Analisis Perbandingan Unjuk Kerja Turbin PLTA Batang Agam Terhadap Kondisi Pada Saat Komisioning
Hariadi 1 ,  Muchlisinalahuddin 2 , Mira Meilisa 3
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Sumatera Barat 1,2,3
Email: hariadi05@gmail.com 1 ,Muchlisinalahuddin.umsb@gmail.com 2 , miecko7@gmail.com 3 DOI: http://dx.doi.org/10.31869/rtj.v4i2.2667
Abstract: the batang agam hydroelectric power plant is the oldest hydroelectric power plant in  west sumatera,  which  is  located  in  the  district  of  lima  puluh  kota.  The  hydroelectric  power  plant  started operating in 1976 with a nett power is 10.5 mw. In its operation so far the turbine of the batang agam hydroelectric  power  plant  decrease  in  the  performance  compared  to  the  initial  commissioning.  The impact of decreasing turbine efficiency of batang agam hydroelectric power plant lead use of water to convert its energy electricity be wasteful. Therefore it is necessary to research so that the turbine can effectively use the river water that has been dammed in the kolam tando more efficient.
From  the  results  of  analysis  obtained  the  conclusion  that  the  efficiency  of  the  turbine  Batang  Agam Hydroelectric Power Plant  at 3.5 MW from the  highest to the  lowest; Unit  1  with 86.7% efficiency, Unit 3 with 83.9% efficiency and Unit 2 with 79.2% efficiency. Compared with commissioning data unit-units  in  the  turbine  of  Batang  Agam  Hydroelectric  Power  Plant  has  decreased  efficiency  of  the amount; Unit 1 of 0.32%, Unit 2 of 7.80% and Unit 3 is 3.05%. Keyword: Water turbine, Francis, Flow, Efficiency, Performance.

## PENDAHULUAN
PLTA  Batang  Agam  merupakan  PLTA tertua  di  Sumatera  Barat  yang  berwilayah  di Kabupaten  Lima  Puluh  Kota.  PLTA  ini  mulai beroperasi pada tahun 1976 dengan memanfaatkan  potensi  air  sungai  Batang Agam  yang  dibendung  dan  dialirkan  menuju
Kolam Tando dan diteruskan melalui terowongan headrace  tunnel sepanjang  1.080 m  untuk  memutar  turbin  generator  pada powerhouse. PLTA  Batang  Agam  memiliki daya  terpasang  10,5  MW  yang  terdiri  dari  3 unit  mesin  pembangkit.  PLTA  Batang  Agam memiliki  beberapa  peralatan  utama,  yaitu: Turbin, Generator dan Transformator.
Dalam operasinya selama ini Turbin PLTA Batang  Agam  mengalami  penurunan  unjuk kerja dibandingkan pada saat awal komisioning.  Terdapat  beberapa  parameter operasi  yang  mempengaruhi  dari  unjuk  kerja turbin  PLTA  Batang  Agam,  yaitu: Head dan Debit.
Pengaruh  dari  efisiensi  turbin  PLTA Batang  Agam  yang  turun  menyebabkan penggunaan  air  untuk  diubah  energinya menjadi  listrik  menjadi  boros,  sehingga pendistribusian  listrik  ke  masyarakat  tidak maksimal.  Oleh  itu  diperlukan  penelitian  agar turbin  dapat  efektif  penggunaan  air  sungai yang  telah  dibendung  di  Kolam  Tando  lebih efisien.
Dengan  latar  belakang  diatas  penulis  akan melakukan  penelitian  dengan  judul  “Analisis Perbandingan Unjuk Kerja Turbin Plta Batang Agam Terhadap Kondisi Pada Saat Komisioning”

