PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)
I. Tujuan Percobaan
Setelah praktikum diharapkan dapat : Mengetahui pengetahuan tentang prestasi pada PLTA PLTA Mengetahui pengetahuan tentang instrument instrument dan kontrol pada pada PLTA Dapat melakukan operasi sistem PLTA Menentukan effisiensi energi suatu PLTA Memiliki pengetahuan pengetahuan teori dan dan praktik tentang tentang pembangkitan pembangkitan energi di PLTA Melakukan optimasi sistem PLTA
II. Dasar Teori Turbin adalah mesin penggerak tempat energi fluida digunakan langsung untuk memutar roda turbin. Turbin air adalah turbin dengan air sebagai fluida kerjanya. Air mengalir dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah, energi potensial berangsur-angsur berubah menjadi energi kinetik dalam proses aliran di dalam pipa. Di dalam turbin, energi kinetik dirubah menjadi energi mekanik. Turbin yang digunakan pada praktikum ini adalah Turbin Kaplan. Turbin Kaplan merupakan turbin reaksi. Turbin ini direncanakan untuk laju aliran yang besar dengan tinggi tekanan rendah. Turbin Kaplan ini memiliki keuntungkan bila dibandingkan dengan Turbin Francis, karena sudu-sudu turbin dapat dirubah. Keuntungan ini akan memberikan karakteristik yang lebih baik, variasi tinggi tekanan yang besar dan laju aliran yang dapat divariasi. Kolam dasar PLTA berupa kolam tando (reservoir/ dam), pipa pesat, turbin, generator dan transmisi. Penggolongan PLTA dapat dibedakan berdasarkan potensi daya yang dibangkitkan, jenis turbin yang digunakan, jenis bendungan dan ditinjau dari cara membendung air. Dari cara pembendungan air, PLTA dapat dibagi menjadi 2 kategori, yaitu: 1. PLTA run off river 2. PLTA dengan kolam tando (reservoir) ( reservoir) Pada PLTA run off river, air sungai dialihkan dengan menggunakan dam yang dibangun memotong aliran sungau. Air sungan ini kemudian disalurkan ke bangunan air PLTA. Pada PLTA dengan kolam tando (reservoir), ( reservoir), air sungai dibendung dengan bendungann besar agar terjadi penimbunan air sehingga terjadi kolam tando. Selanjutnya air disalurkan ke PLTA. Keuntungan kolam tando ini dibandingkan run
off river yaitu, ketika hujan dan kemarau air dapat ditampung dan disalurkan, sehingga supply air ke turbin tetap sesuai dengan kebutuhan.
III. Rumus – Rumus
Daya hidrolik turbin PH = g H Q
Effisiensi turbin ηT = Daya mekanik turbin / Daya hidrolik
Daya generator
PG = V I PG = V I
cos
(Jika generator AC) (Jika generator DC)
Effisiensi sistem ηs = Daya generator / Daya hidrolik
IV. Peralatan yang Digunakan
Turbin Kaplan (termasuk alat ukur yang terpasang seperti alat pengukur kecepatan, torsi, debit, head, voltmeter, amperemeter dll. ) Voltmeter ( 2 buah ) Amperemeter ( 2 buah ) Beban (R) ( 1 set ) Kabel konektor (secukupnya)
V. Persiapan Percobaan a. b. c. d. e.
Periksa kedudukan alat ukur apakah sudah semestinya Cek penunjukkan pada setiap alat ukur Periksa rangkaian listriknya, sesuaikan dengan gambar rangkaian Periksa pemasok sumber listrik tersedia Buat tabel pengujian
VI. Prosedur Pengujian (SOP) a. Atur sudut sudu pompa seperti yang dikehendaki b. Pilih dan atur sudut pengarah dan sudut sudu turbin pada sudut yang dikendaki, misal sudut pengarah = , , , 5 untuk sudu turbin pilih angka 1,2,3,4 atau 5 yang menunjukan posisi bukaan runner turbin. c. Buka katup masukan pompa penuh dan tutup pipa keluaran pompa. d. Jalankan pompa putaran rendah, setelah beberapa menit matikan dan kemudian tekan saklar ‘ON’ pompa kecepatan tinggi. e. Sambungkan hubungan generator ke beban. Bebani generator sampai maksimum. Atur juga potensiometer sampai diperoleh beban maksimum (lihat batas maksimum pada name plat generator). Dengan pembebanan maksimum, putaran turbin akan mengecil. f. Naikan putaran turbin dengan membuka katup keluaran pompa secara perlahan sampai bukaan penuh. g. Ulangi prosedur diatas untuk sudut sudu maupun sudut pengarah yang berbeda.
