BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat,

karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik

(pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari

air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan

dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air

banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang

memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad

18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum,

penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19 turbin air mulai

dikembangkan. Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air

bergantung pada besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir

air maka head adalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan

muka air keluar dari kincir air/turbin air. Untuk wilayah Indonesia, energi yang

punya prospek bagus adalah energi arus laut. Hal ini dikarenakan Indonesia

mempunyai banyak pulau dan selat sehingga arus laut akibat interaksi Bumi-

Bulan-Matahari mengalami percepatan saat melewati selat-selat tersebut. Selain

itu, Indonesia adalah tempat pertemuan arus laut yang diakibatkan oleh konstanta

pasang surut M2 yang dominan di Samudra Hindia dengan periode sekitar 12 jam

dan konstanta pasang surut K1 yang dominan di Samudra Pasifik dengan periode

lebih kurang 24 jam. M2 adalah konstanta pasang surut akibat gerak Bulan

mengelilingi Bumi, sedangkan K1 adalah konstanta pasang surut yang diakibatkan

oleh kecondongan orbit Bulan saat mengelilingi Bumi.

1

Interaksi Bumi-Bulan diperkirakan menghasilkan daya energi arus pasang

surut setiap harinya sebesar 3.17 TW, lebih besar sedikit dari kapasitas

pembangkit listrik yang terpasang di seluruh dunia pada tahun 1995 sebesar 2.92

TW (Kantha & Clayson, 2000). Namun, untuk wilayah Indonesia potensi daya

energi arus laut tersebut belum dapat diprediksi kapasitasnya. Keuntungan

penggunaan energi arus laut adalah selain ramah lingkungan, energi ini juga

mempunyai intensitas energi kinetik yang besar dibandingkan dengan energi

terbarukan yang lain. Hal ini disebabkan densitas air laut 830 kali lipat densitas

udara sehingga dengan kapasitas yang sama, turbin arus laut akan jauh lebih kecil

dibandingkan dengan turbin angin. Keuntungan lainnya adalah tidak perlu

perancangan struktur yang kekuatannya berlebihan seperti turbin angin yang

dirancang dengan memperhitungkan adanya angin topan karena kondisi fisik pada

kedalaman tertentu cenderung tenang dan dapat diperkirakan. Kekurangan dari

energi arus laut adalah output-nya mengikuti grafik sinusoidal sesuai dengan

respons pasang surut akibat gerakan interaksi Bumi-Bulan-Matahari. Pada saat

pasang purnama, kecepatan arus akan deras sekali, saat pasang perbani, kecepatan

arus akan berkurang kira-kira setengah dari pasang purnama. Kekurangan lainnya

adalah biaya instalasi dan pemeliharaannya yang cukup besar. Kendati begitu bila

turbin arus laut dirancang dengan kondisi pasang perbani, yakni saat di mana

kecepatan arus paling kecil, dan dirancang untuk bekerja secara terus-menerus

tanpa reparasi selama lima tahun, maka kekurangan ini dapat diminimalkan dan

keuntungan ekonomisnya sangat besar. Hal yang terakhir ini merupakan tantangan

teknis tersendiri untuk para insinyur dalam desain sistem turbin, sistem roda gigi,

dan sistem generator yang dapat bekerja secara terus-menerus selama lebih kurang

lima tahun.

2

1.2 Rumusan Masalah

1. Pengertian dari energi air?

2. Apa saja pembangkit dari energi air?

3. Kandungan apa saja yang terdapat pada energi air?

4. Pengertian dari macam-macam kandungan energi air?

5. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)?

6. Jenis-jenis PLTA?

7. Apa manfaat dari PLTA?

8. Bagaimana Prinsip kerja PLTA?

9. Penjelasan Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut?

10. Pengertian dari macam-macam Turbin dan kincir?

1.3 Tujuan

Tujuan dari makalah ini diharapkan :

1. Dapat mengetahui pengertian dari energi air

2. Dapat mengetahui pembangkit apa saja yang bisa di manfaatkan

3. Dapat mengetahui kandungan di dalam energi air

4. Dapat mengetahui pengertian dari bagian-bagian energi air

5. Dapat mengetahui Pengertian PLTA

6. Dapat mengetahui jenis-jenis PLTA

7. Dapat mengetahui manfaat dari PLTA

8. Dapat mengetahui Prinsip kerja dari PLTA

9. Dapat mengetahui Pembangkit listrik tenaga arus laut

10. Dapat mengetahui pengertian dari turbin dan kincir pembangkit

tenaga air

1.4 Manfaat

Manfaat yang kita dapat dari makalah ini yaitu, diharapkan mahasiswa

mengerti tentang energi yang dihasilkan oleh air sehingga bisa menciptakan

energi yang terbaharukan.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Energi Air yang Berasal dari Lautan

Lautan yang meliputi dua per tiga permukaan bumi, menerima energi

panas yang berasal dari penyinaran matahari. Lautan befungsi sebagai suatu

penampungan yang cukup besar dari energi surya yang mencapai bumi. Kira-

kira seperempat dari daya surya sebesar 1,7 x 1017 watt yang mencapai

atmosfer diserap oleh lautan. Selain itu, air laut juga menerima energi panas

yang berasal dari panas bumi, yaitu magma yang berasal dari bawah laut.

Pemanasan dari permukaan air di daerah tropikal mengakibatkan permukaaan

air laut memiliki suhu kira-kira 27 - 30oC. Bilamana air permukaan yang

hangat ini dipakai dalam kombinasi dengan air yang lebih dingin (5 - 7oC)

pada kedalaman 500 - 600 meter, maka suatu sumber energi panas yang relatif

besar akan tersedia.

Menurut rancangan-rancangan terkini energi listrik akan dapat

dibangkitkan dalam pusat-pusat listrik tenaga panas laut (PLT-PL) dengan

menggunakan siklus Rankine rangkaian tertutup maupun terbuka. Selisih suhu

sebesar 20oC akan tersedia selama 24 jam sehari dan sepanjang tahun. Hal ini

jauh lebih menguntungkan dibanding dengan pemanfaatan sinar matahari di

daratan, yang tersedia hanya siang hari, itupun bilamana udara tidak mendung

atau cuaca tidak hujan. Bilamana selisih 20oC itu dimanfaatkan dengan suatu

efisiensi efektif sebesar misalnya 1,2%, maka suatu arus air sebesar 5 meter

kubik per detik akan dapat menghasilkan daya elektrik bersih dengan daya

sebesar kira-kira 1 MW. Dapat dibayangkan bahwa ukuran- ukuran yang besar

sekali diperlukan untuk dapat membantu suatu PLT-PL yang besar. Sebab

sejumlah arus air yang meliputi 500 meter kubik per detik yang akan

diperlukan untuk dapat membuat suatu PLT-PL yang besar, misalnya 100 MW.

