7. MEKANIK
7.1 Struktur Fundamental dari Peralatan untuk Pembangkit Listrik
Peralatan dan fasilitas-fasilitas fundamental secara singkat ditunjukkan dibawah dan detail-detail dari setiap jenis peralatan dan fasilitas-fasilitas dijelaskan dalam setiap bagian setelah bagian 7.2. Bagaimanapun, ringkasan dari peralatan pembangkit listrik tenaga mikro hidro untuk pelistrikan pedesaan ditunjukkan setelah ini untuk kemudahan dan kecepatan referensi. Orang yang ingin belajar lebih mendetil akan melanjutkan bagian berikut dari 7.2.
Ringkasan dari mesin pembangkit listrik tenaga mikro hidro untuk pelistrikan pedesaan di Indonesia
1. Kondisi Mendasar
Kondisi-kondisi berikut dibutuhkan dan penting untuk pelistrikan pedesaan di Indonesia
1) Operasi yang stabil untuk jangka lama
2) Pengoperasian yang mudah oleh operator atau penduduk desa dengan ketrampilan terbatas
3) Mesin buatan lokal di Indonesia untuk memudahkan perawatan ke depan dan perbaikan (kecuali komponen yang kecil)
4) Biya peralatan lebih murah termasuk pemasangan
5) Garansi mesin mudah dan secara keteknikan dapat diterima dengan data test dan rekaman suplai yang dapat dipercaya
2. Rekomendasi
Berdasarkan pada kondisi-kondisi diatas dan hasil survei pada pengembangan pembangkit listrik tenaga mikro hidro untuk pelistrikan pedesaan di Indonesia, hanya dua jenis mesin pembangkit listrik yang direkomendasikan untuk digunakan pada saat ini di Indonesia.
1) Generator synchronous dengan turbin tipe Cross flow dengan dummy load dan kontrolnya (ELC)
2) Generator asynchronous (motor induksi dengan kapasitor) dengan turbin tipe Reverse pump dengan dummy load dan kontrolnya (IGC)
Tabel 7.1 Peralatan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro yang Direkomendasikan
| Deskripsi |
| Generator Synchronous dengan turbin tipe Cross flow | Generator Asynchronous dengan turbin tipe Reverse Pump (PAT) |
| Keuntungan & Kerugian |
|
|
|
| Keuntungan |
| Ø Sumber tenaga sangat dapat dipercaya dengan frekuensi & tegangan yang stabil untuk jaringan mandiri Ø Mesin dapat didisain dan dibuat sesuai untuk berbagai kondisi nyata lokasi | Ø Biaya lebih rendah jika sebuah pompa dengan motor yang sesuai dengan disain lokasi ditemukan |
| Kerugian |
| Ø Biaya sedikit lebih mahal daripada PAT | Ø Sulit untuk memilih pompa yang sesuai dengan motor di pasar ØTanpa kontrol voltase Ø Masa pakai kapasitor untuk sistem ini pendek |
| Aspek Keteknikan |
|
|
|
| Head efektif | Hn | 4 – 50 m | 4 – 20 m |
| Debit air | Q | 0.2 – 0.7 m3/s ( Debit sedikit bervariasi) | 0.01 – 0.04 m3/s ( debit harus dijaga selalu konstan) |
| Output turbin pada batang turbin | Pt | 5 – 60 kW Pt = 0.98 x Hn x Q x ht (ht = 0.7) | 2 – 5 kW Pt = 0.98 x Hn x Q x hp (hp = ht = 0.65) Efisiensi sebagai pompa (hp) adalah terlalu bervariasi karena perubahan dari debit, pompa dengan motor induksi yang kesamaan headnya mendekati dan kesamaan debit harus di pilih |
| Transmisi tenaga |
| Belt coupling untuk kecepatan sesuai antara turbin dan generator hm : Efisiensi transmitter | Langsung digabung tanpa transmitter |
| Dummy load tipe governor |
| Kontrol ELC dengan thyristor | Kontrol IGC dengan transistor |
| Output generator pada terminal generator | Pg | 4 – 60 kW Pg = Pt x hg x hm (hg = 0.88, hm = 0.97) (digabung dengan transmitter) | 1.5 – 5 kW Pg = Pt x hg (hg = 0.75) |
| Nilai output generator (kVA) yang digunakan | PkVA | PkVA > Pg/0.8 (PF = 0.8) Generator dengan nilai output lebih daripada Pg/0.8 harus dipilih | Motor induksi yang sebenarnya digabung dengan pompa akan digunakan sebagai generator induksi dengan menambah kapasitor secara terpisah |
| Kecepatan putaran |
| 1500 rpm | 1500 (dengan 2-3% slip) rpm karena kecepatan motor induksi terhadap pompa |
| Voltase |
| 380/220 V, sambungan star Stabil dengan AVR pada generator | 380/220 V, sambungan star, Kontrol voltase tidak dapat dibuat tanpa AVR |
| Frekuensi |
| 50 Hz, stabil | 51 – 51.5 Hz Tidak terlalu stabil |
| Dummy | Pd | Pemanas udara (Pd = Pg x SF), SF = 1.3 | Pemanas udara (PD = Pg x SF), SF = 1.3 |
| Inlet valve |
| Butterfly valve (Kadang-kadang tidak dipakai untuk menghemat biaya, tetapi lebih baik dipakai untuk menutup rapat turbin | Sama dengan bagian kiri, tetapi diabaikan dalam kasus kapasitas kecil |
Catatan:
ht, hm, hg dan SF ditetapkan hanya untuk pengecekan secara singkat. Pada kasus detail desain, direkomendasikan untuk mengecek efisiensi dari setiap mesin dan fasilitas.
Peralatan dan fasilitas berikut dibutuhkan sebagai struktur dasar untuk pembangkit listrik, secara mendetail ditunjukkan dalam Tabel 7.2:
Fasilitas & Peralatan Fungsi & Tujuan
Valve inlet: Untuk mengontrol stop atau suplai air ke turbin dari penstok.
Turbine air: Untuk merubah energi air ke tenaga putaran.
Governor turbin: Untuk mengontrol kecepatan output turbin.
Fasilitas transmisi tenaga: Untuk memindahkan tenaga putaran dari turbin ke generator.
Generator: Untuk membangkitkan energi listrik dari turbin atau transmiternya.
Panel control dan pengaman: Untuk mengontrol dan melindungi fasilitas diatas supaya beroperasi dengan aman.
Switchgear (dengan trafo): Untuk mengontrol on/off dari jalannya tenaga listrik dan menaikkan tegangan di jalur transmisi (jika diperlukan).
Catatan: Hal-hal diatas 3, 6 & 7 kadang-kadang dapat dikombinasikan dalam satu panel sebagai sebuah peralatan terpadu dari pembangkit listrik mikro.
Tabel 7.2 Komposisi dari Peralatan Dasar untuk Stasiun Pembangkit Listrik Tenaga Air
| Peralatan | Tipe | Metode Kontrol |
| Inlet valve | Butterfly valve Bi-plane butterfly valve Sluice valve Needle valve | Tipe dioperasikan tangan Tipe dioperasikan motor Tipe counter weight |
| Turbin | Crossflow Reverse Pump H-shaft Pelton Turgo-Pelton Propeller H-shaft Francis Tubular | Tipe dummy load Tipe tekanan oli Tipe dioperasikan motor Tipe dioperasikan manual Tipe tanpa dikontrol |
| Fasilitas transmisi tenaga (Speed increaser) | Kopling tetap Kopling fleksibel Belt coupling Gear coupling |
|
| Generator | Synchronous Induction Self-excitation Induction | Manual AVR APFR |
| Panel kontrol & pengaman | Wall mounted Self stand open type Self stand sealed type | Control switches, Main switches IC panels Relays |
| Trafo | Oil immersed, self cooling, single or 3-phase, trafo tiang |
|
Gambar 7.1 (a) Penggunaan Crossflow dan PAT pada Turbin
Gambar 7.1 (b) Batas penggunaan PAT pada Batang Turbin (Indonesia saat ini)
7.2 Turbin (Turbin Air)
Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetic) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik.
7.2.1 Tipe dan Output Turbin Air
1. Berdasarkan prinsip kerjanya, turbin air dibagi menjadi dua kelompok:
1) Turbin impuls
Jenis turbin ini, runner berputar karena adanya pukulan dari pancaran air yang memiliki kecepatan, dimana tekanan telah dikumpulkan dari tekanan ketinggian pada saat pemancaran dari nozzle.Untuk jenis ini, tekanan pada setiap sisi sudu geraknya/runnernya –“bagian turbin yang berputar”- sama.
Termasuk dalam turbin jenis ini adalah:
- Turbin Crossflow
- Turbin Pelton
- Turbin Turgo
2) Turbin reaksi
Jenis turbin ini, runner berputar karena adanya tekanan dari aliran air.
Termasuk dalam turbin jenis reaksi adalah:
- Turbin Francis
- Turbin Propeller
Yang termasuk jenis turbin propeller :
- Turbin Kaplan
- Diagonal Mixed Flow
- Turbin Tubular
- Turbin Straight Flow (Tipe Package)
Berdasarkan pada penyusunan batang, turbin diklasifikasikan ke dalam dua tipe yaitu:
- Batang Horisontal (H-shaft)
- Batang Vertikal (V-shaft)
Mengacu pada output yang dibutuhkan, head efektif dan aliran air (debit air) yang ada, jenis-jenis turbin berikut mungkin dapat digunakan untuk pembangkit listrik tenaga air skala mikro atau kecil untuk pelistrikan pedesaan.
(1) Turbin Horizontal Pelton
(2) Turbin Horizontal Francis
(3) Turbin Crossflow
(4) Turbin Tubular: - Turbin tubular S-type
- Turbin tubular vertical
- Turbin Runner rotor integrated
- Turbin propeller vertical
- Turbin propeller horizontal
(5) Turbin Turgo impulse
(6) Turbin Reverse pump: - Tipe propeller vertical
- Tipe propeller horizontal
- Tipe Submerged pump
Sedangakn berdasarkan daerah operasinya, turbin air dapat diklasifikasikan menjadi:
- Turbin air untuk High-head
- Turbin air untuk Medium-head
- Turbin air untuk Low-head
2. Output dari turbin dapat dihitung dengan rumus berikut:
Pmax = 9.8 x He x Qmax x ht
Pmax : output maksimum (kW)
He : head efektif (m)
Qmax : debit maksimum (m3/s)
ht : efisiensi maksimum turbin (%) Silahkan merefer Bab 6.2.2
Keterangan singkat tentang kerakteristik, penjelasan dan gambar dari setiap jenis ditunjukan dalam Tabel 7.3. Kisaran penggunaan dari setiap tipe turbin ditunjukan dalam Gambar 7.2.
7.2.2 Pemilihan Jenis Turbin
Pemilihan sebuah turbin air yang baik tergantung pada:
Ø Head yang tersedia
Ø Debit air yang tersedia
Tabel 7.3 Pengelompokan Turbin Impuls dan Turbin Reaksi
| Runner Turbin | Head |
|
| High | Medium | Low |
| Impuls | Single Pelton Multi-jet Pelton | Crossflow Multi-jet Pelton | Crossflow |
| Reaksi |
| Francis Pump-as turbin | Propeller |
Mengacu pada tabel dan gambar tersebut, konsumen dapat memilih jenis turbin, mana yang paling sesuai untuk kondisi yang nyata dari lokasi termasuk total biaya dari pekerjaan sipil dan peralatan.
Pada saat ini, bagaimanapun, adalah dianjurkan untuk menggunakan “Turbin Crossflow”, dimana disain dan pembuatannya di Indonesia, karena disain kelayakan dari “Turbin Crossflow” dapat dilakukan dengan menggunakan data model tes yang ada dan biaya perbandingannya rendah.
Gambar 7.2 Jenis Penggunaan (Seleksi) Turbin
Pompa terbalik dapat juga digunakan sebagai turbin pompa terbalik dengan membalik arah putaran, jika karakteristik dari pompa air, yang tersedia di pasar, dicocokkan dengan secara teliti ke turbin yang dibutuhkan dari kondisi lokasi (head, debit, output, efisiensi, kecepatan rotasi dll.).
Bagaimanapun, sebagaimana kondisi lokasi dari setiap pembangkit listrik yang tidak selalu sama dan kecocokan dari karakteristik pompa dengan pengajuan turbin adalah sulit, pemilihan dari standar pompa untuk turbin akan dibuat secara sangat hati-hati. Pada kasus karakteristik sesuai dengan baik antara pompa dan turbin, penggunaan pompa terbalik dianjurkan dan biaya seperti mesin akan menjadi lebih murah.
Pada masa mendatang jenis-jenis turbin lain yang akan dipilih menjadi lebih luas karena jenis-jenis turbin lain juga dapat dibuat dengan disain kelayakan dan kemampuan pabrikasi di Indonesia dalam waktu dekat.
7.2.3 Kecepatan Spesifik dan Kecepatan Putaran dari Turbin
Kecepatan yang spesifik adalah perbandingan antara kecepatan putaran dari dua runner secara geometrik sama satu dengan lainnya, dimana diambil dari kondisi hukum persamaan, dan kecepatan spesifik dari runner yang mirip dalam sebuah grup dengan kecepatan putaran diperoleh ketika satu runner memiliki head efektif H = 1 m dan output P = 1 kW.
Adalah dapat dimengerti bahwa kecepatan spesifik adalah sebuah nilai numerik sebagai gambaran dari klasifikasi runner dihubungkan dengan tiga faktor yaitu head efektif, output turbin dan kecepatan putaran sebagai berikut:
Ns = (N x P1/2)/ H5/4 N = (Ns x H5/4 )/ P1/2
Dimana,
Ns; Kecepatan spesifik (m-kw)
N; Kecepatan putaran turbin (rpm)
P; Output turbin (kW) = 9.8 x Q x H x h
H; Head efektif (m)
Q; Debit (m3/s)
h ; Efisiensi maksimum (%, tetapi sebuah desimal digunakan dalam perhitungan)
h = 82 % untuk Turbin Pelton
h = 84 % untuk Turbin Francis
h = 77 % untuk Turbin Crossflow *
h = 84 % untuk Turbin Tubular S-type
Catatan: * 70% harus digunakan untuk setiap tipe dari turbin tipe Crossflow di Indonesia pada tahap sekarang karena efisiensi dari turbin di Indonesia sekarang tidak terlalu tinggi akibat kualitas fabrikasi.
