1. BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Krisis energi yang melanda dunia dewasa ini telah menarik
perhatian para ahli untuk menemukan sumber-sumber energi baru
yang lebih murah,yang tersedia dalam jumlah yang besar. Hal ini
berkaitan dengan semakin banyak dan meningkatnya pemakaian
penggunaan energi.
Sumber energi yang sudah lazim dipergunakan adalah sumber
energi minyak bumi, gas alam dan batubara, sedangkan sumber
energi air, panas bumi, panas matahari dan nuklir maasih terus
dikembangkan.
Sebagaimana yang telah kita ketahui bahwa persedian sumber
energi minyak bumi, gas alam dan batu bara sangat terbatas yang
demikian apabila secara terus menerus kita gunakan sumber energi
tersebut, maka suatu saat sumber energi tersebut akan habis,
disamping kecenderungan melonjaknya harga sumber energi yang
dimaksud.
Factor inilah yang menjadi tantangan bagi para ilmuwan dan
teknisi untuk menjauhkan diri dari ketergantungan terhadap minyak
bumi,gas alam dan batubara.

2. Hal ini sangat penting diperhatikan, karena banyak kasus tersedianya
energi dengan harga murah telah mengakibatkan pemakaian yang tidak
effisien dan dibeberapa tempat menyebabkan terjadinya kerusakan
lingkungan (ekologi).
Dari penelitian - penelitian yang telah dilakukan dapatlah disimpulkan
bahwa salah satu sumber energi yang dapat memenuhi harapan
terhadap tantangan di atas adalah air, dimana air dipergunakan dengan
system- system dan peralatan – peralatan tertentu akan menghasilkan
energi dalam jumlah yang besar dengan biaya yang rendah dan
mempunyai dampak lingkungan ( ekologi ) yang minimal.
Dengan melihat latar belakang di atas, penulis penulis tertarik untuk
pemanfaatan energi yang relative kecil, seperti tinggi jatuh air yang
rendah serta debit air yang kecil untuk membangkitkan enargi listrik.
Maka untuk itu penulis mengangkat dan membahas dengan judul “
Hidro Power Mini “

3. 1.2.Perumusan Masalah
Perumusan masalah yang dapat dikemukakan
sesuai dengan perancangan ini antara lain adalah
sebagai berikut:
1. Masih banyak masyarkat yang ada di pedesaan
yang belum dapat menikmati penggunaan listrik
baik itu sebagai penerangan maupun sebagai
pembangkit tenaga lainnya.
2. Sulitnya cara pendistribusian listrik ke daerah-
daerah yang terpencil baik di karenakan lokasi
maupun dari jarak sumber energy yang relative
lebih jauh.
3. Pemakaian tenaga motor bakar yang
menggunakan diesel maupun bensin sebagai
pembangkit tenaga listrik akan mengakibatkan
polusi terhadap lingkungan

4. 1.3.Batasan Masalah
Untuk membatasi permasalahan agar
pembahasan Tugas Rancangan ini tidak terlalu
meluas maka penulis mengambil batasan
permasalahan sebagai berikut :
1. Menghitung atau membahas aliran air sungai
yang di gunakan untuk menggerakkan turbin
air.
2. Menghitung bagian-bagian turbin air seperti poros,
bantalan,pasak ataupun alat-alat lain pendukung
turbin air.
3. Konstruksi bangunan dan peralatan elektro tidak
dijelaskan seecara mendetail.
4. Menghitung konstruksi bangunan dan peralatan
sipil tidak dijabarkan secara mendetail.

5. 1.4. Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan tugas rancangan ini
adalah:
1. Menghitung besarnya daya yang dapat dihasilkan
dari debit air ataupun tinggi air jatuh yang ada.
2. Dapat memilih jenis turbin air menurut jenis aliran
ataupun ketinggian air jatuh.
3. Dapat menyelesaikan cara-cara yang harus
ditempuh untuk mencari alternatife lain selain
pemakaian motor bakar sebagai pembangkit
tenaga listrik.
4. Agar masyarakat terpencil dapat menikmati
energi listrik sebagai energy lampu penerangan
maupun sumber energi yang lain yang
membutuhkan energi listrik.

6. BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Dan Perkembangan Turbin Air
Turbin air termasuk dalam kelompok mesin-mesin fluida yaitu,
mesin-mesin yang berfungsi untuk merubah energi fluida
( energi potensial dan energi kinetis air ) menjadi energi
mekanis atau sebaliknya.
Berdasarkan pengertian diatas maka, mesin-mesin fluida dapat
dibagi atas 2 ( dua ) golongan yaitu :
Mesin-mesin tenaga ( penggerak ).
mesin ini berfungsi untuk merubah energi fluida menjadi energi
mekanis pada poros.
misalnya : turbin air, Turbin uap, Turbin gas,Kincir air, kincir
angin dan lainnya.
Mesin-mesin kerja.
Mesin ini berfungsi untuk mengubah energi mekanis pada
poros menjadi energi fluida ( energi potensial dan energi kinetis
).
Misalnya : Pompa, Kompresor, Blower, fan dan lain-lain.

7. Turbin air adalah suatu mesin yang menggunakan air
sebagai fluida kerja, yang dialirkan melalui pipa dari suatu tempat
yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah pada mana turbin
ditempatkan.
Dalam hal demikian, air memiliki energi potensial
diwaktu mengalir didalam pipa, energi potensial air berangsur-
angsur berubah menjadi energi kinetis. Di dalam turbin air, energi
kinetis air diubah menjadi energi mekanis yang timbul pada
poros turbin ini merupakan suatu sumber tenaga atau daya
sehingga dapat menggerakkan peralatan-peralatan lain yang
sesuai dengan kebutuhan. Tetapi umumnya energi mekanis yang
timbul pada turbin ini dipakai untuk menggerakkan generator
listrik yang dikopel langsung dengan poros turbin.
Secara umum suatu turbin air terdiri dari sebuah roda
gerak yang disebut runner ataupun rotor dengan sejumlah sudu-
sudu, vane atau blade ataupun bucket yang ditumpu pada
sekeliling roda gerak. Jadi energi yang dikandung air tersebut
mendorong atau menerpa sudu-sudu dari roda gerak atau runner
sehingga runner ikut berputar.

8. 2.2. Pandangan Umum Turbin Air
Ide penggunaan air sebagai sumber energi telah
dikenal sejak lebih dari 2000 tahun yang lampau.
Energi hydroulik yang dirubah menjadi energi mekanis pertama
sekali dipergunakan di benua asia, yaitu di China dan India, yang
menggunakan roda-roda kincir yang dibuat dari kayu. Dari asia
pindah kemesir dari mesir terus berkembang ke negara-negara
eropa dan amerika.
Leonardo Da Vinci ( 1452-1519 ) seorang seniman dari
Italia pertama sekali membuat lukisan kincir air. Sedangkan teori
matematisnya dilakukan oleh Galileo Galilei dan Descartes.
Kemudian Smearn dan Bossut pada tahun 1759 membuat
percobaan praktis menggunakan kincir air tersebut.
Pada tahun 1836, Radien Becher berkebangsaan
jerman menulis buku yang pertama sekali menguraikan tentang
teori dan konstruksi kincir air. Selanjutnya seorang ilmuwan
swiss, Daniel Bernoulli ( 1700-1782 ) menulis buku tentang teori
konversi energi air menjadi energi-energi bentuk lain, dalam
bukunya yang terkenal dengan buku “ HYDRODYNAMICS “.

9. Teori Bernoulli ini digunakan secara praktis oleh
Segner ( jerman ) untuk membuat kincir air lebih maju dan
dilakukannya pada tahun 1750. Kemudian pada tahun
yang sama pula ( 1750 ), seorang ilmuwan yang berasal
dari Basle ( Switzerland ) yang bernama Leonard Euler
( 1707-1783 ) menguraikan teori tentang “ hydraulic
machine “, yang sekarang ini menjadi dasar ilmu ini.
Pada tahun 1824, seorang ilmuwan prancis
bernama Burdin membuat sebuah kincir air radial dengan
sebuah mekanis pengarah yang dapat digunakan secara
praktis di lapangan, inilah yang pertama disebut turbin air.
Pengembangan turbin air yang ditemukan oleh
Burdin ini dilanjutkan oleh muridnya Fourneyron ( 1827 )
dan untuk pertama sekali dibuat di amerika pada tahun
1843.
Pengembangan selanjutnya dilakukan oleh :
1. Heuschel-Jouvel ( Axial Flow Turbin ) tahun 1837.
2. Girard, Hawd dan Swain ( Inward Flow Turbin ) 1850.
3. James Bichens Francis ( Inward Flow Turbin ) 1865.
Uraian di atas merupakan perkembangan turbin
reaksi, sedangkan untuk turbin impuls, dikembangkan
oleh J.Pelton pada tahun 1880 di Amerika dengan
membuat turbin yang menggunakan aliran tangensial.
Turbin ini dikenal dengan turbin pelton, dan sering juga
disebut Free Jet Turbine.

10. 2.3. Type Turbin Air
Turbin air dapat dibagi atas 2 ( dua) type yaitu :
1. Impuls Turbin.
2. Reaction Turbin.
2.3.1. Impulse Turbin.
Pada turbin ini seluruh energi potensial di ubah
menjadi energi kinetis didalam nozzle sebelum
menerpa roda turbin, nozzle ini pasang pada ujung
penstock. Air yang keluar dari nozzle memancar
dengan kecepatan-kecepatan tinggi diarahkan pada
sejumlah sudu-sudu ( bucket ) yang dipasang
sekeliling roda turbin. Karena bentuk sudu-sudu
yang sedemikian rupa, maka terjadi perubahan
momentum dari fluida yang menyebabkan sudu-
sudu akan menerima gaya dorong yang
mengakibatkan roda turbin akan berputar. Setelah
air mendorong sudu-sudu tersebut air jatuh ke tail
race ( air buangan ), jadi roda turbin berputar di atas
permukaan air.untuk menjaga percikan air serta
membawa air keluar dari turbin ke tail race, maka
sekeliling runner ( roda gerak/putar ) dipasang
rumah turbin ( casing ).
Casing yang di pasang pada turbin ini tidak
mempunyai fungsi hydraulic, hanya berfungsi
sebagai mengarahkan air jatuh ke tail race dan juga
berfungsi sebagai pengaman turbin.

11. Yang termasuk dalam turbin ini ( Turbin Impulse )
adalah antara lain :
1. Pelton Wheel.
2. Turgo Impulse Wheel.
3. Crossflow Turbin
4. Girard Turbin.
5. Banki Turbin.
6. Jonal turbin.
Turbin pelton adalah salah satu jenis turbin impuls
yang lazim digunakan di lapangan dan sangat cocok
untuk head yang sangat tinggi ( 1000 ft ).
Gambar.2.1. Turbin Pelton

12. Rotor turbin pelton ini dilengkapi dengan bucket
yang di pasang pada sekeliling disc. Bucket ini akan
menerima tumbukan pancaran air dari nozzel sehingga
bucket akan bergerak. Sebuah jarum ( speed rod )
dipasang pada nozzel untuk mengatur jumlah aliran air
yaitu dengan memutar hand wheel sehingga jarum akan
bergerak maju atau mundur.
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.
Gambar 2.2. Sudu turbin Turgo dan nozle

13. Crossflow Turbin 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.
Gambar 2.3. Turbin Crossflow

14. Turbin Crossflow menggunakan nozle yang
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.
Gambar 2.4. Turbin Crossflow

