Bila pada aliran tersebut di atas diambil suatu jumlah air tiap 1 kg untuk diperhitungkan, hal ini dinamakan “ spesifik energi” satuannya dalam Nmkg,
karena dibagi massa kg maka didapat.
e
t
=
2 v2
ρ P
z .
g
= konstan Nmkg 2.7
Kemudian dibagi kembali dengan percepatan gravitasi g, akan didapat salah satu ruas dari persamaan Bernoulli, yang mempunyai arti ketinggian.
2 v2
.g P
z H
= konstan m 2.8
Persamaan diatas yang terkenal dengan sebutan persamaan Bernoulli. Pada tiap saat dan tiap posisi yang ditinjau dari suatu aliran di dalam pipa tanpa
gesekan yang tidak bergerak, akan mempunyai jumlah energi ketinggian tempat, tekanan dan kecepatan yang sama besar. Persamaan Bernoulli umumnya ditulis
dalam bentuk : z
1
2 1
.g P1
v
1 2
= z
2
2 1
.g P2
v
2 2
2.9
Konversi Energi
Aliran air dari suatu tempat yang relatif lebih tinggi ke tempat yang relatif lebih rendah akan menghasilkan energi hidrolik potensial. Energi dari aliran ini
dapat dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga air dengan mengkonversinya menjadi energi mekanik pada poros turbin.
2.2. Pengukuran Head
Pada pembangkit tenaga air seperti pada gambar 2.2 perbedaan antara level reservoir atas Z
res
dan level air terendah Z
tw
disebut head kotor gross head.
2.10
Head kotor gross head ini dapat disamakan dengan energi hidrolis spesifik kotor gross specific hydraulic energy.
2.11 Dimana g adalah gravitasi. Ketika debit air Q [m
3
detik] melewati pembangkit, daya yang keluar adalah
2.12 Dimana :
P
gr
= daya kotor gross power dari pembangkit Watt ⍴
= massa jenis air kgm
3
Q = debit air m
3
detik Untuk mengetahui sistem tenaga air lebih jauh, pada gambar 2.1 energi
hidrolis spesifik antara bidang 3 dan 1 dapat dilihat pada turbin. Energi spesifik ini adalah energi spesifik bersih net specific energy ini dan dinyatakan
dengan 2.13
Dan head bersih net head dari turbin adalah 2.14
Gambar 2.2. Pengukuran Head http:www.ccitonline.commekanikaltiki- view_blog.php?blogId=284
Dari gambar 2.2 dapat diperoleh dua cara mendapatkan head bersih H
n
. Yang pertama
2.15 Dan cara lainnya adalah
2.16 Dimana H
p
adalah head piezometric di atas level air terendah diukur dari bidang 1, C
2
2g head dinamis pada bidang 1, dan E
L
g adalah rugi energi hidrolis spesifik antara reservoir dan bidang 1 yang diubah menjadi head loss H
L
.
2.3. Turbin Air
Tenaga air yang pertama yang mulai digunakan pada abad pertama sebelum masehi. Tenaga air mulai digunakan oleh manusia sudah sekitar 2000
tahun yang lalu yaitu ketika bangsa Yunani dan Romawi sudah mengenal kincir air, yang mana mereka meletakkan kincir air itu secara vertikal di aliran sungai
yang panjang. Kincir air ini digunakan tenaganya untuk menggiling jagung dengan menggunakan roda gigi.. Tenaga air yang ditimbulkan oleh adanya energi
potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh arus sungai yang mengalir tersebut yang akan memutar kincir air itu, oleh karena itu beroperasi penggilingan.
Penggilingan menjadi tugas yang utama dilakukan dengan tenaga air kemudian, dan pada perkembangannya kincir ini kemudian dikembangkan oleh bangsa-
bangsa di Asia dan Eropa Timur pada masa setelah itu yaitu sekitar abad ke 4.
Gambar 2.3. Kincir Air http:ovalezoval.blogspot.com201104pembangkit- listrik-tenaga-mikrohidro.html
Karena kincir air sudah terkenal di berbagai tempat di dunia pada waktu itu, maka manusia mulai memikirkan tentang bagaimana cara meningkatkan
kegunaan dari tenaga air tersebut. Manusia mulai mengubah bentuk kincir air dari keadaan yang sebelumnya, hal ini merupakan suatu langkah yang penting bagi
perkembangan teknologi kinci air pada waktu itu. Bentuk kincirpun mulai
bervariasi ada yang dipasang secara horisontal dengan arah putaran roda dari kiri ke kanan. Kincir yang vertikal dipasang tegak ke atas, bergerak dari bawah ke
atas. Pada awalnya, kincir air dipasang sedemikian sehingga pusat dari kincir tersebut berada di atas permukaan air dan arus air akan menggerakkan bagian
bawah dari kincir tersebut sehingga kincir air dapat berputar. Kemudian, mereka akan mencelupkan kincir di bawah permukaan air yang melebihi dari orientasi
yang sebelumnya. Pada abad ke 18, John Smeaton menguji kedua-duanya orientasi di atas dan menemukan bahwa kincir yang bekerja mendapatkan
efisiensi yang lebih tinggi. Pada abad sesudahnya para insinyur telah dapat menyempurnakan kincir air menemukan dua peningkatan, diantaranya adalah
sudu dari kincir air yang dibengkokkan dapat bekerja lebih baik ,dan yang kedua adalah dapat diketahui posisi yang lebih tepat dari roda sehingga dihasilkan kincir
air yang efisien. Pengembangan ini membantu orang-orang dalam penggunaan dari kincir air yang sudah mempunyai tenaga yang lebih dari sebelumnya. Tenaga
yang lebih tersebut tidak hanya untuk menggiling hasil panen seperti jagung dan gandum, tetapi juga dapat digunakan sebagai tenaga untuk menggerakkan
konveyor, sehingga masalah pengangkutan di dalam suatu pengilingan dapat diatasi dengan penggunaan tenaga kincir air. Pada abad ke 19, turbin air telah
ditemukan, dan lambat laun mulai menggeser penggunaan dari kincir air. Manusia mulai meninggalkan kincir air karena melihat bahwa turbin air jauh lebih efisien
dibanding dengan kincir air. Bagaimanapun, kincir air masih tersisa di seluruh dunia sampai hari ini.
Turbin air ditemukan setelah kincir air, turbin air ini menggunakan energi gravitasi untuk memutar poros. James Francis menyempurnakan turbin yang
dirancang oleh Samuel Howds dengan cara membuat kurva pada sudu-sudunya, dan selanjutnya dikenal sebagai turbin Francis. Turbin ini digunakan untuk jangka
waktu yang lama dalam suatu, tetapi kemudian mesin uap menggantikan turbin dalam pemakaian tenaga penggilingan dan lainnya. Bagaimanapun, turbin Francis
akan selalu digunakan sebagai salah satu dari sumber tenaga air. Di dalam usaha untuk mengendalikan sungai dan arus air, manusia mulai
untuk menciptakan bendungan-bendungan yang mempunyai bentuk seperti yang dibuat oleh berang-berang. Struktur ini digunakan untuk mengarahkan atau
