Percobaan Turbin Francis

PRINSIP KERJA TURBIN FRANCIS

Turbin francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih. Pada waktu air masuk ke roda jalan, sebagian dari enrgi tinggi jatuh telah bekerja di dalam suddu pengarah diubah sebagai kecepatan air masuk. Sisa energi tinggi jatuh dimamfaatkan dalam sudu jalan, dengan adanya pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja di sudu jalan  dengan semaksimum mungkin.

Turbin yang dikelilingi dengan sudu pengarah semuanya terbenam dalm air. Air yang masuk kedalam turbin dialirkan melalui pengisian air dari atas turbin (schact) atau melalui sebuah rumah yang berbentuk spiral (rumah keong). Semua roda jalan selalu bekerja. Daya yang dihasilkan turbin diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah. Pembukaan sudu pengarah dapat dilakuakan dengan tangan atau dengan pengatur dari oli tekan(gobernor tekanan oli), dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam roda turbin bisa diperbesar atau diperkecil.

Pada sisi sebelah luar roda jalan terdapat tekanan kerendahan (kurang dari 1 atmosfir) dan kecepatan aliran yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan alirannya akan berkurang dan tekanannya akan kembali naik sehingga air bisa dialirkan keluar  lewat saluran air di bawah dengan tekanan seperti keadaan sekitarnya. Pipa isap pada turbin ini mempunyai fungsi mengubah energi kecepatan menjadi energi tekan.

Sumber : http://yefrichan.wordpress.com/2010/05/31/klasifikasi-turbin/

KLASIFIKASI TURBIN

1.        Berdasarkan perubahan momentum

a.    Turbin Impuls

Turbin impuls disebut juga dengan turbin air tekanan sama karena tekanan air yang keluar dari nozel tekanannya sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Sehingga energi tempat dan energi tekanan yang dimiliki oleh aliran air dirubah semuanya menjadi energi kecepatan. Contoh dari turbin impuls ini adalah turbin pelton, turbin crossflow dan lain–lain. (Fritz Dietzel, 1988 : 18)

Gambar 1 : Instalasi Turbin Impuls

Sumber : http://hendri168.files.wordpress.com/2009/02/turbin-air-utk-website.doc

Adapun yang termasuk turbin impuls diantaranya :

1.         Turbin Pelton

Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari  satu atau lebih alat yang disebut nozzle. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.

tinggi.

               

            

Gambar 2 : Turbin Pelton dengan Banyak Nozzle

Sumber : http://hendri168.files.wordpress.com/2009/02/turbin-air-utk-website.doc

Gambar 3 : Runner Turbin Pelton

Sumber : http://hendri168.files.wordpress.com/2009/02/turbin-air-utk-website.doc

Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris.  Sudu dibentuk  sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah–tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nozzle. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil. Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 m tetapi untuk skala mikro head 20 m sudah mencukupi.

2.         Turbin Turgo

Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impuls, tetapi sudunya berbeda.

 Pancaran air dari nozzle 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 4 : Sudu turbin Turgo dan nozzle

Sumber : http://hendri168.files.wordpress.com/2009/02/turbin-air-utk-website.doc

3.         Turbin Crossflow

Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 liter/sec hingga 10 m³/sec dan head antara 1 s/d 200 m.

Gambar 5 : Instalasi Turbin Crossflow

Sumber : http://hendri168.files.wordpress.com/2009/02/turbin-air-utk-website.doc

Turbin crossflow menggunakan nozzle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.

Gambar 6 : Runner Turbin Crossflow

Sumber : http://hendri168.files.wordpress.com/2009/02/turbin-air-utk-website.doc

Turbin crossflow baik sekali digunakan untuk pusat tenaga air yang kecil dengan daya kurang dari 750 kW. Pembuatan dan pemasangan konstruksi sangat sederhana, dan biaya pembuatan murah. Konstruksi secara lengkap dapat dilihat pada gambar 2.9.

