ENERGI AIR KANDUNGAN MEKANIS

Potensi tenaga air dan pemanfaatannya pada umumnya berlainan, bila dibandingkan dengan penggunaaan tenaga berasal  dari misalnya bahan bakar fosil. Hal ini disebabkan oleh bebera hal yaitu :

a.             Sumber tenaga air secara teratur dibangkitkan kembali akibat pemanasan lautan oleh penyinaran matahari, sehingga merupakan suatu sumber yang secara klinis diperbarui. Gambar 6.1 memperlihatkan siklus hidrologik daripada air. Oleh karena itu tenaga air disebut sebagai sumber daya energi terbarukan.

b.             Potensi secara keseluruhan daripada tenaga air relatif kecil bila dibandingkan dengan jumlah sumber bahan bakar fosil. Sekalipun misalnya seluruh potensi tenaga air ini dapat dikembangkan sepenuhnya.

c.              Penggunaan tenaga air pada umumnya merupakan pemanfaatan multiguna, karena biasanya dikaitkan dengan irigasi, pengendalian banjir, perikanan, rekreasi, dan navigasi. Bahkan sering terjadi bahwa pembangkitan tenaga listrik hanya merupakan manfaat sampingan, dengan misalnya irigasi, atau pengendalian banjir, sebagai penggunaan utama.

d.             Pembangkitan listrik tenaga air dilakukan tanpa perubahan suhu. Tidak ada peningkatan suhu karena misalnya adanya suatu proses pembakaran bahan bakar.

Gambar 6.1. Siklus hidrologik air.

6.1.1    Energi Air Terjun

Pada asasnya dapat dikemukakan adanya tiga faktor utama dalam penentuan pemanfaatan suatu potensi sumber tenaga air bagi pembangkitan tenaga listrik yakni :

a.    Jumlah air yang tersedia, yang merupakan fungsi dari jatuh hujan dan atau salju.

b.    Tinggi terjun yang dapat dimanfaatkan, hal mana tergantung dari topografi daerah tersebut; dan

c.    Jarak lokasi yang dapat dimanfaatkan terhdap adanya pusat-pusat beban atau jaringan transmisi.

Gambar 6.2 memperlihatkan lengkung tinggi sebuah sungai, sebagai fungsi dari pada jarak terhadap sumber atau awal sungai itu. Pada awal sungai, di jarak nol, tinggi sungai adalah H. Lengkung (a) memperlihatkan fungsi tersebut dari sebuah sungai yang “ideal”, yang menuruni lereng sebuah gunung menurun secara teratur. Dalam kenyataannya tidaklah demikian adanya. Biasanya lebih mendekati bentuk menurut lengkung (b), yaitu bentuk sebuah sungai “biasa”, yang pada titik C mempunyai sebuah air terjun, dan pada titik D sebuah danau. Sungai akhirnya bermuara di laut.

                               

 

Gambar 6.2  Tinggi Sungai sebagai Fungsi Jarak

Sebagaimana diketahui dari ilmu fisika, setiap benda, yang berada di atas permukaan bumi, mempunyai energi potensial, yang berbentuk rumus berikut :

                                                            
   E = m.g.h                                                         6.1

Dengan :        
 E = energi potensial;

m = massa;

g  = percepatan gravitasi;

h  = tinggi relatif terhadap permukaan bumi,

Dari rumus diatas dapat ditulis :  

dE = dm.g.h                                                      6.2

bilamana  dE merupakan energi yang dibangkitkan oleh elemen massa dm yang melalui jarak h.  Bilamana didefinisikan Q sebagai debit air menurut rumus berikut :

Q= dm/dt                                                           6.3

Dengan         
   Q   = debit air;
   dm = elemen massa air;

   dt   = elemen waktu;

Maka untuk daya  dapat ditulis
  P = dE/dt    =  dm/dt .h   =  Q.g.h

atau   
                        
P = g.Q.h                                                                                                                                                  

Dimana        
    P = daya;

   ή  = efisiensi sistem;

   g  = gravitasi;

    h = tinggi terjun.

