PLTA Pembangkit Listrik Tenaga Air (2)

Dasar Konversi Energi

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

1

PLTA
Pembangkitan tenaga air
adalah suatu bentuk
perubahan tenaga dari tenaga
air dengan ketinggian dan
debit tertentu menjadi tenaga
listrik, dengan menggunakan
turbin air dan generator. Daya
yang dihasilkan dihitung
berdasarkan persamaan:
P = 9.8 H Q (kW)
Dimana : P = Tenaga yang dikeluarkan secara
teoritisH = Tinggi jatuh air efektif (m)

Q = Debit air (m3/s)
05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

H

2

Daya
Daya Teoritis

P = 9.8 H Q (kW)

Daya Turbin

P = 9.8 T H Q (kW)

Daya generator

P = 9.8 T G H Q (kW)

(T = Efisiensi Turbin )
(G = Efisiensi Generator )
(TG = T G = Efisiensi Keseluruhan )

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

3

Tangki Gelombang

Fungsi Tangki Gelombang:
Melindungi sistem saluran tekanan rendah terhadap
tekanan tinggi yang bersifat intern. Bilamana tiba-tiba
terjadi penolakan muatan oleh sistem tenaga, turbin
akan berputar dengan kecepatan tinggi. Tangki
gelombang adalah untuk menghalangi dan meredakan

gelombang tekanan tinggi.
05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

4

Kecepatan Liar (Run Away Speed)
Terdapat kemungkinan bahwa waktu turbin
bekerja, karena suatu gangguan (governor
tidak bekerja), bebannya terpaksa dihentikan
tiba-tiba. Dalam keadaan ini, maka turbin akan
berputar dengan sangat cepat. Kecepatan ini
dinamakan kecepatan liar (run away speed).
Oleh karena itu kekuatan turbin harus
diperhitungkan terhadap kecepatan liarnya
untuk mencegah kerusakan turbin atau
generator.

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

5

Kavitasi
Kavitasi adalah suatu peristiwa terjadinya
gelembung-gelembung uap didalam cairan (air)
yang mengalir apabila tekanan di tempat
tersebut sama dengan tekanan uapnya.
Gelembung tersebut akan terbawa arus,
apabila gelembung tersebut kemudian di suatu
daerah di mana tekanannya melebihi tekanan
uapnya, maka gelembung tersebut akan pecah
dengan tiba-tiba.
Pecahnya gelembung-gelembung tersebut
tidak hanya menimbulkan bunyi berisik dan
getaran, tetapi dapat menyebabkan lubang05/18/18
S1 Teknik Elektro
lubang kikisan padaPSpermukaan

dinding saluran

6

Turbin
Terdapat dua jenis turbin yaitu:
Turbin Reaksi dan Turbin Impuls

Turbin Reaksi
• Turbin reaksi digerakkan dengan air, yang
merubah tekanan sehingga melewati turbin dan
menaikkan energi. Turbin reaksi harus menutup
untuk mengisi tekanan air (pengisap) atau mereka
harus sepenuhnya terendam dalam aliran air.
05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

7

Turbin Impuls
Turbin impuls merubah aliran semburan air. Semburan
turbin membentuk sudut yang membuat aliran turbin. Hasil
perubahan momentum (impuls) disebabkan tekanan pada
sudu turbin. Sejak turbin berputar, gaya berputar melalui
kerja dan mengalihkan aliran air dengan mengurangi energi.
Sebelum mengenai sudu turbin, tekanan air (energi
potensial) dikonversi menjadi energi kinetik oleh sebuah
nosel dan difokuskan pada turbin.

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

8

Jenis Turbin
Turbin reaksi
·Francis
·Kaplan, Propeller, Bulb, Tube, Straflo

·Tyson
Turbin Impuls
·Pelton
·Turgo
·Michell-Banki (juga dikenal sebagai turbin crossflow atau ossberger).

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

9

Turbin Air
Jenis-jenis utama turbin air yang dipergunakan dalam
tenik hidrolistrik pada saat ini adalah

Ref: MM Dandekkar,
Pembangkit Listrik Tenaga Air,
1991
05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

10

Turbin-Turbin Air
Penggolongan Berdasarkan Arah
Aliran Ketiga arah ortogonal pada
aliran dalam turbin dapat diuraikan
sebagai aliran:
-Radial
-Aksial
-dan Tangensial.
Bila tidak ada yang sejajar dan tegak
lurus poros disebut arah diagonal

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

11

Turbin Francis

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

12

Turbin
Pelton

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

13

Turbin Kaplan (BalingBaling)

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

14

Turbin Deriaz

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

15

Penggolongan
Berdasarkan Tinggi Tekan

Perbedaan Kemiringan (elevasi) dari muka air antara hulu dan hilir
dari turbin adalah tinggi tekan (head). Pemilihan turbin berdasarkan

ketinggian air:
-Tinggi tekan rendah
Kaplan

2-15 m

biasanya digunakan turbin

-Tinggi tekan sedang

16-70 m

Kaplan atau Francis

-Tinggi tekan Tinggi

71-500m

Francis atau Pelton

-Tinggi
> S1
500
m Elektro
Pelton
05/18/18tekan sangat tinggi PS
Teknik

16

Penggolongan
Berdasarkan Tenaga
Besar tenaga kuda P yang dihasilkan oleh sebuah
turbin dapat dinyatakan sebagai berikut :

Dimana:  o = efisiensi turbin, Q = debit (m3/s), h =
tinggi tekan efektif (m), w = satuan berat air ( dlm
keadaan normal 1000 kg/m3)
Tenaga yang dikeluarkan tergantung dari Q dan h
-Satu unit turbin Pelton > 330.000 tk
-Turbin Kaplan > 150.000 tk
-Turbin Francis > 820.000 tk
05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

17

Penggolongan
Berdasarkan Kecepatan
Tertentu
Besarnya kecepatan tertentu Ns, dari turbin dinyatakan :

Tabel dibawah menunjukkan penggolongan turbinturbin atas dasar kecepatan khusus :

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

18

Contoh Soal
Misalnya, diketahui data di suatu lokasi 
adalah sebagai berikut: 
Q = 300 m3/s, H = 12 m dan = 0.5. 
Berapakah, besarnya potensi daya (P) 
adalah:

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

19

Contoh Soal
Pusat tenaga Koyna dilengkapi dengan 4 unit turbinturbin dengan batang tegak disatukan dengan 70.000
kVA, 3 fase, 50Hz. Generator‐generator dilengkapi
dengan 10 pasang kutub‐ kutub. Tinggi tekan
perencanaan kotor adalah 505 m dan dayaguna
transmisi dari terowongan tekan (head-race tunnel) dan
batang pipa bersama-sama dapat menjadi 94%.
Keempat unit secara bersama-sama akan menghasilkan
suatu tenaga dari 348.000 tk pada suatu jaminan
dayaguna dari 91%.
Carilah debit perencanaan dari turbin dan kecepatan
spesifiknya.

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

20

Referensi
-MM Dandekkar, Pembangkit Listrik Tenaga Air, 1991
-W. Arismunandar, Penggerak Mula Turbin
-A. Arismunandar, Teknik Tenaga Listrik Jilid 1,
Pembangkitan
Dengan Tenaga Air

05/18/18

PS S1 Teknik Elektro

21