PROJECT FISIKA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
PROJECT FISIKA
“ PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)”
Di susun oleh:
1. Ashari Anhar
2. Hefri Maulana Rizka
3. Nur Khalim Bachtiar R.
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
PRODI S1 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)
A. Prinsip kerja dari PLTA
PLTA merupakan salah satu tipe pembangkit yang ramah lingkungan, karena menggunakan air
sebagai energi primernya. Energi primer air dengan ketinggian tertentu digunakan untuk
menggerakkan turbin yang dikopel dengan generator.
Pembangkit Listrik Tenaga Air merupakan pusat pembangkit tanaga listrik yang mengubah energi
potensial air ( energi gravitasi air ) menjadi energi listrik. Mesin penggerak yang digunakan adalah
turbin air untuk mengubah energi potensial air menjadi kerja mekanis poros yang akan memutar
rotor pada generator untuk menghasilkan energi listrik.
Air sebagai bahan baku PLTA dapat diperoleh dapat diperoleh dengan berbagai cara misalnya, dari
sungai secara langsung disalurkan untuk memutar turbin, atau dengan cara ditampung dahulu
( bersama – sama air hujan ) dengan menggunakan kolam tando atau waduk sebelum disalurkan
untuk memutar turbin.
Prinsip kerja PLTA
1. Aliran sungai dengan jumlah debit air sedimikian besar ditampung dalam waduk yang ditunjan
dalam betuk bangunan bendungan
2. Air tersebut dialirkan melalui saringan power intake
3. Kemudian masuk ke dalam pipa pesat (penstock)
4. Untuk mengubah energi potensial menjadi energi kinetik. Pada ujung pipa dipasang katup
utama
(Main Inlet Valve)
5. Untuk mengalirkan air ke turbin ,katub utama akan diutup secara otomatis apabila terjadi
gangguan atau di stop atau dilakukan perbaikan/pemeliharaan turbin. Air
yang telah
mempunyai tekanan dan kecepatan tinggi (energi kinetik) dirubah menjadi energi mekanik
dengan dialirkan melalui sirip – sirip pengarah (sudu tetap) akan mendorong sudu
jalan/runner yang terpasang pada turbin
6. Pada turbin , gaya jatuh air yng mendorong baling – baling menyebabkan turbin berputar .
turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan fungsi dorong angin untuk
memutar baling – baling digantikan air untuk memutar turbin. Selanjutnya turbin merubah
energi kinetic yang disebabkan gaya jatuh air menjadi energy mekanik
7. Generator dihubungkan dengan turbin melalui gigi – gigi putar sehingga ketika baling –
baling turbin berputar maka generator ikut berputar. Generator selanjutnya merubah energy
mekanik dari turbin menjadi energy elektrik. listrik pada generator terjadi karena kumparan
tembaga yang diberi inti besi digerakkan (diputar) dekat magnet. bolak-baliknya kutub
magnet akan menggerakkan elektron pada kumparan tembaga sehingga pada ujung-ujung
kawat tembaga akan keluar listriknya.Yang kemudian menhasilkan tenaga lisrik. Air
keluar melalui tail race
8. Selanjutnya kembali ke sungai
9. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh generator masih rrendah, maka dari itu tegangan
tersebut terlebih dahulu dinaikan dengan trafo utama
10. Untuk efisiensi penyaluran energi dari pembangkit ke pusat beban , tegangan tinggi tersebut
kemudian diatur / dibagi di switch yard
11. Dan selanjutnya disalurkan /interkoneksi ke sistem tenaga listrik melalui kawat saluran
tegangan inggi . lisrtrik kemudian dapat disalurkan
B.
Komponen PLTA
1. Waduk ,berfungsi untuk menahan air
2. Main gate, katup prmbka
3. Bendungan, berfungsi menaikkan permukaan air sungai untuk menciptakan tinggi jatuh air.
Selain menyimpan air, bendungan juga dibangun dengan tujuan untuk menyimpan energi.
4. Pipa pesat (penstock) ,berfungsi untuk menyalurkan dan mengarahkan air ke cerobong
turbin. Salah satu ujung pipa pesat dipasang pada bak penenang minimal 10 cm diatas lantai
dasar bak penenang. Sedangkan ujung yang lain diarahkan pada cerobong turbin. Pada
bagian pipa pesat yang keluar dari bak penenang, dipasang pipa udara (Air Vent) setinggi 1
m diatas permukaan air bak penenang. Pemasangan pipa udara ini dimaksudkan untuk
mencegah terjadinya tekanan rendah (Low Pressure) apabila bagian ujung pipa pesat
tersumbat. Tekanan rendah ini akan berakibat pecahnya pipa pesat. Fungsi lain pipa udara
ini untuk membantu mengeluarkan udara dari dalam pipa pesat pada saat start awal PLTMH
mulai dioperasikan. ½ inchDiameter pipa udara ±
5. Katup utama (Main Inlet Valve), berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi
kinetik
6. Turbin merupakan peralatan yang tersusun dan terdiri dari beberapa peralatan suplai air
masuk turbin, diantaranya sudu (runner), pipa pesat (penstock), rumah turbin (spiral
chasing), katup utama (inlet valve), pipa lepas (draft tube), alat pengaman, poros, bantalan
(bearing), dan distributor listrik. Menurut momentum air turbin dibedakan menjadi dua
kelompok yaitu turbin reaksi dan turbin impuls. Turbin reaksi bekerja karena adanya
tekanan air, sedangkan turbin impuls bekerja karena kecepatan air yang menghantam sudu.
7. Generator, Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari
sumber energi mekanis. Generator terdiri dari dua bagian utama, yaitu rotor dan stator.
Rotor terdiri dari 18 buah besi yang dililit oleh kawat dan dipasang secara melingkar
sehingga membentuk 9 pasang kutub utara dan selatan. Jika kutub ini dialiri arus eksitasi
dari Automatic Voltage Regulator (AVR), maka akan timbul magnet. Rotor terletak satu
poros dengan turbin, sehingga jika turbin berputar maka rotor juga ikut berputar. Magnet
yang berputar memproduksi tegangan di kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil"
yang terletak di stator. Lalu tegangan inilah yang kemudian menjadi listrik
8. Draftube atau disebut pipa lepas, air yang mengalir berasla dari turbin
9. Tailrace atau disebut pipa pembuangan
10. Transformator adalah trafo untuk mengubah tegangan AC ke tegangan yang lebih tinggi.
11. .Switchyard (controler)
12. Kabel transmisi
13. Jalur Transmisi, berfungsi menyalurkan energi listrik dari PLTA menuju rumah-rumah dan
pusat industri.
14. Spillway adalah sebuah lubang besar di dam (bendungan) yang sebenarnya adalah sebuah
metode untuk mengendalikan pelepasan air untuk mengalir dari bendungan atau tanggul ke
daerah hilir.
C. Ilmu fisika dan pembahasan
1. Energi Potensial
Energi potensial yaitu energi yang terjadi akibat adanya beda potensial, yaitu akibat
adanya perbedaan ketinggian.semakin tinggi air berasal semakin besar pula tenaga yang
dihasilkan
Besarnya energi potensial yaitu:
Ep = m . g . h
Dimana:
Ep : Energi Potensial
m : massa (kg)
g : gravitasi (9.8 kg/m2)
h : head (m)
2. Debit ait
Saat air jat debit air juga menentuka barapa besar listrik yang dihasilkan dengan rumus
yaitu
Q=v.A
dimana
Q = debit air
v = kecepatan air
A = luas penampang aliran
3. Energi Kinetis
Energi kinetis yaitu energi yang dihasilkan akibat adanya aliran air sehingga timbul air
dengan kecepatan tertentu, yang dirumuskan
Ek = 0,5 m . v2
Dimana:
Ek : Energi kinetis
m : massa (kg)
v : kecepatan (m/s)
4. Energi Mekanis
Energi mekanis yaitu energi yang timbul akibat adanya pergerakan turbin. Besarnya
energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya
energi mekanis
dirumuskan:
Em = T . ω . t
Dimana:
Em : Energi mekanis
T : torsi
ω : sudut putar
t : waktu (s)
5. Generator
Setelah proses pada turbin selanjutnya pada generator, saat baling – baling pada turbin
bergerak rotor juga ikut berputar sesuai dengan persamaan
η = 60 . f / P
dimana:
η : putaran
f : frekuensi
P : jumlah pasang kutub
selain itu banyak sedikitya kumparan pada stator juga mempengaruhi besarnya daya
istrik yang bias dihasilkan oleh pembangkit. Selain itu kita juga harus membicarakan
magnet yang ditemukan oleh fisikawan yaitu Faraday , yaitu tentang induksi
elektromagnetik, . listrik pada generator terjadi karena kumparan tembaga yang diberi
inti besi digerakkan (diputar) dekat magnet. bolak-baliknya kutub magnet akan
menggerakkan elektron pada kumparan tembaga sehingga pada ujung-ujung kawat
tembaga akan keluar listriknya.Yang kemudian menhasilkan tenaga lisrik
induksi magnet dapat dicari dengan persamaan
B=k
I
a
Dengan k =2 x 10−7 NA−2
B = induksi magnetic (Wb/m2=T)
I= kuat arus listrik (A)
a= jarak dari arus listrik (m)
Jika lilitan tersebut dialiri arus eksitasi dari AVR maka akan timbul magnet dari rotor.
