mesin tekstil
Mesin
tekstil dengan penggerak kincir air ini digunakan oleh industri tekstil
pada abad ke-19. karena sumber energinya berupa air, maka pengeluaran
untuk produksi dapat diminimalisir. Tetapi seiring dengan perkembangan
teknologi, lambat laun mesin ini mulai ditinggalkan
Turbin air
Turbin
air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk
pembangkit tenaga listrik.. Turbin air mengubah energi potensial air
menjadi energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik
menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah
energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan
menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.
Tabel 1.1 Pengelompokan Turbin
|
high head
|
medium head
|
low head
|
impulse turbines
| |||
reaction turbines
| |
Turbin Impuls
Energi
potensial air diubah menjadi energi kinetik pda nozle. Air keluar nozle
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
adalah turbin tekanan sama karena
aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan
atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika
masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.
Turbin Pelton
Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin
Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air
yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nosel. Turbin
Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien.
Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.
Bentuk
sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk
sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan
pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa
membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya
samping. Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan
airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan demikian diameter pancaran
air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil. Turbin
Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150
meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi.
1.3.1.12 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 biayaperawatan
1.3.1.12 Turbin Crossflow
Salah
satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin
Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin
Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow.
Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec
dan head antara 1 s/d 200 m. Turbin Zcrossflow 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. Air mengalir keluar membentur sudu dan
memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian
meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang
dipasang pada sepasang piringan paralel.
1.3.2. Turbin Reaksi
Sudut
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. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini
dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya
tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.
1.3.2. Turbin Francis
Turbin
francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara
sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di
bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah
mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pad turbin
Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu
pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai
kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan
pilihan yang tepat.
|
Keterangan gambar ;
1. Generator Rotor
2. Generator Stator
3. Turbine Shaft
4. Runner
5. Turbine Head Cover
6. Stay Ring Discharge Ring
7. Supporting Cone
8. Guide Vane
9. Operating Ring
10. Guide Vane Servomotor
11. Lower Guide Bearing
12. Thrust Bearing
13. Upper Guide Bearing
14. Spiral Case
15. Draft Tube Cone
|
Turbin
Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini
tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut
biasanya mempunyai tiga hingga enam sudut.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar