How to cite: Supian Sauri. et al (2022) Analisis Perhitungan Efisiensi Mesin Turbin Pada Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) di PT. Indonesia Power Unit Pembangkit PLTA Waduk Cirata. Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia, 7 (9).
E-ISSN: 2548-1398 Published by: Ridwan Institute
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia p–ISSN: 2541-0849 e-ISSN: 2548-1398 Vol. 7, No. 9, September 2022
ANALISIS  PERHITUNGAN  EFISIENSI  MESIN  TURBIN  PADA  SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA) DI PT. INDONESIA POWER UNIT PEMBANGKIT PLTA WADUK CIRATA
Supian Sauri, Romadhoni Syahputra, Aziz Yulianto, La Ode Muhammad Yusuf, Wahyu Yanuar Rizky, Muhammad Hisyam Ramadhan
Universitas Diponogoro dan Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Indonesia Email: derahaf@gmail.com, ramadons@ymail.com, pratamaaziz08@gmail.com, laodemuhammadyusuf@students.undip.ac.id, wahyuyanuarrizky28@gmail.com, hisyamudin.ramadhan99@gmail.com

## Abstrak
Efisiensi  turbin  merupakan  suatu  ukuran  unjuk  kerja  atau  performa  dari  mesin turbin  untuk  menghasilkan  suatu  daya  dimana  perbandingannya  daya  yang dihasilkan  dengan  kinerja  mesin  turbin.  Beberapa  faktor  yang  mempengaruhi efisiensi  turbin  yaitu  besarnya  debit  air  yang  mengalir,  massa  jenis  air,  pengaruh percepatan gravitasi bumi, dan ketinggian jatuh air (head). Penelitian dilakukan di PLTA  Waduk  Cirata,  data  yang  diambil  secara  langsung  sesuai  dengan  keadaan dilapangan  yaitu  data  kondisi  pembangkitan  meliputi  unit  yang  beroperasi,  daya yang  dihasilkan,  besarnya  debit  air,  produksi  kWh,  tagangan  trafo,  temperature trafo, elevasi waduk, elevasi intake , delta H, elevasi tailrace,spill way atau hollow jet ,  dan  total  bahan  bakar  solar.  Nilai  efisiensi  rata-rata  mesin  turbin  unit  1 tertinggi  di  bulan  Juli  2021  sebesar  92.5  %  ,  sedangkan  untuk  mesin  unit  2  nilai efisiensi rata-rata tertinggidi bulan April 2021 sebesar 90.9%. Nilai efisiensi rata- rata  mesin  turbin  unit  1  terendah  dibulan  Januari  2021  sebesar  72.4%  dan  untuk unit 2 dibulan November 2021 sebesar 68.1%. Total nilai rata-rata efisiensi mesin turbin  ditahun  2021  dari  bulan  Januari-Desember  2021  diperoleh  nilai  rata-rata efisiensi adalah unit 1 sebesar 83.3% dan unit 2 sebesar 84.8%.
Kata Kunci :  Efisiensi, PLTA, Mesin Turbin, PLTA Wonogiri.

## Abstract
Turbine  efficiency  is  a  measure  of  the  performance  or  performance  of  a  turbine engine  to  produce  a  power  where  the  resulting  power  is  compared  to  the performance  of  the  turbine  engine.  Some  factors  that  affect  the  efficiency  of  the turbine are the magnitude of the flowing water discharge, the density of water, the influence of the earth's gravitational acceleration, and the height of the water fall (head).  The  research  was  conducted  at  the  Cirata  Reservoir  Hydropower  Plant, the  data  taken  directly  according  to  the  conditions  in  the  field,  namely  data  on generation  conditions  including  operating  units,  power  generated,  amount  of water discharge, kWh production, transformer tagangan, transformer temperature, reservoir  elevation,  intake  elevation,  delta  H,  tailrace  elevation,  spill  way  or hollow  jet  ,  and  total  diesel  fuel.  The  average  efficiency  value  of  unit  1  turbine
engines  was  highest  in  July  2021  at  92.5%,  while  for  unit  2  engines  the  highest average efficiency value in April 2021 was 90.9%. The average efficiency value of the turbine engine unit 1 was the lowest in January 2021 at 72.4% and for unit 2 in November 2021 at 68.1%. The total average value of turbine engine efficiency in 2021 from January-December 2021 obtained the average efficiency value was unit 1 of 83.3% and unit 2 of 84.8%.
Keywords: Efficiency, Hydropower, Turbine Engine, Wonogiri Hydropower Plant.

## Pendahuluan
Indonesia  merupakan  suatu  negara  yang  memiliki  banyak  potensi  untuk pengembangan  pembangkit  tenaga  listrik  terutama  untuk  potensi  Pembangkit  Listrik Tenaga  Air  (PLTA).  PLTA  merupakan  pembangkit  yang  prosesnya  menggunakan energi  air,  sumber  utama  yaitu  air.  Ketersedian  air  yang  sangatlah  banyak  dan melimpah  di  Indonesia  sangat  bagus  untuk  berdirinya  suatu  pembangkit listrik tenaga air  (PLTA).  Karena  dinegara  Indonesia  ini  70%  terdiri  atas  air  dan  30%  terdiri  atas dataran.
Pengembangan  pembangkit  listrik  tenaga  air  sangatlah  banyak  tersebar dibeberapa  daerah  di  Indonesia,  salah  satunya  yaitu  PLTA  Cirata.  PLTA  Cirata menghasilkan energi  listrik dengan kapasitas terpasang adalah 12,4 MW (2 x 6,2 MW) sebagai  tenaga  penggerak  yaitu  turbin  air.  Turbin  air  bertipe  turbin  kaplan  (turbin reaksi) yang berfungsi untuk mengerakan generator untuk menghasilkan energi listrik.
Turbin dan generatorterhubunglangsung  antara  poros  turbin dan  poros  generator dihubungkan  oleh kopling  flens .  Untuk  pemasangannya  sumbu  turbin dengan  sumbu generator  harus  segaris  atau  akurat  bertujuan  agar  mengurangi  getaran  pada  turbin selama generator berputar.
Proses  pembangkitan  tenaga  listrik  seperti  di  PLTA  Wonogiri  juga memanfaatkan tenaga  air.  Terjaminnya  ketersediaan air  dan  intensitas  aliran  air  untuk kebutuhan  turbin/pembangkit  merupakan  salah  satu  ukuran  untuk  menentukan keunggulan  pembangkit  tersebut.  Dengan  mempertahankan  ketersediaan  air  maka menjamin  suatu  pembangkit  terus-menerus  akan  menghasilkan  pasokan  listrik  dalam kurun waktu tertentu, selama ketersedian air dan intensitas aliran air memenuhi syarat untuk pembangkitan.
Pada  turbin  kaplan  itu  sendiri  ada  beberapa  faktor  yang  mempengaruhi  besarnya suatu efisiensi turbin atau ujuk kerja turbin seperti tingginnya air yang jatuh, besarnya debit air yang dialirkan, sudut sudu pengarah dan sudut sudu jalan. Untuk mendapatkan efisiensi  yang  besar  pada  turbin  maka  yang  harus  diketahui  adalah  perubahan  sudut sudu  pengarah  karena  pada  saat  pengoperasian  sudut  sudu  pengarah  akan  mengikuti sudut  sudu  jalan  maka  aliran  air akan  masuk  ke  pipa  dan  disalurkan  ke  seluruh  sudu jalan untuk memutar turbin secara maksimal dan konstan.

