Energi Air

MAKALAH

ENERGI AIR

Anggota Kelompok :

WEN HADI                                       (F1C 009 060)

ARDI WIRANATA                           (F1C 010 038)

AGUS HARTONO                            (F1C 011 004)

L. KHAIRUL HAMDANI A.            (F1C 011 042)

MUSLEHUDDIN                              (F1C 011 068)

                                                              

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MATARAM

2014

BAB I

PENDAHULUAN

            Air adalah benda yang ada di bumi dan sangat banyak kapasitasnya,bahkan mungkin akan terus bertambah.Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) merupakan salah satu pembangkit listrik yang menggunakan energi terbarukan berupa air. Salah satu keunggulan dari pembangkit ini adalah responnya yang cepat sehingga sangat sesuai untuk kondisi beban puncak maupun saat terjadi gangguan di jaringan.

            Potensi air sebagai sumber energi terutama digunakan sebagai penyedia energi listrik melalui pembangkit listrik tenaga air maupun mikrohidro yang telah dimanfaatkan secara luas di Indonesia yang dalam skala besar telah digunakan sebagai pembangkit listrik. Beberapa perusahaan di bidang pertanian bahkan juga memiliki pembangkit listrik sendiri yang bersumber dari energi air. Di masa mendatang untuk pembangunan pedesaan termasuk industri kecil yang jauh dari jaringan listrik nasional, energi yang dibangkitkan melalui sistem mikrohidro diperkirakan akan tumbuh secara pesat.

Banyaknya sungai dan danau air tawar yang ada di Indonesia merupakan modal awal untuk pengembangan energi air ini. Namun eksploitasi terhadap sumber energi yang satu ini juga harus memperhatikan ekosistem lingkungan yang sudah ada.

Pemanfaatan energi air pada dasarnya adalah pemanfaatan energi potensial gravitasi.  Energi mekanik aliran air yang merupakan transformasi dari energi potensial gravitasi dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin atau kincir. Umumnya turbin digunakan untuk membangkitkan energi listrik sedangkan kincir untuk pemanfaatan energi mekanik secara langsung.  Pada umumnya untuk mendapatkan energi mekanik aliran air ini, perlu beda tinggi air yang diciptakan dengan menggunakan bendungan.  Akan tetapi dalam menggerakkan kincir, aliran air pada sungai dapat dimanfaatkan ketika kecepatan alirannya memada.

Pembangkit listrik mikrohidro mengacu pada pembangkit listrik dengan skala di bawah 100 kW.  Banyak daerah pedesaan di Indonesia yang dekat dengan aliran sungai yang memadai untuk pembangkit listrik pada skala yang demikian.  Diharapkan dengan memanfaatkan potensi yang ada di desa-desa tersebut dapat memenuhi kebutuhan energinya sendiri dalam mengantisipasi kenaikan biaya energi atau kesulitan jaringan listrik nasional untuk menjangkaunya.

BAB II

PEMBAHASAN

A.  KINCIR AIR

Pemanfaatan energi air dalam skala kecil dapat berupa penerapan kincir air dan turbin. Dikenal ada tiga jenis kincir air berdasarkan sistem aliran airnya, yaitu : overshot, breast-shot, dan under-shot.

Pada kincir overshot, air melalui atas kincir dan kincir berada di bawah aliran air. Air memutar kincir dan air jatuh ke permukaan lebih rendah. Kincir bergerak searah jarum jam. Pada kincir breast-shot, kincir diletakkan sejajar dengan aliran air sehingga air mengalir melalui tengah-tengah kincir. Air memutar kincir berlawanan dengan arah jarum jam. Pada kincir under-shot, posisi kincir air diletakkan agak ke atas dan sedikit menyentuh air. Aliran air yang menyentuh kincir menggerakkan kincir sehingga berlawanan arah dengan jarum jam.

Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi mekanik berupa torsi pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu :
1.Kincir Air Overshot
2. Kincir Air Undershot
3. Kincir Air Breastshot
4. KinciKincir Air Overshot

1        Kincir air overshot

bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian sudu-sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar. Kincir air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis kincir air yang lain.

Keuntungan :

v  Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.

v   Tidak membutuhkan aliran yang deras.

v  Konstruksi yang sederhana.

v   Mudah dalam perawatan.

v  Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.

Kerugian :

v  Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.

v   Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.

v   Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.

v  Daya yang dihasilkan relatif kecil.

2        Kincir Air Undershot

Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head.Tipe ini cocok dipasang pada perairan dangkal pada daerah yang rata. Tipe ini disebut juga dengan ”Vitruvian”. Disini aliran air berlawanan dengan arah sudu yang memutar kincir.

