TUGAS DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK

Memahami Konsep Penggerak Mula (Prime Mover)

Dalam Sistem Pembangkit Tenaga Listrik

FAKULTAS TEKNIK ELEKTROUNIVERSITAS LANCANG KUNING

PEKANBARU2012

ISTANA SEMBIRING12.20201.164

Fungsi & manfaatMemahami potensi peralatan/sistem energi mekanik

sehingga dapat di konversi menjadi energi listrik melalui prime mover pada pembangkit tenaga listrik

Mengetahui sistem konversi energi mekanis untuk memutar rotor pada generator.

Mengkorversi energi mekanik menjadi energi listrik, dengan cara mengubah potensi energi mekanik dari uap, air, angin, gas & diesel, untuk menggerakkan atau memutar shaft pada turbin yang tersambung dengan generator, kemudian dengan putaran rotor pada generator akan menghasilkan energi listrik.

TURBIN

1. TURBIN AIRTurbin Air dapat di klasifikasikan sbb:A. Berdasarkan Model Aliran Air Masuk (Runner)

1. Turbin Aliran TangensialPada kelompok turbin ini posisi air masuk (runner) dengan arah tangensial atau tegak lurus dengan poros runner mengakibatkan runner berputar.Contohnya:

a. Turbin Peltonb. Turbin Cross-Flow (Banki)

Turbin pelton digolongkan ke dalam jenis turbin impuls atau tekanan sama. Karena selama mengalir di sepanjang sudu-sudu turbin tidak terjadi penurunan tekanan, sedangkan perubahan seluruhnya terjadi pada bagian pengarah pancaran atau nosel.

Energi yang masuk ke roda jalan dalam bentuk energi kinetik. Pada waktu melewati roda turbin, energi kinetik dikonversikan menjadi kerja poros dan sebagian kecil energi terlepas dan sebagian lagi digunakan untuk melawan gesekan dengan permukaan sudu turbin.

Turbin pelton biasanya berukuran besar. Hal ini dapat dimaklumi karena dioperasikan pada tekananyang tinggi danperubahan momentum yang diterima sudu-sudu sangat besar, dengan sendiri struktur turbin harus kuat.

a. Turbin Pelton

a. Turbin Pelton

• Turbin pelton terdiri dari dua bagian utama yaitu :- Nosel- Roda jalan.

• Nosel mempunyai beberapa fungsi yaitu:

- Mengarahkan pancaran air ke sudu turbin.- Mengubah tekanan menjadi energi kinetik.- Mengatur kapasitas air yang masuk turbin.

Gambar Turbin Pelton

Jarum yang berada pada nosel bertujuan untuk mengatur kapasitas dan mengkonsentrasikan air yang terpancar di mulut nosel. Panjang jarum sangat menentukan tingkat konsentrasi air, makin panjang jarum air makin terkonsentrasi.

Untukturbin pelton dengan daya kecil, debit bisa diatur dengan hanya menggeser kedudukan jarum sudu. Untuk instalasi yang lebih besar harus menggunakan dua buah sistem pengaturan atau lebih,

Tujuan pengaturan ini adalah untuk menghindari terjadinya tekanan tumbukan yang besar dalam pipa pesat yang timbul akibat penumpukkan nosel secara tiba-tiba ketika beban turbin berkurang dengan tiba-tiba.

Untuk mengurangi putaran turbin pada kondisi atas, pembelokkan pancaran akan berayaun kedepan jarum nosel terlebihdahulu sehingga pancaran air dari nosel berbelok sebagian.

a. Turbin Pelton

Roda jalan berbentuk pelek (rim) dengan sejumlah sudu di sekelilinnya. Pelek ini dihubungkan dengan poros dan seterusnya menggerakkan generator. Sudu turbin pelton berbentuk elipsoida yang dibuat dengan bucket (sudu) dan di tengahnya mempunyai splitter (pemisah air). Bentuk sudu sedemikian dimaksudkan supaya bisa membalikkan putaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya samping.

a. Turbin Pelton

Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jenis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960).Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air maupun jenis turbin mikro hidro lainnya. Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat menghemat biaya pembuatan penggerak mula sampai 50 % dari penggunaan kincir air dengan bahan yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin Cross-Flow lebih kecil dan lebih kompak dibanding kincir air. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air.

b. Turbin Cross-Flow (Banki)

Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner.

b. Turbin Cross-Flow (Banki)

b. Turbin Cross-Flow (Banki)

Gambar Turbin Cross-Flow

2. Turbin Aliran AksialPada turbin ini air masuk (runner)dan keluar runner sejajar dengan poros runner, Turbin Kaplan(Propeller ) adalah salah satu contoh dari tipe turbin ini.

• Turbin KaplanCara kerja Turbin Kaplan ini menggunakan prinsip reaksi.

Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip dengan baling-baling pesawat terbang. Bila baling-baling pesawat terbang berfungsi untuk menghasilkan gaya dorong, roda jalan pada kaplan berfungsi untuk mendapatkan gaya F yaitu gaya putar yang dapat menghasilkan torsi pada poros turbin. Sudu-sudu pada roda jalan kaplan dapat diputar posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban turbin. Turbin kaplan banyak dipakai pada instalasi pembangkit listrk tenaga air sungai, karena turbin ini mempunyai kelebihan dapat menyesuaikan head yang berubah-ubah sepanjang tahun. Turbin kaplan dapat beroperasi pada kecepatan tinggi sehingga ukuran roda turbin lebih kecil dan dapat dikopel langsung dengan generator. Pada kondisi pada beban tidak penuh turbin kaplan mempunyai efisiensi paling tinggi, hal ini dikarenakan sudu-sudu turbin kaplan dapat diatur menyesuaikan dengan beban yang ada.

TURBIN

Turbin Kaplan (Proppeler)

Gambar Turbin Kaplan (Proppeler)

3. Turbin Aliran Aksial-RadialPada turbin ini air masuk ke dalam runner secara radial dan keluar runner secara aksial sejajar dengan poros. Turbin Francis adalah termasuk dari jenis turbin ini.

• Turbin Francis

Konstruksi turbin terdiri dari dari sudu pengarah dan sudu jalan, dan kedua sudu tersebut, dan semuanya terendam di dalam aliran air. Air pertama masuk pada terusan berbentuk rumah keong. Perubahan energi seluruhnya terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak. Aliran air masuk ke sudu pengarah dengan kecepatan semakin naik degan tekanan yang semakin turun sampai roda jalan, pada roda jalan kecapatan akan naik lagi dan tekanan turun sampai di bawah 1 atm. Untuk menghindari kavitasi, tekanan harus dinaikan sampai 1 atm dengan cara pemasangan pipa hisap.

Pengaturan daya yang dihasilkan yaitu dengan mengatur posisi pembukaan sudu pengarah, sehingga kapasitas air yang masuk ke roda turbin dapat diperbesar atau diperkecil. Turbin francis dapat dipasang dengan poros vertikal dan horizontal .

TURBIN

Turbin Francis

Gambar Turbin Francis

Turbin Francis

Gambar Turbin Francis

B. Berdasarkan Perubahan Momentum Fluida Kerjanya.

Dalam hal ini turbin air dapat dibagi atas dua tipe yaitu :1. Turbin Impuls. Semua energi potensial air pada turbin ini dirubah menjadi menjadi energi kinetis sebelum air masuk/ menyentuh sudu-sudu runner oleh alat pengubah yang disebut nozel. Yang termasuk jenis turbin ini antara lain : Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.

2. Turbin Reaksi. Pada turbin reaksi, seluruh energi potensial dari air dirubah menjadi energi kinetis pada saat air melewati lengkungan sudu-sudu pengarah, dengan demikian putaran runner disebabkan oleh perubahan momentum oleh air. Yang termasuk jenis turbin reaksi diantaranya : Turbin Francis, Turbin Kaplan dan Turbin Propeller.

TURBIN

2. TURBIN GAS• Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).

TURBIN

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan

2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.

3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).

4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.

Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugiankerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas.

TURBIN GAS

TURBIN GAS

KINCIR

1. KINCIR AIRDari perumusan Bernouli, menunjukkan bahwa daya

air dari suatu aliran mempunyai bentuk energi yang berbeda-beda. Pada proses peralihan keseimbangan energi antara energi masuk ke mesin tenaga disatu pihak dengan energi mekanis yang dapat diteruskan oleh mesin tenaga ditambah energi yang ikut ke luar bersama-sama air buangan dipihak lain. 

Dari persamaan tersebut, suku sebelah kanan adalah jumlah energi yang dipakai oleh sudu jalan turbin untuk diubah menjadi energi mekanis.

KINCIR AIR

Gambar Kincir Air

Pada gambar diatas adalah gambar kincir air.

Kincir air adalah jenis turbin air yang paling kuno, sudah sejak lama digunakan oleh masyarakat. Teknologinya sederhana, material kayu dapat dipakai untuk membuat kincir air, tetapi untuk opersi pada tinggi jatuh air yang besar biasanya kincir air dibuat dengan besi. Kincir air bekerja pada tinggi jatuh yang rendah biasanya antar 0,1 m sampai 12 meter, dengan kapasitas aliran yang berkisar antara 0,05 m3/dtk sampai 5 m3/dtk. Dari data tersebut pemakai kincir air adalah di daerah yang aliran airnya tidak besar dengan tinggi jatuh yang kecil. Putaran poros kincir air berkisar antara 2 rpm sampai 12 rpm.