Sehingga didapat persamaan:
E=B.V.L
Dimana:
E : Gaya elektromagnet
B : Kuat medan magnet
V : Kecepatan putar
L : Panjang penghantar
induksi generator
Dari ketiga hal tersebut, yang bernilai tetap adalah putaran rotor dan kumparan, sehingga agar
beban yang dihasilkan sesuai, maka yang bisa diatur adalah sifat kemagnetannya, yaitu dengan
mengatur jumlah arus yang masuk. Makin besar arus yang masuk, makin besar pula nilai
kemagnetannya, sedangkan makin kecil arus yang masuk, makin kecil pula nilai
6. Energi Listrik
Ketika turbin berputar maka rotor juga berputar sehingga menghasilkan energi listrik
sesuai persamaan:
El = V . I . t
Dimana:
El : Energi Listrik
V : tegangan (Volt)
I : Arus (Ampere)
t : waktu (s)
7. Daya listrik yang dihasilkannya adalah:
P
W
t
P = daya listrik
W = energy listrik
t = waktu (sekon)
Namun, tidak semua energi potensial dari air diubah menjadi energi listrik. Oleh karena itu kita
mengenal konsep efisiensi:
STUDY KASUS
Spesifikasi lampu yang di gunakan
Tegangan yang mengalir pada aliaran= 220 volt
Tegangan setelah masuk komponen dalam lampu menjadi 4 volt
Daya = 100 watt
Dengan besar tegangan dan daya lampu di atas maka aka di peroleh arus maksimum :
P=V . I m
100=4 . I m
I m=25 A
Dengan diketahui harga Im maka akan dapat dicari GGl induksi elektromagnetik sebesar :
ε m=I m . R , dimana harga R dapat di cari melalui :
Diketahui
ρ = 1,72 x 10-8 Ωm
ℓ=1m
d = 2mm = 2 x 10-3 m
r = 10-3 m
A=π r 2 =π ¿
Sehingga
l
1
−2
R=ρ A =1,72 ×10−8
−6 =0,55× 10 Ω
3,14 × 10
(
)
dengan ketentuan sebagai berikut :
R = hambatan kabel penghantar
ρ = massa jenis bahan kawat yan digunakan (dalam hal ini kami menggunakan tembaga)
ℓ = panjang kawat atau kabel
A = luas penampang kawat atau kabel.
Jadi GGL induksinya
ε m=I m . R
ε m=25 ×0,55 ×10−2=13,7 volt
daya yang dihasilkan generator
P=ε m × I =13,7 ×25=342,5 volt
Selanjutnya setelah ε m ditemukan dapat dicari ω dari rumus ε =NABω. Namun sebelum itu dicari terlebih
dahulu B dengan menggunakan rumus B=
μ0 × I × N
dengan ketentuan :
2l
ℓ = panjang batang yang dililiti oleh kumparan yang mana nilai dari l=30 cm=0,3 m
I = arus yang dialirkan ke lilitan yang harus dicari dengan menggunakan rumus
V 220
I= =
=44 A
R
5
Keterangan :
V = tegangan yang dialirkan pada kumparan (tegangan PLN)
R = hamabatan dalam pada kumparan generator
N = banyaknya lilitan pada kumparan generator dimana yang kami gunakan di sini adalah 400
lilitan
μ0 = tetapan induksi sebesar 4 π . 10−7
Maka
B=
μ0 × I × N 4 π .10−7 .44 .400
=
=0,037T
2l
2. 0,3
dan
2
−2
A=π r =3,14 .(0,1) =3,14 . 10
−2
keterangan :
r = jari-jari pada kumparan generator
Sehingga akan ditemukan kecepatan sudut (ω)
ε =NABω
ε
ω= NAB =
12,1
=104,15 rad /s
400 .3,14 . 10−2 .0,037
Ketika telah diketahui kecepatan sudut (ω) maka dapat dicari percepatan sudut (α ¿ dengan
ω 104,15
α= =
=1041,5 rad /s 2
R
0,1
Untuk mencari momen Inersia yang bekerja pada batang kumparan generator digunakan
1
1
I = ×m ×r 2= .10 . 10−2=5 . 10−2 kg m 2
2
2
Keterangan :
m = massa batang pada kumparan. Dimana disini menggunakan yang seberat 10 kg
r = jari-jari batang kumparan (seperti yang diketahui di atas)
Untuk menghitung momen gaya( τ) pada generator untuk memutar kumparan adalah
τ =I . α =5. 10−2 .1041,5=52,075 Nm
Keterangan :
I = momen inersia yang dicari di atas
α = percepatan sudut yang telah dicari di atas
Untuk menghitung perbedaan kecepatan sudut yang diakibatkan oleh jari-jari penghubung yang
