RANCANG BANGUN PROTOTIPE PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMH)

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN PROTOTIPE PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROIRO (PLTM) Fifi ety Sholihah, Ir. Joke Pratilatiaro, MT. Mahaiwa Juruan Teknik Elektro Indutri, PENS-ITS, Surabaya,Indoneia, oen Juruan Teknik Elektro Indutri, PENS-ITS,Surabaya,Indoneia. Abtrak Krii litrik yang terjadi mendorong pengimplementaian energi terbarukan ebagai upaya untuk memenuhi paokan litrik Negara. Pada proyek akhir ini telah dirancang ebuah prototip pembangkit litrik tenaga mikrohidro (PLTM) ebagai upaya pemanfaatan energi potenial air. PLTM beroperai dengan cara memanfaatkan beda ketinggian air (head) yang menghailkan debit. ebit berfungi untuk menggerakkan turbin air yang akan memutar ebagai tujuan untuk menghailkan litrik. Pada proyek akhir ini telah dibuat PLTM dengan head. meter dan debit lt/ mampu menghailkan daya output 0.4 W. Kurang makimalnya daya output dikarenakan pemilihan yang alah. Seharunya yang digunakan adalah dengan tori yang kecil karena debit yang dihailkan juga kecil. Kata kunci : krii litrik, energi alternatif, PLTM Abtract Solution for electricity crii i the implementation of renewable energy a an effort to fullfil country electric neceary. In thi final project, prototype of microhydro power plant ha been created a an effort of hydropower implementation. Operation of microhydro power i by uing level difference of water that create debit. ebit can rotate a water turbin o can be rotated by turbin for generate electricity. In thi final project, microhydro ha a head. meter and debit lt/ can generate output power 0.4 W. Output power i far of optimal becaue of wrong election. Generator for thi plant hould be ha a mall torque becaue output debit i jut lt/. Key word : electricity crii, renewable energy, microhydro power plant. Pendahuluan Litrik adalah umber daya yang paling banyak digunakan karena memiliki banyak fungi, diantaranya dalam menunjang kehidupan manuia, litrik digunakan ebagai catu alat-alat elektronik dan alat lainnya yang membutuhkan litrik. Litrik menopang kelangungan di berbagai bidang, eperti halnya bidang indutri, bidang pendidikan, dan lain ebagainya. engan demikian litrik menempatkan dirinya pada poii pertama ebagai kebutuhan primer banga. Namun hal ini berbanding terbalik dengan terbatanya bahan bakar yang digunakan untuk membangkitkan tenaga litrik, karena pembangkit litrik dengan bahan bakar foil maih angat diandalkan. al ini membuat banyak negara termauk Indoneia mencari cara dalam pemanfaatan energi untuk menambah paokan litrik guna memenuhi kebutuhan di berbagai bidang dan apek kehidupan. Selain mengandalkan pembangkit litrik berbahan bakar foil, aplikai yang diarahkan dalam pemanfaatan energi terbarukan yang ada di alam adalah pemanfaatan energi air, energi angin, energi matahari, dan pana bumi. Salah atu umber energi terbarukan yang angat berpoteni di Indoneia adalah pemanfaatan energi air dan apabila pemanfaatan energi terebut ecara melua di eluruh wilayah Indoneia maka peluang keluar dari krii litrik akan emakin bear mengingat bahwa terdapat banyak ungai yang berpoteni untuk dimanfaatkan dan emuanya menyebar di eluruh pulau-pulau bear yang ada di Indoneia. Pada proyek akhir ini akan diuraikan tentang implementai tenaga mikrohidro ebagai uaha untuk membangkitkan litrik. Untuk mendukung proyek akhir ini maka akan dilakukan imulai dan perancangan.. Konfigurai Sitem Pada gambar. ditunjukkan blok diagram daar dari pembangkit litrik tenaga mikrohidro yang dibuat pada proyek akhir ini Bak Pipa Turbin Generator Energi Potenial Tran Energi Mekanik Energi Litrik

2 . Perencanaan Sitem ata perencanaan item pembangkit mikrohidro diajikan dalam tabel di bawah ini. engan mengetahui nilai head dan diameter pipa peat maka kapaita aliran air dapat diketahui. Tabel. ata Rancangan Sitem Parameter Volume bendungan ead Gro Jarak turbin ke bak penampung ead Netto Panjang pipa peat iameter pipa peat Lua penampang (A) pipa ¾ dim= m Lua penampang (A) pipa ½ dim=0.0006m Kecepatan aliran air V C g 6. 8 ft ebit air dihitung dengan rumu Q = A.V Q ft lt pentock Q ft lt pentock Q cf lt total Perencanaan Turbin ead item.m dan debit air.06 lt/ maka turbin yang cocok adalah turbin croflow. Tabel. ata Rancangan Turbin* Parameter Value Lebar udu 5 cm iameter turbin 8 cm Kecepatan turbin 5.08 rpm Kecepatan peifik turbin 9.9 Jumlah udu 0 aya output turbin 6.06 Watt. Perencanaan Tranmii aya Mekanik Pada proyek akhir ini menggunakan motor dc ebagai dengan peifikai 4V, 5A, 75rpm. Kecepatan nominal 75 rpm dan kecepatan putaran turbin 5 rpm, maka tranmii daya mekanik dapat dihitung ebagai berikut : nturbin n 5 turbin turbin Value 450 liter. m.97 m. m.6 m ¾ dan ½ dim. ail Perencanaan Pengujian dilakukan dengan cara pengukuran dan membandingkannya dengan perencanaan.. Pengujian Kapaita Aliran Air Pada gambar di bawah ini ditunjukkan cara pengukuran kapaita aliran air. ebit Volume bejana / bak Waktu untuk memenuhi bejana Bejana yang digunakan memiliki volume 0.85 liter. ehingga pengukuran debit dapat dihitung ebagai berikut : 0.85 ebit. 09 lt ebit 0. 6 lt ebit total. 0 lt 5.7 Nilai debit terukur memiliki proentae error ebagai berikut : ebit teori ebit praktek % error 00% ebit teori % % P Q g P P 5.76Watt Terdapat eliih antara daya output turbin hail rancangan dengan pengukuran yaitu : aya teori aya praktek % error 00% aya teori % %. Pengujian Kecepatan Putaran Turbin Pengukuran kecepatan turbin dengan menggunakan tachometer menghailkan pembacaan 0 rpm. Putaran teori Putaran praktek % error 00% Putaran teori % %. Pengukuran aya Output Generator Pengukuran kecepatan putaran turbin etelah dikopel dengan menjadi turun yaitu 60 rpm dengan tegangan output.4 Volt. Selanjutnya dilakukan pengukuran aru output dengan memberikan beban pada. Beban yang digunakan adalah dc.5 V dengan aru 0. A. ail pengukuran diajikan dalam tabel ebagai berikut :

3 Tabel. ata Pengukuran aya Output V terukur I terukur P terukur (Ω) (Volt) (Ampere) (Watt) R beban.4 Analia Penurunan kecepatan turbin etelah dikopel dengan eharunya tidak terjadi karena kecepatan turbin dan telah diamakan dengan menggunakan raio pulley. Sedangkan pembebanan yang gagal dilakukan juga eharunya tidak terjadi karena bila berputar pada kecepatan 60 rpm maka daya output yang eharunya terukur adalah 9. watt, tentu dengan daya ini dapat mencatu beban dengan kapaita 0.75 watt. Kedua kau di ata memiliki inti permaalahan yang ama yaitu tidak memiliki kekuatan untuk berputar atau dengan kata lain turbin tidak memberikan kekuatan atau tenaga untuk memutar. Atau dapat dikatakan tori pada lebih bear daripada tori yang diberikan turbin kepada. aya nominal adalah 0 Watt. Maka tori dapat dihitung ebagai berikut : P T n P 0 T Nm n 75 aya output turbin adalah 5.76 Watt. Maka tori turbin dapat dihitung ebagai berikut : P 5.76 T Nm n 0 Tori yang dimiliki turbin adalah 0.08Nm edangkan tori adalah 0.05Nm. al ini berarti turbin kurang mampu untuk memutar ehingga kedua kau di ata dapat terjadi pada item ini. Untuk memutar, turbin haru memiliki tori 0.05Nm. Agar tori turbin 0.05 Nm, maka