Perhitungan Efisiensi Turbin di PLTA Sutami

LAPORAN KERJA PRAKTEK ANALISA UNJUK KERJA TURBIN FRANCIS VERTIKAL DI PT. PEMBANGKITAN JAWA BALI UNIT PEMBANGKIT BRANTAS PLTA SUTAMI

Oleh :

Prasekky Hanung Permadi NIM NIM : I040 I04090 9040 40

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013

LAPORAN KERJA PRAKTEK ANALISA UNJUK KERJA TURBIN FRANCIS VERTIKAL DI PT. PEMBANGKITAN JAWA BALI UNIT PEMBANGKIT PEMBANGKIT BRANTAS BRANTAS PLTA SUTAMI

Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Kelulusan Mata Kuliah Kerja Praktek

Oleh :



LAPORAN KERJA PRAKTEK ANALISA UNJUK KERJA TURBIN FRANCIS VERTIKAL DI PT. PEMBANGKITAN JAWA BALI UNIT PEMBANGKIT PEMBANGKIT BRANTAS BRANTAS PLTA SUTAMI

Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan Kelulusan Mata Kuliah Kerja Praktek

Oleh :



DAFTAR ISI

HALAMAN HALAMAN JUDUL....... JUDUL............ .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

i

LEMBAR LEMBAR PENGESAHAN PENGESAHAN..... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ... ......... .........

ii

KATA PENGANTAR PENGANTAR .......... ............... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ....

iii

RINGKASA RINGKASAN N .......... ............... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ...

v

DAFTAR ISI..................... ISI ........................................... ............................................ ............................................ ................................. ...........

vii

DAFTAR DAFTAR TABEL .......... ............... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

ix

DAFTAR DAFTAR GAMBAR GAMBAR .......... ............... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

x

DAFTAR DAFTAR RUMUS .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ...

xi

DAFTAR DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN ......... .............. .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ...

xii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LatarBe LatarBelakan lakang g .......... ............... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ....

1

1.2 Perumusan Masalah ……………………………………………. Masalah …………………………………………….

1

1.3 Batasan Batasan Masalah Masalah .......... ............... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

2

1.4 Metode Metode Pengumpul Pengumpulan an Data .......... ............... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ...

2

1.5 Tujuan 1.5 Tujuan ……….……………. ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....

3

1.6 Manfaat Manfaat .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ...

3

1.7 Tempat Tempat dan Waktu Pelaksan Pelaksanaan aan .......... ............... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

4

1.8 Sistematik Sistematikaa Penulisan Penulisan .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

4

BAB II GAMBARAN UMUM 2.1 Pengenal Pengenalan an PT. Pembang Pembangkit kit Jawa Bali (PJB) .......... ............... .......... .......... ......... ....

6

2.2 PT. PJB Unit PEmbang PEmbangkitan kitan Brantas Brantas ......... .............. .......... .......... .......... .......... .......... ........ ...

7

2.3 Keadaan Keadaan Umum PLTA Sutami Sutami . .......... ............... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

8

2.3.1 2.3.1 Penjelasa Penjelasan n Umum .......... ............... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ...

8

2.3.2 2.3.2 Letak Letak Perusahaa Perusahaan n .......... ............... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ....

8

2.3.3 2.3.3 Struktur Struktur Organisa Organisasi si PLTA Sutami Sutami ...... ........... .......... .......... ......... ......... .......... .......

9

2.4 Sarana Sarana dan Prasarana Prasarana PLTA Sutami Sutami ........ ............. .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

9

2.4.1 2.4.1 Bendunga Bendungan n .......... ............... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ....

9

2.4.2 Pintu – Pintu – Pintu Pintu Air ......... .............. .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

11

2.4.2.1 Saluran Atas (Head Race) ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....

11

v

(Tail Race) Race) ...... 2.4.2.2 Saluran Bawah (Tail ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..

13

2.4.2.3 Surge Tank .......... ............... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ....... ..

13

2.4.2.4 Pipa Pesat (Penstock) ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..

14

2.5 Unit Pembang Pembangkit kit ............. .................. .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

15

2.5.1 2.5.1 Turbin Turbin .......... .............. ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ....... ..

15

2.5.2 2.5.2 Generator Generator ......... .............. .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ....... ..

16

2.5.3 Main Shaft (Poros (Poros Turbin) Turbin) .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ....

17

2.5.4 Permanent Magnet Generator ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...

17

2.5.5 Inlet Valve .......... ............... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ....

18

2.6 Peralata Peralatan n Bantu Bantu ............ ................. .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ....

18

2.6.1 Governor ......... .............. .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ....... ..

18

2.6.2 2.6.2 Baterai Baterai ...... ........... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ....

20

2.6.3 Mesin Diesel Darurat (Gen-Set) ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....

21

2.6.4 Panel CO 2 (Fire Exitinguising System) ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...

22

2.7 Sistem Sistem Kelistrika Kelistrikan n ....... ............ ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

22

BAB III DASAR TEORI 3.1 Proses Proses Pembang Pembangkitan kitan Energi Energi Listrik Listrik .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ...

23

3.2 PLTA (Pembangk (Pembangkit it Listrik Listrik Tenaga Tenaga Air) ......... .............. .......... .......... .......... .......... ....... ..

23

3.2.1 3.2.1 Pengelomp Pengelompokan okan PLTA .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

24

3.3 Turbin Turbin .......... ............... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ....... ..

25

3.4 Teori Teori Perhitung Perhitungan an Turbin .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

30

BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Prinsip Kerja Turbin...... Turbin........... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ...

38

4.2 Perhitun Perhitungan gan Turbin.... Turbin......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ....... ..

40

BAB V PENUTUP 5.1Kesimp 5.1Kesimpulan ulan .......... ............... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ....

48

5.1Saran... 5.1Saran........ .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ ...

48

DAFTAR DAFTAR PUSTAKA PUSTAKA .......... ............... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

49

LAMPIRAN....... LAMPIRAN........... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ....

50

vi

DAFTAR TABEL

Tabe Tabell

2.1 2.1

Tabe Tabell PLTA PLTA pada pada Unit Unit Pemb Pemban angk gkita itan n Bran Branta tass .... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... ....

7

DAFTAR GAMBAR

Gambar Gambar 2.1

…………............ Struktur Struktur Organisas Organisasii PT. PJB UP. Brantas Brantas …………...

Gambar 2.2

Intake Gate .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... ........ ...

13

Gambar 2.3

Surge Tank ……………………………………………... ……………………………………………. .... .... .... ........ ......

14

Gambar 2.4

Penstock .............................................. .................................................................... ................................. ...........

15

Gambar Gambar 2.5

Turbin Turbin Francis Francis Vertikal Vertikal .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... ........ ...

16

Gambar 2.6

Inlet Valve ……………...... ……………........... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......

18

Gambar 2.7

Governor cabinet …………....... …………............ ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .....

19

Gamb Gambar ar 2.8 2.8

…….......... Bate Batera raii ……..... .......... ........... ........... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......

20

Gambar 2.9

Emergency Genset (PLTD) ................................................. ...................................................

22

Gamba Gambarr 3.1

Diagra Diagram m alir alir proses proses pemban pembangk gkita itan n energ energii listrik listrik ...... ......... ...... ...... ...... ...

23

Gambar 3.2

Proses konversi energi pada PLTA ……………….............. ………………... ...........

24

Gambar 3.3

Instalasi Turbin Impuls ……………….................................. ………………..................................

25

Gambar 3.4

……………........................................ Runner Turbin Pelton ……………........................................

26

Gambar 3.5

Sudu turbin Turgo dan nozzle … ............................................

26

Gambar 3.6

Instalasi Turbin Crossflow ……............................................. …….............................................

27

Gambar 3.7

Runner Turbin Crossflow ……............................................... ……... ............................................

28

Gambar 3.8

Konstruksi turbin crossflow ……………………………..... …………………………….......

28

Gambar 3.9

Instalasi Turbin Reaksi ………………………….................. …………………………..................

29

…………….……………….............. Gambar 3.10 Runner Turbin Francis …………….………………..............

30

……………….................................. Turbin Kaplan .……………….................................. Gambar 3.11 Runner Turbin

30

Gambar 3.12

Instalasi Turbin Impuls ……………….................................. ………………..................................

30

Gambar 3.13

……………………................ Piezometer dan Tabung Pitot ……………………................

33

Gambar 3.14

Gaya yang yang terjadi terjadi pada pembelokan aliran air ....................... .......................

34

Gambar 3.15

Gaya yang timbul akibat akibat dari dari aliran zat cair cair di dalam bejana.

35

vii

9

Gambar 4.1

Kontruksi Turbin Francis ……...............................................

38

Gambar 4.2

Skema Governor …………...…………………………......

39

Gambar 4.3

Sketsa PLTA Sutami …………...………….…………......

40

Gambar 4.4

Segitiga Kecepatan turbin francis PLTA Sutami ……........

44

Gambar 4.4

Variation of critical cavitation coef ficient with nondimensional speci fic speed for Francis and Kaplan turbine ……...........................................................................

viii

46

PENGUJIAN KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS DAN FAKTOR GESEKAN PADA PENUKAR KALOR PIPA KONSENTRIK DENGAN V-CUT TWISTED TAPE INSERT

Disusun oleh :

Prasekky Hanung Permadi NIM. I0409040

Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

Indri Yaningsih, S.T., M.T. NIP. 198607042012122004

Tri Istanto, S.T., M.T. NIP. 197308202000121001

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Kamis, tanggal 19 Maret 2015

1. Eko Prasetya B., S.T., M.T. NIP. 197109261999031002

2. Dr. Budi Santoso, S.T., M.T. NIP. 19701105200031001

…………………………

…………………………

Mengetahui: Ketua Jurusan Teknik Mesin

Koordinator Tugas Akhir

Didik Djoko Susilo, ST., MT NIP . 197203131997021001

Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST., MT. NIP. 197106151998021002

iii

Just do it Where words leave off, Music begins.

iv

Alhamdulillah, Terimakasih ya Rabb, akhirnya aku sampai di titik ini, sebuah karya kecil yang dikerjakan kurang lebih 1 tahun ini kupersembahkan teruntuk : Allah SWT karena atas ridho-Nya skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik Ibuku (Herni Juniasih) dan Bapakku (Suwarto) yang selalu mendidik, menasehati serta mendoakan dengan sepenuh hati Adikku (Edwikko Hanung Yudhianto) yang selalu membantu dalam hal apapun. Nurul Fajri Romadhona, She offers me protection,, , a lot of love and affection, wherever I m right or wrong. ’

Medisca Rhoza, Helen Fransiska, Dian Palupi, Guruh Hidayat, Junian Singgih, Teguh, Hendik, Nophik, Pak Budi dan semua teman yang menemaniku bermain nada. Imam, Adit, Anjar, Azhar, Harry, Hendro, Akmal, Rizza, Januar, Kresna, Budy, Joko, Sabdono, Jaarsyhan, Dito, Arifad, Ariyo, Apip, Asep, Cendy, Nandha, Ainudin, Melva, Ayhi, Rini dan semua sahabat yang tidak tertulis disini. Bersenang senanglah Karna hari ini akan kita rindukan dihari nanti Sampai jumpa kawanku, Smoga kita selalu menjadi sebuah kisah klasik untuk masa depan.

v

Pengujian Karakteristik Perpindahan Panas dan Faktor Gesekan Pada Penukar Kalor Kalor Pipa Konsentrik Dengan V-cut Twisted Tape Insert Prasekky Hanung Permadi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia E-mail : [email protected]

Abstrak Penelitian ini dilakukan untuk menguji pengaruh V-cut tape depth ratio (d e /W ) dan V-cut tape width ratio (w/W ) terhadap karakteristik perpindahan panas dan faktor gesekan pada penukar kalor pipa konsentrik dengan V-cut twisted tape insert (VTT). Pada penelitian ini, d e /W dan w / W divariasi sebesar 0,32; 0,39 dan 0,48. VTT adalah modifikasi dari typical twisted tape insert (TT) dengan memotong tepi tape bagian atas dan bawah berbentuk huruf V secara secara selang-seling dengan variasi dimensi kedalaman dan lebar potongan untuk meningkatkan percampuran fluida di dekat dinding pipa. Sebagai perbandingan, pada penelitian ini juga diuji penukar kalor tanpa sisipan ( plain tube) dan dengan penambahan sisipan TT. Fluida kerja di pipa dalam adalah air panas dan di annulus adalah air dingin, dengan arah aliran berlawanan arah. Pengujian dilakukan pada bilangan Reynolds (Re) 5400-17.350. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunakan sisipan VTT, meningkatkan bilangan Nusselt (Nu), faktor gesekan ( f ) dan unjuk kerja termal () dibandingkan dengan penggunaan TT. Karakteristik perpindahan panas, faktor gesekan dan unjuk kerja termal penukar kalor dengan penggunaan sisipan VTT meningkat dengan kenaikan nilai d e /W dan penurunan nilai w/W . Penukar kalor dengan sisipan VTT dengan nilai d e /W = 0,48 dan nilai w/W = 0,32 menghasilkan bilangan Nusselt, penurunan tekanan, faktor gesekan, effektivenes dan unjuk kerja termal tertinggi. Bilangan Nusselt rata-rata pipa dalam (Nui) dengan penambahan VTT dengan d e /W = 0,32; 0,39 dan 0,48 berturut-turut meningkat dalam kisaran 46% - 55%; 68% - 72% dan 86% - 97% dibandingkan dengan plain tube dan berturut-turut meningkat dalam kisaran 13% - 15%; 26% - 30% dan 41% - 45% dibandingkan dengan penambahan sisipan TT. Bilangan Nusselt rata-rata pipa dalam (Nui) dengan penambahan VTT dengan w/W = 0,32; 0,39 dan 0,48 berturut-turut meningkat dalam kisaran 86% - 97%; 70% - 79% dan 50% - 62% dibandingkan dengan plain tube dan berturut-turut meningkat dalam kisaran 41% - 45%; 30% - 32% dan 14% - 19% dibandingkan dengan penambahan sisipan TT. Faktor gesekan rata-rata pipa dalam dengan penambahan VTTdengan d e /W = 0,32; 0,39 dan 0,48 berturut-turut meningkat 3,10; 3,26 dan 3,48 kali lebih besar dibandingkan faktor gesekan plain tube dan berturut-turut 1,16; 1,21 dan 1,29 kali lebih besar dibandingkan faktor gesekan pipa dalam dengan TT. Faktor gesekan rata-rata di pipa dalam dengan penambahan VTT dengan w/W = 0,32; 0,39 dan 0,48 berturut-turut meningkat 3,48; 3,32 dan 3,19 kali lebih besar dibandingkan faktor gesekan plain tube dan berturut-turut 1,29; 1,23 dan 1,19 kali lebih besar dibandingkan faktor gesekan pipa dalam dengan TT. Unjuk kerja termal penukar kalor dengan penambahan sisipan VTT dengan d e / W = 0,32; 0,39 dan 0,48 berturut-turut dalam kisaran 1,135-1,193; 1,252-1,262 dan 1,366-1,394. Sedangkan unjuk kerja termal penukar kalor dengan penambahan sisipan VTT dengan w/W = 0,32; 0,39 dan 0,48 berturut-turut dalam kisaran 1,366-1,394; 1,277-1,317 dan 1,154-1,221. Kata kunci : bilangan Nusselt, faktor gesekan, V-cut twisted tape insert , V-cut tape depth ratio, V-cut tape width ratio

vi

INVESTIGATION ON HEAT TRANSFER AND FRICTION FACTOR CHARACTERISTICS ON THE CONCENTRIC TUBE HEAT EXCHANGER FITTED WITH V-CUT TWISTED TAPE INSERT Prasekky Hanung Permadi Mechanical Engineering Departement Engineering Faculty Sebelas Maret University Surakarta, Indonesia E-mail: [email protected]

Abstract This study was conducted to examine the effect of V-cut tape depth ratio ( d e / W) and Vcut tape width ratio (w / W) on the characteristics of heat transfer and friction factor in a concentric tube heat exchanger fitted with V-cut twisted tape insert (VTT). In this study, d e / W and w / W were varied by 0.32, 0.39 and 0.48. VTT was a modification of a typical twisted tape insert (TT) with the cutting edge of the tape top and bottom of the V-shaped alternately with different dimensions of depth and width to improve the fluid mixing near the wall tube. For comparison, in this study also tested heat exchanger without insert (plain tube) and with the addition of the TT. The working fluid in the inner tube was hot water and in the annulus was cold water, with the flows direction were counterflow. Tests were conducted at a Reynolds number (Re) 5,400-17,350. The study results showed that the use of insert VTT, increasing the Nusselt number (Nu), friction factor ( f ) and thermal performance () as compared with the use of insert TT. Characteristics of heat transfer, friction factor and thermal performance of the heat exchanger with the use of insert VTT increases with an increase in the value of the d e /W and the decrease in the value of w/W . The heat exchanger with the addition of the VTT with a value of d e /W = 0.48 and the value of w/W = 0.32 produces the Nusselt number, pressure drop, friction factor, effectiveness and the highest thermal performance. The average Nusselt number in the inner tube (Nui) with the addition of the VTT with d e /W = 0.32, 0.39 and 0.48 respectively increased in the range of 46% - 55%, 68% - 72% and 86% - 97% compared to the plain tube and increases in the range of 13 % - 15 %, 26 % - 30 % and 41 % - 45 % compared with the addition of inserts TT, respectively. The average Nusselt number in the inner tube (Nui) with the addition of the VTT with w/W = 0.32, 0.39 and 0.48 increased in the range of 86% - 97%, 70% - 79% and 50% - 62% compared to the plain tube and increases in the range of 41% - 45%; 30% - 32% and 14% - 19% compared with the addition of inserts TT, respectively. The average friction factor in the inner tube with the addition of the VTT with d e /W = 0.32, 0.39 and 0.48 increased respectively 3.10, 3.26 and 3.48 times greater than the friction factor of plain tube and increased 1.16, 1.21 and 1.29 times greater than the friction factor of inner tube with TT, respetively. The average friction factor in the inner tube with the addition of the VTT w/W = 0.32, 0.39 and 0.48 increased respectively 3.48, 3.32 and 3.19 times greater than the friction factor of plain tube and increased 1.29, 1.23 and 1.19 times greater than the friction factor of inner tube with TT, respetively. Thermal performance of the heat exchanger with the addition of the VTT with d e /W = 0.32, 0.39 and 0.48 in the range of 1.135-1.193, 1.252-1.262 and 1.3661.394, respectively. Thermal performance of the heat exchanger with the addition of the VTT with w/W = 0.32, 0.39 and 0.48 in the range of 1.366-1.394, 1.277-1.317 and 1.1541.221.

Keywords:

friction factor, Nusselt number, V-cut twisted tape insert, V-cut tape depth ratio, V-cut tape width ratio

vii

BAB I PENDAHULUAN 1.1.

Latar Belakang Tenaga listrik merupakan sumber daya energi yang sangat penting dan

banyak dibutuhkan oleh masyarakat umum, baik di daerah pedesaan maupun daerah

perkotaan. Hal ini terjadi karena semakin canggihnya teknologi yang

sebagian besar menggunakan energi listrik sebagai sumber penggeraknya, misal dalam kehidupan sehari-hari dapat kita temukan pada barang-barang rumah tangga yang serba ekonomis semakin banyak dan menjadi pola hidup yang umum. Ketergantungan akan tenaga listrik yang semakin besar harus diimbangi oleh penyediaan sumber energi listrik yang mencukupi. PT. PJB selaku produsen pembangkit tenaga listrik berupaya menghasilkan sumber energi listrik yang cukup besar dan berkualitas. Sehingga diharapkan dengan adanya pembangkitan energi listrik, kebutuhan penyediaan energi listrik dapat terpenuhi dan tersalurkan ke pihak konsumen Energi listrik dapat dihasilkan dari pemanfaatan sumber daya alam, baik berupa energi potensial air, uap, panas bumi, dsb. Energi listrik juga dapat dihasilkan oleh tenaga nuklir, diesel, dsb. Dalam hal ini penulis akan melaporkan dan memberi gambaran sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) di PT. pembangkitan Jawa Bali (PJB) Unit Pembangkitan Brantas Distrik A PLTA Sutami.

1.2.

Perumusan Masalah

Adapun rumusan masalah yang akan dibahas dalam laporan kerja praktek ini adalah : 1. Bagaimana proses pembangkitan listrik di PLTA Sutami. 2. Bagaimana prinsip kerja dan performa turbin dalam proses pembangkitan di PLTA Sutami.

1

2

3. Bagaimana perencanaan perawatan turbin yang terdapat di PLTA Sutami.

1.3.

Batasan Masalah

Agar

permasalahan

yang

dibahas

tidak

menyimpang

dari

lingkup

permasalahan, maka dalam hal ini penulis memberikan batasan masalah sebagai berikut : 1. Proses pembangkitan listrik di PLTA Sutami yang ditinjau dari sistem pembangkitan secara teknis. 2. Membahas prinsip kerja dan unjuk kerja turbin di PLTA Sutami. 3. Membahas perencanaan perawatan turbin yang terdapat di PLTA Sutami secara umum.

1.4.

Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data yang digunakan penulis dalam melaksanakan Kerja Praktek ini adalah sebagai berikut: 1. Metode observasi Metode ini dilakukan dengan mengamati dan mempelajari secara langsung di lokasi kerja praktek mengenai objek kerja praktek yang bertujuan untuk mendapatkan gambaran serta data secara akurat. 2. Metode wawancara Metode ini dilakukan dalam bentuk tanya jawab dengan nara sumber, baik pembimbing kerja praktek maupun staf lapangan ynag kompeten dalam bidang tersebut. 3. Studi literatur Metode ini dilakukan dengan mempelajari literatur berupa jurnal perusahaan, petunjuk kerja alat di lembar kerja, diagram alir, buku-buku perpustakaan baik dari perusahaan maupun dari kampus. 4. Konsultasi Metode ini dilakukan dengan cara berkonsultasi kepada pembimbing lapangan dan sumber lain untuk mendapatkan pengarahan dan bimbingan.

3

1.5.

Tujuan

Adapun tujuan kerja praktek yang dilaksanakan di PLTA Sutami ini adalah : 1. Memahami proses produksi listrik pada sistem pembangkit tenaga air di PLTA Sutami. 2. Memahami prinsip kerja turbin di PLTA Sutami. 3. Menganalisa unjuk kerja turbin di PLTA Sutami.

1.6.

Manfaat

Manfaat yang diharapkan dari kerja praktek ini adalah 1. Bagi penyusun a. Memberikan bekal tentang perindustrian sebelum terjun ke dunia kerja secara nyata. b. Mengenal cara kerja perusahaan secara umum dengan lebih mendalam, khususnya peralatan dan proses produksi yang dilakukan. c.

Mendapat gambaran tentang inovasi teknologi dibidang permesinan dan lebih khusus pada analisa unjuk kerja turbin air.

d. Melatih kemampuan penyusun dalam menerapkan ilmu yang diperoleh dilingkungan kampus. e. Meningkatkan kemampuan berpikir secara analitis, sebagai dasar untuk menguasai ilmu pengetahuan yang lebih tinggi dalam waktuwaktu mendatang. 2. Bagi akademik Dapat digunakan sebagai altenatif pembelajaran tentang pengenalan teknologi dibidang permesinan dan khususnya pada perhitungan efisiensi turbin. 3. Bagi perusahaan a. Ikut serta membantu dunia pendidikan khususnya dalam pelatihan guna menyiapkan tenaga kerja yang siap pakai. b. Dapat memperoleh masukan-masukan yang diberikan mahasiswa kerja praktek yang dapat bermanfaat dan meningkatkan efisiensi dari peroses produksi.

4

c. Sebagai saran bagi perusahaan terhadap pengembangan teknologi dewasa ini. d. Merupakan perwujudan nyata dari perusahaan dalam mengabdi kepada masyarakat, khususnya dibidang industri.

1.7.

Tempat dan Waktu Pelaksaaan

Tempat dan waktu pelaksanaan Kerja Praktek adalah sebagai berikut : 1. Tempat

: PT . PJB UP. Brantas PLTA Sutami Ds.

d 2. Waktu

1.8.

Karangkates,

Kec.

Sumberpucung,

Malang,

Jawa Timur : 4 Pebruari 2013 – 4 April 2013

Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pembaca dalam memahami laporan ini, maka laporan ini disusun dengan sistematika penulisan sebagai berikut : 1. BAB I. PENDAHULUAN Di dalam bab ini dijelaskan apa yang menjadi latar belakang, perumusan masalah, tujuan, manfaat, metode pengumpulan data, tempat dan waktu, sistematika penulisan. 2. BAB II. GAMBARAN UMUM Di dalam bab ini dijelaskan tentang sejarah perkembangan perusahaan, lokasi perusahaan, profil perusahaan, visi dan misi perusahaan dan struktur organisasi perusahaan. 3. BAB III. TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAT TEORI Di dalam bab ini dijelaskan tentang proses pembangkitan, sistem-sistem utama pembangkit daya yang terdapat di PLTA Sutami.

5

4. BAB VI. HASIL DAN PEMBAHASAN Di dalam bab ini akan menjelaskan proses serta analisa performa turbin yang terdapat di PLTA Sutami beserta perencanaan perawatannya.. 5. BAB V. PENUTUP Di salam bab ini berisikan kesimpulan dan saran.

