TUGAS I MATA KULIAH DASAR KONVERSI ENERGI NAMA DOSEN : HASBULLAH S.Pd., MT.

DISUSUN OLEH : IMAM ARIF RAHMAN NIM : 1000614

PROGRAM STUDI TEKNIK TENAGA ELEKTRIK JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA BANDUNG 2010

SOAL 1. Apa yang anda ketahui tentang hukum kekekalan energi dan bagaimana jika dikaitkan dengan konversi energi ? Berikan contohnya ! 2. Sebutkan perbedaan sistem kerja PLTA, PLTMH, PLTPH yang meliputi prinsip kerjanya, komponen utamanya, dan daya yang dihasilkannya ! 3. Jelaskan apa yang anda ketahui tentang turbin reaksi dan turbin impuls, berikan contoh jenis tersebut ! 4. Sebuah PLTA memiliki debit air penggerak turbin sebesar 20 m3 / detik dengan daya tinggi air terjun 130 m. Apabila efisiensi turbin bersama generator 90% dan jika PLTA tersebut terbeban penuh 24 jam. Hitung: a. Jumlah produksi kWH nya. b. Pemakaian airnya. c. Besar pemakaian air yang diperlukan untuk memproduksi 1 MWH.

JAWABAN 1. Hukum kekekalan energi dan hubungannya dengan konversi energi. Suatu energi itu dapat diubah atau dikonversi menjadi suatu kerja mekanis oleh suatu sistem yang disebut sistem konversi energi. Hukum yang sangat terkenal dan mendasar pada proses konversi energi ialah Hukum kekekalan energi (Law of the Conservation of Energi). Hukum ini menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, hanya dapat diubah bentuknya dari satu bentuk ke bentuk yang lain tetapi jumlahnya pada setiap saat dalam proses perubahan tersebut adalah tetap. Hal ini mengandung pengertian bahwa bila suatu jumlah energi dalam suatu bentuk pemunculan tertentu dihilangkan, maka suatu jumlah energi yang sama akan timbul dalam suatu bentuk yang lain atau bahkan lebih. Energi tersebut dapat dirubah menjadi energi mekanik oleh suatu sistem pengkonversian energi untuk menghasilkan suatu usaha yang berguna. Contohnya dalam pembangkitan tenaga listrik. Pembangkitan tenaga listrik sebagian besar dilakukan dengan cara memutar generator sinkron sehingga didapat tenaga listrik dengan tegangan bolak-balik tiga fasa. Energi mekanik yang diperlukan untuk memutar generator sinkron didapat dari mesin penggerak generator atau biasa disebut penggerak mula (prime mover). Mesin penggerak generator yang banyak digunakan dalam praktik, yaitu: mesin diesel, turbin uap, turbin air, dan turbin gas. Mesin-mesin penggerak generator ini mendapat energi dari: 1. Proses pembakaran bahan bakar (mesin-mesin termal). 2. Air terjun (turbin air). Jadi, sesungguhnya mesin penggerak generator melakukan konversi energi primer menjadi energi mekanik penggerak generator.

2. Sistem kerja PLTA, PLTMH, dan PLTPH yang meliputi prinsip kerjanya, komponen utamanya, dan daya yang dihasilkannya. a. PLTA Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) merupakan salah satu pembangkit listrik yang menggunakan energi terbarukan berupa air. Salah satu keunggulan dari pembangkit ini adalah responnya yang cepat sehingga sangat sesuai untuk kondisi beban puncak maupun saat terjadi gangguan di jaringan. Selain kapasitas daya keluarannya yang paling besar diantara energi terbarukan lainnya, pembangkit listrik tenaga air ini juga telah ada sejak dahulu kala. Berikut ini merupakan penjelasan singkat mengenai pembangkit listrik tenaga air serta keberadaan potensi energi air yang masih belum digunakan. Tenaga air telah berkontribusi banyak bagi pembangunan kesejahteraan manusia sejak beberapa puluh abad yang lalu. Beberapa catatan sejarah mengatakan bahwa penggunaan kincir air untuk pertanian, pompa dan fungsi lainnya telah ada sejak 300 SM di Yunani, meskipun peralatanperalatan tersebut kemungkinan telah digunakan jauh sebelum masa itu. Pada masa-masa antara jaman tersebut hingga revolusi industri, aliran air dan angin merupakan sumber energi mekanik yang dapat digunakan selain energi yang dibangkitkan dari tenaga hewan. Perkembangan penggunaan energi dari air yang mengalir kemudian berkembang secara berkelanjutan sebagaimana dicontohkan pada desain tenaga air yang menakjubkan pada tahun 1600-an untuk istana Versailles dibagian luar Paris, Prancis. Sistem tersebut memiliki kapasitas yang sepadan dengan 56 kW energi listrik.