15. 2.3.2. Reaction Turbin.
Pada turbin ini aliran air yang mempunyai energi
potensial dan kinetis pada saluran masuk ( penstock
dan spiral casing ) langsung di alirkan pada sudu-
sudu ( bucket ) yang terpasang pada roda turbin
( runner ). Pada saat ini energi yang dimiliki oleh air
di ubah menjadi gaya tangensial pada roda turbin.
Turbin ini bekerja atas dasar gabungan dari
kecepatan air dan tekanan yaitu, perbedaan tekanan
air pada inlet turbin dan outlet turbine. Pada turbin ini
sudu-sudu gerak ( runner ) berada di dalam air, dan
draft tube digunakan untuk mendapatkan effesiensi
yang maksimal.
Berdsarkan arah aliran air pada runner turbine,
maka turbin reaksi dibagi atas :
Radial Flow Turbin yaitu, arah aliran tegak lurus
terhadap sumbu rotasi runner.
Axial Flow Turbine yaitu, arah aliran sejajar
dengan sunbu rotasi runner.
Mixxed Flow Turbin yaitu, arah aliran sebagian
arah axial dan sebagian arah radial.

16. Turbin francis adalah satu jenis mixed flow
turbine, yang dipakai untuk head yang menengah. Turbin
francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin
dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian
masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar.
Rumah siput ( scorol casing ) berfungsi untuk menahan
sebagian besar dari bahan tekanan hydroulik yang
diterima turbin. Turbin Francis menggunakan sudu
pengara, sudu-sudu pengarah ( guide vane ) dipasang
disekeliling luar runner dan mengatur daya yang keluar
( output ) turbin dengan mengubah ubah bukaannya
sesuai dengan perubahan beban melalui suatu
mekanisme pengatur.
Gambar 2.5. Sketsa Turbin Francis

17. Gambar 2.6. Turbin Francis

18.  Keterangan gambar ;
1. Generator Rotor
2. Generator Stator
3. Turbine Shaft
4. Runner
5. Turbine Head Cover
6. Stay Ring Discharge Ring
7. Supporting Cone
8. Guide Vane
9. Operating Ring
10. Guide Vane Servomotor
11. Lower Guide Bearing
12. Thrust Bearing
13. Upper Guide Bearing
14. Spiral Case
15. Draft Tube Cone

19. Turbin Kaplan termasuk jenis axial jenis flow
turbine, dimana sudu-sudu ( blade ) turbin ini dapat
berputar ( adjust table runner ). Turbin ini dipakai untuk
head yang rendah pengaturan posisi blade pada turbin
Kaplan sangat menguntungkan pada kondisi kapasitas
aliran yang bervariasi dan head yang rendah.
Gambar.2.7. Turbin Kaplan

20. 2.4. Pembangkit Tenaga Air
Air merupakan sumber energi yang murah dan
relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi
potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air
mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang
diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air
dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi
mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air
banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau
turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau
aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak
dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum,
penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19
turbin air mulai dikembangkan.
Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu
sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air.
Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah
beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan
muka air keluar dari kincir air/turbin air.

21. Instalasi perancangan turbin air dapat dilihat pada
gambar berikut :
Gambar.2.8. Instalasi Turbin air

22. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air
adalah merupakan energi potensial air yaitu :
E = mgh……….. (a)
dengan
m = adalah massa air
h = adalah head (m)
m
g = adalah percepatan gravitasi  s 2 
 
Daya merupakan energi tiap satuan waktu E , sehingga
 
t 
persamaan (a) dapat dinyatakan sebagai :
E m
= gh
t t
E
Dengan mensubsitusikan P terhadap  t  dan
mensubsitusikan ρQ terhadap  m  maka 

:
 
t 
P =ρQgh ……….. (b)
dengan
P = adalah daya (watt)  m3 
Q = adalah kapasitas aliran  s 
 
