3
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
Mikrohidro atau yang dimaksud dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro PLTMH, adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang
menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan ketinggian jatuhnya air
Head dan jumlah debit air. Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air.
Menurut data dari departemen ESDM tahun 2006, Potensi tenaga air di seluruh Indonesia diperkirakan sebesar 75.67 GW. Hingga saat ini baru
dimanfaatkan sebesar 4.2 GW atau sekitar 5.55 nya saja. Pembangkit listrik mikrohidro mengacu pada pembangkit listrik dengan skala di bawah 200
kW. Banyak daerah pedesaan di Indonesia yang dekat dengan aliran sungai yang
memadai untuk
pembangkit listrik
pada skala
yang demikian. Diharapkan dengan memanfaatkan potensi yang ada di desa-desa
tersebut dapat memenuhi kebutuhan energinya sendiri dalam mengantisipasi kenaikan biaya energi atau kesulitan jaringan listrik nasional untuk
menjangkaunya. PLTMH juga termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut Clean
energy karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTMH dipilih karena konstruksinya yang sederhana, mudah dioperasikan, serta mudah dalam
perawatan dan penyediaan suku cadang.
Gambar 2.1 Skema PLTMH
4 Perhitunganya teknis daya PLTMH adalah sebagai berikut:
P = ρ Q g H
2.0
P = Daya W Q = Debit Aliran Air m
3
s H = Head m
ρ = massa jenis air kgm
3
g = percepatan gravitasi ms
2
Berdasarkan persamaan daya teknis PLTMH terlihat debit dan tinggi jatuhnya air sangat menentukan seberapa besar daya yang akan dihasilkan oleh
sistem PLTMH yang akan dirancang. Secara teknis, mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air sebagai sumber energi, turbin, dan generator.
2.2 Turbin Air
Turbin adalah alat yang berfungsi merubah energi dari air menjadi energi mekanis putar. Energi mekanis ini kemudian akan diubah menjadi energi
listrik oleh generator. Turbin banyak sekali macamnya, berdasarkan cara kerjanya dibagi menjadi 2 yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.
Turbin reaksi adalah turbin yang cara kerjanya merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi kinetik. 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. Contoh turbin reaksi adalah turbin francis, turbin propeller dan turbin kaplan.
Turbin francis dapat berupa volute-case ataupun open-flume. Konstruksi rumah keong spiral case memungkinkan air terdistribusi secara uniform
sepanjang perimeter dari runner dan guide vane menyalurkan air tersebut pada sudut yang tepat. Sudu runner merupakan profil yang kompleks dan terendam
air. Dorongan air ke sudu runner memindahkan energi air ke runner sebelum air tersebut keluar turbin lewat draft tube. Turbin Francis biasanya mempunyai
5 guide-vane yang dapat diatur. Gerakan guide-vane ini mengatur aliran air yang
masuk ke runner dan biasanya dihubungkan dengan sistem governor yang mengatur besar laju aliran air. Jika aliran air berkurang maka efisiensi turbin
juga turun.
Gambar 2.2 Turbin Francis
Turbin propeller pada dasarnya terdiri dari sebuah propeller baling- baling, yang sama bentuknya dengan baling-baling kapal laut, yang dipasang
pada tabung setelah pipa pesat. Poros turbin menyambung keluar dari tabung. Turbin propeller biasanya mempunyai tiga sampai enam sudu, biasanya tiga
sudu untuk turbin yang mempunyai head sangat rendah dan aliran air diatur oleh sudu statis atau wicket gate yang dipasang tepat di hulu propeller. Turbin
propeller ini dikenal sebagai fixed blade axial flow turbine karena sudut sudu rotornya tidak dapat diubah. Efisiensi operasi turbin pada beban untuk turbin
jenis ini sangat rendah. Untuk hydropower yang berskala lebih besar maka dipakai turbin propeller
yang lebih canggih. Pada turbin ini sudu propeller dan wicket gate dapat diatur sehingga efisiensi nya pada saat beroperasi pada beban rendah tetap baik.
