Thursday, June 3, 2010

JENIS – JENIS TURBIN

A. Turbin Air
Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik.
Berdasarkan prinsip kerjanya , turbin air dibagi menjadi dua kelompok:
1. Turbin Impuls
2. Turbin Reaksi

Turbin Impuls
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 air yang keluar dari nozel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Ada beberapa turbin impuls yaitu sebagai berikut :
1. 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 dengan nozle

Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi.
2. 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 biaya perawatan.



Sudu turbin Turgo dan nozle

3. 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 Crossflow
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.
Turbin Reaksi
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 reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.
1. 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.

Sketsa Turbin Francis

2. Turbin Kaplan & Propeller
Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu.


Turbin Kaplan

Masing-masing jenis turbin memiliki karekteristik yang berbeda dengan yang lainnya, begitu juga dengan penggunaanya. Agar menghasilkan daya yang optimal maka harus dipilih turbin dengan karakteristik yang benar. Berikut adalah daerah operasi/penggunaan turbin untuk karakteristik tertentu :


Tabel Daerah Operasi Turbin berdasarkan Head
Jenis Turbin Variasi Head, m
Kaplan dan Propeller 2 < h < 20
Francis 10 < h< 350
Pelton 50 < h < 1000
Crossfiow 6 < h< 100
Turgo 50 < h< 250

Tabel Putaran Nominal beberapa Turbin
Jenis Turbin Putaran Nominal, N (rpm)
Semi Kaplan, single regulated 75-100
Kaplan, double regulated 75-150
Small-medium Kaplan 250-700
Francis (medium & high head) 500-1500
Francis (low head) 250-500
Pelton 500-1500
Crossflow 100-1000
Turgo 600-1000



Tabel Effisiensi Turbin
Jenis Turbin Effisiensi / η
Kaplan dan Propeller 80% - 90%
Francis 80% - 90%
Pelton 80% - 85%
Crossfiow 70% - 80%

Sementara itu daya yang dapat dihasilkan oleh turbin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
P = η ´ ρ ´ g ´ h ´ Q
Dimana
• P = Daya (J/s atau Watts)
• η = efisiensi turbin
• ρ = massa jenis air atau densitas air (kg/m3)
• g = percepatan gravitasi (9.81 m/s2)
• h = head (m)
• Q = aliran rata-rata atau debit (m3/s)
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu :
1. Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh : turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah.
2. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.
3. Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi.


B. Turbin Gas

Turbin gas adalah sebuah mesin panas pembakaran dalam, proses kerjanya seperti motor bakar yaitu udara atmosfer dihisap masuk kompresor dan dikompresi, kemudian udara mampat masuk ruang bakar dan dipakai untuk proses pembakaran, sehingga diperoleh suatu energi panas yang besar, energi panas tersebut diekspansikan pada turbin dan menghasilkan energi mekanik pada poros, sisa gas pembakaran yang keluar turbin menjadi energi dorong (turbin gas pesawat terbang). Jadi, jelas bahwa turbin gas adalah mesin yang bisa mengubah energi panas menjadi energi mekanik atau dorong.

Dasar Kerja Turbin Gas

Pada gambar diatas adalah salah satu mesin turbin gas pesawat terbang, adapun cara kerjanya adalah sebagai berikut. Motor starter dinyalakan, kompresor berputar dan mulai bekerja menghisap udara sekitar, udara kemudian dimampatkan. Udara pada tahap pertama dimampatkan dahulu pada kompresor tekanan rendah, diteruskan kompresor tekanan tinggi. Udara mampat selanjutnya masuk ruang bakar, bercampur dengan bahan bakar yang sudah disemprotkan. Campuran bahan bakar udara mampat kemudian dinyalakan dan terjadi proses pembakaran. Gas hasil proses pembakaran berekspansi pada turbin, terjadi perubahan dari energi panas menjadi energi putaran poros turbin, sebagian gas pembakaran menjadi gaya dorong. Setelah memberikan sisa gaya dorongnya, gas hasil pembakaran keluar melalu saluaran buang. Dari proses kerja turbin gas pesawat terbang tersebut, dihasilkan daya turbin yang digunakan untuk menggerakan kompresor, menghasikan daya dorong, dan menggerakan peralatan bantu lainnya.

Proses kerja Turbin Gas



C. Turbin Uap

Adapun definisi turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetikdam energi kinetik lalu diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Poros turbin dihubungkan dengan yang digerakan, yaitu generator atau peralatan mesin lainnya, menggunakan mekanisme transmisi roda gigi. Dari definisi tersebut diatas, turbin uap adalah termasuk mesin rotari. Jadi berbeda dengan motor bakar yang bolak-balik (reciprocating).