Gambar 7 : Konstruksi turbin crossflow

Sumber : http://hendri168.files.wordpress.com/2009/02/turbin-air-utk-website.doc

b.    Turbin Reaksi

Gambar 8 : Instalasi Turbin Reaksi

Sumber : http://hendri168.files.wordpress.com/2009/02/turbin-air-utk-website.doc

Turbin reaksi disebut juga dengan turbin tekanan lebih karena tekanan air sebelum masuk roda turbin lebih besar dari pada tekanan air saat keluar roda turbin. Secara umum dapat dikatakan bahwa aliran air yang masuk keroda turbin mempunyai energi penuh, kemudian energi ini dipakai sebagian untuk menggerakkan roda turbin dan sebagian lagi dipergunakan untuk mengeluarkan air kesaluran pembuangan. Jenis turbin reaksi yang sering digunakan antara lain, turbin francis, turbin propeler atau kaplan. (Fritz Dietzel, 1988:17)

Adapun yang termasuk turbin reaksi, diantaranya :

1.      Turbin Francis

Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar.  Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada turbin francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.

Konstruksi turbin terdiri dari dari sudu pengarah dan sudu jalan, dan kedua sudu tersebut, semuanya terendam di dalam aliran air. Air pertama masuk pada terusan berbentuk rumah keong. Perubahan energi seluruhnya terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak. Aliran air masuk ke sudu pengarah dengan kecepatan semakin naik degan tekanan yang semakin turun sampai roda jalan, pada roda jalan kecapatan akan naik lagi dan tekanan turun sampai di bawah 1 atm. Untuk menghindari kavitasi, tekanan harus dinaikan sampai 1 atm dengan cara pemasangan pipa hisap. Pengaturan daya yang dihasilkan yaitu dengan mengatur posisi pembukaan sudu pengarah, sehingga kapasitas air yang masuk ke roda turbin dapat diperbesar atau diperkecil. Turbin francis dapat dipasang  dengan poros vertikal dan horizontal [gambar 10]

                     

Gambar 9 : Aliran air masuk turbin Francis

Gambar 10 : Instalasi turbin francis

Gambar 11 : Runner Turbin Francis

Sumber : http://hendri168.files.wordpress.com/2009/02/turbin-air-utk-website.doc

2.         Turbin Kaplan & Propeller

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

Tidak berbeda dengan turbin francis, turbin kaplan cara kerjanya menggunakan prinsip reaksi. Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip dengan baling-baling pesawat terbang. Bila baling-baling pesawat terbang berfungsi untuk menghasilkan gaya dorong, roda jalan pada kaplan berfungsi untuk mendapatkan gaya F yaitu gaya putar yang dapat menghasilkan torsi pada poros turbin. Berbeda dengan roda jalan pada francis, sudu-sudu pada roda jalan kaplan dapat diputar posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban turbin [gambar 12]. Turbin Kaplan banyak dipakai pada instalasi pembangkit listrk tenaga air sungai, karena turbin ini mempunyai kelebihan dapat menyesuaikan head yang berubah-ubah sepanjang tahun. Turbin Kaplan dapat beroperasi pada kecepatan tinggi sehingga ukuran roda turbin lebih kecil dan dapat dikopel langsung dengan generator. Pada kondisi pada beban tidak penuh turbin kaplan mempunyai efisiensi paling tinggi, hal ini dikarenakan sudu-sudu turbin kaplan dapat diatur menyesuaikan dengan beban yang ada.

 

 

Gambar 12 Turbin kaplan dengan sudu jalan yang dapat diatur

Gambar 13 : Runner Turbin Kaplan

Sumber : http://hendri168.files.wordpress.com/2009/02/turbin-air-utk-website.doc

2.      Berdasarkan fluida yang digunakan, maka turbin dapat dibagi atas:

a.       Turbin gas

Turbin yang memanfaatkan fluida air untuk memutar roda turbin. Turbin gas banyak digunakan oleh pesawat terbang, helikopter dan pembangkit energi listrik skala kecil. Turbin gas digunakan karena memiliki kelebihan. Daya yang dihasilkan turbin gas lebih banyak dibandingkan dengan mesin siklus 4 atau 2 tak dengan berat mesin yang sama. Artinya dengan berat yang sama daya yang dihasilkan turbin gas lebih banyak, oleh karena itu turbin gas banyak digunakan untuk alat transportasi seperti yang disebutkan diatas.

