PERANCANGAN KINCIR TERAPUNG PADA SUNGAI UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK

Transkripsi

1 PERANCANGAN KINCIR TERAPUNG PADA SUNGAI UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK Jones Victor Tuapetel 1), Diyan Poerwoko 2) 1, 2) Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Indonesia Abstrak Pada daerah pedesaan dengan sungai yang landai dapat menggunakan kincir air sebagai penggerak generator listrik, namun aliran sungai selalu dinamis tergantung curah hujan pada daerah tersebut. Desain kincir air harus bisa menyesuaikan diri dengan level ketinggian air dan kecepatan aliran. Lokasi perancangan yang dipilih ialah jembatan sungai Cimanceuri penghubung antara Desa Cirarab, Legok dengan Desa Cibunar, Parungpanjang. Bagianbagian yang akan dirancang meliputi diameter kincir, lebar kincir, diameter poros, pemilihan generator, rasio transmisi v-belt dan ECVT setra tempat dudukan mengapung. Daya yang dapat dihasilkan dari rancangan sebesar 563,76Watt hingga 5000Watt. Gambar desain rancangan mengunakan software Solidworks Kata kunci: PLTMH Kincir Air Terapung, ECVT, Sungai Cimanceuri Pendahuluan Tenaga air adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi tersebut dapat dimanfaatkan dalam wujud energi mekanis kemudian menjadi energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air sungai. Pada daerah pedesaan dengan sungai yang landai dapat menggunakan kincir air sebagai penggerak generator listrik, namun aliran sungai selalu dinamis tergantung curah hujan pada daerah tersebut. Bila musim kemarau maka ketinggian air sungai akan menyurut dan saat musim penghujan datang ketinggian air sungai meningkat. Dengan kondisi sungai yang landai tidak dimungkinkan untuk membuat bendungan sebagai pengendalian aliran air sungai, maka desain kincir air harus menyesuaikan diri dengan level ketinggian air (Rio,2009) dan kecepatan aliran sungai tersebut agar hasil daya listrik dari pembangkit listrik dengan kincir air lebih maksimal. Studi Pustaka Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi mekanik berupa putaran pada poros kincir. Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head dapat dilihat pada Gambar 1. 39

2 Gambar 1. Kincir Air Undershot Tipe ini cocok dipasang pada perairan dangkal pada daerah yang rata. Keuntungan konstruksi lebih sederhana, lebih ekonomis, mudah untuk dipindahkan. Kerugian efisiensi kecil, daya yang dihasilkan relatif kecil. Jika sebuah benda diam terendam seluruhnya di dalam sebuah fluida atau mengapung sedemikian sehingga hanya sebagian saja yang terendam, gaya fluida resultan yang bekerja pada benda itu disebut gaya apung (buoyant force). Sebuah gaya netto ke arah atas terjadi karena tekanan meningkat dengan kedalaman dan gaya-gaya tekan yang bekerja dari bawah lebih besar daripada gaya-gaya yang bekerja dari atas. Titik yang dilalui gaya apung yang bekerja disebut pusat apung (center of buoyancy ). Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2. Simbol-simbol dasar pada sebuah bangunan apung Generator adalah Alat yang digunakan untuk mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Generator arus bolak-balik terdiri atas sebuah kumparan dan sepasang kutub magnet kuat, dua buah cincin geser dan dua buah sikat penyambung arus. Perhatikan di bawah, tiap ujung kawat kumparan dihubungkan pada sebuah cincin-cincin tersebut. Pada tiap cincin geser menempel pada sebuah sikat penyambung arus (Desmiwarman, 2015). Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 3. Gambar 3. Skema Generator AC Sistem kendali loop tertutup menggunakan kontrol rotasi putaran per menit (RPM) sebagai inputan dalam mengatur kinerja motor DC 12 volt untuk merubah rasio secara otomatis. Implementasi Rancangan Sistem Kontrol RPM pada prototipe ECVT (Electrical Continuously Variable Transmission) bekerja dengan baik, sehingga didapatkan hasil 40

