ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk merancang suatu modul praktikum PLTMH kemudian mengimplementasikan modul tersebut dengan menyusun suatu petunjuk-petunjuk praktikum serta melakukan pengukuran pada prototype PLTMH. Prototipe Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) yang telah ada, digunakan sebagai acuan untuk parameter-parameter pengukuran yang dapat dilakukan dengan prototype tersebut. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan tiga jenis turbin, yaitu turbin sudu setengah lingkaran, turbin sudu segitiga, dan turbin sudu sirip. Hasil pengukuran tersebut dibahas dan dianalisis dengan menggunakan rumus dan program komputer Ms. Excel. Prosedur pengukuran dalam praktikum PLTMH dirancang untuk mengetahui prinsip kerja prototype PLTMH dengan mengukur Arus (I), Tegangan (V), Daya (P), Debit Air (Q), Putaran Turbin (nt), dan Putaran Generator (ng) dengan sudut nozzle 10 0, 15 0, 20 0, 25 0, 30 0, 35 0, dan 40 0 untuk setiap percobaan, dengan tiga macam jenis sudu turbin, serta dapat menentukan efisiensi dan regulasinya. Kata kunci : PLTMH, Prosedur Praktikum, Sudu Turbin, Efisiensi. vi
ABSTRACT This research aims to design an experimental module MHP then implement those modules by constructing a lab instructions and perform measurements on a prototype of MHP. Prototype Micro Hydro Power (MHP) who have been there, used as a reference for measurement parameters that can be done with the prototype. Measurements were made using three different types of turbines, turbine blade is a semi-circular, triangular blade turbine, and the turbine blade fins. The measurement results are discussed and analyzed by using formulas and computer programs Ms. Excel. Measurement procedures in lab MHP is designed to determine principle of working prototypes of MHP by measuring Currents (I), Voltage (V), Power (P), Water Discharge (Q), Round Turbine (nt), and Round Generator (ng) with angle nozzle 10 0, 15 0, 20 0, 25 0, 30 0, 35 0, and 40 0 for each experiment, with three kinds type of turbine blades, and can determine the efficiency and regulation. Keywords: MHP, Practical Procedures, turbine blades, efficiency vii
DAFTAR ISI Halaman JUDUL... i HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS... ii PERSYARATAN GELAR... iii HALAMAN PERSETUJUAN... iv UCAPAN TERIMAKASIH... v ABSTRAK... vi ABSTRACT... vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR SINGKATAN... xii DAFTAR GRAFIK... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan Penelitian... 3 1.4 Manfaat Penelitian... 3 1.5 Batasan Masalah... 4 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir... 5 2.2 Tinjauan Pustaka... 6 2.2.1 Teori Dasar Aliran... 6 2.2.2 Energi Potensial... 7 2.2.3 Daya yang dihasilkan turbin... 7 2.3 Mikro Hidro... 8 2.3.1 Pipa pesat (penstock)... 10 2.3.2 Governoor... 10 2.3.3 Turbin Air... 11 2.3.4 Generator... 11 2.4 Teori Dasar Alat Ukur... 11 2.4.1 Manometer... 11 2.4.2 Multimeter... 12 2.4.3 Tachometer... 13 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... 14 3.2 Data... 14 viii
3.2.1 Sumber Data... 14 3.2.2 Metode Pengumpulan Data... 14 3.3 Alur Penelitian... 15 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Prototipe PLTMH... 16 4.2 Modul Praktikum PLTMH... 16 4.2.1 Prosedur Praktikum... 16 4.3 Hasil Pengukuran... 19 4.3.1 Hasil Pengukuran Turbin Sudu Setengah Lingkaran... 19 4.3.2 Hasil Pengukuran Turbin Sudu Segitiga... 20 4.3.3 Hasil Pengukuran Turbin Sudu Sirip... 21 4.4 Pembahasan... 22 4.4.1 Perhitungan Debit Air... 22 4.4.2 Tinggi Jatuh Air (head)... 22 4.4.3 Perhitungan Daya Input (Pin)... 22 4.4.4 Daya Output Generator (Pout)... 23 4.5 Perhitungan Efisiensi Masing-Masing Sudu Turbin... 24 4.5.1 Hubungan Sudut Nozzle Terhadap Putaran Turbin... 26 4.5.2 Hubungan Sudut Nozzle Terhadap Putaran Generator... 27 4.5.3 Hubungan Sudut Nozzle Terhadap Daya Output... 27 BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan... 28 5.2 Saran... 29 DAFTAR PUSTAKA... 30 ix