Untuk keperluan estimasi pertama secara kasar, dipergunakan rumus sederhana berikut :

P = f.Q.h                                                                  

dengan          
  P  = daya dalam kW;

  Q = debit air dalam m³ per detik;

  H = tinggi terjun dalam m;

 f   = suatu faktor efisiensi antara 0,7 dan 0,8

Diantara data primer yang diperlukan untuk survey dapat disebut :

1.          Jumlah energi yang secara teoritis dapat diperoleh setahun dalam kondisi-kondisi tertentu di musim hujan dan musim kering ;

2.          Jumlah daya pusat listrik yang kan dipasang, dengan memperhatikan apakah pusat listrik itu akan dipakai untuk beban dasar atau beban puncak.

Gambar 6.3 Bendungan PLTA  Mrica di Jawa Tengah dengan kapasitas 3 x 60,3 MW dengan Pelimpasannya (sisi kiri) dan Gedung PLTA beserta Air Keluarnya (sisi kanan).

Gambar 6.4 memperlihatkan secara skematis tepi sebuah danau dengan sebuah bendungan besar A. Dari bendungan ini melalui suatu saluran terbuka dan bendungan ambil air B, air dimasukkan ke dalam pipa tekan, yang membawa air ke turbin air melaui katup.

 

Gambar 6.4 Skema Danau, Bendungan dan Pipa Pesat

Untuk mengindari, bahwa pada perubahan-perubahan beban yang mendadak, terutama bilamana beban secara tiba-tiba jatuh, dapat terjadi kerusakan pada pipa tekan, dibuat sebuah tangki pendatar pada pipa tekan tersebut, sebagaimana terlihat pada Gambar 6.5. Di sebelah atas, pipa tekan itu ialah terbuka, sedangkan tepi atasnya terletak lebih tinggi daripada permukaan air yang tertinggi. Dengan demikian, bilamana terjadi bahwa beban jatuh secara mendadak, energi kinetis daripada air yang mengalir itu dapat ditampung atau dinetralisasi oleh tangki pendatar.

Gambar 6.5 Skema Danau, Tangki Pendatar dan Pipa Pesat

Diantara jenis-jenis bendungan dapat disebut : bendungan busur, bendungan gravitasi bendungan urungan, bendungan kerangka baja, dan bendungan kayu. Sedangkan dari jenis bendungan urungan  dikenal bendungan urungan batu dan bendungan urungan tanah. Bendungan gravitasi pada asasnya menahan kekuatan-kekuatan luar, seperti tekanan air dan lain sebagainya, dengan beratnya, dan beban matinya. Kebanyakan bendungan di Indonesia bendungan jenis ini.

Gamabar 6.6 Skema Penbangkit Listrik Tenaga Air

ENERGI AIR KANDUNGAN MEKANIS

Potensi tenaga air dan pemanfaatannya pada umumnya berlainan, bila dibandingkan dengan penggunaaan tenaga berasal  dari misalnya bahan bakar fosil. Hal ini disebabkan oleh bebera hal yaitu :

a.             Sumber tenaga air secara teratur dibangkitkan kembali akibat pemanasan lautan oleh penyinaran matahari, sehingga merupakan suatu sumber yang secara klinis diperbarui. Gambar 6.1 memperlihatkan siklus hidrologik daripada air. Oleh karena itu tenaga air disebut sebagai sumber daya energi terbarukan.

b.             Potensi secara keseluruhan daripada tenaga air relatif kecil bila dibandingkan dengan jumlah sumber bahan bakar fosil. Sekalipun misalnya seluruh potensi tenaga air ini dapat dikembangkan sepenuhnya.

c.              Penggunaan tenaga air pada umumnya merupakan pemanfaatan multiguna, karena biasanya dikaitkan dengan irigasi, pengendalian banjir, perikanan, rekreasi, dan navigasi. Bahkan sering terjadi bahwa pembangkitan tenaga listrik hanya merupakan manfaat sampingan, dengan misalnya irigasi, atau pengendalian banjir, sebagai penggunaan utama.

d.             Pembangkitan listrik tenaga air dilakukan tanpa perubahan suhu. Tidak ada peningkatan suhu karena misalnya adanya suatu proses pembakaran bahan bakar.