 
ρ = adalah densitas air  kg 
 3
m 

23. Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat
diperoleh dari aliran air datar. Dalam hal ini energi yang
tersedia merupakan energi kinetic.
1 ……….. (c)
E = mv 2
2
dengan :
m
v = adalah kecepatan aliran air  s 
 
Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut :
1
P = ρ 2 Qv ……….. (d)
2
atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas Q = Av
maka
1
P= ρ 3
Av
2
……….. (e)
dengan :
A adalah luas penampang aliran air ( m )
2

24. Untuk menghitung daya yang di bangkitkan turbin
dapat di perhatikan pada gambar berkut :

25. Daya yang dibangkitkan oleh turbin sebesar :
P = ρ .g .Q.H ……….( watt )
jadi dalam daya Kw ( kilowatt ) adalah :
ρ .g.Q.H
P = 1000 (kw)
dimana : P = daya yang dibangkitkan turbin ( kw )
ρ rapat massa air ( 1000 Kg/m3 )
=
g = percepatan gravitasi ( 9,81 m/dtk2 )
Q = kapasitas aliran air ( m3/dtk )
H = head effektif ( m )
Daya yang sebenarnya adalah :
ρ g .Q.H
.
η
. t
P = 1000
maka, η
P = 9,81.Q.H. t ( kw )
dengan η = efisiensi turbin.
t

26. 2.5. Putaran Spesifik Turbin
Kecepatan spesifik turbin adalah kecepatan turbin
model atau turbin bentuk sama, tetapi skalanya berlainan
yang bekerja pada satu-satuan head dan satuan debit air
yang menghasilkan satu-satuan daya. Penentuan spesifik
ini berguna untuk membandingkan semua jenis turbin air
pada basis yang sama.
Kecepatan spesifik dapat didefenisikan sebagai
jumlah putaran permenit pada masa suatu runner tertentu
akan berputar sehingga dihasilkan satu-satuan daya untuk
satu-satuan head.
Jika kecepatan aliran air dinyatakan dengan V
maka ;
V = 2 gh dengan H = head ( tinggi jatuh air ).

27. Substitusi persamaan Putaran Spesifik Turbin : ( rpm )
 n   N 
ns = 1 / 2  
H  H 3/ 2 
n N
ns = ………( rpm )
H 5/ 4
Dimana : n s =Putaran spesifik ( rpm )
n= Kecepatan putaran turbin ( rpm )
N = Daya turbin ( Hp )
H = Head efektif ( m )
Persamaan ini digunakan untuk menghitung
kecepatan spesifik turbin. Kecepatan spesifik sangat
menentukan terhadap type turbin yang direncanakan.

28. Tabel.1. Berikut menunjukan jenis – jenis turbin sesuai dengan kecepatan spesifik
masing – masing Turbin.
Putaran Spesifik Turbin ( rpm )
Jenis Turbin
British Metric
Pelton Turbin 2 – 10 10 – 40
Francis Turbin 10 – 130 40 – 550
Kaplan Turbin 82 – 247 350 - 1050

29. BAB III
PERENCANAAN TURBIN AIR
Sebagaimana dapat dipahami pada sebelumnya,
daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi jatuh dan
debit air; oleh karena itu berhasilnya pembangkitan
tenaga air tergantung dari pada usaha untuk
mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara
efektif dan ekonomis. Pada umumnya debit yang besar
membutuhkan fasilitas dan ukuran yang besar.
Sehingga di dalam perencanaan turbin pemilihan
lokasi ( site location ) merupakan suatu kegiatan study
dan penyelidikan pada suatu Daerah Aliran Sungai (DAS)
ataupun pada irigasi tertentu untuk memilih satu atau
beberapa lokasi/tempat, dimana potensi air yang ada
pada lokasi tersebut dapat dimanfaatkan menjadi daerah
pembangkit tenaga air.