cara-cara di bawah ini dapat ditempuh. Tori turbin 0.05 Nm dengan kecepatan putaran turbin yang tetap P Watt Untuk menghailkan tori ebear 0.05 Nm maka turbin haru dapat menghailkan daya output ebear 7.66 watt. al ini berarti turbin haru meningkatkan daya outputnya kali lebih bear dari perencanaan awal yaitu 5.76 Watt. Agar turbin dapat menghailkan daya ebear 7.66 watt maka ketinggian jatuh air dan kapaita aliran air haru diubah agar dapat menghailkan daya yang diinginkan. P Q g Q 9.8 Q Jika nilai tinggi jatuhan air atau head item () tetap yaitu. meter, maka debit (Q) atau kapaita aliran air haru ditambah menjadi liter per ekon. Jika untuk mendapatkan debit.0 liter per ekon membutuhkan pipa peat, maka jika debit yang dikehendaki 6 liter per ekon maka haru ada 6 pipa peat yang terpaang dari bak penampung menuju turbin. al ini angat tidak efiien karena nozzle turbin tidak mampu memuat 6 pipa peat lagipula bak penampung pada aluran pelimpah akan cepat penuh karena air yang keluar dari turbin angat banyak. Semakin banyak air yang keluar dari turbin maka emakin berkurang volume bak penampung utama, ehingga debit air elanjutnya akan berkurang. an bila ingin \volume bak penampung tetap maka haru ada 6 pompa untuk mengembalikan air dari aluran pelimpah menuju bak penampung utama. Jika nilai debit (Q) tetap, maka head () haru ditambah menjadi.7 meter ehingga head total menjadi 4.5 meter. al ini juga diraa maih kurang efiien karena pada proyek akhir ini pembuatan pembangkit litrik tenaga mikrohidro dalam bentuk prototip, head dengan ketinggian 4.5 meter terlalu tinggi untuk bentuk yang prototip. Tori turbin 0.05 Nm dengan daya ouput turbin yang tetap Tori turbin dibuat agar bernilai 0.05 Nm dengan daya output yang tetap yaitu 5.76, ehingga bear ketinggian head dan bear kapaita aliran air tidak berubah n 5.76 n 0.05 n 80.4rpm Kecepatan putaran turbin yang rendah akan menghailkan tori yang cukup untuk memutar. Perubahan kecepatan putaran turbin dapat dilakukan dengan menggunakan raio pulley. Agar kecepatan turbin lebih rendah dari maka pulley yang kecil dipaang di turbin dan pulley yang bear dipaang di. Raio pulley yang digunakan 80.4 : 75 atau ama dengan : 4.6. engan menggunakan raio pulley untuk mendapatkan tori turbin yang

4 dikehendaki jauh lebih efektif daripada menambah kapaita aliran air atau head item..5 Pembuktian Analia.5. Pengukuran Kecepatan Analia dibuktikan dengan mengubah raio pulley yang awalnya 4: menjadi :4. Pengukuran kecepatan putaran dilakukan pada poro turbin dengan menggunakan tachometer. Kecepatan putaran turbin ketika open loop atau tanpa beban yang terukur adalah 80 rpm. Sedangkan putaran turbin yang diinginkan adalah 80.4 rpm. Seliih ini menghailkan proentae error ebear : % error 00% % Jika turbin berputar dengan kecepatan 80 rpm maka kecepatan adalah 45 rpm, namun pengukuran kecepatan putaran pada poro dengan menggunakan tachometer 5 rpm. Tegangan output tanpa beban adalah.6 Volt. Tegangan output ecara teori dapat dihitung ebagai berikut 5 V out 4V. 6V 75 5 Iout 5A 0. A 75 engan demikian dayaoutput makimal adalah 0.5 Watt..5. Pengukuran aya Output Generator Beban yang digunakan adalah C.5 V 0. A (0.75 Watt) yang diuun eri dan C V 0.5 A (6 Watt). Lampu C 0.75 watt dihubungkan eri untuk mendapatkan daya yang bear. Tabel di bawah ini menyajikan hail pengukuran tegangan output, aru output, dan putaran pada poro turbin. Tabel. ata Pengukuran aya Output Beban V I P RPM (Volt) (Ampere) (Watt) Tanpa beban Lampu 6W Tabel. ail Pengujian aya Output Beban aya yg dibutuhkan beban (W) aya output makimal (W) aya yang diterima beban (W) Lampu 6W Keimpulan Setelah dilakukan proe perencanaan, pembuatan dan pengujian alat erta dari data yang didapat dari perencanaan dan pembuatan rancang bangun prototip pembangkit litrik tenaga mikrohidro, maka dapat diimpulkan bahwa :. engan head netto. m dan debit.0 lt/, turbin menghailkan daya output ebear 5.76 Watt. Unjuk kerja turbin udah euai dengan perancangan karena proentae error yang dihailkan angat kecil yaitu 0.98%. Tranmii menggunakan pulley-belt tidak hanya berdaarkan dari raio kecepatan antara turbin dan aja tetapi juga berdaarkan tori turbin dan. 4. Pada proyek akhir ini bila menggunakan raio pulley berdaarkan kecepatan putaran maka tidak menghailkan daya, namun bila menggunakan raio pulley berdaarkan tori mampu menghailkan daya output. 5. engan menggunakan raio pulley berdaarkan tori maka aru litrik dapat dihailkan namun tegangan yang dihailkan angat kecil. Karena tegangan berhubungan dengan RPM, menggunakan raio pulley berdaarkan tori menghailkan RPM yang kecil. 6. aya output makimal yang dihailkan oleh adalah 0.4W 7. Permaalahan utama yang mengakibatkan daya output angat kecil adalah pemilihan yang kurang tepat

5 5. aftar Putaka [] Norman, Jim. ABS ydro. ABS Alakan Inc [] Penche, Celo dan r Ingeniero de Mina, Layman Guidebook on ow to evelop a Small ydroite.european Small ydropower Aociation, Belgia,998. [] Bayirun, Mein Konveri Energi.008 [4] Mockmore, C.A dan Fred Merryfield, The Banki Water Turbine.Oregon State College, 949. [5] Integrated Microhydro evelopment and Application Program, Studi Kelayakan Pembangunan Mikrohidro.irektorat Jenderal Litrik dan Pemanfaatan Energi epartemen Energi dan Sumber aya Mineral.00 5

6 LAMPIRAN eain Lebar Sudu dan iameter Turbin 44 Q N L 86 C k g imana L adalah lebar udu turbin, Q adalah debit, N adalah kecepatan turbin air, C adalah koefiien air pada nozzle yang bernilai 0.98, k adalah koefiien yang bernilai antara , adalah head netto, dan g adalah percepatan gravitai bumi. 44 Q N L Q N g engan nilai k = Jika 86 N, L L. 44 Q g Q ail terebut udah dikonverikan ke atuan inchi. dari hail terebut dilakukan pemilihan lebar udu turbin dan diameter turbin. Namun perancangan yang dilakukan juga perlu mempertimbangkan beberapa apek. Mialnya pemilihan lebar udu turbin adalah 5 cm atau etara dengan.9685 inchi. Nilai ini dipilih karena terdapat dua pipa peat yang mauk ke turbin dengan diameter maing-maing adalah dan dim. 4 Jika lebar udu turbin adalah.9685 inchi, maka diameterluar turbin adalah : L cm iameter turbin 9.45 cm terlalu kecil jika nantinya akan dikopel dengan. Oleh karena itu dipilih diameter luar turbin 8cm. iameter dalam turbin 8 cm eain Kecepatan dan Perhitungan aya Turbin 86 N rpm aya turbin pada efiieni makimum : P.. Q. g watt Kecepatan peifik turbin : n. N P eain Ketebalan Semburan dan Jumlah Sudu Turbin Ketebalan emburan ( o ) dapat didekati dengan perhitungan di bawah ini : 44 A o L imana A adalah lua area emburan atau lua penampang pipa peat yang mauk ke dalam turbin. Namun karena terdapat dua pipa maka lua area emburan dapat dihitung dari pembagian debit total dengan kecepatan air. Q A V total ft 6.8 Nilai lua area emburan diubituikan ke peramaan ketebalan emburan o cm.9685 Jarak antar udu pada turbin dapat dilakukan dengan perhitungan di bawah ini : ketebalan udu turbin ( ) k Jarak antar udu ( t) in Jumlah cm cm in udu ( n) t (digunakan 0 udu) Kecepatan turbin dapat dihitung dengan menggunakan rumu 86 N. imana nilai diameter luar turbin ( ) adalah 8cm atau etara dengan inchi dan head netto () adalah. meter atau etara dengan 4.65ft. 6