## Metode Penelitian
Penyusunan  Peneltian  ini  berdasarkan proses  observasi  pada  saat  pengambilan data di PT Indonesia Power Sub Unit PLTA Cirata pada tanggal 19 Maret 2021 sampai dengan  13  April  2021.  Studi  kepustakaan  dilakukan  di  perpustakaan  Sub  Unit  PLTA Cirata, Data mekanik, manual book, dan log sheet didapat dari Control Room Sub Unit PLTA  Cirata  dan  diperoleh  dari  beberapa  jurnal-jurnal,  buku-  buku,  dan  referensi terpecaya lainnya.
Data  penelitian  yang  diambil  berupa  data  laporan  tiap  hari  kondisi pembangkitan PLTA  Cirata selama 1 (satu) Tahun ditahun 2021. Berikut kemungkinan data-data  lapangan  yang  akan  diambil  untuk  penelitian  tugas  akhir  sebagai  berikut: Kapasitas daya yang terpasang, Kapasitas daya yang dihasilkan, Besarnya debit air yang digunakan,  Unit  yang  beroperasi,  Tinggi  elevasi  waduk,  Tinggi  elevasi  intake, Besarnya delta H, dan Tinggi Elevasi Tailrace.

## Hasil Dan Pembahasan

## Perhitungan Nilai Efesiensi Turbin dan Hasil Analisis
Berikut  data-data  total  dan  rata-rata  kondisi  pembangkitan  PLTA  Cirata  yang digunakan untuk menghitung nilai efisiensi rata-rata mesin turbin unit 1 dan unit 2 tiap bulannya dimulai dari bulan Januari 2021 s/d Desember 2021.

## Tabel 1

## Total dan Rata-Rata Pembangkitan Bulan Januari-Desember 2021.
Bulan  Elevasi  Waduk  (m) Elevasi  Intake  (m) Elevasi Tailrace (m) Debit  Air  (Q)  (m3/s) Ke- Unit 1 Unit 2 Unit 1 Unit 2 Unit 1 Unit 2 Unit 1 Unit 2 1 132.0307  131.7667  131.37143  131.4161 109.7557  109.8522 31.73 33.24 2 134.33368 42 134.33368 4 133.83157 9 133.83158  110.92210 5 110.92210 5 28.536842 11 28.5368421 1 3 135.34483 87 135.34483 87 134.61645 2 134.61645 2 109.98 109.98 26.916129 03 26.9161290 3 4 135.92792  135.89167  135.60708  135.608 110.11917  110.038 25.529167  25.723333 5 135.98792  135.93583  135.78625  135.73958  109.76458  109.81625  25.266667  25.866667 6 134.98615 134.959 134.82846  134.864 109.75769  109.62867 22.6 25.94 7 132.91389  133.5375  132.67889  133.37857  109.69222  109.59607  24.466667  26.385714 8 131.04047 6 131.14916 7 130.98047 6 131.10583 3 109.39 109.46917  26.471429  29.833333 9 129.41222  129.25571  129.32667  129.19429  109.35444 109.33 24.055556 24.3 10 0 0 0 0 0 0 0 0 11 135.31333 130.476 135.47 130.046 110.834 109.362 20.266667 22.9 12 133.10419 35 133.10419 35 132.86419 35 132.86419 4 111.35664 52 111.35664 52 32.493548 39 32.493548 Bulan  Beban  (MW) Tegangan  (KV) Produksi  Kwh Delta  H  (m) Ke- Unit 1 Unit 2 Unit 1 Unit 2 Unit 1 Unit 2 Unit 1 Unit 2 1 4.866429  6.000167  19.028571  21.61667 117.175 142.3186 0.507 0.347 2 5.6473684 21 5.7105263 2 20.536842 1 20.536842  130.10894 7 133.89157 9 0.6426315 79 0.65105263 2 3 5.3741935 48 5.3741935 48 20.745161 3 20.745161 3 128.62871  128.02806 45 0.7309677 42 0.73096774 2 4 5.4458333 5.86 20.679167  20.646667  131.76917  138.19433  0.2895833  0.2823333
5 5.5333333  5.4333333 20.525 20.508333  137.17833  132.87792  0.2020833  0.1966667 6 4.7846154  5.5066667  20.492308  20.53 116.89231  134.16533  0.1515385  0.0956667 7 5.1 5.5821429  20.394444  20.396429  127.18167  137.1125  0.2333333  0.1578571 8 4.8904761 9 5.45 20.428571 4 20.425 121.59 130.3175  0.0614286  0.0433333 9 3.8222222  4.2142857 20.4 20.4 96.792778  115.32857  0.0866667 0.07 10 0 0 0 0 0 0 0 0 11 3.6666667 3.16 20.5 20.34 87.376667 77.364 1.51 0.43 12 5.5290322 58 5.6322580 65 20.5 20.5 128.33806 45 131.75225 81 0.7254838 71 0.7254839
Berdasarkan hasil  perhitungan  nilai efisiensi mesin turbin unit 1 dan unit 2 dari bulan Januari-Desember 2021 diperoleh nilai rata-rata sebagai berikut:

