Cara merancang Turbin Air tipe Kaplan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air

Turbin Kaplan

Turbin air menurut cara kerjanya terbagi atas dua jenis yaitu
1. Turbin jenis reaksi 

Turbin jenis ini bekerja berdasarkan perbedaan tekanan pada sisi bladenya. Perbedaan tekanan ini yang menyebabkan turbin mampu berputar. Contoh jenis turbin ini yaitu turbin Francis dan Turbin Pelton. 

2. Turbin jenis impuls

Turbin jenis ini bekerja berdasarkan pukulan air. Contoh jenis turbin ini yaitu turbin Pelton dan Turbin Crossflow 

Pada postingan kali ini, yang akan dibahas adalah cara perancangan turbin jenis Reaksi, yaitu Turbin Kaplan. Dalam melakukan perancangan turbin Kaplan, ada beberapa hal yang harus diketahui yaitu sebagai berikut:

1. Data Head

Head merupakan potensi ketinggian air yang bisa dimanfaatkan untuk memutar turbin. Data ini bisa didapatkan hanya dengan melakukan survei langsung ke lokasi yang akan dijadikan pembangkit listrik. Biasanya, alat yang digunakan untuk mengukur Head suatu lokasi adalah alat GPS (Global positioning system). Bagi teman teman Sipil mungkin sudah sangat akrab dengan penggunaan alat ini. Satuan yang biasa digunakan adalah meter. 

Alat GPS 

Hal yang harus diperhatikan adalah ketika melakukan survei adalah data head yang didapatkan merupakan head kotor. kenapa disebut Head Kotor? Sebagaimana kita tahu, bentuk saluran, sambunga, belokan menimbulkan loses loses. Maka ketika akan memasukkan ke rumus, seharusnya nilai head lah yang dimasukkan ke dalam rumus. Nilai Nett Head ini merupakan nilai Gross Head dikurangi dengan Loses. Darimana kita mengetahui loses? Loses diketahui dengan menghitung mayor loses dan minor loses nya. Perhitungan ini akan dibahas di postingan berikutnya.

2. Data Debit 

Data debit suatu sumber air merupakan satu diantara dua data utama dalam perancangan turbin air. Debit merupakan banyaknya volume air yang mengalir dalam tiap satuan waktu. Biasanya, menggunakan satuan Liter/detik. Untuk mengukur debit suatu sungai, biasanya digunakan alat yang disebut Current Meter. Selain Current meter, ada banyak cara yang bisa dilakukan untuk mengukur debit namun tidak dibahas pada postingan ini. Dibawah ini ditampilkan gambar current meter 

Current Meter

Sebenarnya, data yang dibaca oleh alat ini bukan Debit yang memiliki satuan Liter/detik. Satuan yang dibaca oleh alat ini adalah kecepatan. Alat ini sendiri sebenarnya bisa digunakan mengukur kecepatan aliran baik air ataupun angin. Satuan yang biasa dipakai untuk alat ini yaitu m/s. Lalu, bagaimana mengukur debit yang bisa digunakan dalam perancangan turbin air? Silahkan baca selengkapnya di postingan berikut Cara mengukur debit sungai dengan menggunakan Current Meter.

Kedua data ini, head dan debit merupakan data utama dalam melakukan perancangan turbin air disamping data data lain. Kedua Data ini digunakan untuk menghitung, kira kira berapa Watt turbin yang bisa dibuat. Hal ini sesuai rumus berikut:

dimana :
P                   = Daya yang mampu dibangkitkan (Watt)
rho                = massa jenis air (kg/m3)
g                   = percepatan gravitasi (m/s2)
H                  = ketinggian (m)
Q                  = Debit (m3/s)
N                  = Efisiensi

Catatan dari rumus ini adalah, sebagaimana massa jenis air yang kita ketahui yaitu 1000 kg/m3, percepatan gravitasi yaitu 9,8 m/s2, Head dan debit  merupakan data yang dibahas di poin 1 dan 2 serta efisiensi peralatan turbin.

Efisiensi sendiri dibedakan 2 jenis, yaitu
a. Efisiensi Generator
b. Efisiensi Mekanik

a. Efisiensi Generator 
Efisiensi generator bisa mencapai lebih dari 95%. Penjelasan ini bisa dibaca di postingan Berapa Efisiensi Generator?, 

b. Efisiensi Mekanik
Komponen turbin terdiri atas banyak peralatan. Rugi/loses  ini berasal dari gesekan, loses akibat transmisi seperti bearing, belt ataupun Gearbox. Nilai efisiensi mekanik ini sangat bergantung kepada ketepatan proses manufaktur, proses assembly dan pemilihan jenis transmisi yang tepat.

Jadi kalau ditulis kan secara total, efisiensi generator dan efisiensi mekanik, maka rumus diatas menjadi,

Nah, nilai ini lah kira kira daya mampu/daya yang tersedia yang bisa di konversi menjadi listrik. Diharapkan Turbin yang dibangun bisa mencapai daya ini.


Perancangan Komponen Turbin air

Komponen komponen turbin air jenis kaplan seperti yang ditampilkan diatas terdiri atas:

-  Runner
- Poros
- Guide Vane
- Generator

untuk sementara, ini dulu yang diposting yaa. Insya Allah akan dilanjut lagi dilain kesempatan.
Semoga bermanfaat