5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi Air

Indonesia memiliki banyak sekali keindahan gunung-gunung dan laut yang tersebar di

seluruh wilayah Indonesia. Pembangkit listrik ramah lingkungan yang seharusnya teknologinya

bisa kita kuasai sebagai pembangkit listrik masa depan di Indonesia adalah pembangkit listrik

tenaga air (PLTA). Indonesia memiliki banyak sekali potensi aliran energi air yang bisa

dimanfaatkan untuk dijadikan sumber energi listrik baru. Biasanya sumber energi air ini terdapat

di daerah pegunungan atau tempat tinggi lainnya.

Cara paling mudah untuk mendapatkan energi listrik dari aliran air adalah dengan

menggunakan baling-baling. Kecepatan aliran air dari tempat yang tinggi dimanfaatkan

sedemikian rupa sehingga bisa menggerakan baling-baling air tersebut untuk mengubah energi

aliran menjadi energi gerak untuk menggerakan generator dan menghasilkan listrik. Pada artikel

kali ini, akan coba dipaparkan tentang jenis-jenis pembangkit listrik tenaga air (PLTA) yang

umum digunakan hingga saat ini. Semoga artikel ini dapat memberikan inspirasi untuk

mengembangkan segala potensi tenaga air yang ada di Indonesia.

Gambar 2.1. Prinsip Kerja Turbin Air

2.2 Jenis – jenis PLTA

2.2.1 PLTA jenis terusan aliran sungai (run-of-river)

6

PLTA jenis ini memanfaatkan aliran sungai secara alami untuk menghasilkan energi

listrik. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2, air di hilir sungai dimanfaatkan sedemikian rupa

tanpa mengganggu aliran sungai ke hulu. Energi listrik yang dihasilkan sebanding dengan jumlah

volume air perdetik yang mengalir. Sehingga saat sungai kering tidak ada air, generator tidak

bisa menghasilkan energi listrik. Namun keuntungan dari PLTA tipe ini adalah biaya

konstruksinya yang murah dan pembangunannya yang sederhana. PLTA tipe ini cocok dibangun

pada sungai-sungai besar di Indonesia yang lokasinya masih terisolasi dan bertujuan untuk

mendapatkan sumber energi listrik yang ramah lingkungan dengan segera.

Gambar 2.2. PLTA terusan aliran sungai (run-on-river)

2.2.2 PLTA dengan kolam pengatur (regulatoring pond)

PLTA jenis ini menggunakan bendungan yang melintang disungai, yang bertujuan untuk

menaikkan permukaan air dibagian hulu sungai guna membangkitkan energi potensial yang lebih

besar sebagai pembangkit listrik. PLTA jenis ini memiliki efisiensi yang lebih baik daripada

PLTA tipe terusan aliran sungai.

Dengan menggunakan cara seperti ini, kita juga dapat mengatur aliran sungai per hari

ataupun per minggu untuk membangkitkan listrik sesuai dengan kebutuhan beban. Karena bisa

7

mengatur aliran sungai, PLTA jenis ini bisa digunakan sewaktu-waktu untuk memenuhi

kebutuhan sumber energi pada saat beban puncak.

Gambar 2.3. PLTA dengan kolam pengatur (regulatoring pond)

2.2.3 PLTA dengan menggunakan waduk (reservoir)

PLTA tipe ini mirip dengan prinsip PLTA yang menggunakan kolam pengatur. Cuma

disini dibuatkan sebuah waduk yang dapat menampung air dalam jumlah besar, sehingga

kapasitas pembangkitan energi listrik PLTA juga menjadi lebih besar lagi. Waduk ini biasanya

berbentuk hampir seperti danau buatan, atau dapat dibuat dari danau asli sebagai penampung air

hujan sebagai cadangan untuk musim kemarau. PLTA jenis banyak terdapat di negara-negara

yang memiliki curah hujan sedikit, hanya 2-3 bulan saja, atau negara 4 musim.

Sayangnya pembuatan PLTA yang menggunakan bendungan ini selain menghabiskan tanah dan

modal yang besar. terkadang bisa menyebabkan perubahan atau kerusakan lingkungan yang

fatal.

8

Gambar 2.4. PLTA yang menggunakan bendungan

2.2.4 PLTA jenis pompa – generator (pomped storage)

PLTA jenis ini membutuhkan dua buah kolam pengatur. Saat kebutuhan listrik

meningkat, air akan dialirkan dari kolam pengendali atas dan ditampung di kolam pengendali

yang bawah. Energi potensial aliran air inilah yang dimanfaatkan menjadi energi listrik.

Sedangkan saat beban minimal, listrik yang dihasilkan pembangkit listrik lain digunakan untuk

memompa balik air ke kolam penampung diatas untuk digunakan kembali saat dibutuhkan.

Di Indonesia pembangkit ini cocok dikembangkan karena pada saat malam hari, semua

orang serempak menggunakan listrik sehingga beban melonjak secara seketika, sedangkan siang

hari hanya sedikit orang yang menggunakan listrik. Pembangkit ini bertujuan untuk menyimpan

energi listrik sisa yang dibangkitkan. Sisa listrik yang dibangkitkan oleh PLTU lainnya

digunakan untuk memompa air dan digunakan saat beban puncak di malam hari.

9

Gambar 2.5. PLTA pompa – generator (pomped storage)

2.2.5 PLTA Hydroseries

Konsep PLTA ini adalah dengan memanfaatkan aliran sungai yang panjang dan deras

dari ketinggian tertentu. Dimana sepanjang aliran sungai terdapat lebih dari satu bendungan yang

diseri pada ketinggian tertentu untuk menghasilkan energy listrik yang lebih optimal.

Sebagai objek berada di Desa Suwangi kecamatan Sakra, Lombok Timur, Nusa

Tenggara Barat. Desa ini adalah desa transmigrasi yang sejak berdirinya (1998) hingga kini

(2013) masih belum maksimal teraliri listrik. Namun memiliki sumber air yang sangat potensial

untuk dijadikan sebagai sumber energi pembangkit listrik tenaga air skala kecil Studi kelayakan

sebenarnya sudah dilakukan oleh Dinas Pertambangan dan Energi Provinsi NTB pada tahun

2008 dan terbilang layak untuk dibangun sebuah PLTB.

10

Gambar 2.6. Bendungan Pandan Duri di Desa Suwangi kec. Sakra, Lombok Timur

Gambar 2.7. Saluran Irigasi Pandan Duri di Desa Suwangi kec. Sakra, Lombok Timur

Gambar 2.8. Peta lokasi Pandan Duri di Desa Suwangi kec. Sakra, Lombok Timur

Bendungan Pandan Duri didesa Suwangi digunakan sebagai penyedia air untuk irigasi

dibidang pertanian, air yang cukup melimpah selain digunakan untuk keperluan irigasi dapat

11

juga digunakan sebagai sumber tenaga listrik. Tenaga listrik dapat diperoleh melalui turbin air

yang nantinya energi listrik tersebut dapat bermanfaat untuk warga sekitar.

2.3 Karakteristik Turbin

Turbin air adalah suatu pesawat tenaga, dimana air merupakan media pokok sebagai sumber

energi yang di ubah sedemikian rupa sehingga didapatkan energi mekanis. Adapun uraian

singkat dari blok diagram konversi energinya dapat digambarkan seperti dibawah ini.

Energi

Potensial

Energi

Kinetik

Energi

Mekanis

Dimana dapat diuraikan sebagai berikut : air mengalir dari tempat yang tinggi menuju ke

tempat yang lebih rendah, dalam hal ini air memiliki energi potensial. Dalam proses aliran dalam

pipa, energi potensial tersebut berangsur – angsur berubah menjadi energi kinetik. Dalam turbin

air, energi kinetik air diubah menjadi energi mekanis, dimana air yang menumbuk sudu-sudu

pada turbin untuk memutar roda turbin.

Turbin air di sebut juga sebagai pesawat air, dimana air dapat dikatakan secara langsung

memutar poros pada rotor, jadi bertentangan atau berbeda dengan motor bakar atau mesin uap,

dimana diperlukan hubungan antara peralatan gerak untuk mengembangkan momen putar.