4

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Macam-macam Energi Air

Energi air dapat dibagi menjadi tiga macam :

1. Energi Ombak (wave energy)

2. Energi Pasang Surut (tidal energy)

3. Energi Panas Laut ( ocean thermal energy)

Prinsip sederhana dari pemanfaatan ketiga bentuk energi itu adalah memakai

enrgi kinetik untuk memutar turbin yang selanjutnya menggerakan generator

untuk menghasilkan listrik.

3.1.1 Energi Ombak (wave energy)

Ombak dihasilkan oleh angin yang bertiup di permukaan laut.

Sesungguhnya ombak merupakan sumber energi yang cukup besar, namun, untuk

memanfaatkan energi yang terkandungnya tidaklah mudah; terlebih lagi

mengubahnya menjadi listrik dalam jumlah yang memadai. Inilah sebabnya

jumlah pembangkit listrik tenaga ombak yang ada di dunia sangat sedikit. Salah

satu metode yang efektif untuk memanfaatkan energi ombak adalah dengan

membalik cara kerja alat pembuat ombak yang biasa terdapat di kolam renang.

Pada kolam renang dengan ombak buatan, udara ditiupkan keluar masuk sebuah

ruang di tepi kolam yang mendorong air sehingga bergoyang naik turun menjadi

ombak.

Gambar 1. Skema Oscillating Water Column

5

Pada sebuah pembangkit listrik bertenaga ombak (PLTO), aliran masuk

dan keluarnya ombak ke dalam ruangan khusus menyebabkan terdorongnya udara

keluar dan masuk melalui sebuah saluran di atas ruang tersebut (Lihat gambar 1).

Jika di ujung saluran diletakkan sebuah turbin, maka aliran udara yang keluar

masuk tersebut akan memutar turbin yang menggerakkan generator. Masalah

dengan desain ini ialah aliran keluar masuk udara dapat menimbulkan kebisingan,

akan tetapi, karena aliran ombak pun sudah cukup bising umumnya ini tidak

menjadi masalah besar. Setelah selesai dibangun, energi ombak dapat diperoleh

secara gratis, tidak butuh bahan bakar, dan tidak pula menghasilkan limbah

ataupun polusi. Namun tantangannya adalah bagaimana membangun alat yang

mampu bertahan dalam kondisi cuaca buruk di laut yang terkadang sangat ganas,

tetapi pada saat bersamaan mampu menghasilkan listrik dalam jumlah yang

memadai dari ombak-ombak kecil (jika hanya dapat menghasilkan listrik ketika

terjadi badai besar maka suplai listriknya kurang dapat diandalkan). Beberapa

perusahaan yang mengembangkan PLTO versi komersial sesuai dengan metode

yang dijelaskan di atas antara lain: Wavegen dari Inggris, dengan prototipnya yang

bernama LIMPET dengan kapasitas 500 kW di pantai barat Skotlandia, dan

Energetech dari Australia yang sedang mengusahakan proposal proyek PLTO

berkapasitas 2 MW di Rhode Island.

Selain metode yang telah dijelaskan, beberapa perusahaan & institusi lainnya

mengembangkan metode yang berbeda untuk memanfaatkan ombak sebagai

penghasil energi listrik:

Ocean Power Delivery; perusahaan ini mendesain tabung-tabung yang

sekilas terlihat seperti ular mengambang di permukaan laut (dengan

sebutan Pelamis) sebagai penghasil listrik. Setiap tabung memiliki panjang

sekitar 122 meter dan terbagi menjadi empat segmen. Setiap ombak yang

melalui alat ini akan menyebabkan tabung silinder tersebut bergerak secara

vertikal maupun lateral. Gerakan yang ditimbulkan akan mendorong

piston diantara tiap sambungan segmen yang selanjutnya memompa cairan

hidraulik bertekanan melalui sebuah motor untuk menggerakkan generator

6

listrik. Supaya tidak ikut terbawa arus, setiap tabung ditahan di dasar laut

menggunakan jangkar khusus.

Renewable Energy Holdings; ide mereka untuk menghasilkan listrik dari

tenaga ombak menggunakan peralatan yang dipasang di dasar laut dekat

tepi pantai sedikit mirip dengan Pelamis. Prinsipnya menggunakan

gerakan naik turun dari ombak untuk menggerakkan piston yang bergerak

naik turun pula di dalam sebuah silinder. Gerakan dari piston tersebut

selanjutnya digunakan untuk mendorong air laut guna memutar turbin.

SRI International; konsepnya menggunakan sejenis plastik khusus

bernama elastomer dielektrik yang bereaksi terhadap listrik. Ketika listrik

dialirkan melalui elastomer tersebut, elastomer akan meregang dan

terkompresi bergantian. Sebaliknya jika elastomer tersebut dikompresi

atau diregangkan, maka energi listrik pun timbul. Berdasarkan konsep

tersebut idenya ialah menghubungkan sebuah pelampung dengan

elastomer yang terikat di dasar laut. Ketika pelampung diombang-

ambingkan oleh ombak, maka regangan maupun tahanan yang dialami

elastomer akan menghasilkan listrik.

BioPower Systems; perusahaan inovatif ini mengembangkan sirip-ekor-

ikan-hiu buatan dan rumput laut mekanik untuk menangkap energi dari

ombak. Idenya bermula dari pemikiran sederhana bahwa sistem yang

berfungsi paling baik di laut tentunya adalah sistem yang telah ada disana

selama beribu-ribu tahun lamanya. Ketika arus ombak menggoyang sirip

ekor mekanik dari samping ke samping sebuah kotak gir akan mengubah

gerakan osilasi tersebut menjadi gerakan searah yang menggerakkan

sebuah generator magnetik. Rumput laut mekaniknya pun bekerja dengan

cara yang sama, yaitu dengan menangkap arus ombak di permukaan laut

dan menggunakan generator yang serupa untuk merubah pergerakan laut

menjadi listrik.

7

Gambar 2. Pembangkit Listrik Tenaga Ombak

Secara ringkas, kelebihan dan kekurangan pembangkit listrik berenergi ombak

yaitu:

Kelebihan:

Energi bisa diperoleh secara gratis.

