Makalah Bab TURBIN

Turbin

Turbin adalah suatu mesin rotari yang berfungsi untuk mengubah energi dari aliran fluida menjadi energi gerak yang bermanfaat.

Mesin turbin yang paling sederhana terdiri dari sebuah bagian yang berputar disebut rotor, yang terdiri atas sebuah poros/shaft dengan sudu-sudu atau blade yang terpasang disekelilingnya. Rotor tersebut berputar akibat dari tumbukan aliran fluida atau berputar sebagai reaksi dari aliran fluida tersebut. Oleh karena itulah turbin terbagi atas 2 jenis, yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Rotor pada turbin impuls berputar akibat tumbukan fluida bertekanan yang diarahkan oleh nozzle kepada rotor tersebut, sedangkan rotor turbin reaksi berputar akibat dari tekanan fluida itu sendiri yang keluar dari ujung sudu melalui nozzle. Untuk lebih jelasnya dapat kita amati pada gambar di bawah ini.

Turbin Impuls

Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya merubah seluruh energi air (yang terdiri dari energi potensial+tekanan+kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi kinetik.  Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada 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 airyang keluar dari nozle tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.

Turbin impuls merubah aliran semburan air. Semburan turbin membentuk sudut yang membuat aliran turbin. Hasil perubahan momentum (impuls) disebabkan tekanan pada sudu turbin. Sejak turbin berputar, gaya berputar melalui kerja dan mengalihkan aliran air dengan mengurangi energi. Sebelum mengenai sudu turbin, tekanan air (energi potensial) dikonversi menjadi energi kinetik oleh sebuah nosel dan difokuskan pada turbin. Tidak ada tekanan yang dirubah pada sudu turbin, dan turbin tidak memerlukan rumahan untuk operasinya.

Hukum kedua Newton menggambarkan transfer energi untuk turbin impuls. Turbin impuls paling sering digunakan pada aplikasi turbin tekanan sangat tinggi. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton, turbin Cross Flow, dan turbin Tugor.

Turbin Reaksi

Turbin Reaksi adalah turbin yang cara kerjanya merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi kinetik. Turbin jenis ini adalah turbin yang paling banyak digunakan. Sudu 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 reaksisepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.Berikut adalah macam-macam turbin berdasarkan aplikasi penggunaannya:

1. Turbin Uap (Steam Turbine)

Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin langsung atau dengan bantuan elemen lain, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung dari jenis mekanisme yang digerakkan turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang industri, seperti untuk pembangkit listrik

Komponen-komponen Turbin Uap

Komponen-komponen utama pada turbin uap yaitu Cassing yaitu sebagai penutup (rumah) bagian-bagian utama turbin.

Rotor yaitu bagian turbin yang berputar terdiri dari:

• Poros

Berfungsi sebagai komponen utama tempat dipasangnya cakram-cakram sepanjang sumbu.

• Sudu turbin atau deretan sudu

Berfungsi sebagai alat yang menerima gaya dari energi kinetik uap melalui nosel.

• Cakram

Berfungsi sebagai tempat sudu-sudu dipasang secara radial pada poros.

• Nosel

Berfungsi sebagai media ekspansi uap yang merubah energi potensial menjadi energi kinetik.

• Bantalan (bearing)

Merupakan bagian yang berfungsi uuntuk menyokong kedua ujung poros dan banyak menerima beban.

• Perapat (seal)

Berfungsi untuk mencegah kebocoran uap, perapatan ini terpasang mengelilingi poros. Perapat yang digunakan adalah :

1. Labyrinth packing
2. Gland packing

• Kopling
  Berfungsi sebagai penghubung antara mekanisme turbin uap dengan mekanisme yang digerakkan.

Klasifikasi Turbin Uap

Turbin Uap dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang berbeda berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut peoses penurunan tekanan uap sebagai berikut :

• Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip Kerjanya

1. Turbin Impulse

Turbin impuls atau turbin tahapan impuls adalah turbin sederhana berrotor satu atau banyak (gabungan ) yang mempunyai sudu-sudu pada rotor itu. Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan sudut keluar.

Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:

1. Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada sudu diam / nosel. Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan Tekanan Rata.
2. Turbin Reaksi

Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu masing-masingnya terdiri dari baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu bergerrak turbin reaksi dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena tidak simetris, karena berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu tetap walaupun arahnya lengkungnya berlawanan.

Ciri-ciri turbin ini adalah :

Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu  Gerak
Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan Bertingkat.

Klasifikasi turbin uap berdasarkan pada tingkat penurunan Tekanan Dalam Turbin

1. Turbin Tunggal ( Single Stage )

Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower, dll.

• Turbin Bertingkat  (Aksi dan Reaksi ).

Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya besar. Pada turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih. Sehingga turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan.

• Klasifikasi turbin berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap

– Turbin Kondensasi.

Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam kompresor.

– Turbin Tekanan Lawan.

Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm sehingga masih dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.

• Turbin Ekstraksi.

Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses pemanasan lain,  misalnya proses industri.

Prinsip kerja turbin uap

Turbin uap terdiri dari sebuah cakram yang dikelilingi oleh daun-daun cakram yang disebut sudu-sudu. Sudu-sudu ini berputar karena tiupan dari uap bertekanan yang berasal dari ketel uap, yang telah dipanasi terdahulu dengan menggunakan bahan bakar padat, cair dan gas.

Uap tersebut kemudian dibagi dengan menggunakan control valve yang akan dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan pompa dan juga sama halnya dikopel dengan sebuah generator singkron untuk menghasilkan energi listrik.

Setelah melewati turbin uap, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap bertekanan rendah. Panas yang sudah diserap oleh kondensor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler. Sisa panas dibuang oleh kondensor mencapai setengah jumlah panas semula yang masuk. Hal ini mengakibatkan efisisensi thermodhinamika  suatu turbin uap bernilai lebih kecil dari 50%. Turbin uap yang modern mempunyai temperatur boiler sekitar 5000C sampai 6000C dan temperatur kondensor 200C sampai 300C.

1. Turbin Gas

Turbin gas adalah mesin yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran dalam atau internal. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang akan memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.

Turbin jenis ini menggunakan fluida udara yang dipanaskan secara cepat sebagai fluida kerjanya. Sebuah kompresor yang berfungsi untuk mengkompres udara dipasang satu poros dengan turbin (coupled).

Skema dan Gambar Penampang Turbin Gas

Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine)

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).

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

• Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
• Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
• Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
• 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. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:

1. Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
2. Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
3. Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
4. Adanya mechanical loss.

Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:

• Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)
• Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)

Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal.

Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu :

• Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)

Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.

• Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)

Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses.Siklus-Siklus Turbin Gas

Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:
Siklus Ericson

Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat balik (reversible isobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah : hth = 1 – T1/Th, dimana T1 = temperatur buang dan Th = temperatur panas.

Siklus Stirling

Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal reversible) dengan volume tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus Ericson.

Siklus Brayton

Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan.

1. Turbin Air

Kata “turbine” ditemukan oleh seorang insinyur Perancis yang bernama Claude Bourdin pada awal abad 19, yang diambil dari terjemahan bahasa Latin dari kata “whirling” (putaran) atau “vortex” (pusaran air). Turbin air ini biasanya digunakan untuk tenaga industri untuk jaringan listrik. Sekarang lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin kini dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energi yang dapat diperbaharukan. Dalam pembangkit listrik tenaga air (PLTA) turbin air merupakan peralatan utama selain generator.

Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak, “asembli rotor-blade”. Fluida yang bergerak menjadikan baling-baling berputar dan menghasilkan energi untuk menggerakkan rotor. Contoh turbin awal adalah kincir angin dan roda air. Perkembangan kincir air menjadi turbin modern membutuhkan jangka waktu yang cukup lama. Perkembangan yang dilakukan dalam waktu revolusi industri menggunakan metode dan prinsip ilmiah. Mereka juga mengembangkan teknologi material dan metode produksi baru pada saat itu. Perbedaan dasar antara turbin air awal dengan kincir air adalah komponen putaran air yang memberikan energi pada poros yang berputar. Komponen tambahan ini memungkinkan turbin dapat memberikan daya yang lebih besar dengan komponen yang lebih kecil. Turbin dapat memanfaatkan air dengan putaran lebih cepat dan dapat memanfaatkan head yang lebih tinggi. (Untuk selanjutnya dikembangkan turbin impulse yang tidak membutuhkan putaran air).