Adapun bagian-bagian utama dari turbin air adalah sebagai berikut :

a. Rotor adalah bagian yang berputar yang terdiri atas poros, disc dan sejumlah sudu. Pada

sudu-sudu inilah energi kinetik air diubah menjadi energi mekanis.

b. Stator adalah bagian yang diam, terdiri dari rumah turbin dan beberapa sudu tetap / nozzle.

Adapun Karakteristik dari turbin air adalah :

12

2.3.1 Kecepatan Spesifik (ns)

Kecepatan spesifik (specific speed) adalah kecepatan turbin model yang bekerja pada

tinggi jatuh 1 meter dan menghasilkan daya – output 1 Hp.

Rumusannya adalah sebagai berikut :

√

Dimana : n = Putaran turbin (rpm)

Q = Kapasitas (

)

H = Head (m)

2.3.2 Efisiensi Turbin

Setiap jenis turbin dan setiap kecepatan jenis masing-masing mempunyai effesiensi yang

berbeda-beda, seperti terlihat dalam gambar (2.15). Tabel (2.3). dan (2.4). Memperlihatkan

lengkungan effesiensi ( untuk setiap roda putar pada turbin Francis dan satu nozzle pada turbin

Pelton), dengan daya keluar masing-masing 2500 Kw dan 10000 Kw.

13

Gambar 2.9. Efisiensi Turbin Menurut Jenis Turbin dan Daya Keluarnya (Sumber :

Lal, Jagdish, 1975)

Table 2.1. Efisiensi Turbin Pelton( Sumber : Lal, Jagdish, 1975)

Diameter Total/Diameter 8 10 12 16

Pada Daya Maksimum (%) 85 87 87,5 87,5

Pada Efisiensi Maksimum (%) 86 88,5 89,5 89,5

Table 2.2. Efisiensi Turbin Francis dan Turbin Kaplan

ηs 6 90 IN 15 190 250 30 350 400 45 56 660

Pada daya max (%) 8 88 88 89 89 88,5 87 88 88: 88,8 89 87,5

Pada efisiensi max (%)

8 90 90 91 91 91 40 90 90,5 90;8 91 90

(Sumber : Lal, Jagdish,1975)

14

2.3.3 Perubahan Debit air dan Efisiensi dengan Perubahan Kecepetan

Untuk turbin pelton akan mempengaruhi debitnya. Hal ini disebabkan karena kecepatan

aliran pada mulut pancaran akan berubah sesuai dengan berubahnya kecepatan. Perubahan

kecepatan akan sedikit mempengaruhi debitnya. Perubahan debit yang sangat kecil sesuai dengan

kecepatan jenis turbin. Untuk turbin aliran diagonal dan turbin jenis baling – baling ( propeller )

perubahan kecepatan sangat besar pengaruhnya pada perubahan debit. Perubahan kecepatan akan

mempengaruhi besarnya efisiensi turbin. Oleh karna itu turbin selalu dibuat sedemikian rupa

hingga dicapai efisiensi yang tinggi pada kecepatan yang telah di tetapkan. Bertambah atau

berkurangnya efisiensi karena perubahan kecepatan diperlihatkan dalam gambar (2.10).

Gambar 2.10. Efisiensi dan Debit Sebagai Fungsi Perubahan Kecepatan (Sumber :

Lal, Jagdish, 1975)

2.3.4 Perubahan Debit, Efisiensi dan Daya dengan Tinggi Jatuh

15

Turbin air selalu dibuat sedemikian rupa sehingga dapat diperoleh efisiensi tertinggi pada

tinggi jatuh tertentu. Apabila tinggi jatuh bertambah besar, maka kecepatan putar akan

bertambah pula. Demikian pula debit dan daya yang keluar dari turbin akan bertambah besar,

apabila H bertambah besar. Hubungan itu dapat dinyatakan dengan rumus berikut :

(

)

⁄

(

)

⁄

(

)

⁄

Dimana H, Q, N dan n adalah nilai – nilai sebelum perubahan, H' , 0' , N' dan n' adalah nilai –

nilai sesudah perubahan. Untuk PLTA jenis Waduk, perubahan tinggi jatuh sesuai dengan

perubahan musim. Untuk Waduk – Waduk yang perubahan tinggi permukaan airnya yang sangat

besar, tinggi jatuhnya akan mengalami perubahan yang besar pula. Debit yang mengalir melalui

rotor berubah sebanding dengan dan daya yang keluar berubah sebanding dengan H3/2 Oleh

karena itu akan tidak menguntungkan apabila turbin dibuat untuk debit Q yang paling besar,

karena di samping ukuranya akan menjadi sangat besar, dan dengan demikian akan menjadi

mahal, juga karena penurunan debit akan mengakibatkan penurunan efisiensi.