## Tabel 2
Nilai Efisiensi Mesin Turbin Unit 1 dan Unit 2 Ditahun 2021
Bulan Unit 1 Unit 2 Nilai Efisiensi (%) Nilai Efisiensi (%) Januari 72.4 85.4179 Februari 88.1451 89.1309 Maret 82.69827 82.69827 April 85.5586941 90.9104 Mei 84.53879 82.6816 Juni 86.1676 85.8388 Juli 92.53227 90.7712 Agustus 87.3143 86.154558 September 81.179 89.0878 Oktober 0 0 November 74.9364 68.07552 Desember 80.73 82.23722 TOTAL 916.2004241 933.004168 Jumlah Bulan 11 11 RATA-RATA  83.29094765 84.81856073
Jadi,  pada  perhitungan  besarnya  nilai  efisiensi  mesin  turbin  dibulan  Januari- Desember  2021  pada  pembangkit  unit  1  dan unit  2  PLTA  Cirata  diperoleh  nilai  rata- rata efisiensi/unjuk kerja turbin melebihi dari >50% maka ditahun 2021 ini unjuk kerja mesin  turbin dalam  keadaan  baik  dan  optimal  dengan  nilai  rata-rata  pertahun  unit  1= 83.3%  dan  unit  2=  84.82%.  Semakin  besar  nilai  tinggi  (Head),  debit  air  dan  efisiensi turbin maka  semakin besar beban atau daya kWh yang   dihasilkan dan kinerja turbin maksimal.  Sebaliknya,  jika  semakin  kecil  nilai  tinggi  (head),  debit  air,  dan  efisiensi turbin maka semakin kecil juga daya yang dihasilkan. Maka memenuhi persamaan pada rumus Daya Turbin (P t ) = 𝜌 .g .Q. H. ɳ T .
Sedangkan  untuk  mencari  nilai  efisiensi  turbin  yaitu  perbandingannya  daya yang dihasilkan     dengan     kinerja     mesin     turbin dirumuskan dengan persamaan rumus Efisiensi
Turbin  (ɳ )  = 𝑃𝑡
. Nilai suatu efisiensi
T 𝜌 .g .Q.H
Turbin  di  PLTA  Cirata  juga  dipengaruhi  oleh  pola  operasi  untuk menghasilkan  daya  yang  maksimum  atau  tidaknya,  karena  di  PLTA  Cirata mempunyai  2  (dua)  unit  pembangkit yang  pola  operasinya  berbeda-beda.  Dengan besarnya  nilai  debit  air  dan  tinggi  head  yang tinggi  hanya  diperoleh  beban  yang kecil  maka nilai  efisiensi  akan  bernilai  kecil.  Hal  tersebut terjadi  karena  adanya ganguan  dari  dalam seperti  ganguan  mesin  stop/tidak  beroperasi  dan  ganguan  dari luar  seperti  dari  jaringan sehingga  pembangkit  tidak  beroperasi  dan mesin  dalam keadaan standby (siaga).  Untuk delta H yang terukur akan mempengaruhi besar kecilnya kinerja  dari  turbin  karena  delta  H semakin  tinggi  akan  menyebabkan  kavitasi. Jika kavitasi  terjadi  maka  bagian turbin  blades dan casing akan  menimbulkan  lubang- lubang kecil  bahkan  menyebabkan  korosi  sehingga  menurunkan  kinerja  dari  turbin. kavitasi  yaitu  terjadinya  penurunan  tekanan  pada  aliran  fluida yang  mengakibatkan tekanan  fluida  berada dibawah  tekanan  uap  jenuh  sehingga  menimbulkan  gelembung- gelembung air yang diakibatkan zat cair yang menguap.

