UJI JUMLAH SUDU ALAT PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR IRIGASI (Test of Blade Number of Irrigation Water Power Plant Equipment) Amanda Buna Satria Siregar 1,2), Saipul Bahri Daulay 1), Sulastri Panggabean 1) 1) Program Studi Keteknikan Pertanian, Fakultas Pertanian USU Jl. Prof. Dr. A. Sofyan No. 3 Kampus USU Medan 20155 2) email : amandasiregar19@yahoo.co.id Diterima : 18 April 2015/ Disetujui : 07 Mei 2015 ABSTRACT In Power plant Irrigation water,one of the component of the turbines is the blade. This study was aimed to examine the number of blades on water mill power generation in Medan Krio Irrigation. This study used a non-factorial completely randomized design (CRD) with 8, 10, and 12 blades respectively. Parameters observed were flow rate power, voltage, rpm generator rotation. The result showed that the mean flow rate were 0,040 m blade /s at the 8 blades; 0,047 /s at the 10 blade and 0,048 /s at the 12 blade. The mean electric power was 161.180 Watt at the 8 blades; 175.120 Watt at the 10 blade; and 181.380 Watt at the 12 blade. Electric voltage mean was 7.418 volts at the 8 blade; 7.582 volts at the 10 blade of; 8.242 volts and at the 12 blade. Mean of the water miil rpm was at the 64.618 rpm at the 8 blade; was 66.190 rpm at the 10 blade; was 67.480 rpm at the 12 blade. The mean generator Rpm 1332.744 rpm at the blade; 1369.605 rpm at the 10 blade and 1391.781 rpm at the 12 blade Keywords: water mill, Irrigation, Blade, Electrical Power PENDAHULUAN Pengembangan energi secara besarbesaran sampai saat ini masih mengacu kepada eksploitasi sumber daya alam dengan cara konvensional, yaitu pembangkit energi tenaga uap, tenaga diesel, dan tenaga nuklir, padahal diyakini sumber daya ini akan habis pada suatu waktu tertentu ke depan. Sumber-sumber energi lain yang berasal dari alam yang dapat diperbaharui seperti tenaga pasang surut air laut, tenaga panas matahari, tenaga panas bumi, tenaga angin, dan medan magnet hidrodinamik tidak begitu berkembang karena hinga saat ini besarnya energi yang dihasilkan oleh ketiga sumber utama tersebut, kontribusinya masih sangat kecil (Tantrawati, dkk, 2007). Krisis energi adalah masalah yang sangat fundamental di Indonesia, khususnya masalah energi listrik. Energi listrik merupakan energi yang sangat diperlukan bagi manusia, semakin berkembangnya teknologi menjadikan meningkatnya pemakaian energi listrik pada alatalat pertanian, sehingga dibutuhkan alternatif untuk memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut dengan memanfaatkan saluran irigasi yang ada di daerah Medan Krio salah satu daerah irigasi yang ada di Sumatra Utara yang merupakan jaringan irigasi teknis. Saluran irigasi merupakan bangunan pembawa yang berfungsi membawa air dari bangunan utama sampai ketempat yang memerlukan. Saluran pembawa ini berupa : 1. Saluran Primer (Saluran Induk) yaitu saluran yang lansung berhubungan dengan saluran bendungan yang fungsinya untuk menyalurkan air dari waduk ke saluran lebih kecil 2. Saluran Sekunder yaitu cabang dari saluran primer yang membagi saluran induk kedalam saluran yang lebih kecil (tersier) 3. Saluran Tersier yaitu cabang dari saluran sekunder yang langsung berhubungan dengan lahan atau menyalurkan air ke saluran-saluran kwarter Saluran irigasi sekunder di daerah tersebut