Juga tinggi terjun H harus dipilih sehingga tercapai produksi tenaga tahunan yang

maksimum. Karakteristik dari turbin pada perubahan H selalu diketahui, karena perubahan

kecepatan putar, debit dan lain – lain, selalu akan sesuai dengan perubahan H. Gambar (2.11).

memperlihatkan satu contoh grafik efisiensi sebagai fungsi dari perubahan tinggi jatuh air H.

16

Gambar 2.11. Efisiensi, Debit dan Daya Keluar sebagai Fungsi Perubahan Tinggi

Jatuh Sumber : Lal, Jagdish, 1975

1.3.4 Kecepatan Lari

Kecepatan lari ( runaway speed ) suatu turbin adalah kecepatan putaran turbin tanpa beban

dengan debit tertentu. Kecepatan maksimum yang mungkin terjadi dinamakan kecepatan lari

maksimum. Pada turbin yang memiliki rotor yang dapat digerakkan, ini akan terjadi bila kedudukan

sudu rotor ( runner blade ) dan baling – baling antara ( guide vane ) yang berbeda beda dan tak ada

hubunganya satu sama lain. Apabila tinggi jatuh air berubah ubah, makadipakai kecepatan lari yang

terbesar yaitu sesuai dengan H yang terbesar. Pada umumnya, kecepatan lari adalah 1,85 – 2 kali

kecepatan putar normal ( kecepatan putar yang direncanakan ) untuk turbin Pelton, 1,6 – 2,2 kali

untuk turbin Francis, 1,8 – 2,3 kali untuk turbin Kaplan.

2.3.5 Kapasitas

17

Kapasitas adalah suatu peistiwa terjadinya gelembung – gelembung uap didalam cairan

(air ) yang mengalir apabila tekanan ditempat tersebut sama dengan tekanan uapnya. Gelembung

tersebut akan terbawa arus. Aapabila gelembung – gelembung tersebut sampai disuat tempat

dimana tekananya melebihi tekanan uapnya ( tekana uap air pada T = 25o C + 3,169 Kpa ), maka

gelembung akan pecah dengan tiba – tiba. Pecahanya gelembung – gelembung tersebut bukan

saja menimbulkan bunyi berisik dan getaran, tetapi dapat menyebabkan lubang – lubang kikisan

pada permukaan sudu – sudu, rumah turbin dan dinding bagian atas dari saluran hisap.

Kapasitas dapat dicegah atau dikurangi dengan jalan

1. Memasang turbin pada tempat tepat yang sebaik – baiknya, yaitu memperkecil jarak vertikal

antara roda turbin dan permukaan air bawah ( memperkecil tinggi hisap Hs ).

2. Memperbaiki konstruksi dan mengusahakan agar tidak terdapat belokan – belokan yang

tajam. Kerusakan akibat kavitasi dapat dicegah dengan jalan menggunakan material yang

kuat atau melapisi dengan bahan yang tahan terhadap kavitasi, seperti baja tahan karat (

Stainless sttel ) dan Cron, terutama untuk bagian – bagian dimana diperkirakan dapat terjadi

kavitasi.

2.4 Prinsip Pembangkit Tenaga Air

Pembangkit tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga air dengan ketinggian dan debit

tertentu menjadi tenaga listrik, dengan mengunakan turbin air dan generator. Daya (power) yang dihasilkan

dapat dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut :

Dimana : N = Tenaga yang dikeluarkan secara teoritis (HP)

H = Tinggi jatuh air effectif (meter)

18

Q = Debit air (m3/dt)

Daya yang keluar dari Generator dapat diperolah dari perkalian effisieni turbine dan generator

dengan Daya yang keluar secara teoritis.