VII. Langkah Percobaan a. Siapkan pengukuran data dalam bentuk tabel untuk memudahkan analisis, lakukan perhitungan secara teoritis sesuai rumus yang diperlukan b. Siapkan peralatan sistem PLTA untuk percobaan c. Operasikan PLTA, lakukan sesuai SOP. d. Untuk membebani turbin sesuaikan dengan manual peralatan e. Jika telah selesai melakukan percobaan, matikan dengan urutan sebagai berikut : Kurangi beban turbin sampai minimum Amati putaran turbin jangan melebihi putaran nominalnya Kurangi laju aliran Kurangi arus eksitasi Lakukan shut down sistem dengan menekan shut down pompa.
VIII. Data Hasil Praktikum
Data Hasil Praktikum 1
α (°)
β (°)
H (m)
Q (l/s)
T (Nm)
n (rpm)
Vgen (V)
Igen (A)
Iex (A)
3 3 3 3 3 3 3 3
45 45 45 45 45 45 45 45
1.8 2.8 3.2 4 4.5 5.5 6.2 7
65 70 77 81 87 92 95 98
0.8 1.2 1.6 2.2 2.8 3.2 3.6 4
1090 1091 1087 1084 1079 1072 1078 1080
200 186 189 189 189 189 189 189
0 3 5.8 8 11 13.6 16 18.4
0.31 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.3 0.3
Data Hasil Praktikum 2
α (°)
β (°)
H (m)
Q (l/s)
T (Nm)
n (rpm)
Vgen (V)
Igen (A)
Iex (A)
3 3 3 3 3 3 3 3
30 30 30 30 30 30 30 30
2.5 3.2 4.2 5 5.5 6.4 7.2 7.9
52.5 60 65 67.5 72 78 81 83
0.8 1.4 1.7 2.3 2.8 3.2 3.5 3.9
1080 1080 1080 1085 1078 1084 1078 1025
198 204 204 201 201 204 201 195
0 2.8 5.6 8.2 10.6 13.2 15.6 17.4
0.32 0.32 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
Data Hasil Praktikum 3
α (°)
β (°)
H (m)
Q (l/s)
T (Nm)
n (rpm)
Vgen (V)
Igen (A)
Iex (A)
2 2 2 2 2 2 2 2
45 45 45 45 45 45 45 45
2 3 4.2 5.6 6.5 7.8 8.8 8.9
46 52.5 57.5 62.5 65 67 70 70
0.9 1.2 1.6 2.6 2.9 3.2 3.5 3.7
1082 1092 1080 1086 1083 1077 1083 946
201 204 198 210 207 207 198 180
0 3 5.4 8.2 10.8 13.4 15.4 16
0.32 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
IX. Analisis
Daya Hidrolik
Daya Output
Effisiensi System
Tabel Hasil Perhitungan 1
[]([] * +)
Load
Daya Hidrolik (Watt)
0 1 2 3 4 5 6 7
1142.15 1913.35 2405.35 3162.88 3821.81 4939.56 5749.80 6696.72
Daya Output
Effisiensi System
(Watt)
(%)
0 558 1096.2 1512 2079 2570.4 3024 3477.6
0 29.164 45.573 47.805 54.398 52.037 52.593 51.930
Daya Output
Effisiensi System
(Watt)
(%)
0 571.2 1142.4 1648.2 2130.6 2692.8 3135.6 3393
0 30.47 42.86 50.02 55.11 55.25 55.07 53.01
Tabel Hasil Perhitungan 2 Load
Daya Hidrolik (Watt)
0 1 2 3 4 5 6 7
1281.26 1874.30 2665.02 3294.67 3865.74 4873.18 5693.18 6400.93
Tabel Hasil Perhitungan 3 Load
Daya Hidrolik (Watt)
0 1 2 3 4 5 6 7
898.102 1537.511 2357.517 3416.692 4124.435 5101.609 6013.377 6081.711
Daya Output
Effisiensi System
(Watt)
(%)
0 612 1069.2 1722 2235.6 2773.8 3049.2 2880
0.00 39.80 45.35 50.40 54.20 54.37 50.71 47.36
X. Grafik
