BAB IV PLTMH Nisam Antara Kabupaten Aceh Utara, Provinsi Aceh
-
Upload
syahrul-ramazan -
Category
Education
-
view
181 -
download
3
Transcript of BAB IV PLTMH Nisam Antara Kabupaten Aceh Utara, Provinsi Aceh
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)
Secara teknis, mikrohidro mempunyai tiga komponen utama yaitu air
sumber energi, turbin dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu
disalurkan dengan ketinggian tertentu melalui pipa pesat menuju rumah instalasi
(power house). Di rumah instalasi, air tersebut akan menumbuk turbin sehingga
akan menghasilkan energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Putaran
poros turbin ini akan memutar generator sehingga dihasilkan energi listrik. Secara
skematis ditunjukkan pada gambar 4.1. berikut ini :
Gambar 4.1 Skema Prinsip kerja PLTMH
53
54
Cara kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) sebagai berikut:
a. Aliran sungai dibendung agar mendapatkan debit air ( Q) dan tinggi jatuh
air (H), kemudian air yang dihasilkan bak penampung disalurkan melalui
saluran pembawa air menuju kolam penenang,
b. Kolam penenang dihubungkan dengan pipa pesat, dan pada bagian paling
bawah di pasang turbin air.
c. Turbin air akan berputar setelah mendapat tekanan air ( P ), dan
perputaran turbin dimanfaatkan untuk memutar rotor generator,
d. Setelah mendapatkan putaran pada rotor maka stator generator akan
menimbulkan gaya gerak listrik (g.g.l) untuk menghasilkan tegangan.
e. Setelah mendapat tegangan dan frekuensi yang dihasilkan oleh generator
maka tegangan tersebut di stabilkan oleh penguat (Automatic Voltage
Regulator) pada generator itu sendiri dan pada Ballast Load terlebih
dahulu terus baru dikirim kekonsumen melalui saluran kabel distribusi
Jaringan Tegangan Rendah (JTR).
4.2 Pemilihan Turbin
a. Kriteria Pemilihan Jenis Turbin
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan
kekurangan dan jenis-jenis turbin. Khususnya untuk suatu desain yang sangat
spesifikasi pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungan dengan
55
mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem
operasi turbin.
Faktor tinggi jatuh air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan
untuk dioperasikan turbin merupakan turbin utama yang mempengaruhi
pemilihan jenis turbin, sebagai contoh : turbin pelton efektif untuk operasi
pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada
head rendah.
Faktor daya ( power ) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit
yang tersedia.
Kecepatan Putaran turbin yang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai
contoh untuk sistem transmisi direct kouple antara generator dengan turbin
pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat mencapai putaran
yang diinginkan, sementara turbin pelton dan cross flow berputar sangat
lambat ( low speed ) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi.
(Susatyo. Ir Anjar. 1997)
Setiap turbin memiliki nilai kecepatan spesifik masing-masing, untuk
menjelaskan batasan kecepatan spesifikasi untuk beberapa turbin konversional
dapat dilihat pada tabel 4.1 di bawah ini :
Tabel 4.1 Kecepatan spesifikasi turbin konversional.
No Jenis Turbin Kecepatan SpesifikTurbin(Ns)
1 Pelton dan kincir air 10 – 35
2 Francis 60 – 300
3 Cross-Flow 70 – 80
56
4 Kaplan dan propeller 300 – 1000
Efisiensi turbin
= 0.8 – 0.85 untuk turbin pelton
= 0.8 – 0.90 utuk turbin francis
= 0.7 – 0.80 untuk turbin crossflow
= 0.8 – 0.90 untuk turbin propeller dan kaplan.
Adapun untuk dapat mengetaui lebih jelas cara pemilihan jenis turbin dapat
dilihat pada gambar 4.2. diberikut ini :
Gambar 4.2 Diagram pemilihan turbin
57
4.3 Perhitungan Debit Air Sungai
Berdasarkan persamaan (3.1) dapat ditentukan perhitungan debit air (Q)
yaitu :
Diketahui :
Panjang = 1,85 m
Lebar = 0,56 m
Perhitungan waktu dilakukan sebanyak 3 kali antara lain :
t1 = 2,16 detik
t2 = 1,55 detik
t3 = 1,58 detik
Dimana waktu rata-rata adalah tm = 1,76 detik
Perhitungan volume air sepanjang lintasan dilakukan dengan menghitung
rata-rata kedalaman air yaitu sekitar hm = 10 cm = 0,1 m. Maka debit aliran
kemudian dapat diperoleh dari persamaan berikut ini :
Q = A .hm
tm
Q = P . L .hm
tm
Q = 1.85 m x0.56 m x0.1 m
1.76 detik
Q = 0.0589 m3/dtk
58
Jadi berdasarkan perhitungan diatas maka debit air (Q) yang diperoleh
adalah 0.0589 m2/detik.