FUNGSI TURBIN

Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air untuk memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator.

PRINSIP KERJA TURBIN

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,

BAGIAN- BAGIAN UMUM TURBIN

a)       Rotor yaitu bagian yang berputar pada sistem yang terdiri dari :

–          Sudu-sudu berfungsi untuk menerima beban pancaran yang disemprotkan oleh nozzle.

–          Poros berfungsi untuk meneruskan aliran tenaga yang berupa gerak putar yang dihasilkan oleh sudu.

–          Bantalan berfungsi sebagai perapat-perapat komponen-komponen dengan tujuan agar tidak mengalami kebocoran pada sistem.

b)     Stator yaitu bagian yang diam pada sistem yang terdiri dari :

–          Pipa pengarah/nozzle berfungsi untuk meneruskan alira fluida sehinggatekanan dan kecepatan alir fluida yang digunakan di dalam sistem   besar.

–          Rumah turbin berfungsi sebagai rumah kedudukan komponen komponen dari turbin.

PENGGOLONGAN, DAN JENIS- JENIS TURBIN AIR

Turbin air dapat digolongkan berdasarkan :

Berdasarkan Model Aliran Air Masuk Runner.

Berdasaran model aliran air masuk runner, maka turbin air dapat dibagi menjadi tiga tipe yaitu :

1.      Turbin Aliran Tangensial

Pada kelompok turbin ini posisi air masuk runner dengan arah  tangensial atau  tegak lurus dengan poros runner mengakibatkan runner berputar, contohnya Turbin  Pelton dan Turbin Cross-Flow.

1.      Turbin Aliran Aksial

Pada turbin ini air masuk runner dan keluar runner sejajar dengan poros runner, Turbin Kaplan atau Propeller adalah salah satu contoh dari tipe turbin ini.

  Turbin Aliran Aksial –  Radial

Pada  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.

PARAMETER TURBIN AIR

1.      Rasio Kecepatan

Rasio kecepatan adalah perbandingan antara kecepatan keliling linier turbin pada ujung diameter nominalnya dibagi dengan kecepatan teoritis air melalui curat dengan tinggi terjun sama dengan tinggi terjun ( H _Neto) yang bekerja pada turbin.

Dengan N adalah putaran turbin rpm ( rotasi per menit), D adalah diameter nominal, H adalah tinggi terjun netto/efektif ( m ).

2.      Kecepatan Spesifik Turbin Air

Dalam hal ini akan diperkenalkan parameter kecepatan spesifik yaitu kecepatan turbin dimana dapat menghasilkan 1 hp untuk setiap tinggi air jatuh. 1 Hp = 1 ft

Dimana,
n= kecepatan turbin pada efisinesi maksimum, rpm

N= daya turbin, hp

H= tinggi air jatuh, ft

Untuk kondisi air tertentu, berdasarkan spesifiknya dapat dipilih jenis turbin yang sebaiknya digunakan agar mendapat efisiensi yang maksimum. Adapun pedomannya adalah sebagi berikut:

No	Kecepatan spesifik (rpm)	Type / Jenis turbin
1 2 3 4	10 sampai 35 35 sampai 60 60 samapi 300 300 sampai 1000	Turbin Pelton dengan Nozzel tunggal Turbin Pelton dengan dua Nozzel atau lebih Turbin Francis Turbin Kaplan

Tabel 2. Pemilihan turbin berdasarkan kecepatan spesifik

3. Daya Turbin Air

Daya yang dihasilkan oleh turbin air dapat dituliskan dengan persamaan matematis

4. Tinggi Jatuh Air

Pemilihan dengan berdasarkan tinggi jatuh air diperoleh, maka dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 3 : Pemilihan jenis turbin berdasarkan tinggi jatuh air

