1
RANCANG BANGUN PROTOTYPE PEMPEMBANGKIT LISTRIK FLOATING HYDRO tensi ai r pada saluran saluran ir i r i g asi pasar asar bar bar u ke k ec. Pa P auh pad padang) ng ) (P otensi
TUGAS AKHIR
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Ahli Madya dari Politeknik Negeri Padang.
ALFIANTO BP. 1401031052
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK LI STRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI PADANG 2018
1
RANCANG BANGUN PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK FLOATING HYDRO ( Potensi air pada pada saluran irigasi pasar baru baru kec. Pauh Padang)
TUGAS AKHIR
Oleh :
ALFIANTO BP. 1401031052
Telah Disetujui oleh :
Pembimbing I
Nasrul Harun,ST.,M.Kom NIP. 19591122 198803 1 002
Pembimbing II
Ir. Salwin Anwar., MT NIP. 19580825 198803 1 002
1
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas akhir yang berjudul Rancang Bangun Prototype Pembangkit Listrik Floating Hydro ( Potensi Potensi Air Pada Saluran Irigasi Pasar Baru Kec. Pauh Padang) telah disidangkan atau dipertanggung jawabkan di depan tim penguji sebagai berikut pada hari Senin Se nin 21 Desember 2017 di Program Studi S tudi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang
NO.
1
Nama
Jabatan
Riza Widia,SST.,MT
Tanda Tangan
Ketua
1.
NIP. 19730219 200312 2 003 2.
Zas Ressy Aidha,SST.,MT
Sekretaris
2.
NIP. 19710207 200003 2 002 3.
Drs. Roswaldi SK,SST.,M.Kom
Anggota
3.
NIP. 19810625 201404 1 002 4
Nasrul Harun,ST.,M.Kom
Anggota
4.
NIP. 19591122 198803 1 002
Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ketua Program Studi Teknik Listrik
Dr. AFRIZAL YUHANEF, ST.,M.Kom
HERISAJANI,ST.,M.Kom
NIP. 196404291990031001
NIP. 196601301990031001
1
Ya Tuhanku, berilah aku ilmu pengetahuan dan masukanlah aku kedalam orang-orang yang salih. Dan jadikanlah bagiku pujian yang benar dalam (generasi) yang kemudian”.
i tu ada kemudahan. Apabila kamu telah selesai dengan sua tu pekerjaan, “ Sesungguhnya sesudah kesukaran itu maka lakukanlah pekerjaan yang lain dengan sungguh-sungguh”. sungguh-sungguh”.
Allah berfirman, Wahai para rasul! Makanlah dari (makanan) yang baik-baik, dan kerjakanlah kebajikan. Sungguh, Aku Maha Ma ha Mengetahui apa yang kamu kerjakan.”
“ Dan berdoalah, Ya Tuhanku, tempatkanlah aku pada tempat yang diberkahi, dan Engkau adalah sebaik- baik pemberi pemberi tempat ”.
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karunianya tugas akhir ini bisa penulis selesaikan. Shalawat beriringkan salam s alam tidak lupa penulis pen ulis kirimkan kepada Nabi Muhammad SAW yang telah membawa umatnya dari alam kebodohan sampai ke alam yang berilmu pengetahuan seperti saat ini. Terima kasih ya Allah SWT atas nikmat yang engkau berikan, baik itu suka, duka, cita, dan cinta. Dengan izinmu lah tugas akhir ini dapat penulis selesaikan tepat waktu……
Ya Allah...Ya Rabb terimakasih atas segala kemudahan yang Engkau berikan kepada hamba, alhamdulillah Engkau masih memberikan kesempatan kepada hamba untuk bisa membahagiakan kedua orang tua hamba dan memberikan sedikit kado kecil untuk beliau.Semoga Engkau selalu membimbing hamba agar bisa menjadi
2
sosok yang sabar dan gigih dalam berusaha, tidak mudah mengeluh dan bisa menghargai hidup yang Engkau berikan.
Ayah dan Ibu Bu, Ibu adalah permata dalam hatiku, penerang jalan hidupku, penawar luka hatiku, pengobat dukaku…Bu terima kasih atas support yang ibu berikan dari awal mulai kuliah sampai lulus, walupun begitu banyak cobaan dan kegagalan yang anto hadapi di saat anto Menyusun tugas akhir Ibu tetap memberikan semangat yang tiada henti supaya anto bisa melewati itu semua.. Bu kini anakmu telah selesai melaksanakan kuliahnya, Ibu yang dulu ingin bisa sekolah tinggi setelah tamat dari SMA tapi itu belum bisa terwujud, karena ekonomi orangtua Ibu yang tidak memadai,Ibu sedih karena tidak bisa melanjutkan pendidikan seperti orang lain yang mampu mencapai keinginannya.. Karena itu ibu memberikan fasilitas pendidikan untuk anaknya supaya pendidikan anaknya bisa melebihi pendidikan Ibu, yang sehat ya Ibu teguhkan diri Ibu… Alhamdulillah atas berkat do’a Ibu sekarang anakmu sudah menghabiskan masa perkuliahannya bukan berarti menghabiskan masa pendidikannya, karena ilmu itu tidak hanya didapatkan dari bangku sekolah tetapi bagaimana cara kita menjalin silaturrahmi..Anakmu mohon do’a agar setelah tamat ini Allah berikan keselamatan, kesehatan, kekuatan dan kemurahan rezeky agar mampu menjadi anak yang berbakti dan membahagiakan Ibu.. Bu ..Jaga diri Ibu, kesehatan Ibu , anakmu disini akan selalu mendo’akan Ibu walaupun jauah di mato tetapi akan selalu ado dihati anakmu Bu. Ayah..Tiada kata yang patut anakmu ucapkan melainkan ucapan terima kasih yang telah menafkahi kami dari jerih payah ayah..Ayah..anakmu akan selalu mendo’akan Ayah, jaga kesehatan Ayah, Kuatkan diri Ayah dan jaga Amak selalu Yah..
Segalanya dalam hidup Ananda, seberapa banyak pun Ananda menulis untaian kalimat dalam persembahan ini, sampai kapan pun pengorbanan, nasehat dan kasih sayang dari Ayah jo Ibu tak kan pernah tergantikan. Ibu mengajarkan Ananda untuk bisa menjadi laki-laki yang kuat, tangguh dan pantang menyerah. Ibu mengajarkan Ananda untuk bisa menjadi sosok laki-laki yang baik hatinya, sabar jiwanya dan santun tutur katanya. Banyak hal yang diajarkan kepada Ananda, tak kenal lelah untuk membimbing Ananda, selalu sabar menghadapi sikap Ananda yang masih seperti anak kecil, selalu merangkul erat saat Ananda mulai menangis, banyak yang ingin Ananda tuliskan Ayah, Ibu...Tapi...tak semuanya Ananda tuliskan dalam persembahan ini, semuanya akan Ananda ceritakan dalam do’a Ananda dan akan selalu Ananda jaga di dalam hati Ananda, toga dan gelar A.Md ini Ananda hadiahkan untuk Ayah dan Ibu, semoga kedepannya Ananda bisa memberikan kado indah lebih dari hari ini Yah, Bu...sehat selalu Ayah, Ibu...tersenyum selalu untuk kami anak Ayah Jo Ibu...doakan Kami mudah2an bisa menjadi anak yang barokah dunia dan akhirat Yah, Mak...Aamiin Ya Rabbal’alamiin..”My Trip My Adventure, My Parent Is My Supported”
Untuk Amak dan Kak Eva Terima kasih mak telah menjadi orang tua anto selama di Pariaman dan selalu memberikan semangat, motivasi di kala anto akan putus asa dengan cobaan.. amak selalu mengingat kan ingek diri ntoo...,itu duniaa nyeeehh”.. Walaupun anto bukan dari darah daging amak tapi amak selalu ada dan menganggap anto sebagai anak amak... amak selalu perhatian kalau anto belum makan dan kalau anto tak pulang kampung, amak selalu
3
mengkwatirkan anto dan menanyoan : ba a ndak pulang ,.. Lai ado samba, pulang lah japuik samba di kampung, begitu ucapan amak”. Mak kini anto alah salasai kuliah nyo makasih banyak atas doa nyo yo mak, doakan kelak anto menjadi anak yang berhasil dan sukses dunia akhirat, mudah-mudahan amak di beri kesehatan, panjang umur supaya kelak amak bisa melihat anto menjadi anak berguna bagi keluarga besar kita mak. I love you maak Untuk kak eva terima kasih telah memberikan anto nasehat yang mendidik selama anto kuliah di padang dan satu pesan kakak yang anto ingat tak perlu jadi orang pintar tapi berpandai-pandai lah di kuliahan, Dan terima kasih telah menambahkan uang jajan anto walaupun anto sudah ada kiriman dari ibu, kakak tetap bersikeras memberi..,walaupun kita hanya sepupuan tapi kakak menganggap anto sebagai adek sendiri...anto doakan semoga kakak selalu diberi kesehatan, panjang umur ,dan kemurahan rezeky, dan doakan adik mu ni yaaa kak. Semoga di beri kesehatan, kekuatan, dan kesuksesan dunia akhirat.. aamiin...
Untuk Adik kandung :, Yulia Nurfazri, Januardi Putra, Meisitah Nurfazri Yanti Tarimokasih banyak Iya , Iya satu-satunyo yang perhatian nyo salalu ado, yang salalu maingekan yang kaelok, yang selalu jadi teman curhat bang katiko abang ado masalah pribadi dengan cewek Abang, karena umua kito berjarak 1 tahun mangko ee iya cocok jadi teman dan sahabat untuk bercerita, tarimakasih banyak iya, pesan abg untuk iya jangan pernah pacaran, tu jadilah anak kebanggan untuk orang tua kita, rajin-rajin kuliah nya ya, abang doakan semoga iya lancar kuliah nya dan tahun depan bisa lulus tepat waktu dan mendapatkan nilai terbaik yang terpenting kesehatan di jaga ya. Doakan abang sukses dan berhasil dunia akhirat ya. aamiin Untuk Adiak bg Januardi Putra makasih yo supportnyo ka abang,Rajin-rajin belajarnyo jan berhuru-hara yang ndak jaleh, abg pasan ka bang jadi lah anak yang soleh, berbakti kepada Ibu dan ayah, Insya Allah bg dapek karajo bg tolongan pendidikan putra sampai Sarjana bia Ibu dan Ayah ndak terbeban bana….Untuak Meisitah , , abang pasan samo sitah jago diri sitah elok-elok yo karena sitah padusi, abang takuik sitah salah arah apolai sitah kini baru menginjak usia remaja jan salah bagaul, ingek pasan Ibu Ayah rajin-rajin belajarnyo supayo bsuak bisa merasoan kuliah mode abang ko, insyallah kalau abang sukses, berhasil dan diberi kesehatan serta panjang umua abang tolongan pendidikan sitah sampai tuntas, untuk adik-adiak abg doaan abang yo sukses dunia Akhirat aamiin... Pembimbing Akademik Teruntuk Pembimbing Akademik Firmansyah, ST.,MT, terimakasih telah menjadi orang tua saya selama saya menjalani masa kuliah ini, dan terimakasih atas pengalaman, ilmu dan kepercayaan yang telah Bapak berikan kepada saya.
Pembimbing Tugas Akhir Teruntuk Dosen Pembimbing Tugas Akhir saya Bapak Nasrul Harun, ST.,M.Kom dan Bapak Ir. Salwin Anwar,MT Terimakasih yang sebesar-besarnya saya ucapkan atas kesabaran, waktu dan ilmu yang bapak berikan. Mohon maaf saya pernah mengeluh atas tugas akhir ini pak, itu semua bukan ada maksud dari saya untuk
4
mendurhakai bapak, itu karena banyaknya gangguan terhadap saya pak. Saya bersyukur Pak, karena Allah masih melindungi saya dalam memperjuangkan tugas akhir ini sampai saya lulus siding tugas akhir ini pak, Itu semua tidak terlepas dari dorongan dan bimbingan bapak dalam membantu saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, Semangat ,arahan dan motivasi yang bapak berikan tidak akan pernah saya lupakan Pak.. Semua jasa bapak takkan terbalas oleh saya pak, semoga Allah memberikan yang terbaik buat bapak dan sehat selalu Pak.. Semoga kelak kita dipertemukan di-Surga-Nya Pak..Aamiin Ya Allah. Teman-teman Teknik Listrik 3C 14 Terima kasih kepada Kawan-kawan listrik angkatan 2014, terutama untuk listrik C tahun 2014,rival, alin, bonjo, Putra(chipuik), ketua, Jum, sheren, chupit, momo, fajri, yuman, dicky, ferdy, ardy, andre, anggy, teguh, vicky buy, vicky hidayat,didi, fauzan, rezi, Terima kasih telah menjadi kawan dalam suka maupun duka. Semoga kita sukses semua. Aamiin... aamiin... aamiin... Untuk Tim Floating Terima kasih kepada teman-teman seperjuangan tugas akhir, Dicky randa inspirasi yang memukau, Mhd Fajri(kareh angok) ide2 nyo yang ndak masuak diaka yang tetap bersikareh, walupun kita sering berdebat kita mempunyai tujuan yang sama untuk memwujudkan mimpi kita, semoga kelak kita bisa sukses sama-sama menjadi kebanggan bagi keluarga kita masing-masing dan bermanfaat untuk orang banyak, aamiin....aamiin.... Aamiin. mari kita buktikan teman- teman kita belum tertinggal jauh dari teman-teman kita yang terdahulu wisuda dan kerja, rezeky kita telah diatur. Jangan pernah takut lagi teman dengan kegagalan, karena dari kegagalan tu kita tau arti dari kesusksesan, butuh satu kesuksesan untuk menutupi beribu kegagalan. Keep strong my partners. Terima kasih putra telah memberikan nasehat dan support kepada Tim kami, teman yang begitu berpengaruh dalam listrik 3c bahkan diangkatan listrik 2014.
