PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)

            Sebelum kita mempelajari tentang Pembangkit Listrik Tenaga Air kita harus mengetahui apa itu Pembangkit Listrik Tenaga Air.

A.    Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

                Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) adalah pembangkit yang mengandalkan energi potensial dan kinetik dari air untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dibangkitkan ini biasa disebut sebagai hidroelektrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari air

           PLTA merupakan salah satu tipe pembangkit yang ramah lingkungan, karena menggunakan air sebagai energi primernya. Energi primer air dengan ketinggian tertentu digunakan untuk menggerakkan turbin yang dikopel dengan generator.
Pembangkit Listrik Tenaga Air merupakan pusat pembangkit tanaga listrik yang mengubah energi potensial air ( energi gravitasi air ) menjadi energi listrik. Mesin penggerak yang digunakan adalah turbin air untuk mengubah energi potensial air menjadi kerja mekanis poros yang akan memutar rotor pada generator untuk menghasilkan energi listrik.

           Air sebagai bahan baku PLTA dapat diperoleh dapat diperoleh dengan berbagai cara misalnya, dari sungai secara langsung disalurkan untuk memutar turbin, atau dengan cara ditampung dahulu ( bersama – sama air hujan ) dengan menggunakan kolam tando atau waduk sebelum disalurkan untuk memutar turbin.

        B.     Prinsip kerja PLTA

       1.      Aliran sungai dengan jumlah debit air sedimikian besar ditampung dalam waduk yang
                ditunjan dalam betuk bangunan bendungan

       2.      Air tersebut dialirkan melalui saringan power intake

       3.      Kemudian masuk ke dalam pipa pesat (penstock) 

       4.      Untuk mengubah energi potensial menjadi energi kinetik. Pada ujung pipa dipasang 

                katup utama  (Main Inlet Valve)

      5.      Untuk mengalirkan air ke turbin ,katub utama akan diutup secara otomatis apabila terjadi 
               gangguan atau di stop atau dilakukan perbaikan/pemeliharaan turbin. Air  yang telah 
               mempunyai tekanan dan kecepatan tinggi (energi kinetik) dirubah menjadi energi 
               mekanik dengan dialirkan melalui sirip – sirip pengarah (sudu tetap) akan mendorong 
               sudu jalan/runner yang terpasang pada turbin

      6.      Pada turbin , gaya jatuh air yng mendorong baling – baling menyebabkan turbin berputar . 
                turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan fungsi dorong angin 
                untuk memutar baling – baling digantikan air untuk memutar turbin. Selanjutnya turbin 
                merubah energi kinetic yang disebabkan gaya jatuh air menjadi energy mekanik

      7.     Generator dihubungkan dengan turbin melalui gigi – gigi putar sehingga ketika baling – 
               baling turbin berputar maka generator ikut berputar. Generator selanjutnya merubah 
               energy mekanik dari turbin menjadi energy elektrik.  listrik pada generator terjadi karena 
               kumparan tembaga yang diberi inti besi digerakkan (diputar) dekat magnet. bolak-
               baliknya kutub magnet akan menggerakkan elektron pada kumparan tembaga sehingga 
               pada ujung-ujung kawat tembaga akan keluar listriknya.Yang kemudian menhasilkan 
               tenaga lisrik. Air keluar melalui tail race

      8.      Selanjutnya kembali ke sungai

      9.      Tenaga listrik yang dihasilkan oleh generator masih rrendah, maka dari itu tegangan 
                tersebut terlebih dahulu dinaikan dengan trafo utama

     10.     Untuk efisiensi penyaluran energi dari pembangkit ke pusat beban , tegangan tinggi 
                tersebut kemudian diatur / dibagi di switch yard

     11.     Dan selanjutnya disalurkan /interkoneksi ke sistem tenaga listrik melalui kawat saluran 
                tegangan inggi . lisrtrik kemudian dapat disalurkan

C.       Komponen PLTA

1.   Waduk ,berfungsi untuk menahan air

2.   Main gate, katup prmbka

3.   Bendungan, berfungsi menaikkan permukaan air sungai untuk menciptakan tinggi jatuh air. Selain menyimpan air, bendungan juga dibangun dengan tujuan untuk menyimpan energi.

