Pengembangan dan Penerapan Teknologi Turbin Air Propeller Dalam Mendukung Penyediaan Energi Listrik Alternative Di Desa Darul Makmur Kotamadya Subulussalam Provinsi Aceh Pribadyo 1, Dailami 2 1) Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Teuku Umar Jl. Alue Peuyareng, Meulaboh Aceh Barat 23561 2) Program Studi Teknik Mesin, Politeknik Negeri Lhokseumawe Jl. Banda Aceh-Medan Km. 280 Buketrata - Lhokseumawe Email: dyo_1806@yahoo.co.id Abstrak Energi listrik sangat berperan penting dalam berbagai sektor bidang kehidupan. Namun sayangnya tidak semua daerah dapat terjangkau dari suplai energi listrik terutama sekali pada wilayah-wilayah terpencil yang sulit di jangkau dengan alat transportasi. Upaya yang dapat dilakukan dalam memperoleh energi listrik salah satunya adalah dengan memanfaatkan potensi sumber daya alam berupa aliran sungai dan dengan ketinggian tertentu (head) kemudian dikonversi menjadi energi listrik melalui teknologi dari berbagai jenis turbin berdasarkan sumber air yang tersedia. Berdasarkan nilai kelayakkan potensi Desa Darul Makmur Kecamatan Sultan Daulat Kotamadya Subulussalam merupakan salah satu desa di Provinsi Aceh yang layak untuk dikembangkan dan diterapkan PLTMH, dengan data: Kapasitas aliran (Q d ) = 0,07 m 3 /s, Head kotor (H) = 3,5 m. Potensi ini tergolong dalam PLTMH head rendah. Pada penelitian ini telah direncanakan, dirancang dan dibuat satu unit turbin propeller untuk PLTMH head rendah. Hasil penentuan parameter-parameter dimensi utama turbin diperoleh diameter runner sebesar 0,30 m, diameter hub 0,06 m dengan jumlah sudu 4 buah. Dari hasil pengujian diperoleh daya maksimum keluaran turbin mencapai 2,53 KW pada putaran turbin 1828 rpm dengan voltase 220-240 volt. Turbin hasil pengembangan kini dapat digunakan sebagai dukungan dalam penyediaan energi listrik alternatif bagi masyarakat khususnya yang berada disekitar lokasi. Kata kunci: Pengembangan, penerapan, Turbin Propeller, Head rendah, Energi listrik alternative 1. Pendahuluan Penggunaan energi meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk. Sedangkan akses ke energi yang andal dan terjangkau merupakan prasyarat utama untuk meningkatkan standar hidup masyarakat [1]. Berbagai cara terus dilakukan dalam upaya memperoleh energi. Pribadyo et. al. dalam penelitiannya telah berhasil menguji coba turbin reaksi aliran aksial jenis propeller yang dapat digunakan sebagai sumber pembangkit energi listrik alternative dengan memanfaatkan potensi sumber daya alam berupa aliran sungai dengan ketinggian rendah (2-4m). Kita ketahui bahwa pemanfaatan potensi sumber daya alam untuk berbagai kebutuhan energi telah dikenal sejak lama salah satunya adalah yang bersumber dari air seperti aliran sungai ataupun air terjun dengan menggunakan teknologi sederhana seperti kincir air sampai pada teknologi canggih dari turbin air dengan jenis yang berbeda-beda seperti turbin Pelton, turbin Turgo, Turbin Cross flow, turbin Francis, turbin Kaplan dan turbin Propeller, dimana masing-masing turbin tersebut digunakan tergantung dari jenis sumber air yang tersedia [2].
Secara geografis Aceh memiliki potensi energi terbarukan (renewable energy sources) yang melimpah yang tersebar hampir di setiap daerah seperti energi yang bersumber dari air, tenaga angin, tenaga surya, dan biomassa yang dapat dikembangkan. Hasil studi yang dilakukan oleh BRR tahun 2008 diperoleh data dari 195 desa yang tidak berlistrik di Provinsi Aceh sebanyak 90 desa memiliki potensi air. Sekitar 30% diantaranya memiliki potensi tinggi jatuh air (head) rendah dengan kisaran 2 sampai dengan 5 m seperti yang terdapat di desa Darul Makmur Kotamadya Subulussalam. Penerapan potensi tenaga air menjadi energi listrik berdampak manfaat selain untuk pengembangan potensi sosial-ekonomi pedesaan sesuai kebutuhannya, juga perlu terus dilaksanakan untuk memberi kontribusi pada pemenuhan target pemakaian energi baru dan terbarukan sebesar 15% pada tahun 2025 (Agenda Riset Nasional 2006-2009, 2006). Bertitik tolak dari uraian diatas, penelitian ini bertujuan mengembangkan dan menerapkan turbin air jenis Propeller sebagai pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) head rendah dengan tinggi head 2-4 meter. Turbin hasil penelitian direncanakan akan dipasang pada aliran sungai Solok yang terdapat di Desa Darul Makmur Kecamatan Sultan Daulat Kotamadya Subulussalam sebagai upaya dalam mendukung penyediaan energi listrik alternative bagi masyarakat disekitar lokasi. 2. Metode Penelitian Penelitian dilaksanakan dalam dua tahap kegiatan sebagai berikut: Tahap pertama adalah perencanaan turbin. Pada tahap ini turbin dirancang didasarkan pada hasil pengukuran potensi aliran air yang terdapat di Desa Darul Makmur Kecamatan Sultan Daulat Kotamadya Subulussalam, dengan data: Kapasitas aliran (Q d ) = 0,07 m 3 /s, Head kotor (H) = 3,5 m. Data sekunder tentang spesifikasi komponen yang diperoleh dari buku-buku referensi dikumpulkan kemudian dianalisa secara matematis untuk menentukan jenis turbin dan menghitung parameter-perameter dimensi turbin yang meliputi: Diameter runner Diameter runner dihitung dengan persamaan berikut (Wibowo, 2007: 70): D runner = (1) Dimana D runner adalah diameter runner (m), U 1 adalah kecepatan keliling sudu pada bagian pangkal (m/s), n adalah putaran turbin (rpm). Diameter hub Diameter hub dihitung dengan persamaan berikut (Wibowo, 2007: 70): D hub = 0,35 x (2) Dimana D hub adalah diameter hub (m). Diameter shaft