Untuk Mantan Terindah Terima kasih untuk mantan terindah (monica sabatini) terima kasih atas support dan doanya selama alfi kuliah walaupun di saat study kuliah alfi hampir selesai monic tak lagi bersama alfi, alfi masih tak percaya kita berpisah dengan cara yang tak alfi pahami,3 tahun kita bersama pupus sudah mimpi yang pernah kita buat, mungkin karena takdir allah kita di pisahkan, terimakasih telah menjadi teman spesial di hidup alfi, jaga diri monic baik-baik disana ya, Pesan alfi untuk monic jangan selalu bohongi bunda, jangan selalu melawan sama bunda,dan ingat nasihat bunda karena peran bunda sangat berpengaruh dalam hidup maupun kesuksesan monic, semoga kita bisa sukses sama-sama ya Nic, aamiin.... aamiin... aamiin ya allah.
Untuk Semua yang Mendo’akan
5
Tarimokasih banyak ka kawan-kawan, kakak-kakak, abang-abang, adiak-adiak, uda, uni, apak, ibuk, sanak family sdonyo yang alah mando’aan robi. Maaf ndak bisa sabuik an ciek ciek namun wak yakin tanpa do’a dari kasadonyo pasti wak ndak akan bisa sampai lulus tugas akhir ko dh.
Sekian dari Awak Alfianto…..
Ya Allah…… Jadikanlah karya kecilku ini bernilai guna untuk semua dan merupakan nilai ibadah bagiku, serta bernilai pahala disisi-Mu Amin Ya Robbalalamin..
1
ABSTRAK Protototype Pembangkit listrik tenaga floating hydro adalah istilah yang di gunakan untuk pembangkitan listrik tenaga air dengan sistim terapung ber kapasitas di bawah 5 kW. Aliran air untuk Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Floating Hydro (PPLTFH) tidak harus memanfaatkan aliran air yang deras, tapi dapat memanfaatkan aliran air yang berasal dari saluran irigasi maupun sungai yang ada. Air yang mengalir mempunyai potensial untuk Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Floating Hydro. Pada pembangkit listrik tenaga floating hidro digunakan pada saluran air irigasi pasa baru kecamatan pauh memutar kincir dengan daya air 542 watt. Kata kunci : Prototype pembangkit Listrik floating Hydro, saluran irigasi,dan kincir air
1
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahi R obbil „Aalamiin, Puji Syukur kehadirat Allah S ubhanahuwata‟ala berkat Rahmat dan Karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini yang berjudul Rancang Bangun Prototype Pembangkit Listrik Floating Hydro(Potensi air pada saluran irigasi pasar baru kec. Pauh Padang), seterusnya shalawat beserta salam teruntuk Rasulullah Shollallahu `Alaihi Wassalam.
Laporan ini disusun dengan tujuan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan perkuliahan pada Program Studi Teknik Listrik, Politeknik Negeri Padang Tahun 2017. Dalam menyelesaikan laporan ini, Penulis banyak mendapatkan bantuan dan dorongan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu Penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kepada kedua orang tua dan seluruh keluarga tercinta yang selalu mendo‟akan dan mendukung setiap langkah yang penulis tempuh dalam pen didikan.
2. Bapak Surfa Yondri, ST, SST, M.Kom. selaku Direktur Politeknik Negeri Padang. 3. Bapak Afrizal Yuhanef, ST., M.Kom., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang.
4. Bapak Herisajani ST.,M.Kom., selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Padang.
5. Bapak Nasrul Harun, ST.,M.Kom selaku Pembimbing I Penulis dalam pembuatan Tugas Akhir, yang telah memberikan banyak ilmu sehingga penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6. Bapak Ir. Salwin Anwar., MT selaku Pembimbing II Penulis dalam pembuatan Tugas Akhir, yang telah memberikan banyak ilmu dan masukan sehingga penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. Seluruh staf pengajar, staf teknisi, dan tenaga administrasi di Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang.
2
8. Untuk semua pihak yang telah membantu Penulis sampai laporan ini selesai. Penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan bisa menjadi amal jariyah penulis, serta menjadi inspirasi untuk dapat berkarya lebih baik lagi. Amin
Padang, 19 Agustus 2017
ALFIANTO Bp. 1401031052
1
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .......................................................................................... i DAFTAR ISI ....................................................................................................... 1 DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... iv DAFTAR TABEL .............................................................................................. vi BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1 1.1
Latar Belakang....................................................................................... 1
1.2
Tujuan ................................................................................................... 3
1.3
Perumusan Masalah ............................................................................... 3
1.4
Batasan Masalah .................................................................................... 3
1.5
Manfaat ................................................................................................. 4
1.6
Metode Pembahasan .............................................................................. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 6 2.1
Pengertian PLTA ................................................................................... 6
2.1.1 2.2
Klasifikasi PLTA ............................................................................ 7
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro ............................................. 11
2.2.1
Pengertian Mikro Hydro ............................................................... 11
2.2.2
Prinsip Kerja Mikro Hydro ........................................................... 12
2.3
Macam-macam Kincir Air dan Turbin Air ........................................... 13
2.3.1
Kincir Air (Water Wheel) .............................................................. 13
2.3.2
Turbin Air..................................................................................... 16
2.4
Potensi Energi Air................................................................................ 21
2.4.1
Metode Pengukuran Aliran Air ..................................................... 22
2.4.2
Pengukuran Debit Air ................................................................... 24
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT .................................. 28
2
3.1
Deskripsi Kerja Alat PPLTFH ............................................................. 28
3.2
Waktu dan tempat penelitian ................................................................ 29
3.3
Pengumpulan Data ............................................................................... 29
3.3.1
Tinggi Jatuh Air (Head) dan Panjang Pipa .................................... 29
3.3.2
Debit Air ...................................................................................... 33
3.3.3
Pemilihan Lokasi dan Potensi Air ................................................. 37
3.4
Perencanaan Alat Prototype Pembangkit Listrik Floating Hydro .......... 37
3.4.1
Perencanaan Komponen ................................................................ 38
3.4.2
Perencanaan dan Pembuatan Rangka ............................................ 42
BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA ...................................................... 44 4.1
Diameter dan luas Penampang Pipa ..................................................... 44
4.2
Pengukuran Head (Tinggi Jatuh Air) dan Panjang Pipa ......................... 44
4.2.1
Mengukur Sudut Evaluasi (Kemiringan Pipa) ............................... 46
4.3
Perhitungan Debit air ........................................................................... 47
4.4
Analisa ............................................................................................... 53
4.5
Pemilihan Jenis Kincir ......................................................................... 55
BAB V PENUTUP ............................................................................................ 57 5.1
Kesimpulan.......................................................................................... 57
5.2
Saran ................................................................................................... 58
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 59 LAMPIRAN ...................................................................................................... 60
1
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Kincir air Overshot ......................................................................... 13 Gambar 2. 2 Kincir air Undershot ...................................................................... 14 Gambar 2. 3 Kincir air Breatshot ........................................................................ 15 Gambar 2. 4 Kincir air Tub ................................................................................. 16 Gambar 2. 5 Turbin Pelton ................................................................................. 18 Gambar 2. 6 Sudu Turbin Turgo Dan Nozzle ...................................................... 19 Gambar 2. 7 Turbin Crossflow ........................................................................... 19 Gambar 2. 8 Turbin Francis ............................................................................... 21 Gambar 2. 9 Turbin Kaplan ............................................................................... 21 Gambar 2. 10 Pengukuran kecepatan aliran metode pe lampung .......................... 23 Gambar 3. 1 Pengukuran dengan Waterpass ....................................................... 31 Gambar 3. 2 Penentuan beda tinggi dengan Waterpass ....................................... 32 Gambar 3. 3 Pengukuran kecepatan aliran metode pelampung ............................ 35 Gambar 3. 4 Mengukur debit air menggunakan metode tampung ....................... 36 Gambar 3. 5 Saluran irigasi Masjid Raya Pasar Baru .......................................... 37 Gambar 3. 6 Block diagram sistim konversi PPLFH ........................................... 38 Gambar 3. 7 Design 3D kerangka PPLFH .......................................................... 42 Gambar 4. 1 Pengukuran panjang pipa PVC ....................................................... 45 Gambar 4. 2 Menghitung kecepatan aliran air metode pelampung ...................... 47 Gambar 4. 3 Metode tampungan air untuk pengukuran debit air ......................... 52 Gambar 4. 4 Kecepatan putaran kincir pada sistim air mengalir .......................... 54 Gambar 4. 5 Kincir air Undershoot .................................................................... 56
2
DAFTAR TABEL
Tabel 3. 1 Komponen Rancang Bangun PPLH .....Error! Bookmark not defined. Tabel 4. 1 Percobaan jarak tempuh pelampung ................................................... 48 Tabel 4. 2 Waktu pengisian air ke ember volume 20 liter.................................... 51 Tabel 4. 3 Putaran Kincir pada sistim air mengalir.............................................. 54 Tabel 4. 4 Putaran Kincir menggunakan dua sistim yaitu air mengalir dan pipa pesat................................................................................................................... 55
3
BAB I PENDAHULUAN 1.1.