Kecepatan spesifik dari setiap turbin adalah dikhususkan dan dikisarkan menurut konstruksi dari setiap tipe dengan berdasarkan pada percobaan dan contoh-contoh pembuktian nyata.
Batasan dari kecepatan spesifik turbin (Ns-max) dapat diperiksa dengan rumus berikut.
Turbin Pelton: Ns-max ≤ 85.49H-0.243
Turbin Crossflow: Ns-max ≤ 650H-0.5
Turbin Francis: Ns-max ≤ (20000/(H+20))+30
Turbin Francis Horisontal: Ns-max ≤ 3200H-2/3
Turbin Propeller: Ns-max ≤ (20000/(H+20))+50
Turbin Tubular: Ns-max ≤ (20000/(H+16))
Catatan: H: Efektif Head
Kisaran dari kecepatan spesifik turbin juga terlihat dalam Gambar 7.3
Gambar 7.3 Kisaran dari Kecepatan Spesifik dengan Tipe Turbin
Tabel 7.4 Jenis dan Karakteristik untuk setiap Tipe Turbin Air
| Jenis | Penampakan umum | Garis Besar | Kapasitas | Head & Debit | Beban Parsial | Variasi Head | Perawatan | Harga |
| TURBIN REAKSI | Francis batang horisontal | | Aliran air kedalam pusat runner dan melingkar dab memutar runner dengan tekanan air dan keluaran air ke tailrace melalui draft tube | 200-sekitar 5000kW tetapi turbin mikro (1kW) mungkin dirancang dan dibuat | Head: 15-300 m Debit: 0.4-20m3/s tapi mikro turbin (head 4m, debit: 0.01m3/s) juga dibuat | Efisiensi maks tinggi tapi jika drop menjadi lebih besar pada outputrendah | Efisiensi terjaga baik melawan drop dari head efektif (karakteristik bagus) | Konstruksi sangat sederhana. Perawatan mudah | Biaya menengah . Konstruksi sederhana tapi biaya sipil seperti draft tube menjadi lebih tinggi |
| Tubular S-tipe (Propeller batang horisontal) | | Aliran air kedalam runner pada arah yang sama dari batang dan putaran runner oleh tekanan air dan keluaran air ke tailrace melalui Draft tube bentuk S | 50 - sekitar 5000kW | Head: 3 – 18 m Debit: 1.5 – 40 m3/s Cocok untuk head rendah dan debit besar | Runner vane dapat bergerak: 10-100% Runner vane tetap : 80- 100% |
ditto | Perwatan tidak mudah karena mekanisme rumit dari operasi runner vane
| Biaya tinggi
|
| Tipe pompa submerged (Propeller batang vertikal) | | Digunakan untuk membalik sebuah pompa standar | 30 – sekitar 850kW | Head: 2.5-20m Debit: 0.6-12m3/s | Efisiensi maks. Tdak tinggi. Efisiensi drop menjadikan output rendah makin besar | Efisiensi dijaga baik utk menahan penurunan head bersih (karakteristik bagus) | Perawatan mudah karena fasilitas penyokong lebih sedikit ( karakteristik lebih buruk) | Biaya rendah Untuk membuat lebih lengkap dan stndarisasi |
| Pompa reversible (Batang horisontal) | | Digunakan untuk membalik sebuah pompa standar | 1 – sekitar 1000kW | Head: 1.5-30m Debit: 0.5-5m3/s | Tanpa guide vane, debit hrs dijaga Efisiensi maks rendah (lebih dari kecil 80%) |
ditto | Cavitasi besar danperbaikan runner vane dibutuhkan. Masa pakai bearing dan seal batang pendek. | Biaya sangat rendah karena pompa di pasar dapat digunakan |
| Pompa reversible Batang vertikal) | | Digunakan untuk membalik sebuah pompa standar | 50 – sekitar 5000kw | Head: 1.5 – 30 m Debit 0.5 – 5 m3/s | Debit dijaga konstan krn tanpa guide vane Efisiensi maks. Rendah (lebih kecil dari 80%) |
ditto | Cavitasi besar danperbaikan runner vane dibutuhkan. Masa pakai bearing dan seal batang pendek. | Biaya sangat rendah karena dapat menggunakan pompa yang ada di pasar |
| Tipe batang vertikal aliran terbuka
| | Untuk menghilangkan casing dari turbin Francis atau propeller | 0.8 – sekitar 30Kw | Head: 0.8 – 30 m Debit: 0.5 – 5 m3/s | Efisiensi drop krn tanpa casing. Konstruksi sederhana tanpa mekanisme kontrol debit | Sama seperti asli seperti turbin francis atau propeller | Cavitasi terjadi dan perbaikan runner vane tdk dibutuhkan krn head rendah | Biaya rendah Biaya sipil dapat dihemat karena saluran pembuang tidak dibutuhkan |
| Tipe runner rotor integrated | |  Untuk mengalirkan air ke dalam tipe propeller turbin dipasang di dalam rotor generator | 0.8 – sekitar 30kW | Head: 3-20 m Debit: 0.5 – 4 m3/s | Variasi debit dpt diatur dengan hanya sejumlah unit krn ada guide vane atau runner vane |
| Secara comparatif bagus krn konstruksi sederhana tanpa mekanisme yang rumi | Biaya tinggi tetapi konstruksi rumah pembangkit lengkap |
Tabel 7.5 Jenis dan Karakteristik untuk setiap Tipe Turbin Air
| Jenis | Penampakan umum | Garis Besar | Kapasitas | Head & Debit | Beban Parsial | Variasi Head | Perawatan | Harga |
| TURBIN REAKSI | Turbular batang vertikal |
| Salah satu tipe turbin propeller tetapi tanpa disiapkan casing spiral. Oleh karena itu, aliran air langsung ke casing | 100 – sekitar 2.000 kW | Head: 5 – 18 m Debit 2 – 18 m3/s | Bilah yang dapat dilepas disiapkan tetapi operasi yang ada 60-100% | Secara komparatif sesuai karena bilah dapat dilepas | Secara komparatif sederhana tetapi sejumlah perawatan dibutuhkan karena bilah dapat dilepas | Secar komparatif murah karena sederhana disainnya dan dapat digunakan pada bentuk turbin propeller |
| TURBIN IMPULSE
| Pelton batang horisontal |
| Semburan air dari nozzle menghantam bagian belakang runner. Debit dikontrol oleh jarum valve dari nozzle | 100 – sekitar 5.000 kW tetapi turbin kecil (1kW) dapat dirancang dan dibuat | Head: 70 – 400 m Debit: 0.2 – 3 m3/s | Efisiensi turun dapat dihindarai meskipun jika debit bervariasi | Efisiensi turunkarena perubahan pada head efektif | Operasi dari jarum dan deflektor rumit. Perwatan sedikit rendah | Secara biaya kecil. Mesin menjadi besar karena kecepatan putaran rendah |
| Ceoss flow (Batng horisontal) |
| Konstruksi sangat sederhana. Aliran air ke dlm runner tipe silindris pada sudut yang tepat dari batang dan keluran setelah melalui runner. Satu atau dua guide vane mungkin disiapkan untukdua langkah output tergantung debit air. | 50 – 1.000 kW | Head: 5-100m Debit: 0.1-10 m3/s | Efisiensi maksimum kecil tetapi saat efisiensi rendah outputnya bagus | Ditto | Konstruksi sangat sederhana. Perawatan mudah. | Lebih murah |
| Turgo impulse |
| Seoerti hantaman semburan air ke belakang runner dalam lingkaran flank dan pitch dapat menjadi kecil, kecepatan runner dapat ditingkatkan | 100 – sekitar 10.000 kW | Head 5-100m Debit: 0.2-8 m3/s | Ditto 2 jenis nozzle digunakan untuk mengatur debit | ditto | Ditto | Lebih murah. Kecepatan putara dapatditingkatkan untuk mesin kecil |
7.2.4 Disain Turbin Crossflow
Turbin crossflow SKAT – T12, T13 dan T14 didisain untuk kondisi operasi yang berat dengan daya tahan dan umur yang panjang. Konstruksinya sederhana dan dapat dibuat di bengkel-bengkel dengan peralatan standar.