3 perubahan rasio ECVT secara otomatis sesuai dengan rpm pada mesin (Hartawan, 2011). Berikut mekanisme dari CVT dapat dilihat pada Gambar 4. Gambar 4. Mekanisme konstruksi umum CVT Metodologi Penelitian Makalah perancangan ini menggunakan 3 metode, yaitu metode studi literatur, perhitungan secara manual, dan desain rancangan software engineering. Metode studi literatur dilakukan dengan mencari dan mempelajari referensi dari buku literatur, jurnal, skripsi, dan website di internet yang terkait dan diperlukan dalam perancangan tugas akhir ini. Kemudian metode perhitungan secara manual diterapkan dengan menggunakan rumus-rumus serta standar yang telah ada dan berlaku dari referensi yang didapat dan dipelajari sebelumnya. Langkah terakhir adalah dengan melakukan desain rancangan yang dilakukan dengan menggunakan salah satu perangkat lunak (software) pada komputer yaitu Solidworks Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 5. Gambar 5. Diagram Alir Perancangan Adapun lokasi yang dipilih sebagai dasar dalam perancangan pembangkit listrik dengan kincir air sistem terapung ini adalah Sungai Cimanceuri, yaitu sebuah sungai di perbatasan antara Kecamatan Parung Panjang, Kabupaten Bogor dengan Kecamatan Legok, Kabupaten Tangerang dan lokasi yang dipilih sepanjang Sungai Cimanceuri, yaitu Jembatan penghubung antara Desa Cirarab, Kecamatan Legok dengan Desa Cibunar, Kecamatan Parung Panjang dengan lebar jalan sebesar 4 meter. Dari hasil survey yang dilakukan, diperoleh kecepatan aliran sungai antara 1 m/s dengan ketinggian air 1 meter saat musim kemarau hingga 3 m/s dengan ketinggian 4 meter saat musim penghujan. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 6. 41

4 Gambar 6. Sketsa dan Dimensi Jembatan Cirarab,Legok Cibunar,Parung Panjang Alasan dari pemilihan lokasi pada jembatan khususnya jembatan yang terdapat tiang penyangga selain untuk mempermudah pemantauan juga berfungsi sebagai rel untuk rancangan yang bisa bergerak naik-turun sesuai level ketinggian air dan sebagai penahan agar kincir air tidak terbawa arus sungai. Hasil dan Pembahasan A. Penyesuaian Dimensi Rancangan Diambil lebar ukuran untuk rancangan separuh lebar sungai, yaitu sebesar 2,5 meter. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 7. Gambar 7. Sketsa Rancangan Kincir Terapung B. Perancangan Kincir Air Didapatkan diameter kincir air 2,5 meter dan lebar kincir 1,5 meter dengan 8 sudu rata berukuran 0,5x1,5meter, menggunakan plat galvanis dan poros kincir air menggunakan pipa berukuran 4in berbahan galvanis. Untuk lebih jelas dapat dilhat pada Gambar 8. Gambar 8. Sketsa Kincir Air 42

5 C. Perancangan Pulley dan Sabuk V-belt Pulley menggunakan 4 tingkat. Gambar 9. Penambah Putaran 4 Tingkat Perbandingan didapat ukuran pulley sebagai berikut : D 1 = 450mm D 3 = 450mm D 5 = 450mm D 7 = 400mm D 2 = 140mm D 4 = 125mm D 6 = 118mm D 8 = 90mm Menentukan panjang sabuk v-belt Panjang sabuk v-belt antara D 1 dan D 2. L = 2458,8 mm. Tersedia ukuran standar, yaitu L = 2522 mm Panjang sabuk v-belt antara D 3 dan D 4. L = 2438,42 mm. Tersedia ukuran standar, yaitu L = 2452 mm Panjang sabuk v-belt antara D 5 dan D 6. L = 2428,95 mm. Tersedia ukuran standar, yaitu L = 2432 mm Panjang sabuk v-belt antara D 7 dan D 8. L = 2301,72 mm. Tersedia ukuran standar, yaitu L = 2302 mm D. Sistem Kontrol ECVT Pada sistem kontrol ECVT digunakan komponen-komponen sepetri sensor putaran, elektrikal aktuator, CPU(arduino), relay dan power adapter. Diameter pulley ECVT, yaitu diameter dalam 100mm dan diameter luar 200mm dengan sudut kemiringan 13 o terhadap sumbu Y (vertikal). Menggunakan material aluminium dan sabuk v-belt hight grip dengan panjang 940mm. Gambar 10. Bagian-bagian dan Diagram Sistem Kontrol ECVT E. Hasil Analisa Daya dan Pemilihan Generator Potensi daya pada aliran sungai, Daya poros generator maksimum, P generator(mak) = 5626 Watt Daya poros generator minimum, P generator(min) = 563,76 Watt Generator yang dipilih berkapasitas 5000 Watt Daya optimal dapat diraih pada kecepatan alian sungai sebesar, v air = 2,1 m/s 43

