1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Krisis energi telah terjadi pada zaman ini hal ini terjadi di negara maju maupun berkembang, beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya krisis energi diantaranya adalah tingginya populasi penduduk. Penduduk Indonesia pada tahun 2014 menurut Badan Kependudukan dan Keluarga Berencana (BKKBN) diperkirakan mencapai 240 juta jiwa, laju pertumbuhan penduduk mencapai 1,49 % per tahun, dengan meningkatnya populasi penduduk, tentu kebutuhan akan energi semakin meningkat. Selain meningkatnya populasi penduduk, meningkatnya sektor industri juga menyebabkan terjadinya krisis energi, hal ini menyebabkan karena industri adalah sektor yang paling besar dalam konsusmsi energi. Potensi minyak Indonesia hanya 0,3% dari potensi dunia, sedangkan gas bumi hanya sekitar 1,7 %. Data dari SKK Migas menyebutkan potensi minyak di Indonesia adalah 321 miliar barel dimana produksi pertahunnya 300 juta per barel sehingga diperkirakan jika tidak ditemukan cadangan lagi maka minyak bumi akan habis. Sumber energi terbarukan yang sangat berkesinambungan di Indonesia masih belum banyak dimanfaatkan secara efektif, tanpa disadari bahwa sumber energi yang dimanfaatkan saat ini adalah sumber energi yang bersumber dari energi tak terbarukan yaitu sumber energi fosil. Pemanfaatan energi terbarukan menjadi alternatif sebagai pengganti energi yang ramah lingkungan dan ketersediaannya berkesinambungan di alam. Dari energi angin dan energi air yang berupa sumber energi terpasang dapat kita manfaatkan sebagai pemutar turbin dan kincir angin untuk menghasilkan energi listrik. Pada umumnya didaerah pesisir dan diaerah aliran sungaidapat kita jadikan alternatifpembangkittenagalistrik
2 Mikro hidro atau Pembangkit Listrik Tenaga Mikro hidro (PLTMH), adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air. Mikro Hidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air. Secara teknis mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sebagai sumber tenaga), turbin dan generator. Mikro hidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu, Mikro hidro memanfaatkan energi potensial jatuhan air (head). Energi air yang dapat diubah menjadi energi listrik, Potensi tenaga air tersebar hampir di seluruh wilayah Indonesia dan diperkirakan mencapai 75.000 MW, sementara pemanfaatannya baru sekitar 2,5 persen dari potensi yang ada. Beberapa kelebihan dari PLTMH antara lain: 1. Potensi energi air yang melimpah 7. Sumber melimpah 2. Teknologi yang handal dan kokoh 8. Biaya pembangkit rendah sehingga mampu beroperasi lebih 9. Mendorong upaya penyelamatan dari 50 tahun lingkungan 3. Teknologi PLTMH merupakan 10. Pembangkit listrik tenaga air teknologi ramah lingkungan dan 11. Ouput daya 10 kw-100kw terbarukan 12. Air tawar (air sungai,air terjun) 4. Effisiensi tinggi (70-85 persen) 5. Sumber energi terbarukan 6. Bebas polusi Gambar 1.1 Skema PLTMH (Sumber: Very Dwiyanto, 2016)
3 Secara teknis PLTMH memiliki tiga komponen utama yaitu air (hydro), turbin, dan generator. Prinsip kerja dari PLTMH sendiri pada dasarnya sama dengan PLTA hanya saja berbeda kapasitasnya atau besarnya. PLTMH pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian atau sudut kemiringan dan jumlah debit air per detik yang ada pada saluran irigasi, sungai, maupun air terjun. Aliran air akan memutar turbin sehingga akan menghasilkan energi mekanik. Energi mekanik turbin akan memutar generator dan generator menghasilkan listrik. Pemanfaatan pompa sentrifugal sebagai turbin air pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) merupakan alternatif yang bijak untuk mengatasi krisis energi listrik dan pemerataan energi listrik ke pedesaan. Selain itu juga mendukung program pemerintah untuk memanfaatkan energi terbaruka yang rama lingkungan. Pompa sentrifugal merupakan peralatan yang banyak diguanakan pada berbagai macam aplikasi industry dan beberapa sektor lain. Pompa bekerja dengan mengonversi energi mekanik menjadi tekanan dan atau energi kinetik. Tekanan pada pompa meningkat dengan menghasilkan bagian dengan tekanan rendah (lebih rendah dari tekanan atmosfer) pada bagian sisi hisap pompa dan tekanan tinggi pada bagian keluaran pompa. Oleh karena rendahnya tekanan hisap maka fluida mengalir ke ppompa dari seservoir, fluida masuk secara axial melalui lubang hisap pada tengah pompa pompa kemudian fluida tersebut berputar bersama dengan putaran sudu/impeller pompa. Pada Mikro hidro prinsip kerja pompa dibalik menjadi mesin tenaga yang mengkonversikan energi potensial menjadi energi kinetis, karena pompa digunakan sebagai pengganti turbin air. Bidang PAT bukanlah sesuatu hal yang baru dalam pemanfaatan energi air menjadi energi mekanik. Penelitian tentang PAT sudah mulai sejak tahun 1930. Sejak saat itu beberapa penelitian telah dilakukan dan dilaporkan pada beberapa jurnal. Pada umumnya pompa yang tersedia dipasaran tidak disertai dengan kurva karakteristik jika beroperasi sebagai turbin. Pada penelitian tersebut Beberapa pompa sentrifugal untuk industri yang mempunyai putaran spesifik lebih kecil dari 60 ( 60s mm3/s) dioperasikan sebagai turbin dan diuji efisiensinya. Pengujian dilakukan dengan menggunakan instalasi dengan sistem tertutup.meskipun PAT telah sukses diuji oleh beberapa peneliti, tetapi PAT tetap mempunyai efisien yang relatih lebih rendah jika
4 dibandingkan dengan efisiensi turbin konvensional. Hal ini menjadi tantangan tersendiri dalam pengoperasia PAT untuk kapasitas yang lebih besar. Dinamika fluida komputasi biasanya disingkat CFD (Computational Dynamic Fluid) merupakan cabang dari mekanika fluida yang menggunakan metode numerik dan algoritma untuk memecahkan dan menganalisa masalah yang melibatkan dari aliran fluida tersebut. Pada analisa ini komputer digunakan untuk melakukan perhitungan yang diperlukan untuk menyimulasikan interaksi cairan dan gas dengan permukaan yang didefinisikan oleh kondisi batas, dengan kecepatan tinggi superkomputer, agar hasil analisis yang lebih baik dapat dicapai. Diberbagai penelitian yang sedang berlangsung, banyak menghasilkan perangkat lunak yang meningkatkan akurasi dan kecepatan scenario simulasi yang kompleks seperti mengalir transonik atau turbulen. Gambar 1.3 Proses saat Simulasi CFD (Sumber: Taufik Fajar, 2014) 1.2 RUMUSAN MASALAH Sebagaimana telah disebutkan pada subbab 1.1 tentang PAT, pada penelitian ini pompa sentrifugal diubah fungsinya menjadi turbin. Pengubahan fungsi ini akan mengubah grafik karakteristik atau performasinya. Maka dari itu performasi turbin tersebut menjadi rumusan masalah pada penelitian ini.
5 1.3 TUJUAN PENELITIAN 1. Mendapatkan nilai torsi hasil simulasi turbin sentrifugal 2. Mendapatkan nilai daya hasil simulasi turbin sentrifugal 3. Mendapatkan nilai efisiensi hsil simulasi turbin sentrifugal 1.4 BATASAN DAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 1.4.1 Batasan Penelitian Batasan dari penelitian ini adalah: 1. Penelitian ini tidak menyertakan analisa tentang efek kavitasi yang terjadi pada turbin 2. Pada penelitian ini tidak menghitung jenis material pada turbin 3. Tidak menghitung suhu aliran fluida dalam proses simulasi 1.4.2 Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup dari penelitian ini adalah: 1. Penelitian hanya dilakukan dengan software Ansys CFX untuk menganalisa performasi yang terjadi pada turbin sentrifugal. 2. Penelitian dilakukan dengan beberapa kecepatan laju aliran fluida. 1.5 SISTEMATIKA PENULISAN Bab I Pendahuluan, berisi tentang latar belakang, rumusahn masalah, tujuan penelitian, batasan dan ruang lingkup penelitian dan sistematika penulisan.bab II Tinjauan Pustaka, menjelaskan tentang beberapa teori yang menunjang penulisan tugas akhir inibab III Metodelogi Penelitian, berisi tentang alur proses simulasi, peralatan simulasibab IV Hasil Penelitian dan Pembahasan, menjelaskan tentang proses simulasi numerik turbin sentrifugal, menjelaskan hasil performasi simulasi turbin sentrifugalbab V Kesimpulan dan Saran, bab ini berisi kesimpulan yang merupakan jawaban dari hasil analisis dan saran yang penulis tunjukan kepada pihak-pihak terkait sehubung dengan hasil penelitian.daftar Pustaka berisi tentang literatur yang digunakan sebagai referensi dalam penulisan tugas akhir ini.