Latar Belakang
Air merupakan potensi seiring dengan sumber energi yang besar, Karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh ) dan energi kinetic (pada air mengalir). Tenaga air (hydropower ) adalah energi yang di perolwh dari air mengalir, Energi yang di miliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis, untuk selanjutnya diubah menjadi energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak di lakukan dengan menggunakan kincir air dan turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air disungai. Kebutuhan listrik ini akan terus meningkat seiring dengan membaiknya kondisi
perekonomian,
pertambahan
jumlah
penduduk,
dan
peningkatan
pembangunan. Insfraktur ini merupakan salah satu syarat utama yang haru s di bangun seiring dengan pembangunan itu sendiri. Keterbatasan jumlah pembangkit ternyata tidak dapat mengimbangi pertumbuhan industry maupun tingkat social ekonomi masyarakat. Sedangkan infrastruktur ini merupakan salah satu prasyarat utama untuk investasi yang sekarang ini tengah di usahakan oleh pemerintah. Disisi lain pemenuhan pembangunan tenaga listrik untuk masyarakat umum terutama di perdesaan masih cukup rendah. “Indonesia dengan wilayahnya yang beriklim tropis dengan curah hujan yang tinggi dan kondisi topografi yang bergunung-gunung
dengan aliran sungai yang
berpotensi untuk dikembangkan sebagai pembangkit tenaga listrik. Potensi ini
4
sebagian besar tersebar di daerah pedesaan, sementara diperkirakan masih banyak penduduk desa yang belum menikmati energi listrik sehingga sangat tepat untuk mengembangkan pembangkit tenaga listrik”. (Edis Sudianto Sihombing : Pengujian Sudu Lengkung Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Air Sungai, 2009). Pembangkit listrik menggunakan energi terbarukan yang paling banyak digunakan yakni menggunakan energi potensial air (hydropower). Hidropower yang banyak digunakan diindonesia yakni berupa PLTA, PLT mikrohidro dan dalam skala kecil yakni pikohidro. Rancang bangun pembangkit pikohidro terapung bersifat portable digunakan dalam skala kecil dengan air sebagai tenaga penggerakknya. Tujuan dari prinsip terapung adalah untuk mempermudah pengoperasian. Jenis turbin yang digunakan pada pembangkit pikohidro yakni crossflow (aliran silang) sebab jenis turbin ini digunakan untuk tinggi terjun air antara 3-5 meter dengan debit air mencapai 30 3
m /detik dengan kapasitas maksimal 500 watt per pembangkit. (mahdi syukri, dkk : rancang bangun pembangkit listrik tenaga pikohidro sistem terapung, 2012). Dari latar belakang diatas terdapat jenis turbin dengan menggunakan ketinggian jatuh air 3-5 meter. Ketinggian tersebut tercapai jika wilayah sasaran berada didatarab tinggi, berbeda dengan wilayah pedesaan yang memiliki aliran sungai cendrung kurang dari 2 meter. Maka dari itu penulis membuat pembangkit listrik tenaga floating hydro. Teknologi prototype pembangkit listrik tenaga floating hydro merupakan teknologi yang di kembangkan di daerah perdesaan yang jauh dari jangkauan jaringan
5
listrik dengan aliran air sungai cendrung datar. Sumber energi listrik floating hydro sangat efisien dan ramah lingkungan dikarenakan pembangkit listrik floating hydro menggunakan sistim terapung di atas permukaan air sungai atau saluran irigasi air yang mengalir dan perhitungan tinggi jatuh air untuk memutar kincir. Pembangkit listrik tenaga floating hidro dapat di distribusikan kedaerah terpencil serta dapat di manfaatkan secara komersil dalam skala kecil untuk dapat mendorong terciptanya aktivitas pembangunan yang dapat meningkatkan taraf hidup masyrakat di perdesaan. Maka dari itu penulis tertarik untuk mengambil judul tugas akhir tentang “RANCANG BANGUN PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK FLOATING HYDRO ( Potensi Air pada saluran irigasi pasar baru kec. pauh padang ) 1.2.
Tujuan
Tujuan pembuatan Tugas Akhir ini adalah : 1. Mengetahui prinsip kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Floating Hydro 2. Menghitung debit air yang terdapat pada saluran air irigasi untuk Pembangkit Listrik Tenaga Floating Hydro. 3. Menentukan jenis kincir air yang sesuai pada Pembangkit Listrik Tenaga Floating Hydro. 4. Untuk mengetahui prinsip kerja Kincir yang digunakan. 1.3.
Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari Tugas Akhir ini sebagai berikut : 1. Bagaimana sistim kerja dari Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Floating hidro ? 2. Bagaimana metode untuk menentukan debit air?
6
3. Bagaimana pemilihan jenis kincir air yang tepat pada Pembangkit Listrik Tenaga Floating ? 4. Bagaimana cara kerja Kincir Air ? 1.4.
Batasan Masalah
Agar pembahasan Tugas Akhir ini tidak meluas, penulis membatasinya: 1. Perhitungan potensi energi air pada saluran irigasi untuk pembangkit listrik tenaga floating hidro. 2. Menentukan jenis kincir yang di gunakan dengan menyesuaikan kapasitas air yang ada. 3. Sistim kerja dari prototype pembangkit listrik tenaga floating hidro 1.5.
Manfaat
Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberikan manfaat : 1. Memperdayakan energi terbarukan yaitu potensi air guna menghasilkan energi listrik yang ramah lingkungan, dan sebagai energi terbarukan di harapkan dapat membantu daerah-daerah yang belum tersedianya pasokan listrik. 2. Prototype Pembangkit listrik Tenaga Floating hydro ini bisa sebagai sumber energi yang darurat jika terjadi bencana alam Karena sistim pembangkit ini lebih portable dan penggunaan nya cuma diapungkan diatas permukaan air yang mengalir. 1.6.