Turbin crossflow terdiri atas empat bagian utama: nosel, runner, guide vane dan casing (rumah turbin). Air dialirkan masuk turbin melalui pipa pesat berpenampang bulat. Pada ujung pipa pesat, yaitu sebelum masuk ke turbin, dipasang adaptor, tempat perubahan penampang lingkaran menjadi persegi, menjelang masuk rumah turbin. Dari adaptor air masuk ke nosel. Nosel berpenampang persegi dan mengeluarkan pancaran air ke selebar runner. Bentuk pancaran adalah persegi, lebar dan tidak terlalu tebal. Sebelum mencapai runner, aliran disesuaikan kecepatan masuk dan sudut masuknya. Konstruksi runner terdiri dari dua buah pinggiran sejajar yang disatukan pada lingkar luarnya oleh sejumlah sudu. Sudu-sudu diperkuat oleh piringan tambahan yang dilas setiap 10-15 cm sepanjang runner.
Gambar 7.4 Penampang Aliran di Sisi Masuk Turbin
Pada gambar 7.4 terlihat penampang aliran yang berbeda-beda disepanjang lintasannya dari pipa pesat sampai rumah turbin. Sisi pemasukan turbin melayani penyesuaian aliran diakhir adaptor persegi menjadi pola aliran yang optimal diluasan masuk runner.
7.2.4.1 Komponen Turbin
7.2.4.1.1 Inlet
Aliran air memasuki turbin melalui bagian inlet. Pada bagian inlet terdapat guide-vane.
7.2.4.1.2 Guide-vane
Guide-vane adalah sebuah katup untuk mengatur membuka dan menutup turbin sekaligus mengatur jumlah air yang masuk ke runner.
7.2.4.1.3 Runner
Bagian utama dari sebuah turbin adalah runner. Bilah runner (blade) terbuat dari baja dengan kekuatan tarik yang tinggi (high tensile steel) yang dilas pada lingkar luar dua buah piringan sejajar. Aliran air yang terpancar dari nosel membentur runner sehingga berputar. Disini terjadi perubahan energi kinetic air menjadi daya poros turbin yang akan ditransmisikan ke generator. Runner dan poros yang merupakan dudukan blade, kita kenal sebagai rotor, harus balance pada saat dirakit.
7.2.4.1.4 Casing
Casing turbin berfungsi untuk mengarahkan air ke runner. Pada bagain bawah casing turbin terdapat baut untuk mengunci turbin dengan chassis yang ditanam pada pondasi. Konstruksi rumah turbin harus memperhatikan kemudahan untuk melakukan inspeksi dan perawatan pada turbin air.
7.2.4.1.5 Bantalan (Bearing)
Kiri-kanan poros turbin duduk pada bantalan (bearing). Bantalan berfungsi untuk menyangga poros dan agar poros dapat berputar dengan lancer. Bantalan yang digunakan adalah jenis spherical roller bearing dengan adaptor sleeve. Adaptot sleeve berfungsi untuk mengunci bantalan dengan poros.
Pelumasan bantalan memakai gemuk (grease) yang relative bebas perawatan dan tahan lama.
7.2.4.2 Karakteristik Turbin Crossflow
Dibandingkan jenis turbin lainnya, turbin crossflow memiliki disain dan konstruksi yang sederhana, instalasi dan perawatan yang mudah, serta investasi dan biaya perawatan yang rendah. Tinggi air jatuh (head) yang digunakan diatas 3 m sampai dengan 50 m. Kapasitas debit air yang digunakan antara 25 – 1500 liter/s, dan daya yang dapat dihasilkan antara 2 – 200 kW.
Efisiensi turbin crossflow rata-rata berkisar 65% - 75% dan bisa mencapai 80%, namun pada posisi guide vane < 40% posisi max, efisiensinya akan turun sampai 30%. Disamping itu umur turbin crossflow panjang, karena komponen-komponennya yang relatif tahan aus dan kecil kemungkinan untuk terjadi kavitasi yang dapat merusak kinerja turbin.
Gambar 7.5 Grafik Efisiensi Turbin Crossflow Terhadap Debit Air
Keterangan singkat tentang disain turbin crossflow T-13 dan T-14, dimana didisain dan dibuat di Indonesia menurut kepada data kelayakan disain, adalah diperlihatkan dibawah. Disain detail akan diacukan pada lembar disain dari yang membuat. Disain akan dilakukan dalam prosedur berikut:
Data dasar dari T-13 dan 14 yang diperoleh dari hasil tes model.
Diameter turbin: 300mm Jumlah bilah runner: 28nos. Satuan kecepatan: 133 rpm
1 Untuk mendapatkan data dasar untuk nilai debit air (m3/det), head (m) dari level air pada bak penenang dan pusat turbin (atau saluran pembuangan air jika didisain sebagai kasus khusus) dari disain sipil.
2 Untuk menghitung head efektif dari head kotor dengan mengurangi head loss dari penstock (gesekan dan turbulen).
3 Untuk menghitung tenaga hidrolik efektif dan output batang turbin dari debit air, head efektif dan efisiensi turbin.
4 Untuk menghitung lebar runner turbin menurut kepada rekomendasi yang membuat.
5 Untuk menghitung tenaga mekanik ke generator dari efisiensi transmitter tenaga (speed increaser).
6 Untuk menghitung nilai output listrik dari generator (kW). ----Output listrik maksimum.
7 Untuk menghitung kecepatan putaran turbin dari kecepatan spesifik, output batang turbin (pokok 3) dan head efektif.
8 Untuk memilih generator yang sesuai yang ada di pasar dan outputnya (kVA), frekuensi, voltase, faktor tenaga dan kecepatan putaran (frekuensi), mengacu pada katalog fabrikasi generator.