C
B
A
berbeda antara gir yang ada pada generator adalah
Keterangan :
Gir A = gir pada kincir angin
Gir B = gir yang terhubung satu poros dengan gir A dan bersinggungan dengan gir C
Gir C = gir yang terhubung satu poros dengan ujung dari generator
Perbandingan antara gir B dan gir C di buat 6 : 1
dehingga dapat dihitung
v c =v B
ω c . Rc =ω B . RB
ω c R c 104,15.1
ωB = R =
=17,36 rad /s
6
B
sedangkan pada kincir (gir A dan gir B)
diketahui
d A =2 m (jari-jari kincir angin), sehingga R A =1 m
ω A=ωB
ω A=17,36
rad
s
ω
17,36
α A = R A = 1 =17,36 rad /s 2
A
Mencari pada kincir, jika diketahui massa kincir air (mA) adalah 10 kg, jari-jari kincir air sebesar
r1 = 1m, sedangkan jari-jari gir A sebesar r2 = 0,25m
τ =I . α A
¿ m (r 1+r 2 )2 .12,68
¿ 10 .1,56 .12,68
¿ 197,808 Nm
Mencari kecepatan dan debit air yang digunakan untuk memutar kincir
Fsf = Ep
Fsf = m x asf
v2
a sf = R
¿ ω2 R
¿ 12,682 .1
¿ 160,78 rad /s 2
Sehingga gaya sentrifugal F sf =m a sf =10 .160,78=1600,78 N
Gaya sebesar 1600,78 N sama dengan energi sebesar 1600,78 tiap detiknya
(1600,78N=1600,78J/s)
Ketinggian air jatuh yaitu h2 = 10 m, dan Jarak antara
permukaan air dengan lubang kebocoran air yaitu h1 =
5m
E p =F sf
m g h 2=1600,78
m=
1600,78
10.10
m=16,0078 kg
16,0078 kg = 16,0078 liter = 0,160078 m3
V
Sehingga didapatkan debit air sebesar Q= t , maka debit yang dihasilkan adalah 0,160078m3
tiap detiknya sama dengan 16,0078 liter
Sedangkan kecepatan air jatuh dari ketinggian h2 = 10 m, maka
v=√ 2 g h2
¿ √ 2.10 .10
¿ 10 √ 2m/s
Kesimpulan
Dari analisa kam tentang pembangkit listrik tenaga air dapat kita simpulkan bahwa PLTA
menggunakan energi potensial sebagai energi utama, kemudian menjalani beberapa tahap
dan perubahan bentuk energi dari gravitasi menjadi gerak, dari gerak menjadi mekanik dan
dari bantuan generator akan di ubah menjadi energi listrik yang akan disalurkan adapun
kelebihan PLTA adalah
1. Dapat menghapuskan biaya bahan bakar.
2. Memiliki kehidupan ekonomi yang lebih lama
3. Tidak menyebabkan polusi gas rumah kaca
4. Bendungan dari PLTA itu sendiri bisa dimanfaatkan sebagai tempat rekreasi dan irigasi
perairan
5. Bendungan dari PLTA dapat dijadikan tanggul untuk mengantisifasi ketika terjadi banjir.
Sedangkan kelemahannya
1. Mebutuhkan inventasi yang besar
2. Membutuhkan lahan yang luas untuk membuat pusat listrik yang berkapasitas besar
Daftar pustaka
http://www.scribd.com/doc/10571419/Turbin-Uap-Air-Gas
http://mohab.wordpress.com/2008/03/01/bagaimana-plta-bekerja/
http://www.scribd.com/doc/56140667/PRINSIP-KERJA-PLTA
http://gasingsiska.blogspot.com/2011/02/pembangkit-listrik-tenaga-air-plta.html
http://perkembanganpltu.blogspot.com/
http://conan.student.umm.ac.id/2010/02/11/listrik-dan-energi/
http://conan.student.umm.ac.id/2010/02/11/listrik-dan-energi/
http://www.scribd.com/doc/20922279/MEDAN-MAGNETIK
“ PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)”
Di susun oleh:
1. Ashari Anhar
2. Hefri Maulana Rizka
3. Nur Khalim Bachtiar R.
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
PRODI S1 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)
A. Prinsip kerja dari PLTA
PLTA merupakan salah satu tipe pembangkit yang ramah lingkungan, karena menggunakan air
sebagai energi primernya. Energi primer air dengan ketinggian tertentu digunakan untuk
menggerakkan turbin yang dikopel dengan generator.
