PENGARUH GENERATOR LISTRIK DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Jurnal Softskill Mata Kuliah Teknik Tenaga Listrik

Nama : Denny Sindi Pratama

NPM : 30408263

Kelas : 2 ID 01

Mata Kuliah : Teknik Tenaga Listrik

PENGARUH GENERATOR LISTRIK DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Denny Sindi Pratama
Universitas Gunadarma, Jakarta
Email : densi_li@yahoo.com

Astraksi: Paper ini berkaitan dengan pengaruh generator listrik dalam kehidupan sehari-hari. Dimana generator menjadi salah satu sumber energi listrik pada semua bidang. Khususnya dibidang kelistrikan dan umumnya di semua bidang. Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanikal, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Prinsip kerja generator menggunakan prinsip induksi. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melakui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apapun sumber energi mekanik yang lain. Pada generator terdapat arus searah dan arus bolak balik.


Kata Kunci : Generator, Resistansi Dan Reaktansi., Arus Searah Dan Arus Bolak-Balik


I. Pendahuluan

Pemakaian generator pada semua bidang sangat diperlukan karena sebagai sumber energi listrik. Dimana generator menjadi salah satu pembangkit listrik yang mudah untuk digunakan. Generator dikenal sebagai pembangkit listrik walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Intinya, Generator menghasilkan listrik dimana kita ketahui bahwa listrik merupakan bentuk energi sekunder yang paling praktis penggunaannya oleh manusia, di mana listrik dihasilkan dari proses konversi energi sumber energi primer seperti batu bara, minyak bumi, gas, panas bumi, potensial air dan energi angin. Pada generator terdapat arus bolak balik dan arus searah. Arus bolak balik terjadi karena disearahkan melalui medium komutator dan sikat-sikat., sedangkan generator a-c tidak mempunyai penyearah dan menyalurkan energi listrik bolak-balik (a-c) pada bebannya. Sedangkan, arus searah terjadi karena karena frekuensi dari pembangkitan emf tergantung dari kecepatannya. Hal ini biasanya menunjuk kepada kecepatan sinkron, untuk alasan ini mesin ini sering disebut alternator sinkron atau generator sinkron. Mengingat aksi dari generator tergantung dari gerak relative konduktor berkenaan dengan kekuatan dari saluran, ini harus jelas bahwa mungkin untuk membangun alternator dengan medan yang tetap dan menggerakkan armature atau dengan armature yang tetap dan medan medan yang bergerak.

Gambar 1. Generator Abad 20 Awal.

Pada 1831-1832 Michael Faraday menemukan bahwa perbedaan potensial dihasilkan antara ujung-ujung konduktor listrik yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet. Dia membuat generator elektromagnetik pertama berdasarkan efek ini, menggunakan cakram tembaga yang berputar antara kutub magnet tapal kuda. Proses ini menghasilkan arus searah yang kecil. Desain alat yang dijuluki ‘cakram Faraday’ itu tidak efisien dikarenakan oleh aliran arus listrik yang arahnya berlawanan di bagian cakram yang tidak terkena pengaruh medan magnet. Arus yang diinduksi langsung di bawah magnet akan mengalir kembali ke bagian cakram di luar pengaruh medan magnet. Arus balik itu membatasi tenaga yang dialirkan ke kawat penghantar dan menginduksi panas yang dihasilkan cakram tembaga. Generator homopolar yang dikembangkan selanjutnya menyelesaikan permasalahan ini dengan menggunakan sejumlah magnet yang disusun mengelilingi tepi cakram untuk mempertahankan efek medan magnet yang stabil. Kelemahan yang lain adalah amat kecilnya tegangan listrik yang dihasilkan alat ini, dikarenakan jalur arus tunggal yang melalui fluks magnetik.

Gambar 2. Cakram Faraday

Pada Gambar 2 mengilustrasikan sebuah cakram yang dibuat oleh faraday untuk mencoba menghasilkan sumber energi listrik. Salah satu pengembangan yang berhasil ditemukan setelah menggunakan cakram adalah dinamo. Dinamo adalah generator listrik pertama yang mampu mengantarkan tenaga untuk industri, dan masih merupakan generator terpenting yang digunakan pada abad 21. Dinamo menggunakan prinsip elektromagnetisme untuk mengubah putaran mekanik menjadi listrik arus bolak-balik.
Dinamo pertama berdasarkan prinsip Faraday dibuat pada 1832 oleh Hippolyte Pixii, seorang pembuat alat Prancis. Alat ini menggunakan magnet permanen yang diputar oleh sebuah "crank". Magnet yang berputar diletakaan sedemikian rupa sehingga kutub utara dan selatannya melewati sebongkah besi yang dibungkus dengan kawat. Pixii menemukan bahwa magnet yang berputar memproduksi sebuah pulsa arus di kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil". Lebih jauh lagi, kutub utara dan selatan magnet menginduksi arus di arah yang berlawanan. Dengan menambah sebuah komutator, Pixii dapat mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah [1].

Gambar 3. Dinamo

Dinamo berfungsi sebagai sumber energi listrik dalam kehidupan sehari-hari. Misal, pada kipas angin, sepeda motor listrik, dll.


II. Generator Arus Searah

Prinsip Kerja Generator Searah
Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :

e = - N dΦ/ dt

dimana : N : jumlah lilitan
Φ : fluksi magnet
e : Tegangan imbas, ggl(gaya gerak listrik)
Dengan lain perkataan, apabila suau konduktor memotong garis-garis fluksi magnetik yang berubah-ubah, maka ggl akan dibangkitkan dalam konduktor itu.
Jadi syarat untuk dapat dibangkitkan ggl adalah :
- harus ada konduktor ( hantaran kawat )
- harus ada medan magnetik
- harus ada gerak atau perputaran dari konduktor dalam medan, atau ada fluksi yang berubah yang memotong konduktor itu.

Untuk menentukan arah arus pada setiap saat, berlaku pada kaidah tangan kanan :
- ibu jari : gerak perputaran
- jari telunjuk:medan magnetik kutub u dan s
- jari tengah : besaran galvanis tegangan U dan arus I

Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak balik, meskipun tujuan utamanya adalah pemabngkitan tegangan searah, tamopak bahwa tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolak-balik. Bentuk gelombang yng berubah-ubah tersebut karenanya harus disearahkan.
Untuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik dengan menggunakan
- saklar
- komutator
- dioda

► Sistem Saklar
Saklar berfungsi untuk menghubung-singkatkan ujung-ujung kumparan. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :
Bila kumparan jangkar berputar, maka pada kedua ujung kumparan akan timbul tegangan yang sinusoida. Bila setengan periode tegangan positif saklar di huybungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila sakalar dibuka lagi akan timbul lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap setenganh periode tegangan saklar dihubungkan, maka akan di hailkan tegangan searah gelombang penuh.

► Sistem Komutator
Komutator brfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubung singkatkan kumparan jangkar. Komutator berupa cincin belah yang dipasang pada ujung kumparan jangkar. Bila kumparan jangkar berputar, maka cincin belah ikut berputar. Karena kumparan berada dalam medan magnet, akan timbul tegangna bolak balik sinusoidal.
Bila kumparan telah berputar setengah putaran, sikat akan menutup celah cincin sehingga tegangan menjadi nol. Karena cincin berputar terus, maka celah akan terbuka lagi dan timbul tegangan lagi. Bila perioda tegangan sama dengan perioda perputaran cincin, tegangan yang timbul adalah tegangan arus searah gelombang penuh.

Gambar 3. Efek Komutasi

► Sistem Dioda
Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
- Bila diberi prasikap maju (forward bias) bisa dialiri arus.
- Bila diberi prasikap balik (reverse bias) dioda tidak akan dialiri arus.
Berdasrakan bentuk gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi dalam:
- Half wave rectifier (penyearah setengah gelombang)
- Full wave rectifier (penyearah satu gelombang penuh)

KARAKTERISTIK GENERATOR ARUS SEARAH
Medan magnet pada generator dapat dibangkitkan dengan dua cara yaitu :
- dengan magnet permanen
- dengan magnet remanen

Generator listrik dengan magnet permanen sering juga disebut magneto dynamo. Karena banyak kekurangannya, maka sekarang jarang digunakan. Sedangkan generator dengan magnet remanen menggunakan medan magnet listrik, mempunyai kelebihan-kelebihan yaitu :
- Medan magnet yang dibangkitkan dapat diatur
Pada generator arus searah berlaku hubungan-hubungan sebagai berikut :

Ea = Φ z n P / 60 a Volt

Dimana:
Ea = ggl yang dibangkitkan pada jangkar generator
Φ = fluks per kutub
z = jumlah penghantar total
n = kecepatan putar
a = jumlah hubungan pararel

Bila zP/60a = c(konstanta), maka :

Ea = cnΦ Volt

Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator arus searah dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu:

1. Generator berpenguatan bebas
Generator tipe penguat bebas dan terpisah adalah generator yang lilitan medannya dapat dihubungkan ke sumber dc yang secara listrik tidak tergantung dari mesin.
Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan Rf akan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator.

Jika generator dihubungkan dengan beban, dan Ra adalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah:
Vf = If Rf
Ea = Vt + Ia Ra

Besaran yang mempengaruhi kerja dari generator :
- Tegangan jepit (V)
- Arus eksitasi (penguatan)
- Arus jangkar (Ia)
- Kecepatan putar (n)

2. Generator berpenguatan sendiri
(a) Generator searah seri

Vt = Ia Ra

Ea = Ia (Ra + Rf) + Vt + Vsi

(b) Generator Shunt

Vt = If Rf

Ea = Ia Ra + Vt + Vsi

Pada generator shunt, untuk mendapatkan penguatan sendiri diperlukan :
- Adanya sisa magnetik pada sistem penguat
- Hubungan dari rangkaian medan pada jangkar harus sedemikian, hingga arah medan yang terjadi, memperkuat medan yang sudah ada.

Mesin shunt akan gagal membangkitkan tegangannya kalau:
- Sisa magnetik tidak ada.Misal: pada mesin-mesin baru. Sehingga cara memberikan sisa magnetik adalah pada generator shunt dirubah menjadi generator berpenguatan bebas atau pada generator dipasang pada sumber arus searah, dan dijalankan sebagai motor shunt dengan polaritas sikat-sikat dan perputaran nominal
- Hubungan medan terbalik, karena generator diputar oleh arah yang salah dan dijalanksalahan, sehingga /’;[p-0arus medan tidak memperbesar nilai fluksi. Untuk memperbaikinya dengan hubungan-hubungan perlu diubah dan diberi kembali sisa magnetik, seperti cara untuk memberikan sisa magnetik
- Tahanan rangkaian penguat terlalu besar. Hal ini terjadi misalnya pada hubungan terbuka dalam rangkaian medan, hingga Rf tidak berhingga atau tahanan kontak sikat terlalu besar atau komutator kotor.

3. Generator kompon
Generator kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generator seri, yang dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan sifat yang dimiliki merupakan gabungan dari keduanya. Generator kompon bisa dihubungkan sebagai kompon pendek atau dalam kompon panjang. Perbedaan dari kedua hubungan ini hampir tidak ada, karena tahanan kumparan seri kecil, sehingga tegangan drop pada kumparan ini ditinjau dari dari tegangan terminal kecil sekali dan terpengaruh.
Biasanya kumparan seri dihubungkan sedemikian rupa, sehingga kumparan seri ini membantu kumparan shunt, yakni MMF nya searah. Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dikatakan generator itu mempunyai kumparan kompon bantu.
Mesin yang mempunyai kumparan seri melawan medan shunt disebut kompon lawan dan ini biasanya digunakan untuk motor atau generator-generator khusus seperti untuk mesin las. Dalam hubungan kompon bantu yang mempunyai peranan utama ialah kumparan shunt dan kumparan seri dirancang untuk kompensasi MMF akibat reaksi jangkar dan juga tegangan drop di jangkar pada range beban tertentu. Ini mengakibatkan tegangan generator akan diatur secara otomatis pasa satu range beban tertentu [2].

(a) Kompon panjang

Ia = If1 = IL + If2
Ea = Vt + Ia(Ra + Rf1) + Vsi

(b) Kompon pendek




Ia = If1 + If2 = IL + If2
Ea = Vt + ILRf1 + IaRa + Vsi

III. Generator Arus Bolak-Balik
Generator a-c dan generator d-c adalah sama dalam satu hal yang penting, kedua-duanya membangkitkan emfs. Pada generator d-c, tegangan bolak-balik disearahkan melalui medium komutator dan sikat-sikat., sedangkan generator a-c tidak mempunyai penyearah dan menyalurkan energi listrik bolak-balik (a-c) pada bebannya. Dalam kenyataan, sungguh mungkin untuk menggunakan generator d-c sebagai generator a-c dengan mengganti sepasang ring kolektor pada batang dan menghubungkan ring ini pada titik yang tepat pada belitan armature.
Generator a-c biasanya disebut alternators. Tetapi tidak seperti generator d-c, generator a-c harus dijalankan pada kecepatan yang konstan karena frekuensi dari pembangkitan emf tergantung dari kecepatannya. Hal ini biasanya menunjuk kepada kecepatan sinkron, untuk alasan ini mesin ini sering disebut alternator sinkron atau generator sinkron. Mengingat aksi dari generator tergantung dari gerak relative konduktor berkenaan dengan kekuatan dari saluran, ini harus jelas bahwa mungkin untuk membangun alternator dengan medan yang tetap dan menggerakkan armature atau dengan armature yang tetap dan medan medan yang bergerak. Dalam praktek, armature yang tetap dan medan magnet yang bergerak dipilih untuk beberapa alasan :
1. Belitan armature lebih komplek daripada medan dan disusun lebih mudah pada susunan yang tetap.
2. Belitan armature dapat dikuatkan denagn aman dalam frame yang keras.
3. Mudah untuk mengisolasi dan mengamankan belitan armature tegangan tinggi pada alternator.
4. Belitan armature didinginkan lebih cepat karena inti stator dapat dibuat lebih luas dan dengan lebih banyak aliran udara atau saluran pendinginan untuk memaksa sirkulasi udara.
5. Medan tegangan rendah dapat dibuat untuk efisiensi operasi kecepatan tinggi.

Pada umumnya, alternator dibuat dalam ukuran yang besar daripada generator d-c, komutator adalah faktor serius yang membatasi dalam perencanaan mesin d-c yang besar. Tiga macam tipe dari prime movers untuk alternator adalah turbin uap, mesin uap, dan water-wheel, dan seperti yang disebutkan diatas mekanik tenaga biasanya diterapkan pada rotor. Gambar 1 menunjukkan potongan sebuah water-wheel generator dengan kapasitas kurang lebih 3,000kw untuk operasi pada kecepatan sedang. Perhatian yang cermat pada gambar akan membuat jelas bagaimana armature dan medan disusun, bagaimana generator exciter d-c yang kecil diatas “feeds” arus searah pada medan yang berputar melalui cincin kolektor, dan bagaimana ukuran yang beasr dari stator dan rotor didukung dengan pondasi beton yang kuat .

Gambar 4. Generator Arus Bolak-Balik

Gambar 4 menunjukkan potongan dari turbin uap untuk operasi kecepatan tinggi. Yang terutama rotor yang panjang, beberapa belitan armature, insulator tegangan tinggi pada bagian bawah , dan dua generator d-c exciter di bagian kiri. Stator dari alternator terdiri dari laminasi, lubang, inti magnet besi yang baik dan belitan armature ditempatkan di dalam lubang seperti yang dilakukan di generator d-c.

Gambar 5. Alternator

Frekuensi generator a-c. Sebagai kutub dari dua kutub alternator yang berputar, pembangkitan emf di belitan armature berubah arah setiap setengan putaran. Oleh karena itu lengkap satu pulsa positif dan negatif, satu siklus, akan terjadi dalam satu putaran. Ini diikuti, kemudian, bahwa frekuensi dalam satu siklus per detik tergantung langsung pada jumlah dari putaran perdetik (rpm/60) yang dibuat oleh medan. Selain itu, jika generator adalah multi kutub, misal, jika generator memiliki empat, enam, delapan atau lebih banyak kutub lagi, kemudian frekuaensi perputarannya akan berturut-turut dua, tiga, empat atau lebih. Atau, menganggapnya lebih umum, frekuensi perputarannya adalah sama dengan jumlah pasangan dari kutub. Mengkombinasikan kedua kenyataan tersebut dalam sebuah pernyataan, ini harus jelas bahwa frekuensi dari emf pada alternator proportional untuk:
1. kecepatan dalam putaran per detik (rpm/60)
2. jumlah dari pasangan kutub, P/2hubungannya dapat ditulis dalam bentuk persamaan:

f = (P/2) X (rpm/60) = (P X rpm) /120

Medan yang berputar. Struktur medan pada dasarnya terdiri dari kumpulan dari inti kutub yang terlaminasi di sekelilingnya dimana diletakkan belitan eksitasi. Masing-masing laminasi mempunyai bentuk kira-kira seperti yang ditunjukkan pada gambar 6.

Gambar 6. Tipe laminasi untuk kutub dari alternator

Permukaan luar dari kutub hampir diikuti permukaan silinder bagian dalam dari inti stator, sementara bagian dalam mempunyai sambungan dari besi terdiri dari bagian-bagian yang dimasukkan ke celah-celah yang pas dimasukkan pada wedge-shaped recess in the projecting spider . Untuk kecepatan tinggi turboalternator, strukture medan tidak mempunyai kutub yang diproyeksikan. Malahan, inti berlubang dibuat dari beberapa seksi besi tempa , cakram yang kerasdipotong dari besi tempa.Tipe spiral dari belitan medan diletakkan melingkar atau paralel dengan lubang. Belitan medan biasanya dibuat untuk dihubungkan dengan sumber d-c 115 atau 230 volt, tegangan tersebut masing-masing disuplai oleh generator d-c .

Stator
Stator dari alternator terdiri dari inti besi berlubang yang berlaminasi untuk menerima belitan armature. Jumlah dari lubang biasanya adalah belitan polyphase simetrik (3 phasa) dapat digunakan. Demikian sebuah belitan adalah mungkin jika jumlah dari lubang dibagai oleh waktu phasa kutub adalah bilangan bulat. Dalam kecepatan rendah diameter mesin yang besar yang mempunyai banyak kutub, panjang aksial dari inti adalah terhitung pendek. Sejak mesin terbuka penuh, pendinginan adalah mudah dan efektif. Pada mesin kecepatan tinggi dari tipe generator turbo, yang mana dua atau empat kutub digunakan. Sejak pendinginan sendiri tidak akan memuaskan, begitu alternator sepenuhnya tertutup, agar volume yang besar dari udara dipaksa untuk melaluinya. Ini menarik untuk dicatat bahwa kecepatan udara setinggi 3,000 kaki per detik, kira-kira 35 mil per jam, digunakan untuk menjaga suhu yang dicapai oleh generator turun pada nilai yang diinginkan. Juga, untuk tujuan menyediakan secukupnya saluran udara sehingga volume yang besar siap dipaksa melaluinya
Tegangan dibangkitkan di belitan armature dari alternator biasanya lebih tinggi dari generator d-c, tegangan 2.300, 4.600, 6.600 dan 13.200 adalah cukup umum. Dengan jelas, bahan penyekat yang sama yang digunakan di belitan armature d-c tidak akan memuaskan pada belitan armature a-c tegangan tinggi. Juga, suhu yang tinggi tidak diijinkan pada mesin a-c. Sejak mica adalah bahan yang dapat diandalkan yang akan menahan tegangan tinggi dan suhu tinggi, ini umumnya digunakan. Bahan ini diberi perawatan khusus untuk mengatasi sifat mekanik yang rendah.
Pembangkitan tegangan dalam alternator. Hukum dasar dari aksi pembangkitan mungkin dapat dinyatakan sebagai berikut:”rata-rata I volt dibangkitkan dalam satu lilitan dari kawat jika fluks yang melalui lilitan berubah dalam kisaran 100,000,000 maxwells per detik. Pada gambar 4 satu lilitan penuh dari kawat ditunjukkan mengelilingi kutub utara. Diasumsikan bahwa kutub ini menghasilkan 10,000,000 maxwells. Diasumsikan lebih lanjut bahwa lilitan dari kawat digerakkan posisinya seperti gambar 4b dalam 1 detik; disini fluks bersih melalui kumparan adalah nol, karena 50% fluks dari kutub utara menetralkan 50% fluks dari kutub selatan. Oleh karena itu tegangan rata-rata yang dibangkitkan dalam kumparan pada satu lilitan akan bernilai 1 volt. Dan bentuk persamaanya adalah :

