Pendahuluan Turbin Kaplan, Pelton, Fransis

1. TURBIN KAPLAN

Turbin Kaplan termasuk kelompok turbin air reaksi jenis baling-baling (propeller). Keistimewaannya adalah sudut sudu geraknya (runner) bisa diatur (adjustable blade) untuk menyesuaikan dengan kondisi aliran saat itu yaitu perubahan debit air. Pada pemilihan turbin didasarkan pada kecepatan spesifiknya. Turbin Kaplan ini memiliki kecepatan spesifik tinggi (high spesific speed). Turbin kaplan bekerja pada kondisi head rendah dengan debit besar . Pada perancangan turbin Kaplan ini meliputi perancangan komponen utama turbin Kaplan yaitu sudu gerak (runner), sudu pengarah (guide vane), spiral casing , draft tube dan mekanisme pengaturan sudut bilah sudu gerak. Pemilihan profil sudu gerak dan sudu pengarah yang tepat untuk mengasilkan torsi yang besar. Perancangan spiral casing dan draft tube menggunakan persamaan empiris . Perancangan mekanisme pengatur sudut bilah (β) sudu gerak dengan memperkirakan besar sudut putar maksimum sudu gerak berdasarkan jumlah sudu, debit air maksimum dan minimum. Turbin Kaplan ini dirancang untuk kondisi head 4 m dan debit 5 m³/s. Akhirnya dari hasil perancangan turbin Kaplan ini didapatkan dimensi dari komponen utama turbin yang diwujudkan ke dalam bentuk gambar kerja dua dimensi.
Turbin Kaplan digunakan untuk tinggi terjun yang rendah, yaitu di bawah 20 meter. Teknik mengkonversikan eerngi potensial air menjadi energi mekanik roda air turbindilakukan melalui pemanfaatan kecepatan air. Roda air turbin Kaplan menyerupai baling-baling dari kipas angin.
Sudu roda jalan turbin Kaplan mirip roda propeller yang letak sudunya terpisah jauh satu dengan yang lain. Memperlihatkan kaskade( cascade ) sudu roda jalan turbin Kaplan beserta segitiga kecepatan pada bagian masuk dan keluar sudu. Menurut persamaan euler :
H. g = ( )
Disini u = u = u, dan bila dibuat c = 0 berarti air dikeluarkan tegak lurus, maka u = H . g/c . Bila c kecil harga u cukup besar. Demikian pula dengan kecepatan putarnya. Bila kecepatan putar, n, besar maka kecepatan spesifik, n , dapat dilaksanakan dengan harga yang besar pula.

 

2. TURBIN PELTON
 

 

Turbin Pelton adalah turbin untuk tinggi terjun yang tinggi, yaitu di atas 300 meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses impuls sehingga turbin Pelton disebut juga turbin impuls.
Turbin Pelton disebut juga turbin impuls atau turbin tekanan rata atau turbin pancaran bebas karena tekanan air keluar nosel sama dengan tekanan atmosfer. Dalam instalasi turbin ini semua energi ( geodetic dan tekanan ) diubah menjadi kecepatan keluar nosel. Konstruksi nosel dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Tidak semua sudu menerima hempasan air, tetapi secara bergantian tergantung posisi sudu tersebut. Jumlah tergantung besarnya kapasitas air, dapat bervariasi satu sampai enam. Turbin pelton dipakai untuk tinggi jatuh air yang besar, dengan kecepatan spesifik 1 sampai 15.
Untuk mendapatkan efisiensi yang baik, dalam turbin pelton harus terdapat hubungan antara kecepatan keliling , u, dan kecepatan keluar nosel, c , yang dapat dijelaskan sebagai berikut :
Persamaan euler untuk turbin :
H =
Dari gambar di atas, c tegak lurus u. Jadi c = 0, sehingga :
H = c .c /g atau
Untuk turbin pelton u = u = u, dan c dan c dan c arahnya sama. Jadi c = c . Kecepatan air keluar nosel, c , dengan tinggi jatuh air H adalah :
c = atau H = c / 2g

3. TURBIN FRANCIS

Turbin francis merupakan jenis turbin tekanan lebih. Sudunya terdiri atas sudu pengarah dan sudu jalan yang keduanya terendam dalam air. Perubahan energi terjadi seluruhnya dalam sudu pengarah dan sudu gerak, dengan mengalirkan air ke dalam sebuah terusan atau dilewatkan ke dalam sebuah cincin yang berbentuk spiral atau rumah kosong.
Turbin Francis paling banyak digunakan di Indonesia. Turbin ini digunakan untuk tinggi terjun sedang,yaitu 20-440 meter.Teknik mengkonversikan energi potensial menjadi energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses reaksi sehingga turbin Francis juga sering disebut turbin reaksi.

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 sudut pengarah. Sudut pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudut pengarah pad turbin Francis dapat merupakan suatu sudut pengarah yang tetap ataupun sudut pengarah yang dapat diatur suduttnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudut pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.