Gambar 14 : Turbin Gas

Sumber : http://berita-iptek.blogspot.com/2008/04/cara-turbin-gas-bekerja.html

b.      Turbin uap

Turbin yang memanfaatkan uap air untuk memutar roda turbin. Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin, lansung atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang akan digerakkan. Tergantung pada jenis mekanisme yang digunakan, turbin uap dapat digunakan pada berbagai bidang seperti pada bidang industri, untuk pembangkit tenaga listrik dan untuk transportasi. Pada proses perubahan energi potensial menjadi energi mekanisnya yaitu dalam bentuk putaran poros dilakukan dengna berbagai cara.

Gambar 15 : Turbin Uap

Sumber : http://gunawananeva.wordpress.com/2010/05/04/turbin-uap-pendahuluan/

c.       Turbin air

Turbin yang memanfaatkan fluida air untuk menghasilkan energy.

3.      Berdasarkan arah alirannya

a.       Turbin aliran radial

Turbin yang tegak lurus dengan arah putaran poros turbin. Turbin dengan aliran radial digunakan untuk laju alir  ( aliran working fluid ) rendah dan dengan perbedaaan tekanan ( difference pressure ) tinggi.

b.      Turbin aliran aksial

Turbin yang sejajar dengan arah putaran poros turbin. Turbin dengan aliran axial digunakan untuk laju alir tinggi dan dengan perbedaan tekanan rendah ( 1 – 40 bar ). Axial-flow turbines kebanyakan digunakan dalam aplikasi yang melibatkan fluida kompresibel. Dalam banyak penggunaan, efisiensi Axial-flow turbines lebih tinggi dibandingkan radial-inflow turbines. Aliran dalam turbin diindikasikan dalam gambar bawah ini :

Gambar 16 : Turbin aliran aksial

Sumber : http://arya1984.wordpress.com/2010/02/14/turbin-gas/

Dimana kecepatan fluida merupakan parameter penting dalam menganalisis aliran dan transfer energy dalam turbin. Kecepatan fluida relative terhadap titik stationer dinamakan kecepatan absolute (V). hal ini penting untuk menganalisis aliran yang melewati stationery blade (nozzle).

4.       Berdasarkan putaran spesifiknya.

Tabel 1 : Pemilihan jenis turbin berdasarkan kecepatan spesifik

No	Kecepatan spesifik (rpm)	Type / Jenis turbin
1 2 3 4	10 sampai 35 35 sampai 60 60 samapi 300 300 sampai 1000	Turbin Pelton dengan Nozzel tunggal Turbin Pelton dengan dua Nozzel atau lebih Turbin Francis Turbin Kaplan

(Sumber : R.S. Khurmi, 1982 : 616)

Putaran spesifik diperkenalkan dalam konstruksi turbin untuk memberi penjelasan tentang karakteristik dari sifat-sifat hidrolik dari suatu turbin menyangkut putaran dan kapasitas dipindahkan untuk dibandingkan dengan bermacam tipe dari turbin dan runners (roda turbin). Putaran spesifik ialah kecepatan berputar dari suatu turbin dalam seri-seri yang ditentukan, yang mempunyai daya N = 1 HP dengan H = 1 meter.

Biasanya putaran spesifik dihitung untuk daya keluaran rata-rata dari suatu turbin di bawah head yang sudah dihitung dan putaran normal. Dalam pengembangan turbin hidrolik sering dinaikkan putaran spesifiknya. Untuk daya dan head yang tinggi diketahui suatu kenaikan putaran spesifik yang diizinkan untuk turbin yang lebih kecil dimensinya dan lebih putarannya. Putaran spesifik dari suatu turbin tergantung dari keadaan airnya yang mengalir. Hal itu juga tergantung pada jumlah dan bentuk dari sudu-sudu. Bila putaran spesifik naik, maka dimensi dari runner turbin akan turun dan sebaliknya.