KINCIR AIR

2. KINCIR ANGIN• Sejarah penggunaan kincir angin.

Kincir angin pada asasnya digunakan melakukan kerja-kerja pemotongan. Mata pisau (kipas yang berputar laju) , yang akan mengisar sebarang objek yang keras seperti kayu, batu dan sebagainya. Bentuknya bukan seperti diatas, lain sedikitlah.

Belanda/Netherlands (the orange!) merupakan negara yang menggunakan kincir angin sebagai untuk melindingi negara itu dari ditenggelami air, sebab negara mereka sudah berada diparas bawah laut dan banyak daerahnya yang termasuk dalam aliran-aliran sungai.

KINCIR

Ciri-ciri kincir angin.

Kebanyakan turbin-turbin angin moden mempunyai tiga mata pisau , dan beroperasi menghadapi angin. Menara-menara yang tinggi mencapai aliran udara kuat yang malar. Angin bertukar mata pisau. yang mana memutarkan sebuah lubang, yang dihubungkan kepada sebuah penjana dan membuat bekalan elektrik. Mata pisau adalah dikawal jadi bendalah ini sentiasa pusing di kadar sama. Besar, turbin cekap boleh menjana sehingga 3.6 megawatt setiap. Satu megawatt ada cukup menyediakan kuasa untuk kira-kira 300 atau lebih banyak untuk satu keluarga.

KINCIR ANGIN

KINCIR ANGIN

Fungsi:

Menurut fungsinya, kincir angin dibagi menjadi dua jenis iaitu kincir angin untuk kepentingan industri dan kincir angin untuk penyaluran air.

a. Industri

Kincir angin untuk kepentingan industri terdapat banyak jenisnya dan mereka diberi nama sesuai dengan penggunaan mereka, contohnya kincir angin untuk menggergaji (sawmill red.) atau kincir angin untuk menggiling jagung (cornmill red.). Jenis kincir angin yang paling tua adalah kincir angin standar (standardmolen atau postmill dalam bahasa English). Kincir angin ini dapat menangkap dan mengalihkan banyak angin dan terlebih lagi dengan kincir air yang terpasang di dalamnya, dapat membantu proses pengalihan dan pengeringan air lebih cepat. Oleh sebab itu, kincir angin seperti  ini banyak dibuat dekat Belanda, ia bermanfaat sekali untuk proses pengalihan angin dan air. Kalau ikutkan, masih banyak jenis-jenis lain dari kincir angin, seperti contohnya kincir angin kecil (wipmolen, red.) dan menara kincir angin (torenmolen).

KINCIR ANGIN

Kincir angin juga digunakan untuk membantu proses irigasi (pemotongan), menggiling hasil panen(tuai), dan juga digunakan sebagai medan informasi (mesej) : Contohnya kalau-kalau ada  anggota keluarga si pemilik kincir angin  mati, maka posisi kincir  akan menyimpang dari biasanya. Fungsi dari kincir angin pun sekarang bertambah, antara lain untuk mengalihkan air dan angin, mengasah kayu, memproduksi kertas, mengeluarkan minyak dari biji, dan sebagainya.

b. Sebagai penjana kuasa elektrik.Penjana yang elektrik bekerja di kincir angin cukup banyak

(mengunakan dynamo). Magnet dilampirkan aci dikelilingi oleh gegelung dawai. Sebagai aci berputar, berputar magnet, yang mewujudkan medan magnet yang bergerak dalam wayar. Medan magnet yang bergerak menghasilkan arus elektrik yang bergerak dalam wayar, yang kemudiannya boleh digunakan untuk membantu cahaya lampu dan perkakas kuasa.

c. Penyaluran air.Ia juga memudahkan proses pengaliran air untuk tanaman seperti

padi sawah, jagung dan sayur-sayuran yang memerlukan kuantiti air yang banyak. Yang penting ialah cara penyusunan bangunan kincir angin itu dan sistem perparitan yang tersusun.

KINCIR ANGIN

Prime Mover (Penggerak Mula) merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor. Satu hal yang sama dari beberapa jenis pembangkit tenaga listrik tersebut yaitu semuanya sama-sama berfungsi merubah energi mekanik menjadi energi listrik, dengan cara mengubah potensi energi mekanik dari air, uap, gas, panas bumi, nuklir, kombinasi gas dan uap untuk menggerakkan atau memutar turbin yang porosnya dikopel dengan generator selanjutnya dengan sistem pengaturannya generator tersebut akan menghasilkan daya listrik.

KESIMPULAN

TERIMA KASIH