252950222 Knowledge Sharing Tahapan Perencanaan Dan Design PLTM

(1)

Knowledge Sharing – Yuliandra Syahrial Nurdin

1 | P a g e

Knowledge Sharing

“ Tahapan Perencanaan dan Design

Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro”

Oleh

Yuliandra Syahrial Nurdin

Mahasiswa Tugas Belajar PLN - Program Studi Teknik Mesin

Di Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

Institut Teknologi Bandung

I. Latar Belakang

Pengembangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro hidro (PLTMH) selama ini

merupakan kegiatan dari usaha pelistrikan ke daerah pedesaan, selain

kebutuhan akan tenaga listrik di daerah pedalaman dan begitu besar, juga

sebagai konsukuensi dari desakan globalisasi (komonikasi dan informasi) dan

kegiatan produktif masyarakat, namun ketersediaan tenaga listriknya sangat

terbatas seperti halnya di daerah pedalaman, kepulauan, dan pegunungan dan

daerah terisolir lainnya. Hal ini disebabkan selain kapasitas daya mesin yang

terbatas juga disebabkan oleh semakin mahalnya harga BBM.

Pembangkit Listrik Tenaga Disel (PLTD) merupakan solusi instan untuk

mengatasi permasalahan tersebut. Tetapi mengingat biaya operasionalnya yang

tinggi, dalam hal ini harga bahan bakar (BBM) yang mahal, maka perlu dibuat

(2)

2 | P a g e II. Tinjauan Pustaka

II.1 Pembangkit Tenaga Air

Pembangkit tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga air dengan

ketinggian dan debit air tertentu menjadi tenaga listrik dengan

menggunakan turbin air dan generator. Turbin air merupakan suatu alat

yang dapat berputar karena adanya aliran air, dengan perputaran turbin ,

dimanfaatkan dengan menggunakan generator, maka demikian akan

menghasilkan aliran listrik yang dapat dipakai untuk berbagai keperluan.

Pada proses kerja turbin air dalam pembangkitan listrik sampai dengan

pemakaian litrik telah terjadi beberapa perubahan energi. Pertama;

adalah perubahan energi potensial yang ada di dalam aliran air menjadi energi

perubahan mekanik (gerak) oleh turbin. Kedua; energi mekanik ini akan

memutar generator, akibat perputaran generator terjadilah lompatan elektron, hal

inilah yang menghasilkan energi listrik. Proses selanjutnya energi listrik akan

didistribusikan ke produsen atau apa saja yang membutuhkan. Disini arus

listrik diubah tergantung keperluan. Dapat menjadi energi panas, energi

tenaga penggerak.

Besarnya daya yang dapat dibangkitkan oleh sebuah PLTA ditentukan oleh :

 Besarnya aliran air atau istilah lainnya debit atau kapasitas aliran.

 Besarnya perbedaan tinggi muka air atau istilah lainnya tinggi terjun

yang dapat dimanfaatkan.

(3)

3 | P a g e membahas tentang tenaga air dengan kapasitas daya listrik terpasang di

bawah 100 KVA, Istilah yang umum dikenal untuk pembangkit jenis ini

adalah “Mikro Hidro”. Hidro yaitu nama lain dari air sedangkan istilah Mikro di

pakai untuk menyatakan ukuran yang kecil.

II.2 Pandangan Umum Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

Pembangkit listrik skala kecil atau yang dikenal dengan nama Pembangkit Listrik

Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang

mengubah potensi air menjadi kerja mekanis, memutar turbin dan generator

untuk menghasilkan listrik skala kecil 5 – 100 kW. PLTMH sering

digunakan untuk masyarakat di sekitar wilayah pedesaan atau

masyarakat di daerah pedalaman. PLTMH menggunakan tenaga air yang

diperoleh dari sungai-sungai kecil atau sedang maupun dari saluran-saluran

irigasi yang mempunyai tinggi terjun ± 2(dua) meter, tinggi terjun dapat

diperoleh melalui bendungan- bendungan kecil, pipa terowongan, bendung

pengelak, membuat kolam peninggi atu saluran air atas. Berikut adalah

gambaran umum suatu PLTMH.

(4)

4 | P a g e Dengan membangun PLTMH berarti kita memanfaatkan sumber tenaga alam

yang belum digali.

Keterangan Gambar :

1. Sungai kecil yang dimanfaatkan untuk membangkitkan tenaga listrik karena

adanya aliran air (disebut: debit) sepanjang tahun yang mencukupi

dan dapat menyediakan perbedaan tinggi muka air(disebut; tinggi terjun)

2. Bendungan kecil yang mempunyai dua buah peranan:

a. Menaikan muka air sehingga dapat memperbesar tinggi terjun,

adalah perbedaan muka air antara tinggi puncak bendungan dan tinggi

muka air di saluran penmbuang.

b. Mengalirkan air ke turbin melalui saluran penghantar dan pipa pesat.

3. Pemasukan air pada umumnya di lengkapi dengan pintu air

4. Saluran pengantar air.

5. Wadah air sebagai tandon kecil dengan pemasukan air ke pipa pesat.

6. Saringan di muka lubang pemsukan air ke pipa pesat .

7. Pelimpah.

8. Pipa pesat ialah pipa yng menyalurkan air ke dalam tekanan karena adanya

tinggi terjun

9. Pintu air untuk menghentikan aliran air ke turbin perlukan jika jarak ke pintu

nomor 3 tidak jauh .

10. Bangunan sentral / bangunan pusat listrik .

(5)

5 | P a g e kemampuan mekanis.

12. Generator listrik yang di putar oleh turbin sehingga membangkitkan tenaga

listrik.