## TINJAUAN PUSTAKA
Turbin Air
Turbin air adalah piranti yang mengambil tenaga (daya) dari suatu fluida atau turbin  air  adalah  turbin  dengan  air  sebagai fluida  kerjanya.  Setelah  peristiwa  perubahan energi  potensial  menjadi  energi  kinetik  secara berangsur-angsur  melalui  pipa  pesat  atau saluran  selanjutnya  air  memutar  sudu-sudu jalan  (runner).  Oleh  runner  energi  kinetik dirubah menjadi energi mekanik yang selanjutnya diteruskan oleh poros turbin.
Gambar 1 Potongan Turbin Air Ditinjau  dari  kedudukan  porosnya  turbin  air dibagi menjadi dua macam:
1) Turbin horisontal
2) Turbin vertikal
Ditinjau  dari  fluida  kerjanya  dibagi  menjadi dua macam:
1)       Turbin Reaksi Turbin  reaksi  adalah  turbin  air  yang  melewati runner  mengalami  penurunan  tekanan  baik pada  sudu  pengatur  maupun  pada  runner. Contoh: Turbin Francis, Propeller dan Kaplan.
2) Turbin Impuls
Turbin Impuls adalah turbin air dimana proses penurunan  tekanan  airnya  terutama  terjadi didalam  distributor/nozlenya  dan  tidak  terjadi pada  sudu-sudu  jalannya.  Contoh:  Turbin Pelton.
Turbin    francis    termasuk    salah    satu turbin    reaksi,    artinya    fluida    yang    bekerja mengubah  tekanan  bersamaan  dengan  gerak dari turbin tersebut, yang menghasilkan energi. Turbin Francis umumnya digunakan pada  unit pembangkit  dengan  tinggi  jatuh  sedang Gambar 2 menunjukkan penampang melintang turbin francis.
Gambar 2 Potongan Penampang Turbin Francis Kecepatan  air  yang  masuk  kedalam  turbin Francis  tergantung  pada  tinggi  jatuh  dan  juga aliran yang melalui sudu pengatur ( guide vane atau wicket  gate ).  Kemudian  air  mengalir melalui  runner  dan  akhimya  dibuang  menuju pipa  hisap  ( draft  tube )  semua  laluan  berisi penuh oleh air yang menggerakkan runner. Turbin air mempunyai beberapa bagian-bagian komponen utama yang penting, yaitu:
1) Sudu jalan ( runner )
Berfungsi  untuk  merubah  energi  kinetik menjadi  energi  mekanik  berupa  putaran  poros turbin.
Runner pada turbin francis dan propeller letak daun  sudunya  tetap,  sedangkan  pada  turbin
kaplan  sudut  pemasukkan  sudu  runner  dan sudut  keluarnya  bisa  diubah-ubah  (diatur) dengan  tujuan  agar  runner  bisa  secara  cepat dan  langsung  mengimbangi  respon  air  bila terjadi  perubahan  kecepatan  air,  sehingga putaran poros turbin tetap stabil.

## Gambar 3 Runner
2) Kasing spiral ( spiral case )
Spiral  case berfungsi  untuk  mengumpulkan, mendistribusikan  dan  mengarahkan  aliran  ke arah guide vane dan selanjutnya ke arah sudu- sudu  pada  runner  untuk  menghasilkan  daya keluaran turbin yang optimal. Dengan bentuknya seperti rumah keong, maka distribusi tekanan dan kecepatan air akan sama di seluruh guide vanes .
Spiral  case mempunyai  1 manhole dengan diameter 500 mm dan tutupnya dirancang agar membuka  kearah  luar  yang  berfungsi  untuk inspeksi  didalam spiral  case .  Gantungan  luar tutup manhole dan  kaki-kaki  gantungan terbuat  dari  baja.  Disekeliling  tutup manhole dilapisi  karet  dengan  diamater  ketebalan  6mm dan  menyatu  dengan  mur  dan  baut  untuk keperluan perapat ( sealing ).
Saat tutup manhole dibuka untuk pemeliharaan, karet pelapis tutup harus diganti dengan  yang  baru  waktu  tutup  dipasang kembali  untuk  menjaga  kekuatan seal yang baik.