4.4 Perhitungan Rugi-Rugi Pipa Pesat dan Head Efektif
Dengan Panjang Pipa Pesat (P) = 260,15 m, koefisien pipa (f) = 0,02 ,
diameter dalam (ID) = 254mm dan gaya gravitasi bumi g = 9,81 m/s2, maka :
Head turbin aktual (efektif) adalah
Hefektif = ∆Hm - HL
Dimana rugi-rugi pada pipa pesat dapat dihitung sebagai berikut :
HL = f ( PID
)( V 2
2 g)
Kecepatan fluida dalam pipa pesat dapat dihitung sebagai berikut :
V = QA
= 4 Qπ D2
= 4 x 0.0589π .0,254 m/s
= 0.697 m/s
Koefisien gesekan pipa f dapat diperoleh dari Moody Chart dari bilangan
Reynolds dan kekasaran permukaan pipa. Bilangan Reynolds dapat dihitung
sebagai berikut :
59
Re = vDυ
Viskositas kinematik air adalah υ = 1.004×10-6 m2/s, maka
Re = 0.697 ×0.2541.004 ×10−6
= 176333
Bilangan Reynolds sangat tinggi yang menunjukkan kalau aliran di dalam
pipa adalah turbulen penuh. Dengan kekasaran permukaan untuk pipa galvanis
ϵ=0.15mm atau ϵD = 0.15
254 = 6×10-4. Dari Moody Chart seperti yang ditunjukkan
pada gambar berikut ini.
Gambar 4.3 Moody Chart Diagram
Koefisien gesekan dapat diperoleh kira-kira,
f = 0.02
Maka rugi-rugi gesekan pada pipa,
60
HL = 0,02 ( 260,150,254
)( 0,6972
2x 9,81)
= 0.51m
Head total turbin dengan memperhitungan gesekan pipa adalah,
Htotal = 64m – 0.51m
= 63.49m
4.5 Perhitungan Daya Yang Dibangkitkan Oleh Generator
1. Berdasarkan persamaan (3.3) dapat dihitung potensi daya maksimum
mikrohidro atau daya hidrolik tenaga air yaitu :
P = 9,81.ρ.Q.Ht
Dengan densitas air sekitar 1000 kg/m3 dan gaya gravitasi bumi g = 9,=81
m/s2, debit air Q = 0.0589 m3/det, tinggi jatuh air (Ht) = 63,49 maka :
P = 9,81 x 1000 x Q x Ht
= 9,81 x 1000 x 0.0589 x 63,49
= 36685 Watt atau
P = 36,685 kW
Jadi, daya maksimum yang dapat dibangkit oleh generator tanpa
memperhitungkan efisiensi adalah P = 36,685 kW.
2. Untuk daya maksimum dengan memperhitung efisiensi turbin yaitu :
61
Pt = 9,81 x ρ x Q x Ht x Ƞt
Dimana dapat diketahui data yang diperoleh debit air Q = 0.0589 m3/det,
tinggi jatuh air (Ht) = 63,49 m, dan efisiensi turbin yang digunakan yaitu
turbin Cross-Flow maka Ƞt = 0.8, maka daya hidrolik tenaga air (Pair) adalah :
Pt = 9,81 xρ x Q x Ht x Ƞt
= 9.81 x 1000×0.0589 x 63,49 x 0,8 Watt
= 29348 Watt
= 29,348 kW
Jadi, Total daya listrik yang dapat dibangkitkan oleh generator setelah
memperhitungkan efisiensi turbin adalah Pt = 29,348 kW.
3. Untuk daya maksimum dengan memperhitungkan efisiensi generator yaitu :
Generator sinkron ƞg = 0,9
Generator induksi ȠG = 0,7
Pmax = 9,81 x ρ x Q x Ht x Ƞt x ȠG
= 9.81 x 1000×0.0589 x 63,49 x 0,8 x 0,9 Watt
= 26413 Watt
= 26,413 kW
Jadi, daya maksimum yang dapat dibangkitkan oleh generator setelah
memperhitungkan efisiensi turbin dan generator adalah :
Untuk generator sinkron 26,413 kW sedangkan generator induksi adalah
20,543 kW.