13. Saluran pembuang air.

Nama Dan Fungsi Bangunan Sipil Untuk PLTMH.

♦ Bendung (Weir),berfungsi untuk mengarahkan aliran air sungai

♦ Bangunan Sadap (Intake), adalah bangunan yang terletak di sisi kiri

atau kanan bendung yang berfungsi menyalurkan air ke saluran

pembawa.

♦ Saluran Pembawa/Penghantar , berfungsi untuk mengalirkan ke bak

penenang atau pengendap , sehingga mengurangi perembesan dan

pengikisan agar dapat diperoleh air sesuai dengan perencanaan.

♦ Bak pengendap, adalah bangunan yng berfungsi mengurangi kecepatan

aliran sehingga sehingga material yang terbawa oleh air akan mengendap.

♦ Bak Penenang, adalah bangunan yang berfungsi untuk mengurangi kecepatan

air yang berasal dari saluran pembawa.

♦ Saluran pelimpah, adalah bangunan yang berfungsi untuk menjaga

tinggi muka air pada bak penenang atau saluran pembawa, sehingga

selalu dapat di jamin perolehan air sesuai debit perencanaan.

♦ Pondasi pipa pesat , bangunan berfungsi sebagai dudukan pipa pesat.

(6)

6 | P a g e ♦ Rumah pembangkit ,bangunan tempat ke dudukan turbin, alat-alat

pembangkit serta merupakan pusat kontrol dari sistem pembangkit.

♦ Saluran pembuang, adalah saluran yang berfungsi untuk membawa

aliran air, setelah memutar turbin.

Survei Potensi

Survei potensi ini dibagi menjadi 2 bagian yaitu :

♦ Survei masalah air yang meliputi :

- Pengukuran debit air

- Tinggi Terjun (beda Tinggi)

- Prakiraan Penempatan Komponen PLTMH

♦ Survei minat dan kemampuan masyarakat akan kebutuhan tenaga listrik - Untuk mengetahui minat dan kemampuan masyarakat akan kebutuha

tenaga listrik. Untuk mengetahui keadaan lokasi di tinjau dari aspek

sosial ekonomi masyaraskat di lokasi remcana maka dilakukan persiapan

terlebih dahulu yaitu :

♦ Desk Studi , Yang dimaksud dengan desk studi adalah mempelajari semua pengetahuan termasuk studi literatur yang berhubungan dengan survei

potensial untuk PLTMH, agar dapat di perkirakan arah sasaran lokasi dan

kondisi daerah yang survai.

Data yang pergunakan adalah data sekunder yang meliputi; Data kondisi,

dan situasi daerah sasaran :

♦ Peralatan Survei, Untuk survei di lapangan di perlukan beberapa

(7)

7 | P a g e sketsa. Theodolit /Waterpas/selang kecil berisi air dan tongkat

pengukur. Teodolit adalah untuk mengukur arah / sudut , beda

tinggi / tinggi dan jarak , Waterpas, adalah alat untuk mengukur beda

tinggi atau tinggi. Sekang kecil berisi air dan tongkat pengukur

adalah alat ukur sederhana untuk mengukur beda tinggi. Current

Meter , atau pelampung ukuran 10 kali 5 kali kali 5 cm .alat untuk

mengukur debit air. Pelampung adalah, alat ukur sederhana untuk

mengukur kecepatan air. Stop Watch alat untuk mengukur kecepatan . Data

isian , hasil survei dimasukan pada data isian. Ditambah Seutas tali .

♦ Mempersiapkan data isian, Data isian ini merupakan data yang berisi

pertanyaan yang harus di isi pada saat melakukan survei . data isian ini

di kelompokan menjadi dua kelompok yaitu; Kelompok teknisi dan

kelompok non teknis.

Penentuan Lokasi.

Tidak sembarang tempat pada suatu aliran air atau sungai dapat dipakai

untuk membangun sbuah PLTMH, jika disepanjang tahun ternyata sungai tidak pernah

kering dan debit minimum masih cukup besar sedang perbedaan tinggi muka air

atau bahkan mungkin ada bagian air terjun yang memadai maka tidak perlu sangsi

lagi untuk membangun sebuah PLTMH. Aliran air yang cukup deras menandakan

cukupnya kemiringan pada bagian sungai tersebut, berarti adanya perbedaan tinggi

(8)

8 | P a g e Tinggi terjun selain memanfaatkan air terjun jika ada, dapat juga dan diperbesar

dengan membangun sebuah bendungan yang diperlukan untuk membelokkan air

menuju ke PLTMH. Tersedianya debit dan tinggi terjun yang mencukupi berarti

bahwa di tempat tersebut sungai mempunyai cukup daya guna pembangkitan tenaga

listrik. Kendati demikian perlu diperhatikan bahwa air diperlukan untuk berbagai

kepentingan. Karena sebelum menentukan besarnya debit yang akan dipakai

untuk membangkitkan tenaga listrik, perlu didapat kepastian bahwa air disebelah

hilirnya tidak dapat dipakai pada jarak dan waktu yang dekat. Misalkan untuk

irigasi air, air minum dan aneka penggunaan konsumsi lainnya. Dengannya

demikian diperlukan perhatian terhadap beberapa hal penting :

♦ Hendaknya dibicarakan terlebih dahulu dengan yang berwenang setempat

dan penduduk, khususnya mereka yang berkepentingan dengan

penggunaan dan pengaturan air dari sungai atau aliran yang

bersangkutan.