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Sudu Setengah Lingkaran... 19 Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Sudu Segitiga... 20 Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Sudu Sirip... 21 Tabel 4.4 Daya Output Generator dari Masing-Masing Turbin... 23 Tabel 4.5 Efisiensi Masing-Masing Sudu Turbin... 24 x
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Grafik Pemilihan Jenis Turbin... 9 Gambar 2.2 Simulasi Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro... 10 Gambar 2.3 Manometer... 11 Gambar 2.4 Multimeter... 12 Gambar 2.5 Tachometer... 13 Gambar 3.1 Alur Penelitian... 15 Gambar 4.1 Hasil Prototipe PLTMH... 16 Gambar 4.2 Sudut Nozzle 35 0 dan 40 0 Terhadap Turbin... 26 xi
DAFTAR SINGKATAN AC ADC DC DMM PLN PLTMH RPM VOM : Alternating Current : Analog Digital Converter : Direct Current : Digital Multi Meter : Perusahaan Listrik Negara : Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro : Rotation Per Minute : Volt/Ohm Meter xii
DAFTAR GRAFIK Grafik 4.1 Perbandingan Efisiensi Tiga Sudu Turbin... 25 Grafik 4.2 Perbandingan Sudut Terhadap Putaran Turbin... 26 Grafik 4.3 Perbandingan Sudut Terhadap Putaran Generator... 27 Grafik 4.4 Perbandingan Sudut Terhadap Daya Output... 27 xiii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Modul Praktikum Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Penelitian yang dilakukan oleh T. Sakurai dan Ogasawara dengan judul Fundamental Characteristics Of Test Facility For Micro Hydroelectric Power Generation System pada tahun 2009 menyatakan bahwa dunia saat ini mengalami krisis energi, karena energi yang berasal dari minyak bumi jumlahnya semakin terbatas dan tidak dapat diperbaharui. Kebutuhan akan energi minyak bumi terus meningkat sepanjang waktu, sedangkan cadangan energinya terus menurun. Hal yang dapat dilakukan untuk menutupi kekurangan energy ini yaitu dengan mencari serta menciptakan sumber energi baru, (Agar dkk, 2008). Pembaharuan atau renewable energy merupakan pilihan yang sangat tepat untuk dikembangkan guna mengatasi kelangkaan energi ini. Sumber energi terbarukan dapat dimanfaatkan dari pemanfaatan energi angin, surya, biogas, air, panas bumi dan arus laut. Namun, masing-masing sumber energi terbarukan tersebut memiliki keterbatasan bila dibandingkan dengan sumber energi minyak bumi. Keterbatasan energi terbarukan selama ini adalah kontinyuitas suplai energi yang dihasilkan dan tidak bisa dimanfaatkan secara langsung terutama dimalam hari dan harus menggunakan media penyimpan. Negara Indonesia merupakan Negara yang berada didaerah tropis dan hanya mengenal dua musim yaitu musim hujan dan musim kemarau. Pada saat musim hujan air yang mengalir di sungai berlimpah sampai menyebabkan banjir, sebaliknya pada saat musim kemarau air sungai mengecil sampai kering. Air sungai yang berlebih dimusim hujan, dapat ditampung pada bendungan dengan daerah genangan yang luas, hal ini bermanfaat sebagai pengendali banjir dan sebagai tempat menyimpan air bila debit air sungai mengecil dimusim kemarau. Diantara sumber energi terbarukan yang ada, air merupakan sumber energi yang paling potensial untuk dikembangkan di wilayah Indonesia karena Indonesia memiliki kekayaaan alam berupa hutan, sungai yang sangat banyak. Namun 1