Berdasarkan rumus di atas maka erhasil tidaknya suatu pembangkit tenaga air tergantung

dari pada usaha untuk mendapatkan tinggi air dan debit air yang besar secara effektif dan

ekonmis. Pada umumnya debit air (intake), saluran air dan turbin, oleh karena itu tinggi jatuh

yang besarnya dengan sendirinya lebih murah. Dihulu sungai dimana pada umumnya kemiringan

dasar sungai lebih curam akan mudah diperoleh tinggi jatuh yang besar. Sebaliknya sebelah hilir

sungai, tinggi jatuh rendah dan debit besar. Oleh karena itu bagian hulu sungai lebih ekonomis,

sedangkan bagian hilirnya kurang ekonomis mengingat tinggi jatuh yang kecil dan debit besar.

2.5 Debit Air

Pada turbin air, debit air yang continue merupakan faktor yang penting, dimana debit air

adalah berapa liter atau meter kubik tiap detik air. Yang dapat tersedia sepanjang waktu. Apabila

debit air berkurang maka daya turbin air akan berkurang karena daya turbin air berkolerasi kuat

terhadap debit air. Debit air dirumuskan sebagai berkut :

Dimana : Y =berat jenis air (N/m3)

Neff = Daya effektif turbin, (Hp)

H = tinggi air (meter)

ƞT = efisiensi turbin

2.5.1 Penentuan Debit Air

19

2.5.1.1 Debit Maksimum

Untuk pembangkit Listrik Tenaga Air jenis waduk,waduknya di gunakan untuk

menyimpan dan melepaskan simpanan air sepanjang tahun, guna memenuhi kebutuhan pada

waktu beban puncak. Debit maksimum di tentukan oleh jumlah air yang dapat diatur selama

beban puncak dalam musim kemarau.

Hal ini dapat dihitung dari kondisi beban dalam musim kemarau, jumlah air yang di

tersimpan di dalam waduk untuk persediaan pada hari – hari kering dan debit alami dari sungai

pada musim kemarau. Pada umumnya, besarnya debit maksimum adalah sekitar 3 – 4 kali

jumlah debit rata – rata dari waduk dalam musim kemarau, dan debit alami dari sungai itu

sendiri.

2.5.1.2 Jumlah Air Pasti

Jumlah air pasti (firm water quantity) adalah jumlah air yang pasti dapat di manpaatkan

sepanjang tahun. Ini di peroleh dari jumlah air dalam musim kering di kurangi dengan, jumlah

air ang dialirkan dibagian hilir untuk keperluan pengairan, perikanan, pariwisata dan lain-lain.

Untuk jenis waduk, nilainya adalah jumlah air ang dapat di pakai selama 355 hari dalam setahun,

dikurngi dengan jumlah debit air bagi pemakaian seperti tersebut diatas, disamping itu

diperhatikan pula persediaan air yang dapat disimpan dalam waduk pada musim kemarau.

2.6 Head Turbine Air

Head pada turbin air pada dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu :

2.6.1 Gross Head

Gross head adalah merupakan perbedaan tinggi antara permukaan didaerah atas (Dead

Race) terhadap permukaan air di bagian bawah (Tail Race) pada saat permukaan tenang.

2.6.2 Net Head atau Effektif Head

20

Adalah head yang berguna pada daerah masuk turbin, ini di dapat dengan mengurangi

Gross head dengan semua losses yang terjadi sepanjang aliran air dari head race sampai daerah

masuk turbin, dimana losses utama yang terjadi adalah pada gesekan antara fluida kerja dengan

pipa penstock, nozzle, dan sebagainya.

2.7 Klasifikasi Turbin

Seperti halnya pada turbin uap, turbin air juga di bedakan dalam beberapa golongan,

antara lain :

- Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya

- Berdasarkan Head dan kapasitas air

- Berdasarkan kecepatan spesifikasinya (ns)

- Berdasarkan model aliran masuk Runner

2.7.1 Dilihat dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya

2.7.1.1 Turbin Impuls

Turbin impuls adalah sebuah turbin yang berputar karena adanya aksi dari air. Pada turbin

impuls, air dari sebuah bendungan / dam dialirkan melalui pipa pesat (penstock), kemudian melalui

mekanisme pengarah dan terakhir melalui nozzle. Yang termasuk jenis turbin impuls ini adalah turbin

pelton, turbin Banki (Cross Flow).