Pembangkit Listrik Tenaga Air merupakan pusat pembangkit tanaga listrik yang mengubah energi
potensial air ( energi gravitasi air ) menjadi energi listrik. Mesin penggerak yang digunakan adalah
turbin air untuk mengubah energi potensial air menjadi kerja mekanis poros yang akan memutar
rotor pada generator untuk menghasilkan energi listrik.
Air sebagai bahan baku PLTA dapat diperoleh dapat diperoleh dengan berbagai cara misalnya, dari
sungai secara langsung disalurkan untuk memutar turbin, atau dengan cara ditampung dahulu
( bersama – sama air hujan ) dengan menggunakan kolam tando atau waduk sebelum disalurkan
untuk memutar turbin.
Prinsip kerja PLTA
1. Aliran sungai dengan jumlah debit air sedimikian besar ditampung dalam waduk yang ditunjan
dalam betuk bangunan bendungan
2. Air tersebut dialirkan melalui saringan power intake
3. Kemudian masuk ke dalam pipa pesat (penstock)
4. Untuk mengubah energi potensial menjadi energi kinetik. Pada ujung pipa dipasang katup
utama
(Main Inlet Valve)
5. Untuk mengalirkan air ke turbin ,katub utama akan diutup secara otomatis apabila terjadi
gangguan atau di stop atau dilakukan perbaikan/pemeliharaan turbin. Air
yang telah
mempunyai tekanan dan kecepatan tinggi (energi kinetik) dirubah menjadi energi mekanik
dengan dialirkan melalui sirip – sirip pengarah (sudu tetap) akan mendorong sudu
jalan/runner yang terpasang pada turbin
6. Pada turbin , gaya jatuh air yng mendorong baling – baling menyebabkan turbin berputar .
turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan fungsi dorong angin untuk
memutar baling – baling digantikan air untuk memutar turbin. Selanjutnya turbin merubah
energi kinetic yang disebabkan gaya jatuh air menjadi energy mekanik
7. Generator dihubungkan dengan turbin melalui gigi – gigi putar sehingga ketika baling –
baling turbin berputar maka generator ikut berputar. Generator selanjutnya merubah energy
mekanik dari turbin menjadi energy elektrik. listrik pada generator terjadi karena kumparan
tembaga yang diberi inti besi digerakkan (diputar) dekat magnet. bolak-baliknya kutub
magnet akan menggerakkan elektron pada kumparan tembaga sehingga pada ujung-ujung
kawat tembaga akan keluar listriknya.Yang kemudian menhasilkan tenaga lisrik. Air
keluar melalui tail race
8. Selanjutnya kembali ke sungai
9. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh generator masih rrendah, maka dari itu tegangan
tersebut terlebih dahulu dinaikan dengan trafo utama
10. Untuk efisiensi penyaluran energi dari pembangkit ke pusat beban , tegangan tinggi tersebut
kemudian diatur / dibagi di switch yard
11. Dan selanjutnya disalurkan /interkoneksi ke sistem tenaga listrik melalui kawat saluran
tegangan inggi . lisrtrik kemudian dapat disalurkan
B.
Komponen PLTA
1. Waduk ,berfungsi untuk menahan air
2. Main gate, katup prmbka
3. Bendungan, berfungsi menaikkan permukaan air sungai untuk menciptakan tinggi jatuh air.
Selain menyimpan air, bendungan juga dibangun dengan tujuan untuk menyimpan energi.
