PEMANFAATAN SUMBER DAYA AIR UNTUK PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK

MAKALAHUntuk Memenuhi Tugas Matakuliah

Teknologi Terapan

Di susun Oleh :

Samsul Rizal : (207511404826)

Ma’sum Andik Prasetya : (207511408530)

Rendy Njoto : (207511408533)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESIN

Oktober, 2009

I. Pendahuluan

Kebutuhan akan listrik adalah kebutuhan primer bagi hampir seluruh kalangan

masyarakat kita. Mulai dari kota besar sampai pelosok desa. Sayang sekali

kemampuan pembangkit listrik yang ada tidak mencukupi pengadaan tenaga listrik

sampai ke desa-desa. Bahkan di kota besarpun hampir setiap hari kita alami

pemadaman listrik karena kapasitas yang sangat kurang.hal ini mungkin

disebabkan karena ketidak seimbangnya pemasokan listrik dengan kebutuan yang

ada dalam masyarakat.

Energi listrik di era modern terutama diperkotaan di seluruh dunia, sudah

merupakan kebutuhan yang vital dan penting dalam memenuhi kehidupan sehari-

hari tanpa energi listrik, gerak kehidupan seakan-akan terhanti. Betapa pentingnya

energi listrik untuk memenuhi kebutuhan sesuai dengan perkembangan teknologi

di semua aspek kehidupan dan bertambahnya populasi manusia di dunia, namun

sebesar itu pula masalah dan dampak negatif yang ditimbulkan merupakan kendala

yang harus dihadapi dan dipertimbangkan serta tetap mencari solusi dari dampak

negatif tersebut.

Oleh karena itu akan sangat menguntungkan masyarakat menengah ke

bawah jika mereka dapat memiliki pembangkit listrik swadaya, yang murah dan

mudah dibuat yang lebih kita kenal dengan pembangkit listrik tenaga air(PLTA).

A. Rumusan Masalah

1. Bagaimana air bisa menjadi energi listrik yang bisa dimanfaatkan oleh manusia?

B. Tujuan

Tujuan dari penulisan ini untuk mengetahui bagaimana memanfaatkan energi

yang sudah disediakan dari alam untuk manusia serta kegunaan dari pemanfaatan

energi itu sendiri. Dalam kehiduapan sehari-hari, kebanyakan masyarakat tidak

mengerti bagaimana cara memanfaatkan air untuk pembangkit listrik.dalam

makalah ini mencoba menjelaskan proses iar mengalir sampai bisa menjadi energi

listrik yang bisa dimanfaatkan untuk kebutuhan sehari-hari. Makalah ini juga

untuk mengetahui proses pembentukan bendungan yang sebagai dasar dari

pembangkit listrik tenaga air. Selai itu, makalah tersebut dibuat untuk mencoba

menjelaskan dampak positif dan negative dari pembangunan bendungan untuk

pembangkit listrik.

II. Pembahasan

1. Pemanfaatan sumber daya air untuk pembangkit tenaga listrik, dengan

turbin air sebagai alat pembangkit.

Kincir air sudah sejak lama digunakan untuk tenaga industri. Pada mulanya

yang dipertimbangkan adalah ukuran kincirnya, yang membatasi debit dan head

yang dapat dimanfaatkan.

Perkembangan kincir air menjadi turbin modern membutuhkan jangka waktu

yang cukup lama. Perkembangan yang dilakukan dalam waktu revolusi industri

menggunakan metode dan prinsip ilmiah. Mereka juga mengembangkan teknologi

material dan metode produksi baru pada saat itu.

Kata "turbine" ditemukan oleh seorang insinyur Perancis yang bernama

Claude Bourdin pada awal abad 19, yang diambil dari terjemahan bahasa Latin

dari kata "whirling" (putaran) atau "vortex" (pusaran air). Perbedaan dasar antara

turbin air awal dengan kincir air adalah komponen putaran air yang memberikan

energi pada poros yang berputar. Komponen tambahan ini memungkinkan turbin

dapat memberikan daya yang lebih besar dengan komponen yang lebih kecil.

Turbin dapat memanfaatkan air dengan putaran lebih cepat dan dapat

memanfaatkan head yang lebih tinggi. (Untuk selanjutnya dikembangkan turbin

impulse yang tidak membutuhkan putaran air).

Runtutan Sejarah

Sebuah sudu turbin Francis yang menghasilkan daya

hampir 1 juta hp. Sedang dipasang pada bendungan Grand Coulee.

Sebuah sudu tipe baling-baling yang menghasilkan daya 28 ribu hp.