Metode Pembahasan
Metode pembahasan yang dipergunakan dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
7
1. Survey lapangan, berupa peninjauan lokasi dan diskusi dengan pihak pihak yang terkait. 2. Perencanaan
serta
pembuatan
alat
ukur
aliran
air
berbasisis
mikrokontroller pada Prototype pembangkit Listrik Floating Hydro. 3. Studi literature, berupa studi kepustakaan, studi internet, serta kajiankajian dari buku-buku dan tulisan yang berhubungan dengan kajian ini. 4. Pengambilan data, berupa seluruh data dari hasil pengujian di lapangan yang akan di analisa serta di lampirkan pada penulisan Tugas Akhir ini. 5. Diskusi, berupa Tanya jawab dengan dosen pembimbing, mengenai isi pengujian serta masalah-masalah yang timbul selama penyusunan Tugas Akhir ini.
8
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Pada
bab
ini
akan
dijelaskan
teori-teori
yang
mendukung
dalam
menyelesaikan Tugas akhir yang berjudul “Rancang Bangun Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Listrik Tenaga Floating Hydro(Potensi air pada saluran irigasi pasar baru Kec. Pauh Padang)” Teori yang dibahas adalah : 2.1. Pengertian PLTA
Pengertian pembangkit listrik tenaga air (PLTA) adalah pembangkit yang bekerja dengan cara merubah energi potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik (dengan bantuan generator). Pembangkit listrik temaga air konvensional bekerja dengan cara mengalirkan air dari dam ke turbin setelah itu air dibuang. Pada saat beban puncak air dalam lower reservoir akan di pompa ke upper reservoir sehingga cadangan air pada waduk utama tetap stabil. PLTA dapat beroperasi sesuai dengan perancangan sebelumnya, bila mempunyai Daerah Aliran Sungai (DAS) yang potensial sebagai sumber air untuk memenuhi kebutuhan dalam pengoperasian PLTA tersebut. Pada operasi PLTA tersebut tersebut, perhitungan keadaan air yang masuk pada waduk/dam tempat pengampungan air, beserta besar air yang tersedia dalam waduk/dam dan perhitungan besar air yang akan di alirkan melalui pintu saluran air untuk menggerakkan turbin sebagai penggerak sumber listrik tersebut, merupakan suatu keharusan untuk di miliki, dengan demikian control terhadap air yang masuk maupun yang didistribusikan ke pintu saluran air untuk menggerakkan turbin harus di lakukan
9
dengan baik, sehingga dalam operasi PLTA tersebut, dapat di jadikan sebagai dasar tindakan pengaturan efisiensi dan PLTA beroperasi sepanjang tahun, walaupun pada musim kemarau panjang. Kapasitas PLTA di seluruh dunia ada sekitar 675.000 MW, setara dengan 3.6 milyar barrel minyak atau sama dengan 24% kebutuhan listrik dunia yang digunakan oleh lebih 1 milyar orang. Dalam penentuan pemanfaatan suatu potensi sumber tenaga air bagi pembangkitan tenaga listrik di tentukan oleh tiga faktor yaitu : a. Jumlah air yang tersedia, yang merupakan fungsi dari jatuh hujan atau salju. b. Tinggi terjun yang dapat di manfaatkan, hal mana tergantung dari topografi daerah tersebut. c. Jarak lokasi yang dapat di manfaatkan terhadap adanya pusat-pusat beban atau jaringan transmisi. 2.1.1. Klasifikasi PLTA
Klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Air berdasarkan : a. Berdasarkan tujuan Hal ini di sebabkan karena fungsi yang berbeda-beda misalnya untuk mensuplai air, irigasi control banjir dan lain sebagainya disamping produksi utamanya yaitu : tenaga listrik. b. Berdasarkan keadaan hidrolik Suatu
dasar
klasifikasi
pada
pembangkit
listrik
tenaga
air
adalah
memperhatikan prinsip dasar hidrolika saat perencanaannya. Ada empat jenis pembangkit yang menggunakan prinsip ini, yaitu :
10
1) Pembangkit listrik tenaga air konvesional yaitu pembangkit yang menggunakan kekuatan air secara wajar yang di peroleh dari pengaliran air dan sungai. 2) Pembangkit listrik dengan pemompaan kembali air ke kolam penampungan yaitu pembangkitan menggunakan konsep perputaran kembali air yang sama dengan mempergunakan pompa, yang di lakukan saat pembangkit melayani permintaan tenaga listrik yang tidak begitu berat. 3) Pembangkit listrik tenaga air pasang surut yaitu gerak dan turun air laut menunjukkan adanya sumber tenaga yang tidak terbatas. Gambaran siklus air pasang adalah perbedaan naiknya permukaan air pada waktu air pasang dan pada waktu air surut. Air pada waktu pasang berada pada tingkatan yang tinggi dan dapat disalurkan ke dalam kolam untuk disimpan pada tingkatan tinggi tersebut. Air akan di alirkan ke laut pada waktu surut melalui turbin-turbin. 4) Pembangkit listrik tenaga air yang ditekan yaitu dengan mengalihkan sebuah sumber air yang besar seprti air laut yang masuk ke sebuah penurunan topografis yng alamiah, yang didistribusikan dalam pengoperasiaan ketinggian tekanan air untuk membangkitkan tenaga listrik. c. Berdasarkan sistim pengoperasian Pengoperasian bekerja dalam hubungan penyediaan tenaga listrik sesuai dengan permintaan, atau pengopersian dapat berbentuk suatu kesatuan sistim kisi-kisi yang mempunyai banyak unit.
11
d. Berdasarkan lokasi kolam penyimpanan dan pengatur. Kolam yang di lengkapi dengan konstruksi bendungan/tanggul. Kolam tersebut di perlukan ketika terjadi pengaliran tidak sama untuk kurun waktu lebih dari satu tahun. Tanpa kolam penyimpanan, pembangkit/instalasi di pergunakan dalam pengaliran keadaan normal. e. Berdasarkan lokasi dan topografi Instalasi pembangkit dapat berlokasi di daerah pegunungan atau daratan. Pembangkit di pegunungan biasanya bangunan utamanya berupa bendungan dan di daerah dataran berupa tanggul. f.
Berdasarkan kapasitas PLTA Menurut Mesonyi, berdasarkan output yang dihasilkan, pembangkit listrik tenaga air di bedakan atas : 1. Large-Hidro
: lebih dari 100 MW
2. Medium-Hidro
: antara 15-100MW
3. Small-Hidro
: antara 1-15MW
4. Mini-Hidro
: daya di atas 100 KW, di bawah 1 MW
5. Micro-Hidro
: antara 5 KW sampai 100 KW
6. Piko-Hidro
: output yang di hasilkan berkisar 100 W hingga
5KW, biasanya digunakan unrtuk penyedianenergi bagi komunitas kecil atau masyrakat pedesaan yang terpencil atau susah di jangkau. g. Berdasarkan ketinggian tekanan air 1. PLTA dengan tekanan air rendah kurang dari
: dibawah 15 m
2. PLTA dengan tekanan air menengah berkisar
: 15m - 70m
3. PLTA dengan tekanan air tinggi berkisar
: 71m – 250m
12
4. PLTA dengan tekanan air yang sangat tinggi
: diatas 250 m
h. Berdasarkan bangunan /kontrusi utama 1. Pembangkit listrik pada aliran sungai, pemilihan lokasi harus menjamin bahwa pengalirannya tetap normal dan tidak mengganggu bahan-bahan
kontruksi
pembangkit
listrik.
