13
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 : 53

BAB IV PLTMH Nisam Antara Kabupaten Aceh Utara, Provinsi Aceh

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 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

Page 2: BAB IV PLTMH Nisam Antara Kabupaten Aceh Utara, Provinsi Aceh

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

Page 3: BAB IV PLTMH Nisam Antara Kabupaten Aceh Utara, Provinsi Aceh

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

Page 4: BAB IV PLTMH Nisam Antara Kabupaten Aceh Utara, Provinsi Aceh

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

Page 5: BAB IV PLTMH Nisam Antara Kabupaten Aceh Utara, Provinsi Aceh

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

Page 6: BAB IV PLTMH Nisam Antara Kabupaten Aceh Utara, Provinsi Aceh

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 :

Page 7: BAB IV PLTMH Nisam Antara Kabupaten Aceh Utara, Provinsi Aceh

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,

Page 8: BAB IV PLTMH Nisam Antara Kabupaten Aceh Utara, Provinsi Aceh

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 :

Page 9: BAB IV PLTMH Nisam Antara Kabupaten Aceh Utara, Provinsi Aceh

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.