9 Untuk menghitung perbandingan nilai kecepatan putaran dari turbin dan generator.
10 Untuk memilih lebar dan panjang dari belt mengacu pada rekomendasi fabrikasi belt.
11 Untuk menghitung kapasitas dummy load dan kecocokan ELC (Electronic Load Controller) atau IGC (Induction Generator Control) dalam kasus generator induksi.
12 Untuk menghitung diameter dari pulley turbin dan generator.
Disain detail akan mengacu pada “Secara Singkat Manual Disain untuk Turbin Jenis Crossflow” pada lampiran setelah ini.
7.2.5 Turbin Francis dan Pompa Terbalik (Pump As Turbine)
Turbin francis merupakan turbin reaksi. Pada turbin francis, air mengalir ke runner dengan arah radial dan keluar dengan arah aksial. Turbin francis dipakai untuk berbagai keperluan (wide range) dengan tinggi air jatuh menengah (medium head). Dibndingkan dengan turbin crossflow dan pelton, turbin frncis kurang populer untuk pembangkit listrik tenaga air dengan daya kecil (PLTMH) karena konstruksinya yang komplek serta tingkat kesulitan dalam pembuatan yang relatif lebih tinggi.
Selain penggunaan pompa sebagai turbin (PAT) pada PLTMH untuk head menengah, 10 sampai 50 m, merupakan alternatif yang dapat dipertimbangkan. Hanya saja karena pompa tidak didisain untuk aliran yang terbalik mengakibatkan efisiensi PAT tidak sebaik turbin pada umumnya. Sebuah pompa didisain untuk bekerja pada kecepatan, head dan debit yang konstan, sehingga untuk digunakan sebagai turbin menuntut laju aliran yang konstan sepanjang tahun. Perubahan laju aliran air akan mengakibatkan efisiensi PAT menurun.
Gambar 7.6 Pompa Sentrifugal.
Pompa Jenis ini bangak digunakan
untuk PAT
Sebuah PAT didisain untuk bekerja pada tingkat keadaan tertentu (head dan debit air tertentu). Karena tidak dilengkapi dengan guide vane untuk mengatur debit yang dapat masuk turbin,. Apabila debit airnya turun, head dalam pipa pesat juga akan turun sehingga efisiensi serta pengeluaran dayanya akan merosot. Dengan demikian daerah kerja (Hn dan Q) PAT sangat sempit dan spesifik. Hal tersebut menjadi kendala utama dalam penerapan pompa sebagai turbin (PAT). Selain itu karena pompa tidak didisain untuk aliran yang terbalik mengakibatkan efisiensi PAT lebih rendah 3-5% dari titik efisiensi terbaik yang dapat dicapai bila dioperasikan sebagai pompa. Keunggulan sistem PAT dibanding dengan turbin air adalah lebih murah, sebab pompa standar mudah diperoleh dan suku cadang banyak tersedia di pasaran.
Seperti sebuah pompa air yang digunakan sebagai turbin dengan membalikkan putaran dari pompa, pemilihan dari jenis pompa adalah sangat penting.
1 Untuk menghitung dan mendapat head efektif (head efektif), debit air, dan tenaga hidrolik bersih sama seperti metode pada pokok 1,2 dan 3 turbin crossflow diatas.
2 Untuk memeriksa kecocokan pompa yang ada di pasar, mempertimbangkan titik efisiensi maksimum dari pompa, kecepatan putaran dari motor (generator: batang 2,4 atau 6) karena kopling langsung antara turbin dan generator biasanya diadopsi dari turbin jenis ini. Kecepatan putaran harus mengacu pada Tabel 7.3.1. Pada kasus generator induksi, kecepatan turbin harus sedikit lebih tinggi (yaitu; 2 – 5 %) daripada generator pada nilai frekuensi.(1,550 rpm dari 1,500 rpm).
3 Untuk memilih dan memutuskan pompa sebagai turbin, mengacu pada titik efisiensi maksimum pompa, dapat digunakan efisiensi untuk output nyata dari batang turbin karena kisaran dari head titik efisiensi pompa sangat kecil.
4 Pemilihan metode akan mengacu pada “Manual Disain untuk Turbin Reverse Pump”.
7.2.6 Turbin Pelton
Turbin pelton dipakai pada daerah dengan head yang tinggi. Runner turbin pelton dilengkapi dengan mangkok (buckets) pada sekeliling piringannya (disc), yang bekerja karena pancaran air (jet discharge) dari nosel. Penampang konstruksi nosel dan runnernya seperti pada Gambar 7.6.
|
Gambar 7.7 Penampang Nosel dan Runner Pelton
- Nosel
- Jarum Nosel
- Sudu
- Pipa Saluran
|
|
Pancaran air akan mengenai sudu ditengah-tengahnya yang kemudian oleh mangkok-mangkok sudu, pancaran tersebut akan dibelokkan dengan sudut sekitar 1650. Mangkok- mangkok ini mengalihkan tenaga impuls yang didapatnya pada piringan. Pada pusat mulut pancaran dipasang sebuah jarum untuk mengatur jumlah aliran air, yaitu dengan menggerakkannya maju dan mundur. Dengan demikian efisiensi turbin pelton dapat dipertahankan. Diantara mulut pancaran dan rotor dapat juga dipasang sebuah deflektor untuk membelokkan pancaran air. Bila beban tiba-tiba dibuang (rejected), deflektor secara darurat menghalangi pancaran air. Kemudian tempat keluar mulut pancaran dengan perlahan-lahan disumbat oleh jarum sehingga tidak mengakibatkan kenaikan tekanan pada pipa pesat yang dikenal dengan istilah water hammer.
Untuk turbin dcengan debit yang kecil, sistem penyemprotan airnya dapat menggunakan satu buah nosel dan untuk debit lebih besar dapat digunakan nosel lebih dari satu. Dengan menggunakan lebih dari satu nosel, daya terbangkit turbin dapat ditingkatkan.
Turbin pelton pada umumnya digunakan untuk head yang tinggi, diatas 25 m. Efisiensi turbin pelton dapat mencapai 80%.
7.3 Transmisi Daya Mekanik
Transmisi daya berperan untuk menyalurkan daya dari poros turbin ke poros generator. Elemen-elemen transmisi daya yang digunakan terdiri dari: sabuk (belt), pulley, kopling dan bantalan (bearing).
Belt berfungsi untuk menyalurkan daya dari poros turbin ke poros generator. Belt harus cukup tegang sesuai dengan jenis dan ukurannya. Pulley berfungsi untuk menaikkan putaran sehingga putaran generator sesuai dengan putaran daerah kerjanya. Sedeangkan kopling, bantalan dan cone clamp merupakan komponen/elemen pendukung.
Secara umum sistem transmisi daya dapat dikelompokkan menjadi:
Ø Sistem transmisi daya langsung (direct drives)
Ø Sistem transmisi daya tidak langsung (indirect drives); dalam hal ini menggunakan belt.
7.3.1 Sistem transmisi daya langsung
Pada sistem transmisi daya langsung ini, daya dari poros turbin (rotor) langsung ditransmisikan ke poros generator yang disatukan dengan sebuah kopling. Sehingga konstruksi sistem transmisi ini menjadi lebih kompak, mudah untuk melakukan perawatan, efisiensi tinggi, dan tidak memerlukan elemen mesin lain, seperti belt dan pulley, kecuali sebuah kopling.