Ján Andrej Segner mengembangkan turbin air reaksi pada pertengahan tahun

1700. turbin ini mempunyai sumbu horizontal dan merupakan awal mula dari

turbin air modern. Turbin ini merupakan mesin yang simpel yang masih

diproduksi saat ini untuk pembangkit tenaga listrik skala kecil. Segner bekerja

dengan Euler dalam membuat teori matematis awal untuk desain turbin.

Pada tahun 1820, Jean-Victor Poncelet mengembangkan turbin aliran

kedalam.

Pada tahun 1826, Benoit Fourneyon mengembangkan turbin aliran

keluar. Turbin ini sangan efisien (~80%) yang mengalirkan air melalui saluran

dengan sudu lengkung satu dimensi. Saluran keluaran juga mempunyai

lengkungan pengarah.

Pada tahun 1844, Uriah A. Boyden mengembangkan turbin aliran

keluar yang meningkatkan performa dari turbin Fourneyon. Bentuk sudunya

mirip dengan turbin Francis.

Pada tahun 1849, James B. Francis meningkatkan efisiensi turbin

reaksi aliran kedalam hingga lebih dari 90%. Dia memberikan test yang

memuaskan dan mengembangkan metode engineering untuk desain turbin air.

Turbin Francis dinamakan sesuai dengan namanya, yang merupakan turbin air

modern pertama. Turbin ini masih digunakan secara luas di dunia saat ini.

Turbin air aliran kedalam mempunyai susunan mekanis yang lebih

baik dan semua turbin reaksi modern menggunakan desain ini. Putaran massa

air berputar hingga putaran yang semakin cepat, air berusaha menambah

kecepatan untuk membangkitkan energi. Energi tadi dibangkitkan pada sudu

dengan memanfaatkan berat jatuh air dan pusarannya. Tekanan air berkurang

sampai nol sampai air keluar melalui sirip turbin dan memberikan energi.

Sekitar tahun 1890, bantalan fluida modern ditemukan, sekarang

umumnya digunakan untuk mendukung pusaran turbin air yang berat. Hingga

tahun 2002, bantalan fluida terlihat mempunyai arti selama lebih dari 1300

tahun

Sekitar tahun 1913, Victor Kaplan membuat turbin Kaplan, sebuah tipe

mesin baling-baling. Ini merupakan evolusi dari turbin Francis tetapi

dikembangkan dengan kemampuan sumber air yang mempunyai head kecil.

Sebuah Konsep Baru

Pada umumnya semua turbin air hingga akhir abad 19 (termasuk kincir

air) merupakan mesin reaksi; tekanan air yang berperan pada mesin dan

menghasilkan kerja. Sebuah turbin reaksi membutuhkan air yang penuh dalam

proses transfer energi.

Pada tahun 1866, tukang pembuat gilingan di California, Samuel

Knight menemukan sebuah mesin yang mengerjakan tuntas sebuah konsep

yang berbeda jauh. Terinspirasi dari system jet tekanan tinggi yang digunakan

dalam lapangan pengeboran emas hidrolik, Knight mengembangkan ceruk

kincir yang dapat menangkap energi dari semburan jet, yang ditimbulkan dari

energi kinetik air pada sumber yang cukup tinggi (ratusan kaki) yang dialirkan

melalui sebuah pipa saluran. Turbin ini disebut turbin impulse atau turbin

tangensial. Aliran air mendorong ceruk disekeliling kincir turbin pada

kecepatan maksimum dan jatuh keluar sudu dengan tanpa kecepatan.

Pada tahun 1879, Lester Pelton, melakukan percobaan dengan kincir

Knight, dikembangkanlah desain ceruk ganda yang membuang air kesamping,

menghilangkan beberapa energi yang hilang pada kincir Knight yang

membuang sebagian air kembali melawan kincir. Sekitar tahun 1895, William

Doble mengembangkan ceruk setengah silinder milik Pelton menjadi ceruk

berbentuk bulat memanjang, termasuk sebuah potongan didalamnya yang

memungkinkan semburan untuk membersihkan masukan ceruk. Turbin ini

merupakan bentuk modern dari turbin Pelton yang saat ini dapat memberikan

efisiensi hingga 92%. Pelton telah memprakarsai desain yang efektif,

kemudian Doble mengambil alih perusahaan Pelton dan tidak mengganti

namanya menjadi Doble karena nama Pelton sudah dikenal.

Turgo dan turbin aliran silang merupakan desain turbin impulse

selanjutnya.

Teori Pengoperasian

Aliran air diarahkan langsung menuju sudu-sudu melalui pengarah,

menghasilkan daya pada sirip. Selama sudu berputar, gaya bekerja melalui suatu

jarak, sehingga menghasilkan kerja. Dalam proses ini, energi ditransfer dari aliran air

ke turbin.