Gambar 2.1 PLTA Itaipu, di Amerika Selatan

Gambar 2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Air di Itaipu, Brazil.

Pembangkit listrik tenaga air merupakan aplikasi energi terbarukan yang terbesar dan paling matang secara teknologi, dimana terdapat 678.000 MW kapasitas daya listrik yang terpasang di seluruh dunia, yang menghasilkan lebih dari 22% listrik dunia (2564 TWh/tahun pada 1998).

Dalam hal ini, 27.900 MW merupakan pembangkit skala kecil yang menghasilkan listrik 115 TWh/tahun. Di eropa barat, pembangkit listrik tenaga air berkontribusi sebesar 520 TWh listrik pada tahun 1998, atau sekitar 19% dari energi listrik di Eropa (sehingga menghindari emisi dari sejumlah 70 juta ton CO2 per tahun-nya). Pada sejumlah negara di Afrika dan Amerika Selatan, pembangkit listrik tenaga air merupakan sumber listrik yang menghasilkan lebih 90% kebutuhan energi listriknya. Gambar 2 memperlihatkan pembangkitan energi listrik dari air dunia yang meningkat secara dinamis tiap tahunnya. Di samping pembangkit listrik tenaga air yang berkapasitas besar yang telah ada, masih terdapat ruang untuk pengembangan lebih jauh dimana diperkirakan hanya sekitar 10% dari total potensi air di dunia yang telah digunakan.

y Prinsip kerja PLTA Sistem tenaga air mengubah energi dari air yang mengalir menjadi energi mekanik dan kemudian menjadi energi listrik. Air mengalir melalui kanal (penstock) melewati kincir air atau turbin dimana air akan menabrak sudu-sudu yang menyebabkan kincir air ataupun turbin berputar. Ketika digunakan untuk membangkitkan energi listrik, perputaran turbin menyebabkan perputaran poros rotor pada generator. Energi yang dibangkitkan dapat digunakan secara langsung, disimpan dalam baterai ataupun digunakan untuk memperbaiki kualitas listrik pada jaringan.

Gambar 2.1.1 Prinsip kerja PLTA

y Daya yang dihasilkan Jumlah daya listrik yang dapat dibangkitkan pada suatu pusat pembangkit listrik tenaga air tergantung pada ketinggian (h) dimana air jatuh dan laju aliran airnya. Ketinggian (h) menentukan besarnya energi potensial (EP) pada pusat pembangkit (EP = m x g x h). Laju

aliran air adalah volume dari air (m3) yang melalui penampang kanal air per detiknya (q m3/s). Daya teoritis kasar (P kW) yang tersedia dapat ditulis sebagai:

Daya yang tersedia ini kemudian akan diubah menggunakan turbin air menjadi daya mekanik. Karena turbin dan peralatan elektro-mekanis lainnya memiliki efisiensi yang lebih rendah dari 100% (biasanya 90% hingga 95%), daya listrik yang dibangkitkan akan lebih kecil dari energi kasar yang tersedia. Laju q dimana air jatuh dari ketinggian efektif h tergantung dari besarnya luas penampang kanal. Jika luas penampang kanal terlalu kecil, daya keluaran akan lebih kecil dari daya optimal karena laju air q dapat lebih besar. Di lain pihak, ukuran kanal tidak dapat dibuat besar secara sembarangan karena laju air q yang melalui kanal tergantung dari laju pengisian air pada reservoir air di belakang bendungan. Volume air pada reservoir dan ketinggian h yang bersangkutan, tergantung dari laju air yang masuk ke dalam reservoir. Selama musim kering, ketinggian air pada reservoir dapat berkurang karena jumlah air dalam reservoir lebih sedikit. Selama musim hujan, ketinggiannya dapat naik kembali karena air yang masuk dari berbagai aliran air yang mengisi bendungan. Fasilitas pembangkit listrik tenaga air harus di desain untuk menyeimbangkan aliran air yang digunakan untuk membangkitkan energi listrik dan jumlah air yang mengisi reservoir melalui sumber alami seperti curahan hujan, salju, dan aliran air lainnya.

b. PLTMH Negara Indonesia adalah Negara kepulauan yang masih banyak daerah-daerah yang masih terpencil dan belum ada penerangan listrik dan terjangkau oleh PLN. Padahal listrik atau penerangan sangat dibutuhkan oleh daerah tersebut agar daerah tersebut tidak ketinggalan dalam memperoleh informasi yang bertujuan untuk memajukan daerah tersebut dan dapat meningkatan pruduktifitas masyarakatnya. Oleh karena itu uintuk memenuhi kebutuhan akan penerangan listrik untuk daerah terpencil perlu diciptakan alat yang dapat menjangkau tempat terpencil yang murah dan ramah lingkungan, yaitu Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik berskala kecil (kurang dari 200 kW), yang memanfaatkan tenaga (aliran) air sebagai sumber penghasil energi. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut clean energy karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTMH dipilih karena konstruksinya sederhana, mudah dioperasikan, serta mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Secara ekonomi, biaya operasi dan

perawatannya relatif murah, sedangkan biaya investasinya cukup bersaing dengan pembangkit listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH mudah diterima masyarakat luas (bandingkan misalnya dengan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir). PLTMH biasanya dibuat dalam skala desa di daerahdaerah terpencil yang belum mendapatkan listrik dari PLN. Tenaga air yang digunakan dapat berupa aliran air pada sistem irigasi, sungai yang dibendung atau air terjun.

Gambar 2.2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

Pemasangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) khususnya didaerah terpencil masih perlu dikembangkan melihat daerah di Indonesia yang banyak sekali gunung dan air terjun yang belum dimafaatkan secara optimal, dan masih banyak pula daerah terpencil di Indonesia yang belum terjangkau oleh aliran listrik (PLN) terutama untuk pos-pos TNI di daerah terpencil dan perbatasan.Sebagai alternatif pembangkit listrik dengan menggunakan diesel (PLTD) yang menggunakan bahan bakar minyak khususnya solar yang biaya operasionalnya lebih besar dibanding PLTMH, disamping itu PLTMH juga ramah lingkungan.

y Prinsip kerja PLTMH. PLTMH pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada padaaliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan menghasilkan listrik. Skema prinsip kerja PLTMH terlihat pada gambar. Pembangunan PLTMH perlu diawali dengan pembangunan bendungan untuk mengatur aliran air yang akan dimanfaatkan sebagai tenaga penggerak PLTMH. Bendungan ini dapat berupa bendungan beton atau bendungan beronjong. Bendungan perlu dilengkapi dengan pintu air