## Gambar 4 Spiral Casing

## Alat Ukur
Pengukuran  merupakan  suatu  aktifitas dan  atau  tindakan  membandingkan  suatu besaran  yang  belum  diketahui  nilainya  atau harganya  terhadap  besaran  lain  yang  sudah diketahui  nilainya,  misalnya  dengan  besaran standart.
Pekerjaan membandingkan tersebut tiada  lain  adalah  pekerjaan  pengukuran  atau mengukur.  Sedangkan  pembandingnya  yang disebut  sebagai  alat  ukur.  Pengukuran  banyak sekali  dilakukan  dalam  bidang  teknik  atau industri.  Sedangkan  alat  ukurnya  sendiri banyak sekali jenisnya, tergantung dari banyak faktor,  misalnya  objek  yang  diukur  serta  hasil yang  diinginkan.  Yang  perlu  diperhatikan dalam melakukan pengukuran adalah:
1)  Standar  yang  dipakai  harus  memiliki ketelitian  yang  sesuai  dengan  standart  yang telah ditentukan.
2)  Tata  cara  pengukuran  dan  alat  yang digunakan harus memenuhi persyaratan.
Pengetahuan  yang  harus  dimiliki  adalah bagaimana  menetukan  besaran  yang  akan diukur, bagaimana mengukurnya dan mengetahui dengan apa besaran tersebut harus diukur.  Ketiga  hal  tersebut  harus  mutlak dimiliki  oleh  orang  yang  akan  melakukan pengukuran.
Efisiensi  atau  unjuk  kerja  turbin  tidak tetap  nilainya,  tergantung  dari  keadaan  beban dan  jenis  turbinnya.  Kinerja  dari  suatu  turbin dapat  dinyatakan  dalam  beberapa  keadaan: tinggi terjun maksimum, tinggi terjun minimum,  tinggi  terjun  normal,  dan  tinggi terjun rancangan. Pada tinggi terjun rancangan turbin  akan  memberikan  kecepatan  terbaiknya sehingga  efisiensinya  mencapai  maksimum.
Dalam  tabel  2.1  disajikan  efisiensi  turbin untuk  berbagai  kondisi  sebagai  gambaran mengenai  kisaran  nilai  efisiensi  terhadap beban dan jenis turbin.
Tabel  1  Efisiensi  Turbin  untuk  Berbagai Kondisi Beban
Penghitungan Efisiensi Turbin
1) Daya Air
Daya  yang  masuk  ke  dalam  turbin  francis adalah daya potensial air. Phid = ρ x g x Q x H Dimana: Phid : Daya hidrolis air (Watt) ρ : Massa jenis air (kg/m 3 ) g : Percepatan gravitasi (m 3 /s) Q : Laju aliran massa (m 3 /s) H
: Head dari tinggi jatuh air (mH2O)
2) Daya Keluar Turbin
Daya yang dikeluarkan oleh turbin adalah daya poros  karena  tujuan  turbin  adalah  mengubah energi kinetik menjadi energi mekanis.
P tur = Dimana:
P tur : Daya Mekanis (Watt) n : kecepatan putar turbin (rpm) T : Torsi (Nm) = F x s 3) Efisiensi Turbin Efisiensi turbin didapatkan dari
membandingkan  daya  mekanik  dengan  daya air. η = x 100%

## METODE PENELITIAN
Diagram Alir Penyusunan Laporan Akhir

## Waktu dan Tempat Pengambilan Data
Pengambilan data penelitian ini dilakukan di  PT.  PLN  (Persero)  Unit  Pelaksana Pembangkitan  (UPK)  Bukittinggi,  PLTA Batang  Agam  Unit  1,  2  &  3.  Studi  pustaka dilakukan  di  PLTA  Batang  Agam,  buku manual terkait,  data  yang  ada  pada Central Control  Room (CCR),  serta  silabus  yang berkaitan dengan turbin air.
Data  yang  digunakan  sebagai  bahan penelitian  merupakan  parameter  terukur  pada panel turbin PLTA Batang Agam yang diambil pada  berbagai  periode  operasi  dan  data  pada saat  awal commisioning  test .  Data  tersebut akan  digunakan  untuk  menghitung  efisiensi, maka  data  yang  dibutuhkan  adalah  daya  yang dibangkitkan,  h ead kolam  tando  dan  debit fluida masuk turbin.
3.3  Kebutuhan Data
Untuk  membantu  kelancaran  penelitian, dalam pembahasan ini membutuhkan beberapa data yang digunakan untuk mendapatkan hasil dari perhitungan efisiensi turbin PLTA Batang Agam. Data – datanya adalah sebagai berikut:
1) Data  awal commisioning  test dengan berbagai macam jenis kondisi pola operasi.
2) Data  1  hari  operasi  pada logsheet dari tanggal  19  Mei  2019  meliputi  daya  mampu (MW), h ead (m) dan debit (m 3 /detik).

## Analisis Data
Setelah  dilakukan  pengambilan  data  dan pengolahan  data.  Maka  penyajian  data  –  data tersebut  dapat  kita  analisa  dan  diambil kesimpulan  sesuai  dengan  logika  dan  data yang tersedia.

## PEMBAHASAN DAN ANALISA DATA Spesifikasi Turbin Air PLTA Batang Agam
Gambar  5  Turbin  tipe Francis PLTA  Batang Agam
Spesifikasi dari 3 Unit turbin air PLTA Batang Agam adalah sebagai berikut:
Tabel 2 Spesifikasi turbin air plta batang agam Manufacturer Ebara Mfg. Co. Type Horizontal  Shaft.  Francis Type Effective Head Max : 98,7 m Normal : 90,8 m Min : 89,0 m Output Max : 3900 kW Normal : 3500 kW Min : 3350 kW Discharge Max : 4,60 m 3 /s
Normal : 4,49 m 3 /s
Min : 4,40 m 3 /s Rated Speed 750 rpm Runaway Speed 1330 rpm

## Pengambilan Data
Data Komisioning
Komisioning  tes  adalah  tes  terakhir  yang dilakukan setelah keseluruhan peralatan termasuk turbin dan generator di PLTA Batang Agam  dipasang  dan  akan  dilihat  unjuk kerjanya  pada  tahun  1976.  Berikut  terdapat Tabel  4.2  yang  merupakan  data  komisioning PLTA Batang Agam dari berbagai macam pola operasi:

## Tabel 3 Data Komisioning PLTA Batang
Agam Gross Head (m) 1 Turbin Operasi 3 Turbin Operasi Net Head (m) Debit (m3/detik) Efisiensi (%) Net Head (m) Debit
(m3/detik) Efficiency
(%) Turbine Output = 3,5 MW 99,5 98,7 4,11 88 93,1 4,37 87,8
97,5 96,7 4,19 88,1 90,8 4,49 87,6 95,5 94,7 4,29 87,9 89 4,4 87,3
Turbine Output = 3,15 MW 99,5 98,7 3,74 87,1 93,1 3,95 87,5 97,5 96,7 3,8 87,4 90,8 4,05 87,5 95,5 94,7 3,88 87,5 89 4,14 87,3
Turbine Output = 2,8 MW 99,5 98,7 3,39 85,5 93,1 3,56 86,3 97,5 96,7 3,44 86 90,8 3,64 86,5 95,5 94,7 3,5 86,1 89 3,71 86,5
Data Aktual 1 Hari Tanggal 19 Mei 2019 Tabel 4 Data parameter operasi tanggal 19 Mei
2019
Perhitungan Efisiensi Turbin
Dalam  perhitungan  efisiensi  turbin  kita perlu  membandingkan  daya  mekanik  dengan daya air atau daya potensial dari air. Dalam hal ini  untuk  daya  mekanik  telah  didapatkan  pada alat  ukur  yang  terdapat  pada  Human  Machine Interface  (HMI)  yang  ada  pada  panel  kontrol di PLTA Batang Agam.
Oleh  sebab  itu  yang  perlu  dicari  dalam perhitungan  selanjutnya  adalah  daya  potensial air  dengan  contoh  perhitungan  dari  tabel  4.3 unit 1 pukul 00.00:
Diketahui:
ρ = 1000 [1000 kg/m3]  ; g = 9,81 [m/detik2]
Q = 2,8 [m3/detik] ; H = 98 [m] Dengan menggunakan rumus, Phid = ρ x g x Q x H Masukan nilai – nilai yang ada pada Tabel 4.3 data aktual untuk operasional turbin unit 1. Phid = 1000 x 9,81 x 2,8 x 98 Phid = 2.691.864 Watt
= 2,691 MW
Selanjutnya kita mencari efisiensinya dengan membandingkan daya mekanik dengan daya air. η = x 100 % = x 100 %
=  66,86 % Data Hasil Perhitungan Setelah  dilakukan  perhitungan  efisiensi didapatkan beberapa tabel perhitungan, diantaranya adalah:
Tabel 5 Hasil perhitungan efisiensi turbin unit 1 pada tanggal 19 Mei 2019 Tabel  6  Hasil  perhitungan  efisiensi  masing- masing turbin PLTA Batang Agam Daya [MW] Turbin 1 Turbin 2 Turbin 2 Head [m] Debit [m3/dt] Eff. Head
[m] Debit [m3/dt] Eff. Head
[m] Debit [m3/dt] Eff.
1,8 98 2,8 0,67 98 2,8 0,67 98 2,8 0,67 2,3 97 3,2 0,76 97 3,5 0,69 97 3,5 0,69 2,5 97 3,3 0,80 97 3,7 0,71 95 3,6 0,75 2,8 95 3,7 0,81 95 4 0,75 95 4 0,75 3 96 3,8 0,84 93 4,3 0,76 93 4,1 0,82 3,5 84 4,9 0,87 85 5,3 0,79 85 5 0,84

## Analisis Hasil Data
Analisa Grafik saat Komisioning Dari  data  pada  tabel  7  yaitu  ketika komisioning maka didapatkan berbagai macam grafik yang dapat digunakan untuk menganalisa  unjuk  kerja  turbin  pada  saat komisioning.
Gambar 6 Grafik perbandingan daya terhadap debit kondisi 1 turbin operasi dan 3 turbin
operasi saat komisioning
Gambar 7 Grafik perbandingan daya terhadap efisiensi kondisi 1 turbin operasi dan 3 turbin operasi saat komisioning
Gambar 8 Grafik perbandingan debit terhadap efisiensi kondisi 1 turbin operasi dan 3 turbin operasi saat
komisioning
Gambar 9 Grafik perbandingan head terhadap efisiensikondisi 1 turbin operasi dan 3 turbin operasi saat komisioning
Analisa Unjuk Kerja Harian Dari  hasil  pengambilan  data  dan  perhitungan, maka  bisa  didapatkan  grafik  unjuk  kerja operasi  turbin  unit  1  di  tanggal  19  Mei  2019 dengan  berbagai  macam  pola  operasi  dalam satu hari.
Gambar 10 Grafik unjuk kerja turbin unit 1
Analisa Unjuk Kerja 3 Unit Turbin
Gambar 11 Grafik perbandingan daya terhadap debit masing-masing unit
Gambar 12 Grafik perbandingan unjuk kerja masing-masing unit saat ini terhadap komisioning

## PENUTUP Simpulan
1) Setelah  mendapatkan  data–data  dan telah  dianalisa,  maka  didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
2) Efisiensi  turbin  PLTA  Batang  Agam pada  beban  3,5  MW  dari  yang  paling tinggi  ke  yang  paling  rendah;  Unit  1 dengan efisiensi 86,7%, Unit 3 dengan efisiensi  83,9%  dan  Unit  2  dengan efisiensi 79,2%. 3) Dibandingkan dengan data komisioning  unit  –  unit  di  turbin PLTA Batang Agam mengalami penurunan  efisiensi  sebesar;  Unit  1 sebesar  0,32%,  Unit  2  sebesar  7,80  % dan Unit 3 sebesar 3,05%.

## Saran
Untuk  menjaga  kehandalan  unit–unit  di PLTA  Batang  Agam,  khususnya  turbin  pada
PLTA Batang Agam diwajibkan melaksanakan inspeksi  peralatan–peralatan  dengan  jadwal yang  telah  ditentukan,  sehingga  gangguan dapat terdeteksi sejak dini.

## DAFTAR PUSTAKA
Standards  Of  The  Japanese  Electrotechnical Committee,  1960, Hydarulic  Turbines . Tokyo: Japan  Electric  Machine  Industry Association. Engineering  Monographs,  1976,
Selecting Hydraulic Reaction Turbines . Washington: U.S.  Government  Printing Office. PT.  PLN  (PERSERO)  Pusat  Pendidikan  Dan Pelatihan,  Pemeliharaan  Mesin-Turbin PLTA Ebara.  1976. Final  As  Built  Drawing. Japan  : PLTA Batang Agam Dietzel,  F.,  dan  Sriyono,  D.  (1990)  Turbin, Pompa dan Kompresor, Erlangga, Jakarta Luknanto, Djoko. Bangunan Tenaga Air. Yogyakarta