Tidak butuh bahan bakar.

Tidak menghasilkan limbah.

Mudah dioperasikan dan biaya perawatan rendah.

Dapat menghasilkan energi dalam jumlah yang memadai.

Kekurangan:

Bergantung pada ombak; kadang dapat energi, kadang pula tidak.

Perlu menemukan lokasi yang sesuai dimana ombaknya kuat dan muncul

secara konsisten.

3.1.2 Energi Pasang Surut

Pasang surut menggerakkan air dalam jumlah besar setiap harinya; dan

pemanfaatannya dapat menghasilkan energi dalam jumlah yang cukup besar.

Dalam sehari bisa terjadi hingga dua kali siklus pasang surut. Oleh karena waktu

siklus bisa diperkirakan (kurang lebih setiap 12,5 jam sekali), suplai listriknya pun

relatif lebih dapat diandalkan daripada pembangkit listrik bertenaga ombak.

8

Namun demikian, menurut situs darvill.clara.net, hanya terdapat sekitar 20 tempat

di dunia yang telah diidentifikasi sebagai tempat yang cocok untuk pembangunan

pembangkit listrik bertenaga pasang surut ombak. Pada dasarnya ada dua

metodologi untuk memanfaatkan energi pasang surut:

Gambar 4. Ketika surut, air mengalir keluar dari dam menuju laut sambil

memutar turbin.

Pembangkit listrik tenaga pasang surut (PLTPs) terbesar di dunia terdapat di

muara sungai Rance di sebelah utara Perancis. Pembangkit listrik ini dibangun

pada tahun 1966 dan berkapasitas 240 MW. PLTPs La Rance didesain dengan

teknologi canggih dan beroperasi secara otomatis, sehingga hanya membutuhkan

dua orang saja untuk pengoperasian pada akhir pekan dan malam hari. PLTPs

terbesar kedua di dunia terletak di Annapolis, Nova Scotia, Kanada dengan

kapasitas “hanya” 16 MW. Kekurangan terbesar dari pembangkit listrik tenaga

pasang surut adalah mereka hanya dapat menghasilkan listrik selama ombak

mengalir masuk (pasang) ataupun mengalir keluar (surut), yang terjadi hanya

selama kurang lebih 10 jam per harinya. Namun, karena waktu operasinya dapat

diperkirakan, maka ketika PLTPs tidak aktif, dapat digunakan pembangkit listrik

lainnya untuk sementara waktu hingga terjadi pasang surut lagi. Berikut ini

disajikan secara ringkas kelebihan dan kekurangan dari pembangkit listrik tenaga

pasang surut:

Kelebihan:

Setelah dibangun, energi pasang surut dapat diperoleh secara gratis.

9

Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya.

Tidak membutuhkan bahan bakar.

Biaya operasi rendah.

Produksi listrik stabil.

Pasang surut air laut dapat diprediksi.

Turbin lepas pantai memiliki biaya instalasi rendah dan tidak

menimbulkan dampak lingkungan yang besar.

Kekurangan:

Sebuah dam yang menutupi muara sungai memiliki biaya pembangunan

yang sangat mahal, dan meliputi area yang sangat luas sehingga merubah

ekosistem lingkungan baik ke arah hulu maupun hilir hingga berkilo-

kilometer.

Hanya dapat mensuplai energi kurang lebih 10 jam setiap harinya, ketika

ombak bergerak masuk ataupun keluar.

3.1.3 Energi Panas Laut

Ide pemanfaatan energi dari laut yang terakhir bersumber dari adanya

perbedaan temperatur di dalam laut. Jika anda pernah berenang di laut dan

menyelam ke bawah permukaannya, anda tentu menyadari bahwa semakin dalam

di bawah permukaan, airnya akan semakin dingin. Temperatur di permukaan laut

lebih hangat karena panas dari sinar matahari diserap sebagian oleh permukaan

laut. Tapi di bawah permukaan, temperatur akan turun dengan cukup drastis.

Inilah sebabnya mengapa penyelam menggunakan pakaian khusus selam ketika

menyelam jauh ke dasar laut. Pakaian khusus tersebut dapat menangkap panas

tubuh sehingga menjaga mereka tetap hangat. Pembangkit listrik dapat

memanfaatkan perbedaan temperatur tersebut untuk menghasilkan energi.

Pemanfaatan sumber energi jenis ini disebut dengan konversi energi panas laut

(Ocean Themal Energy Conversion atau OTEC). Perbedaan temperatur antara

permukaan yang hangat dengan air laut dalam yang dingin dibutuhkan minimal

10

sebesar 77 derajat Fahrenheit (25 °C) agar dapat dimanfaatkan untuk

membangkitkan listrik dengan baik. Adapun proyek-proyek demonstrasi dari

OTEC sudah terdapat di Jepang, India, dan Hawaii.

Gambar 7. Ocean Thermal Energy Conversion dengan Siklus Tertutup

Berdasarkan siklus yang digunakan, OTEC dapat dibedakan menjadi tiga

macam: siklus tertutup, siklus terbuka, dan siklus gabungan (hybrid). Pada alat

OTEC dengan siklus tertutup, air laut permukaan yang hangat dimasukkan ke

dalam alat penukar panas untuk menguapkan fluida yang mudah menguap seperti

misalnya amonia. Uap amonia akan memutar turbin yang menggerakkan

generator. Uap amonia keluaran turbin selanjutnya dikondensasi dengan air laut

yang lebih dingin dan dikembalikan untuk diuapkan kembali (Lihat gambar 7).

Pada siklus terbuka, air laut permukaan yang hangat langsung diuapkan pada

ruang khusus bertekanan rendah. Kukus yang dihasilkan digunakan sebagai fluida

penggerak turbin bertekanan rendah. Kukus keluaran turbin selanjutnya

dikondensasi dengan air laut yang lebih dingin dan sebagai hasilnya diperoleh air

desalinasi. Pada siklus gabungan, air laut yang hangat masuk ke dalam ruang

vakum untuk diuapkan dalam sekejap (flash-evaporated) menjadi kukus (seperti

siklus terbuka). Kukus tersebut kemudian menguapkan fluida kerja yang memutar

turbin (seperti siklus tertutup). Selanjutnya kukus kembali dikondensasi menjadi

air desalinasi. Fluida kerja yang populer digunakan adalah amonia karena tersedia

dalam jumlah besar, murah, dan mudah ditransportasikan. Namun, amonia

11

beracun dan mudah terbakar. Senyawa seperti CFC dan HCFC juga merupakan

pilihan yang baik, sayangnya menimbulkan efek penipisan lapisan ozon.

Hidrokarbon juga dapat digunakan, akan tetapi menjadi tidak ekonomis karena

menjadikan OTEC sulit bersaing dengan pemanfaatan hidrokarbon secara

langsung. Selain itu, yang juga perlu diperhatikan adalah ukuran pembangkit

listrik OTEC bergantung pada tekanan uap dari fluida kerja yang digunakan.

Semakin tinggi tekanan uapnya maka semakin kecil ukuran turbin dan alat

penukar panas yang dibutuhkan, sementara ukuran tebal pipa dan alat penukar

panas bertambah untuk menahan tingginya tekanan terutama pada bagian

evaporator.

Secara ringkas, kekurangan dan kelebihan dari OTEC yaitu:

Kelebihan:

Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya.

Tidak membutuhkan bahan bakar.

Biaya operasi rendah.

Produksi listrik stabil.

Dapat dikombinasikan dengan fungsi lainnya: menghasilkan air pendingin,

produksi air minum, suplai air untuk aquaculture, ekstraksi mineral, dan

produksi hidrogen secara elektrolisis.

Kekurangan:

Belum ada analisa mengenai dampaknya terhadap lingkungan.

Jika menggunakan amonia sebagai bahan yang diuapkan menimbulkan

potensi bahaya kebocoran.

Efisiensi total masih rendah sekitar 1%-3%.

Biaya pembangunan tidak murah.

12

3.2 Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi

potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan

turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik (dengan bantuan

generator). Kapasitas PLTA diseluruh dunia ada sekitar 675.000 MW ,setara

dengan 3,6 milyar barrel minyak atau sama dengan 24 % kebutuhan listrik dunia

yang digunakan oleh lebih 1 milyar orang. Pembangkit listrik tenaga air

konvensional bekerja dengan cara mengalirkan air dari dam ke turbin setelah itu

air dibuang. Saat ini ada teknologi baru yang dikenal dengan pumped-storage

plant . pumped-storage plant memiliki dua penampungan yaitu:

Waduk Utama (upper reservoir) seperti dam pada PLTA konvensional. Air

dialirkan langsung ke turbin untuk menghasilkan listrik.

Waduk cadangan (lower reservoir). Air yang keluar dari turbin ditampung

di lower reservoir sebelum dibuang disungai. Pada saat beban puncak air

dalam lower reservoir akan di pompa ke upper reservoir sehingga

cadangan air pada Waduk utama tetap stabil.

3.2.1 Jenis-Jenis PLTA

1. Berdasarkan Tinggi Terjun PLTA

PLTA jenis terusan air (water way) Adalah pusat listrik yang mempunyai

tempat ambil air (intake) di hulu sungai dan mengalirkan air ke hilir

melalui terusan air dengankemiringan (gradient) yang agak kecil.

Tenaga listrik dibangkitkan dengan cara memanfaatkan tinggi terjun dan

kemiringan sungai.

PLTA jenis DAM /bendungan Adalah pembangkit listrik dengan

bendungan yang melintang disungai, pembuatan bendungan ini

dimaksudkan untuk menaikkan permukaan air dibagian hulu sungai guna

membangkitkan energi potensial yang lebih besar sebagai pembangkit listr

13

2. PLTA Berdasarkan Aliran Sungai

PLTA jenis aliran sungai langsung (run of river)

Banyak dipakai dalam PLTA saluran air/terusan, jenis ini membangkitkan

listrik dengan memanfaatkan aliran sungai itu sendiri secara alamiah.

PLTA dengan kolam pengatur (regulatoring pond)

Mengatur aliran sungai setiap hari atau setiap minggu dengan

menggunakan kolam pengatur yang dibangun melintang sungai dan

membangkitkan listrik sesuai dengan beban. Disamping itu juga dibangun

kolam pengatur di hilir untuk dipakai pada waktu beban puncak (peaking

power plant) dengan suatu waduk yang mempunyai kapasitas besar yang

akan mengatur perubahan air pada waktu beban puncak sehingga energi

yang dihasilkan lebih maksimal.

Pusat listrik jenis waduk (reservoir) Dibuat dengan cara membangun suatu

waduk yang melintang sungai, sehingga terbentuk seperti danau buatan,

atau dapat dibuat dari danau asli sebagai penampung air hujan sebagai

cadangan untuk musim kemarau. PLTA Jenis Pompa (pumped storage)

adalah jenis PLTA yang memanfaatkan tenaga listrik yang berlebihan

ketika musim hujan atau pada saat pemakaian tenaga listrik berkurang saat

tengah malam, pada waktu ini sebgian turbin berfungsi sebagai pompa

untuk memompa air yang di hilir ke hulu, jadui pembangkit ini

memanfaatkan kembali air yang dipakai saat beban puncak dan dipompa

ke atas lagi saat beban puncak terlewati.

14

3.2.2 Komponen – komponen dasar PLTA

1. DAM

Sesuai dengan kondisi alam, pengembangan PLTA dapat dibagi atas 2

jenis yaitu : tipe waduk dan tipe aliran langsung. Tipe waduk dapat berupa

bendungan (reservoir) dan keluaran danau (lake outlet), sedangkan tipe aliran

langsung dapat berupa aliran langsung sungai (run-off river) dan aliran langsung

dengan bendungan pendek (run-off river with low head dam).

Bendungan Scrivener, Canberra Australia, dibangun untuk mengatasi

banjir 5000-tahunan. Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk

menahan laju air menjadi waduk, danau, atau tempat rekreasi. Seringkali

bendungan juga digunakan untuk mengalirkan air ke sebuah Pembangkit Listrik

Tenaga Air. Kebanyakan dam juga memiliki bagian yang disebut pintu air untuk

membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau berkelanjutan.

Sedangkan waduk adalah kolam besar tempat menyimpan air sediaan untuk

berbagai kebutuhan. Waduk dapat terjadi secara alami maupun dibuat manusia.

Waduk buatan dibangun dengan cara membuat bendungan yang lalu dialiri air

sampai waduk tersebut penuh. Bendungan Hoover, sebuah bendungan beton

lengkung di Black Canyon di Sungai Colorado. Dam dapat diklasifikasikan

menurut struktur, tujuan atau ketinggian. Berdasarkan struktur dan bahan yang

digunakan, bendungan dapat diklasifikasikan sebagai dam kayu, "embankment

15

dam" atau "masonry dam", dengan berbagai subtipenya. Tujuan dibuatnya

termasuk menyediakan air untuk irigasi atau penyediaan air di perkotaan,

meningkatkan navigasi, menghasilkan tenaga hidroelektrik, menciptakan tempat

rekreasi atau habitat untuk ikan dan hewan lainnya, pencegahan banjir dan

menahan pembuangan dari tempat industri seperti pertambangan atau pabrik.

Hanya beberapa dam yang dibangun untuk semua tujuan di atas.

Menurut ketinggian, dam besar lebih tinggi dari 15 meter dan dam utama lebih

dari 150 m. Sedangkan, dam rendah kurang dari 30 m, dam ketinggian-medium

antara 30 - 100 m, dan dam tinggi lebih dari 100 m.

Kadang-kadang ada yang namanya Bendungan Sadel sebenarnya adalah sebuah

dike, yaitu tembok yang dibangun sepanjang sisi danau untuk melindungi tanah di

sekelilingnya dari banjir. Ini mirip dengan tanggul, yaitu tembok yang dibuat

sepanjang sisi sungai atau air terjun untuk melindungi tanah di sekitarnya dari

kebanjiran. Sebuah bendungan Pengukur overflow dam didisain untuk dilewati

air. weir adalah sebuah tipe bendungan pengukur kecil yang digunakan untuk

mengukur input air. Bendungan Pengecek check dam adalah bendungan kecil

yang didisain untuk mengurangi dan mengontrol arus soil erosion.

2. SWITCHYARD

Serandang hubung ialah saluran air yang digunakna untuk mengairkan air

yang berasal dari bendungan. Saluran ini terhubung dengan Gedung sentral. Pada

saluran ini air memiliki energi kinetic yang sangat besar, karena dipenaruhi oleh

tekanan air yang disebabkan ketinggian bendungan. Semakin tinggi bendungan

dan semakin banyak jumlah air, maka semakin besar pula energi kinetic yang

dihasilkan.

3. GEDUNG SENTRAL

Terdiri atas Turbin dan Generator. Turbin adalah alat yang dapat merubah

energi kinetic air menjadi energi mekanik, sedangkan generator ialah alat yang

digunakan untuk merubah energi mekanik menjadi energi listrik.

16

3.2.3 Pemanfaatan PLTA

Pemanfaatan PLTA skala besar memerlukan analisis yang rinci tentang

berbagai aspek. Aspek-aspek tersebut akan dibahas secara garis besar di bawah

ini. Di bawah ini akan dibahas tenetang berbagai macam pemanfaatan PLTA

dengan mengambil contoh pada PLTA di Sungai Membrano.

3.2.4 Prinsip Kerja

Energi Potensial ↔ Air pada dam yang memiliki ketinggian

↓

Energi Kinetik ↔ Air yang bergerak melalui reservior

↓

Energi Mekanik ↔ Putaran pada turbin

↓

Energi Listrik ↔ Putaran rotor generator

Sementara prinsip kerja suatu PLTA secara umum adalah menghimpun air dalam

waduk atau bendungan atau kolam tando tahunan yang berfungsi dasar untuk

menampung air dan menaikkan tinggi tekan air (head) yang merupakan potensi air

sungai lalu menyalurkannya ke turbin dalam gedung sentral yang terletak lebih

rendah dari waduk. Selanjutnya turbin menyalurkan energi air ke generator yang

akan mengubahnya menjadi energi listrik.

Prinsip dasar pembangkitan energi PLTA adalah pokok hukum hidrodinamika

persamaan Bernoulli—yang merupakan turunan dari hukum kekekalan energi

dalam fluida—yang secara matematis adalah P + ½ V2 + ∫ gh = konstan, yakni P

(pressure) adalah tekanan, ∫ (dibaca: rho) merupakan massa jenis dan V (velocity)

17

adalah kecepatan aliran, dan g (gravity) yakni gaya gravitasi bumi dan h (height)

adalah tinggi zat cair. Dengan kata lain terdapat hubungan antara tekanan,

kecepatan aliran dan letak (tinggi atau rendah) terhadap aliran air. Sehingga

semakin tinggi letak air maka semakin besar tekanan air yang berefek semakin

tingginya kecepatan air untuk menggerakkan turbin dan energi listrik yang

dihasilkan pun semakin besar. Dalam hubungan dengan reservoir air maka h

(height) adalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air

keluar dari kincir air/turbin air. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air

adalah merupakan energi potensial air.

Adanya udara bertekanan tinggi yang timbul akibat pengisian saluran

pelimpah atau pipa pesat juga diperhitungkan dengan adanya pipa udara atau pipa

gelombang yang diletakkan di ujung saluran pelimpah sebelum pintu masuk pipa

pesat. Udara bertekanan tinggi tersebut dapat merusak turbin bila tidak diserap

oleh pipa gelombang. Air yang mengalir menuju turbin juga menghasilkan arus

balik yang bergelombang tinggi akibat pengaturan pemasukan air dalam turbin

oleh penggerak turbin sehingga terjadi penolakan sebagian arus air. Arus balik ini

dapat memperlambat arus air menuju turbin dan meningkatkan pukulan tekanan

air (over pressure) terhadap dinding saluran pipa pesat. Dalam kasus seperti ini

dibutuhkan tangki gelombang yang berfungsi sebagai penyangga yang menyerap

peningkatan guncangan tekanan dengan cara menampung arus balik tersebut.

Air yang mengalir melalui pipa-pipa selalu mempunyai head dan tinggi kinetik.

Pada pintu pemasukan ke penggerak turbin (turbine runner), tinggi tekan dapat

secara utuh diubah menjadi tinggi kinetik dalam keadaan tekanan jet air keluar

dari satu atau lebih mulut pipa pemancar (nozzle) dan mengenai sudu-sudu roda.

Pada kondisi seperti ini pancaran jet bebas akan menjadi tekanan atmosfer. Pada

jenis turbin Francis yang digunakan PLTA Cirata yang termasuk turbin tekan atau

turbin reaksi dan bekerja dengan aliran air bertekanan, penggerak turbin langsung

mengubah tenaga kinetik dan tenaga tekanan menjadi tenaga mekanik secara

bersamaan. Turbin-turbin hidrolik berhubungan erat dengan generator. Poros

penggerak turbin berhubungan langsung dengan generator sehingga tenaga

18

mekanik yang diproduksi dialirkan ke generator yang memiliki kumparan kawat

rotor dan stator yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Stator

adalah susunan rangka baja yang dipipihkan sebagai inti magnet dan berbentuk

medan magnet yang merupakan kepala rotor. Dengan berputarnya rotor karena

perputaran poros turbin yang dihubungkan dengan poros generator, energi

mekanik dari turbin memasuki medan magnet dan berubah menjadi energi listrik.

Potensi tenaga air di seluruh Indonesia secara teoretis diperkirakan sekitar 75.000

MW yang tersebar pada 1.315 lokasi. Tenaga air merupakan salah satu potensi

sumber energi yang sangat besar, tetapi pemanfaatannya masih jauh di bawah

potensinya. Dari potensi tersebut diperkirakan sebesar 34.000 MW dapat

dikembangkan untuk pusat pembangkit tenaga listrik dengan kapasitas cukup

besar, yaitu 100 MW ke atas. Tenaga air dibagi dalam tiga kategori yaitu skala

besar, mini, dan mikro. Belum ada ketentuan secara jelas mengenai pembagian

skala tersebut. Tampaknya setiap negara mempunyai ukuran yang berbeda.

Namun, secara umum tenaga air (hidro) skala besar mempunyai kapasitas diatas

10 MW, mini berkapasitas 200 kW sampai 10 MW, dan mikro berkapasitas

sampai 200 kW.

Pemanfaatan tenaga air skala besar untuk pembangkit tenaga listrik sampai

dengan tahun 2000 mencapai 4.208 MW atau hanya sekitar 5,6% dari potensi

yang ada. Namun, potensi tenaga air yang berada di Pulau Jawa telah

dikembangkan secara optimal, yaitu telah dikembangkan sekitar 2.389 MW atau

53% dari total potensi yang ada. Sedangkan mini dan mikrohidro, potensinya

sekitar 460 MW, dan yang sudah dimanfaatkan sekitar 64 MW yang pada

umumnya dimanfaatkan untuk listrik perdesaan. Menurut jenis arusnya, sistem

tenaga listrik dikenal dengan sistem arus bolak-balik (AC) dan sistem arus searah

(DC). Pada sistem AC, penaikkan dan penurunan tegangan, medan magnet

putarnya mudah dilakukan. Maka berdasarkan kemudahan tersebut, hampir di

seluruh dunia menggunakan sistem tenaga listrik AC, walaupun sistem DC juga

mulai dikembangkan dengan pertimbanganpertimbangan tertentu. Sementara

sistem AC tidak dapat disimpan, sehingga dalam memenuhi permintaan

konsumen, pusat listrik harus dioperasikan sesuai dengan permintaan konsumen

19

yang berubah dari waktu ke waktu. Sistem tenaga listrik dibangkitkan dalam

pusatpusat listrik dan disalurkan ke konsumen melalui jaringan saluran tenaga

listrik. Tenaga listrik dibangkitkan dalam Pusat-pusat Listrik seperti PLTA,

PLTU, PLTG, PLTP, PLTGU dan PLTD, kemudian disalurkan melalui saluran

transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator penaik

tegangan yang ada dipusat listrik. Saluran tegangan tinggi di Indonesia mem

punyai tegangan 150 kV yang disebut sebagai Saluran Udara Tegangan Tinggi

(SUTT) dan tegangan 500 kV yang disebut sebagai Saluran Udara Tegangan

Ekstra Tinggi (SUTET). Saluran transmisi ada yang berupa saluran udara dan ada

pula yang berupa kabel tanah. Karena saluran udara harganya jauh lebih murah

dibandingkan dengan kabel tanah, maka saluran transamisi kebanyakkan berupa

saluran udara.

Kerugian saluran transmisi menggunakan kabel udara adalah adanya

gangguan petir., kena pohon dan lainlain. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui

saluran transmisi, maka sampailah tenaga listrik di Gardu Induk (GI) untuk

diturunkan tegangannya melalui transformator penurun tegangan menjadi

tegangan menengah atau yang juga disebut tegangan distribusi primer.

Tegangan distribusi primer yang digunakan pada saat ini adalah tegangan 20 kV.

Jaringan setelah keluar dari GI disebut jaringan distribusi, sedangkan jaringan

antara Pusat Listrik dengan GI disebut jaringan transmisi. Setelah tenaga listrik

disalurkan melalui jaringan distribusi primer, maka kemudian tenaga listrik

diturunkan tegangannya dalam gardugardu distribusi menjadi tegangan rendah

dengan tegangan 380/220 Volt, kemudian disalurkan melalui Jaringan Tegangan

Rendah untuk selanjutnya disalurkan ke rumah-rumah pelanggan (konsumen)

melalui Sambungan Rumah. Dalam praktek karena luasnya jaringan distribusi,

sehingga diperlukan banyak transformator distribusi, maka Gardu Distribusi

seringkali disederhanakan menjadi transformator tiang. Pelanggan yang

mempunyai daya tersambung besar tidak dapat disambung melalui Jaringan

Tegangan Rendah, melainkan disambung langsung pada Jaringan Tegangan

Menengah, bahkan ada pula yang disambung pada jaringan Transmisi Tegangan

Tinggi, tergantung besarnya daya tersambung. Setelah tenaga listrik melalui

20

Jaringan Tegangan Menengah (JTM), Jaringan Tegangan Rendah (JTR) dan

Sambungan Rumah, maka tenaga listrik selanjutnya melalui alat pembatas daya

dan KWH meter. Dari uraian tersebut, dapat dimengerti bahwa besar kecilnya

konsumsi tenaga listrik ditentukan sepenuhnya oleh para pelanggan, yaitu

tergantung bagaimana para pelanggan akan menggunakan alat alat listriknya, yang

harus diikuti besarnya suplai tenaga listrik dari Pusat-pusat Listrik. Proses

penyampaian tenag a listrik dari Pusat-pusat Listrik

3.3 Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut

Perkembangan teknologi pemanfaatan energi samudera khususnya arus laut

sebagai energi baru terbarukan di dunia saat ini berkembang dengan pesat, seiring

dengan meningkatnya tuntutan akan kebutuhan energi listrik masyarakat kawasan

pesisir serta semakin maraknya issu pemanasan global yang mendorong untuk

membatasi penggunaan bahan bakar hidrokarbon. Prinsip yang dikembangkan

pada aplikasi teknologi pemanfaatan energi dari laut adalah melalui konversi

tenaga kinetik masa air laut menjadi tenaga listrik. Tercatat beberapa negara telah

berhasil melakukan instalasi pembangkit energi listrik dengan memanfaatkan

energi arus dan pasang surut, mulai dari prototype turbin pembangkit hingga

mencapai turbin skala komersial dengan kapasitas 1,2 MW/turbin, seperti yang

telah dibangun di Skotlandia, Swedia,  Perancis, Norwegia, Inggris, Irlandia

Utara, Australia, Italia, Korea Selatan dan Amerika Serikat.

3.3.1 Potensi Energi Arus Laut di Perairan Indonesia

Kecepatan arus pasang-surut di perairan pantai-pantai Indonesia umumnya

kurang dari 1,5 m/detik, kecuali di selat-selat diantara pulau-pulau Bali, Lombok,

dan Nusa Tenggara Timur, kecepatan signifikannya bisa mencapai 2,5 - 3,4

m/detik. Arus pasang-surut terkuat yang tercatat di Indonesia adalah di Selat

antara Pulau Taliabu dan Pulau Mangole di Kepulauan Sula, Propinsi Maluku

Utara, mencapai kecepatan 5,0 m/detik, namun durasinya hanya mencapai 2-3 jam

per hari. Berbeda dengan energi gelombang laut yang hanya terjadi pada kolom

21

air di lapisan permukaan saja, arus laut bisa terjadi sampai pada lapisan yang lebih

dalam dan bahkan sampai ke dasar laut. Kelebihan karakter fisik arus laut ini

memberikan peluang yang lebih optimal dalam pemanfaatan konversi energi

kinetic menjadi energi listrik.

3.3.2 Konversi Energi Arus Laut Menjadi Listrik

Pada dasarnya, arus laut merupakan gerakan horizontal massa air laut,

sehingga arus laut memiliki energi kinetik yang dapat digunakan sebagai tenaga

penggerak rotor atau turbin pembangkit listrik. Secara global, laut dunia

mempunyai sumber energi yang sangat besar yaitu mencapai total 2,8 x 1014 (280

Triliun) Watt-jam. Selain itu, arus laut ini juga menarik untuk dikembangkan

sebagai pembangkit listrik karena sifatnya yang relatif stabil, periodik dan dapat

diprediksi pola atau karakteristiknya. Pengembangan teknologi ekstraksi energi

arus laut lazimnya dilakukan dengan mengadopsi prinsip teknologi energi angin

yang telah lebih dulu berkembang, yaitu dengan mengubah energi kinetik arus

laut menjadi energi rotasi dan energi listrik. Daya yang dihasilkan oleh turbin arus

laut jauh lebih besar dari pada daya yang dihasilkan oleh turbin angin, karena

rapat massa air laut hampir 800 kali rapat massa udara. Kapasitas daya yang

dihasilkan dapat dihitung dengan pendekatan matematis yang memformulasikan

daya yang melewati suatu permukaan atau luasan. Misalkan suatu aliran fluida

yang menembus suatu permukaan A dalam arah yang tegak lurus permukaan,

maka rumus umum yang digunakan adalah formulasi Fraenkel (1999) yaitu: 12P=

12 Ï A V3 ' type="#_x0000_t75">, dimana�   P= daya (watt);  ρ= rapat massa air

(kg/m³);  A= luas penampang (m²); dan V= kecepatan arus (m/s).

3.3.3 Road Map Penelitian dan Pengembangan Energi Arus Laut di

Indonesia

Penelitian karakteristik arus laut yang telah dilakukan oleh Puslitbang Geologi

Kelautan (PPPGL) diawali pada tahun 2005 berkolaborasi dengan Program Studi

Oceanografi ITB. Pengukuran arus laut dilakukan menggunakan ADCP

22

(Accoustic Doppler Current Profiler) di Selat Lombok dan Selat Alas dalam

kaitan dengan rencana penyiapan lokasi dan instalasi untuk Turbin Kobold buatan

Italia yang berkapasitas 300 kW di bawah koordinasi Kementerian Riset dan

Teknologi.

Tahun  2006 - 2010 telah dilaksanakan penelitian karakteristik arus laut di

berbagai selat di Nusa Tenggara Timur, yaitu di Selat Lombok , Selat Alas, Selat

Nusa Penida, Selat Flores, dan Selat Pantar. Prototipe turbin pertama telah

dibangun secara kemitraan bersama Kelompok Teknik T-Files ITB dan PT

Dirgantara Indonesia, dengan mengadopsi dan memodifikasi model turbin Gorlov

skala kecil (0,8 kW/cel). Kelompok T-Files ITB adalah kelompok mahasiswa

yang terdiri dari berbagai latar belakang keilmuan yang secara langsung

dibimbing oleh  Prof. Iskandar Alisyahbana (Alm), mengembangkan berbagai

jenis pembangkit listrik tenaga arus laut skala kecil. Salah satu prototipe

perangkat pembangkit listrik hasil rakitan perdana telah diuji-coba di kolam uji

PPPGL Cirebon dan tahun 2008, dilanjutkan dengan uji lapangan tahun 2009 di

Selat Nusa Penida sehingga telah berhasil memperoleh "proven design" yang

cocok untuk diterapkan pada perairan yang berkarakteristik selat (arus pasang

surut). Prototipe dalam skala besar (> 80 kW) direncanakan akan dilaksanakan

pada tahun 2012-2014 oleh institusi terkait lainnya yang berkewenangan (Ditjen

Energi Baru, Terbarukan dan Konservasi Energi, Puslitbangtek EBTKE,

Kementerian Ristek, BPPT, dsb.) untuk mengembangkan dan meningkatkan

status skala prototipe menjadi skala pilot dan skala komersial. Diharapkan pada

tahun 2025 energi listrik tenaga arus laut yang dihasilkan dari berbagai

pembangkit (PLTAL) akan menunjang pencapaian proporsi 5% berbagai energi

terbarukan dari sasaran kebijakan energi 25% bauran energi Indonesia, sesuai

dengan visi bauran energi 25-25.

23

Road map penelitian karakteristik arus laut serta estimasi daya listrik yang

telah dilaksanakan oleh PPPGL sampai tahun 2010 di perairan Nusa Tenggara,

seperti yang ditunjukkan table dibawah ini.