♦ Harus berhati-hati jika menggunakan saluran irigasi karena dapat

menimbulkan permasalahan. Kemungkinan secara berkala akan terjadi

pengeringan saluran dalm rangka pemeliharaan atau mungkin juga terjadi

perubahan dalam jumlah pemakaian air irigasi dibagian hulu pada kelak

kemudian sehingga bisa berakibat kurangnya debit yang diperlukan PLTMH

dan lain sebagainya

(9)

9 | P a g e Debit air adalah banyaknya air yang mengalir dalam waktu 1 detik. Diharapkan

PLTMH yang akan dibangun dapat membangkitkan tenaga listrik disepanjang

tahun. Dengan demikian maka, pengukuran – pengukuran debit yang dilakukan

dalam musim kemarau disaat aliran air dalam keadaan paling kecil, adalah

penting sekali untuk menjamin pembangkitan tenaga listrik sepanjang tahun

tersebut. Lebih banyak pengukuran (catatan pengukuran) debit dilakukan

pada waktu berlainan adalah dinjurkan karena semakin lengkap

diproleh perbedaan aliran cukup besar, baik selama musim kemarau maupun

musim penghujan.

Wawancara dengan penduduk sekitar aliran begitupun dengan pihak lain yang

mengetahui perlu dilakukan untuk mendapatkan gambaran yang lebih luas

tentang kejadian-kejadian debit pada saat-saat yang paling kering dan

sewaktu banjir besar yang pernah terjadi. Jika di kemudian hari ternyata bahwa

debit yang dimanfaatkan terlalu kecil, akan berarti masih ada kemungkinan

guna memasang pembangkit tenaga listrik kedua andai diperlukan.

Untuk Memanfaatkan Air Sebagai Sumber Tenaga, harus diperhatikan hal

sebagai berikut :

♦ Debit air yang mengalir dengan konstan ♦ ketinggian terjun

♦ Besarnya daya yang terkandung dalam aliran air ♦ Lokasi bebas dari banjir

(10)

10 | P a g e ♦ Minat dan kemampuan konsumen atau pemakai.

Ada beberapa metoda untuk mengkukur debit air, diantaranya : � Metode 1. dengan menggunakan bendung atau (Weir)

� Metode 2. Pengukuran dengan Menggunakan Papan duga air. � Metode 3. perhitungan debit berdasarkan rumus rasional. � Metode 4. Dengan Menggunakan Pelampung.

Dari ke-empat metode pengukuran di atas, maka dengan cara menggunakan

pelampung sangat sederhana.Metode ini sangat mudah dilaksanakan, dengan

ketentuan sbb :

- Berdasarkan pengalaman masyarakat desa, pada umunya musim hujan dan

musim kering setiap tahun dapat diperhitungkan akan terjadi pada bulan

tertentu. Pada akhir musim kering. Dan yang dianggap paling kering

dilakukan suatu pengukuran terhadap sungai yang direncanakan akan

dibangun PLTMH.

- Mengukur kecepatan air V (m/det).

Untuk mendapatkan kecepatan aliran air sungai dengan menggunakan persamaan

sebagai berikut:

Dimana :

V = S T

(11)

11 | P a g e V = kecepatan aliran (m/det)

S = jarak tempuh (m)

T = Waktu tempuh (det)

- Cari suatu tempat yang lurus, dengan panjang 5 meter dan tidak ada arus

putar yang menghalangi pelampung.

Gambar Gambar

Contoh Pengukuran Debit Pengasumsian Bentuk Luas Dengan Menggunakan Pelampung Penampang Basah

- Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan pelampung yang

diampungkan dengan jarak tertentu (± 5-7 meter), sedangkan waktu tempuh

dicatat dan diukur dengan menggunakan stop watch. Pengukuran ini

dilakukan beberapa kali, selanjutnya rata-rata (V rata- rata m/det).

- Pengukuran lebar sungai L (m), diukur dengan menggunakan rol meter.

- Pengukuran tinggi muka air h (m), diukur denngan menggunakan

tongkat pengukur dan rol meter dan dilakukan berulang kali untuk selanjutnya

diambil rata-rata (H rata-rata).

(12)

12 | P a g e Untuk menghitung besarnya luas penampang basah sangatlah rumit karena

permukaan luas penampang basah tidaklah rata atau tidak beraturan sehingga

pengasumsian bentuk luas penampang adalah merupakan bagian-bagian luas

segi empat, sehingga apabila semakin kecil pembagian luas segi empat maka

semakin mendekati nilai yang sebenarnya, pengukuran tersebut terlihat seperti

digambar 2.4. Dari gambar 2.4 dapat ditarik persamaan sebagai berikut

Luas penampang 1 adala : A1 = d1 x l1

A2 = d2 x l2

Dan perhitungan luas penampang segi empat yang lainnya hingga ke-n :

An = dn x ln ……….(2.2)

Sehingga luas Penampang keselurahan adalah penjumlahan dari luas segi empat adalah :

A total = A1 + A2 + An ………...(2.3)

Dimana : A = Luas penampang (m2); d = kedalaman sungai (m) L = lebar sungai (m).

Maka untuk menghitung debit air digunakan rumus :

( Q ) = K. A x V ( M3/det) …….………( 2.4 )

♦ Koefisien Pengairan :

 Kondisi dasar sungai berbatu K = 0,60.

 Kondisi dara sungai berbatu campur pasir K = 0,65.

 Kondisi dasar sungai berpasir ( K = 0,75).

(13)

13 | P a g e II.4. Mengukur Tinggi Terjun dan Membuat Data Situasi

Pengukuran Tinggi terjun dapat dilakukan dengan berbagai cara, antara

lain :

♦ Menggunakan theodolite atau waterpass untuk dapat mengetahui beda tinggi. ♦ Menggunakan peralatan sederhana, yaitu selang berisi air diameter ½ cm,

tongkat pengukur dan rol meter, pengukuran dilakukan secara beertahap,

hal ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Dengan membangun PLTMH berarti kita memanfaatkan sumber tenaga alam

yang belum digali.