Diameter shaft dihitung dengan persamaan berikut (Wibowo, 2007: 70-71): Dimana D shaft adalah diameter shaft (m). D shaft = (3) Panjang runner Panjang runner dihitung dengan persamaan berikut (Wibowo, 2007: 71): L 1 = (4) Dimana L 1 adalah panjang runner (m), z adalah jumlah sudu. Tahap kedua adalah pengujian unjuk kerja turbin Pengujian untuk mengetahui unjuk kerja turbin dilakukan pada aliran sungai Solok di Desa Darul Makmur Kotamadya Subulussalam dengan langkah-langkah sebagai berikut: Menginstal turbin Turbin diinstal berdasarkan konstruksi bendungan, pipa pesat dan rumah turbin yang ada di Desa Darul Makmur Kotamadya Subulussalam. Dengan sketsa gambar instalasi seperti diperlihatkan pada Gambar 1 : Pintu air Rumah turbin Bendungan Pipa pesat Turbin Generator Dudukan turbin Saluran buang Gambar 1. Sketsa instalasi uji turbin pada lokasi Alat ukur Alat ukur yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Tachometer digital digunakan untuk mengukur putaran turbin. b. Avometer digital digunakan untuk mengukur arus listrik.
c. Voltmeter digunakan untuk mengukur voltase Penempatan alat ukur Posisi penempatan dari Alat-alat ukur pada beberapa titik dari komponen turbin propeller seperti diperlihatkan pada gambar 3. Keterangan: 1 = posisi penempatan alat ukur voltmeter 2 = posisi penempatan alat ukur avometer digital 3 = posisi penempatan alat ukur tachometer digital Gambar 2. Posisi penempatan alat ukur 3. Hasil Dan Pembahasan Dengan data potensi dan efiisiensi turbin sebesar 0,9 diperoleh daya turbin: P = 0,07*3,5*0,9*998*9,81 = 2.159 W atau 2,16 kw Perhitungan Kecepatan spesifik / Kecepatan putaran Kecepatan Spesifik n QE = H n = H*η h => H n = 3,5*0,9 = 3,15 m => n QE = = 1,53 Kecepatan putaran => n E = H n x g => E = 3,15 x 9,81 = 30,9 J/kg => n = = 63s -1 = 3780 rpm Kecepatan runner (runaway speed)
n max = 2,6 x n => n max = 2,6 x 63 = 163,8s -1 = 9828 rpm Perhitungan Dimensi Utama Turbin Diameter runner De = 84,5 x (0,79 + 1,602 x 1,53) x = 0,30 m Diameter hub D i = => D i = = 0, 06 m - Diameter shaft D shaft = = = 0,03 - Panjang Runner L 1 = = = 1,0875 Hasil Instal Turbin Turbin yang terpasang pada lokasi uji di Desa Darul Makmur Kotamadya Subulussalam dengan head 3,5 meter diperlihatkan pada Gambar 3: Gambar 3. Turbin yang sudah terinstal pada lokasi
Hasil Pengukuran Hasil pengukuran diperoleh putaran turbin 1828 rpm dengan daya luaran yang dihasilkan sebesar 2.530 watt (2,53 kw) dengan voltase antara 220 sampai dengan 240 Volt. 4. Kesimpulan Telah berhasil dikembangkan dan diterapkan satu buah turbin jenis Propeller di Desa Darul Makmur Kecamatan Sultan Daulat Kotamadya Subulussalam. Dan dari hasil pengukuran, diperoleh daya luaran sebesar 2,53 kw dengan voltase berkisar antara 220-240 volt. Turbin hasil pengembangan kini dapat digunakan sebagai dukungan penyediaan energi listrik alternatif bagi masyarakat khususnya yang berada disekitar lokasi. Daftar Pustaka [1] Diakses dari http//www.esdm.go.id Departerment Energi dan Sumber Daya Mineral, 2006. Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2006-2025, ESDM, Jakarta [2] Arismunandar, Wiranto. 1997. Penggerak Mula Turbin, Bandung: Institut Teknologi Bandung. [3] Pribadyo et. al, Perencanaan dan Pengujian Turbin Propeller Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) head Rendah. Disampaikan pada Seminar Nasional Yusuf Benseh, Menggali Potensi Daerah Untuk Percepatan Perluasan Pembangunan Ekonomi, Teknologi dan Pendidikan, Lhokseumawe, 2012. [3] Badan Rehabiliasi dan Rekonstruksi (BRR) NAD-Nias, 2008. Studi Potensi Energi Listrik Alternatif Di Pedesaan Sebagai Upaya Dalam Mendukung Percepatan Diversifikasi Energi Di Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam (Paket-31) [4] Irwansyah, Hamdani, Razali, Pribadyo, Anwar, Perancangan, Pembuatan dan Pengujian Purwarupa Turbin Aliran Aksial Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) head Rendah di Aceh. Disampaikan pada Seminar Nasional Energi Terbarukan dan Produksi Bersih, Bandar Lampung, 2012. [5] Diakses dari http://www.esha.be/index.php?id=9 Guide on how to develop a Small Hydropower Plant. [6] Paryatmo, Wibowo. 2007. Turbin Air. Yogyakarta: Graha Ilmu