2.7.1.2 Turbin Reaksi

Pada turbin ini konstruksi rotornya dibuat sedemikian rupa sehingga bekerja karena adanya

aliran yang di timbulkan oleh energi tekanan karena tinggi terjun yang di rubah secara bertahap

21

menjadi energi kecepatan yang termasuk jenis turbin reaksi antara lain Turbin Francis, turbin aliran

diagonal, turbin baling – baling (propeller).

2.7.2 Berdasarkan Head dan Kapasitas Air

Berdasarkan pada besarnya head dan kapasitas air yang tersedia, turbin air dapat

dikelompokkan menjadi :

a. Turbin air head tinggi dan kapasitas air kecil, Untuk head diatas 500 m biasanya

mempergunakan turbin air Pelton.

b. Turbin air head sedang dan kapasitas air sedang, Untuk head antara 16 -70 m digunakan

untuk turbin Francis.

c. Turbin air head rendah dan kapasitas air besar. Untuk head antara 2 – 15 m digunakan

untuk turbin air Kaplan.

Tabel 2.3. Tinggi jatuh air dan jenis turbin air. Sumber : Lal, Jagdish, 1975

Tinggi jatuh air (head) Jenis Turbin

Lebih dari 300 m Pelton

250-300 Francis atau Pelton (diutamakan Pelton)

150-250 Francis atau Pelton (diutamakan Francis)

50-150 Francis

25-50 Francis atau Kaplan (diutamakan Francis)

0-25 Francis atau Kaplan (diutamakan Kaplan)

2.7.3 Berdasarkan Kecepatan Spesifik (ns)

Yang dimaksud dengan kecepatan spesifik dari suatu turbin ialah kecepatan putaran

runner yang dapat dihasilkan daya effektif 1 BHP untuk setiap tinggi jatuh 1 meter atau dengan

rumus dapat di tulis (Lal, Jagdish, 1975)

ns = n . Ne1/2 / Hefs5/4

22

dimana : ns = Kecepatan spesifikasi turbin

n = Kecepatan putaran turbin (rpm)

Hefs = Tinggi jatuh effektif (m)

Ne = Daya turbin effektif (HP)

Setiap turbin air memiliki nilai kecepatan spesifik masing-masing, tabel 2.2 menjelaskan

batasan kecepatan spesifik untuk beberapa turbin konvensional.

Tabel 2.4. Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional

Sumber : Lal, Jagdish, 1975

No Jenis Turbin Kecepatan Spesifik

1 Pelton dan kincir air 10 - 35

2 Francis 60 - 300

3 Cross-Flow 70 - 80

4 Kaplan dan propeler 300 - 1000

2.7.4 Berdasarkan Model Aliran Masuk Air Runner

Berdasarkan modul aliran masuk air runner, maka turbin air dapat di bagi menjadi tiga tipe yaitu

:

2.7.4.1 Turbin Aliran Tangensial

Pada kelompok turbin ini posisi air masuk runner dengan arah tangensial atau tegak lurus

dengan poros runner mengakibatkan runner berputar, contohnya Turbin Pelton dan Turbin Cross-

Flow.

23

Gambar 2.12. Turbin Aliran Tangensial

Sumber : Haimerl,L.A., 1960

2.7.4.2 Turbin Aliran Aksial

Pada turbin ini air masuk runner dan keluar runner sejajar dengan poros runner, Turbin Kaplan

atau Propeler adalah salah satu contoh dari tipe turbin ini.

Gambar 2.13. Model Turbin Aliran Aksial

Sumber : Haimer,L,A., 1960

2.7.4.3 Turbin Aliran Aksial – Radial

Pada turbin ini air masuk ke dalam runner secara radian dan keluar runner secara aksial

sejajar dengan poros. Turbin Franacis adalah termasuk dari jenis turbin ini.

24

Gambar 2.14. Model Turbin Aliran Aksial – Radial

Sumber : Haimerl, L.A., 1960

2.8 Konstruksi Turbin Air

2.8.1 Konstruksi Turbin Pelton

Turbin air pelton merupakan salah satu dari jenis turbin air impuls. Turbin air ini

dinamakan berdasarkan orang yang menemukannya yaitu Lester Allan Pelton (1829-1908). Roda

jalan pada turbin Pelton dilengkapi dengan ember-ember (buckets) yang dipasang pada keliling

luar roda jalan.

Gambar 2.15. Perubahan tekanan dan tinggi jatuh trbin pelton

Sumber : Seri Konversi Energi, 2010

25

Ember-ember tersebut menerima pancaran air dari mulut nozzel yang kemudian

menggembalikan pancaran air ini setelah membaginya ke arah kiri dan kanan dengan bantuan

punggung (ridge) yang terdapat di tengah ember.

Gambar 2.16. Penampang nozzel dan pancaran air

Sumber : Seri Konversi energy, 2010

Turbin air pelton umumnya dipakai untuk tinggi terjun air (head) yang besar. Tinggi

terjun air (head) dihitung dari permukaan air atas sampai ketengah-tengah pancaran air,

seperti ditunjukkan pada gambar 2.6.

Di bagian bawah roda jalan terdapat suatu tempat yang dinamakan sebagai ruang bebas

sehingga roda jalan turbin pelton tidak terendam di dalam air.

Jenis turbin air pelton dapat dibedakan berdasarkan kedudukan poros yaitu :

1. Turbin Pelton poros tegak (vertikal)

2. Turbin Pelton poros mendatar (horizontal)

26

Gambar 2.17. Konstruksi Turbin Pelton Tegak

Sumber : Seri Konversi Energi, 2010

Berdasarkan jumlah pancaran (nozzle) turbin air Pelton dibedakan menjadi 2 :

1. Turbin Pelton nozzle tunggal

2. Turbin Pelton nozzle banyak

Gambar 2.18. Turbin Pelton Nozzle Tunggal

Sumber : Seri Konversi Energy, 2010

27

Gambar 2.19. Turbin Pelton Nozzle Banyak

Sumber : Seri Konversi Energy, 2010

2.8.1.1 Diagram Alir Perpindahan Energi Pada Turbin Pelton

Air dari bendungan mempunyai energi potensial. Air dialirkan lewat pipa mempunyai

energi kinetik, setelah memutar runner akan menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran.

Putaran poros turbin dihubungkan dengan generator. Dan generator akan menghasilkan energi

listrik.

Karakteristik utama dari turbin pelton adalah pemasukan sebagian aliran air ke dalam

runner pada tekanan atmosfer. Pancarn air dari pipa akan mengenai sudu-sudu turbin melalui

nozzle dan sesuai dengan perimbangan tempatnya. Air pancar akan belok dan ada kemungkinan

membaliknya air bias diarah tegak lurus, runner dan rumah turbin.

2.8.1.2 Nozzle

Nozzle merupakan mekanisme pancaran yang berbentuk melengkung yang mengarahkan

air sesuai dengan arah aliran sungai yang direncanakan dan mengatur aliran air. Aliran air yang

keluar dalam bentuk jet dan akan menumbuk bucket (mangkok). Untuk mengatur keluaran air

28

dari nozzle, menggunakan jarum mekanis dibagian dalam nosel sebuah jarum mekanis dibagian

dalam nosel tersebut akan mengakibatkan jumlah air melalui jet berkurang,dan apa bila jarum

ditarik menjauhi jet maka jumlah air yang keluar akan bertambah. Gerakan dari jarum diatur

dengan roda pemutar secara manual atau otomatis, sesuai dengan keperluan yang dikehendaki,

nosel diusahakan diletakkan sangat dekat dengan garis putaran mangkok, sebagaian usaha untuk

memperkecil kerugian akibat putaran.

Gambar 2.20. Penampang Nozzle

Sumber : http://www.nzdl.org

2.8.1.2.1 Diameter Jet

Diameter jet dapat di tentukan berdasarkan kapasitas aliran air pada nozzle

⁄ (Jagdish lal, 1956 : 112)

√√

Dimana : √

29

K = koefisien kecepatan untuk nozzle = 0,98 – 0,99

Sehingga :

√

2.8.1.3 Runner dan Bucket (mangkok)

Runner dari sebuah turbin pelton harus merupakan piringan melengkung yang di pasang

pada poros vertikal. Pada bagian keliling luar dari runner terdapat sejumlah bucket (mangkok)

secara sama baik bentuk, ukuran maupun jaraknya.

Permukaan bucket dibuat sangat halus dan rata. Untuk tinggi angkat yang rendah bucket

terbuat dari besi cor, tetapi tetai untuk pemakaian tinggi angkat yang besar, bucket dibuat dari

bronze ( stainless steel) atau panduan yang lainnya. Sedangkan pemasangan bucket pada runner

biasanya dilakukan dengan baut tetapi ada pula ada pula yang langsung dicor jadi satu dengan

piringan, dengan anggapan seluruh bucket akan aus dalam waktu yang bersamaan dan akan

diganti dalam waktu bersamaan pula.

Gambar 2.21. Runner dan Bucket

Sumber : http://sanjose.quebarato.co.cr/

2.8.1.3.1 Diameter runner

30

Diameter runner turbin Pelton merupakan diameter rata-rata roda turbin yang kena

pancaran air. Diameter runner dapat dihitung dari persamaan.

Dimana : η h = Efisiensi hidrolis : 0,92 – 0,95

n 1 = Kecepatan spesifik

n 1 = √

Diameter luar runner ditentukan dengan persamaan

Dc = 2 (Rm + K d )

Dimana : Rm = D / 2 jari-jari runner rata-rata

d = Diameter

K = Konstanta : 0,56 – 0,60

2.8.1.3.2 Bucket (mangkok)

Lembar Bucket : B = (3-8 - 4.0) (Suprianto, 2008 : 127)

Tinggi Bucket : H = (3-2 - 2.8)

Kedalama Bucket :

T = (0.6 - 0.9) E = 0.85 d

a = 1.1 d f = 0.35 d

Kelengkungan Bucket

a. – sisi masuk : β1 = 40 - 100

b. – sisi masuk : β2 = 100 - 200

Jumlah Bucket : z = 3600 / θ , : θ = 2φ - ψ

Sehingga

31

2.8.1.4 Cassing Turbin (rumah turbin)

Dalam sebuah turbin pelton casing dapat dikatakan tidak berperan penting sebagai system

hydrolis, akan tetapi merupakan bagian utama yang sangatlah diperlukan sebagai pelindung dari

benturan air yang terjadi dan juga untuk menahan semburan dan pancaran jet serta untuk

mengarahkan air melewati generator dan mengamankan dari kontak langsung dengan manusia.

2.8.2 Kontruksi Turbin Francis

Turbin air Francis seperti di tunjukan pada gambar 2.11 bekerja dengan memakai proses

tekanan lebih.

Gambar 2.22. Konstruksi Turbin Francis

Sumber : Seri Konversi Energi, 2010

Gambar 2.23. Turbin Francis Poros Horizontal

Sumber : Seri Konversi Energi, 2010

32

Pada waktu air masuk sudu jalan, sebagaian dari energi tinggi jatuh telah bekerja di

dalam sudu pengarah diubah sebagai kecepatan arus masuk. Sisa energi tersebut dimanfaatkan

di dalam sudu jalan, dengan adanya pipa isap kemungkinan energi tinggi jatuh bekerja di sudu

jalan dengan maksimal.

Pada sisi sebelah luar sudu jalan terdapat tekanan rendah ( di bawah 1 atmosfir ) dan

kecepatan aliran air yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan aliran akan berkurang dan

tekanannya akan kembali naik, sehigga air bisa dialirkan keluar lewat saluran air bawah dengan

tekanan sama seperti keadaan sekitarnya.Turbin aliran Francis berdasarkan kedudukan porosnya

dapat di golongkan menjadi:

1. Turbin air Francis poros horizontal

2. Turbin air Francis poros vertikal.

Gambar 2.24. Turbin Francis Poros Vertikal

Sumber : Seri Konversi Energy, 2010

33

Gambar 2.25. Konstruksi Turbin Kaplan

Sumber : Seri Konversi Energy,2010

Debit aliran yang melewati baling-baing yang dibatasi oleh Boss (Db) dan diameter

laluan D, sehingga :

(

) (

)