No. Selat         

Lombok

Selat Nusa

Penida

Selat

Larantuka

Selat       

Pantar

Keterangan

1 1,8-8-2,4 m/det 0,5-3,2 m/det 1,5-3,4 m/det 1,5-3,1 m/det Kecepatan arus

2 15 m2 40 m2 40 m2 40 m2 Luas Turbin

3 70-150 kW 200-400 kW   50-250 kW Daya Listrik

  Tahun 2006 Tahun 2007

dan 2009

Tahun 2008 Tahun 2010  

3.4 Alat Pembangkit Listrik Tenaga Air menggunakan Kincir

Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi

mekanik berupa torsi pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu :

1. Kincir Air Overshot

2. Kincir Air Undershot

3. Kincir Air Breastshot

4. Kincir Air Tub

3.4.1 Kincir Air Overshot

Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian

sudu-sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar. Kincir

air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan

jenis kincir air yang lain.

24

Gambar 1.1 Kincir air Overshot

Keuntungan

► Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.

► Tidak membutuhkan aliran yang deras.

► Konstruksi yang sederhana.

► Mudah dalam perawatan.

► Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.

Kerugian

► Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau

bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.

► Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.

► Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.

► Daya yang dihasilkan relatif kecil.

3.4.2 Kincir Air Undershot

Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu

yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak

mempunyai tambahan keuntungan dari head.Tipe ini cocok dipasang pada

perairan dangkal pada daerah yang rata. Tipe ini disebut juga dengan ”Vitruvian”.

Disini aliran air berlawanan dengan arah sudu yang memutar kincir.

25

Gambar 1.2 Kincir air Undershot

Keuntungan

Konstruksi lebih sederhana

Lebih ekonomis

Mudah untuk dipindahkan

Kerugian

Efisiensi kecil

Daya yang dihasilkan relatif kecil

3.4.3 Kincir Air Breast Shot

Kincir air Breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot

dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter

kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar sumbu poros dari

kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki kinerja dari kincir air tipe under shot

Gambar 1.3 Kincir air Breastshot

Keuntungan

► Tipe ini lebih efisien dari tipe under shot

26

► Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek

► Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar

Kerugian

► Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit)

► Diperlukan dam pada arus aliran datar

► Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot

3.4.4 Kincir Air Tub

Kincir air Tub merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara

horisontal dan sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini dapat

dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot. Karena arah

gaya dari pancuran air menyamping maka, energi yang diterima oleh kincir yaitu

energi potensial dan kinetik.

Gambar 1.4 Kincir air Breastsh

Keuntungan

Memiliki konstruksi yang lebih ringkas

Kecepatan putarnya lebih cepat

Kerugian

Tidak menghasilkan daya yang besar

Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang

lebih teliti

27

3.5 Kegunaan Kincir Air

Kincir air merupakan alat penggerak yang sangat bermanfaat untuk kebutuhan

hidup manusia yaitu sebagai :

3.5.1 Mesin penggiling gandum

Mesin penggiling gandum dengan penggerak kincir air sudah digunakan sejak

abad pertama sebelum masehi, pada jaman kerajaan Romawi dan walaupun

terkesan kuno tapi mesin penggiling ini masih tetap dipakai sampai sekarang.

3.5.2 Mesin Pemintal Benang

Mesin pemintal benang yang digerakan oleh kincir air ini pertama kali

diperkenalkan oleh dua insinyur Inggris, adalah Richards Arkwright dan James

Hargreaves yang pada tahun 1773. dan mulai dibuat di USA pada tahun 1780-an.

Pada abad ke-19 penggunaan mesin ini sudah digunakan untuk pembuatan secara

massal, jadi orang tidak lagi membuat pakaiannya sendiri.

3.5.3 Mesin Tekstil

Mesin tekstil dengan penggerak kincir air ini digunakan oleh industri tekstil

pada abad ke-19. karena sumber energinya berupa air, maka pengeluaran untuk

produksi dapat diminimalisir. Tetapi seiring dengan perkembangan teknologi,

lambat laun mesin ini mulai ditinggalkan.

3.6 Alat Pembangkit Listrik Tenaga Air menggunakan Turbin

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.

28

Tabel 1.1 Pengelompokan Turbin

  high head medium head low head

impulse turbines Pelton

Turgo

cross-flow

multi-jet Pelton

Turgo

cross-flow

reaction turbines   Francis propeller

Kaplan

3.6.1 Turbin Implus

Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar

nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah

membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan

momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah

turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah

sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan

ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.

a. 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 nosel. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang

paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head

tinggi.

29

Gambar 1.5 Turbin Pelton

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 1.7 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.

b. 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

30

generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya

perawatan.

Gambar 1.8. Sudu turbin Turgo dan nozle

c. 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 litres/sec hingga 10 m3/sec dan

head antara 1 s/d 200 m.

Gambar 1.9. Turbin Crossflow

Turbin Zcrossflow menggunakan nozle 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)

31

kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang

dipasang pada sepasang piringan paralel.

3.6.2 Turbin Reaksi

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.

a. 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 pad 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 1.10. Turbin Francis

32

b. Turbin Kaplan dan 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.

Gambar 1.11. Turbin Kaplan

33

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari hasil makalah ini dapat disimpulkan :

Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang

mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam

wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak

dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan

adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Energi dapat dikategorikan

menjadi tiga macam, energi ombak (wave energy), energi pasang surut (tidal

energy), hasil konversi energi panas laut (ocean thermal energy conversion).

Prinsip sederhana dari pemanfaatan ketiga bentuk energi itu adalah: memakai

energi kinetik untuk memutar turbin yang selanjutnya menggerakkan generator

untuk menghasilkan listrik. Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) bekerja dengan

cara merubah energi potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik

(dengan bantuan turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik

(dengan bantuan generator). Kapasitas PLTA diseluruh dunia ada sekitar 675.000

MW ,setara dengan 3,6 milyar barrel minyak atau sama dengan 24 % kebutuhan

listrik dunia yang digunakan oleh lebih 1 milyar orang. Pembangkit listrik tenaga

air konvensional bekerja dengan cara mengalirkan air dari dam ke turbin setelah

itu air dibuang.

34

DAFTAR PUSTAKA

http://energiair.blogspot.com/

http://majarimagazine.com/2008/01/pemanfaatan-energi-laut-3-panas-laut/

elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/...energi/bab4_energi_air.pdf

http://id.wikipedia.org/wiki/Tenaga_air

agungchynta.files.wordpress.com/2007/.../pemanfaatan-tenaga-air.do...

35