Turbin Kaplan

      Saat pengembangan pusat tenaga sungai, turbin air menggunakan roda baling-baling dengan sudu-sudu tetap yang dituang. Untuk tempat listrik tenaga sungai harus dihitung terlebih dahulu besarnya perubahan tinggi air jatuh sepanjang tahun. Dan aliran sungai tersebut bisa diatur dengan memakai bendungan. Makin besar kapasitas air yang mengalir pada saat air tinggi, akan makin tinggi air jatuh yang bisa dimanfaatkan, karena tinggi permukaan air atas adalah konstan sedangkan air kelebihan pada permukaan air bawah akan naik.

      Turbin air yang bekerja pada kondisi tinggi air jatuh yang berubah-ubah mempunyai kerugian, karena dalam perancangan sudu turbin telah disesuaikan bahwa perpindahan energi yang baik hanya terjadi pada “titik normal” yaitu pada kondisi perbandingan kecepatan dan tekanan yang tertentu. Bila terjadi penyimpangan yang besar baik keatas maupun kebawah, seperti yang terdapat pada pusat tenaga listrik sungai, maka efisiensi roda baling-baling turbin akan turun.

      Keuntungan turbin air baling-baling bila dibandingkan dengan turbin Francis adalah kecepatan putarnya bisa dipilih lebih tinggi, dengan demikian roda turbin bisa dikopel langsung dengan generator dan ukurannya lebih kecil. oleh Kaplan (Bruun, 1876 sampai 1934) turbin kaplan dikembangkan sedemikian rupa sehingga sudu jalan turbin air tersebut dapat diputar di dalam leher poros. Jadi dengan demikian sudut-sudut dapat diatur sesuai dengan kondisi operasi turbin air saat ini.

        Kontruksi turbin Kaplan dapat dibedakan, sampai alat pengarah pada hakekatnnya sama dengan turbin Francis. Dan pada leher poros terdapat terdapat kipas sudu (4 sampai 8 buah yang dapat diputar). Kipas sudu sama seperti baling-baling atau sayap pesawat terbang yaitu membawa  aliran dengan belokan yang sedikit. Bila untuk pesawat terbang maksudnya adalah supaya dari gaya dorong yang ada bisa didapatkan  gaya ke atas, dengan tahanan yang sedikit mungkin. Jadi bentuk profilnya memang harus demikian. Tapi dalam turbin Kaplan dimaksudkan untuk mendapatkan gaya tangensial atau gaya putar yang dapat menghasilkan torsi pada poros turbin air.

      Turbin Kaplan dipakai di pusat listrik tenaga air dengan tinggi air jatuh 80m. Daya yang dihasilkan turbin bisa lebih dari 100.000 kW. Karena sudu pengarah dan sudu jalan dapat diatur, maka turbin kaplan pada perubahan tinggi jatuh dan kapasitas air besar efisiensi juga tinggi. Turbin kaplan mempunyai keuntungan yang lebih murah, bila dipakai pada pusat tenaga listrik yang besar yang terdiri dari beberapa buah turbin air dan secara sendiri-sendiri masing-masing mesin dioperasikan untuk kapasitas air yang konstan.

          Pada tinggi air jatuh sampai dengan kira-kira 20 m, rumah turbin air yang berbetuk spiral (rumah keong) dibuat dari beton, lebih dari 20 m rumah keong tersebut dibuat dari besi pelat. Turbin air pada Gambar 2.8 terdiri dari roda jalan dan pada poros yang sama dipasang generator listrik. Air dialirkan masuk dengan melewati rumah keong yang dibuat dari beton, sudu penyangga (untuk kekuatan rumah keong) dan  sudu pengarah yang dapat diatur. Sesudah melewati sudu pengarah selanjutnya  masuk ke ruang tanpa sudu, dimana dalam ruang ini aliran air dibelokan 90^o. Sudu dari roda jalan dipasang pada leher porosnya sendiri di dihubungkan dengan poros menggunakan flens. Pada poros bagian ujung, diatasnya generator, terdapat roda jalan servomotor. Yang terdiri dari torak, rumah dan tuas yang melalui lubang poros bisa sampai keleher poros. Sudut sudu jalan diatur dari regulator dengan melalui minyak yang bertekanan dan sesuai dengan besarnya langkah torak. Pengaturan sudu pengarah dihubungkan dengan pengaturan sudu jalan, dengan demikian pada waktu bekerja posisi sudu pengarah dan posisi sudu jalan dapat sebanding dan selaras, sehingga mendapatkan hasil yang seoptimal mungkin. Fungsi bantalan tekan dalam turbin ini adalah untuk mendukung beban dari generator, poros, roda jalan, dan gaya geser aksial. Selain itu generator dan turbin masing-masing mempunyai sebuah bantalan radial (Dietzel, 1980)

Gambar 2.7  Turbin Kaplan (Patty, 1995)

Gambar 2.6 Roda baling-baling (Patty, 1995)