6 F. Perancangan dan Analisa Pelampung Kincir Air Terapung Dalam perancangan ini, desain dibuat dengan mengunakan sofware solidworks 2014 untuk mengetahui kesetimbangan dan berat keseluruhan desain rancangan guna mengetahui desain dapat terapung sesuai harapan. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 11 dan 12. Gambar 11. Titik Pusat Berat Kincir Air Terapung Tampak Atas dan Tampak Samping Pada Gambar 11, menyatakan bahwa desain rancangan seimbang dengan titik pusat berat berada ditengah desain rancangan. Gambar 12. Dimensi Pelampung dan Analisa Berat Keseluruhan Kincir Air Terapung Berat keseluruhan kincir air terapung yang ideal sesuai perhitungan, yaitu sebesar 3712,5kg. Dan hasil kalkulasi massa keseluruhan kincir air terapung dengan menggunakan software solidworks 2014 didapatkan sebesar 3661,89kg. Kesimpulan Dari hasil perhitungan dan analisa rancangan, dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Dimensi kincir air terapung 600x250x 275cm. 2. Kerangka pelampung menggunakan hollow ukuran 40x60mm ketebalan 2mm dengan bahan galvanis dan plat bagian pelampung sisi samping dan bawah dengan ketebalan 3mm dan bagian atas 5mm berbahan galvanis. 3. Kincir air berdiameter 2,5 meter dan lebar kincir 1,5 meter dengan 8 sudu rata berukuran 0,5x1,5meter, menggunakan plat galvanis pada perancangan kincir dengan ketebalan 3mm dan poros kincir air menggunakan pipa berukuran 4in berbahan galvanis. 4. Pulley jenis v-belt profil SPB dengan diameter, 450mm, 400mm, 140mm, 125mm, 118mm dan 90mm berbahan aluminium. 5. V-belt profil SPB dengan panjang, 2522mm, 2452mm, 2432mm dan 2302mm. 6. Diameter pulley ECVT, yaitu diameter dalam 100mm dan diameter luar 200mm dengan sudut kemiringan 13 o terhadap sumbu Y (vertikal). Menggunakan material aluminium dan sabuk v-belt hight grip dengan panjang 940mm. 7. Daya yang dapat dihasilkan oleh kincir air terapung dengan rentang sebesar 563,76 Watt hingga 5000Watt. 44

7 8. Daya optimal dapat diraih pada kecepatan aliran sungai sebesar 2,1 m/s. Daftar pustaka Desmiwarman & Valdi Rizki Yandri, 2015, Pemilihan Tipe Generator Yang Cocok Untuk Pltmh Desa Guo Kecamatan Kuranji Kota Padang, Jurnal Teknik Elektro ITP, Vol 4 no 1 I.Gede Hartawan, 2011, Implementasi Kontrol Rpm Untuk Menghasilkan Perubahan Rasio Secara Otomatis Pada Electrical Continuously Variable Transmission (ECVT), Jurnal Teknik Mesin ITS Rio Oktakari Surbakti, 2009, Perencanaan Serta Pembuatan Prototipe Turbin Air Terapung Bersudu Lengkung Dengan Memanfaatkan Kecepatan Aliran Air Sungai, Jurnal Teknik Mesin USU 45