5.      Berdasarkan ketinggian jatuh (head) maka turbin dibagi atas :

a.      Turbin Pelton (2000-6000 ft)

Untuk turbin Pelton dengan daya yang kecil bisa diatur dengan hanya menggeser kedudukan jarum sudu. Untuk instalasi turbin Pelton yang besar harus menggunakan dua buah system pengaturan, maksudnya untuk menghindari adanya tekanan tumbukan yang besar di dalam pipa saluran (pipa pesat) yang timbul akibat penutupan nosel tiba-tiba. Tekanan statis dari tinggi air jatuh menghasilkan tekanan dinamis yang bekerja di aliran berupa energi kecepatan ini berubah menjadi tekanan tumbukan. Untuk menghindari tekanan tumbukan ini, kerja jarum nosel dibantu dengan suatu perlengkapan yang disebut dengan pembelok pancaran. Pada saat beban turbin berkurang dengan tiba-tiba pembelok pancaran akan berayun ke muka jarum nosel lebih dahulu, sehingga arah pancaran air dari nosel ke sudu jalan menjadi belok. Kemudian jarum nosel bergeser memperkecil penampang keluar nosel, pembelok pancaran akan tetap berada di pinggir pancaran air. Selanjutnya nosel rem yang sudah dipersiapkan memancarkan air ke arah sebelah belakang ember sudu yang berguna untuk memperlambat putaran turbin sampai di dalam batas yang diizinkan bila arus listrik dari generator diputuskan. Turbin Pelton, bekerja pada ketinggian air jatuh yang sangat tinggi yaitu antara 2000-6000 ft.           

Gambar 17 : Turbin Pelton

Sumber : http://www.a10smart.co.cc/

b.    Turbin Francis (10-100 ft)

Air mengalir masuk ke dalam roda jalan turbin Francis semuanya melalui sudu pengarah, yang bisa digerakkan membuka dan menutup dengan memakai pertolongan cincin pengatur yang digerakkan regulator melalui tuas penggerak. Dengan memakai alat ini, selain kapasitas air, arah (α) arus air yang masuk ke roda jalan bisa diubah. Pada instalasi turbin yang besar, system pengaturan di atas dilengkapi dengan katup pelepas, melalui saluran ini sebagian dan kapasitas air dengan cepat bisa dibelokkan untuk dibuang dengan melewati saluran  pembuangan,  maksud  dari  sistem  ini adalah  untuk menghindari kenaikan tekanan di dalam pipa saluran (pipa pesat) dan menghindari kenaikan kecepatan putaran turbin bila beban turbin turun dengan tiba-tiba. Turbin Francis, bekerja pada head yang sedang yaitu antara 10-100 ft.

Gambar 18 : Turbin Francis

Sumber : http://www.tridentes.com/energy/en/turbines.html

Konstruksi Turbin Francis

§  Turbin Francis Sperical Case dari Baja

Ø  Horizontal

Gambar 19 : Turbin Francis Sperical Case Horizontal

Sumber : http://PrinsipKerjadanMacam-MacamTurbinMUCHLISON.ppt

Ø  Vertikal

Gambar 20 : Turbin Francis Sperical Case Vertikal

Sumber : http://PrinsipKerjadanMacam-MacamTurbinMUCHLISON.ppt

§  Turbin Francis Open Flume

Gambar 21 : Turbin Francis Open Flume

Sumber : http://PrinsipKerjadanMacam-MacamTurbinMUCHLISON.ppt

§  Turbin Francis Sperical Case dari Beton

Gambar 22 : Turbin Francis Sperical Case dari Beton

Sumber : http://PrinsipKerjadanMacam-MacamTurbinMUCHLISON.ppt

c.    Turbin Kaplan

Turbin Kaplan mempunyai pengaturan ganda dimana pada waktu yang sama posisi sudu pengarah dengan jalan alat pengarah Finkschen dan pemutaran sudut sudu jalan melalui system hidrolik yang dilaksanakan dengan memakai motor pengatur. Fungsi cakra melengkung adalah untuk pengaturan sudu pengarah dan roda jalan saling berhubungan. Bentuk kelengkungan cakra harus sedemikian rupa sehingga untuk setiap besaran volume air yang masuk ke turbin dan tiap posisi permukaan kipas sudu jalan, bisa menghasilkan suatu randemen turbin yang harganya maksimum. Pada instalasi turbin yang besar, bila mengalami perubahan tinggi air yang  jatuh  dalam jangka  waktu  yang lama, maka untuk turbin tersebut dibuatkan cakra melengkung yang lain, yang

Gambar 23: Turbin kaplan

Sumber : http://PrinsipKerjadanMacam-MacamTurbinMUCHLISON.ppt

lebih sesuai dengan kondisi turbin waktu itu. Turbin Kaplan, bekerja pada head yang kecil dengan bentuk sudu yang mirip baling-baling yaitu membawa aliran dengan belokan hanya sedikit.