30. 3.1. Daya Generator.
Daya output dari suatu generator AC adalah daya
yang direncanakan atau daya yang efektif ( kw ), daya
reaktif ( kVAR ) dan daya yang semu ( kVA ) yaitu
tegangan pada saat ini adalah nol dan merupakan harga
electromotor force ( EMF ) maksimum.
Maka sesuai dengan spesifikasi tugas yang
direncanakan dalam perencanaan dari pada turbin air
yaitu, untuk menggerakkan sebuah generator 600 kVA.
Sehingga daya output generator adalah :
Dari persamaan dapat diperoleh daya nyata ( kW ) yaitu :
Daya nyata ( kW ) = Daya semu ( kVA ) x factor daya
dengan factor daya (cos o) = 0,8
Maka, Ng = 600 . 0,8
Ng = 480 kW
Sehingga daya output generator adalah 480 kW.

31. 3.2. Daya Turbin.
Turbin yang direncanakan digunakan untuk
menggerakkan generator dengan kapasitas 600 kVA dan
tinggi jatuh air ( head ) 30 meter.
Data di atas akan ditentukan daya yang
dibangkitkan turbin dan kapasitas aliran air penggerak
turbin yang dibutuhkan. Besarnya daya yang diperlukan
untuk menggerakkan generator dapat dihitung menurut
persamaan.
Ng = 9,8 η t .η g .Q.H ( kW )…………( a )
NT = 9,8 ηt .Q.H ( kW ).………..( b )
Subsitusi persamaan ( b ) ke persamaan ( a ) didapat :
Ng = ηg .N T ( kW ) .………( c )
Akibat adanya transmisi antara poros turbin dan poros
generator maka persamaan ( c ) menjadi :
ηg .ηtr .N T
Ng = ( kW )

32. Sehingga,
Ng
NT = ( kW )
η. tr
g η
Dimana :
NT = daya turbin
Ng = daya generator = 480 kW
ηg = effesiensi generator = 0,9
ηtr = effisiensi transmisi kopling flens = 0,95
maka daya turbin :
480
NT = 0,9.0,95
= 561,40 kW
= 763,50 Hp
NT = 764 Hp
dengan 1 kW = 1,36 Hp.
Sehingga daya yang dibangkitkan turbin adalah 764 Hp.

33. 3.3. Head Effektif.
Berdasarkan spesifikasi tugas yang direncanakan
dalam pemanfaatan sumber air yang dapat dialirkan ke
suatu lokasi tersebut terdapat perbedaaan ketinggian
dengan aliran sumber air yang diharapkan. Akibat
perbedaan ketinggian ( head ) 30 meter, sebagai
penggerak sudu-sudu turbin dimana roda sudu-sudu
turbin tersebut ditempatkan didepan dari saluran air yang
langsung menerpa sudu-sudu turbin.
Saluran air yang menerpa sudu-sudu turbin maka,
losses yang terjadi adalah akibat dari panjangnya jarak
saluran untuk menerpa sudu dan juga diakibatkan
besarnya sudu pengarah air jatuh. Jadi untuk
membangkitkan turbin tersebut yang berguna adalah head
effektif.
Besarnya head effektif dapat diperoleh dengan
mengurangi tinggi jatuh air total ( head total ) dengan
kehilangan tinggi pada saluran air ( head losses ).
Persamaan-persamaan tersebut dapat ditulis sebagai
berikut : Head effektif = head actual – Head losses,
dengan, Head actual = 30 meter.

34. Didalam perencanaan ini ketinggian jatuh air
( head ) yang dapat dimanfaatkan adalah yang
mempunyai head sebesar 30 meter, maka besarnya head
losses sebesar :
1
Hls = 3 . Hact, dengan Hact = 30 meter
1
= 3 . 30 m
= 10 meter
Ketinggian jatuh air effektip ( Heff ) adalah :
Heff = Hact - Hls
= 30 m – 10 m
= 20 meter