Mesin uap Hero

Turbin uap adalah mesin rotari yang bekerja karena terjadi perubahan energi kinetik uap menjadi putaran poros turbin. Proses perubahan itu terjadi pada sudu-sudu turbin. Sebagai perbandingan dengan mesin torak yang bekerja karena ekpansi energi panas gas atau uap di dalam silinder yang mendorong torak untuk bergerak bolak balik. Pada dasarnya, prinsip kerja mesin torak dengan turbin uap adalah sama. Fluida gas dengan energi potensial yang besar berekspansi sehingga mempunyai energi kinetik tinggi yang akan medorong torak atau sudu, karena dorongan atau tumbukan tersebut, torak atau sudu kemudian bergerak. Proses tumbukan inilah yang dinamakan dengan Impuls




Mesin yang menggunakan prinsip impuls;




Berbeda dengan azas impuls azas azas reaksi, untuk sebagaian orang lebih susah dipahami. Untuk menggambarkan azas reaksi bekerja pada gambar adalah model jet uap dari Newton




Segitiga kecepatan


Segitiga kecepatan adalah dasar kinematika dari aliran fluida gas yang menumbuk sudu turbin. Dengan pemahaman segitiga kecepatan akan sangat membantu alam pemahaman proses konversi pada sudu-sudu turin uap atau pada jenis turbin yang lain. Adapun notasi dari segitiga kecepatan adalah sebagai berikut
Vs1 = Kecepatan absolut fluida meninggalkan nosel
VB = Kecepatan sudu
Vr1 = kecepatan relatif fluida
Vr2 = Kecepatan relatif fluida meninggalkan sudu
Vs2 = Kecepatan absolut fluida meninggalkan sudu
= sudut nosel θ
= sudut masuk sudu φ
= sudut keluar sudu δ
= sudut keluar fluida γ
Dari segitiga kecepatan diatas, panjang pendeknya garis adalah mewakili dari besar kecepatan masing-masing. Sebagai contoh, fluida masuk sudu dari nosel dengan kecepatan VS1 kemudian keluar dari nosel sudah berkurang menjadi VS2 dengan garis yang lebih pendek, artinya sebagian energi kinetik fluida masuk sudu diubah menjadi energi kinetik sudu dengan kecepatan VB, kemudian fluida yang sudah memberkan energinya meningglkan sudu dengan kecepatan VS2.

By : M. Fitra Gafar & Shari Shafnil

Tuesday, March 16, 2010

material komposit serat alam

Komposit Serat Alam

Bahan komposit sebenarnya banyak sekali terdapat di alam karena bahan komposit terdiri dari bahan organik maupun bahan anorganik, misalnya bamboo, kayu, serat enceng gondok, tebu, dan sebagainya. Secara tidak sadar sebenarnya kita telah mengenal berbagai jenis komposit. Seorang petani memperkuat tanah liat dengan jerami, pengrajin besi membuat pedang secara berlapis, dan beton bertulang merupakan beberapa jenis komposit yang sudah lama kita kenal (Diharjo, 2003).

Pada penggunaan serat alam matriks yang paling sesuai adalah polimer, berikut adalah beberapa jenis polimer dan serat alam dengan beberapa sifat mekaniknya yang paling umum digunakan saat ini.

Tabel 1. Sifat mekanik dari beberapa jenis Polymer

Type (acronym)

Tensile Yield Strength

( Mpa )

Elongation

(%)

Flexural

Strength

( Mpa )

Modulus Of Elasticity

( Gpa )

Impact Strength

( J/m)

Density

( gr/cm2)

Polytetrafluoroethylene (PTFE)

31

300

-

0,35

88

2.2

Polybutylene terephthlate (PBT)

55

150

83

-

23,6

1.31

Polysulfone (PSU)

70

75

106

2,48

38,3

1,24

Polymethilmethacryl ate (PMMA)

72

5

110

2,93

8,8

1,19

Polyamide-imide (PAI)

179

15

207

5,17

73,7

1,4

Phenolic (PF)

69

<1

76

7.3

10.3

1.4

Polyimide (PI)

90

4

124

4.3

22

1.43

Epoxy (EP)

72

4

110

3,1

8,8

1,15

Polystyrene (PS)

51,7

1,5

86

3.3

8.8

1,05

Polyethylene (PE)

13

600

-

0.16

-

0,9

Polyvinylchloride (PVC)

44,8

6

89

2.6

118

1,44

Polyester (UP)

40

1,6

60

17,5

10.6

1.1

Acrylomitrilebutadiene stryrene (ABS)

55

12

76

2.3

88

1,05

Tabel 2. Sifat mekanik dari beberapa jenis serat alam

Fiber

Diameter (μm)

Tensile Yield Strength (MPa)

Elongation (%)

Modulus Of Elastisity (GPa)

Density (gr/cm3)

Coir

100-460

131-175

15-40

4-6

1.15

Banana

80-250

529-759

1-3.5

8-20

1.35

Sisal

50-200

5 68-640

3-7

9-12

1.5

Piniapple

20-80

423-1627

0.8-1.6

43-81

1.44

Tabel 3. Komposisi kimia Coir [5].

Cemical composition

Unit (%)

Water solubes

5.25

Pectin

3.00

Hemi-cellulose

0.25

Lignin

45.84

Cellulose

43.44

Ash

2.22

Pemikiran tentang penggabungan atau kombinasi bahan-bahan kimia atau elemen-elemen struktur dapat dilakukan dengan berbagai tujuan, tetapi dalam bidang engenering tujuan dari konsep penggabungan ini harus dibatasi, yaitu hasil dari penggabungan itu harus dapat diaplikasikan untuk mengatasi masalah yang ada saat ini (Hadi,1997).

search

Loading...