Eav = (N. Φ / t) X 10 e-8 volts

Dimana Eav = rata-rata tegangan yang dibangkitkan
N = jumlah lilitan kumparan
Φ = fluks per kutub
t = waktu, detik

Gambar 7. (a) maksimum fluks yang melalui kumparan (b) fluks nol yang melalui kumparanGambar 7

Menunjuk kembali pada Gambar 6, disana ada perubahan fluks dari maxwells yang melalui kumparan sebagaimana gerakan terakhir jaraknya sama setengah dari celah kutub atu lebih spesifik, jarak kumparan harus bergerak untuk membangkitkan seperempat dari siklus tegangan. Sejak satu siklus terjadi dalam 1/f detik, waktu yang tersisa untuk ¼ atau siklus akan menjadi 1/4f detik. Oleh karena itu, ketika 1/4f disubtitusikan untuk t pada persamaan (1), persamaan akan menjadi

Eav = (N.Φ(1/4f)) X 10 e-8 = 4fNΦ x 10 e-8 volts (2)

Persamaan (2) adalah cukup umum dan dapat diaplikasikan untuk semua alternator tanpa memperhatikan distribus kepadatan fluks di bawah kutub. Bagaimanapun, jika alternator di rancang bahwa penyebaran kepadatan fluks adalah sinusoidal . Nilai effektif dari tegangan, biasanya digunakan simbol E , demikian persamaannya

E = 4.44fNΦ x 10e-8 volts (3)

Jika distribusi kepadatan fluks bukan fungsi sinus, tegangan effektif akan berbeda sedikit dari nilai yang dihasilkan pada persamaan (3).

Belitan armature untuk alternator. Tipe dari belitan yang banyak digunakan dalam alternator adalah cukup serupa dengan d-c lap winding. Pada armature d-c , ini akan diingat lagi, kumparan dihubungkan bersama pada komutator: dalam armature a-c kumparan dihubungkan bersama dengan hanya menghubungkan ujung kumparan yang tepat pada rangkaian yang benar. Dua penyusunan umum dari kumparan yang dipakai:
1. setengah kumparan
2. seluruh kumparan

Dalam susunan setengah kumparan, ada setengah dari banyak kumparan, masing-masing dengan dua kali banyak lilitan, sebagaimana dalam susunan seluruh kumparan, untuk fasa tegangan yang sama

Kebanyakan alternator digunakan untuk operasi 3 phasa, misal:ada tiga kumparan yang berbeda dan independent dalam lubang inti stator yang dipisahkan dengan 120 electrical degrees. Dalam praktek, tiga phasa biasanya dihubungkan untuk membentuk hubungan bintang ayau hubungan delta. (Bintang Y, dan delta ▲) [3].


IV. Fungsi & Prinsip Kerja Generator

Secara umum fungsi generator adalah untuk mensuplai arus pada sistem kelistrikan. Proses pembangkitan listrik pada generator menggunakan prinsip induksi yaitu apabila terjadi perpotongan medan magnet dengan penghantar, maka pada penghantar akan timbul gaya gerak listrik.Generator AC disebut juga Alternator.Altenator dapat mensuplai arus bukan hanyapada kecepatan tinggi tetapi juga pada putaranidle. Kerja sebuah alternator persis sepertigenerator DC, yang membedakan keduany aadalah konstruksi.

Pada alternator medan magnet berputar, Penghantar diam, sedangkan padagenerator medan diam, penghantar berputar.Pada alternator, kumparan penghantar dipasangpada rangka yang disebut stator. Medan magnetdisebut rotor, bergerak ditengah stator. Statorterdiri dari konduktor yang dililitkan dengan jumlah yang lebih banyak, hal ini memungkinkan diperoleh induksi listrik yanglebih besar (dapat menghasilkan tegangan yang mencukupi pada putaran rendah). Untuk lebihlebih jelasnya, proses kerja alternator, seperti pada gambar.

Gambar 8. Proses Kerja Alternator

Sistem Starter Generator
Untuk menghidupkan mesin diperlukantenaga dari luar yang dapat memutarkan poros engkol sampai terjadi pembakaran dan mesinbekerja. Tenaga luar inilah yang harus dihasilkanmotor stater. Gambar di bawah memperlihatkan mekanisme sistem starter generator hampir sama dengan starter sebuah mobil.

Gambar 9. Sistem Starter Generator

Mekanisme sistem starter Prinsip Kerja Motor Starter adalah mengubah energi listrik dari baterai menjadienergi mekanik berupa putaran pinion gear pada motor starter. Pada saat mesin start, putaran pinion gear ini dipindahkan ke ring gear yang terpasang pada bagian luar fly wheel, sehingga fly wheel bersama poros engkol berputar. Bilamesin sudah hidup, tenaga putar motor starter tidak diperlukan lagi, perkaitan antara piniongear dan ring gear harus dilepas. Ini terjad isecara otomatis ketika switch motor starter off [4].


V. Kesimpulan

1. Kehadiran generator dalam kehidupan sehari-hari memberikan kemudahan disemua bidang untuk memperoleh sumber energi listrik.
2. Arus searah dan arus bolak-balik dapat digunakan pada generator untuk semua bidang tergantung situasi dan kondisi tertentu.
3. Banyak variasi generator yang dapat disunakan untuk memperoleh sumber energi listrik tergantung situasi dan kondisi tertentu.
4. Prinsip kerja generator menggunakan prinsip induksi yang berfungsi sebagai penyuplai arus pada sistem kelistrikan.



Daftar Pustaka

[1] http://www.wikipedia.org/. 2009. generator listrik. wikipedia: Jakarta.
[2] http://www.homepagez.com/. 2009. generator arus searah. google: Jakarta.
[3] http://www.homepagez.com/. 2009. generator ac. google:Jakarta.

[4] http://www.ittelkom.ac.id/. 2009. catu daya dan generator. google:Jakarta.

TRANSFORMATOR

Transformator atau trafo adalah komponen elektromagnet yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Umumnya, Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai ,dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh.
Dalam bidang elektronika, transformator digunakan antara lain sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban, untuk memisahkan satu rangkain dari rangkaian yang lain, dan untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian.

Fluks pada transformator
Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer adalah δΦ = Є x δt dan rumus untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan sekunder adalah Є = N x δΦ / δt.
Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka δΦ/ δt = Vp / Np = Vs / Ns dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat Vp / Vs = Np / Ns sedemikian hingga Vp x Ip = Vs x Is. Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan sekunder.

Kerugian dalam transformator
Perhitungan diatas hanya berlaku apabila kopling primer-sekunder sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktek terjadi beberapa kerugian yaitu:
1. Kerugian tembaga. Kerugian I2R dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.
2. Kerugian kopling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer-sekunder tidak sempurna, sehingga tidak semua fluks magnet yang diinduksikan primer memotong lilitan sekunder. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan secara berlapis-lapis antara primer dan sekunder.
3. Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar yang terdapat pada lilitan-lilitan transformator. Kerugian ini sangat mempengaruhi efisiensi transformator untuk frekuensi tinggi. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer dan sekunder secara semi-acak (bank winding)
4. Kerugian histeresis. Kerugian yang terjadi ketika arus primer AC berbalik arah. Disebabkan karena inti transformator tidak dapat mengubah arah fluks magnetnya dengan seketika. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggunakan material inti reluktansi rendah.
5. Kerugian efek kulit. Sebagaimana konduktor lain yang dialiri arus bolak-balik, arus cenderung untuk mengalir pada permukaan konduktor. Hal ini memperbesar kerugian kapasitas dan juga menambah resistansi relatif lilitan. Kerugian ini dapat dikurang dengan menggunakan kawat Litz, yaitu kawat yang terdiri dari beberapa kawat kecil yang saling terisolasi. Untuk frekuensi radio digunakan kawat geronggong atau lembaran tipis tembaga sebagai ganti kawat biasa.
6. Kerugian arus eddy (arus olak). Kerugian yang disebabkan oleh GGL masukan yang menimbulkan arus dalam inti magnet yang melawan perubahan fluks magnet yang membangkitkan GGL. Karena adanya fluks magnet yang berubah-ubah, terjadi olakan fluks magnet pada material inti. Kerugian ini berkurang kalau digunakan inti berlapis-lapisan.

Efisiensi
Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus η = (Po / Pi) x 100%. Karena adanya kerugian pada transformator. Maka efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%. Untuk transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bisa mencapai 98%.

Jenis-jenis transformator
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

Autotransformator
Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).

Autotransformator variabel
Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah.

Transformator isolasi
Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan ausio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.

Transformator pulsa
Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.

Transformator tiga fasa
Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ).

Prinsip Kerja Transformator
Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.
Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).
Pada skema transformator di samping, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya.
Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan:
Vp / Vs = Np / Ns
Keterangan:

Vp = tegangan primer (volt)

Vs = tegangan sekunder (volt)

Np = jumlah lilitan primer

Ns = jumlah lilitan sekunder

Simbol Transformator
Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu:
1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).
2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).
Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:
1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).
2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP).
3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,
( Vs ~ 1 / Np ) Sehingga dapat dituliskan: Vs = (Ns / Np) x Vp.