35. 3.4. Kapasitas Aliran Air
Besarnya kapasitas aliran air yang mengalir ke
turbin dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan
sebagai berikut :
γ.ηt .Q.H eff
NT = ( Hp )
75
dimana :
NT = daya turbin = 764 Hp
γ = berat jenis air = 1000 kg/m3
ηt = effesiensi turbin = 0,9
Q = kapasitas aliran ( m3/dtk )
Heff = head effektif = 20 ( m )
maka : 75.N T
Q = γ t .H eff
η
. ( m3/dtk )
75.764
= 1000.0,9.20
= 3,18 m3/dtk
Jadi besarnya kapasitas aliran air adalah 3,18 m3/dtk

36. 3.5. Perencanaan Instalasi Pipa Pesat ( Penstock )
Pipa pesat ( penstock ) adalah saluran yang
digunakan untuk mengalirkan air untuk mengalirkan
air dari sumber air ( head race water ) ke rumah
turbin. Berdasarkan type konstruksinya maka.
Maka,pipa pesat ( penstock ) dibagi atas :
1. Concrete Penstock.
2. Fiberglass or Plastik Penstock.
3. Steel Penstock.
4. Wood Stave Pipe.
Steel penstock lazim di pakai dan digunakan
karena pembuatannya mudah,kekuatannya yang
tinggi sehingga tahan lama dan diproduksi dalam
ukuran – ukuran yang bervariasi. Dalam
perencanaan ini dpilih steel penstock.
Instalasi pipa yang direncanakan ;
h1 = tinggi air masuk di bawah head race 6 m.
h3 = tinggi sisi air keluar di atas tail race 1,5 m.
L1 = panjang pipa dari reservoir atas 7 m.

37. Secara trigonometri dapat dihitung panjang L2 :
L2 = H −h1 −h3 dengan sudut θ = 30
sin θ
30m − 6m − 1,5m
= sin 30
= 45 m
Sehingga panjang pipa pesat ( penstock ) keseluruhan
adalah :
L = L1 + L2 + L3
= ( 7 m + 45 m + 5 m )
= 57 m

38. 3.6. Diameter Pipa Pesat
Besarnya diameter pipa pesat ( penstock )
dihitung dengan mempergunakan persamaan rumus :
Q = 0,3968 . π .D 8 / 3 .S 1 / 2
n 4
dimana : n = koefisien kekasaran saluran,
besarnya tergantung dari bahan
pipa.
= 0,012 ( bahan pipa baja las )
Q = kapasitas aliran air.
D = diameter pipa pesat
( penstock )
S = slope of hydraulic gradient.
H ls
dengan, S = L

39. jika, Hls = head losses = 10 m
L = panjang pipa pesat 57 m
10m
maka, S =
57 m
= 0,175m
Sehingga persamaan diatas dapat diperoleh besarnya
diameter pipa pesat ( penstock ) :
0,3968 π
3,18 = . .(0,175)1 / 2 .D 8 / 3
0.012 4
3,18
D8/3 =
10,85
D = 0,293 m
Dari diameter pipa pesat (penstock) dipilih standart pipa
ASA B.36. 10-1939, maka ukuran tersebut adalah :
Schedule 40. Diameter luar ( do ) = 24”
Diameter dalam ( di ) = 23,313”
Tebal pipa ( t ) = 0,687”

40. 3.7. Kecepatan Aliran Air.
Besarnya kecepatan aliran air didalam pipa
diperoleh dari perhitungan berikut ;
Q
V =
π / 4 .D 2
dengan, Q = kapsitas aliran = 3,18 m3
D = diameter dalam pipa = 23,313”
= 0,592 m
3,18m 3
maka, V =
π / 4.(0,592) 2
= 11,55 m/dtk

41. 3.8. Putaran Turbin
Kecepatan poros dari pada turbin dibatasi, dan
berkisar antara ( 125 – 750 ) rpm. Putaran turbin dapat
ditentukan berdasarkan persamaan dari speed ratio
sebagai berikut :
πD.n
.
= 0,8 2.g.H eff
60
seadangkan ; 60.0,8 2.g.H eff
D.n =
dimana,
π
D = diameter masuk sisi runner
n = putaran runner ( roda turbin )
g = percepatan gravitasi ( 9,81
m/det2 )
Heff = tinggi jatuh effektif ( 20 m )
maka dapat diperoleh ; 60.0,8 2.9,81.20m
D.n =
3,14
= 304