Turbin dengan variable pitch ini dikenal sebagai turbin kaplan. Untuk turbin propeller dan turbin Kaplan dapat dilihat pada gambar 2.3.
6
Gambar 2.3 Turbin Propeller Kaplan
Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga
menghasilkan energi kinetik. Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozzle. Air yang keluar nozzle 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 nozzle tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Contoh
turbin impuls adalah turbin Pelton.
Gambar 2.4 Perbandingan Jenis Turbin Berdasarkan Debit Air dan Head
7 Selanjutnya adalah pemilihan jenis turbin didasarkan dari perbandingan
antara debit air dan head dapat dilihat pada gambar 2.4. Dipilih turbin pelton pada perancangan kali ini karena tidak membutuhkan debit air yang besar,
mengingat tempat dan ukuran alat seminimal mungkin. Turbin Pelton pertama kali ditemukan oleh insinyur dari Amerika yaitu
Lester A. Pelton pada tahun 1880. Turbin ini dioperasikan pada head sampai 1800 m, turbin ini relative membutuh kan jumlah air yang lebih sedikit dan
biasanya porosnya dalam posisi mendatar. Prinsip kerja turbin pelton adalah mengubah daya fluida dari air menjadi daya poros untuk digunakan memutar
generator listrik. Pada sudu-sudu turbin, energi aliran air diubah menjadi energi mekanik oleh roda turbin. Apabila roda turbin dihubungkan dengan poros
generator listrik, maka energi mekanik putaran roda turbin diubah menjadi energi listrik pada generator.
Turbin pelton sendiri mempunyai beberapa komponen utama yaitu nozzle yang berfungsi mengarahkan aliran air, kedua yaitu sudu turbin yang berfungsi
menangkap aliran air dan juga rumah turbin untuk tempat roda jalan dan penahan air yang keluar dari sudu-sudu turbin.
Gambar 2.5 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
8 pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping.
Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nozzle. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil
dan mangkuk sudu lebih kecil.
Kemudian untuk penghitungan pada skripsi kali ini digunakan teori tentang laju aliran volume air atau disebut juga debit aliran Q yaitu jumlah
volume aliran per satuan waktu. Debit aliran dapat dituliskan pada persamaan sebagai berikut :
Q = A.v 2.1
Dimana : v = Kecepatan aliran ms
A = Luas penampang pipa m Q = Debit aliran m
³
s Selain persamaan di atas dapat juga menggunakan persamaaan sebagai
berikut: Q = Vt
2.2 Dimana :
V = Volume aliran m
3
Q = Debit aliran m
³
s t = waktu aliran s
Untuk mengetahui Head yang ada pada perancangan PLTMH dapat menggunakan rumus 2.3. Rumus ini merupakan penerapan dari hukum
bernoulli untuk menghitung kecepatan zat cair yang keluar dari dasar sebuah wadah.
Gambar 2.6 Kecepatan Zat Cair yang Keluar Dari Dasar Sebuah Wadah
9 Kita terapkan persamaan Bernoulli pada titik 1 permukaan wadah dan
titik 2 permukaan lubang. Karena diameter lubang pada dasar wadah jauh lebih kecil dari diameter wadah, maka kecepatan zat cair di permukaan wadah
dianggap nol v1 = 0. Permukaan wadah dan permukaan lubang terbuka sehingga tekanannya sama dengan tekanan atmosfir P1 = P2. Dengan
demikian, persamaan Bernoulli untuk kasus ini adalah:
Massa jenis zat cair air sama, maka kita sederhanakan.
v = √2gH
2.3 Dimana :
H = Head m g = percepatan gaya gravitasi m
2
s Selanjutnya adalah persamaan kontinuitas yaitu perkalian antara luas
penampang dan kecepatan fluida pada setiap titik sepanjang tabung aliran adalah konstan. Persamaan berikut menunjukkan bahwa kecepatan fluida
berkurang ketika melalui pipa lebar dan bertambah ketika melewati pipa sempit.
Gambar 2.7 Persamaan Kontinuitas
Q
1
= Q
2
A
1
v
1
= A
2
v
2
2.4
10
2.3 Generator
Kategori