Gambar 2.5 Mengukur Tinggi Terjun.

Selanjutnya rata-rata Tinggi Total, dihitung dengan rumus :

H Total = H1 + H2 + H3 (m) ……… (2.5)

Teori di atas merupakan data hasil survei Teknis yang dikelompokan

dan dimasukan dalam data isian, meliputi :

(14)

14 | P a g e - Data ini mengutarakan tentang kondisi dan situasi jalan menuju desa

sasaran, bentuk pemukiman, sistim pengairan desa.

- Data tentang potensi air dan kondisi sungai. Data isian ini merupakan hasil

survei potensi air, yang berisikan data lebar sungai, tinggi dasar, tinggi air,

kecepatran air, luas penampang basah, debit rata-rata dan daya yang dapat

dihasilkan.

- Jarak jaringan listrik PLN dengan lokasi sasaran. Data ini tentang jarak

jaringan listrik, dan nama desa terdekat dengan lokasi yang telah mendapat

sambungan listrik PLN.

II.5. Menentukan Besar Daya

Tenaga potensial yang terkandung didalam air adalah akibat debit air yang

mengalir di sungai dan adanya tinggi terjun, dan adanya tinggi terjun , dengan

memanfaatkan untuk dirubah menjadi energi mekanis air terseebut dengan

menggunakan Turbin air dan Generator disalurkan tenaga mekanis

tersebut menuju generator hingga menghasilkan energi listrik yang di outputkan

oleh generator. Besarnya daya dapat dihitung dengan mengalikan angka

gaya berat atau gravitasi, debit air, tinggi terjun. Daya hasil perhitugan

dinamakan daya mampu yang sebenarnya yang dikandung oleh air tetapi

untuk memperoleh daya mampu yang sebenarnya mempertimbangkan daya

guna adalah 10%. Sehingga persamaan untuk besarnya daya yang terkandung

(15)

15 | P a g e P = g x Q x h (Kw ) ………...…...(2.6)

Dimana : P = Daya nyata (KW); g = Percepatan gravitasi bumi (9,8m/s2)

h = Besarnya tinggi terjun air (m); Q = Besarnya debit air (m3/s)

Untuk mendapatkan daya yang secara nyata dapat dibangkitkan. Perlu

diperhitungkan kerugian-kerugian tekanan di dalam pemasukan air, saluran air

dan sebagainya, serta faktor-faktor efisiensi turbin dan generator. Dengan

demikian daya yang secara nyata dapat dibangkitkan adalah lebih kecil dari

pada daya teoritis atau daya yang diperhitungkan semulah.

II.6. Potensi Beban Listrik

II.6.1. Kelompom Pengguna Listrik

Untuk mengetahui kebutuhan listrik pada konsumen yang dikaitkan

dengan rencana pengelolaan, diperlukan data tentang calon penggguna

listrik. Yang dikelompokan menjadi beberapa calon pengguna listrik yaitu ;

♦ Listrik rumah tangga, Pada umumnya rumah tangga di pedesaan

menggunakan listrik hanya penerangan. Sehingga kebutuhan listriknya relaitif

kecil yaitu berkisar 50 – 100 watt. Sedangkan untuk desa yang dekat

dengan kota kecamatan, maksimum penggunaan listriknya berkisar 200

watt. Untuk itu maka daerah pedesaan dapat diprediksi atau melalui untuk

menentukan kebutuhan beban listrik rumah tangga.

♦ Industri Rumah Tangga, Tidak semua pedesaan terdapat home industri,

(16)

16 | P a g e Secara umum data industri rumah tangga ini dilihat di kantor kelurahan.

♦ Sosial, Kebutuhan listrik untuk fungsi sosial hampir semua pedesaan ada,

namun besar dan kecilnya pemakaian beban listrik akan ditentukan oleh

masyarakat itu sendiri melaui rapat desa. Pada umumnya yang dimaksud

fungsi sosial di sini adalah tempat ibadah yang benyak tersebar di

daerah pedesaan.

Ketiga kategori ini berpengaruh pada perencanaan catu daya, jenis pentaripan,

agar tidak menimbulkan kesenjangan dikemudian hari. Selain itu tidak semua

pedesaan menggunakan cara pengelompokan tersebut, karena dipengaruhi oleh

potensi energi yang tersedia.

II.6.2 Survei Kebutuhan Beban Listrik

Kebutuhan beban listrik dapat dilakukan dengan melakukan wawancara langsung

dengan calon konsumen atau ditentukan dengan data kependudukan yang

ada dikelurahan. Apabila dilakukan dengan wawancara langsung, tentunya

data isian seharusnya dilengkapi dengan daftar pertanyaan yang menyangkut hal

tersebut.

II.6.3. Survei jaringan listrik.

Survei ini menyangkut arah jalur jaringan listrik yang akan dibangun, yang

meliputi; penempatan tiang listrik, arah jaringan, letak pert-tiang sehingga dapat

(17)

17 | P a g e II.6.4. Kelayakan

Kelayakan pembangunan PLTMH dapat dikategorikan menjadi kelayakan

secara teknis maupun finansial, kelayakan teknis ditinjau dari beberapa faktor :

 Letak pembangkit yang dipengaruhi jarak antara letak potensi energi air

dengan rumah penduduk.

 Kapasitas Pembangkit yang ada dengan kebutuhan listrik.