Turbin air dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu turbin reaksi dan

turbin impuls. Kepresisian bentuk turbin air, apapun desainnya, semua

digerakkan oleh suplai tekanan air.

Turbin Reaksi

Turbin reaksi digerakkan dengan air, yang merubah tekanan sehingga

melewati turbin dan menaikkan energi. Turbin reaksi harus menutup untuk mengisi

tekanan air (pengisap) atau mereka harus sepenuhnya terendam dalam aliran air.

Hukum ketiga Newton menggambarkan transfer energi untuk turbin

reaksi Turbiin air yang paling banyak digunakan adalah turbin reaksi. Turbin

reaksi digunakan untuk aplikasi turbin dengan head rendah dan medium.

Turbin Implus

Turbin impuls merubah aliran semburan air. Semburan turbin membentuk

sudut yang membuat aliran turbin. Hasil perubahan momentum (impuls) disebabkan

tekanan pada sudu turbin. Sejak turbin berputar, gaya berputar melalui kerja dan

mengalihkan aliran air dengan mengurangi energi.

Sebelum mengenai sudu turbin, tekanan air (energi potensial)

dikonversi menjadi energi kinetik oleh sebuah nosel dan difokuskan pada

turbin. Tidak ada tekanan yang dirubah pada sudu turbin, dan turbin tidak

memerlukan rumahan untuk operasinya.

Hukum kedua Newton menggambarkan transfer energi untuk turbin impuls.

Turbin impuls paling sering digunakan pada aplikasi turbin tekanan sangat

tinggi.

Daya

Tenaga yang didapat dari aliran air adalah,

 P = η ´ ρ ´ g ´ h ´ i

Dimana

 · P = Daya (J/s or watts)

· η = efisiensi turbin

· ρ = massa jenis air (kg/m3)

· g = percepatan gravitasi (9.81 m/s2)

· h = head (m). Untuk air tenang, ada perbedaan berat antara

permukaan masuk dan keluar. Perpindahan air memerlukan komponen

tambahan untuk ditambahkan untuk mendapatkan aliran energi kinetik. Total

head dikalikan tekanan head ditambah kecepatan head.

i = aliran rata-rata (m3/s)

Pompa Penyimpanan

Beberapa turbin air didesain untuk pompa penyimpan hidroelektrik. Pompa

ini dapat mengalirkan dan mengoperasikan pompa untuk memenuhi reservoir tinggi

selama listrik tidak beroperasi dan kemudian kembali ke turbin untuk

membangkitkan daya selama permintaan listrik tidak beroperasi. Turbin tipe ini

biasanya berupa desain turbin Deriaz atau Francis.

Turbin air modern dioperasikan pada efisiensi mekanis lebih dari 90% (tidak

terpengaruh efisiensi termodinamika).

Jenis-Jenis Turbin Air

Turbin reaksi

· Francis

· Kaplan, Propeller, Bulb, Tube, Straflo

· Tyson

· Kincir air

Turbin Impuls

· Pelton

· Turgo

· Michell-Banki (juga dikenal sebagai turbin crossflow atau ossberger).

III. Penutup

Kesimpulan

Dari makalah diatas maka dapat kita ketahui bahwa sumber daya yang

disediakan oleh alam dapat dimanfaatkan untuk berbagai hal. Yang dalam hal

ini adalah air yang bisa dimanfaatkan menjadi tenaga listrik. Adanya air yang

mengalir bisa dimanfaatkan menjadi energi listrik dengan adanya turbin air

yang digerakan oleh air yang mengalir. Air yang mengalir di buat bendungan

atau waduk. Air yang ada di bendungan dialirkan melalui INTAKE(pintu

masuk air ke dalam pipa) yang ujungnya terdapat sebuah TURBINE yang

mengubah energi air menjadi energi gerak. Selanjutnya energi gerak yang

dihasilkan turbine mengerakan GENERATOR yang menghasilkan energi

listrik yang dilanjutkan ke main transformer untuk mengirim aliran listrik ke

konsumen.

Saran

Dengan adanya ketersediaan air yang cukup banyak maka kita

sebaiknya memanfaatkan sumber air tersebut untuk kebutahn kita. Antara lain

kebutuh listik, sehingga kita dapat memanfaatka tenaga tersebut dengan

bantuan turbin-turbin yang dapat dibuat dengan sederhana. Dengan adanya

sumber air tersebut maka kita tidak perlu kawatir lagi dengan kekurangan

tenaga listrik.