2 penelitian yang berkaitan dengan air yang dilakukan selama ini menghabiskan biayanya sangat besar karena lokasi dan investasi yang sangat besar dan pembangunannya yang lama, (Weking dkk, 2015). Tetapi jika dibandingkan dengan pembangkit dengan daya yang sama, biaya operasional untuk pembangkit listrik tenaga air paling rendah walaupun biaya investasi awalnya paling mahal. Hal ini disebabkan karena Pembangkit listrik tenaga air umumnya terletak dipegunungan, dan jauh dari pusat konsumsi tenaga listrik, sehingga memerlukan biaya transmisi yang panjang, dan daerah genangan air yang luas dimana kedua hal tersebut memerlukan biaya yang besar. Namun keuntungan yang bisa disapatkan dari teknik operasional pembangkit tenaga air diantaranya yaitu relatif mudah distart dan distop, bebannya mudah berubah-rubah, Angka gangguan relatif rendah, pemeliharaan mudah dan dapat distart tanpa daya dari luar (black start), (Djiteng, 2006). Salah satu solusi untuk menekan biaya investasi pembangkit listrik tenaga air yang terbilang mahal maka alternatif yang dapat dilakukan adalah dengan menciptakan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro guna meminimalisasi pengeluaran biaya. Secara singkat pembangkit ini sangat cocok digunakan untuk daerah yang jauh dari jangkauan suplai energi listrik, sehingga dapat menjadi solusi untuk mengatasi kelangkaan energi saat ini serta mengeluarkan biaya investasi yang terbilang cukup rendah. (Djiteng, 2005). Sejauh ini, pengetahuan terkait sumber energi terbarukan ini khususnya dalam pendidikan Indonesia masih terbilang cukup minim dan belum merata sepenuhnya, hal tersebut sangatlah penting dalam kemajuan dan pengembangan teknologi energi listrik. Oleh karena itu masyarakat hendaknya juga memahami dengan baik ilmu pengetahuan khususnya yang berhubungan dengan pemanfaatan sumber daya air terutama pembangkit listrik tenaga mikro hidro. Hal ini mungkin dipengaruhi oleh pengetahuan masyarakat yang terbatas terkait cara pemanfaatan sumber daya tersebut. Oleh karena itu, diperlukan suatu pemahaman yang lebih mendalam mengenai cara pemanfaatan energi listrik dari Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH). Langkah yang dapat ditempuh salah satunya yaitu
3 dengan memberikan pemahaman materi kepada mahasiswa yang menekuni bidang tersebut, karena mahasiswa dapat mengimplementasikan ilmunya kepada masyarakat luas. Salah satu solusi yang dapat di lakukan adalah dengan membuat suatu pemahaman mendalam melalui suatu mata kuliah khususnya di jurusan Teknik Elektro dan Komputer Universitas Udayana yang mendalami ilmu terkait dengan sumber energi terbarukan yaitu Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH). Mata kuliah tersebut juga dapat ditunjang melalui praktikum baik di laboratorium maupun di lapangan sehingga mahasiswa dapat mempraktikkan ilmunya secara langsung. Untuk menunjang mata kuliah praktikum maka perlu disusun suatu modul praktikum Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro di jurusan Teknik Elektro dan Komputer Universitas Udayana. 1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana merancang modul praktikum PLTMH? 2. Bagaimana mengimplementasi modul praktikum PLTMH dengan menyusun petunjuk-petunjuk praktikum? 3. Bagaimana prosedur pengukuran dalam praktikum PLTMH? 1.3 Tujuan Penelitian 1. Untuk dapat merancang suatu modul praktikum PLTMH. 2. Untuk mengimplementasi modul praktikum PLTMH dengan menyusun petunjuk-petunjuk praktikum. 3. Untuk mengetahui prosedur pengukuran pada modul PLTMH. 1.4 Manfaat Penelitian 1. Mahasiswa dapat mengerti sistem kerja prototipe PLTMH. 2. Menjadi bahan ajar untuk praktikum PLTMH bagi mahasiswa di jurusan Teknik Elektro dan Komputer Universitas Udayana.
4 1.4 Batasan Masalah 1. Peneliti hanya merancang modul praktikum PLTMH di jurusan Teknik Elektro dan Komputer Universitas Udayana. 2. Petunjuk praktikum dibuat berdasarkan desain prototype PLTMH yang telah ada. 3. Data diolah dengan menggunakan rumus dan program komputer Ms. Excel yaitu dengan menampilkan hasil pada grafik.