4
dan ketinggian air head yang cukup untuk menghasilkan daya mekanik dalam memutar
turbin untuk menghasilkan energi listrik yang dibutuhkanPutra, 2010. Terdapat tiga kategori berdasarkan kapasitas daya maksimum yang dibangkitkan untuk
pembangkit listrik tenaga air yaitu Anonim.2003 : 1.
Pembangkit listrik tenaga air skala besar: kapasitas daya yang dibangkitkan di atas 10 MW.
2. Pembangkit listrik tenaga minihidro: kapasitas daya yang dibangkitkan antara 200 kW
sampai dengan 10 MW. 3.
Pembangkit listrik tenaga mikrohidro: kapasitas daya yang dibangkitkan di bawah 200 kW.
Pembangkit listrik tenaga minihidro memiliki tiga komponen utama yaitu air sumber energi, turbin, dan generator. Besarnya daya mekanik yang dapat dihasilkan PLTM di turbin
dapat dihitung sebagai berikut :
P = x g x
x
...............................................................................................................................................
2.1 dimana :
P = Kapasitas daya terpasangdi turbin kW
= Efisiensi turbin 0.92 g
= Konstanta percepatan gravitasi, 9.81 ms
2
Q
d
= Debit perencanaan m
3
det H
n
= Tinggi jatuh netto meter
2.3 Bagian – Bagian Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro PLTM
Secara umum PLTM memiliki 3 komponen utama dalam membangkitkan energi listrik, yaitu :
2.3.1 Air
Air merupakan sumber energi karena air tersimpan energi potensial pada air jatuh dan energi kinetik pada air mengalir. Tenaga air hydropower adalah energi yang diperoleh dari
air yang mengalir. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan dengan ketinggian
5
tertentu menuju rumah instalasirumah turbin. Di rumah instalasi air tersebut akan menggerakkan turbin dimana turbin sendiri akan menerima energi air dan mengubahnya
menjadi energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Poros yang berputar tersebut akan menggerakkan generator dengan menggunakanv-belt. Dari generatorakan dihasilkan energi
listrik yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke rumah-rumah atau beban.
2.3.2 Turbin Air
Berfungsi untuk mengubah energi air potensial, tekanan dan kinetik menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros torsi. Putaran poros turbin diteruskan ke poros
generator listrik untuk menghasilkan energi listrik. Untuk menghasilkan putaran poros didasarkan atas SSM, 2013 :
a. Tinggi air water head b. Arus desain
c. Kecepetan rotasi rotational speed Dengan efisiensi turbin rancangan yang telah diperoleh, perhitungan daya turbin dapat
diperoleh dengan persamaan : ....................................................................................................... 2.2
Dimana : P
= Daya turbin kW ρ
= Massa jenis air kgm
3
= Percepatan gravitasi mdet
2
= Tinggi jatuh efektif m η
= Efisiensi turbin Kecepetan spesifikasi turbin berhubungan dengan putaran turbin dan faktor kavitasi.
Untuk menentukan kecepatan spesifik yang sesuai, agar penempatan turbin tinggi hisap turbin bebas dari kavitasi, maka dilakukan perhitungan dengan menetapkan kecepatan putar
turbin yang telah ada dipasaran SSM, 2013.
6
Turbin dan generator dikopel langsung agar memiliki putaran yang sama. Kecepatan spesifik turbin ditentukan dengan persamaan :
....................................................................................................... 2.3
Dimana : = Kecepatan spesifik
= Kecepatan putaran turbin rpm = 1000 rpm = Daya turbin
= Tinggi jatuh air efektif m
1. Turbin impuls
Energi potensialyang dihasilkan air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air yang keluar dari nozle mempunyai kecepatan yang tinggi untuk memutar sudu turbin. Setelah
membentuk sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum impulse. Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin dengan
tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfer sekitarnya. Semua energi dengan ketinggian dan tekanan ketika masuk
ke sudu, jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Adapun bagian - bagianturbin impuls adalah sebagai berikut Watt, 2005 :
a. Turbin pelton Turbin pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang
disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nozel. Turbin pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin pelton adalah turbin yang cocok
digunakan untuk head tinggi.
7
Gambar 2.1 Turbin Pelton Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
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. Turbin pelton untuk
pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikrohead 20 meter sudah mencukupi.
b. Turbin turgo Turbin turgo dapat beroperasi pada head 30 sampai dengan 300 meter. Turbin turgo
merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle memutar 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.
8
Gambar 2.2 Sudu turbin turgo Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
c. Turbin crossflow Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki
merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat dioperasikan
pada debit 20 litressec hingga 10 m
3
sec dan head antara 1 sampai dengan 200 m. Turbin crossflow 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 memutar 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 2.3 Turbin Crossflow
9
Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
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. Adapun yang
termasuk turbin reaksi adalah sebagai berikut : 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 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 2.4 Turbin francis Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
10
b. Turbin kaplan propeller Turbin kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusun
dari propeller seperti pada perahu. Propeller tersebut biasanyamempunyai tiga hingga enam sudu.
Gambar 2.5 Turbin Kaplan Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
2.3.3 Generator