4.   Pipa pesat (penstock) ,berfungsi untuk menyalurkan dan mengarahkan air ke cerobong turbin. Salah satu ujung pipa pesat dipasang pada bak penenang minimal 10 cm diatas lantai dasar bak penenang. Sedangkan ujung yang lain diarahkan pada cerobong turbin. Pada bagian pipa pesat yang keluar dari bak penenang, dipasang pipa udara (Air Vent) setinggi 1 m diatas permukaan air bak penenang. Pemasangan pipa udara ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya tekanan rendah (Low Pressure) apabila bagian ujung pipa pesat tersumbat. Tekanan rendah ini akan berakibat pecahnya pipa pesat. Fungsi lain pipa udara ini untuk membantu mengeluarkan udara dari dalam pipa pesat pada saat start awal PLTMH mulai dioperasikan.  ½ inchÆ Diameter pipa udara ±

             5.  Katup utama (Main Inlet Valve), berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi 
                  energi kinetik

 6.  Turbin merupakan peralatan yang tersusun dan terdiri dari beberapa peralatan suplai air masuk turbin, diantaranya sudu (runner), pipa pesat (penstock), rumah turbin (spiral chasing), katup utama (inlet valve), pipa lepas (draft tube), alat pengaman, poros, bantalan (bearing), dan distributor listrik. Menurut momentum air turbin dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin reaksi dan turbin impuls. Turbin reaksi bekerja karena adanya tekanan air, sedangkan turbin impuls bekerja karena kecepatan air yang menghantam sudu.

7.  Generator, Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanis. Generator terdiri dari dua bagian utama, yaitu rotor dan stator. Rotor terdiri dari 18 buah besi yang dililit oleh kawat dan dipasang secara melingkar sehingga membentuk 9 pasang kutub utara dan selatan. Jika kutub ini dialiri arus eksitasi dari Automatic Voltage Regulator (AVR), maka akan timbul magnet. Rotor terletak satu poros dengan turbin, sehingga jika turbin berputar maka rotor juga ikut berputar. Magnet yang berputar memproduksi tegangan di kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil" yang terletak di stator. Lalu tegangan inilah yang kemudian menjadi listrik

8.   Draftube atau disebut pipa lepas, air yang mengalir berasla dari turbin

9.   Tailrace atau disebut pipa pembuangan

10. Transformator adalah trafo untuk mengubah tegangan AC ke tegangan yang lebih   
       tinggi.

11.  Switchyard (controler)

12.  Kabel transmisi

13.  Jalur Transmisi, berfungsi menyalurkan energi listrik dari PLTA menuju rumah-rumah   
        dan pusat industri.

14. Spillway adalah sebuah lubang besar di dam (bendungan) yang sebenarnya adalah sebuah metode untuk mengendalikan pelepasan air untuk mengalir dari bendungan atau tanggul ke daerah hilir.

D. Ilmu fisika dan pembahasan

1.   Energi Potensial

Energi potensial yaitu energi yang terjadi akibat adanya beda potensial, yaitu akibat adanya perbedaan ketinggian.semakin tinggi air berasal semakin besar pula tenaga yang dihasilkan
Besarnya energi potensial yaitu:
Ep = m . g . h
Dimana:
Ep : Energi Potensial
m : massa (kg)
g : gravitasi (9.8 kg/m2)
h : head (m)

2.   Debit ait

Saat air jat debit air juga menentuka barapa besar listrik yang dihasilkan dengan rumus yaitu

dimana
 Q = debit air
v = kecepatan air
A = luas penampang aliran

3.   Energi Kinetis 

      Energi kinetis yaitu energi yang dihasilkan akibat adanya aliran air sehingga timbul air dengan kecepatan tertentu, yang dirumuskan
Ek = 0,5 m . v²
Dimana:
Ek : Energi kinetis
m : massa (kg)
v : kecepatan (m/s)