Dengan
demikian
pembangkit listrik walaupun mempunyai kolam cadangan untuk penyimpanan air yang besar, juga mempunyai sebuah saluran pengatur jalannya air kolam penyimpanan itu. 2. Pembangkit listrik dengan bendungan yang terletak di lembah, maka bendungan itu merupakan lokasi utama dalam menciptakan sebuah kolam penampung cadangan air, dan konstruksi bangunan terletak pada sisi tanggul. 3. Pembangkit listrik tenaga air dengan pengaliran terusan aliran air yang dialirkan melalui sebuah terusan ke kontruksi bangunan yang lokasinya cukup jauh dari kolam penyimpanan. Air dari lokasi bangunan di keringkan ke dalam sungai semula dengan suatu pengalihan aliran air. Pembangkit listrik tenaga air dengan pengalihan ketinggian, tekanan air di alirkan melalui sebuah sistim terowongan dam terusan yang menuju kolam cadangan diatas, atau aliran lain melaui lokasi bangunan ini. 2.2. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) 2.2.1
Pengertian Mikro Hidro
Mikro hidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang menggunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber
13
daya(resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari instalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Berdasarkan output yang di hasilkan pembangkit listrik tenaga air dibedakan atas : 1. Large-hydro : lebih dari 100 MW 2. Medium-hydro : antara 15-100 MW 3. Small-hydro : antara 1 – 15 MW 4. Mini-hydro : Daya diatas 100 kW, tetapi di bawah 1 MW 5. Micro-hydro : Output yang dihasilkan berkisar dari 5kW sampai 100 kW ; biasanya digunakan untuk penyedian energi bagi komunitas kecil atau masyarakat pedesaan yang terpendil atau susah di jangkau. 6. Pico-hydro : daya di keluarkan berkisar ratusan watt sampai 5kW Pembangkit listrik
mikro
hydro adalah
suatu
pembangkit
yang
dapat
menghasilkan energi listrik berkisar 5 kW sampai 100kW. Prinsip Kerja Mi kro hydro
2.2.2
Mikro hydro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu. Energi tersebut dimanfaatkan untuk memutar turbin yang dihubungkan dengan generator listrik. Mikro hydro bisa memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar, misalnya dengan ketinggian air 2,5 m bisa dihasilkan listrik 400 W. Mikro hydro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sumber energi), turbin dan generator.air yang mengalir dengan kapasitas tertentu di salurkan dengan ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (rumah turbin). Dirumah instalasi, air
14
tersebut akan menumbuk turbin dimana turbin akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian di transmisikan ke generator. Dari generator akan di hasilkan energi listrik yang akan masuk ke sistim control arus listrik, sebelum di alirkan ke rumah-rumah atau keperluan lainnya (beban). Begitulah secara ringkas proses mikro hidro merubah energi alairan air menjadi energi listrik. Energi yang di gunakan untuk menggerakkan turbin di dapatkan dari dua acara : 1. Dengan head : memanfaatkan beda ketinggian permukaan air (energi potensial sungai) 2. Tanpa head : memanfaatkan aliran sungai (energi kinetic sungai) Dimana head adalah jarak vertical atau besarnya ketinggian jatuhnya air. Semakin besarnya head umumnya akan semakin sedikit dan peralatan semakin kecil, dan turbin bergerak dengan kecepatan tinggi. Masalahnya adalah tekanan pipa dan kekuatan sambungan pipa harus kuat dan diperhatikan dengan cermat. 2.3
Macam-macam Kincir Air dan Turbin Air
2.3.1
Kincir Air ( Water Wheel)
Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi mekanik berupa torsi pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu :
Kincir Air Overshot
Kincir Air Undershot
Kincir Air Breastshot
Kincir Air Tub
15
1) Kincir Air Overshot
Gambar 2.1 Kincir Air Overshot Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian sudusudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar. Kincir air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis kincir air yang lain.
Keuntungan
- Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%. - Tidak membutuhkan aliran yang deras. - Konstruksi yang sederhana. - Mudah dalam perawatan. - Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.
Kerugian
- Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak. - Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi. - Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan. - Daya yang dihasilkan relatif kecil.
16
2) Kincir Air Undershot
Gambar 2.2 Kincir Air Undershot 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 .Tipe ini cocok dipasang pada perairan dangkal pada daerah yang rata. Tipe ini disebut juga dengan ”Vitruvian”. Disini aliran air berlawanan dengan arah sudu yang memutar kincir.
Keuntungan
- Konstruksi lebih sederhana. - Lebih ekonomis. - Mudah untuk dipindahkan.
Kerugian
- Efisiensi kecil. - Daya yang dihasilkan relatif kecil. 3) Kincir Air Breastshot
Gambar 2.3 Kincir Air Breastshot
17
Kincir air Breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki kinerja dari kincir air tipe under shot.
Keuntungan
- Tipe ini lebih efisien dari tipe under shot . - Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek - Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar
Kerugian
- Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit). - Diperlukan dam pada arus aliran datar. - Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot . 4) Kincir Air Tub
Gambar 2.4 Kincir Air Tub Kincir air Tub merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara horisontal dan sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini dapat dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot. Karena arah gaya dari
18
pancuran air menyamping maka, energi yang diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik.
Keuntungan
- konstruksi yang lebih ringkas. - Kecepatan putarnya lebih cepat.
Kerugian
- Tidak menghasilkan daya yang besar. - Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang lebih teliti. 2.3.2
Turbin air [2].
Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik.. Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Pengelompokan Turbin :
Turbin Impuls - High head : Pelton, dan Turgo - Medium Head : Cross-flow, Multi jet-pelton, dan Turgo - Low Head : Crossflow
19
Turbin Reaksi - Medium Head : Francis - Low Head : Prropeller, dan Kaplan
1) Turbin I mpuls
Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. a) Turbin Pelton.
Gambar 2.5 Turbin Pelton Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nosel . Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head .
20
Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil. Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi. b) Turbin Turgo
Gambar 2.6 Sudu Turbin Turgo Dan Nozzle Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle membentur sudu pada sudut 20o. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan. c)
Turbin Crossflow
Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang
21
merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec dan head antara 1 s/d 200 m.
Gambar 2.7 Turbin crossflow Turbin Crossflow menggunakan nozlle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner . Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. 2)
Turbin Reaksi
Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin. a) Turbin Francis
Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial . Sudu pengarah pada turbin Francis dapat merupakan suatu
22
sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.
Gambar 2.8 Turbin Francis b) Turbin Kaplan & Propeller
Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin reakasi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu.
Gambar 2.9 Turbin Kaplan 2.4. Potensi Energi Air
Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air ( Hydropower ) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan
23
dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada kecepatan aliran air dan debit air. Kecepatan aliran air akan menghasilkan putaran pada turbin yang akan menghasilkan energi listrik. 2.4.1
Metode Pengukuran Aliran air
1. Penggunaan Current meter elektromagnetik Secara umum, current meter yang di gunakan untuk mengukur aliran sungai adalah tipe sekrup. Tetapi sekarang, sebuah current meter elektromagnetik yang tidak memiliki bagian putaran ada di pasar. Ini sesuai untuk mengukur aliran sungai pada sebuah lokasi hydro skala kecil. Ukuran nya ringan, dan dapat mengukur bahkan pada sungai dangkal sekali pun. Pada kasus survei untuk pembangunan pembangkit listrik tenaga air skala kecil, sebuah metode sederhana berikut ini cukup untuk mengukur dengan menggunakan current meter elektromagnetik. 2. Pengukuran menggunakan pelampung Pengukuran kecepatan aliran dengan menggunakan pelampung dapat di lakukan apabila di kehendaki besaran kecepatan aliran dengan tingkat ketelitian yang relatif rendah, cara ini masih dapat di gunakan untuk praktek dalam keadaan : a. Untuk memperoleh gambaran kasar tentang kecepatan aliran, b. Karena kondisi sungai yang sangat sulit di ukur, misalnya dalam keadaan banjir, sehingga dapat membahayakan petugas pengukur.
24
Cara pengukuran adalah dengan prinsip mencari besarnya waktu yang di perlukan untuk bergeraknya pelampung sepanjang jarak tertentu. Selanjutnya kecepatan rata-rata arus di dekati dengan nilai panjang jarak tersebut di bagi dengan waktu tempuhnya. Pengukuran dapat di lakukan dengan cara sebagai berikut ini : 1. Menetapkan satu titik pada salah satu sisi saluran air irigasi, misalnya ditandai dengan patok kayu atau pohon dan satu titik yang lain di seberang sungai yang jika di hubungkan dua titik tersebut akan berupa garis tegak lurus arah aliran. 2. Mentukan jarak L, misalnya 2 meter dan garis yang dibuat pada langkah pertama dan membuat garis yang sama(tegak lurus aliran) pada titik sejauh L tersebut. 3. Menghanyutkan pelampung pada tempat di hulu garis pertama, langsung menekan tombol stopwatch dan mengikuti terus pelampung tersebut. Pada saat pelampung melewati garis kedua stopwatch di tekan kembali, sehingga akan di dapat waktu aliran pelampung yang di perlukan, yaitu T. 4. Kecepatan arus dapat di hitung dengan L/T (m/det). Berikut adalah gmabar 3.3. pengukuran kecepatan aliran pada saluran irigasi dengan pelampung:
s
V=
Gambar 2.10 Pengukuran kecepatan aliran saluran irigasi metode pelampung
25
Perlu di perhatikan bahwa cara ini akan mendapatkan kecepatan arus pada permukaan, sehingga untuk memperoleh kecepatan rata-rata pada penampang sunga i hasil hitungan perlu di koreksi dengan koefisien antara 0.85 – 0,95. Selain itu pengukuran dengan cara ini harus di lakukan beberapa kai mengingat distribusi aliran permukaan air yang tidak rata. Dianjurkan paling tidak pengukuran dilakukan 3 kali, kemudian hasilnya di rata-ratakan. 2.4.2
Pengukuran Debit Air
Dalam hidrologi di kemukakan, debit air sungai adalah, tinggi permukaan air sungai yang terukur oleh alat ukur permukaan air sungai. Kemampuan pengukuran denit aliran sangat di perlukan untuk mengetahui potensi sumber daya air di suatu wi layah. Debit aliran dapat di jadikan sebuah alat untuk monitor dan mengetahui neraca air suatu kawasan melalui pendekatan potensi sumber daya air permukaan yang ada. Untuk mengukur besar debit air dapat menggunakan persamaan, sebagai berikut : Q = V x (l x d)
V = ......................................1
Dengan : Q = Debit Aliran sungai ( s) V = Kecepatan Aliran Sungai (m/s) l = Lebar sungai (m) d = Kedalaman sungai (m) s = Jarak titik A-B (m) t = waktu (dtk)
26
Dengan memanfaatkan debit air dan kecepatan aliran sungai ini, maka energi yang tersedia merupakan energi kinetis. Besarnya energi yang tersedia dapat kita hitung dengan rumus berikut ini :
E = x m x ......................................................2 Dengan : E = Energi kinetis ( joule) V= Kecepatan Aliran sungai (m/s) m = massa air (kg) Daya air yang tersedia sebagai berikut : P=
x g x Q x ........................................3
Dengan : P = Daya air (watt )
= Massa jenis air = 1000 kg/ g = Gravitasi
= 9.8 m/
Q = Debit air ( /s)
h= Head a. Head (Tinggi Jatuh Air) Tinggi Jatuh Air netto adalah jatuh air yang dapat di manfaatkan untuk melakukan kerja turbin atau perbedaan jumlah tinggi jatuh air pada pemasukan (inlet) dan (outlet ) dari turbin. Untuk dapat mengetahui jatuh air secara pasti maka di lakukan pengukuran secara langsung di lapangan, karena tinggi jatuh air di tentukan oleh kondisi alam. Ada beberapa metode yang di gunakan untuk mengukur ketinggian jatuh air :
27
1. Menggunakan selang transparan 2. menggunakan GPS (Global Positioning system) 3. Menggunakan Meteran pandang Maka dari metode pengukuran diatas dapat menggunakan teorema Phytagoras yaitu :
h
s
a maka :
= ...................................4 Dimana : s = panjang pipa pesat h = ketinggian jatuh air dapat di ketahui besar a dengan memasukkan data yang ada ke rumus dan juga dapat di ketahui jua besar sudut kemiringan dari pipa penstock yaitu dengan menggunakan rumus : tan = h/a .......................................................................................5 b. Penampang Pipa Pesat
28
Pipa pesat merupakan pipa yang membawa air jatuh ke arah mesin turbin. Disamping itu pipa juga mempertahankan tekanan air jatuh sehingga energi di dalam gerakan air tidak terbuang. Air di dalam pipa pesat tidak boleh bocor karena akan mengakibatkan kurangnya tekanan air.
29
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1
Deskripsi kerja alat Prototype Pembangkit Listrik Tenaga F loating hydro
Prototype pembangkit listrik floating hydro adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang memanfaatkan energi aliran sungai sebagai tenaga penggeraknya. Rancang bangun prototype pembangkit listrik ini menggunakan sistem terapung, dengan tujuan agar pengoperasiannya lebih mudah dan dapat ditempatkan sesuai kebutuhan penggunaannya. Prototype pembangkit listrik floating hydro menggunakan jenis kincir undershot dengan diameter 50 cm dan lebar kincir 30 cm serta menggunakan sistem transmisi 3 tingkat.
3
Dengan debit air mencapai 2,04 m /s.