Karena sistem transmisi dayanya langsung, maka generator yang digunakan harus memiliki kecepatan putaran optimum yang hampir sama dengan kecepatan putaran poros turbin (rotor), sekitar + 15 % perbedaannya. Alternatif lain adalah menggunakan gearbox untuk mengoreksi rasio kecepatan(putaran) antara generator dengan poros turbin.
Hal lain yang harus diperhatikan adalah pemasangan poros turbin dan poros generator yang menuntut kelurusan sumbu. Pengaruh ketidaklurusan sumbu poros (misalignment) dikurangi dengan penggunaan kopling fleksibel yang mengizinkan sedikit ketidaklurusan sumbu poros.
7.3.2 Sistem transmisi daya dengan sabuk (Belt)
Sabuk dipakai untuk memindahkan daya antara dua poros yang sejajar. Pemilihan jenis sabuk bergantung pada besar kecilnya daya yang akan ditransmisikan. Sabuk memainkan peranan yang penting dalam menyerap beban kejut dan meredam pengaruh getaran. Sabuk yang digunakan umumnya jenis flat belt dan V-belt.
Flat belt banyak digunakan pada sistem transmisi daya mekanik untuk mikrohidro dengan daya yang besar. V-belt digunakan pada instalasi PLTMH dengan daya dibawah 20 kW. Penggunaan sistem transmisi sabuk ini memerlukan komponen pendukung seperti pulley, bantalan beserta asesorisnya, dan kopling.
Pada sistem transmisi daya dengan sabuk, putaran turbin dan generator yang dihubungkan dapat berbeda; dengan kata lain ada rasio putaran. Dengan demikian range generator yang akan digunakan lebih luas dan bervariasi.
Gambar 7.8 Mekanisme Penghantar Daya
7.3.2.1 Flat Belt
Flat belt (sabuk Datar) umumnya terbuat dari kulit samak atau kain yang diresapi karet. Sabuk datar yang modern terdiri dari inti elastis yang kuat, seperti benang baja atau nylon, untuk menerima beban tarik dan memindahkan gaya, dengan selubung karet untuk memberikan efek gesekan antara pulley dan sabuk.
Ø Keuntungan flat belt dibanding V-belt:
Ø Dapat bekerja pada kecepatan putar poros hingga 70 m/s.
Ø Dapat memindahkan daya yang besar pada jarak poros yang panjang.
Ø Efisiensi tinggi, berkisar 98%
Ø Sederhana dalam perawatan
Ø Tidak terjadi tegangan balik (re-tensioning)
Ø Tidak berisik (Low noise), dan dapat meredam pengaruh getaran dengan baik.
Ø Baik sekali digunakan untuk instalasi elektro-mekanik karena bekerja dengan kecepatan tetap pada setiap waktu.
7.3.2.2 V Belt
Sabuk V (V blet) memiliki bentuk penampang trapesium, menyerupai huruf “V”. Sabuk ini terbuat dari kain dan benang katun (katun, rayon atau nylon) dan diresapi dengan karet. V belt dipakai untuk jarak sumbu yang pendek. Dibandingkan flat belt, V belt sedikit kurang efisien, berkisar 70 – 96 %, dan memiliki umur lebih pendek. Kecepatan sabuk direncanakan untuk 10 – 20 m/s pada umumnya dan maksimum sampai 25 m/s.
Untuk transmisi daya dari turbin ke generator pada mikrohidro lebih banyak memakai flat belt. V belt biasanya dipakai nuntuk pembangkit listrik dengan kapasitas dibawah 20 kW. Keuntungan penggunaan V belt adalah pulley dapat dipasang langsung pada poros generator sehingga tidak memerlukan kopling dan bantalan pada pulley, pemasangan dan penggantian belt mudah.
Pemilihan jenis penampang sabuk V didasarkan atas daya rencana dan putaran poros penggerak. Daya rencana dihitung dengan mengalikan daya yang akan diteruskan dengan faktor koreksi (1,5 – 2). Pada umumnya untuk mikrohidro digunakan sabuk V tipe B dan tipe C.
| 1. Lapisan penguat campuran canvas dan karet 2. Karet Chloroprene yang dipadatkan 3. Karet isolasi Chloroprene 4. Dawai tarik polyester
Gambar 7.9 Penampang V Belt | |
7.3.3 Pulley
Baik pulley penggerak maupunyang digerakkan terbuat dari baja karbon sedang, dapat pula dibuat dari besi cor kelabu FC 20 atau FC 30. Pulley terletak pada poros dengan dikunci oleh baut atau klem. Disamping sebagai tempat dudukan sabuk, pulley berfungsi untuk menaikkan putaran sehingga putaran generator sesuai dengan putara daerah kerjanya.
Persamaan perbandingan putarannya adalah:
n1 : n2 = Dp : dp
Dimana,
n1 = putaran pulley penggerak (rpm)
n2 = putaran pulley yang digerakkan (rpm)
dp = diameter nominal pulley penggerak (mm)
Dp = diameter nominal pulley yang digerakkan (mm)
Kecepatan linear belt (m/s) adalah:
V = (dp . n1)/(60.1000)
Panjang belt dicari dengan menggunakan persamaan berikut:
L = 2C + 1,57 (Dp + dp) + ((Dp – dp)2/4C)
C = (K + K2 – 32 ( Dp – dp )2)/16
K = 4L – 6.28 (Dp + dp)
Dimana:
C = jarak sumbu poros (mm)
Dp = diameter nominal dari pulley yang besar
dp = diameter nominal dari pulley yang kecil
L = panjang keliling sabuk (mm)
7.3.3.1 Pulley untuk flat belt
Untuk dapat mendisain pulley dengan baik dapat memanfaatkan katalog belt yang dikeluarkan oleh pabrik di samping mempelajari literatur mengenai mesin. Patokan yang harus diingat adalah jarak antara poros sebesar 1,5 s/d 2 kali diameter pulley besar. Diameter pulley yang terlalu kecil akan memperpendaek umur sabuk. Pembatasan ukuran pulley sering dikenakan pada lebar pulley, seperti pada sabuk datar. Untuk meningkatkan efek centring (mengarahkan belt ke centre pulley) bentuk permukaan pulley dibuat melengkung (crowning). Crowning pada pulley cukup dilakukan pada pulley terbesar.
| | Lebar Belt a W (mm) (mm)
 s.d 100 10100 – 200 20 200 – 400 30
Diameter Pulley
Dmm dmm
100 0.6 200 1.2 300 1.6 400 2.0 600 2.6 1000 4.0 |
Gambar 7.10 Pulley Crowning
Tabel 7.6 Diameter Pulley Standar, d, untuk Flat Belt (DIN 111) dan V Belt (DIN 2217)
| 201 221 251 281 321 361 40 45 50 56 63 71 80 90 100 112 125 140 160 180 200 224 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 1250 1400 1600 1800 2000 2240 2500 2800 3150 3550 4000 4500 5000 |
1 ) tidak berlaku untuk flat belt
Tabel 7.7 Lebar Pulley Standar, bs, untuk Flat Belt (DIN 111)
| Standar, bs:
| 16 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 63 | 80 |
| 100 | 125 | 140 | 160 | 180 | 200 | 224 | 250 |
| 280 | 315 | 355 | 400 | 450 | 500 | 560 | 630 |
Untuk instalasi PLTMH disarankan: bs > 1,12 b (open drives system), b adalah lebar belt
7.3.3.2 Pulley untuk V Belt
Pulley V belt memiliki alur dengan penampang menyerupai V belt. Untuk mempertinggi day yang ditransmisikan, dapat dipakai beberapa v belt yang dipasang sebeleh menyebelah , sehingga pulley yang digunakan dapat mempunyai alur yang banyak. Sudut alur pulley (γs) sedikit lebih kecil dibandingkan sudut V sabuk (γR), sehingga akan terjadi kontak yang merata dengan pulley. Dengan demikian keausan pada sabuk dapat dihindari.
Tabel 7.8 Penampang V Belt, Diameter Minimum Pulley dan Panjang Belt (DIN 2215)
| d | 5 | 6 | 8 | 10 | 13 | 17 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 |
| s | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 | 11 | 12,5 | 16 | 20 | 25 | 32 |
| dmin | 22 | 32 | 45 | 63 | 90 | 125 | 180 | 250 | 355 | 500 | 710 |
| Li
| dari | 150 | 212 | 296 | 420 | 585 | 832 | 1100 | 1650 | 2303 | 3230 | 4600 |
| sampai | 860 | 1262 | 1916 | 2820 | 4275 | 6332 | 9540 | 14050 | 18063 | 18080 | 18100 |
*Li adalah panjang/keliling sisi dalam belt
Gambar 7.11 Dimensi Utama V Belt, Sudut V pada Belt γR = 350 - 390
7.3.3.3 Metode Penegangan Belt
Untuk dapat memelihara tegangan yang cukup dan sesuai pada sabuk, jarak poros pulley harus dapat disetel ke dalam maupun keluar. Metoda penegangan belt ada bermacam-macam. Metoda yang sederhana dan mudah adalah menyetel jarak antar poros sehingga diperoleh penambahan bentangan sabuk sebesar 2%-3%. Perhatikan gambar 7-12; misalkan panjang bentangan sabuk sebelum ditegangkan adalah 100 cm. Untuk mendapatkan tegangan sabuk yang cukup maka jarak poros disetel sehingga diperoleh panjang rentangan penuh 102 cm atau 103 cm.
Gambar 7.12 Penyetelan Jarak Sumbu Poros dan Lenturan Belt
7.3.4 Kopling
Kopling adalah element mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan. Sumbu kedua poros yang dihubungkan tersebut terletak pada satu garis lurus atau dapat sedikit berbeda sumbunya. Untuk sistem transmisi pada mikrohidro biasa digunakan jenis kopling tetap fleksibel yang selalu dalam keadaan terhubung.
Kopling fleksibel mengijinkan sedikit ketidaklurusan sumbu poros. Walaupun demikian, sedapat mungkin sumbu poros diluruskan agar umur bantalan dan kopling dapat lebih lama. Jenis kopling fleksibel yang dapat digunakan adalah:
Ø Kopling rantai (chain coupling)
Ø Kopling karet ban
Ø Kopling flens fleksibel
7.3.4.1 Kopling rantai (chain coupling)
Bagian utama kopling rantai terdiri dari dua buah sproket terbuat dari baja cor yang mengalami pengerasan (hardened stell), sebuah rantai rol dengan rangkaian ganda dan rumah kopling. Kopling rantai terutama digunakan untuk menyerap ayunan atau kejutan momen putar secara elastis.
Kelebihan kopling rantai adalah:
Ø Instalasi dan perawatan yang mudah
Ø Umur yang lama
Ø Meningkatkan kemampuan peredaman gaya gesek
7.3.4.1.1 Kopling Rantai Tsubaki
Salah satu produk kopling rantai yang banyak diperoleh di pasaran adalah kopling rantai tsubaki. Kopling ini dapat bekerja dengan baik meskipun kedua sumbu poros yang dihubungkan tidak benar-benar lurus. Gambar 7.14 memperlihatkan batas-batas kesalahan pemasangan poros yang dijinkan. Batas toleransi ketidaklurusan yang diijinkan dalam pemasangan kopling rantai adalah:
Ø Inklinasi (angular alignment)
α = 1 derajat
Ø Ketidak sejajaran sumbu poros (pararel alignment) tidak lebih dari 2% diameter pitch kopling rantai.
Jadi: ε = diameter pitch kopling rantai x 2%
Pada pemasangan kopling rantai ini antara kedua sproket terdapat gap (celah) selebar S, yang besarnya telah ditabelkan. Sproket diletakkan pada poros generator dan poros penerus daya (pulley). Kopling tersebut dijaga kedudukan pada kedua poros dengan sekrup pengencang.
Ketidaklurusan dari sumbu sproket harus dikurangi seminimal mungkin setelah pemasangan, atau setelah kondisi poros generator dan poros pulley diatur kelurusannya. Pelumasan pada rongga-rongga rantai dan gap antara kedua sproket harus terjaga dengan memberikan grease (gemuk) secukupnya menurut jadwal yang telah ditentukan (Tabel 7.9).
Gambar 7.13 Kopling Rantai
Gambar 7.14 Setting Kopling Rantai
Tabel 7.9 Data Teknis Kopling Rantai Tsubaki
Gambar 7.15 Penampang Kopling Rantai Tsubaki
Tabel 7.10 Spesifikasi Teknis Kopling Rantai Tsubaki
7.3.4.1.2 Pemilihan dimensi (size) kopling
Besarnya daya yang akan diteruskan perlu diketahui terlebih dahulu untuk merencanakan atau melakukan pemilihan kopling. Karena adanya variasi beban, perlu dilakukan koreksi sehingga daya yang harus diperhitungkan adalah:
Pd = fc.Pm (kW)
Dimana:
Pd = Daya yang diperhitungkan (kW)
Pm = Daya yang akan diteruskan (kW)
fc = faktor koreksi yang besarnya antara 1,5 – 2,5
Dalam memilih kopling, pilihlah ukuran yang sedemikian rupa sehingga daya Pd lebih rendah daripada daya normal maksimum dari kopling standar yang disediakan oleh produsen kopling (Tabel 7.9). Diameter dalam kopling yang dipilih harus disesuaikan dengan poros yang akan dihubungkan. Jika diameter dalam kopling tidak cukup besar maka dipilih kopling berukuran lebih besar dengan diameter dalam yang memadai. Tabel 7.10 menunjukkan dimensi standar kopling rantai tsubaki.
7.3.4.2 Kopling karet ban (rubber coupling)
Kopling karet ban dapat bekerja dengan baik meskipun kedua sumbu poros yang dihubungkan tidak benar-benar lurus. Kopling ini terutama digunakan untuk mengurangi getaran dan suara berisik pada poros selama penerusan daya.
Dalam batas-batas tertentu, kopling karet ban masih dapat meneruskan daya dengan baik walaupun terjadi kesalahan posisi poros pada saat pemasangan. Gambar 7.16 memperlihatkan batas-batas toleransi kesalahan pemasangan poros yang dapat diijinkan. Pemasangan dan pelepasan kopling ini dapat dilakukan dengan mudah karena hubungan dilakukan dengan jepitan baut pada ban karetnya.
Karena keuntungan demikian banyak, pemakaian kopling ini semakin luas. Meskipun demikian harga kopling ini agak lebih tinggi dibandingkan dengan kopling flens.
Keuntungan kopling karet ban:
Pemasangan dan pelepasan yang mudah karena hubungan dilakukan dengan jepitan baut pada ban karetnya.
Kelebihan (variasi) beban pada poros dapat diserap oleh ban karet.
Hubungan listrik antara kedua poros dapat dicegah.
Gambar 7.16 Daerah Kesalahan yang Diperbolehkan pada Operasi Kopling Karet Ban
7.3.4.2.1 Pemilihan dimensi kopling karet
Untuk merencanakan atau melakukan pemilihan kopling karet ban perlu diketahui besarnya daya yang akan diteruskan, putaran poros, momen puntir yang diteruskan, persyaratan kerja, dll. Beberapa produsen kopling karet ban telah menyediakan ukuran-ukuran standar sesuai dengan daerah kerjanya.
Momen puntir yang diteruskan kopling dapat dihitung dengan persamaan:
P
Tm = 9,74 x 105 x (kg.mm) n1
Dimana: P = daya nominal (kW)
n1 = putara (rpm)
Gambar 7.17 Kopling Fenaflex
Karena adanya variasi momen puntir, perlu dilakukan koreksi sehingga momen puntir yang harus diperhitungkan adalah:
Td = fc.Tm. (kg.mm)
Fc = faktor koreksi yang besarnya antara 2 – 2,5
Tabel 7.11 Dimensi Kopling Karet Ban Fenaflex
Dalam memilih kopling karet ban, pilihlah ukuran yang sedemikian rupa sehingga momen puntir Td (kg.mm) lebih rendah daripada momen normal maksimum kopling standar yang disediakan oleh produsen kopling.
7.3.4.3 Kopling flens fleksibel
Berlawanan dengan kopling karet ban, kopling flens fleksibel dapat mentransmisikan momen putar yang lebih besar dan ketahanan temperatur yang lebih tinggi. Walaupun demikian, pada umumnya kopling ini menunjukkan peredaman yang kurang. Disamping itu konstruksi kopling ini sederhana, mudah dalam pemasangan dan relatif tidak memerlukan perawatan.
Pada pemasangan kopling flens fleksibel harus diperhatikan toleransi ketidaklurusan sumbu poros, seperti: angular alignment, dan pararel alignment. Prosedur pemilihan kopling flens fleksibel pada dasarnya sama dengan pemilihan kopling jenis lain.
Contoh kopling flens fleksibel yang ada di pasaran adalah kopling NBG, dan N-UEFEX. Kopling flens fleksibel NBK diperlihatkan pada Gambar 7.18 dan dimensi kopling tersebut pada Tabel 7.12.
Tabel 7.12 Data Teknis Kopling Flens Fleksibel NBK
Gambar 7.18 Susunan Kopling Flens Fleksibel NBK
Gambar 7.19 Konstruksi Kopling Flens NBK
Tabel 7.13 Dimensi Kopling Flens Fleksibel NBK
Tabel 7.14 Dimensi Baut Kopling Flens Fleksibel NBK
Gambar 7.20 Konstruksi Kopling Fleksibel N-UEFEX
Tabel 7.15 Dimensi Kopling Fleksibel N EUFEX
7.3.5 Bantalan (Bearing)
Bearing adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gesekan bolak-baliknya dapat berlangsung halus, aman dan berumu panjang. Bearing harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik.
Salah satu jenis bearing yang sering digunakan pada turbin untuk PLTMH adalah jenis spherical roller bearing dengan adaptor sleeve yang berfungsi untuk mengunci bearing dengan poros. Bearing ini memungkinkan untuk menahan ketidaklurusan atau lendutan poros (self alignment). Kapasitas beban yang dapat ditahan oleh bantalan ini besar, disamping dapat menahan beban aksial.
Dalam menentukan jenis dan dimensi bearing yang akan digunakan perlu dilakukan perhitungan. Prosedur perhitungan dan pemilihan bearing dapat mengacu pada katalog pemilihan bearing yang disediakan oleh produsen, seperti bearing SKF, FAG dan NSK.
Bearing SKF relatif lebih mahal dibandingkan bearing merek lain. Walaupun demikian, kualitas bearing ini termasuk yang terbaik dan teruji. Tabel 7.16 memperlihatkan beberapa jenis spherical roller bearing beserta perlengkapan pendukungnya yang umum dipakai pada instalasi turbin PLTMH.
Tabel 7.16 Perlengkapan Bearing pada Instalasi Turbin PLTMH
7.3.5.1 Instalasi dan perawatan
Untuk mencegah kebocoran pelumas serta masuknya benda asing, bantalan dilengkapi dengan bermacam-macam alat penyekat, seperti cincin O. Cincin O merupakan cincin dengan penampang lingkaran yang berfungsi sebagai penjebak air. Penjebak air ini menahan agar air tidak masuk ke rumah bearing. Bearing yang kemasukan air tidak dapat berfungsi dengan baik, sehingga bantalan cepat aus dan berkarat. Rumah bantalan, yang mempunyai flens pada sekelilingnya, duduk pada casing turbin dengan cara dibaut.
Untuk perawatan bearing, pelumasan bearing tidak boleh terlambat. Pelumasan bearing terutama dimaksudkan untuk mengurangi gesekan dan keausan, mencegah korosi, membawa keluar panas yang terjadi dan menghindari masuknya debu. Cara pelumasan ada dua macam, yaitu pelumasan gemuk (grease) dan pelumasan minyak. Pada instalasi turbin PLTMH, umumnya digunakan pelumasan gemuk.
Cara yang umum untuk pemberian gemu adalah dengan mengisi bagiam dalam bearing dengan gemuk. Untuk menjamin pelumasan yang baik, sebaiknya menggunakan jenis gemuk yang disarankan oleh produsen bearing.
Pemberian gemuk yang terlalu banyak akan menyebabkan rumah bearing menjadi sesak, akibatnya putaran bearing tidak lancar dan menimbulkan panas. Jadwal pemberian gemuk serta banyaknya gemuk yang diberikan dapat mengikuti prosedur yang disarankan produsen bearing. Setelah pemberian gemuk yang ketiga kali sebaiknya bantalan dibersihkan dari sisa-sisa gemuk yang lama dengan minyak tanah dan diisi kembali dengan gemuk yang seluruhnya baru. Turbin setiap hari harus dibersihkan dengan lap agar embun yang menempel pada turbin cepat kering. Embun yang masuk ke lubang baut akan menyebabkan karat.
7.3.6 Cone Clamp
Cone clamp (clamp cerucut) berfungsi untuk menjaga kedudukan pulley pada poros agar tetap pada tempatnya. Penggunaan lainnya adalah untuk menjaga kedudukan guide vane agar tidak berubah. Clamp kerucut dapat digunakan pada beban tinggi dan memiliki umur yang lama (tahan).
Gambar 7.21 Cone Clamp
Gambar 7.22 Penampang Tolok Cone Clamp