BAB II GAMBARAN UMUM

2.1 Pengenalan PT. Pembangkit Jawa Bali (PJB) PT. Pembangkitan Jawa Bali (PJB) berawal ketika Perusahaan Listrik dan Gas dibentuk tahun 1945. Di tahun 1965, Perusahaan Listrik Negara dipisah dari Perusahaan Gas Negara. PLN menjadi Badan Usaha Milik Negara dengan status Perusahaan Umum pada tahun 1972. Sepuluh tahun kemudian pada tahun 1982, restrukturisasi dimulai di Jawa-Bali dengan pemisahan unit sesuai fungsinya, unit PLN pembangkitan dan penyaluran. Pada tahun 1994, status PLN diubah menjadi Persero. Satu tahun kemudian, dilakukan restrukturisasi di dalam PT. PLN (Persero) dengan membentuk dua anak perusahaan di bidang pembangkitan. Restrukturisasi

tersebut bertujuan

memisahkan misi sosial dan misi komersial yang diemban. Pada tanggal 3 Oktober 1995, PT. Pembangkitan Tenaga listrik Jawa-Bali II, atau yang lebih dikenal dengan nama PLN PJB II berdiri. Tujuan utama dibentuknya anak perusahaan ini adalah untuk menyelenggarakan usaha ketenagalistrikan yang bermutu tinggi serta handal berdasarkan prinsip industri dan niaga yang sehat dan efisien. Seiring dengan pengembangan strategi usaha, pada tahun 2000, PLN PJB II melakukan penyempurnaan organisasi dan mengubah nama menjadi PT. Pembangkitan Jawa-Bali. Saat ini, PJB memiliki 8 unit pembangkit dengan kapasitas terpasang 6.526 MW dan aset kurang lebih Rp 41,5 trilyun. Visi dan Misi Perusahaan PT. PJB adalah sebagai berikut: Misi •

Menjadikan PT. PJB sebagai perusahaan publik yang maju dan dinamis dalam bidang pembangkittan tenaga listrik

•

Memberikan hasil yang terbaik kepada pemegang saham, pegawai, pelanggan pemasok, pemerintah dan masyarakat serta lingkungannya.

•

Memenuhi tuntutan pasar.

Visi •

Menguasai pangsa pasar di Indonesia.

•

Menjadi perusahaan kelas dunia.

6

7

•

Memilikki SDM yang professional.

•

Peduli lingkungan.

2.2 PT. PJB Unit Pembangkitan Brantas Unit Pembangkit Brantas mengoperasikan 12 PLTA yang tersebar di sepanjang aliran Sungai Konto dan Sungai Brantas Jawa Timur sebagian besar merupakan peninggalan jaman Belanda. Setiap tahun Unit Pembangkit Brantas mampu membangkitkan energi listrik rata-rata 1.033,56 GWh, yang kemudian disalurkan melalui Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi 500 kV ke sistem interkoneksi Jawa-Bali. Berikut merupakan daftar pembangkit pada Unit Pembangkitan Brantas disertai daya yang terpasang.

Tabel 2.1 Tabel PLTA pada Unit Pembangkitan Brantas Unit Pembangkit

Daya Terpasang

PLTA Sengguruh Unit 1 dan 2

2 x 14,5 MW

PLTA Sutami

3 x 35 MW

PLTA Wlingi

2 x 27 MW

PLTA Lodoyo

4,5 MW

PLTA Tulungagung

2 x 18 MW

PLTA Selorejo

4,48 MW

PLTA Mendalan Unit 1

5,6 MW

PLTA Mendalan Unit 3, 4 dan 5

3 x 5,8 MW

PLTA Siman Unit 1, 2 dan 3

3 x 3,6 MW

PLTA Giringan Unit 1 dan 2

2 x 0,9 MW

PLTA Giringan Unit 3

1,4 MW

PLTA Golang Unit 1, 2 dan 3

3 x 0,9 MW

PLTA Ngebel

2,2 MW

PLTA Wonorejo

6,5 MW

8

2.3 Keadaan Umum PLTA Sutami 2.3.1 Penjelasan Umum Bendungan Karangkates terletak di hulu sungai Brantas, bendungan ini dapat dikatakan serbaguna jika ditinjau dari manfaat yang dapat diperoleh. Adapun manfaatnya yang utama yaitu sebagai pengendali banjir pada musim hujan dan untuk irigasi sehingga tanah pertanian dapat tetap dikerjakan sekalipun pada musim kemarau. Selain kedua hal diatas, potensi air yang ditampung di bendungan tersebut dapat juga dipergunakan untuk pembangkitan tenaga listrik. Adanya sarana rekreasi, perikanan, dan lain-lain. Pelaksanaan pembangunan proyek serbaguna karangkates dibagi menjadi dua tahap. Pembangunan tahap pertama meliputi pembangunan Bendungan Karangkates dan bangunan pelengkap lainnya. Dalam bidang survey, investigasi dan desain ditangani oleh konsultan Nippon Koei Co. Ltd. pada tahun 1959. Pembangunan dilaksanakan pada tahun 1964 dibawah pengawasan kontraktor Kajima Contruction Co. Ltd. Pembangunan tahap kedua meliputi pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) yang dimulai pada bulan Februari 1970 sampai Agustus 1973. Pemasangan metal work dikerjakan oleh Sakai Iron Work Co. Ltd. Pemasangan turbin dan generator dikerjakan oleh Tokyo Shibaura Electric Co. Ltd. Nama bendungan dan PLTA Sutami adalah nama yang telah diresmikan oleh Presiden Soeharto pada tanggal 16 April 1981 untuk mengenang jasa-jasa Bapak Prof. Dr. Ir. H. Sutami yang pernah menjadi menteri PUTL Republik Indonesia.

2.3.2 Letak Perusahaan PLTA Sutami adalah Pusat Tenaga Air yang memanfaatkan potensi Sungai Brantas. Terletak di Kecamatan Sumberpucung ± 35 km sebelah selatan kota Malang ke arah Blitar, dengan lokasi ketinggian 278m di atas permukaan laut.

9

2.3.3 Struktur Organisasi PLTA Sutami Struktur Organisasi Perusahaan PT. PJB UP. Brantas (PLTA SUTAMI) digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.1 Struktur Organisasi PT. PJB UP. Brantas

2.4 Sarana dan Prasarana PLTA Sutami 2.4.1 Bendungan

Bendungan berfungsi sebagai tempat penampungan air yang berguna untuk irigasi, pengendalian banjir, pembangkit tenaga listrik, perikanan dan pariwisata. Bendungan Sutami memiliki konstruksi yang terdiri atas beberapa lapisan yaitu: a. Rock Zone (lapisan batu) Lapisan ini merupakan lapisan paling luar dari bendungan dan terdiri dari batu-batuan yang ditimbun. Lapisan yang menghadap waduk di sebut “up stream” sedangkan yang membelakangi waduk disebut “down stream”.

10

b. Filter Zone (lapisan penyaring) Batu yang digunakan pada lapisan ini lebih kecil dibandingkan dengan batu lapisan rock zone. c. Transition Zone (lapisan tansisi) Batu yang digunakan pada lapisan ini besarnya antara batu lapisan rock zone dan filter zone.

d. Lapisan kedap air Lapisan ini terdiri dari batu kapur dan tanah liat yang bersifat menahan air.

2.4.1.1 Bendungan Karangkates

Bendungan yang digunakan: Tipe

: Rock Fill

Panjang puncak

: 810 m

Lebar puncak

: 13.7 m

Tinggi

: 100 m

Lebar dasar

: 400 m

Volume

: 6.156.000 m

3

Waduk yang digunakan: Kapasitas max

: 343.000.000 m

3

Kapasitas efektif

: 253.000.000 m

3

Daerah terendam

: 15 km

Pengaliran

: 2.050 km

Elevasi HWL

: 272.50

Elevasi LWL

: 246.00

2 2

Confferdam :

Tipe

: ROCK FIELD

Volume

: 486.600 m

Tinggi bendungan

: 50 m

Elevasi dasar

: EL 180 m

3

11

Elevasi puncak

: EL. 230 m

Lebar puncak

: 12 m

Lebar dasar

: 147 m

Bendungan Pelimpah ( Spillway) Tipe

: open chute

Panjang saluran

: 460 m

Kapasitas

: 1.600 m / detik

Jembatan beton panjang

: 12 m

Jembatan beton lebar

: 9,30 m

Jembatan Baja panjang

: 22 m

Jembatan Baja lebar

: 9,30

3

Terowongan Head Race Jumlah

: 3 buah

Diameter dalam

: 3,4 m

Terowongan Pengelak Panjang

: 604 m

Diameter Inlet

: 5,50 m

Diameter Outlet

:8m

2.4.2 Pintu - Pintu Air 2.4.2.1 Saluran Atas ( Head Race)

Saluran atas ini berfungsi untuk mengalirkan air dari waduk ke penstock yang terdiri dari tiga pipa baja yang berdiameter 3,4 m (masing-masing pipa) dan terbungkus beton, terletak 47 meter dibawah puncak bendungan. Adapun pelengkap-pelengkapnya adalah : a. Intake Tower dilengkapi dengan motor penggerak dengan spesifikasi: •

•

Wire Rope

: 80 m

Drum

: 800 m

12

•

Daya

: 15 HP

•

Tegangan

: 380 volt

•

Frekuensi

: 50 hz

•

Fase

:3

b. Intake gate (tiga set intake gate) terdiri dari gate leaf dengan by pass valve, house guide frame, dengan spesifikasi: •

Type

: Fixed Gradien

•

Lebar dan tinggi

: 3,4 m

•

Bahan

: SM.SL-B-SS41

•

Berat

: 80,816 ton

•

Maksimum head

: 43,9 m

•

Tinggi angkat

: 47 m

•

Operation speed normal

:1

mm

•

Operation speed darurat

:4

mm

/ menit / menit

c. Intake Trash Rack dengan spesifikasi •

Type

: Fixed Gradien

•

Lebar

:8m

•

Maksimum head

:3m

Bar pitch

: 75 m

Tinggi

: 13,9 m

•

•

13

Gambar 2.2 Intake Gate

2.4.2.2 Saluran Bawah (Tail Race) Tail race merupakan saluran pembuangan air setelah melewati turbin dan

saluran hisap.

2.4.2.3 Surge Tank Surge tank merupakan suatu tangki atau pipa tegak yang dipasang pada penstock untuk melindungi saluran pipa pesat dari fluktuasi tekanan air pada saat

jumlah air yang disuplaikan ke turbin berubah dengan tiba-tiba akibat gerakan yang cepat dari pintu-pintu turbin. Disamping itu surge tank berfungsi untuk meredam guncangan pipa pesat yang disebabkan oleh penghentian turbin secara tiba-tiba.

14

Gambar 2.3 Surge Tank

2.4.2.4 Pipa pesat ( Penstock) Penstock berfungsi sebagai penyalur air dari waduk ke turbin. Pipa pesat

harus mampu menahan tekanan mendadak akibat perubahan beban atau bila terjadi water hammer (benturan antara air dan udara di dalam penstock ) dan ditambah dengan tekanan statiknya sendiri. Spesifikasinya adalah: •

Diameter dalam

: 3,2 m

•

Jumlah

: 3 buah

•

Berat

: 616,175 ton

•

Tinggi Tekanan Air Maksimum

: 133,069 m

•

Bahan

: SM 41 B,SM 50 B

•

Tebal pipa

: 11-19 m

•

Panjang pipa pesat no.1

: 288,788 m

•


: 223,789 m

•


: 217,45 m

15

Gambar 2.4 Penstock

2.4 Unit Pembangkit 2.4.1 Turbin

Turbin air merupakan alat untuk mengubah energi kinetik menjadi energi mekanik yang ditransmisikan melalui poros vertikal ke generator yang terpasang seporos di atas turbin. PLTA Sutami menggunakan jenis turbin francis untuk ketiga unit operasinya. Data teknis turbin francis di PLTA Sutami adalah: •

Output rated

: 36.000 kw

•

Output minimum

: 22.600 kw

•

Output Maximum

: 36.600 kw

•

Head Effektif

: 85.40 m

•

Head Minimum

: 60.50 m

•

Head Maximum

: 93.50 m

•

Kapasitas Air Rated ( discharge)

: 53,5 m /dt

•

Type

: vertical francis

3

16

•

Putaran nominal

: 250 Rpm

•

Putaran liar

: 465 Rpm

Gambar 2.5 Turbin francis vertikal 2.4.2 Generator

PLTA Sutami terdiri dari 3 unit generator utama yang terletak pada lantai B2. berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik. Spesifikasi generator PLTA Sutami sebagai berikut : •

Type

: TAK

•

Merk

: Toshiba

•

Kapasitas

: 39.000 KVA

•

Tegangan

: 11 kv

•

Arus

: 2.047 Ampere

•

Frekwensi

: 50 Hz

•

Faktor daya

: 0,9

•

Putaran

: 250 rpm

•

Phase

:3

•

Poles

: 24 poles

•

Exitation

: 220 volt

•

Ambient. Temperature

: 40

•

Arm temperature rise

: 75

•

Field temperature rise

: 75

•

Strator insulation class

:B

Rotor insulation class

:B

•

o o o

17

•

•

Rating

: Continuous

Arus medan magnet

: 720 Ampere

2.3.3 Main Shaft (Poros Turbin)

Turbin yang digunakan pada PLTA Sutami adalah tipe francis vertikal sehingga main shaft berfungsi sebagai penghubung antara poros turbin dan generator. Kedua poros tersebut dikopel pada satu poros sehingga keduanya dapat berputar pada waktu bersamaan.

2.3.4 Permanent Magnet Generator Permanent Magnet Generator berfungsi untuk mengontrol kecepatan dari

turbin agar kecepatan putarannya konstan sebesar 250 rpm. Output dari PMG digunakan sebagai suplai untuk motor pendulum yang merupakan komponen utama yang ada di dalam governor cabinet . Motor pendulum tersebut berfungsi untuk mengatur pembukaan guide vane. Spesifikasi dari Permanent Magnet Generator (PMG) ini adalah: •

Tipe

: TAY

•

Output

: 200 VA

•

Tegangan

: 110 V

•

Kecepatan putar

: 250 rpm

•

Jumlah kutub

: 12 kutub

•

Arus

: 1,05

•

Faktor daya

: 0,8

•

Rating

: Continuous

•

Arm conection

:Y

•

Ambient temperature

o

: 40 C

•

Cycles

: 25

•

By

: Tokyo shibaura Electric

•

Standart spesifikasi

: JEC 114 1864

18

2.3.5 Inlat Valve Inlet Valve berfungsi untuk menghentikan aliran air yang menuju ke turbin.

Pada waktu turbin beroperasi inlet valve terbuka penuh dan pada waktu tidak beroperasi inlet valve tertutup. Spesifikasi dari inlet valve adalah :

Gambar 2.11 Inlet Valve

Klasifikasi : •

Tipe

: Butterfly

•

Diameter

: 3,2 m

•

Panjang

: 1,2 m

•

Kapasitas Servo Motor

: 61.000 kg m

•

Pergeseran Volume

: - Katup utama - Katup Bypass

= 2461 = 4.151

2.4 Peralatan Bantu 2.4.1 Governor Governor merupakan alat untuk mengatur kecepatan turbin agar dapat

stabil pada putaran nominalnya sehingga mendapatkan frekuensi normal (50 Hz). Governor ini menerima arus bolak-balik dari PMG yang dikopel langsung dengan

sumbu generator utama. Spesifikasi governor adalah:

19

•

Tipe

: Governor Cabinet Actuator

•

Kapasitas

: 20.000 kgm

•

Gaya servo pada tekanan rating

: 62.000 kg

Displacement volume dari servomotor

: 40,2x21 t

•

Sensitifitas untuk perubahan kecepatan

: 0,01 %

•

Daerah perubahan dari permanent speed drop : 0-6 %

•

Daerah pengatur kecepatan turbin dengan kecepatan tetap

•

15% •

Tekanan oli 

Normal

: 26 kg/cm2



Normal minimum

: 24,5 kg/cm2



Allowable minimum : 17,5 kg/cm2

Gambar 2.12 Governor cabinet

:

5-

20

2.4.2 Baterai

Baterai digunakan sebagai sumber DC pada saat awal start untuk proses eksitasi. Satu set baterai terdiri dari 85 sel baterai yang ditempatkan dalam ruang kontrol terhadap peralatan dan penerangan darurat. Data teknis baterai adalah : •

Type

: SCM 319

•

Kapasitas

: 300 Ah pada 10 jam discharge

•

Jumlah sel : 80 buah

•

Tegangan

: 110 V

•

Pabrik

: SAFT

Gambar 2.13 Baterai

21

2.4.3 Mesin Diesel Darurat (Gen-Set) Mesin Diesel

•

a)

Model

: NRTO-6, Komatsu-Cummins

b)

Type

: Direct fuel injection, turbo charge

c)

Silinder

: 6 buah

d)

Output

: 240 PS

e)

Putaran

: 1500 rpm

Generator

•

a)

Model

b) Type

: NDG-2001-4 Nippon Shanyo Seizo Koishs Co.Ltd. : Saringan terbuka, pendinginan sendiri, eksitasi sendiri

ddddddddd

dengan voltage regulator , single bearing dilengkapi

brush.

c) Rating

: Continuous

d) Output

: 200 kVA (160 kW)

e)

Voltage

: 220 / 380 V

f)

Putaran

: 1500 rpm

g)

Fasa

: 3 fasa, 4 kawat

h)

Hubungan belitan : Bintang (Y) dengan kawat netral

i)

Faktor daya

: 0,8 lagging

22

Gambar 2.14 Emergency Genset (PLTD)

2.4.4 Panel CO2 ( Fire Exitinguising System)

Berfungsi untuk pemadaman pada semua mesin generator bila terjadi percikan bunga api atau asap yang mengindikasikan kebakaran yang di deteksi oleh sensor – sensor dan diolah scara otomatis kemudian penyemprotan CO 2 secara otomatis pula. 2.5 Sistem Kelistrikan

Sistem instalasi kelistrikan PLTA Sutami sudah tergabung dalam sistem interkoneksi, output generator yang bertegangan 11.000 volt, melalui trafo dinaikkan tegangannya, untuk disalurkan ke saluran ganda SUTT 154.000 volt yang menuju ke gardu induk/pusat beban. SUTT (Saluran Udara Tegangan Tinggi) ini merupakan saluran interkoneksi yang terhubung dengan unit pembangkit listrik yang lain. Untuk pemakaian lokal, di sekitar Karangkates dipasang trafo lokal untuk menurunkan tegangan menjadi 6000 volt (yang terpasang pada unit pembangkit 1 dan 2, serta dalam pemakaiannya digunakan secara bergantian). Sumber daya untuk peralatan-peralatan bantu di PLTA Sutami, disupplai dari trafo pemakaian sendiri 6000/380 V. Apabila terjadi black out (pemadaman), sumber daya diambil dari diesel engine generator (2000 KVA/380 V) sebagai sumber daya cadangan/darurat.