No	Tinggi jatuh air / head (m)	Type / Jenis Turbin
1   2   3 4   5   6	0 sampai 25   25 sampai 50   50 sampai 150 150 sampai 250   250 sampai 300   Di atas 300	Kaplan atau Francis (lebih cocok Kaplan) Kaplan atau Francis (lebih cocok francis) Francis Francis atau pelton (lebih cocok francis) Francis atau pelton (lebih cocok pelton) Pelton

(Sumber : R.S. Khurmi, 1982 : 617)

 

5. Kecepatan Satuan

Kecepatan satuan ( N_u ) adalah kecepatan putar turbin yang mempunyai diameter  ( D ) satu satuan panjang dan bekerja pada tinggi terjun ( H _Neto ) satu satuan panjang.

6. Debit Satuan

Debit yang masuk turbin secara teoritis dapat diandaikan sebagai debit melalui suatu curat dengan tinggi terjun sama dengan tinggi terjun ( H netto ) yang bekerja pada turbin,

Dengan Cd adalah koefesien debit.

Debit satuan ( Qu ) adalah turbin yang mempunyai diameter (D) satu satuan panjang dan bekerja pada tinggi terjun ( H Neto ) satu satuan Panjang.

7. Daya Turbin Air
8. Diameter Spesifik

Diameter Spesifik ( Ds ) adalah diameter turbin yang menghasilkan daya sebesar satu satuan daya pada tinggi terjun ( Hneto ) satu satuan panjang .

 APLIKASI  TURBIN AIR

1. Pompa Air

Jarang yang tahu bahwa beberapa tipe pompa air dapat diaplikasikan sebagai turbin air. Biasanya pompa digerakkan oleh motor listrik untuk menaikkan sejumlah air sampai ketinggian tertentu. Pada aplikasi sebagai turbin prinsip kerja pompa di balik, yaitu diberi jatuhan air dari ketinggian tertentu untuk memutar impeler pompa. Putaran impeler ini akan diteruskan untuk memutar generator sehingga dihasilkan tenaga listrik. Beberapa kelebihan aplikasi pompa sebagai turbin air adalah : sebagai produk industri yang massal pompa mudah diperoleh dengan berbagai vasiasi head – flow, tersedia dalam berbagai tipe dan ukuran, mudah dalam instalasinya, harga relatif murah, dan suku cadang mudah diperoleh. Aplikasi pompa dapat dikoneksi secara langsung dengan generator (direct drive) atau menggunakan transmisi mekanik pulley-belt (indirect drive) apabila putaran pompa sebagai turbin tidak sama dengan putaran generator (umumnya 1500 rpm).

Jenis pompa yang umum dipakai sebagai turbin adalah end-suction centrifugal pump untuk jatuhan 7 m – 100 m dengan debit kecil ( 50 liter/detik sd 150  liter/detik) dan mixed-flow pump untuk jatuhan rendah 4 – 15 m dengan debit cukup besar (100 – 400 liter/detik). Beberapa merk pompa yang cukup handal dan mudah diperoleh adalah grundfos, ebara, torishima, southern-cross. Untuk jenis mixed-flow pump pabrikan EBARA bahkan telah melakukan pengujian dan memiliki diagram aplikasi pompa mixed-flow tipe SZ 200 – SZ500. Kapasitas daya aplikasi pompa sebagai turbin beragam 1 kW – 100 kW, dengan biaya peralatan yang lebih murah ( sd 50%) dibandingkan dengan menggunakan turbin air (costume product). Efisiensi pompa sebagai turbin relatif cukup baik berkisar 65% – 75%, umumnya selisih 3% dibandingkan efisiensi terbaik (bep, best efficiency point) sebagai pompa.

 

2.      KincirAir

Ribuan tahun yang lalu, manusia telah menemukan manfaat dari air yang mengalir. Dari pemanfaatan air yang sangat sederhana seperti penggunaan arus sungai untuk trasportasi, manusia terus mengembangkan cara- cara untuk menagkap energi air yang mengalir. Energi tersebut dapat dikonversikan menjadi energi mekanik. Hal ini dapat dilakukan dengan kincir atau turbin air dengan generator listrik. Dalam skala besar prinsip ini diterapkan pada sungai besar dengan membuat bendungan untuk pembangkit listrik tenaga air.