            Keuntungan

v  Konstruksi lebih sederhana

v   Lebih ekonomis

v  Mudah untuk dipindahkan

Kerugian

v  Efisiensi kecil

v  Daya yang dihasilkan relatif kecil

3        Kincir Air Breastshot

Kincir air Breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki kinerja dari kincir air tipe under shot

Keuntungan
► Tipe ini lebih efisien dari tipe under shot
► Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek
► Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar

Kerugian
► Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit)
► Diperlukan dam pada arus aliran datar
► Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot

4        Kincir Air Tub

merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara horisontal dan sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini dapat dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot. Karena arah gaya dari pancuran air menyamping maka, energi yang diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik.
Keuntungan
· Memiliki konstruksi yang lebih ringkas
· Kecepatan putarnya lebih cepat
Kerugian
· Tidak menghasilkan daya yang besar
· Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang lebih telitir Air Tub

B. TURBIN KAPLAN

            Turbin Kaplan termasuk kelompok turbin air reaksi jenis baling-baling (propeller). Keistimewaannya adalah sudut sudu geraknya (runner) bisa diatur (adjustable blade) untuk menyesuaikan dengan kondisi aliran saat itu yaitu perubahan debit air. Pada pemilihan turbin didasarkan pada kecepatan spesifiknya. Turbin Kaplan ini memiliki kecepatan spesifik tinggi (high spesific speed). Turbin kaplan bekerja pada kondisi head rendah dengan debit besar . Pada perancangan turbin Kaplan ini meliputi perancangan komponen utama turbin Kaplan yaitu sudu gerak (runner), sudu pengarah (guide vane), spiral casing , draft tube dan mekanisme pengaturan sudut bilah sudu gerak. Pemilihan profil sudu gerak dan sudu pengarah yang tepat untuk mengasilkan torsi yang besar. Perancangan spiral casing dan draft tube menggunakan persamaan empiris . Perancangan mekanisme pengatur sudut bilah (β) sudu gerak dengan memperkirakan besar sudut putar maksimum sudu gerak berdasarkan jumlah sudu, debit air maksimum dan minimum. Turbin Kaplan ini dirancang untuk kondisi head 4 m dan debit 5 m³/s. Akhirnya dari hasil perancangan turbin Kaplan ini didapatkan dimensi dari komponen utama turbin yang diwujudkan ke dalam bentuk gambar kerja dua dimensi.
            Turbin Kaplan digunakan untuk tinggi terjun yang rendah, yaitu di bawah 20 meter. Teknik mengkonversikan eerngi potensial air menjadi energi mekanik roda air turbindilakukan melalui pemanfaatan kecepatan air. Roda air turbin Kaplan menyerupai baling-baling dari kipas angin.
Sudu roda jalan turbin Kaplan mirip roda propeller yang letak sudunya terpisah jauh satu dengan yang lain. Memperlihatkan kaskade( cascade ) sudu roda jalan turbin Kaplan beserta segitiga kecepatan pada bagian masuk dan keluar sudu.

C. TURBIN FRANCIS

            Turbin francis merupakan jenis turbin tekanan lebih. Sudunya terdiri atas sudu pengarah dan sudu jalan yang keduanya terendam dalam air. Perubahan energi terjadi seluruhnya dalam sudu pengarah dan sudu gerak, dengan mengalirkan air ke dalam sebuah terusan atau dilewatkan ke dalam sebuah cincin yang berbentuk spiral atau rumah kosong.
Turbin Francis paling banyak digunakan di Indonesia. Turbin ini digunakan untuk tinggi terjun sedang,yaitu 20-440 meter.Teknik mengkonversikan energi potensial menjadi energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses reaksi sehingga turbin Francis juga sering disebut turbin reaksi.

            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 sudut pengarah. Sudut pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudut pengarah pad turbin Francis dapat merupakan suatu sudut pengarah yang tetap ataupun sudut pengarah yang dapat diatur suduttnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudut pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.

D.  TURBIN PELTON
 

            Turbin Pelton adalah turbin untuk tinggi terjun yang tinggi, yaitu di atas 300 meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses impuls sehingga turbin Pelton disebut juga turbin impuls.
Turbin Pelton disebut juga turbin impuls atau turbin tekanan rata atau turbin pancaran bebas karena tekanan air keluar nosel sama dengan tekanan atmosfer. Dalam instalasi turbin ini semua energi ( geodetic dan tekanan ) diubah menjadi kecepatan keluar nosel. Konstruksi nosel dapat dilihat pada gambar. Tidak semua sudu menerima hempasan air, tetapi secara bergantian tergantung posisi sudu tersebut. Jumlah tergantung besarnya kapasitas air, dapat bervariasi satu sampai enam. Turbin pelton dipakai untuk tinggi jatuh air yang besar, dengan kecepatan spesifik 1 sampai 15.

BAB III PENUTUP

A.    Kesimpulan

             Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai.

B.     Saran

Agar pembuatan makalah cepat selesi, diperlukan kekompakan antar anggota kelompok untuk menyadari pentingnya pembuatan makalah yang berguna untuk mahasiswa sendiri.