dan saringan sampah untuk mencegah masuknya kotoran atau endapan lumpur. Bendungan sebaiknya dibangun pada dasar sungai y ang stabil dan aman terhadap banjir. Di dekat bendungan dibangun bangunan pengambilan (intake). Kemudian dilanjutkan dengan pembuatan saluran penghantar yang berfungsi mengalirkan air dari intake. Saluran ini dilengkapi dengan saluran pelimpah pada setiap jarak tertentu untuk mengeluarkan air y ang berlebih. Saluran ini dapat berupa saluran terbuka atau tertutup. Di ujung saluran pelimpah dibangun kolam pengendap. Kolam ini berfungsi untuk mengendapkan pasir dan menyaring kotoran sehingga air yang masuk ke turbin relatif bersih. Saluran ini dibuat dengan memperdalam dan memperlebar saluran penghantar dan menambahnya dengan saluran penguras. Kolam penenang (forebay) juga dibangun untuk menenangkan aliran air y ang akan masuk ke turbin dan mengarahkannya masuk ke pipa pesat (penstok). Saluran ini dibuat dengan konstruksi beton dan berjarak sedekat mungkin ke rumah turbin untuk menghemat pipa pesat.

Gambar 2.2.2 Komponen PLTMH

Pipa pesat berfungsi mengalirkan air sebelum masuk ke turbin. Dalam pipa ini, energi potensial air di kolam penenang diubah menjadi energi kinetik yang akan memutar roda turbin. Biasanya terbuat dari pipa baja yang dirol, lalu dilas. Untuk sambungan antar pipa digunakan flens. Pipa ini harus didukung oleh pondasi yang mampu menahan beban statis dan dinamisnya. Pondasi dan dudukan ini diusahakan selurus mungkin, karena itu perlu dirancang sesuai dengan kondisi tanah. Turbin, generator dan sistem kontrol masing-masing diletakkan dalam sebuah rumah yang terpisah. Pondasi turbin-generator juga harus dipisahkan dari pondasi rumahnya. Tujuannya

adalah untuk menghindari masalah akibat getaran. Rumah turbin harus dirancang sedemikian agar memudahkan perawatan dan pemeriksaan. Setelah keluar dari pipa pesat, air akan memasuki turbin pada bagian inlet. Di dalamnya terdapat guided vane untuk mengatur pembukaan dan penutupan turbin serta mengatur jumlah air yang masuk ke runner/blade (komponen utama turbin). Runner terbuat dari baja dengan kekuatan tarik tinggi yang dilas pada dua buah piringan sejajar. Aliran air akan memutar runner dan menghasilkan energi kinetik yang akan memutar poros turbin. Energi yang timbul akibat putaran poros kemudian ditransmisikan ke generator. Seluruh sistem ini harus balance. Turbin perlu dilengkapi casing yang berfungsi mengarahkan air ke runner. Pada bagian bawah casing terdapat pengunci turbin. Bantalan (bearing) terdapat pada sebelah kiri dan kanan poros dan berfungsi untuk meny angga poros agar dapat berputar dengan lancar. Daya poros dari turbin ini harus ditransmisikan ke generator agar dapat diubah menjadi energi listrik. Generator yang dapat digunakan pada mikrohidro adalah generator sinkron dan generator induksi. Sistem transmisi daya ini dapat berupa sistem transmisi langsung (daya poros langsung dihubungkan dengan poros generator dengan bantuan kopling), atau sistem transmisi daya tidak langsung, yaitu menggunakan sabuk atau belt untuk memindahkan day a antara dua poros sejajar. Keuntungan sistem transmisi langsung adalah lebih kompak, mudah dirawat, dan efisiensinya lebih tinggi. Tetapi sumbu poros harus benarbenar lurus dan putaran poros generator harus sama dengan kecepatan putar poros turbin. Masalah ketidaklurusan sumbu dapat diatasi dengan bantuan kopling fleksibel. Gearbox dapat digunakan untuk mengoreksi rasio kecepatan putaran. Sistem transmisi tidak langsung memungkinkan adanya variasi dalam penggunaan generator secara lebih luas karena kecepatan putar poros generator tidak perlu sama dengan kecepatan putar poros turbin. Jenis sabuk yang biasa digunakan untuk PLTMH skala besar adalah jenis flat belt, sedang Vbelt digunakan untuk skala di bawah 20 kW. Komponen pendukung yang diperlukan pada sistem ini adalah pulley, bantalan dan kopling. Listrik y ang dihasilkan oleh generator dapat langsung ditransmisikan lewat kabel pada tiang-tiang listrik menuju rumah konsumen.