Penggunaan Transformator
Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.

Jenis-jenis Transformator

1. Jenis transformator berdasarkan fungsinya- Trafo step-up- Trafo step-down
2. Jenis transformator berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder- Trafo step-up- Trafo step-down
3. Jenis transformator catu daya- Trafo engkel- Trafo CT

4. Jenis tranformator berdasarkan inti- Trafo tipe shell- Trafo tipe inti

5. Transformator berdasarkan kegunaan- Trafo tenaga- Ototransformator
6. Jenis transformator berdasarkan jenis fasa tegangan- Trafo satu fasa- Trafo tiga fasa

Transformator Daya dan Cara Pengujiannya
Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan). Dalam operasi umumnya, trafo-trafo tenaga ditanahkan pada titik netralnya sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan/proteksi, sebagai contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV, dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan di sisi netral 20 kV nya. Transformator yang telah diproduksi terlebih dahulu melalui pengujian sesuai standar yang telah ditetapkan.

Klasifikasi Transformator
Transformator tenaga dapat di klasifikasikan menurut:
v Pasangan:
v Pasangan dalam
v Pasanga luar
v Pendinginan
Menurut cara pendinginannya dapat dibedakan sebagai berikut:
v Fungsi/Pemakaian
v Transformator mesin
v Transformator Gardu Induk
v Transformator Distribusi
v Kapasitas dan Tegangan
Untuk mempermudah pengawasan dalam operasi trafo dapat dibagi menjadi: Trafo besar, Trafo sedang, Trafo kecil.

Cara Kerja dan Fungsi Tiap-tiap Bagian
Suatu transformator terdiri atas beberapa bagian yang mempunyai fungsi masing-masing:
• Bagian utama
- Inti besi
Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh “Eddy Current”.
- Kumparan trafo
Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain.
Umumnya pada trafo terdapat kumparan primer dan sekunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluksi yang menginduksikan tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat transformasi tegangan dan arus.
- Kumparan tertier
Kumparan tertier diperlukan untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta. Kumparan tertier sering dipergunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua trafo daya mempunyai kumparan tertier.
- Minyak trafo
Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi (daya tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:
v kekuatan isolasi tinggi
v penyalur panas yang baikberat jenis yang kecil, sehingga partikel-partikel dalam minyak dapat mengendap dengan cepat
v viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan kemampuan pendinginan menjadi lebih baik
v titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat membahayakan
v tidak merusak bahan isolasi padat
v sifat kimia yang stabil.
- Bushing
Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah busing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut denga tangki trafo.
- Tangki dan Konservator
Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator.

• Peralatan Bantu
- Pendingin
Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi di dalam trafo, maka untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan tersebut trafo perlu dilengkapi dengan sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar trafo.
Media yang digunakan pada sistem pendingin dapat berupa: Udara/gas, minyak dan air. Pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara:
Alamiah (natural)
Tekanan/paksaan (forced).
- Tap Changer (perubah tap)
Tap Changer adalah perubah perbandingan transformator untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder sesuai yang diinginkan dari tegangan jaringan/primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat dilakukan baik dalam keadaan berbeban (on-load) atau dalam keadaan tak berbeban (off load), tergantung jenisnya.
- Alat pernapasan
Karena pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka suhu minyakpun akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya bila suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki.
Kedua proses di atas disebut pernapasan trafo. Permukaan minyak trafo akan selalu bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai tegangan tembus minyak trafo, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat hygroskopis.
- Indikator
Untuk mengawasi selama trafo beroperasi, maka perlu adanya indicator pada trafo sebagai berikut:
v indikator suhu minyak
v indikator permukaan minyak
v indikator sistem pendingin
v indikator kedudukan tap
v dan sebagainya.

• Peralatan Proteksi
- Rele Bucholz
Rele Bucholz adalah rele alat/rele untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo yang menimbulkan gas.
Gas yang timbul diakibatkan oleh:
a. Hubung singkat antar lilitan pada/dalam phasa b. Hubung singkat antar phasa c. Hubung singkat antar phasa ke tanah d. Busur api listrik antar laminasi e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.
- Pengaman tekanan lebih
Alat ini berupa membran yang dibuat dari kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas, berfungsi sebagai pengaman tangki trafo terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di dalam tangki yang akan pecah pada tekanan tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kakuatan tangi trafo.
- Rele tekanan lebih
Rele ini berfungsi hampir sama seperti rele Bucholz, yakni mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo. Bedanya rele ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung mentripkan P.M.T.
- Rele Diferensial
Berfungsi mengamankan trafo dari gangguan di dalam trafo antara lain flash over antara kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun beda kumparan.
- Rele Arus lebih
Befungsi mengamankan trafo arus yang melebihi dari arus yang diperkenankan lewat dari trafo terseut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.
- Rele Tangki tanah
Berfungsi untuk mengamankan trafo bila ada hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada trafo.
- Rele Hubung tanah
Berfungsi untuk mengamankan trafo bila terjadi gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah.
- Rele Termis
Berfungsi untuk mencegah/mengamankan trafo dari kerusakan isolasi kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan oleh arus lebih. Besaran yang diukur di dalam rele ini adalah kenaikan temperatur.

Referensi:
http://www.elektroindonesia.com/elektro/ener36b.html
http://id.wikipedia.org/wiki/Transformator
http://www.e-dukasi.net/mapok/mp_full.php?id=286
http://okidoki13.blogspot.com/2008/11/jenis-jenis-transformator-berdasarkan.html

http://www.homepagez.com/pkdst/trafo/transformator_hal_1.html

TURBIN

Turbin uap zaman Perang Dunia I yang digunakan untuk pendorong kapal. Sebuah turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Turbin tersederhana memiliki satu bagian yang bergerak, "asembli rotor-blade". Fluid yang bergerak bekerja kepada baling-baling untuk memutar mereka dan menyalurkan energi ke rotor. Contoh turbin awal adalah kincir angin dan roda air.
Sebuah turbin yang bekerja terbalik disebut kompresor atau pompa turbo. Turbin gas, uap dan air biasanya memiliki "casing" sekitar baling-baling yang memfokus dan mengontrol fluid. "Casing" dan baling-baling mungkin memiliki geometri variabel yang dapat membuat operasi efisien untuk beberapa kondisi aliran fluida. Energi diperoleh dalam bentuk tenaga "shaft" berputar.

Penggunaan turbin
Penggunaan paling umum dari turbin adalah pemroduksian tenaga listrik. Hampir seluruh tenaga listrik diproduksi menggunakan turbin dari jenis tertentu. Turbin kadangkala merupakan bagian dari mesin yang lebih besar. Sebuah turbin gas, sebagai contoh, dapat menunjuk ke mesin pembakaran dalam yang berisi sebuah turbin, kompresor, "kombustor", dan alternator.
Turbin dapat memiliki kepadatan tenaga ("power density") yang luar biasa (berbanding dengan volume dan beratnya). Ini karena kemampuan mereka beroperasi pada kecepatan sangat tinggi. Mesin utama dari Space Shuttle menggunakan turbopumps (mesin yang terdiri dari sebuah pompa yang didorong oleh sebuah mesin turbin) untuk memberikan propellant (oksigen cair dan hidrogen cair) ke ruang pembakaran mesin. Turbopump hidrogen cair ini sedikit lebih besar dari mesin mobil dan memproduksi 70.000 hp (52,2 MW). Turbin juga merupakan komponen utama mesin jet.

Turbin gas
Mesin ini memiliki kompresor radial tahapan-tunggal dan turbin, recuperator, dan foil bearings. Turbin gas adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran. Dia memiliki kompresor naik ke-atas dipasangkan dengan turbin turun ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya. Energi ditambahkan di arus gas di pembakar, di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor. Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara terkompresi dan dorongan, dalam segala kombinasi, dan digunakan untuk mentenagai pesawat terbang, kereta, kapal, generator, dan bahkan tank.

Sejarah
* 150: Hero's Engine (aeolipile) - tampaknya Pahlawan mesin uap itu dianggap tidak lebih dari satu mainan, dan dengan demikian potensi penuh tidak menyadari selama berabad-abad.
* 1500: The "Chimney Jack" digambar oleh Leonardo da Vinci yang memutar pemanggangan. Udara panas dari api naik melalui serangkaian penggemar yang menghubungkan dan memutar pemanggangan.
* 1551: Jawad al-Din menemukan sebuah uap turbin, yang ia gunakan untuk kekuasaan diri-rotating meludah. [1]
* 1629: Jets uap turbin yang dirotasi kemudian diputar digerakkan mesin pabrik stamping memungkinkan untuk dikembangkan oleh Giovanni Branca.
* 1678: Ferdinand Verbiest membangun sebuah model kereta uap mengandalkan jet kekuasaan.
* 1791: Sebuah paten diberikan kepada John Barber, seorang Inggris, untuk pertama turbin gas sejati. Penemuannya itu sebagian besar elemen hadir dalam turbin gas modern. Turbin ini dirancang untuk menyalakan sebuah yg tdk mempunyai kuda kereta.
* 1872: Sebuah turbin gas mesin ini dirancang oleh Dr Franz Stolze, tapi mesin tidak pernah berlari di bawah kekuasaan sendiri.
* 1894: Sir Charles Parsons dipatenkan ide mendorong sebuah kapal dengan turbin uap, dan membangun sebuah demonstrasi kapal (yang Turbinia ). Prinsip ini masih propulsi dari beberapa digunakan.
* 1895: Tiga 4-ton 100 kW Parsons aliran radial generator dipasang di Cambridge Power Station, dan digunakan untuk daya listrik pertama skema penerangan jalan di kota.
* 1903: A Norwegia, Ægidius Elling, mampu membangun turbin gas pertama yang mampu menghasilkan kekuatan yang lebih dibandingkan yang dibutuhkan untuk menjalankan komponen-nya sendiri, yang dianggap sebagai pencapaian pada masa ketika pengetahuan tentang aerodinamis terbatas . Menggunakan kompresor rotary dan turbin itu dihasilkan 11 hp (besar-besaran untuk hari-hari). Karyanya ini kemudian digunakan oleh Sir Frank Whittle.
* 1913: Nikola Tesla paten yang Tesla turbin berdasar pada Batas lapisan efek.
* 1914: Aplikasi untuk mesin turbin gas yang diajukan oleh Charles Curtis.
* 1918: Salah satu produsen turbin gas terkemuka hari ini, General Electric, mulai divisi mereka turbin gas.
* 1920: teori praktis aliran gas melalui saluran ini dikembangkan menjadi lebih formal (dan berlaku untuk turbin) teori aliran gas lalu airfoils oleh Dr A. A. Griffith.
* 1930: Sir Frank Whittle dipatenkan desain untuk turbin gas untuk jet. Karyanya pada tenaga penggerak gas mengandalkan kerja dari semua orang yang sebelumnya bekerja di bidang yang sama dan dia telah sendiri menyatakan bahwa penemuannya akan sulit untuk mencapai tanpa Ægidius Elling karya. Pertama yang berhasil menggunakan mesin-nya pada April 1937.
* 1934: Raúl Pateras de Pescara dipatenkan pada free-piston mesin sebagai gas generator turbin gas.
* 1936: Hans von Ohain dan Max Hahn di Jerman mengembangkan desain mesin dipatenkan sendiri pada saat yang sama bahwa Sir Frank Whittle adalah mengembangkan desain di Inggris.

Teori operasi
Turbin gas dijelaskan secata termodinamika oleh Siklus Brayton, di mana udara dikompresi isentropic sekutu, pembakaran terjadi pada tekanan konstan, dan ekspansi terjadi di turbin isentropically kembali untuk tekanan awal.Dalam prakteknya, gesekan dan turbulensi menyebabkan:
1. Isentropic non-kompresi: untuk suatu tekanan secara keseluruhan rasio, suhu pengiriman kompresor lebih tinggi dari ideal.
2. Non-isentropic ekspansi: walaupun penurunan suhu turbin yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor tidak terpengaruh, tekanan terkait rasio lebih besar, yang mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat.
3. Tekanan kerugian dalam asupan udara, combustor dan knalpot: mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat.

Brayton siklus
Seperti semua siklus mesin panas s, suhu pembakaran yang lebih tinggi berarti lebih besar efisiensi. Faktor pembatas adalah kemampuan baja, nikel, keramik, atau materi lain yang membentuk mesin untuk menahan panas dan tekanan. Teknik cukup masuk ke bagian turbin menjaga dingin. Kebanyakan turbin juga mencoba untuk memulihkan knalpot panas, yang sebaliknya adalah energi terbuang. Recuperator s adalah heat exchanger s yang lulus knalpot panas ke udara terkompresi, sebelum pembakaran. Gabungan siklus desain lulus limbah panas ke uap turbin sistem. Dan gabungan panas dan kekuasaan (co-generation) menggunakan limbah panas untuk produksi air panas.
Mekanis, turbin gas dapat kurang kompleks daripada pembakaran piston mesin. Sederhana turbin mungkin memiliki satu bergerak bagian: poros / kompresor / turbin / alternatif rotor perakitan (lihat gambar di atas), belum termasuk sistem bahan bakar. Namun, manufaktur presisi yang diperlukan untuk komponen dan paduan tahan temperatur yang diperlukan untuk efisiensi yang tinggi sering membuat pembangunan turbin sederhana lebih rumit daripada mesin piston. Lebih canggih turbin (seperti yang ditemukan di zaman modern mesin jet) dapat memiliki beberapa shaft (kelos), ratusan turbin baling, bergerak stator blades, dan sistem yang luas kompleks pipa, combustors dan penukar panas.
Sebagai aturan umum, semakin kecil mesin semakin tinggi tingkat perputaran poros (s) yang diperlukan untuk mempertahankan kecepatan tertinggi. Kecepatan sudu turbin menentukan tekanan maksimum yang dapat diperoleh, hal ini menghasilkan daya maksimum yang mungkin tergantung pada ukuran mesin. Mesin jet s beroperasi sekitar 10.000 rpm dan mikro turbin s sekitar 100.000 rpm. Thrust bantalan s dan jurnal bantalan adalah bagian penting dari desain. Secara tradisional, mereka telah hidrodinamik minyak bantalan, atau minyak-cooled bola bantalan s. Bantalan ini sedang dikalahkan oleh foil bantalan s, yang telah berhasil digunakan dalam turbin mikro dan unit daya tambahan s.

Kincir angin
Kincir angin adalah sebuah mesin yang digerakkan oleh tenaga angin untuk menumbuk biji-bijian. Kincir angin juga digunakan untuk memompa air untuk mengairi sawah. Kincir angin modern adalah mesin yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik, disebut juga dengan turbin angin. Turbin angin kebanyakan ditemukan di Eropa dan Amerika Utara.

Turbin air
Turbin air adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari gerakan air. Turbin air dikembangkan pada awalh abad ke-19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industri sebelum adanya jaringan listrik. Sekarang mereka digunakan untuk pembangkit tenaga listrik. Mereka mengambil sumber energi yang bersih dan terbaharui. Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas 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.
Kincir air sudah sejak lama digunakan untuk tenaga industri. Pada mulanya yang dipertimbangkan adalah ukuran kincirnya, yang membatasi debit dan head yang dapat dimanfaatkan. 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.
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). 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).
Runtutan Sejarah
Sebuah sudu turbin Francis yang menghasilkan daya hampir 1 juta hp. Sedang dipasang pada bendungan Grand Coulee. Sebuah sudu tipe baling-baling yang menghasilkan daya 28 ribu hp.Ján Andrej Segner mengembangkan turbin air reaksi pada pertengahan tahun 1700. turbin ini mempunyai sumbu horizontal dan merupakan awal mula dari turbin air modern. Turbin ini merupakan mesin yang simpel yang masih diproduksi saat ini untuk pembangkit tenaga listrik skala kecil. Segner bekerja dengan Euler dalam membuat teori matematis awal untuk desain turbin.
Pada tahun 1820, Jean-Victor Poncelet mengembangkan turbin aliran kedalam.Pada tahun 1826, Benoit Fourneyon mengembangkan turbin aliran keluar. Turbin ini sangan efisien (~80%) yang mengalirkan air melalui saluran dengan sudu lengkung satu dimensi. Saluran keluaran juga mempunyai lengkungan pengarah.
Pada tahun 1844, Uriah A. Boyden mengembangkan turbin aliran keluar yang meningkatkan performa dari turbin Fourneyon. Bentuk sudunya mirip dengan turbin Francis.
Pada tahun 1849, James B. Francis meningkatkan efisiensi turbin reaksi aliran kedalam hingga lebih dari 90%. Dia memberikan test yang memuaskan dan mengembangkan metode engineering untuk desain turbin air. Turbin Francis dinamakan sesuai dengan namanya, yang merupakan turbin air modern pertama. Turbin ini masih digunakan secara luas di dunia saat ini.
Turbin air aliran kedalam mempunyai susunan mekanis yang lebih baik dan semua turbin reaksi modern menggunakan desain ini. Putaran massa air berputar hingga putaran yang semakin cepat, air berusaha menambah kecepatan untuk membangkitkan energi. Energi tadi dibangkitkan pada sudu dengan memanfaatkan berat jatuh air dan pusarannya. Tekanan air berkurang sampai nol sampai air keluar melalui sirip turbin dan memberikan energi.
Sekitar tahun 1890, bantalan fluida modern ditemukan, sekarang umumnya digunakan untuk mendukung pusaran turbin air yang berat. Hingga tahun 2002, bantalan fluida terlihat mempunyai arti selama lebih dari 1300 tahun
Sekitar tahun 1913, Victor Kaplan membuat turbin Kaplan, sebuah tipe mesin baling-baling. Ini merupakan evolusi dari turbin Francis tetapi dikembangkan dengan kemampuan sumber air yang mempunyai head kecil.

Konsep Baru Turbin
Pada umumnya semua turbin air hingga akhir abad 19 (termasuk kincir air) merupakan mesin reaksi; tekanan air yang berperan pada mesin dan menghasilkan kerja. Sebuah turbin reaksi membutuhkan air yang penuh dalam proses transfer energi.
Pada tahun 1866, tukang pembuat gilingan di California, Samuel Knight menemukan sebuah mesin yang mengerjakan tuntas sebuah konsep yang berbeda jauh. Terinspirasi dari system jet tekanan tinggi yang digunakan dalam lapangan pengeboran emas hidrolik, Knight mengembangkan ceruk kincir yang dapat menangkap energi dari semburan jet, yang ditimbulkan dari energi kinetik air pada sumber yang cukup tinggi (ratusan kaki) yang dialirkan melalui sebuah pipa saluran. Turbin ini disebut turbin impulse atau turbin tangensial. Aliran air mendorong ceruk disekeliling kincir turbin pada kecepatan maksimum dan jatuh keluar sudu dengan tanpa kecepatan.
Pada tahun 1879, Lester Pelton, melakukan percobaan dengan kincir Knight, dikembangkanlah desain ceruk ganda yang membuang air kesamping, menghilangkan beberapa energi yang hilang pada kincir Knight yang membuang sebagian air kembali melawan kincir. Sekitar tahun 1895, William Doble mengembangkan ceruk setengah silinder milik Pelton menjadi ceruk berbentuk bulat memanjang, termasuk sebuah potongan didalamnya yang memungkinkan semburan untuk membersihkan masukan ceruk. Turbin ini merupakan bentuk modern dari turbin Pelton yang saat ini dapat memberikan efisiensi hingga 92%. Pelton telah memprakarsai desain yang efektif, kemudian Doble mengambil alih perusahaan Pelton dan tidak mengganti namanya menjadi Doble karena nama Pelton sudah dikenal. Turgo dan turbin aliran silang merupakan desain turbin impulse selanjutnya.