6.      Klasifikasi dari turbin- turbin modern berdasarkan head dan debitnya adalah sebagai berikut :

Tabel 2: Klasifikasi dari turbin-turbin Hidrolik

Classes	Reaction			Impulse
Systems	Axial (propeller)		Francis (axial-radial)	Pelton	Inclined jet	Double jet
	Kaplan (adjustable blades)	Fixed blades
Limits of applicability	H = 2-70 m D = 1-10 m N up to 250.000 kW	H = 2-70 m D1 =0.35-9 m N up to 150.000 kW	H = 30-450 (lz) H = 2-200m (small sizes) D1 = 0.35-7.5 m N up to 500.000 kW	H = 300-1700 (large sizes) H = 40-250m (small sizes) D1 = 0.36-5.2 m N up to 110.000 kW	H =30-400 m N = 10-4000 kW	H =10-60 m N = 10-150 kW

Sumber : John B. Manga.1992. Dasar-Dasar Turbin Air Dan Perencanaan. Ujungpandang.

PERAWATAN TURBIN FRANCIS

Sebuah turbin yang terus-menerus digunakan untuk suatu keperluan membutuhkan perawatan, sebab dengan perawatan ini diharapkan kita bisa  mempertahankan kualitas dari suatu komponen turbin agar dicapai efisiensi maksimum dari turbin tersebut. Untuk keperluan ini kita bisa menempuh beberapa cara antara lain :

a.       Inspeksi, yaitu melakukan pemeriksaan terhadap bagian-bagian turbin mengenai kerusakan dan kemungkinan yang akan terjadi pada sudu-sudu poros, motor penggerak, dan lain-lain.

b.      Preventif, yaitu melakukan perawatan pada komponen-komponen turbin sesuai dengan prosedur-prosedur dan petunjuk perawatan untuk menghindari kerusakan, seperti pelumasan, dan lain-lain.

c.       Korektif, hal ini bisa dilakukan dengan cara :

Ø   Perbaikan, ini dilakukan untuk komponen turbin yang mengalami kerusakan dan memungkinkan untuk diperbaiki, serta harganya cukup mahal untuk diganti.

Ø   Penggantian, ini dilakukan untuk komponen-komponen turbin yang rusak dan biayanya relative murah.

d.      Perawatan Darurat, yaitu perawatan yang dilakukan pada turbin secara darurat jika terjadi kerusakan, dan melanjutkan operasinya seperti membersihkan sudu-sudu, dan lain-lain.

KEHILANGAN YANG TERDAPAT DALAM INSTALASI TURBIN

a.         Kehilangan hidraulik pada aliran air dari turbin yang diatur oleh hukum-hukum umum dari gesekan hidraulik pada pipa-pipa penyalur. Pada aliran turbulen uniform (serba sama), kehilangan head akibat gesekan mengenai atau melewati dinding yang kehalusannya relatif. Pada kehilangan ini keseluruhan efisiensi akan naik dalam bentuk diameter dan head efektif. 

h_r =     _{………………………………………………..}    (Persamaan 1)

Sumber : John B. Manga.1992. Dasar-Dasar Turbin Air Dan Perencanaan. Ujungpandang.

dimana :

R = jari-jari hidraulik dari aliran

 = koefisien kekasaran dinding yang diizinkan

v  = kecepatan aliran air

l  = panjang dari passage

b.        Kehilangan Eddy (Eddy losses) yang disebabkan oleh bermacam-macam sebab misalnya dalam hal arah dari kecepatan yang identik dengan kehilangan lokal (local losses) dalam saluran. Kehilangan ini termasuk dalam kehilangan energi kinetik pada  pemasukan tabung draft. Untuk turbin-turbin yang besar satuan debitnya Q_f, misalnya pada putaran spesifik yang tinggi, kehilangan ini akan menjadi lebih besar dan efisiensi menjadi lebih kecil.

h_v =     _{……………………………………..}    (Persamaan 2)

Sumber : John B. Manga.1992. Dasar-Dasar Turbin Air Dan Perencanaan. Ujungpandang.

dimana v_i dan masing-masing koefisien kecepatan dan koefisien kehilangan pada bagian aliran yang ke i.

c.         Kehilangan volumetris yang menjelaskan bahwa pada kenyataannya hanya bagian air yang mencapai roda turbin (runner) yang dapat mengalir melaluinya. Sebagian saja dari air tersebut yang melalui sela-sela poros sepanjang rim dan pada turbin Kaplan, air sebagian melalui celah (clearance) antara roda turbin dan leher cincin (throat ring).

   _{……………………………………..}    (Persamaan 3)

Sumber : John B. Manga.1992. Dasar-Dasar Turbin Air Dan Perencanaan. Ujungpandang.

 :

F = luas potongan melintang dari ruang rugi (clearance)

= koefisien jumlah pemindahan debit

d.        Kehilangan mekanis dalam bantalan yang disebabkan oleh bagian-bagian yang berputar pada turbin. Untuk turbin vertikal, kehilangan ini ditentukan atau disebabkan terutama dalam bantalan dorong dan harganya tergantung pada beban aksial.

w = M_{f    ……………………..}    (Persamaan 4)

Sumber : John B. Manga.1992. Dasar-Dasar Turbin Air Dan Perencanaan. Ujungpandang.

Dimana M_f  adalah momen gesek pada bantalan-bantalan.

e.         Kehilangan yang disebabkan oleh gesekan disk, misalnya kehilangan daya disebabkan oleh gesekan antara putaran permukaan (revolving surface) dari turbin dan air di luar dari jalan lintas air (water passage) akan menjadi besar pada turbin Francis sebab turbin ini mempunyai permukaan rotasi yang lebih besar pada batas pemasukan serta pengeluaran dan celah-celahnya.

 = A n³     _{……………………..}    (Persamaan 5)

Sumber : John B. Manga.1992. Dasar-Dasar Turbin Air Dan Perencanaan. Ujungpandang.

dimana A adalah suatu koefisien yang tergantung pada viskositas, fluidity, dimensi, dan bentuk dari permukaan gerakan.

Segitiga Kecepatan

Gambar 23: Segitiga kecepatan pada sudu turbin

Segitiga kecepatan adalah dasar kinematika dari aliran fluida gas yang menumbuk sudu turbin. Dengan pemahaman segitiga kecepatan akan sangat membantu dalam pemahaman proses konversi pada sudusudu turbin uap atau pada jenis turbin yang lain. Adapun notasi dari segitiga kecepatan adalah sebagai berikut

Vs1 = kecepatan absolut fluida meninggalkan nosel

VB = kecepatan sudu

Vr1 = kecepatan relatif fluida

Vr2 = kecepatan relatif fluida meninggalkan sudu

Vs2 = kecepatan absolut fluida meninggalkan sudu

Θ = sudut nosel

Ф = sudut masuk sudu

δ = sudut ke luar sudu

γ  = sudut ke luar fluida

Dari segitiga kecepatan di atas, panjang pendeknya garis adalah mewakili dari besar kecepatan masing-masing. Sebagai contoh, fluida masuk sudu dari nosel dengan kecepatan VS1 kemudian ke luar dari nosel sudah berkurang menjadi VS2 dengan garis yang lebih pendek. Artinya sebagian energi kinetik fluida masuk sudu diubah menjadi energy kinetik sudu dengan kecepatan VB , kemudian fluida yang sudah memberikan energinya meninggalkan sudu dengan kecepatan VS2. Proses perubahan atau konversi energi pada turbin adalah sama dengan perubahan energi pada motor bakar, tetapi dengan metode yang berbeda. Untuk motor bakar, pada langkah ekspansi fluida gas yaitu gas pembakaran energinya mengalami penurunan bersamaan dengan penurunan tekanan di dalam silinder. Hal itu terjadi karena sebagian energinya diubah menjadi energi kinetik gas pembakaran dan dikenakan langsung pada torak. Karena ada dorongan dari energi kinetik gas pembakaran torak bergerak searah dengan gaya dorong tersebut, kondisi ini disebut langkah tenaga.