y Komponen Utama pada PLTMH. Pada umumnya PLTM mempunyai tiga komponen utama yang masing-masing fungsinya sangat menentukan, yaitu : turbin air, generator, dan governor (ELC). Pada pembangkit, pengendalian putaran dimaksudkan untuk mengendalikan putaran (frekuensi) generator sehingga pengendalian putaran dalam hal ini diutamakan berfungsi sebagai pengendali frekuensi generator. Perubahan putaran (frekuensi) generator dapat disebabkan karena

adanya perubahan daya penggerak. Jika daya air yang masuk ke turbin dibuat selalu tetap sehingga daya penggerak turbin selalu tetap, maka frekuensi dan respon generator akan menjadi fungsi dari beban. Agar frekuensi yang dihasilkan oleh generator besarnya selalu tetap, maka besar beban dari generator harus selalu tetap. Untuk itu diperlukan beban tiruan yang besar bebannya dapat diatur sesuai dengan pengurangan beban dari PLTM. Beban tiruan ini disebut beban komplemen. Pada suatu kondisi beban tertentu (misalnya pada beban sebesar 75% beban Pengontrol Beban Elektronika Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro penuh), daya air yang masuk ke turbin diatur sehingga diperoleh putaran generator yang dikehendaki. Jika pada beban konsumen terjadi penurunan beban sebesar I, maka beban komplemen akan dilewati arus yang rata-ratanya akan sebesar penurunan arus akibat turunnya beban konsumen ( I). Dengan demikian generator akan dibebani dengan total beban yang selalu konstan. Diagram blok dari uraian tersebut seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 2.2.3 Diagram blok pembagian daya beban komplemen

Oleh karena daya yang masuk ke turbin dibuat tetap dan beban yang dirasakan oleh generator juga selalu tetap, maka putaran generator senantiasa juga tetap. Dengan kata lain, jika debit air konstan maka generator harus dibebani dengan daya konstan agar putaran generator selalu tetap. Oleh karena beban konsumen tidak selalu konstan, maka untuk menjaga kestabilan putaran turbin generator diperlukan beban komplemen yang besarnya diatur oleh ELC sedemikian rupa sehingga : Beban Konsumen + Beban Komplemen = Kapasitas Nominal Generator Formula tersebut berlaku untuk setiap kondisi beban konsumen.

y

Daya yang dihasilkan Potensi daya mikrohidro dapat dihitung dengan persamaan: daya (P) = 9.8 x Q x Hn x h;

di mana:

P = Daya (kW) Q = debit aliran (m3/s) Hn = Head net (m) 9.8 = konstanta gravitasi h = ef isiensi keseluruhan.

Misalnya, diketahui data di suatu lokasi adalah sebagai berikut: Q = 300 m3/s2, Hn = 12 m dan h = 0.5. Maka, besarnya potensi day a (P) adalah: P = 9.8 x Q x Hn x h = 9.8 x 300 x 12 x 0.5 = 17 640 W = 17.64 kW

Gambar 2.2.4 Sebuah PLTMH di daerah Bantul, Yogyakarta

c. PLTPH Pembangkit listrik tenaga piko hidro adalah pembangkit listrik yang menghasilkan daya maksimum listrik sebesar lima kilowatt (5 kW). Sistem PLTPH ini memiliki

ukuran yang paling kecil dibandingkan dengan PLTMH.