4. Pipa pesat (penstock) ,berfungsi untuk menyalurkan dan mengarahkan air ke cerobong
turbin. Salah satu ujung pipa pesat dipasang pada bak penenang minimal 10 cm diatas lantai
dasar bak penenang. Sedangkan ujung yang lain diarahkan pada cerobong turbin. Pada
bagian pipa pesat yang keluar dari bak penenang, dipasang pipa udara (Air Vent) setinggi 1
m diatas permukaan air bak penenang. Pemasangan pipa udara ini dimaksudkan untuk
mencegah terjadinya tekanan rendah (Low Pressure) apabila bagian ujung pipa pesat
tersumbat. Tekanan rendah ini akan berakibat pecahnya pipa pesat. Fungsi lain pipa udara
ini untuk membantu mengeluarkan udara dari dalam pipa pesat pada saat start awal PLTMH
mulai dioperasikan. ½ inchDiameter pipa udara ±
5. Katup utama (Main Inlet Valve), berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi
kinetik
6. Turbin merupakan peralatan yang tersusun dan terdiri dari beberapa peralatan suplai air
masuk turbin, diantaranya sudu (runner), pipa pesat (penstock), rumah turbin (spiral
chasing), katup utama (inlet valve), pipa lepas (draft tube), alat pengaman, poros, bantalan
(bearing), dan distributor listrik. Menurut momentum air turbin dibedakan menjadi dua
kelompok yaitu turbin reaksi dan turbin impuls. Turbin reaksi bekerja karena adanya
tekanan air, sedangkan turbin impuls bekerja karena kecepatan air yang menghantam sudu.
7. Generator, Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari
sumber energi mekanis. Generator terdiri dari dua bagian utama, yaitu rotor dan stator.
Rotor terdiri dari 18 buah besi yang dililit oleh kawat dan dipasang secara melingkar
sehingga membentuk 9 pasang kutub utara dan selatan. Jika kutub ini dialiri arus eksitasi
dari Automatic Voltage Regulator (AVR), maka akan timbul magnet. Rotor terletak satu
poros dengan turbin, sehingga jika turbin berputar maka rotor juga ikut berputar. Magnet
yang berputar memproduksi tegangan di kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil"
yang terletak di stator. Lalu tegangan inilah yang kemudian menjadi listrik
8. Draftube atau disebut pipa lepas, air yang mengalir berasla dari turbin
9. Tailrace atau disebut pipa pembuangan
10. Transformator adalah trafo untuk mengubah tegangan AC ke tegangan yang lebih tinggi.
11. .Switchyard (controler)
12. Kabel transmisi
13. Jalur Transmisi, berfungsi menyalurkan energi listrik dari PLTA menuju rumah-rumah dan
pusat industri.
14. Spillway adalah sebuah lubang besar di dam (bendungan) yang sebenarnya adalah sebuah
metode untuk mengendalikan pelepasan air untuk mengalir dari bendungan atau tanggul ke
daerah hilir.
C. Ilmu fisika dan pembahasan
1. Energi Potensial
Energi potensial yaitu energi yang terjadi akibat adanya beda potensial, yaitu akibat
adanya perbedaan ketinggian.semakin tinggi air berasal semakin besar pula tenaga yang
dihasilkan
Besarnya energi potensial yaitu:
Ep = m . g . h
Dimana:
Ep : Energi Potensial
m : massa (kg)
g : gravitasi (9.8 kg/m2)
h : head (m)
2. Debit ait
Saat air jat debit air juga menentuka barapa besar listrik yang dihasilkan dengan rumus
yaitu
Q=v.A
dimana
Q = debit air
v = kecepatan air
A = luas penampang aliran
3. Energi Kinetis
Energi kinetis yaitu energi yang dihasilkan akibat adanya aliran air sehingga timbul air
dengan kecepatan tertentu, yang dirumuskan
Ek = 0,5 m . v2
Dimana:
Ek : Energi kinetis
m : massa (kg)
v : kecepatan (m/s)
4. Energi Mekanis
Energi mekanis yaitu energi yang timbul akibat adanya pergerakan turbin. Besarnya
energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya
energi mekanis
dirumuskan:
Em = T . ω . t
Dimana:
Em : Energi mekanis
T : torsi
ω : sudut putar
t : waktu (s)
5. Generator
Setelah proses pada turbin selanjutnya pada generator, saat baling – baling pada turbin
bergerak rotor juga ikut berputar sesuai dengan persamaan
η = 60 . f / P
dimana:
η : putaran
f : frekuensi
P : jumlah pasang kutub
selain itu banyak sedikitya kumparan pada stator juga mempengaruhi besarnya daya
istrik yang bias dihasilkan oleh pembangkit. Selain itu kita juga harus membicarakan
magnet yang ditemukan oleh fisikawan yaitu Faraday , yaitu tentang induksi
elektromagnetik, . listrik pada generator terjadi karena kumparan tembaga yang diberi
inti besi digerakkan (diputar) dekat magnet. bolak-baliknya kutub magnet akan
menggerakkan elektron pada kumparan tembaga sehingga pada ujung-ujung kawat
tembaga akan keluar listriknya.Yang kemudian menhasilkan tenaga lisrik
induksi magnet dapat dicari dengan persamaan
B=k
I
a
Dengan k =2 x 10−7 NA−2
B = induksi magnetic (Wb/m2=T)
I= kuat arus listrik (A)
a= jarak dari arus listrik (m)
Jika lilitan tersebut dialiri arus eksitasi dari AVR maka akan timbul magnet dari rotor.