4.   Energi Mekanis


      Energi mekanis yaitu energi yang timbul akibat adanya pergerakan turbin. Besarnya energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya energi mekanis
dirumuskan:
Em = T . ω . t
Dimana:
Em : Energi mekanis
T : torsi
ω : sudut putar
t : waktu (s)

5.   Generator

Setelah proses pada turbin selanjutnya pada generator, saat baling – baling pada turbin bergerak rotor juga ikut berputar sesuai dengan persamaan

η = 60 . f / P
dimana:
η : putaran
f : frekuensi
P : jumlah pasang kutub

selain itu banyak sedikitya kumparan pada stator juga mempengaruhi besarnya daya istrik yang bias dihasilkan oleh pembangkit. Selain itu kita juga harus membicarakan magnet yang ditemukan oleh fisikawan yaitu Faraday , yaitu tentang induksi elektromagnetik, .  listrik pada generator terjadi karena kumparan tembaga yang diberi inti besi digerakkan (diputar) dekat magnet. bolak-baliknya kutub magnet akan menggerakkan elektron pada kumparan tembaga sehingga pada ujung-ujung kawat tembaga akan keluar listriknya.Yang kemudian menhasilkan tenaga lisrik

induksi magnet dapat dicari dengan persamaan

Dengan

              B = induksi magnetic (Wb/m2=T)

               I= kuat arus listrik (A)

               a= jarak dari arus listrik (m)

Jika lilitan tersebut dialiri arus eksitasi dari AVR maka akan timbul magnet dari rotor.
Sehingga didapat persamaan:
E = B . V . L
Dimana:
E : Gaya elektromagnet
B : Kuat medan magnet
V : Kecepatan putar
L : Panjang penghantar induksi generator


Dari ketiga hal tersebut, yang bernilai tetap adalah putaran rotor dan kumparan, sehingga agar beban yang dihasilkan sesuai, maka yang bisa diatur adalah sifat kemagnetannya, yaitu dengan mengatur jumlah arus yang masuk. Makin besar arus yang masuk, makin besar pula nilai kemagnetannya, sedangkan makin kecil arus yang masuk, makin kecil pula nilai

6.   Energi Listrik

Ketika turbin berputar maka rotor juga berputar sehingga menghasilkan energi listrik sesuai persamaan:
El = V . I . t
Dimana:
El : Energi Listrik
V : tegangan (Volt)
I : Arus (Ampere)
t : waktu (s)

7.   Daya listrik yang dihasilkannya adalah:

P  = daya listrik

W = energy listrik

t  = waktu (sekon)


Namun, tidak semua energi potensial dari air diubah menjadi energi listrik. Oleh karena itu kita mengenal konsep efisiensi:

E.     Kesimpulan

          Dari analisa kam tentang pembangkit listrik tenaga air dapat kita simpulkan bahwa PLTA menggunakan energi potensial sebagai energi utama, kemudian menjalani beberapa tahap dan perubahan bentuk energi dari gravitasi menjadi gerak, dari gerak menjadi mekanik dan dari bantuan generator akan di ubah menjadi energi listrik yang akan disalurkan adapun

kelebihan PLTA adalah : 

1. Dapat menghapuskan biaya bahan bakar.

2. Memiliki kehidupan ekonomi yang lebih lama

3. Tidak menyebabkan polusi gas rumah kaca

4. Bendungan dari PLTA itu sendiri bisa dimanfaatkan sebagai tempat rekreasi dan 
     irigasi perairan

5. Bendungan dari PLTA dapat dijadikan tanggul untuk mengantisifasi ketika terjadi 
     banjir.

Sedangkan kelemahannya:

1. Mebutuhkan inventasi yang besar
2. Membutuhkan lahan yang luas untuk membuat pusat listrik yang berkapasitas besar