Grafik Perbandingan Effisiensi System terhadap Daya Output Generator 60 50 ) % 40 ( m e t 30 s y S i s 20 n e i s i f f 10 E
Series1 Series2 Series3 Poly. (Series1) Poly. (Series2) Poly. (Series3)
0 0 -10
1000
2000
3000
Daya Output Generator (Watt)
4000
Grafik Perbandingan Effisiensi System terhadap Daya Hidrolik
70 60 50 ) % ( n 40 i b r u T 30 i s n e i s 20 i f f E
Series1 Series2 Series3 Poly. (Series1) Poly. (Series2)
10
Poly. (Series3) 0 0.00
1000.00 2000.00 3000.00 4000.00 5000.00 6000.00 7000.00
-10 Daya Hidrolik (Watt)
XI.
Pembahasan Saat praktikum dengan beban 7 pada praktikum ke 2 dan ke 3, putaran turbin tidak bisa mencapai 1080 rpm karena bukaan/ debit air sudah maksimal. Maka ada batas beban tertentu agar dapat mendapatkan putaran nominal. Praktikum dilakukan tiga kali pengambilan data dengan mengubah sudut pengarahan atau guide vane (β) dan posisi bukaan runner turbin (α). Besarnya daya hidrolik diatur oleh posisi bukaan runner turbin (α). Terlihat dari grafik dengan mengubah posisi bukaan runner turbin (α), maka daya output generator berubah. Semakin posisi bukaan turbin (α) maka daya output semakin besar. Hal ini dikarenakan daya hidroliknya semakin besar, begitu juga sebaliknya. Nilai guide vane (β) akan mempengaruhi efisiensi sistem. Dengan mengubah sudut β daya output generator juga berubah. Semakin besar nilai β, semakin besar pula daya hidroliknya sampai bukaan 80%. Sedangkan setelah melebihi 80%, daya hidrolik akan menurun karena pertambahan debit lebih kecil dari pada head losses, sehingga head turbin berkurang. Hal ini yang menyebabkan ketika nilai β=45°, efisiensi sistem lebih kecil dari β =30° karena bukaan saat β=45° telah melebihi 80%.
XII.
Kesimpulan PLTA adalah suatu pembangkit listrik dengan memanfaatkan energi potensial dan energi kinetik air. Dalam pengoprasiannya, sudut pengarah turbin dan debit air di atur guna menghasilkan output yang ingin dihasilkan dan sesuai kebutuhan beban. Dari hasil praktikum di dapat bahwa effisiensi turbin tertinggi adalah pada saat turbin dengan sudut pengarah α= 3°, β= 30° dibandingkan dua sudut pengarah yang lain. Adapun data nilai efisiensi tertinggi pada variasi sudut pengarah adalah sebagai berikut. α= 3°, β= 45°, nilai efisiensi tertinggi adalah 54,398% α= 3°, β= 30°, nilai efisiensi tertinggi adalah 55,25% α= 2°, β= 45°, nilai efisiensi tertinggi adalah 54,37% Jadi, efiseiensi sistem saturasi berada pada nilai sekitar 50%. Dan sudut pengarah β yang lebih kecil cocok untuk daya yang rendah. Sedangkan untuk mendapat effisiensi tinggi dapat menggunakan sudut pengarah α=3.
XIII.
Daftar Pustaka Maridjo.1995. “Petunjuk Praktikum Mesin Konversi Energi. Bandung: Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik.