42. Untuk harga-harga “n” selanjutnya, besarnya D1 akan dapat
ditabelkan berikut ini :
Table .2. Hubungan Putaran Turbin dengan Diameter Runner
Sisi Masuk.
Putaran Turbin Diameter Runner
n = rpm D1 = m
125 3,59
225 1,99
300 1,50
350 1,28
400 1,12
500 0,90
550 0,82
600 0,75
650 0,69
700 0,64
750 0,60

43. Putaran turbin berkisar antara 125 – 750 rpm
maka dengan memilih putaran “n” didapat diameter D1
akan tertentu. Misalnya untuk n = 125 rpm.
Maka didapat ;
304m
D1 =
125rpm
= 2,43 m
Dari table di atas dapat dilihat untuk putaran
turbin yang lebih kecil maka, diameter runner akan lebih
besar, sedangkan pada putaran yang besar akan kecil.
Maka perencanaan ini dipilih yang sesuai atau
mendekati dengan diameter aliran dari pada pipa pesat
(penstock).
Sehingga dipilih :
- Putaran Turbin ( n ) = 225 rpm
- Diameter Runner ( D1 ) = 20 mm

44. 3.9. Putaran Generator Turbin
Dalam hal ini, putaran generator turbin adalah
merupakan fungsi hubungan daripada frekuwensi dengan
jumlah pasang kutub dari generator itu sendiri. Sedangkan
frekwensi yang umumnya dipakai di Indonesia adalah 50
hz maka dalam bentuk persamaan dapat di tulis :
120. f
Ng = P
dengan, Ng = kecepatan putar generator
f = frekwensi, hz
P = jumlah pasang kutub generator

45. Kecepatan putar generator untuk beberapa kondisi dapat dilihat pada
table .3. berikut;
Jumlah Kutub 50 ( Hz ) 60 ( Hz )
6 1.000 1.200
8 750 900
10 600 720
12 500 600
14 429 514
16 375 450
18 333 400
20 300 360
24 250 300
28 214 257
32 188 225
36 167 200
40 150 180
48 125 150
56 107 129
64 94 113
72 83 100

46. Dari table di atas terlihat bahwa makin banyak
jumlah kutub makin rendah putaran generator, sebaiknya
jumlah kutub sedikit putaran generator makin tinggi.
Putaran generator perlu dipertimbangkan didalam
pemilihan sebagai berikut ;
1.Jika Putaran Tinggi :
Jumlah kutub sedikit, maka generator akan semakin
ringan/kecil dan lebih kompak dan ekonomis.
Turbin akan lebih kecil.
Jika turbin dan generator kecil maka, pembuatannya
akan lebih mudah namun membutuhkan bahan material
yang lebih kuat.
2.Jika Putaran Rendah ;
jumlah kutub banyak maka, generator akan lebih berat
dan tidak ekonomis.
Turbin dan generator relative besar, maka pasangan
kutub akan lebih banyak.
Gaya centrifugal yang timbul kecil.
Dimana poros turbin dikopel langsung memakai
kopling flens tempa maka dipilih ;
Kecepatan putar generator ( ng ) = 750 rpm.
Jumlah pasang kutub ( P ) = 4 pasang ( 8 buah ).

47. 3.10. Putaran Spesifik Turbin
Dari persamaan ( 10 ) dapat diperoleh :
n NT
ns = ( rpm )
H 5/ 4
dari analisa sebelumnya telah didapat :
NT = daya turbin = 764 Hp
H = Tinggi jatuh effektif = 20 m
n = putaran turbin = 225 rpm
225rpm 764 Hp
maka, ns =
( 20) 5 / 4
= 145,13 rpm ( metric )