Sehingga didapat persamaan:
E=B.V.L
Dimana:
E : Gaya elektromagnet
B : Kuat medan magnet
V : Kecepatan putar
L : Panjang penghantar
induksi generator
Dari ketiga hal tersebut, yang bernilai tetap adalah putaran rotor dan kumparan, sehingga agar
beban yang dihasilkan sesuai, maka yang bisa diatur adalah sifat kemagnetannya, yaitu dengan
mengatur jumlah arus yang masuk. Makin besar arus yang masuk, makin besar pula nilai
kemagnetannya, sedangkan makin kecil arus yang masuk, makin kecil pula nilai
6. Energi Listrik
Ketika turbin berputar maka rotor juga berputar sehingga menghasilkan energi listrik
sesuai persamaan:
El = V . I . t
Dimana:
El : Energi Listrik
V : tegangan (Volt)
I : Arus (Ampere)
t : waktu (s)
7. Daya listrik yang dihasilkannya adalah:
P
W
t
P = daya listrik
W = energy listrik
t = waktu (sekon)
Namun, tidak semua energi potensial dari air diubah menjadi energi listrik. Oleh karena itu kita
mengenal konsep efisiensi:
STUDY KASUS
Spesifikasi lampu yang di gunakan
Tegangan yang mengalir pada aliaran= 220 volt
Tegangan setelah masuk komponen dalam lampu menjadi 4 volt
Daya = 100 watt
Dengan besar tegangan dan daya lampu di atas maka aka di peroleh arus maksimum :
P=V . I m
100=4 . I m
I m=25 A
Dengan diketahui harga Im maka akan dapat dicari GGl induksi elektromagnetik sebesar :
ε m=I m . R , dimana harga R dapat di cari melalui :
Diketahui
ρ = 1,72 x 10-8 Ωm
ℓ=1m
d = 2mm = 2 x 10-3 m
r = 10-3 m
A=π r 2 =π ¿
Sehingga
l
1
−2
R=ρ A =1,72 ×10−8
−6 =0,55× 10 Ω
3,14 × 10
(
)
dengan ketentuan sebagai berikut :
R = hambatan kabel penghantar
ρ = massa jenis bahan kawat yan digunakan (dalam hal ini kami menggunakan tembaga)
ℓ = panjang kawat atau kabel
A = luas penampang kawat atau kabel.
Jadi GGL induksinya
ε m=I m . R
ε m=25 ×0,55 ×10−2=13,7 volt
daya yang dihasilkan generator
P=ε m × I =13,7 ×25=342,5 volt
Selanjutnya setelah ε m ditemukan dapat dicari ω dari rumus ε =NABω. Namun sebelum itu dicari terlebih
dahulu B dengan menggunakan rumus B=
μ0 × I × N
dengan ketentuan :
2l
ℓ = panjang batang yang dililiti oleh kumparan yang mana nilai dari l=30 cm=0,3 m
I = arus yang dialirkan ke lilitan yang harus dicari dengan menggunakan rumus
V 220
I= =
=44 A
R
5
Keterangan :
V = tegangan yang dialirkan pada kumparan (tegangan PLN)
R = hamabatan dalam pada kumparan generator
N = banyaknya lilitan pada kumparan generator dimana yang kami gunakan di sini adalah 400
lilitan
μ0 = tetapan induksi sebesar 4 π . 10−7
Maka
B=
μ0 × I × N 4 π .10−7 .44 .400
=
=0,037T
2l
2. 0,3
dan
2
−2
A=π r =3,14 .(0,1) =3,14 . 10
−2
keterangan :
r = jari-jari pada kumparan generator
Sehingga akan ditemukan kecepatan sudut (ω)
ε =NABω
ε
ω= NAB =
12,1
=104,15 rad /s
400 .3,14 . 10−2 .0,037
Ketika telah diketahui kecepatan sudut (ω) maka dapat dicari percepatan sudut (α ¿ dengan
ω 104,15
α= =
=1041,5 rad /s 2
R
0,1
Untuk mencari momen Inersia yang bekerja pada batang kumparan generator digunakan
1
1
I = ×m ×r 2= .10 . 10−2=5 . 10−2 kg m 2
2
2
Keterangan :
m = massa batang pada kumparan. Dimana disini menggunakan yang seberat 10 kg
r = jari-jari batang kumparan (seperti yang diketahui di atas)