BAB III DASAR TEORI

3.1 Proses Pembangkitan Energi Listrik

Pembangkitan energi listrik sebagaian besar dilakukan dengan cara memutar generator yang digerakan oleh energi mekanik sehingga didapat energi listrik. Mesin penggerak generator yang banyak digunakan di Indonesia adalah mesin diesel, turbin uap, turbin air dan turbin gas. Energi yang digunakan oleh mesin-mesin penggerak generator ini diperoleh dari : 1. Proses pembakaran bahan bakar (untuk mesin-mesin termal) 2. Air jatuh (untuk turbin air) Dengan demikian mesin penggerak generator sesungguhnya melakukan konversi energi primer menjadi energi mekanik penggerak generator untuk kemudian dikonversi menjadi energi listrik oleh generator. Berikut adalah bagan alir konversi energi primer menjadi energi listrik.

Gambar 3.1 Diagram alir proses pembangkitan energi listrik

3.2 PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air)

Dalam PLTA, potensi tenaga air dikonversikan menjadi tenaga listrik. Mula-mula tenaga air dikonversikan menjadi tenaga mekanik oleh turbin air, kemudian turbin air memutar generator yang membangkitkan tenaga listrik. Gambar berikut menunjukan secara skematis bagaimana potensi tenaga air, yaitu sejumlah air yang terletak pada ketinggian tertentu, diubah menjadi tenaga mekanik oleh turbin air, yang kemudian digunakan untuk memutar generator yang terkopel dengan turbin.

23

24

Gambar 3.2 Proses konversi energi pada PLTA (Sumber: http://www.kampungide.com/pembangkit-listrik-tenaga-air)

3.2.1

Pengelompokan PLTA

PLTA dapat dikelompokkan sebagai berikut (Patty,1995) : 1. Pembagian secara Teknis a. PLTA yang menggunakan air sungai atau waduk ( run-off river dan dam) b. PLTA yang menggunakan air yang telah dipompa ke suatu reservoir yang letaknya lebih tinggi ( pump storage system) c. PLTA yang menggunakan pasang surut air laut (tidal wave energy ) d. PLTA yang menggunakan energi ombak 2. Pembagian menurut kapasitas a. PLTA piko yaitu dengan daya hingga < 5 kW b. PLTA mikro yaitu dengan daya hingga < 100 kW c. PLTA kapasitas rendah yaitu dengan daya 100 kW hingga 999 kW d. PLTA kapasitas sedang yaitu dengan daya 1000 kW hingga 9999 kW e. PLTA kapasitas tinggi yaitu dengan daya diatas 10000 kW 3. Pembagian menurut tinggi jatuh air ( Head ) a. PLTA dengan tekanan rendah, H < 15 m b. PLTA dengan tekanan sedang, H = 15 hingga 50 m c. PLTA dengan tekanan tinggi, H > 50 m *H = Head

25

3.4 Turbin

Turbin secara umum dapat diartikan sebagai mesin penggerak dimana energi fluida yang bekerja digunakan untuk memutar roda turbin, fluida kerjanya dapat berupa air, uap air dan gas. Secara umum prinsip kerja dari turbin air ini adalah aliran air di dalam pipa pesat yang mengandung energi diarahkan ke roda turbin melalui nozzle, kemudian energi yang di dalam air ini pada roda turbin di ubah bentuknya menjadi energi mekanik berupa putaran. Putaran roda turbin inilah yang dimanfaatkan untuk menggerakkan suatu beban, salah satu contohnya adalah untuk menggerakkan generator pembangkit listrik.

Klasifikasi Turbin Air

Turbin air juga dibedakan dalam dua golongan utama, yaitu diklasifikasikan dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya : 1. Turbin impuls Turbin impuls disebut juga dengan turbin air tekanan sama, karena tekanan air yang keluar dari nozel tekanannya sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Sehingga energi yang dimiliki oleh aliran air dirubah semuanya menjadi energi kecepatan. Contoh dari turbin impuls ini adalah turbin pelton, turbin crossflow dan lain – lain.

Gambar 3.3 Instalasi Turbin Impuls (Sumber: Basyirun, dkk)

26

a. Turbin Pelton Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nozzle. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.

Gambar 3.4 Runner Turbin Pelton (Sumber: Basyirun, dkk) Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian rupa sehingga pancaran air akan mengenai tengah – tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nozzle. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil. Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 m tetapi untuk skala mikro head 20 m sudah mencukupi. b. Turbin Turgo Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impuls, tetapi sudunya o

berbeda. Pancaran air dari nozzle membentur sudu pada sudut 20 . Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya

27

dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.

Gambar 3.5 Sudu turbin Turgo dan nozzle (Sumber: Basyirun, dkk)

c. Turbin Crossflow Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger

yang

merupakan

perusahaan

yang

memproduksi

turbin

crossflow. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 liter/sec 3

hingga 10 m /sec dan head antara 1 s/d 200 m.

Gambar 3.6 Instalasi Turbin Crossflow (Sumber: Basyirun, dkk)

29

2. Turbin Reaksi Turbin reaksi disebut juga dengan turbin tekanan lebih karena tekanan air sebelum masuk roda turbin lebih besar dari pada tekanan air saat keluar roda turbin. Secara umum dapat dikatakan bahwa aliran air yang masuk ke roda turbin mempunyai energi penuh, kemudian energi ini dipakai sebagian untuk menggerakkan roda turbin dan sebagian lagi dipergunakan untuk mengeluarkan air kesaluran pembuangan. Jenis turbin reaksi yang sering digunakan antara lain, turbin francis, turbin propeler atau kaplan.

Gambar 3.7 Instalasi Turbin Reaksi (Sumber: Basyirun, dkk)

a. Turbin Francis Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada turbin francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap

30

ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.

Gambar 3.8 Runner Turbin Francis (Sumber: Basyirun, dkk) b. Turbin Kaplan & Propeller Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu.

Gambar 3.9 Runner Turbin Kaplan (Sumber: Basyirun, dkk)

3.6.2 Perhitungan Turbin

Air yang mengalir mempunyai energi yang dapat digunakan untuk memutar roda turbin, karena itu pusat-pusat tenaga air dibangun di sungai dan pegunungan. Pusat tenaga air tersebut dapat dibedakan dalam dua golongan, yaitu pusat tenaga air tekanan tinggi dan pusat tenaga air tekanan rendah.

31

Gambar 3.10 Pusat tenaga air tekanan tinggi di pegunungan (Sumber: Fritz Dirtzel)

Gambar 3.10 menunjukan bagan pusat tenaga air tekanan tinggi, dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa dengan didirikannya bendungan di daerah yang tinggi akan didapatkan sebuah reservoir air yang cukup besar. Dengan menggunakan pipa, air tersebut dialirkan ke rumah pusat tenaga yang dibangun di bagian bawah bendungan dan di dalam rumah tersebut telah dipasang dua buah nosel turbin pelton, lewat nosel itulah air akan menyemprot ke luar dan memutar roda turbin, kemudian air dibuang ke sungai, dari selisih tinggi permukaan air (TPA) dan permukaan air bawah (TPB) terdapat tinggi air jatuh H. Dari kapasitas air V dan tinggi jatuh H dapat diperoleh daya yang dihasilkan turbin

= . . . .

(3.1)

Dimana : P = Daya yang dihasilkan turbin (kW) Q = Debit air

= Massa jenis fluida H = Tinggi air jatuh

3

(m /s) 3

(kg/m ) (m)

= efisiensi turbin Pada suatu aliran air di dalam pipa, diambil suatu selisih ketinggian (z) antara tinggi air atas dan air bawah, maka menurut Bernoulli besar energi aliran tersebut adalah :

32

=

. . +

. +

.