Pemanfaatan energi air dalam skala kecil dapat berupa penerapan kincir air dan turbin. Dikenal ada tiga jenis kincir air berdasarkan sistem aliran airnya, yaitu overshot, breast-shot, dan under-shot.

Pada kincir overshot, air melalui atas kincir dan kincir berada di bawah aliran air. Air memutar kincir dan air jatuh ke permukaan lebih rendah. Kincir bergerak searah jarum jam. Pada kincir breast-shot, kincir diletakkan sejajar dengan aliran air sehingga air mengalir melalui tengah-tengah kincir. Air memutar kincir berlawanan dengan arah jarum jam. Pada kincir under-shot, posisi kincir air diletakkan agak ke atas dan sedikit menyentuh air. Aliran air yang menyentuh kincir menggerakkan kincir sehingga berlawanan arah dengan jarum jam.

PENGARUH TURBIN AIR PADA LINGKUNGAN

Turbin air mempunyai pengaruh positif dan negatif bagi lingkungan. Turbin adalah salah satu penghasil tenaga terbersih, menggantikan pembakaran bahan bakar fosil dan menghapuskan limbah nuklir. Turbin menggunakan energi terbarukan dan dedesain untuk beroperasi dalam jangka waktu puluhan tahun. Turbin memproduksi sumber energi listrik dunia dengan jumlah yang besar.

Dalam sejarah turbin juga mempunyai konsekuensi negatif. Putaran sudu atau gerbang pengarah dari turbin air dapat mengganggu ekologi natural sungai, membunuh ikan, menghentikan migrasi dan menggangu mata pencaharian manusia. Contohnya, suku Indian Amerika di Pasific Northwest mempunyai mata pencaharian memancing ikan salmon, tapi pembangunan dam secara agresif menghancurkan jalan hidupnya. Hingga akhir abad 20, dapat dimungkinkan untuk membangun sistem pembangkit tenaga air yang mengalihkan ikan dan organisme lainnya dari saluran masuk turbin tanpa kerusakan atau kehilangan tenaga yang berarti. Sistem akan memerlukan sedikit pembersihan tetapi secara pada dasarnya lebih mahal untuk dibangun. Di Amerika Serikat sekarang menahan migrasi ikan adalah ilegal, sehingga tangga ikan harus disediakan oleh pembangun bendungan.

1.      Turbin Angin

Turbin angin pada prinsipnya dapat dibedakan atas dua jenis turbin berdasarkan arah putarannya. Turbin angin yang berputar pada poros horisontal disebut dengan turbin angin poros horisontal atau Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT), sementara yang berputar pada poros vertikal disebut dengan turbin angin poros vertikal atau Vertical Axis Wind Turbine (VAWT).

Turbin angin horizontal

Turbin angin horisontal adalah model umum yang sering kita lihat pada turbin angin. Designnya mirip dengan kincir angin, memiliki blade yang mirip propeller dan berputar pada sumbu vertikal.

Turbin angin horisontal memiliki shaft rotor dan generator pada puncak tower dan harus diarahkan ke arah angin bertiup. Turbin-turbin kecil mengarah ke angin dengan menggunakan winde plane yang diletakkan dirotor, sementara untuk turbin yang lebih besar dilengkapi dengan sensor yang terhubung dengan motor servo yang mengarahkan blade sesuai dengan arah angin. Sebagian besar turbin yang besar memiliki gearbox yang merubah kecepatan putar rotor yang ditransfer ke generator menjadi lebih cepat.

Karena tower menghasilkan turbulenci di belakangnya maka turbin biasanya mengarah ke arah angin dari depan. Blade turbin dibuat kaku untuk mencegah terdorong ke tower oleh angin yang kencang. Disamping itu, blade di tempatkan pada jarak yang mencukupi didepan tower dan kadang melengkung kedepan.