Untuk menghitung momen gaya( τ) pada generator untuk memutar kumparan adalah
τ =I . α =5. 10−2 .1041,5=52,075 Nm
Keterangan :
I = momen inersia yang dicari di atas
α = percepatan sudut yang telah dicari di atas
Untuk menghitung perbedaan kecepatan sudut yang diakibatkan oleh jari-jari penghubung yang
C
B
A
berbeda antara gir yang ada pada generator adalah
Keterangan :
Gir A = gir pada kincir angin
Gir B = gir yang terhubung satu poros dengan gir A dan bersinggungan dengan gir C
Gir C = gir yang terhubung satu poros dengan ujung dari generator
Perbandingan antara gir B dan gir C di buat 6 : 1
dehingga dapat dihitung
v c =v B
ω c . Rc =ω B . RB
ω c R c 104,15.1
ωB = R =
=17,36 rad /s
6
B
sedangkan pada kincir (gir A dan gir B)
diketahui
d A =2 m (jari-jari kincir angin), sehingga R A =1 m
ω A=ωB
ω A=17,36
rad
s
ω
17,36
α A = R A = 1 =17,36 rad /s 2
A
Mencari pada kincir, jika diketahui massa kincir air (mA) adalah 10 kg, jari-jari kincir air sebesar
r1 = 1m, sedangkan jari-jari gir A sebesar r2 = 0,25m
τ =I . α A
¿ m (r 1+r 2 )2 .12,68
¿ 10 .1,56 .12,68
¿ 197,808 Nm
Mencari kecepatan dan debit air yang digunakan untuk memutar kincir
Fsf = Ep
Fsf = m x asf
v2
a sf = R
¿ ω2 R
¿ 12,682 .1
¿ 160,78 rad /s 2
Sehingga gaya sentrifugal F sf =m a sf =10 .160,78=1600,78 N
Gaya sebesar 1600,78 N sama dengan energi sebesar 1600,78 tiap detiknya
(1600,78N=1600,78J/s)
Ketinggian air jatuh yaitu h2 = 10 m, dan Jarak antara
permukaan air dengan lubang kebocoran air yaitu h1 =
5m
E p =F sf
m g h 2=1600,78
m=
1600,78
10.10
m=16,0078 kg
16,0078 kg = 16,0078 liter = 0,160078 m3
V
Sehingga didapatkan debit air sebesar Q= t , maka debit yang dihasilkan adalah 0,160078m3
tiap detiknya sama dengan 16,0078 liter
Sedangkan kecepatan air jatuh dari ketinggian h2 = 10 m, maka
v=√ 2 g h2
¿ √ 2.10 .10
¿ 10 √ 2m/s
Kesimpulan
Dari analisa kam tentang pembangkit listrik tenaga air dapat kita simpulkan bahwa PLTA
menggunakan energi potensial sebagai energi utama, kemudian menjalani beberapa tahap
dan perubahan bentuk energi dari gravitasi menjadi gerak, dari gerak menjadi mekanik dan
dari bantuan generator akan di ubah menjadi energi listrik yang akan disalurkan adapun
kelebihan PLTA adalah
1. Dapat menghapuskan biaya bahan bakar.
2. Memiliki kehidupan ekonomi yang lebih lama
3. Tidak menyebabkan polusi gas rumah kaca
4. Bendungan dari PLTA itu sendiri bisa dimanfaatkan sebagai tempat rekreasi dan irigasi
perairan
5. Bendungan dari PLTA dapat dijadikan tanggul untuk mengantisifasi ketika terjadi banjir.
Sedangkan kelemahannya
1. Mebutuhkan inventasi yang besar
2. Membutuhkan lahan yang luas untuk membuat pusat listrik yang berkapasitas besar
Daftar pustaka
http://www.scribd.com/doc/10571419/Turbin-Uap-Air-Gas
http://mohab.wordpress.com/2008/03/01/bagaimana-plta-bekerja/
http://www.scribd.com/doc/56140667/PRINSIP-KERJA-PLTA
http://gasingsiska.blogspot.com/2011/02/pembangkit-listrik-tenaga-air-plta.html
http://perkembanganpltu.blogspot.com/
http://conan.student.umm.ac.id/2010/02/11/listrik-dan-energi/
http://conan.student.umm.ac.id/2010/02/11/listrik-dan-energi/
http://www.scribd.com/doc/20922279/MEDAN-MAGNETIK