Gambar 2.3.1 PLTPH di sebuah pedesaan

y Daya yang dihasilkan Secara umum, persamaan daya pada PLTPH didasarkan pada : Pin = H.Q.g H.Q.g. (1) (2)

Pout =

Dimana, Pin = Input daya (Hydro power)

Pout = Output daya (Generator output) H Q g = Head (meter) = laju aliran air (liter / detik) = gravitasi (9,81 m/s2) = Efisiensi

y Prinsip Kerja Inovasi terbaru dalam teknologi PLTPH telah membuatnya menjadi salah satu sumber daya di beberapa negara miskin dan pedesaan yang sulit dijangkau oleh listrik PLN. PLTPH juga merupakan dapat televisi. sumber oleh listrik PLTPH serbaguna. adalah Contoh bola perangkat lampu, radio yang dan

diaktifkan

Gambar 2.3.2 Contoh aplikasi pico-hydro power sistem di daerah pedesaan

Biasanya, sistem PLTPH ditemukan di pedesaan atau daerah berbukit. Gambar 2.2.1 menunjukkan contoh aplikasi sistem PLTPH di daerah perbukitan. Sistem ini beroperasi menggunakan reservoir air dari atas yang tingginya beberapa meter

dari tanah. Dari reservoir, air mengalir melalui sistem perpipaan menuju turbin. Dengan demikian, turbin akan memutar alternator untuk menghasilkan listrik. Dan listrik tersebut didistribusikan ke pedesaan. y Komponen Utama Komponen utama dari pembangkit listrik Piko Hidro adalah turbin dan generator. Jenis turbin yang digunakan adalah tipe Kaplan yang mempunyai karakteristik dengan ketinggian rendah dan debit air besar, bisa juga tipe Pelton yang mempunyai karakteristik dengan ketinggian tinggi dan debit kecil. Generator yang digunakan dalam pembangkit listrik Piko Hidro merupakan generator sinkron.

3. Turbin Reaksi dan Turbin Impuls Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.

Gambar 3.1 Macam-macam turbin

a. Turbin Reaksi Yang dimaksud dengan turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi mekanik. Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin. Macam-macam turbin reaksi :

y

Turbin Francis Turbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air bertekanan 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.

Gambar 3.1.1 Sketsa Turbin Francis

Gambar 3.1.2 Turbin Francis

y

Turbin Kaplan & Propeller

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

Gambar 3.1.3 Sketsa Turbin Kaplan

Gambar 3.1.3 Turbin Kaplan

b. Turbin Impuls

Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nosel. Air keluar dari nosel yang mempunyai kecepatan tinggi dan membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu, arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin yang aliran air yang keluar dari nosel, tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir di sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Macam-macam turbin impuls : y 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 oleh alat yang disebut nosel. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.

Gambar 3.2.1 Turbin Pelton

c.

Gambar 3.2.2 Nosel

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 nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil.

Gambar 3.2.3 Turbin Pelton dengan banyak nozle

Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi.

y

Turbin Turgo Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle membentur sudu pada sudut 20 o. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.

Gambar 3.2.4 Sudu turbin Turgo dan nosel

y

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 air sebesar 20 liter/detik hingga 10 m3/detik dan head antara 1 s/d 200 m.

Gambar 3.2.5 Turbin Crossflow

Gambar 3.2.6 Turbin Crossflow tipe T-14 produksi CV. Cihanjuang

Turbin crossflow menggunakan nosel 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 3.2.6 Turbin Crossflow

4. Sebuah PLTA memiliki debit air penggerak turbin sebesar 20 m3 / detik dengan daya tinggi air terjun 130 m. Apabila efisiensi turbin bersama generator 90% dan jika PLTA tersebut terbeban penuh 24 jam. Hitung: a. Jumlah produksi kWH nya. b. Pemakaian airnya. c. Besar pemakaian air yang diperlukan untuk memproduksi 1 MWH. Jawaban

a. P

= .Q.h.g = 0,9 . 20 . 130 . 9,81 = 22.955,4 watt = 22.955,4 . 24 . 10-3 kWh = 550, 93 kWh b. Pemakaian air : = 20 m3/s x 24 jam = 20 x 86.400s = 1.728.000 m3 (sehari) c. P = .Q. h. g 6 10 = 0,93 . Q . 130 . 9,81 Q = 1.000.000 = 1.417.000.000 m3/s 0,93 . 130 . 9,81 = 1.417.000.000 x 86400s = 1.224.288 x 108 m3