(Nm)

(3.2)

Bila pada aliran tersebut diambil suatu jumlah air tiap 1 Kg untuk diperhitungkan, hal ini dinamakan “specific energy”

=

. + +

(Nm/kg)

(3.3)

Bila dibagi lagi dengan percepatan grafitasi, akan didapat besarnya ketinggian

=

+

.

+

(Nm/kg)

(3.4)

Ketinggian adalah jarak ke suatu tempat dimana suatu benda yang jatuh dari tempat tersebut mempunyai kecepatan c. Jadi persamaan Bernoulli dapat dikatakan sebagai berikut : “Pada tiap saat dan tiap posisi yang ditinjau dari suatu aliran di dalam pipa tanpa gesekan yang tidak bergerak, akan mempunyai jumlah energi ketinggian tempat, tekanan dan kecepatan yang sama besarnya” Persamaan Bernoulli pada umumnya ditulis dalam bentuk :

+

.

+

=

+

.

+

(3.5)

Misalnya, aliran air di dalam pipa, pada posisi 1 air mempunyai tekanan tertentu dan luas penampang yang tertentu serta kecepatan

, perubahan bentuk energi

akan terjadi bila pada pada posisi 2 penampangnya diperkecil, dengan demikian kecepatan air akan naik menjadi

dan tekanannya pada posisi 2 akan berkurang,

hal ini akan terlihat dengan jelas apabila letak pipa tersebut mendatar, jadi =

. Pipa mendatar dialiri cairan dengan tekanan (P1), kerapatan cairan ( ) dan

kecepatannya (c1). Ketika cairan di penampang 2 akan bertumbukan dengan penghalang di titik 2, di sini aliran akan berhenti c2 = 0 sehingga z1 = z 2 dan persamaan spesifik Bernoulli menjadi :

0+

=

+

=0+

+ +

+ 0,

(3.6)

(3.7)

33

p2

= tekanan total;

p1

= Tekanan statis;

.

= Tekanan dinamis.

Gambar 3.11 Piezometer dan Tabung Pitot (Sumber: Fritz Dirtzel)

Gambar 3.11 menunjukan adanya suatu pipa yang dibengkokkan siku-siku dan kedua ujungnya terbuka, salah satu sisinya ditempatkan sedemikian rupa sehingga kedudukannya melawan arah aliran zat cair, sedangkan yang lainnya merupakan suatu pipa yang terbuka ujung-ujungnya dan dipasang pada dinding saluran supaya kecepatan aliran tidak terpengaruhi, yang terlihat pada gambar adalah hasil pengukuran dan penjelasannya, dari sini didapat selisih kedua ketinggian h1 dan h2 yang besarnya sama dengan kecepatan aliran di saluran, sebagaimana dapat dijelaskan sebagai berikut :

ℎ =

ℎ =

.

ℎ −ℎ =

. ∆ℎ =

−

+

. .

+

2

2

2

Dari sini didapat persamaan umum kecepatan aliran.

= 2 . ∆ℎ

(3.8)

34

Besar Gaya, Daya yang dihasilkan Turbin, Rumus Euler, Bentuk Sudu

Suatu benda berlubang, diperkuat dengan bagan seperti gambar 3.12 secara teratur dialiri air dengan kecepatan c1 dan membentuk sudut α 1 yang sejajar dengan dinding batas benda tersebut sehingga membuat aliran air ( m) akan membelok ke luar dengan membentuk sudut α 2. Bila penampang di bagian keluar A2 lebih kecil dari pada A1, berarti kecepatan keluar c2 lebih besar daripada c1.

Dari gambar dan bentuk peralatan serta arah aliran dapat diperkirakan bagaimana asalnya gaya F . Besarnya gaya menurut kaidah pergerakan atau implus ialah

= ̇.

−

̇.

(3.9)

̇

Gaya F dalam N, massa air yang lewat

dalam kg/s, dan kecepatannya m/s. bila

dihitung berdasarkan kapasitas air yang lewat, maka

=

.

.

−

.

.

(3.10)

Menurut kaidah implus untuk perbedaan geometri dari bagian-bagian yang bergerak didapat dari

̇.

dan

− ̇.

. Dengan memperhatikan sudut aliran

masuk dan keluar, maka gaya yang terjadi dapat diuraikan arah x dan y, dari gambar 3.12 didapat

= . . ( . cos

−

. cos

)

(3.11)

= . .(

−

. sin

)

(3.12)

. sin

Gambar 3.12 Gaya yang terjadi pada pembelokan aliran air (Sumber: Fritz Dirtzel)

35

Pemindahan Gaya ke Turbin

Gambar 3.13 Gaya yang timbul akibat dari aliran zat cair di dalam bejana. (Sumber: Fritz Dirtzel)

Bejana pada Gambar 3.13 diletakan di atas kereta yang dapat bergerak tanpa gesekan, di dalam bejana tersebut dialiri air sehingga kereta akan meluncur dengan kecepatan u sambil menarik penggantung beban. Melalui sudu pengarah yang tetap, air dialirkan ke dalam bejana dengan membentuk sudut α 1 dan kecepatan c1. Sebagian kecil air a bergerak ke dalam bejana dengan sudut α1 dan kecepatan c1 ke arah titik c1’ tetapi pada waktu yang bersamaan a tersebut juga bergerak dengan kecepatan u kearah u1. Dengan digambarnya ci`dan u bersama – sama didapat arah dan kecepatan besarnya w1. Dengan demikian segitiga kecepatan masuk air bisa digambarkan. Untuk gambar kecepatan bagian air ke luar didapat sebagai berikut; bila satu bagian kecil air z dalam mengalirnya sampai di bagian ujung ke luar bejana

36

kecepatannya berubah dari w1 ke w2 dan arahnya juga berubah dari α 1 ke α2 disebabkan karena pengecilan penampang A 2 /A1 dan kelengkungan bejana. Di titik z digambar dengan harga u 2 (disini u 1 u) dan digambar pula w 2 yang sesuai besar dan arahnya, dengan digambarnya c2 didapat kecepatan segitiga ke luar. Karena kebutuhan istilah untuk membedakan harga-harga tersebut di atas maka : c

: disebut kecepatan mutlak, karena daerah sekelilingnya adalah tetap

ssdsdsddiam bergerak, kecuali bejana yang dilewati aliran bergerak dengan sdsdsdskecepatan u. w

: disebut kecepatan relative, karena berhubungan dengan bagian sebelah

sdsdsdsdalam bejana yang bergerak. : disebut kecepatan tangensial roda turbin.

u

Turbin Francis terdiri dari sudu pengarah dan sudu jalan, kedua sudu tersebut semuanya terendam di dalam aliran air air dialirkan ke dalam sebuah terusan atau dilewatkan ke dalam sebuah cincin berbentuk spiral (rumah keong). Perubahan energi seluruhnya terjadi di dalam sudu pengarah dan sudu gerak. Aliran air yang masuk ke sudu pengarah dengan kecepatan c0 mempunyai energi sebesar

+

+

(3.13)

Air yang keluar dari sudu pengarah dengan kecepatan c1 mempunyai energi sebesar:

+

+

(3.14)

dalam mencapai kondisi seperti ini sebagian energi dari ketinggian H sudah dipakai. Karena sudu pengarah harus membentuk sudu tertentu dan penampang bagian air keluar lebih sempit daripada penampang masuknya. Maka menurut persamaan kontinuitas kecepatan air yang melewati sudu pengarah naik dari c0 menjadi c1. Dari u1, c1 dan α1 seperti yang ditunjukan gambar 4.2.6 segitiga kecepatan masuk bisa digambarkan, sehingga didapat w1 dan sudut masuk sidu jalan β 1.

37

Selain itu juga dapat diperoleh harga c1u dan w1u. dengan penurunan tekanan selanjutnya maka sisa energy yang masih ada akan bekerja disudu jalan. Karena penyempitan saluran ke luar sudu jalan A2, maka kecepatan air masuk w2 = V/ A2, yang sesuai dengan perbandingan A1 : A2. Sudu keluar β 2 dipilih sedemikian rupa supaya α2 = 90° dengan begitu letak c2 tegak lurus dengan u2. Dengan u2u = 0 dan air yang meninggalkan sudu jalan sudah tidak komponen besaran lagi, sehingga energi air sudah habis digunakan. Kecepatan keluar c2 sedapat mungkin dinaikan, hal ini bisa terjadi dengan menurunkan tekanan di dalam sudu-sudu jalan. Jadi dengan adanya tekanan yang kecil (kurang dari 1 atmosfir) pada sudusudu jalan, maka di belakang roda jalan harus dipasang pipa hisap. Di dalam pipa hisap kecepatan air c 2 turun menjadi c 3 dan tekanannyapun kembali naik sampai tekanan air tersebut sama dengan tekanan luar lalu dibuang ke saluran air bawah.

Kecepatan Putar Turbin

Dalam pemilihan kecepatan putaran sebaiknya ditentukan setinggi mungkin, karena dengan kecepatan putar yang tinggi akan didapat momen puntir (kopel) yang kecil, poros yang kecil, dan diameter roda turbin yang kecil serta ukuran-ukuran bagian-bagian mesin lainnya juga kecil. Kecepatan spesifik nq dipakai sebagai tanda batasan untuk membedakan tipe roda turbin dan dipakai sebagai suatu besaran yang penting dalam merencanakan desain turbin air. Untuk mencari nilai nq dapat menggunakan persamaan :

= .

√

= .

/

(3.15)

Dimana : n Kecepatan putar (jumlah putaran/menit) turbin yang telah ditentukan

(1/menit) 3

Q Kapasitas Air (m /s) H tinggi air jatuh (m)

BAB IV PEMBAHASAN 4.1

Prinsip Kerja Turbin

Gambar 4.1 Kontruksi Turbin Francis (Sumber : http://www.tfd.chalmers.se/~hani/phdproject/francispicture.gif )

Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin reaksi disebut juga dengan turbin tekanan lebih karena tekanan air sebelum masuk roda turbin lebih besar dari pada tekanan air saat keluar roda turbin. Sudu pengarah pada turbin francis dapat menggunakan sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air, penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat. Turbin francis memanfaatkan energi air yang masuk dari pipa pesat ke dalam terusan yang berbentuk rumah keong yang akan diteruskan ke roda jalan melewati sudu pengarah. Sudu pengarah berfungsi untuk mengatur air yang

38

39

masuk ke roda jalan agar putarannya selalu sama dengan frekuensi generator yang dapat berubah-ubah dengan terjadinya perubahan pemakaian beban listrik. Posisi membuka dan menutupnya sudu pengarah diatur oleh governor dimana prinsip kerjanya berdasarkan gaya setrifugal yang diperoleh dari putaran turbin, gaya sentrifugal yang terjadi akan menimbulkan gerak translasi dengan bantuan alat mekanik lainya, gerak translasi ini akan menggerakkan posisi sudu pengarah sesuai dengan kebutuhan.

Gambar 4.2 Skema Governor (Sumber: Basyirun, dkk)

Governor dilengkapi dengan fly ball yang berfungsi untuk mengubah gaya setrifugal dari putaran poros turbin agar menghasilkan gerak translasi, apabila putaran turbin bertambah tinggi yang disebabkan oleh turunnya beban, fly ball akan berputar dan bergerak ke arah luar, sehingga menarik tuas dan membuka katup pada katup distribusi yang berfungsi untuk menekan minyak dari pipa ke oil sump.

40

Minyak dari oli sump mengalir melalui pipa, masuk ke katup distribusi menuju servo motor, sehingga menggeser piston ke atas dimana regulation rod akan memutar regulating ring ke kanan. Pada regulating ring terdapat sudu-sudu penggerak yang akan berubah kedudukannya sampai posisi tertentu untuk mencapai kedudukan yang tepat. Bila kedudukannya telah tepat maka putaran akan turun kembali pada putaran yang normal.

4.2 Perhitungan Turbin

Dari hasil pengamatan dan pengambilan data di PLTA SUTAMI pada tanggal 20 Maret 2013 Pukul: 10.00 WIB ,diperoleh data sebagai berikut :

Gambar 4.3 Sketsa PLTA Sutami

P

: 30,8 MW = 30800 KW

Q

: 43,5 m /s

pm : 9 kg/cm²

H

: 87,58 m

n

: 250 Rpm

: 1000 kg/m

Ω

:

: 272.58 m

D1 : 2,55 m

3

3

: 177.5 m D2 : 1,01 m

: 185 m

26.179 rad/s

41

•

Efisiensi Turbin

=

.

=

.

.

.

. 30800

= 43,5

. 87,58

.9,81

= 0,824

•

Kecepatan Spesifik Turbin

= .

=

.

43,5

= 250

87,58 = 57,59

Nilai nq dapat digunakan untuk mencari u1, u2a, u2i, c2, cm1 dengan menggunakan grafik dibawah ini

42

Dari gambar grafik tersebut, didapatkan "

= 0,735

"

= 0,719

"

= 0,408

"

= 0,267 = 0,265

Sehingga dapat ditentukan =

"

. 2.

.

= 0,735 . 2 .9,81

. 87,58

= 30,467

=

"

. 2.

.ℎ

= 0,719 . 2 .9,81

. 87,58

= 29,804

=

"

. 2.

.ℎ

= 0,408 . 2 .9,81

= 16,912

. 87,58

43

=

"

. 2.

.ℎ

= 0,267 . 2 .9,81

. 87,58

= 11,067

=

. 2.

.ℎ

= 0,225 . 2 .9,81

. 87,58

= 9,326

Untuk menentukan sudut-sudut sudu dan penggambaran segitiga kecepatan, sudut sudu jalan β 1 dan β2 harus sedemikian rupa sehingga memenuhi rumus euler pada turbin, jadi dalam hal ini .

.

=

.

−

.

Pada sisi keluar yang tegak lurus ke dalam pipa hisap, maka didapat cu2 = 0 dan α2 = 90°, sehingga :

=

.

.

0,824 .9,81 =

30,467

. 87,58 = 23,236

Dari hasil-hasil perhitungan tersebut, dapat digambarkan segitiga kecepatan sebagai berikut :

44

Gambar 4.5 Segitiga kecepatan pada turbin francis PLTA SUTAMI

Pada gambar segitiga kecepatan masuk, dapat diketahui besarnya sudut masuk pada sudu jalan sebesar β = 52° dengan kecepatan w1 = 11,83 m/s, sedangkan pada sudut keluar sudu pengarah sebesar α = 22° dengan kecepatan air keluar dari sudu pengarah c 1 = 25,03 m/s. Segitiga kecepatan ke luar berasal dari

= ,

=

,

= 23,358

Dari gambar segitiga kecepatan keluar didapat w2 = 25,847 m/s. Jadi air selama di dalam sudu jalan dipercepat dari w1 = 11,83 m/s menjadi w2 = 25,847 m/s. •

Efisiensi Hidrolis

=

.

=

(

− .

)

45

=

(30,467 .23,236 − 23,235 .0) 9,81 . 87,58

= 0,823 •

Kavitasi

Kavitasi pada turbin hidrolik dapat terjadi pada permukaan sudu jalan (runner ). Kavitasi akan tekanan bila tekanan statis lebih kecil dari tekanan uap air, hal tersebut dapat terjadi disaat tinggi air jatuh terlalu rendah, kecepatan air yang tinggi dan letak turbin turbin yang terlalu jauh permukaan tailrace . kavitasi pada turbin hidrolik dapat dikorelasikan dengan koefisien Thoma

(σ) yang

didefinisikan sebagai berikut :

( =

−

)

−

=

(1,013 − 0,03166)10 − (−2,3) 1000 .9,81 = 87,58

=

3,3003 = 0,0376 87,58

Untuk menentukan terjadi atau tidaknya kavitasi pada turbin, dapat menggunakan grafik Variation of critical cavitation coef ficient with non dimensional speci fic speed for Francis and Kaplan turbines dengan menggunakan

data Ω sp . Ω sp merupakan kecepatan daya spesifik yang dapat diperoleh dari

Ω

=

Ω

(

/ )

/

46

26,170 Ω

=

Ω

= 0,98

(9,81

/

30,8. 10 1000 /

. 87.58

)

/

Gambar 4.6 Variation of critical cavitation coef ficient with non -dimensional speci fic speed for Francis and Kaplan turbine

(Sumber : S. L. Dixon)

Dari grafik didapatkan σc sebesar 0,134. Faktanya dari data yang diperoleh nilai σ < σ c , sedangkan syarat agar tidak terjadi kavitasi jika σ = σc . Salah satu penyebab terjadinya kavitasi yaitu perbedaan elevasi penempatan turbin dengan elevasi permukaan tailrace yang terlalu rendah. Maka dari itu, untuk menghindari terjadinya kavitasi dapat ditentukan jarak antara elevasi penempatan turbin dengan elevasi permukaan tailrace dengan persamaan berikut :

47

( =

=

(

−

=

=

)

−

)

−(

.

−

)

(1,013 − 0,03166)10 1000 .9,81

− (0,134 .87,58)

= −10,735 Jadi, untuk menghindari terjadinya kavitasi, jarak elevasi penempatan turbin dengan elevasi permukaan tailrace harus sebesar 10,735 m.

Perhitungan Efisiensi Turbin di PLTA Sutami

Recommend Documents