Teori Dasar Aliran TINJAUAN PUSTAKA

13

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teori Dasar Aliran

Air yang mengalir mempunyai energi yang dapat digunakan untuk memutar roda turbin, karena itu pusat-pusat tenaga air dibangun di sungai dan didaerah pengunungan. Pusat tenaga air tersebut dapat dibedakan dalam 2 golongan, yaitu pusat tenaga air tekanan tinggi dan pusat tenaga air tekanan rendah. Dengan menggunakan pipa, air tersebut dialirkan ke rumah pusat tenaga, yang dibangun dibagian bawah bendungan, dan didalam rumah tersebut telah dipasang sebuah nozzle, lewat nozzle itulah air akan menyemprot ke luar dan memutar roda turbin, Gambar 2 Pengukuran aliran air sungai. kemudian air tersebut dibuang ke sungai. Dari selisih tinggi permukaan air atas dan permukaan air bawah terdapat tinggi air jatuh h. Dengan menggunakan rumus-rumus mekanika fluida, daya turbin, luas penampang lintang saluran dan dimensi bagian-bagian turbin lainnya serta bentuk energi dari aliran air dapat ditentukan. Daya yang dihasilkan turbin Sebagaimana diketahui dari ilmu fisika, setiap benda yang berada diatas permukaan bumi, mempunyai energi potensial yang dirumuskan sebagai berikut : E = m.g.h 2.1 dimana E adalah energi potensial, m adalah massa, g adalah percepatan gravitasi dan h adalah tinggi relatif terhadap permukaan bumi. Dari rumus 2.1 dapat ditulis : dE = dm.g.h 14 dimana dE adalah energi yang dibangkitkan oleh elemen massa dm yang melalui jarak h. Bilamana didefinisikan Q sebagai debit air menurut rumus berikut : Q = dmdt dengan Q adalah debit air, dm adalah elemen masa air dan dt adalah elemen waktu, maka dapat ditulis : P = dEdt P = dmdt.g.h P= Q.g.h 2.2 Daya yang dihasilkan turbin dihitung dengan menggunakan persamaan 2.2, tidak memperhitungkan efisiensi dari turbin yang digunakan. Persamaan 2.2 bila memperhitungkan efisiensi turbin maka dapat dituliskan pada persamaan dibawah ini [9] : P = η t .γ . Q. h 2.3 dimana P adalah daya yang dihasilkan turbin kW, η t adalah efisiensi turbin, γ adalah berat jenis air 9,18 kNm 3 , Q adalah kapasistas aliran m 3 s, h adalah beda ketinggian bersih m Head Bersih Net Head Head bersih adalah selisih antara head ketinggian kotor dengan head kerugian di dalam sistem pemipaan pembangkit listrik tenaga mikro hidro tersebut. Head kotor gross head adalah jarak vertikal antara permukaan air sumber dengan ketinggian air keluar saluran turbin tail race untuk turbin reaksi dan keluar nozzle untuk turbin impuls. Head kerugian didalam sistem pipa yaitu berupa head kerugian didalam pipa dan head kerugian pada kelengkapan perpipaan seperti sambungan, katup, percabangan, difuser dan sebagainya. Head kerugian aliran didalam pipa dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan [10] : = 2.4 dimana V adalah kecepatan rata-rata aliran didalam pipa ms, f adalah koefisien kerugian gesek, g adalah percepatan grafitasi 9,8ms 2 , L adalah panjang pipa m, dan D adalah diameter dalam pipa m. Head kerugian aliran didalam sistem kelengkapan pipa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan [10] : = 2.5 dimana k adalah koefisien kerugian yang besarnya tergantung dengan jenis kelengkapan sistem perpipaan tersebut. 15 Namun dengan karena head kerugian pada kelengkapan pipa kecil maka kerugian ini dapat diabaikan. Bila persamaan head kerugian disubstitusikan ke dalam persamaan1, maka dihasilkan sebagai berikut : = 2.6 Dengan menggunakan hubungan debit air A = A.V maka daya yang dihasilkan oleh turbin = . 2.7 dari persamaan diatas didapat daya yang dihasilkan turbin maksimum apabila = . 2.8 = 0 Dua valiabel yang terdapat di dalam persamaan 2.5 belum diketahui yaitu faktor gesekan f dan diameter pipa pesat penstock D. Persamaan 2.5 diselesaikan dengan perhitungan coba-coba untuk mendapatkan diameter pipa pesatpenstock sehingga didapatkan harga gesekan yang minimum.

2.2. Mikro Hidro