Kelayakan Finasial dipengaruhi oleh besarnya biaya investasi, harga jual dan

tingkat suku bunga bank. Namun demikian pada umumnya kelayakan

(18)

18 | P a g e

III. DESIGN TURBIN AIR

III.1 Pengertian Umum Turbin Air

Air yang mengalir karena adanya perbedaan ketinggian, memiliki energi kinetik

yang akan dirubah menjadi energi putar (mekanik) pada sudu-sudu gerak pada

turbin air. Energi gerak ini diteruskan melalui poros turbin yang kemudian

dirubah menjadi energi listrik pada generator listrik. Teori yang dijadikan dasar

perhitungan besarnya energi kinetik dari air, menggunakan hukum Bernaulli.

Besarnya energi aliran (persamaan energi) adalah :

Gambar 2.6 Prinsip Konversi Energi Pada PLTMH

W = m.g.z + m.P/Q + C2 /2 (Newton meter)………….……..(2.7)

Dimana ; m.g.z (energi potensial)

m = masa air (Kg)

z = Ketinggian (meter)

(19)

19 | P a g e C2 / 2 (energi Kecepatan)

C = Kecepatan (m / dt2)

Energi tersebut sering juga disebut dengan energi Potensial, energi yang bersumber

dari berat (massa) dan ketinggian air dan kecepatan yang disebutkan dalam Hukum

Bernaulli di atas, sedangkan energi kinetik adalah massa air dengan percepatan dari

air yang mengalir karena perbedaan ketinggian. Energi mekanik adalah energi yang

diakibatkan oleh gaya putaran pada poros turbin. Jadi dapat disimpulkan bahwa

pengertian turbin air adalah alat yang merubah energi air yang terdiri dari energi

potensial, energi tekan dan energi kinetik, dirubah menjadi energi mekanik atau

energi putar.

III.2 Jenis-Jenis Turbin

Turbin air biasanya mempunyai 3 jenis turbin yaitu :

� Turbin Reaksi

� Turbin Impuls

� Turbin Cross Flow

Turbin Reaksi adalah jenis turbin yang bekerja karena tekanan air, oleh

karena ketinggian yang memutar rotor dari turbin. Jenis turbin ini adalah :

- Turbin Francis

- Turbin Kaplan (turbin aliran diagonal)

- Turbin baling-baling (“Propeler turbine’)

Turbin Francis adalah turbin dimana air yang masuk rotor dengan arah

radial dan keluar dengan arah aksial perubahan arah aliran tersebut terjadi saat

(20)

20 | P a g e 40 meter dengan kecepatan yang tinggi, turbin ini memiliki bentuk “Casing”

seperti keong sehingga dalam pembuatannya lebih runit dari turbin jenis lain.

Turbin Kaplan (aliran diagonal) adalah turbin dimana air ke dalam rotor

dengan arah diagonalenuju poros. Turbin ini lebih maju dari turbin

baling-baling biasanya sudu rotor dapat dirubah, posisinya dapat disesuaikan dengan

kecepatan dan dan debit air yang masuk ke dalam turbin, sehingga dapat dibuat

kinerja yang lebih baik (efisiensi lebih tinggi), biasanya turbin ini dalam

pembuatannya lebih rumit dari turbin lain juga pengoperasian lebih rumit.

Turbin baling-baling (Propeler) dimana arah air masuk ke dalam rotor

dengan arah aksial dan digunakan untuk head yang rendah dan debit yang

tinggi, sudu-sudi rotor todak dapat dirubah-rubah pada saat operasi. Turbin

jenis ini sudah dapat di buat di Indonesia khusunya pada daerah pedesaan

Turbin impuls bekerja karena kecepatan air oleh head yang tinggi pada

sebuah nozel, jenis turbin ini adalah : Turbin Pelton,Turbin targo keliling

rotor. Ada beberapa hal yang menjadi peertimbangan dalam memilih jenis

turbin impuls ini, yaitu : memiliki toleransi yang besar terhadap pasir atau

partikel lain yang terbawa air, Mudah mengganti suku cadang, Mudah

pemeliharaannya dan Tidak masalah dengan adanya kapitasi

Turbin Pelton, turbin ini memanfaatkan energi potensial dari air

ditransformasikan seluruh energi kinetik sebelum mendekati tekanan atmospir.

Turbin ini biasanya digunakan untuk daya yang kecil tetapi dengan head

(21)

21 | P a g e Turbin Turgo, perbedaan antara turbin pelton dengan turbin targo adalah

pada nozel yang akan menekan sudu turbin, turbin ini dirancang untuk

kecepatan yang lebih tinggi dari pelton, sudu-sudu turbin ini lebih rumit

bentuknya dan lebih sulit pembuatannya.

Turbin Crossflow, dikenal dengan Michell-Bangki termasuk juga pada

jenis turbin impuls, turbin ini banyak ditemui pada PLTMH di Indonesia

karena rancangannya mudah, serta variasi head dan debit yang besar, tetapi

mempunyai efisiensi yang rendah.

III.3 Perhitungan daya Turbin

Apabila kita merencanakan suatu PLTMH, harus kita dapat mengetahui

daya yang dihasilkan oleh potensi air yang ada untuk menggerakan turbin

yang akan direncanakan atau yang akan dipilih. Secara teoritis kekuatan air

yang akan menekan / menggerakan sudu turbin adalah; Energi potensial,

Energi tekan, Energi kinetik karena kecepatan aliran.

Seperti yang dijelaskan di dalam rumus persamaan energi di atas, ketiga dari

energi ini da;pat dihitung dengan rumus empiris sebagai berikut.

Dalam perubahan nilai besaran dapat melihat tabel konversi pada lampiran.

Daya teoritis P = 13,33 H x Q (HP)

= 9,8 H x Q (kW)

Daya Keluar turbin = 9,8 H x Q x ηt (kW)

Daya listrik = 9,8 H x Q x ηt x ηg

(22)

22 | P a g e ηg = Efisiensi Generator ( 0,82 s/d 0,93)

ηt = Efisiensi Turbin (0,75 s/d 0,85)

Gambar Instalasi PLTMH

Dalam memperhitungkan head suatu PLTMH, beberapa hal perlu diketahui

bahwa, head tersebut harus diperhitungkan adanya losses head pada

pemipaan, mulai dari Bak penenang s/d penstok, sehingga yang masuk

dalam perhitungan head efektif (He).

III.4 Pemilihan Turbin Untuk PLTMH

Turbin yang digunakan untuk menggerakan generator suatu PLTMH

terlebih dahulu harus diketahui besaran Head (meter) dan debit (m3/ menit).

Disamping kedua Variabel tersebut perlu ditentukan terlebih dahulu

adalah besarnya putaran (n), dimana putaran ini dapat diperoleh dengan

mengetahui kecepatan air yang akan masuk ke sudu-sudu turbin dengan

(23)

23 | P a g e turbin tersebut yang disebut dengan kecepatan keliling :

Kecepatan keliling : ú1 = D x Π x n……….(2.8)

Dimana : ú1 = Kecepatan keliling

D = Diameter turbin

Π = Konstanta ( 22 / 7 )

n = Putaran Turbin

Jadi putaran turbin diusahakan sebesar mungkin untuk mendapatkan

konstruksi dari turbin yang lebih kecil dengan daya yang besar.

Selanjutnya yang sangat penting untuk diketahui dalam merencanakan

turbin adalah dengan menentukan kecepatan spesifik (ηs) yang akan

menentukan jenis turbin yang akan digunakan , kecepatan spesifik tersebut

dengan rumus di bawah ini.

ηs = n . V/ H………...(2.9)

dimana : ηs = Kecepatan spesifik turbin

V = Kecepatan air masuk turbin

H = head efektif dari potensi

ηs dapat juga diperoleh dengan menggunakan grafik kecepatan spesifik ini

setelah diketahui putaran turbin, head dan debit. untuk mengetahui kecepatan

spesifik tersebut, dapat ditentukan jenis turbin yang akan digunakan,

apakah propeler/kaplan, turbin reaksi, turbin pelton atau aliran silang

(“cross flow”). Penentuan jenis turbin dapat juga secara langsung dengan

(24)

24 | P a g e III.5 Komponen Turbin dan Fungsinya

Gambar Contoh Turbin

♦ Rumah turbin fungsinya adalah ; sebagai dudukan runner, untuk

melindungi runner dan poros turbin, aliran air ke dalam rumah tubin, dll. Spt

gambar pada lampiran

♦ Alat Pengarah (Guide Vane) fungsinya :mengarahkan aliran air ke runner,

sebagai katub pengatur.

♦ Runner fungsinya; Tempat sudu-sudu, Tempat poros turbin, Alat

mengubah daya kinetik menjadi daya mekanik.

♦ Bantalan fungsinya ; Tempat dudukan poros, Sebagai dudukan rumah tubin

dan poros sekaligus pengunci terhadap gerakan / goncangan, Menghindari panas

pergesekan antara dua mopdel yang bergesek, Mempertinggi efisiensi

♦ Casing fungsinya; Ruang pelindung runner, Pembebas air saat turbin tidka

(25)

25 | P a g e ♦ Katub Udara fungsinya; Pelepas udara pada trumah turbin maupun pada

cassing, Untuk menghindari kapitasi yang terjadi pada turbin, Sebagai alat

kontrol, Peralatan utama sebelum turbin yaitu pipa pesat, bak penenang,

bangunan sentral dan saluran pembuang.

III.6 Transmisi Mekanik PLTMH

Komponen utama lain yang perlu direncanakan dan meruapakan peralatan

mekanik suatu PLTMH adalah transmisi mekanik atau mekanik penghantar

daya, yang berfungsi untuk menyalurkan daya poros turbin ke poros generator

yang menggunakan transmisi mekanik yang dapat dibagi dalam 2 jenis yaitu :

♦ Transmisi secara langsung (pengahantar daya langsung), Sistim ini

merupapan daya dari poros turbin langsung ditransmisikan ke poros

genetator yang disatukan oleh sebuah kopling, jadi kontruksinya lebih

sederhana, lebih kompak dan mudah perawatannya, tetapi sistim ini diperlukan

putaran turbin dan putaran generator harus sama dan untuk kondidsi ini pada

PLTMH jarang hampir semua menggunakan transmisi karena pada

kenyataannya putaran turbin dan generator tidak sama.

♦ Transmisi tidak langsung (pengahantar daya tidak langsung), Daya dari

turbin tidak langsung disalurkan ke poros turbin tetapi labih dahulu dengan

menggunakan transmisi, yaitu; belt, roda gigi (gear box).

Transmisi dengan belt (sabuk) yang bentuknya ada plat dan bentuk V belt,

(26)

26 | P a g e kejut dan getaran, sistim ini selalu menggunakan dua buah puil yang dipasang

pada poros turbin dan pada poros generator yang bersifat permanen ( dilas

atau dapat dipindah)

Transmisi dengan roda gigi kurang tahan beban kejut dan getaran tetapi

putaran yang dihasilkan lebih akurat, tidak perlu menggnakan puil,

konstruksinya lebih bila dibandingkan dengan menggunakan transmisi belt.

Transmisi dengan menggunakan belt (sabuk), ukuran yang diperlukan

ditentukan oleh ukuran diameter puli dari turbin dan generator. Yang di dasari

kepada ukuran diameter puli dari turbin dan generator adalah seperti pada

gambar di bawah ini :

Gambar Transmisi Mekanik

dalam perhitungan apabila diketahui daya yang akan ditransmisikan, maka

dapat ditentukan : Diameter penggerak (dalam hal ini diemeter puli

turbin) dan lebar belt, tebal belt untuk jenis flat belt maupun untuk V belt,

sedangkan untuk menentukan panjang dan diameter puli generator

(27)

27 | P a g e ukuran diameter roda gigi ditetapkan dengan jumlah gigi, dihitung

berdasarkan besarnya perbedaan putaran antara turbin dan generator.

III.7 Elektrikal PLTMH

III.7.1 Generator Sinkron

Generator sinkron merupakan alat untuk mengubah daya poros turbin

menjadi energi listrik. Prinsip kerja dari generator sinkron secara sederhana

dapat dijelaskan sebagai berikut; Arus AC (arus searah) yang mengalir pada

kumparan rotor (bagian dari generator yang dapat diputar) akan

menciptakan medan magnetik homogen, apabila rotor yang dihubungkan

dengan generator diputar dengan kecepatan konstan, maka pada kumparan

stator (bagian balik), pada generator dengan penguatan sendiri (eksitasi

sendiri), arus DC akan disuplay oleh stator, besarnya arus listrik diatur oleh

AVR (automatic Viltage Rogulator). Exciter sendiri pada dasarnya

generator kecil yang menyatu dengan generator utama. Generator excitier

merupakan generator di kutub luar (medan magnetic pada sator, tegangan

induksi dibangkitkan pada rotor). Arus DC untuk mensuplay stator generator

exciter yang dihasilkan oleh AVR dengan cara menyearahkan tegangan AC

yang dihasilkan oleh stator generator utama, pada saat start dimana sator

generator utama belum bertegangan, arus DC dihasilkan oleh tegangan

residu / tegangan sisa AVR. Apabila rotor utama generator berputar, akan ikut

berputar juga dan membangkitkan tegangan AC tiga fasa. Tegangan AC tiga

(28)

28 | P a g e searah untuk mensuplay rotor generator utama. Tegangan yang dibangkitkan

sebanding dengan arus rotor generator utama, pada stator generator utama

dihubungkan ke beban (konsumen) tegangan akan berubah sesuai dengan

bebannya. Untuk menjaga agar tegangan selalu konstan, tidak tergantung dari

perubahan beban melainkan AVR yang akan mengatur besar kecilnya arus yang

disuplay ke rotor generator utama. Berikut merupakan beberapa hal penting

yang perlu di bahas dari genertor sinkron dalam perencanaan PLTMH ;

Generator sinkron untuk Mikrohidro, Rating Daya, Hubungan 3 Fasa,

Klas Isolasi, Rating Penggunaan, Jumlah Kutub, Run away speed,

Proteksi, AVR, Bearing.

III.7.2 Electronik Load Control

Pada prinsipnya pengontrolan dengan ELC bertujuan agar besar daya yang

dibangkitkan oleh generator sinkron selalu stabil sama dengan besar daya yang

diserap oleh beban konsumen, ditambah daya yang dibuang ke beban

ballast. Prinsip kerja dari ELC secara sederhana dapat dijelaskan sebagai

berikut : apabila daya yang diserap oleh beban konsumen berubah akan

mengakibatkan pula perubahan frekuensi (frekuensi akan turus bila beban

konsumen bertambah demikian sebaliknya), perubahan frekuensi akan

segera dideteksi dan dimanipulasi untuk mengatur sudut penyelaan pada

tyristor. Tyeristor pada ELC tidak lain merupakan saklar elektronik yang

mengatur besar kecilnya daya yang harus dibuang ke beban ballast atau diambil

(29)

29 | P a g e dapat dicapai kembali kondisi daya yang dibangkitkan oleh generator sama

dengan daya yang diserapoleh beban konsumen dan beban ballast karena

dilakukan secara elektronik, perubahan frekuensi untuk kembali stabil ke

setting frekuensi yang telah ditetapkan akan berlangsung singkat, hanya

memerlukan waktu kurang dari 0,25 detik. Di bawah merupakan beberapa

hal penting dari ELC dalam perencanaan: PLTMH; ELC Untuk Mikro

Hidro, Pemasangan ELC, Arus Netral, Setting dan Komissioning ELC,

Beban Ballast.

III.7.3 Motor Induksi Sebagai Generator

Penggunaan motor induksi sebagai generator (MISG) telah diterapkan secara

luas pada PLTMH dan diakui keandalannya, meskipun dari segi

efisiensi, khususnya pada kondisi beban tidak penuh (part load), MISG

tidak sebaikgenerator singkron, tetapi karena motor induksi banyak tersedia di

pasaran dengan range daya yang luas dan konstruksi motor induksi jauh lebih

handal terhadap run away sped serta untuk pembangkit mikro hidro.

Prinsip kerja dari MISG secara sederhana lebih mudah dipahami dari prinsip

kerja motor indusksi. Apabila motor induksi dihubungan dengan

tegangan 3 pahasa pada kumparan statornya. Medan magnet putar pada

kumparan stator akan memotong batang konduktor pada kumparan rotor.

Akibatnya pada kumparan rotor akan dibangkitkan tegangan induski. Pada

komparan rotor, karena batang konduktor umumnya merupakan slot

(30)

30 | P a g e rangkaian tertutup, tegangan yang induksi pada rotor yang disebabkan oleh

medan magnet putar pada stator dengan arus pada rotor akan menimbulkan

kopel yang akan memutar rotor searah dengan medan magnet putar pada

stator. Seperti telah diterangkan di atas, tegangan induksi pada rotor timbul

karena terpotongnya batang konduktor oleh medan magnet putar, agar tegangan

induksi selalu dapat dibangkitkan pada rotor, diperlukan perbedaan relatif

antara kecepatan medan medan magnet putar (kecepatan sinkron) akan

selalu lebih besar dari kecepetan rotor. Proses yang sebaliknya akan terjadi

pada MISG, kopel kopel pada rotor digerakan oleh turbin, adanya magnetisasi

sisa (remanent magnetism) pada rotor umumnya cukup untruk membangkitkan

medan magnet putar, pada kasus MISG beroperasi sendidri (isolator grid daya

reaktif tersebut harus disuplay Via kapasitor eksitasi. pada kasus MISG

diinterkoneksikan dengan jaringan listrik lain (grid connected) daya

reaktrif disuplai via jaringan tersebut, kapasitor umumnya hanya dipakai

sebagai kompensator. kebalikan dari proses sebagai motor, sebagai

generator, slip yangterjadi haruslah negatif artinya kecepatan rotor harus selalu

lebih besar dari pada kecepatan medan magnet putarnya. Berikut merupakan

hal penting dari MISG yang perlu di bahas dalam perencanaan PLTMH;

Motor Induksi Sebagai generator Untuk Mikrohidro, Jenis Motor

Induksi, Ratting Daya dan Tegangan, Hubungan Fasa, Klass Isolasi,

(31)

31 | P a g e III.7.4 Induction Generator Controller (IGC)

Sistim control IGC harus dianggap sebagai satu kesatuan yang terdiri : panel

kontrol IGC dan ballast load agar tegangan yang dibangkitkan oleh MISG

selalu stabil tidak tergantung oleh perubahan beban diperlukan IGC. Pada

prinsipnya pengontrolan dengan IGC bertujuan agar daya yang

dibangkitkan oleh MISG selalu sama besar dengan daya yang diserap

sehingga dapat dibangkitkan tegangan yang stabil dengan cara

membuang kelebihan daya yang tidak digunakan oleh konsumen Ke

ballast load. Ballast laod adalah bagian dari IGC, tidak untuk keperluan

konsumen, ballast load merupakan beban resistif. Prinsip kerja dari IGC

secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut. Apabila daya yang

diserap oleh konsumen berubah akan mengakibatkan pula perubahan

tegangan (tegangan akan turun bila daya yang diserap konsumen bertambah dan

sebaliknya), perubahan tegangan ini akan segera dideteksi dan dimanipulasikan

untuk mengatur waktu penyalaan dari insulated Gate Bipolar Transistor

(IGBT). IGBT pada IGC tidak lain merupakan saklar elektronik yang

mengatur kecilnya daya yang harus dibuang ke ballast load atau diambil

dari ballast load sesuai dengan perubahan tegangan yang terjadi, sehingga

dapat dicapai kembali kondisi daya yang dibangkitkan sama dengan daya

yang diserap oleh konsunmen dari ballast load. Arus listrik yang dikontrol

oleh IGBI adalah arus searah (direct current), untuk itu sebelum masuk

(32)

32 | P a g e jembatan dioda. Dalam perancangan maupun pemasangan IGC untuk

mikrohidro, perlu dipertimhangkan beberapa faktor yang akan dipaparkan

berikut ini: IGC untuk Mikrohidro, Pemasangan IGC, Setting dan

Komisioning IGC, Beban Ballast.

III.7.5 Ballast Load (Beban Komplemen)

Ballast Load merupakan Elemen pemanas air / udara yang termasuk dalam

pengontrolan PLTMH, ketika katyup turbin dibuka perlahan-lahan maka

daya yang dibangkitkan oleh generatir makin lama maikn besar, seluruh daya

yang dibangkitkan disalurkan oleh LOAD CONTROL ke Ballast Load. Pada

saat beban ke produsen dihubungkan maka ELC atau IGC akan mengatur

beban yang tidak daya yang tidak terpakai (kelebihan daya yang masuk

ke konsumen) akan disalurkan ke Ballast Load.

III.7.6 Instalasi Rumah Pembangkit dan Pentanahan

Tata letak kabel power diatur dengan memperhatilkan kemudahan

perawatan dan pengamanan dari kemungkinan banjir. Kabel power sebaiknya

menggunakan kabel NVFGbY agar tahan terhadap gigitan tikus yang cepat atau

lambat pasti akan menimbulkan masalah di rumah pembangkit. Ukuran

kabel power harus sesuai dengan daya yang dibangkitkan oleh

generator. Suply penerangan untuk rumah pembangkit harus terpisah dari

Suplai utama untuk konsumen, agar pada saat jaringan untuk konsumen

(33)

33 | P a g e III.7.8. Pentanahan

Sistem pentanahan harus mengacu kepada sistem hubungan fasa pada generator

yang digunakan. Jenis, ukuran dan jumlah elektroda maupun konduktor

pentanahan harus disesuaikan dengan kondisi tanah di rumah pembangkit

agar dapat dicapai nilai tahanan pentanahan yang disyaratkan.

Disamping produiksi standar yang ada di dalam panel kontrol, generator

maupun panal kuntrol perlu dilindungi dari bahaya petir. Lightning arrester

jenis metal oxide perlu dipasang pada jaringan sebelum masuk ke dalam rumah

pembangkit. Apabila rumah pembangkit berada pada daerah yang terbuka

dan rawan terhadap petir, pada atap sebaiknya dipasang penangkap petir

kerucut tembaga.

III.7.8. Jaringan Distribusi Dan Instailasi Konsumen

Jaringan distribusi dan intalasi untuk konsumen dapat mengacu kepada buku