Downwind turbine atau turbin dengan arah angin dari belakang juga dibuat, meskipun adanya masalah turbunlensi, karena turbin ini tidak membutuhkan mekanisme yang mengharuskan searah dengan dengan angin. Disamping itu dalam keadaan angin kencang blade dibolehkan untuk melengkung yang mnurunkan area sapuan dan resistansi angin. Namun dikarenakan turbulensi dapat menyebabkan fatigue, dan keandalan sangat dibutuhkan maka sebagian besar turbin angin horisonal menggunakan jenis upwinnd.

Kelebihan Turbin Angin Horisontal

• Towernya yang tinggi memunkikan untuk mendapatkan angin dengan kekuatan yang lebih besar. Pada beberapa area, setiap 10 meter ada kenaikan tambahan kekuatan angin 20% dan peningkatan daya 34%.
• Efisiensi lebih tinggi, karena blades selalu bergerak tegak lurus terhadap arah angin, menerima daya sepanjag putaran. Sebaliknya pada turbin vertikal, melibatkan gaya timbal balik yang membutuhkan permukaan airfoil untuk mundur melawan angin sebagian bagian dari siklus . Backtracking melawan angin menyebabkan efisiensi lebih rendah.

Kekurangan Turbin Angin Horisontal

• Dibutuhkan konstruksi tower yang besar untuk mensupport beban blade, gear box dan generator.
• Komponen-komponen dari turbin angin horisontal (blade, gear box dan generator) harus diangkat ke posisinya pada saat pemasangan.
• Karena tinggi, maka turbin ini bisa terlihat pada jarak yang jauh, banyak penduduk lokal yang menolak adanya pemandangan ini.
• Membutuhkan kontrol ya sebagai mekanisme untuk mengarahkan blade ke arah angin
• Pada umumnya membutuhkan sistem pengereman atau peralatan yaw pada angin yang kencang untuk mencegah turbin mengalami kerusahakan.

Turbin Angin Vertikal

Turbin angin vertikal memiliki shaft rotor vertikal. Kegunan utama dari penempatan rotor ini adalah turbin angin tidak perlu diarahkan ke arah angin bertiup. Hal ini sangat berguna pada daerah dimana arah angin sangat variatif atau memiliki turbulensi.

Dengan sumbu vertikal, generator dan komponen primer lainnya dapat ditempatkan dekat dengan permukaan tanah, sehingga tower tidak perlu support dan hal ini menyebabkan maintenance lebih mudah. Kekurangan utama dari turbin angin vertikal adalah menciptakan dorongan saat berputar.

Sangat sulit untuk memasang turbin angin di tower, sehingga jenis tower ini biasanya di install dekat dengan permukaan. Kecepatan angin lebih lambat pada altitude yang rendah, sehingga energi angin yang tersedia lebih rendah.

Kelebihan Turbin Vertikal :

• Tidak diperlukan mekanisme yaw
• Sebuah turbin angin bisa terletak dekat tanah, sehingga lebih mudah untuk menjaga bagian yang bergerak.
• turbin vertikal memiliki kecepatan startup angin rendah dibandingkan turbin horisontal
• turbin vertikal dapat dibangun di lokasi di mana struktur yang tinggi dilarang.

Kekurangan Turbin Vertikal:

• Kebanyakan turbin vertikal memiliki penurunan efisiensi dibanding turbin horisontal, terutama karena hambatan tambahan yang mereka miliki sebagai pisau mereka memutar ke angin. Versi yang mengurangi drag menghasilkan lebih banyak energi, terutama yang menyalurkan angin ke daerah kolektor.
• Memiliki rotor terletak dekat dengan tanah di mana kecepatan angin lebih rendah dan tidak mengambil keuntungan dari kecepatan angin tinggi di atas.
• Karena tidak umum digunakan terutama karena kerugian serius yang disebutkan di atas, mereka muncul baru untuk mereka yang tidak akrab dengan industri angin. Hal ini sering membuat mereka subjek klaim liar dan penipuan investasi selama 50 tahun terakhir.