## Gambar 1
Kurva Garis Nilai Efisiensi Mesin Unit 1 dan Unit 2 Pada Tahun 2021 .
Untuk  menjaga  mesin  turbin  tetap  efisien  dalam  proses  pembangkitan  maka pihak PLTA Cirata setiap  tahunnya  melakukan pemeliharaan rutin tahunan atau yang disebut  ( Annual  Inspection ).  Pemeliharan  tahunan dilakukan  secara  keseluruhan  baik pada  mesin (unit  1)  dan  mesin  (unit  2).  Pemeliharaan mesin tidak bisa beroperasi
sehingga dilakukannya pemeliharaan tahunan.

## Perhitungan NCF (Net Capacity Factor)
Perhitungan  total  nilai  NCF  ( Net  Capacity  Factor )dan  CF  ( Capacity  Factor ) pada pembangkit Unit 1 dan Unit 2 dari bulan Januari-Desember 2021 selama 1 (satu) tahun adalah sebagai berikut:
Diket:
Total Prdk.Bruto (Unit 1) = 26.275,565 MWh Daya Mampu Netto (Unit 1) = 6,2 MW
Period Hours  (Unit 1) = 8.760 Jam Total Prdk.Bruto (Unit 2) = 30.894,26 MWh Daya Mampu Netto (Unit 2) = 6,2 MW Period Hours (Unit 2) = 8.760 Jam Total Prdk.Bruto (MWh) = 26.275,565 + 30.894,26 = 57.169,825 MWh Pemakaian Sendiri (Ps) =242,723 MWh Produksi Netto (MWh)= 57.169,825–242,723 = 56.927,102 MWh
Daya Mampu Netto (MW)
= DMN (Unit 1) + DMN (Unit 2) = 6,2 MW + 6,2 MW = 12,4 MW

## Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  perhitungan  NCF( Net  Capacity  Factor )  dan  CF (Capacity Factor) pada pembangkit unit 1 dan unit 2 PLTA Wonogiri selama 1 (satu) tahun dari bulan  Januari-Desember  2021  diperoleh  hasil nilai  CF (Capacity  Factor) (Unit  1  = 48.38% dan  Unit  2  =  56.88%)  dan  nilai  NCF( Net  Capacity  Factor )  sebesar  52.63%. Kinerja  pembangkit  dihitung  berdasarkan  DKP-IKP 2007:1  tentang  Prosedur  Tetap Deklarasi  Kondisi  Pembangkit  dan  Indeks  Kinerja Pembangkit  PT.  PLN  (Persero). Setelah  melakukan  analisa  diperoleh  nilai  CF (Capacity  Factor) dan  nilai  NCF( Net Capacity  Factor ) jarum jam serta menggunakan sudu jalan yaitu spiral casing (rumah siput). Nilai efisiensi rata-rata mesin turbin unit 1 tertinggi di bulan Juli 2021 sebesar 92.5%, sedangkan untuk mesin unit 2 nilai efisiensi rata-rata paling besar terdapat  pada bulan April 2021 sebesar 90.9%. Nilai efisiensi rata- rata mesin turbin unit 1 terendah dibulan Januari 2021 sebesar 72.4% dan untuk unit 2 dibulan November 2021 sebesar 68.1%.  Sedangkan  untuk  bulan  Oktober  nilai  efisiensi  sebesar  0  %  dikarenakan  tidak beroperasinya  mesin  turbin  sebab  air  diwaduk  gajah  mungkur mengalami  kekeringan akibat  musim  kemarau  yang  panjang  sehingga elevasi waduk  tidak  mencukupi standard  untuk  pembangkitan  dan  debit  air  tidak  mencukupi  untuk  memutar  mesin turbin. Dari hasil nilai rata-rata efisiensi mesin turbin ditahun 2021 dari bulan Januari- Desember 2021 diperoleh rata-rata nilai efisiensi >50% yang menandakan bahwa mesin turbin bekerja dengan baik dan efisien. Nilai CF (Capacity Factor) dan nilai NCF ( Net Capacity  Factor )  diatas  standar  nilai  tahunan  yakni  antara  30-50%  yang  berarti memenuhi  standar  nilai  tahunan.  Dapat  dikatakan  bahwa  Pembangkit  Listrik  Tenaga Air (PLTA) Cirata handal dalam hal proses operasi dan produksi energi listrik.