Teori Pengoperasian
Aliran air diarahkan langsung menuju sudu-sudu melalui pengarah, menghasilkan daya pada sirip. Selama sudu berputar, gaya bekerja melalui suatu jarak, sehingga menghasilkan kerja. Dalam proses ini, energi ditransfer dari aliran air ke turbin. Turbin air dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu turbin reaksi dan turbin impuls. Kepresisian bentuk turbin air, apapun desainnya, semua digerakkan oleh suplai tekanan air.

Turbin Reaksi
Turbin reaksi digerakkan dengan air, yang merubah tekanan sehingga melewati turbin dan menaikkan energi. Turbin reaksi harus menutup untuk mengisi tekanan air (pengisap) atau mereka harus sepenuhnya terendam dalam aliran air. Hukum ketiga Newton menggambarkan transfer energi untuk turbin reaksi Turbin air yang paling banyak digunakan adalah turbin reaksi. Turbin reaksi digunakan untuk aplikasi turbin dengan head rendah dan medium.

Turbin Impuls
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.

Daya
Tenaga yang didapat dari aliran air adalah,
P = η . ρ . g . h . i

Dimana:
· P = Daya (J/s or watts)
· η = efisiensi turbin
· ρ = massa jenis air (kg/m3)
· g = percepatan gravitasi (9.81 m/s2)
· h = head (m). Untuk air tenang, ada perbedaan berat antara permukaan masuk dan keluar. Perpindahan air memerlukan komponen tambahan untuk ditambahkan untuk mendapatkan aliran energi kinetik. Total head dikalikan tekanan head ditambah kecepatan head.
· i = aliran rata-rata (m3/s)

Pompa Penyimpanan
Beberapa turbin air didesain untuk pompa penyimpan hidroelektrik. Pompa ini dapat mengalirkan dan mengoperasikan pompa untuk memenuhi reservoir tinggi selama listrik tidak beroperasi dan kemudian kembali ke turbin untuk membangkitkan daya selama permintaan listrik tidak beroperasi. Turbin tipe ini biasanya berupa desain turbin Deriaz atau Francis.

Efisiensi
Turbin air modern dioperasikan pada efisiensi mekanis lebih dari 90% (tidak terpengaruh efisiensi termodinamika).

Jenis-Jenis Turbin Air
Turbin reaksi
· Francis
· Kaplan, Propeller, Bulb, Tube, Straflo
· Tyson
· Kincir air
Turbin Impuls
· Pelton
· Turgo
· Michell-Banki (juga dikenal sebagai turbin crossflow atau ossberger).

Desain dan Aplikasi
Pemilihan turbin kebanyakan didasarkan pada head air yang didapatkan dan kurang lebih pada rata-rata alirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakan untuk tempat dengan head rendah. Turbin Kaplan baik digunakan untuk semua jenis debit dan head, efisiiensinya baik dalam segala kondisi aliran.
Turbin kecil (umumnya dibawah 10 MW) mempunyai poros horisontal, dan kadang dipakai juga pada kapasitas turbin mencapai 100 MW. Turbin Francis dan Kaplan besar biasanya mempunyai poros / sudu vertikal karena ini menjadi penggunaan paling baik untuk head yang didapatkan, dan membuat instalasi generator lebih ekonomis. Poros Pelton bisa vertikal maupun horisontal karena ukuran turbin lebih kecil dari head yang di dapat atau tersedia. Beberapa turbin impuls menggunakan beberapa semburan air tiap semburan untuk meningkatkan kecepatan spesifik dan keseimbangan gaya poros.

Tipe Penggunaan Head
· Kaplan 2Kecepatan Spesifik
Kecepatan spesifik (ns), menunjukkan bentuk dari turbin itu dan tidak berhubungan dengan ukurannya. Hal ini menyebabkan desain turbin baru yang diubah skalanya dari desain yang sudah ada dengan performa yang sudah diketahui. Kecepatan spesifik merupakan kriteria utama yang menunjukkan pemilihan jenis turbin yang tepat berdasarkan karakteristik sumber air.
Kecepatan spesifik dari sebuah turbin juga dapat diartikan sebagai kecepatan ideal, persamaan geometris turbin, yang menghasilkan satu satuan daya tiap satu satuan head.

Kecepatan spesifik tubin diberikan oleh perusahaan (dengan penilaian yang lainnya) dan dan selalu dapat diartikan sebagai titik efisiensi maksimum. Perhitungan tepat ini menghasilkan performa turbin dalam jangkauan head dan debit tertentu.

Kecepatan Spesifik
, n = rpm
, Ω = kecepatan sudut (radian/detik)
Gambar diadaptasi dari European Community's Layman's Guidebook (on how to develop a small hydro site)
Contoh: Diketahui debit dan head dari sebuah sumber air dan rpm kebutuhan dari generator. Hitunglah kecepatan spesifiknya. Hasilnya merupakan kriteria utama dalam pemilihan turbin. Kecepatan spesifik juga merupakan titik awal dari analisis desain dari sebuah turbin baru. Sekali kecepatan spesifik yang diinginkan diketahui, dimensi dasar dari bagian-bagian turbin dapat dihitung dengan mudah.
Hukum Affinity mengijinkan keluaran turbin dapat diperkirakan berdasarkan dari test permodelan. Replika miniatur dari desain yang diusulkan, diameter sekitar satu kaki (0,3 m), dapat diuji dan hasil pengukuran laboratorium dapat digunakan sebagai kesimpulan dengan tingkat keakuratan yang tinggi. Hukum Affinity didapatkan dari penurunan yang membutuhkan persamaan antara test permodelan dan penggunaanya. Debit yang melalui turbin dikendalikan dengan katub yang besar atau pintu gerbang yang disusun diluar sekeliling pengarah turbin. Perubahan head dan debit dapat dilakukan dengan variasi bukaan pintu, akan menghasilkan diagram yang menunjukkan efisiensi turbin dengan kondisi yang berubah-ubah.

Putaran Liar
Putaran liar turbin air adalah kecepatan saat debit maksimum dengan tanpa beban poros. Turbin didesain untuk bertahan dari gaya mekanis dengan kecepatan ini. Perusahaan akan memberikan putaran liar yang diijinkan.

Pemeliharaan Turbin
Sebuah turbin Francis dalam masa akhir penggunaanya, menunjukkan lubang kavitasi, retakan kelelahan dan kerusakan besar. Dapat dilihat bekas perbaikan sebelumnya dengan las stainless steel. Turbin didesain untuk bekerja dalam jangka waktu puluhan tahun dengan sangat sedikit pemeliharaan pada elemen utamanya, interval pemeriksaan total dilakukan dalam jangka waktu beberapa tahun. Pemeliharaan pada sudu, pengarah dan part lain yang bersentuhan dengan air termasuk pembersihan, pemeriksaan dan perbaikan part yang rusak.
Keausan umumnya adalah lubang akibat kavitasi, retakan kelelahan dan pengikisan dari benda padat yang tercampur dalam air. Elemen baja diperbaiki dengan pengelasan, umumnya dengan las stainless steel. Area yang berbahaya dipotong atau digerinda, kemudian dilas sesuai dengan bentuk aslinya atau dengan profil yang diperkuat. Sudu turbin tua mungkin akan mempunyai banyak tambahan stainless steel hingga akhir penggunaannya. Prosedur pengelasan yang rumit mungkin digunakan untuk mendapatkan kualitas perbaikan terbaik.
Elemen lainnya yang membutuhkan pemeriksaan dan perbaikan selama pemeriksaan total termasuk bantalan, kotak paking dan poros, motor servo, sistem pendingin untuk bantalan dan lilitan generator, cincin seal, elemen sambungan gerbang dan semua permukaan.

Dampak Atau Pengaruh 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.

Referensi:
http://74.125.153.132/search?q=cache:B_NQVkd6FxIJ:agungchynta.files.wordpress.com/2007/03/turbin-air.ppt+turbin&cd=3&hl=id&ct=clnk&gl=id
http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin
http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_gas
http://id.wikipedia.org/wiki/Kincir_anginhttp://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_air

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN

Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi listrik ini biasanya akan disimpan ke dalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Tenaga angin menunjuk kepada pengumpulan energi yang berguna dari angin. Pada 2005, kapasitas generator tenaga-angin adalah 58.982 MW, hasil tersebut kurang dari 1% penggunaan listrik dunia. Meskipun masih berupa sumber energi listrik minor di kebanyakan negara, penghasilan tenaga angin lebih dari empat kali lipat antara 1999 dan 2005.
Tenaga angin digunakan dalam ladang angin skala besar untuk penghasilan listrik nasional dan juga dalam turbin individu kecil untuk menyediakan listrik di lokasi yang terisolir. Tenaga angin banyak jumlahnya, tidak habis-habis, tersebar luas, bersih, dan merendahkan efek rumah kaca. Indonesia, negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 Km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembanglit listrik tenaga angin, namun sayang potensi ini nampaknya belum dilirik oleh pemerintah. Sungguh ironis, disaat Indonesia menjadi tuan rumah konfrensi dunia mengenai pemanasan global di Nusa Dua, Bali pada akhir tahun 2007, pemerintah justru akan membangun pembangkit listrik berbahan bakar batubara yang merupakan penyebab nomor 1 pemanasan global.
Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbaru yang paling berkembang saat ini. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy Association), sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts, menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Amerika, Spanyol dan China merupakan negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin. Diharapkan pada tahun 2010 total kapasitas pembangkit listrik tenaga angin secara glogal mencapai 170 GigaWatt.
Di tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat ini kurang dari 800 kilowatt. Di seluruh Indonesia, lima unit kincir angin pembangkit berkapasitas masing-masing 80 kilowatt (kW) sudah dibangun. Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung, masing-masing satu unit. Mengacu pada kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada tahun 2025.
PLTB (pembangkit listrik tenaga bayu) saat ini cukup menjadi primadona di dunia barat dikarenakan potensi angin yang mereka miliki (daerah sub tropis) sangat besar. Berangsur-angsur tapi pasti, PLTN mulai diganti dengan penggunaan PLTB ataupun pembangkit renewable lainnya. Perlu diingat di lokasi-lokasi tersebut size kapasitas PLTB mereka sudah besar–besar (Min 1 MW). PLTB ukuran kecil seperti di Nusa penida dengan kapasitas 80 kW sangat teramat jarang sekarang ini.
Untuk di Indonesia, dengan iklim tropisnya mungkin akan cukup sulit untuk menemukan daerah dengan potensi angin (distribusi anginnya) yang konstan/baik. Ada beberapa daerah di Indonesia yang katanya memiliki kecepatan angin cukup tinggi (gust wind) berdasarkan survei yang dilakukan selama 3 bulan, tapi hal ini tidak berguna bagi PLTB bila kecepatan angin itu hanya cuma bertahan beberapa menit/detik saja dan kemudian hilang. Perlu adanya survei/studi berkesinambungan yang memerlukan data selama minimal satu tahun untuk mevalidasi potensi angin didaerah tersebut. Rata-rata PLTB yang dijual di pasaran untuk kapasitas kecil (kurang dari 100 kW), cut in dan cut out mereka adalah 3 dan 25 m/s dengan kecepatan optimumnya adalah 12 m/s.
Di dunia saat ini banyak ditemukan PLTB stand alone yang beredar dipasaran (untuk ukuran 10 kW). Penggunanya adalah daerah-daerah terpencil yang tidak tersentuh oleh ataupun terlalu mahal untuk dihubungkan oleh grid. Kebanyakan dari mereka tidak pure hanya menggunakan PLTB tapi juga menggunakan PV. Selain karena disebabkan kebutuhan listrik yang cukup besar juga disertai dengan diversikasi energi apabila tiba-tiba tidak terdapat anginya yang cukup. Untuk memenuhi kebutuhan listrik di Indonesia saat ini untuk daerah-daerah terpecil seperti di kepulauan-kepulauan, diperlukan hybrid system antara potensi renewable energy yang ada di lokasi (seperti PLTB-PV-baterai, PV-PLTMH-Fuel Cell, dll). Akan tetapi perlu menjadi catatan, semua teknologi untuk penggunaan energi-energi tersebut masih cukup mahal bila dilihat dari kelayakan ekonominya terutama FC dan PV.

Kondisi Angin
Kombinasi dari penggunaan listrik tenaga angin, tenaga surya, dan tenaga micro hidro mampu mengatasi krisis energi dan mengurangi pencemaran lingkungan. Untuk tenaga angin selama kincir berputar maka suplai listrik terus terpenuhi walau hari sudah gelap. Ingatlah bahwa matahari meradiasi 1,74 x 1.014 kilowatt jam energi ke bumi setiap jam. Jadi bumi menerima 1,74 x 1.017 watt daya. Kelemahan listrik tenaga angin pada bunyi bising kincir dan resiko tersambar petir serta tidak cocok untuk daerah jalur penerbangan. Apalagi kalau banyak yang bermain layang-layang atau banyak burung terbang jadi mudah tersangkut.
Kali ini akan dibahas mini pembangkit listrik tenaga angin atau mini wind energy terutama aplikasinya untuk kalangan nelayan yang akibat kondisi ekonomi dan iklim tak kondusif membuat kehidupan mereka kian terjepit. Pesisir pantai Indonesia kaya akan hembusan angin. Sayangnya potensi energi terbarukan ini tidak dioptimalkan dan justru dianggap musibah. Saat musim angin kencang bertiup mengakibatkan himbauan dan larangan untuk tidak melaut. Karena tidak bisa bekerja mencari ikan efeknya jelas para nelayan kecil tak punya uang dan semakin terjerat lintah darat. Mari kita lihat tabel kekuatan angin:
Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Lebih daripada kelas 8 adalah angin yang bukan dapat dimanfaatkan, tetapi membawa bencana. Sekarang pemerintah tengah menggalakan program PnPM yang tujuannya membantu masyarakat terutama di pedesaan untuk memberdayakan diri sesuai potensi SDM dan SDA yang ada agar kesejahteraan mereka meningkat. Kaitannya dengan hal ini setidaknya penduduk pesisir pantai yang kebanyakan nelayan miskin tidak ada salahnya meniru para saudaranya di pegunungan telah berhasil memberdayakan alamnya yaitu sungai menjadi PLTMH atau micro hydro energy yang menghasilkan listrik baik untuk konsumsi warga juga bisa dijual ke PLN. Karena pantai kaya akan angin jadi usulkan saja pembuatan pembangkit listrik tenaga angin atau wind energy. Saat para nelayan tak melaut setidaknya tetap punya penghasilan dari penjualan listrik. Bisa juga dana hasil penjualan listrik dikelola oleh koperasi nelayan untuk mengurangi ketergantungan pada lintah darat. Manfaat lain karena ada listrik gratis bisa dimanfaatkan untuk mendukung usaha pengolahan ikan menjadi lebih kompentitif dan ekonomis. Sebelumnya mari kita pelajari dahulu soal pemeliharaan alat agar tidak dibodohi dan alat terjaga kinerjanya.
Kembali ke teknis pembangkit listrik tenaga angin. Ada dua alternatif yaitu beli yang sudah jadi atau dibuat sendiri listrik tenaga angin. Beli sudah jadi tentunya lebih praktis dan sudah diuji serta bisa memilih sesuai kebutuhan. Jika bikin sendiri memang repot tapi jelas bisa menekan pengeluaran. Cara-cara membuat sendiri listrik tenaga angin mutlak dipahami agar hasil optimal. Kalau beli jadi biasanya buatan RRC atau rekayasa lokal dengan paket daya 350 watt, 500 watt, 1000 watt, 2000 watt hingga puluhan kilowatt. Secara harga memang belum ekonomis karena masih mahal. Paket jadi listrik tenaga angin untuk 350 watt buatan China harganya mulai Rp. 6 jutaan, untuk 500 watt hampir Rp. 15 juta, sedangkan yang 2000 watt sekitar Rp. 30 juta.

Mekanisme Turbin Angin
Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dibuat dengan menggabungkan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik ke unit penyalur listrik. Listrik dialirkan melalui kabel transmisi dan didistribusikan ke rumah-rumah, kantor, sekolah, dan sebagainya. Turbin angin dapat memiliki tiga buah bilah turbin. Jenis lain yang umum adalah jenis turbin dua bilah.Jadi, bagaimana turbin angin menghasilkan listrik? Turbin angin bekerja sebagai kebalikan dari kipas angin. Bukannya menggunakan listrik untuk membuat angin, seperti pada kipas angin, turbin angin menggunakan angin untuk membuat listrik.
Angin akan memutar sudut turbin, kemudian memutar sebuah poros yang dihubungkan dengan generator, lalu menghasilkan listrik. Turbin untuk pemakaian umum berukuran 50-750 kilowatt. Sebuah turbin kecil, kapasitas 50 kilowatt, digunakan untuk perumahan, piringan parabola, atau pemompaan air. Dalam perkembangannya, turbin angin dibagi menjadi jenis turbin angin propeler dan turbin angin Darrieus. Kedua jenis turbin inilah yang kini memperoleh perhatian besar untuk dikembangkan. Pemanfaatannya yang umum sekarang sudah digunakan adalah untuk memompa air dan pembangkit tenaga listrik.
Turbin angin propeler adalah jenis turbin angin dengan poros horizontal seperti baling-baling pesawat terbang pada umumnya. Turbin angin ini harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang paling tinggi kecepatannya. Kecepatan angin diukur dengan alat yang disebut anemometer. Anemometer jenis mangkok adalah yang paling banyak digunakan. Anemometer mangkok mempunyai sumbu vertikal dan tiga buah mangkok yang berfungsi menangkap angin.
Jumlah putaran per menit dari poros anemometer dihitung secara elektronik. Biasanya, anemometer dilengkapi dengan sudut angin untuk mendeteksi arah angin. Jenis anemometer lain adalah anemometer ultrasonik atau jenis laser yang mendeteksi perbedaan fase dari suara atau cahaya koheren yang dipantulkan dari molekul-molekul udara. Turbin angin Darrieus merupakan suatu sistem konversi energi angin yang digolongkan dalam jenis turbin angin berporos tegak. Turbin angin ini pertama kali ditemukan oleh GJM Darrieus tahun 1920. Keuntungan dari turbin angin jenis Darrieus adalah tidak memerlukan mekanisme orientasi pada arah angin (tidak perlu mendeteksi arah angin yang paling tinggi kecepatannya) seperti pada turbin angin propeler.
Saran Prof. Paijo, pakar eksperimen tehnologi tepat guna, PLTA sebenarnya merupakan prinsip sederhananya, kita harus menyediakan propeler (baling-baling), bisa dibuat sendiri atau baling-baling bekas kipas angin besar. Bagian pokok lainnya adalah generator yang dapat dibeli baru di toko teknik atau bekas dinamo pada kendaraan. Secara prinsip, angin akan memutar baling-baling dan poros baling-baling memutar generator menghasilkan listrik. Supaya baling-baling dapat menerima angin dari segala arah, maka rangkaian baling-baling dan generator musti ditempatkan pada sebuah tiang vertikal seperti dudukan kipas angin. Di bagian belakang baling-baling dibuatkan sebuah sirip ekor (tail) yang cukup besar agar posisi baling-baling bisa menyesuaikan diri secara otomatis dengan arah angin.
Untuk membuat kincir angin, pada prinsipnya dapat digunakan generator jenis apapun asal kondisinya bagus dan dayanya cocok. Jadi alternator mobil juga bisa dipakai. Pada sebagaian besar jenis alternator mobil, tidak menggunakan magnet permanen tetapi menggunakan magnet listrik (elektromagnet). Untuk mengaktifkan elektromagnet tersebut diperlukan listrik arus searah (DC) yang bisa diperoleh dari akumulator (aki). Mengenai cara pembuatan, ada beberapa hal yang musti mendapat perhatian khusus. Pertama, daya dari kincir angin musti lebih besar daripada daya generator (alternator). Yang kedua, jika kecepatan kerja (RPM) dari kincir berbeda jauh dengan kecepatan kerja (RPM) dari generator (alternator) maka poros kincir dan poros generator tidak bisa disambung secara langsung. Jika RPM kincir lebih tinggi daripada RPM generator, maka diperlukan sistem pereduksi. Jika RPM kincir lebih rendah daripada RPM generator, maka diperlukan sistem multiplikasi.Intinya putaran baling–baling dihubungkan dengan alternator agar menghasilkan arus listrik untuk mensuplai aki. Dioda berfungsi sebagai penyearah agar arus yang telah disimpan aki tidak kembali ke alternator. Kalau ada dana lebih bisa juga dipasang ampere meter dan anemomter agar akurat. Walau listrik yang dihasilkan gratis namun gunakan dengan bijak agar tidak tekor.

Dampak Lingkungan Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal ini berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil. Oleh karenanya tenaga angin dapat berkontribusi dalam ketahanan energi dunia di masa depan. Tenaga angin juga merupakan sumber energi yang ramah lingkungan, dimana penggunaannya tidak mengakibatkan emisi gas buang atau polusi yang berarti ke lingkungan. Penetapan sumber daya angin dan persetujuan untuk pengadaan ladang angin merupakan proses yang paling lama untuk pengembangan proyek energi angin. Hal ini dapat memakan waktu hingga 4 tahun dalam kasus ladang angin yang besar yang membutuhkan studi dampak lingkungan yang luas.
Emisi karbon ke lingkungan dalam sumber listrik tenaga angin diperoleh dari proses manufaktur komponen serta proses pengerjaannya di tempat yang akan didirikan pembangkit listrik tenaga angin. Namun dalam operasinya membangkitkan listrik, secara praktis pembangkit listrik tenaga angin ini tidak menghasilkan emisi yang berarti. Jika dibandingkan dengan pembangkit listrik dengan batubara, emisi karbon dioksida pembangkit listrik tenaga angin ini hanya seperseratusnya saja. Di samping karbon dioksida, pembangkit listrik tenaga angin menghasilkan sulfur dioksida, nitrogen oksida, polutan atmosfir yang lebih sedikit jika dibandingkan dengan pembangkit listrik dengan menggunakan batubara ataupun gas. Namun begitu, pembangkit listrik tenaga angin ini tidak sepenuhnya ramah lingkungan, terdapat beberapa masalah yang terjadi akibat penggunaan sumber energi angin sebagai pembangkit listrik, diantaranya adalah dampak visual, derau suara, beberapa masalah ekologi, dan keindahan.
Dampak visual biasanya merupakan hal yang paling serius dikritik. Penggunaan ladang angin sebagai pembangkit listrik membutuhkan luas lahan yang tidak sedikit dan tidak mungkin untuk disembunyikan. Penempatan ladang angin pada lahan yang masih dapat digunakan untuk keperluan yang lain dapat menjadi persoalan tersendiri bagi penduduk setempat. Selain mengganggu pandangan akibat pemasangan barisan pembangkit angin, penggunaan lahan untuk pembangkit angin dapat mengurangi lahan pertanian serta pemukiman. Hal ini yang membuat pembangkitan tenaga angin di daratan menjadi terbatas. Beberapa aturan mengenai tinggi bangunan juga telah membuat pembangunan pembangkit listrik tenaga angin dapat terhambat. Penggunaan tiang yang tinggi untuk turbin angin juga dapat menyebabkan terganggunya cahaya matahari yang masuk ke rumah-rumah penduduk. Perputaran sudu-sudu menyebabkan cahaya matahari yang berkelap-kelip dan dapat mengganggu pandangan penduduk setempat.
Efek lain akibat penggunaan turbin angin adalah terjadinya derau frekuensi rendah. Putaran dari sudu-sudu turbin angin dengan frekuensi konstan lebih mengganggu daripada suara angin pada ranting pohon. Selain derau dari sudu-sudu turbin, penggunaan gearbox serta generator dapat menyebabkan derau suara mekanis dan juga derau suara listrik. Derau mekanik yang terjadi disebabkan oleh operasi mekanis elemen-elemen yang berada dalam nacelle atau rumah pembangkit listrik tenaga angin. Dalam keadaan tertentu turbin angin dapat juga menyebabkan interferensi elektromagnetik, mengganggu penerimaan sinyal televisi atau transmisi gelombang mikro untuk perkomunikasian.
Penentuan ketinggian dari turbin angin dilakukan dengan menganalisa data turbulensi angin dan kekuatan angin. Derau aerodinamis merupakan fungsi dari banyak faktor seperti desain sudu, kecepatan perputaran, kecepatan angin, turbulensi aliran masuk. Derau aerodinamis merupakan masalah lingkungan, oleh karena itu kecepatan perputaran rotor perlu dibatasi di bawah 70m/s. Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa penggunaan skala besar dari pembangkit listrik tenaga angin dapat merubah iklim lokal maupun global karena menggunakan energi kinetik angin dan mengubah turbulensi udara pada daerah atmosfir.
Pengaruh ekologi yang terjadi dari penggunaan pembangkit tenaga angin adalah terhadap populasi burung dan kelelawar. Burung dan kelelawar dapat terluka atau bahkan mati akibat terbang melewati sudu-sudu yang sedang berputar. Namun dampak ini masih lebih kecil jika dibandingkan dengan kematian burung-burung akibat kendaraan, saluran transmisi listrik dan aktivitas manusia lainnya yang melibatkan pembakaran bahan bakar fosil. Dalam beberapa studi yang telah dilakukan, adanya pembangkit listrik tenaga angin ini dapat mengganggu migrasi populasi burung dan kelelawar. Pembangunan pembangkit angin pada lahan yang bertanah kurang bagus juga dapat menyebabkan rusaknya lahan di daerah tersebut.
Ladang angin lepas pantai memiliki masalah tersendiri yang dapat mengganggu pelaut dan kapal-kapal yang berlayar. Konstruksi tiang pembangkit listrik tenaga angin dapat mengganggu permukaan dasar laut. Hal lain yang terjadi dengan konstruksi di lepas pantai adalah terganggunya kehidupan bawah laut. Efek negatifnya dapat terjadi seperti di Irlandia, dimana terjadinya polusi yang bertanggung jawab atas berkurangnya stok ikan di daerah pemasangan turbin angin. Studi baru-baru ini menemukan bahwa ladang pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai menambah 80 – 110 dB kepada noise frekuensi rendah yang dapat mengganggu komunikasi ikan paus dan kemungkinan distribusi predator laut. Namun begitu, ladang angin lepas pantai diharapkan dapat menjadi tempat pertumbuhan bibit-bibit ikan yang baru. Karena memancing dan berlayar di daerah sekitar ladang angin dilarang, maka spesies ikan dapat terjaga akibat adanya pemancingan berlebih di laut.
Dalam operasinya, pembangkit listrik tenaga angin bukan tanpa kegagalan dan kecelakaan. Kegagalan operasi sudu-sudu dan juga jatuhnya es akibat perputaran telah menyebabkan beberapa kecalakaan dan kematian. Kematian juga terjadi kepada beberapa penerjun dan pesawat terbang kecil yang melewati turbin angin. Reruntuhan puing-puing berat yang dapat terjadi merupakan bahaya yang perlu diwaspadai, terutama di daerah padat penduduk dan jalan raya. Kebakaran pada turbin angin dapat terjadi dan akan sangat sulit untuk dipadamkan akibat tingginya posisi api sehingga dibiarkan begitu saja hingga terbakar habis. Hal ini dapat menyebarkan asap beracun dan juga dapat menyebabkan kebakaran berantai yang membakar habis ratusan acre lahan pertanian. Hal ini pernah terjadi pada Taman Nasional Australia dimana 800 km2 tanah terbakar. Kebocoran minyak pelumas juga dapat teradi dan dapat menyebabkan terjadinya polusi daerah setempat, dalam beberapa kasus dapat mengkontaminasi air minum.
Meskipun dampak-dampak lingkungan ini menjadi ancaman dalam pembangunan pembangkit listrik tenaga angin, namun jika dibandingkan dengan penggunaan energi fosil, dampaknya masih jauh lebih kecil. Selain itu penggunaan energi angin dalam kelistrikan telah turut serta dalam mengurangi emisi gas buang. Penggunaan inovasi dalam teknologi, bagaimanapun selalu memunculkan permasalahan baru yang memerlukan pemecahan dengan terknologi baru lagi. Oleh karena itu kita sebagai orang-orang yang bergerak di bidang science dan teknologi haruslah dapat terus mengembangkan teknologi yang lebih ramah lingkungan yang memiliki efek negatif sekecil mungkin.

Kesimpulan
Angin merupakan salah satu pembangkit listrik yang dapat digunakan untuk menciptakan energi listrik. Energi listrik dapat digunakan untuk meningkatkan kinerja di semua bidang. Pembangkit Listrik Tenaga Angin sampai dengan tahun 2007 menghasilkan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts, menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal ini berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil.
Dampak visual biasanya merupakan hal yang paling serius dikritik. Penggunaan ladang angin sebagai pembangkit listrik membutuhkan luas lahan yang tidak sedikit dan tidak mungkin untuk disembunyikan. Efek lain akibat penggunaan turbin angin adalah terjadinya derau frekuensi rendah. Putaran dari sudu-sudu turbin angin dengan frekuensi konstan lebih mengganggu daripada suara angin pada ranting pohon.

Referensi:
http://graceelizabeth.ngeblogs.com/category/teknik-tenaga-listrik/
http://id.wikipedia.org/wiki/Tenaga_angin
http://renewableenergyindonesia.wordpress.com/2008/03/05/pembangkit-listrik-tenaga-angin/
http://www.progrosir.co.cc/2008/11/wind-energy-pembangkit-listrik-tenaga.htmlhttp://www.jurnalinsinyurmesin.com/index.php?option=com_content&view=article&id=5