dapat dimanfaatkan sebagai sumber air yang memiliki beda tinggi, sehingga dapat digunakan sebagai sumber untuk pembangkit listrik. Pada pembuatan pembangkit listrik digunakan sebuah kincir air, dimana salah satu komponen kincir tersebut adalah sudu. Kinerja kincir air dipengaruhi oleh jumlah sudu yang terdapat dalam kincir tersebut. Jumlah sudu kincir sangat menentukan banyaknya gelembung air yang dihasilkan dan kemudian akan menentukan besarnya daya listrik yang dihasilkan dari saluran tersebut. Dengan melakukan perbandingan dari jumlah sudu kincir diharapkan dapat diperoleh variasi daya yang dihasilkan pula. Sebuah Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) mengubah energi dari air yang bergerak menjadi 78
energi listrik dangan mempergunakan sebuah turbin air yang terpasang pada generator listrik. Sebagaimana diketahui dalam ilmu fisika, setiap benda dan juga air, yang berada dipermukaan bumi, memiliki energi potensial yang berbentuk rumus berikut : E = m.g.h (1) dimana : e = energi potensial (Joule) m = massa (kg) g = percepatan gravitasi (m.s -1 ) H = tinggi relative pada permukaan bumi (m) Dari rumus diatas dapat dijabarkan : de = dm.g.h...(2) Bilamana de merupakan elemen energi yang dibangkitkan oleh elemen massa dan melalui jarak tinggi H. Bilamana Q didefinisikan sebagai debit air dapat ditulis: Q = dm/dt..(3) Maka dapat dirumuskan : dimana : P = ρ. g. Q. H. (4) P = daya (watt) (Kadir. 1996). ρ = massa jenis (kg.m -3 ) g = gravitasi (m 2.s -1 ) H = tinggi terjun (m) Q = debit air (m 3.s -1 ) Spesifikasi alat pembangkit listrik tenaga air irigasi terdiri atas kincir air yang digunakan untuk merubah energi air yang mengalir menjadi energi kinetis dalam bentuk energi putaran, sudu berfungsi sebagai 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, generator putaran kincir dan debit air, 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 dan pulley Untuk menghitung kecepatan atau ukuran roda transmisi, putaran transmisi penggerak dikalikan diameternya adalah sama dengan putaran roda transmisi yang digerakkan dikalikan dengan diameternya. Spesifikasi alat dapat dilihat pada Gambar 1. Keterangan : 1. Sudu 2. Pulley 3. V-belt 4. Generator 5. Rangka kincir Gambar 1. Spesifikasi alat Pembangkit Listrik Tenaga Air Irigasi BAHAN DAN METODE Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Lingkar sepeda sebagai kincir air, generator sebagai pengubah energi gerak menjadi energi listrik, pulley sebagai pengatur putaran kincir, v-belt sebagai penyambung pulley, stopwatch sebagai alat untuk menghitung waktu, kamera untuk mendokumentasikan penelitian, saluran irigasi sebagai sumber air yang akan dimanfaatkan, perlengkapan tulis untuk mempermudah pengolahan data. Penelitian ini menggunakan rancang acak lengkap (RAL) non-faktorial dengan 3 kali ulangan di setiap perlakuan. Dengan menggunakan jumlah sudu kincir berupa 8 sudu, 10 sudu dan 12 sudu. 79
HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, secara umum dapat diketahui bahwa perbedaan jumlah sudu pada kincir memberikan pengaruh terhadap putaran kincir, putaran generator, tegangan listrik dan daya listrik. Debit Air Debit adalah suatu koefisien yang menyatakan banyaknya air yang mengalir dari suatu sumber per satuan waktu, biasanya diukur dalam satuan m³ per detik. Dalam pengukuran debit air secara tidak langsung, yang perlu diperhatikan adalah kecepatan aliran dan luas penampang aliran. Untuk mengetahui nilai debit pada saluran primer digunakan pipa paralon, agar mempermudah dalam mengukur debit air, mempermudah dalam menentukan titik jatuh air. Dari penelitian diperoleh nilai debit air yang dapat dilihat pada tabel berikut ini. Tabel 1. Debit dengan sudu 8, 10 dan 12 (m 3.s -1 ) Jumlah Sudu Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60 Rataan 8 0,035 0,046 0,045 0,037 0,030 0,042 0,041 0,040 10 0,042 0,048 0,047 0,042 0,052 0,051 0,050 0,047 12 0,042 0,050 0,037 0,050 0,048 0,052 0,056 0,048 Dari Tabel 1 dapat dilihat bahwa semakin banyak jumlah sudu, semakin besar debit air. Pada kincir dengan 8 sudu diperoleh rataan debit air sebesar 0.040 m 3.s -1 ), 10 sudu sebesar 0.047 m 3.s -1 ) dan pada sudu 12 diperoleh debit sebesar 0.048 m 3.s -1 ). Berdasarkan Luther dan Erwin (2012) 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 pada saluran tersebut. Putaran Kincir persentase putaran kincir. Hasil uji (Duncan Multiple Range Test) pengaruh jumlah sudu terhadap persentase putaran kincir untuk tiap-tiap perlakuan dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Uji pengaruh perlakuan jumlah sudu terhadap putaran kincir (rpm) Jarak 0.05 0.01 Perlakuan Rataan 0.05 0.01 8 64.618 a A 2 0.464208 0.636079 10 66.19043 b B 3 0.48702 0.663422 12 67.48029 c C Putaran kincir berbanding lurus dengan jumlah sudu pada kincir, semakin banyak jumlah sudu kincir maka jumlah putaran kincir akan semakin besar dan semakin sedikit jumlah sudu kincir maka jumlah putaran kincir akan semakin kecil. Putaran kincir juga berbanding lurus dengan debit air pada saluran tersebut. Menurut Napitupulu dan Fritz (2013) kecepatan putaran akan semakin besar seiring dengan penambahan jumlah sudu dan debit air yang jatuh mengenai kincir. Debit air yang jatuh mengenai kincir akan menentukan cepat atau lambatnya kincir berputar. Putaran generator persentase putaran generator. Hasil uji (Duncan Multiple Range Test) pengaruh jumlah sudu terhadap persentase putaran generator untuk tiap-tiap perlakuan dapat dilihat pada Tabel 3. Pada Tabel 3 dapat dilihat perlakuan yang satu berbeda sangat nyata terhadap perlakuan lainnya. Perlakuan jumlah sudu 8 berbeda sangat nyata dengan perlakuan jumlah sudu 10 demikian juga terhadap perlakuan jumlah sudu 12. Dan perlakuan jumlah sudu 10 juga berbeda sangat nyata terhadap jumlah sudu 12. 80
Tabel 3. Uji pengaruh perlakuan jumlah sudu terhadap putaran generator (rpm) Jarak 0.05 0.01 Perlakuan Rataan 0.05 0.01 8 1332,744 a A 2 9.241822 12.66357 10 1369,605 b B 3 9.695981 13.20794 12 1391,781 c C Tegangan Listrik tegangan listrik. Hasil uji (Duncan Multiple Range Test) pengaruh jumlah sudu terhadap persentase tegangan listrik untuk tiap-tiap perlakuan dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Uji pengaruh perlakuan jumlah sudu terhadap tegangan listrik (Volt) Jarak 0.05 0.01 Perlakuan Rataan 0.05 0.01 8 7.418 A A 2 0.080827 0.110753 10 7.582 B B 3 0.084799 0.115514 12 8.242 C B Pada Tabel 4 dapat dilihat perlakuan yang satu berbeda sangat nyata terhadap perlakuan lainnya. Perlakuan jumlah sudu 8 berbeda sangat nyata dengan perlakuan jumlah sudu 10 demikian juga terhadap perlakuan jumlah sudu 12. Dan perlakuan jumlah sudu 10 juga berbeda sangat nyata terhadap jumlah sudu 12. Tegangan Listrik per satuan waktu Hasil penelitian menunjukkan tegangan listrik tertinggi terdapat jumlah sudu 12 dan terendah pada jumlah sudu 8. Hal ini dipengaruhi oleh debit aliran air, pada jumlah sudu 12 debit terendah pada menit ke-20 sebesar 0,037 m 3 /s dan tertinggi pada menit 60 sebesar 0,056 m 3 /s dan putaran terendah pada menit 20 sebesar 66,340 m 3 /s tertingi pada menit ke-60 sebesar 68,270 m 3 /s. Pada jumlah sudu 10, debit terendah pada menit ke-30 sebesar 0,042 m 3 /s dan tertinggi pada menit ke-40 sebesar 0,052 m 3 /s dan putaran terendah pada menit 30 sebesar 65,342 m 3 /s tertingi pada menit ke-40 sebesar 67,74 m 3 /s. Pada jumlah sudu 8, debit terendah pada menit ke-40 sebesar 0,030 m 3 /s dan tertinggi pada menit ke-10 sebesar 0,046 dan putaran terendah pada menit 40 sebesar 64,10 m 3 /s tertingi pada menit ke-10 sebesar 65,240 m 3 /s. Besar dan kecilnya debit dipengaruhi oleh banyaknya sampah yang menghambat laju aliran pada saluran irigasi tersebut. Daya Listrik memberikan pengaruh nyata terhadap persentase daya listrik. Hasil uji (Duncan Multiple Range Test) pengaruh jumlah sudu terhadap persentase daya listrik untuk tiap-tiap perlakuan dapat dilihat pada Tabel 5. Pada Tabel 5 dapat dilihat perlakuan yang satu berbeda sangat nyata terhadap perlakuan lainnya. Perlakuan jumlah sudu 8 berbeda sangat nyata dengan perlakuan jumlah sudu 10 demikian juga terhadap perlakuan jumlah sudu 12. Dan perlakuan jumlah sudu 10 juga berbeda sangat nyata terhadap jumlah sudu 12. Daya listrik yang didapat rendah karena generator tidak baik dan perkiraan yang didapat pada generator tersebut sekitar 1500 watt. Tabel 5. Uji pengaruh perlakuan jumlah sudu terhadap daya listrik (Watt) Jarak 0.05 0.01 Perlakuan Rataan 0.05 0.01 8 161,180 a A 2 7,378001 10,10967 10 175,120 b B 3 7,740569 10,54426 12 181,380 b B 81
KESIMPULAN 1. Debit air rata-rata yang mengalir pada saluran irigasi pada perlakuan 8 sudu, 10 sudu dan 12 sudu yaitu 0,040 m 3 /s; 0,047 m 3 /s dan 0,048 m 3 /s. 2. Tegangan listrik rata-rata yang diperoleh pada 7,418 Volt; 7,582 Volt dan 8,242 Volt. 3. Daya listrik rata-rata yang diperoleh pada 161,180 Watt; 175,120 Watt dan 181,380 Watt. 4. Putaran kincir rata-rata yang diperoleh pada 64,618 rpm; 66,190 rpm dan 67,480 rpm. 5. Putaran generator rata-rata yang diperoleh pada perlakuan 8 sudu, 10 sudu dan 12 sudu yaitu 1332,744 rpm; 1369,605 rpm dan 1391,781 rpm. 6. Perlakuan jumlah sudu memberikan pengaruh sangat nyata terhadap daya listrik, putaran kincir, putaran generator dan memberikan pengaruh nyata terhadap tegangan. 7. Jumlah sudu berbanding lurus terhadap tegangan listrik, daya listrik, putaran generator dan putaran kincir. DAFTAR PUSTAKA Kadir. A, 1996. Pembangkit Tenaga Listrik. Universitas Indonesia Press, Jakarta. Luther, S dan Erwin, T.S. 2012. Analisa Performance Roda Air Arus Bawah untuk Sudu Plat Datar Dengan Variasi Jumlah Sudu Laju. Universitas Hasanuddin, Makassar. Napitupulu, J dan Fritz., 2013. Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro. Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung, Bandar Lampung Tantrawati, E dan Ruzardi,H. 2007. Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Sistem Daur Ganda Dengan Kolam Tunggal di Sumatra, Yogyakarta. 82