## BIBLIOGRAFI
Dewantoro, Yusuf Herambang. 2010. Unjuk Kerja Turbin Air Mikrohidro Aliran Silang Terhadap Variasi Sudut Sudu Jalan (Runner) Pada Debit Konstan Untuk PLTMH . Prosiding  Seminar  Nasional  dan  Teknologi.  Teknik  Mesin  Politeknik  Negri Semarang.
Havendri,  Adly.  2009. Perancangan  Dan  Realisasi  Model  Prototipe  Turbin  Air  Type Screw  (Archimedean  Turbine)  Untuk  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikrohidro Dengan  Head  Rendah  Di  Indonesia .  Laboratorium  Konversi  Energi.  Teknik Mesin Universitas Andalas.
Lukanto, D. 2008. Diklat Kuliah Bangunan Tenaga Air . Surabaya: ITS.
Marsudi, Ir. Djiteng 2006. Operasi Sistem Tenaga Listrik . Graha Ilmu : Yogyakarta.
Muliawan,  Arief.  2016. Analisis  Daya  Dan  Efisiensi  Turbin  Air  Kinetis  Akibat Perubahan  Putaran  Runner .  Jurnal  Of Saintek.  Teknik  Elektro  Sekolah  Tinggi Teknologi Bontang.
Rahman,  Hajar  Hardiyanti.  Maddaiya,  Marwan.  2015. Evaluasi  Kinerja  Pembangkit Pada  Pusat  Listrik  Bilibili  19,5  MW .  Laporan  Tugas  Akhir.  Teknik  Mesin Politeknik Negri Ujung Pandang Makassar.
Sasongko,  Erry  Thriana.  2008. Pengaruh  Laju  Alirann  Massa  Terhadap  Daya  Turbin Air Francis Pada Sub Unit PLTA Jelok Semarang . Jurnal Teknologi Vol.1, No.1.
Teknik Mesin Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Yogyakarta.
Sitong,  2017. Desain  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air  Kapasitas  5  KW  Desa  Siabu Kabupaten  Kampar  Riau .  Jurnal  FTEKNIK  Vol.4  No.1.  Teknik  Elektro Universitas Riau.
Triono,  M.  2012. Pemodelan  Turbin  Cross- Flow  Untuk  Diaplikasikan  Pada  Sumber Dengan  Tinggi  Jatuh  Dan  Debit  Kecil .  Jurnal  Neutrino  Vol.4,  No.2.  Malang  : Fakultas Saintek, UIN Maliki.
Wijianto., Effendy M. 2010. Aplikasi Respone Getaran Untuk Menganalisis Fenomena Kavitasi Pada Instalasi Pompa Sentrifugal. Jurnal Penelitian Sains dan Teknologi Vol.11, No.2.
Anonymous. Makalah Turbin Air. Diakses pada website: http://erepo.unud.ac.id/9830/3 /f6b97aedaa888fd98bec9cbc1252db12.pdf,    pada  tanggal  3  April  2018,  pada  pukul 20.50 wib.
Fadillah, Faqih. Makalah Turbin Air. Diakses pada websitehttps://www.scribd.com/doc/3 12188826/Turbin-Air, Pada tanggal 3 April
2018, pada pukul 20.40 wib. Purnomo, Ady. Debit  Air Turbi Dan Kecepatan. Diakses pada  website: https://dokumen.tips/download/link/debit- air-turbin-dan-kecepatan-spesifik,
Pada  tanggal  3  April  2018,  pada pukul 21.05 wib.

## Copyright holder:
Supian, Romadhoni, Aziz Yulianto, La Ode Muhammad Yusuf, Wahyu Yanuar Rizky, Muhammad Hisyam Ramadhan (2022)

## First publication right:
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia
This article is licensed under: