TINJAUAN PUSTAKA. 4. Mencuci/ melarutkan garam dalam tanah. 6. Melunakkan lapisan olah dan gumpalan-gumpalan tanah

Transkripsi

1 TINJAUAN PUSTAKA Saluran Irigasi Pengertian irigasi secara umum yaitu pemberian air pada tanah untuk memenuhi kebutuhan air tanaman. Tujuan umum irigasi kemudian dirinci lebih lanjut, yaitu: 1. Menjamin keberhasilan produksi tanaman dalam menghadapi kekeringan jangka pendek 2. Mendinginkan tanah dan atmosfir sehingga cocok untuk pertumbuhan tanaman 3. Mengurangi bahaya kekeringan 4. Mencuci/ melarutkan garam dalam tanah 5. Mengurangi bahaya pemipaan tanah 6. Melunakkan lapisan olah dan gumpalan-gumpalan tanah 7. Mencegah pertumbuhan gulma dengan cara pendinginan melalui evaporasi atau evapotranspirasi (Pusposutardjo, 2001). Saluran irigasi merupakan bangunan pembawayang berfungsi membawa air dari bangunan utamasampai ketempat yang memerlukan. Saluran pembawaini berupa : 1. Saluran Primer (Saluran Induk) yaitu saluran yanglansung berhubungan dengan saluran bendunganyang fungsinya untuk menyalurkan air dari waduk ke saluran lebih kecil 2. Saluran Sekunder yaitu cabang dari saluran primeryang membagi saluran induk kedalam saluran yanglebih kecil (tersier) 3

2 4 3. Saluran Tersier yaitu cabang dari saluran sekunderyang langsung berhubungan dengan lahan ataumenyalurkan air ke saluran-saluran kwarter (Ansori, 2012). Debit Air Debit adalah suatu koefisien yang menyatakan banyaknya air yang mengalir dari suatu sumber per satu-satuan waktu, biasanya diukur dalam satuan m³ per detik. Dalam pengukuran debit air secara tidak langsung, yang sangat perlu diperhatikan adalah kecepatan aliran dan luas penampang aliran (Ansori, dkk, 2012). Pengukuran debit air dapat dilakukan dengan mengukur kecepatan aliran air pada suatu wadah dengan luas penampang area tertentu. Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan untuk pengukuran kecepatan aliran air pada sungai atau alur antara lain: Area-velocity method, Tracermethod, Slope area method, Weir dan flume,volumetric method Area. Kecepatan aliran dapat diukur dengan metode: metode current-meter dan metode apung. Kemudian distribusi kecepatan aliran di dalam alur tidak sama pada arah horizontal maupun arah vertikal (Finawan dan Mardyanto, 2011). Debit air yang mengalir dari suatu tempat penampungan ditentukan oleh kecepatan aliran dan luas penampang aliran, dimana semakin besar kecepatan aliran maka debit aliran juga akan semakin besar dan sebaliknya. Beragamnya nilai debit dikarenakan beragam pula kecepatan aliran air pada saluran tersebut (Luther dan Erwin, 2012).

3 5 Listrik Listrik adalah suatu sumber daya yang paling banyak digunakan sekarang ini karena memiliki banyak fungsi, diantaranya dalam menunjang kehidupan manusia, listrik digunakan sebagai suplai alat alat elektronik dan alat alat lainnya yang menggunakan listrik. Hal ini banyak membuat negara termasuk Indonesia mencari cara dalam pemanfaatan energi untuk menambah pasokan listriknya guna memenuhi kebutuhan listriknya guna memnuhi kebutuhan manusia. Selain menggandalkan pembangkit listrik berbahan fosil yang jumlahnya terbatas dialam, salah satu aplikasi yang diarahkan adalah pemanfaatan energi yang terbarukan yang ada dialam, misalnya energi air, energi angin, energi matahari, dan panas bumi. Salah satu energi yang terbarukan yang sangat berpotensi di Indonesia adalah pemanfaatan energi air dan apabila pemanfaatan energi tersebut dilakukan secara meluas diseluruh Indonesia maka peluang keluar dari krisis listrik akan semakin besar mengigat bahwa terdapat banyak tempat tempat seperti sungai yang berpotensi untuk dimanfaatkan dan semuanya menyebar diseluruh pulau pulau besar yang ada dinegara kita (Sihombing, 2009). Transmisi atau penyaluran, adalah pemindahan tenaga listrik dari pusat tenaga listrik secara besar- besaran ke gardu induk, yang terletak berdekatan dengan suatu pusat pemakaian berupa kota atau industri besar. Dari gardu induk tenaga listrik didistribusikan ke gardu distribusi dan ke para pemakai atau konsumen.fasilitas-fasilitas pembangkit dan trsnmisi biasanyakait-mengait secara ekonomi dalam pilihan lokasi, desaindan ekonomi skala.sering terjadi bahwa penugasan organisasi dari pembangkit secara transmisi dilakukan bersamaan, sedangkan distribusi secara tersendiri (Kadir. 1996).

4 6 Pembangkit Listrik Pemasangan pembangkit listrik tenaga air atau Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) khususnya di daerah terpencil masih perlu dikembangkan melihat daerah di Indonesia yang banyak sekali air yang belum dimanfaatkan secara optimal, dan masih banyak pula daerah terpencil di Indonesia yang belum terjangkau oleh aliran listrik (PLN). Sebagai alternatif pembangkit listrik dengan menggunakan diesel (PLTD) yang menggunakan bahan bakar minyak khususnya solar yang biaya operasionalnya lebih besar dibanding PLTMH, disamping itu PLTMH juga ramah lingkungan (Wibowo, dkk, 2013). Sebuah Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) mengubah energi dari air yang bergerak menjadi energy listrik dangan mempergunakan sebuah turbi air yang terpasang pada generator listrik. Sebagaimana diketahui dalam ilmu fisika, setiap benda dan juga air, yang berada dipermukaan bumi, memiliki energy potensial yang berbentuk rumus berikut: E = m.g.h.. (1) Dimana : e = energi potensial m = masaa g = percepaten grafitasi H = tinggi relative pada permukaan bumi. Dari rumus diatas dapat dijabarkan : de = dm.g.h

5 7 Bilamana de merupakan elemen energy yang dibangkitkan oleh elemen massa dan melalui jarak tinggi H. bilamana Q didefinisikan sebagai debit air dapat ditulis: Q = dm/dt Maka dapat dirumuskan: P = ƞ. g. Q. H..(2) Dengan: P = daya Ƞ = efisiensi system g = gravitasi H = tinggi terjun Q = debit air (Kadir. 1996). Pembangkit Listrik Tenaga Air sesuai dengan namanya mengandalkan sumber energinya pada air.penggunaan tenaga air sebagai pembangkit tenaga listrik relatif tidak menimbulkan polusi dan pencemaran lingkungan.selain itu dengan keadaan topografi, geografi dan klimatologi, negara Indonesia mempunyai potensi yang besar yang dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit tenaga listrik dalam bentuk sungai besar maupun kecil.potensi tenaga air tersebut tersebar di seluruh wilayah Indonesia, namun tidak semua wilayah mempunyai peluang untuk dapat dikembangkan secara optimal (Wibowo, dkk, 2013).

6 8 Spesifikasi Alat Kincir Air Bagian ini digunakan untuk merubah energi air yang mengalir menjadi energi kinetis dalam bentuk energi putaran, semakin besar air yang memutar kincir ini semakin besar momen energi putar yang didapat. Tentunya disamping volume air juga tekanan air yang jatuh mempercepat putaran kincir sehingga momen putaran akan makin besar, diharafkan mampu memutar puli-puli yang dihubungkan dengan tali kipas (vent belt) untuk memutar generator (Jasa, dkk, 2010). Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi mekanik yang berupa putaran pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu : 1. Kincir air Overshot 2. Kincir air Undershot 3. Kincir air Breastshot Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir 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 : 1. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85 % 2. Tidak membutuhkan aliran yang deras 3. Konstruksi yang sederhana 4. Mudah dalam perawatan

7 9 5. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir. Kerugian : 1. Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan memerlukan investasi lebih banyak 2. Tidak dapat untuk mesin putaran tinggi 3. Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan. Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir menghantam dinding sudu yang terletaj pada bagian bawah dari kincir air. 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: 1. Konstruksi lebih sederhana 2. Lebih ekonomis 3. Mudah untuk dipindahkan Kerugian: 1. Efisiensi kecil (25%-70%) 2. Daya yang dihasilkan relative kecil. Kincir air breast shot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Keuntungan: 1. Tipe ini lebih efisiensi dari tipe udershot 2. Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek 3. Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran rata.

8 10 Kerugian: 1. Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit) 2. Diperlukan pada arus aliran rata 3. Efisiensi lebih kecil daripada tipe overshot (20%-75%) (Henry, dkk, 2013). Menghitung torsi motor jika diketahui daya motor dan kecepatan motor, hubungan antara horse power, torsi dan kecepatan dapat dihitung dengan menggunakan rumus : Dimana : T = 5250 x HP n T n HP = torsi motor (lb ft) = kecepatan putar motor (rpm) = daya kuda motor (Anonimous, 2013). Sudu Tenaga air adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik salah satu contoh tersebut adalah kincir air. Kincir air yang sudah ada pada penelitian sebelumnya adalah kincir overshot dengan menggunakan sudu lengkung, pada penelitian ini akan menguji pengaruh variasi jumlah sudu yaitu 8, 10 dan 12 buah terhadap kincir yang meliputi daya listrik, tegangan listrik dll. Untuk mengetahui jumlah sudu pada kincir air digunakan rumus :

9 11 N = πd...(3) t Dimana : N = jumlah sudu D = diameter kincir (inch) T = jarak antar sudu (m) Jarak antar sudu dapat dihitung dengan : t = s sin θ...(4) s = k D...(5) dimana : k = konstanta ketetapan (0,13) (Sihombing, 2009). Generator Generator digunakan sebagai alat yang merubah energi putar mekanis menjadi energi listrik melalui adanya medan magnet yang diputar melalui rotor dan akan menimbulkan medan magnit yang timbul disisi stator. Medan magnet yang terjadi distator dengan pola-pola tertentu akan menimbulkan arus listrik yang mengalir dikumparan stator yang dialirkan melalui saluran transmisi sebagai arus listrik. Semakin besar generator semakin besar energi listrik yang didapat dan semakin besar energi kinetis yang diperlukan untuk memutarnya. Beban yang terpasang merupakan beban listrik yang digunakan sebagai media penerangan (Jasa, dkk, 2010). Generator merupakan salah satu mesin listrik, yang mengubah energi gerak atau mekanik menjadi energi listrik. Generator terdiri atas dua bagian utama yaitu kumparan jangkar dan kumparan medan yang ditempatkan pada stator dan

10 12 rotor. Stator adalahbagian yang diam/ tetap, dan rotor adalah bagian yang berputar pada mesin (Nurhadi, dkk 2013). Generator merupakan piranti atau peralatan listrik yang dapat dipergunakan untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik, dapat berupa generator arus searah (generator DC) maupun generator arus bolak-balik (Alternator). Motor merupakan piranti atau peralatan listrik yang dapat dipergunakan untuk mengubah energy listrik menjadi energi mekanis, juga dapat berupa motor arus searah maupun motor arus bolak balik (Wahab, 2009). Dalam bentuknya yang sederhana sebuah generator listrik terdiri dari atas magnet dan kumpaaran. Bilamana terdapat suatu gerakan antra kedua komponen diatas, garis- garis gaya magnet memotong belitan-belitan kumparan dan suatu gerak gaya listrik (ggl) akan dibangkitkan. Sebuah generator listrik atau alternator modern atas suatu sistim elektro magnet dan suatu almatur yang terdiri atas sejumlah kumparan dari konduktor berisolasi yang diletakkan dalam alur (slot) inti besi berlaminasi. Berdasarkan hokum induksi Faraday besar gaya gerak listrik yang diinduksi adalah: GGL=- dd dddd ss BB. ddss...(6) Dengan: GGL = gaya gerak listrik, (V) Dt = elemen waktu t, (S) B = induksi magnet, (Wb/m 2 ) S = permukaan S, (m2) (Kadir, 1996)

11 13 Pulley Pulley sabuk dibuat dari besi-cor atau dari baja.pulley kayu tidak banyak lagi dijumpai.untuk konstruksi ringan diterapkan pulley dari paduan aluminium.pulley sabuk baja terutama cocok untuk kecepatan sabuk yang tinggi (di atas 35 m/det) (Stolk dan Kros, 1981). Untuk menghitung kecepatan atau ukuran roda transmisi, putaran transmisi penggerak dikalikan diameternya adalah sama dengan putaran roda transmisi yang digerakkan dikalikan dengan diameternya. SD (penggerak) = SD (yang digerakkan)..(7) Dimana : S = Kecepatan putar pulley (rpm) D= Diameter pulley (mm) Putaran pulley dapat dihitung dengan menggunakan rumus : n 1 n 2 = d 2 d 1...(8) n 2 n 3 = d 3 d 2...(9) Dimana : n 1 = putaran pulley pertama (rpm) n 2 = putaran pulley kedua (rpm) d 1 = diameter pulley pertama (inchi) d 2 = diameter pulley kedua (inchi) (Smith dan Wilkes, 1990). Pemasangan puli antara lain dapat dilakukan dengan cara: - Horizontal, pemasangan puli dapat dilakukan dengan cara mendatar di mana pasangan puli terletak pada sumbu mendatar.

12 14 - Vertikal, pemasangan puli dilakukan secara tegak dimana letak pasangan puli adalah pada sumbu vertikal. Pada pemasangan ini akan terjadi getaran pada bagian mekanisme serta penurunan umur sabuk (Mabie and Ocvirk, 1967). Sabuk V Sabuk V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Sabuk V dibelitkan di sekitar alur pulley yang berbentuk V pula. Transmisi sabuk yang bekerja atas dasar gesekan belitan mempunyai beberapa keuntungan karena murah harganya, sederhana konstruksinya dan mudah untuk mendapatkan perbandingan putaran yang diinginkan. Transmisi tersebut telah digunakan dalam semua bidang industri, misalnya mesin-mesin pabrik, otomobil, mesin pertanian, alat kedokteran, mesin kantor dan alat-alat listrik. Kekurangan yang ada pada sabuk ini adalah terjadinya slip antara sabuk dan pulley sehingga tidak dapat dipakai untuk putaran tetap atau perbandingan transmisi yang tetap (Daryanto, 1993). Menurut Smith dan Wilkes (1990), apabila pemindahan daya menggunakan dua roda transisi, maka hubungan antara jarak kedua titik pusat sumbu roda transisi dengan panjang sabuk dapat ditentukan dengan rumus: dimana: L = 2C + 1,57(D + d) + (D d)....(10) 4C L = Panjang efektif sabuk (mm) C = Jarak antara kedua sumbu roda transisi (mm) D = Diameter luar efektif roda transmisi yang besar (mm) d = Diameter luar efektif roda transmisi yang kecil (mm)

13 15 Prinsip Kerja Alat Pembangkit Listrik Tenaga Air Pembangkitan tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan menggunakan turbin air dan generator. Prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan generator menghasilkan listrik.daya yang keluar dari generator dapat diperoleh dari perkalian efisiensi turbin dan generator dengan daya yang keluar secara teoritis. Sebagaimana dapat dipahami dari rumus tersebut di atas, daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi jatuh dan debit air, oleh karena itu berhasilnya pembangkitan tenaga air tergantung daripada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara efektif dan ekonomis (Jasa, dkk, 2010). Daya Listrik Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalamrangkaian listrik.satuan SI daya listrik adalah watt.arus listrik yang mengalirdalam rangkaian dengan hambatan listrik menimbulkan kerja.perantimengkonversi kerja ini ke dalam berbagai bentuk yang berguna, seperti panas(seperti pada pemanas listrik), cahaya (seperti pada bola lampu), energi kinetik(motor listrik), dan suara (loudspeaker).listrik dapat diperoleh dari pembangkitlistrik atau penyimpan energi seperti baterai (Harnovi, 2003). Menurut hukum Joule, kawat yang memiliki hambatan besar akan menghasilkan energi panas dalam jumlah yang besar pula. Jenis logam-logam tertentu jika dialiri listrik dapat menghasilkan energi kalor yang besar, misalnya

14 16 nikel, krom, dan nikrom serta campuran antara nikel dan krom. Logam-logam ini apabila dialiri arus listrik suhunya cepat meningkat hingga tampak membara, oleh karena itu jenis logamlogam ini banyak dipakai sebagai elemen pemanas pada setrika listrik, kompor listrik, dan solder (Adiwarsito, 2009). Sistem pereduksi dua tingkat merupakan system yang berupa pulley-belt yang terdiri dari sebuah pulley besar pada shaft mesin penggerak dan sebuah pulley kecil pada shaft generator yang dihubungkan oleh sebuah belt (Luther dan Erwin, 2012).