BAB II TINJAUAN PUSTAKA

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. 2.2 Jenis jenis PLTA Gambar 2.1. Prinsip Kerja Turbin Air 2.2.1 PLTA jenis terusan aliran sungai (run-of-river) 5

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 (n s ) 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 η s 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 H 3/2 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 = 25 o 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 (m 3 /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/m 3 ) Neff H ƞt = Daya effektif turbin, (Hp) = tinggi air (meter) = 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 (n s ) - 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 (n s ) 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) n s = n. Ne 1/2 5/4 / H efs

22 dimana : n s = Kecepatan spesifikasi turbin n H efs N e = Kecepatan putaran turbin (rpm) = Tinggi jatuh effektif (m) = 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 (R m + K d ) Dimana : R m = 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) a = 1.1 d E = 0.85 d f = 0.35 d Kelengkungan Bucket a. sisi masuk : β 1 = 4 0-10 0 b. sisi masuk : β 2 = 10 0-20 0 Jumlah Bucket : z = 360 0 / 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 tekanan lebih. Turbin air Francis seperti di tunjukan pada gambar 2.11 bekerja dengan memakai proses 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 (D b ) dan diameter laluan D, sehingga : ( ) ( )