Sehingga aplikasinya sangat tepat untuk digunakan sebagai pembangkit listrik. Pembangkit listrik floating hydro juga menggunakan sistem penyimpanan energi berupa Accumulator. Penggunaan accumulator pada pembangkit listrik floating hydro berfungsi sebagai pensuply arus eksitasi Alternator. Kapasitas produksi energi listrik yang dihasilkan oleh prototype pembangkit listrik floating hydro bisa mencapai 500 VA dan tergantung pada accumulator yang digunakan. Karena Prototype Pembangkit listrik floating hydro mempunyai sumber energi yang selalu tersedia, maka di harapkan alat ini dapat menjadi energi alternatif bagi masyarakat. 3.2
Waktu Dan Tempat Penelitian
Adapun penelitian tugas akhir yaitu perencanaan potensi air pada prototype pembangkit listrik tenaga floating hydro ini dilaksanakan dengan menghitung debit
30
aliran air pada saluran irigasi depan masjid raya pasar baru. Penelitian tugas akhir ini dilaksanakan pada Agustus s.d November 2017. 3.3
Pengumpulan Data
Untuk pengumpulan Data pada pembangkit listrik tenaga floating hydro ini bersifat primer, maksudnya datanya di peroleh secara langsung pada lokasi penelitian. Perolehan data di dapatkkan dengan melakukan beberapa metode pengukuran. 3.3.1. Tinggi jatuh Air( H ead ) dan Panjang Pipa
1. Menggunakan WaterPass Waterpass bertujuan untuk menetukan beda tinggi antara titik – titik di permukaan atas permukaan bumi secara teliti. Tinggi suatu objek diatas permukaan bumi di tentukan dari suatu bidang referensi, yaitu bidang yang ketinggiannya dianggap nol. Dalam geodesi, bidang ini dianggap sebagai bidang geoid , yaitu bidang equipotensial yang berimpit dengan permukaan air laut rata-rata (mean sea level). Bidang equipotensial di sebut juga bidang nivo. Bidang ini selalu tegak luruk dengan arah gaya berat di mana saja di permukaan bumi. Agar dapat di gunakan di lapangan, alat ukur waterpass harus memenuhi syarat tertentu, baik syarat utama yang tidak dapat di tawar-tawar lagi maupun syarat tambahan yang dimaksudkan untuk memperlancarkan pelaksanaan pengukuran di lapangan. Adapun syarat-syarat pemakaian alat waterpass pada umumnya adalah : a. Syarat dinamis
: sumbu l vertical
b. Syarat statis, antara lain : - Garis bidik teropong sejajar dengan garis arah nivo
31
- Garis arah nivo tegak lurus sumbu I - Garis mendatar diafragma tegak lurus sumbu I Urutan persyaratan statis memang demikian. Namun agar pengaturan nnya lebih sistimatis dan tidak berulang-ulang, urutan pengaturannya di balik dari poin 3 ke 1. 1. Mengatur garis mendatar diagfragma tegak lurus sumbu 1 Pada umumnya garis mendatar diagfragma (benang silang mendatar ) telah dibuat tegak lurus sumbu 1 oleh pabrik yang memproduksi alat ukur. 2. Mengatur arah garis arah nivo tegak lurus I Pada alat ukur waterpass tipe semua tetap tanpa sekrup ungkit, syarat penting sekali. Namun pada alat sekrup ungkir, syarat ini agak sedikit longgar karena apabila ada sedikit pergeseran nivo dalam pengukuran, dapat di seimbangkan dengan sekrup ungkir ini. Adapun maksud dari persyaratan ini adalah apabila sumbu I telah di buat vertical , kemana pun teropong di putar, gelembung nivo akan tetap seimbang. Ini berarti garis bidik selalu mendatar karena garis bidik telah dibuat sejajar dengan garis arah nivo. 3. Membuat garis bidik Sejajar garis Arah nivo Pada alat ukur waterpass, yang di perlukan adalah garis bidik mendatar untuk mengetahui apakah garis bidik sudah betul-betul mendatar atau belum digunakan nivo tabung. Jika gelembung nivo seimbang, garis arah nivo pasti mendatar. Dengan demikian, jika kita bisa membuat garis bidik sejajar dengan garis arah nivo, garis arah
32
nivo pasti pasti mendatar. Jarak bidik optimum Waterpass berkisar antara 40-60 m. Berikut Gambar 3.1 contoh pengukuran menggunakan waterpass :
Gambar 3.1. Pengukuran dengan Waterpass Apabila alat didirikan diantar dua buah rambu, maka antara dua buah rambu dinamakan slag yang terdiri dari bidikan ke rambu muka dan rambu belakang. Selain garis bidik atau benang tengah (BT), Teropong juga di lengkapi dengan benang yaitu benang atas (BA) dan benang bawah (BB). Selain untuk pengukuran jarak optis, Pembacaan BA dan BB juga sebagai control pembacaan BT di mana seharusnya pembacaan 2BT = BA + BB. Apabila jarak antara dua buah titik yang akan di ukur beda tingginya relatif jauh, maka di lakukan pengukuran berantai. Pada metode ini, pengukuran tak dapat di lakukan dengan satu kali berdiri alat. Oleh karena itu antara dua buah titik kontrol yang akan berurutan dibuat beberapa slag dengan titik-titik bantu dan pengukurannya dibuat secara berantai (differential lavelling).
33
Seperti halnya pengukuran jarak antara dan sudut, pengukuran beda tinggi juga tidak cukup di lakukan dengan sekali jalan, tetapi di buat pengukuran pergi pulang, yang pelaksanaannya dapat di lakukan suatu hari (dinamakan seksi), serta di mulai dan diakhiri pada titik tetap. Gabungan beberapa seksi dinamakan trayek. Persamaaan yang berlaku dalam waterpass : a. Waterpass terbuka : h akhir- h awal b. Waterpass tertutup : 0 Berikut adalah gambar 3.2 penetuan beda tinggi dengan waterpass
Gamabar 3.2. Penentuan beda tinggi dengan Waterpass Keterangan gambar : A dan B
: titik diaatas permukaan bumi yang akan di ukur beda tingginya
R dan J
: bacaan atau tinggi garis mendatar di titik A dan B
Hr dan Hj
: ketinggian titik A dan B diatas bidang referensi
: beda tinggi antara titik A dan B
34
3.3.2.
Debit air
Penetuan debit air pada saluran irigasi dapat di laksanakan dengan cara pengukuran aliran dan cara analisis. Pelaksanaan pengukuran debit saluran saluran irigasi dapat di lakukan secara langsung dan tidak langsung, yaitu dengan melakukan pendataan terhadap parameter alur sungai dan tanda bekas banjir. Dalam hidrologi maslaah penentuan debit air saluran irigasi dengan cara pengukuran termasuk dalam bidang hidrometri, yaitu ilm yang memperlajari masalah pengukuran air atau pengumpulan data dasar untuk analisis mencakup data tinggi muka air, debit dan sedimnetasi. 1. Pengukuran debit secara langsung Besarnya aliran tiap waktu atau di sebut dengan debit, akan tergantung pada luas tampang aliran dan kecepatan aliran rata. Pendekatan nilai debit dapat di lakukan dengan cara mengukur kecepatan aliran tersebut. Cara ini merupakan prosedur umum dalam melakukan debit sungai secara langsung. Pengukuran luas tampang aliran di lakukan dengan mengukur tinggi muka air dan lebar dasar alur sungai. Untuk mendapatkan hasil yang lebih teliti, pengukuran tinggi muka air dapat di lakukan pada beberapa titik pada sepanjang tampang aliran. Selanjutnya debit aliran di hitung sebagai penjumlahan dan semua luasan pias tampang aliran yang terukur. Pengukuran kecepatan aliran di lakukan dengan dengan alat ukur kecepatan arus. Beberapa cara pengukuran kecepatan arus aliran sungai yang banyak di gunakan sebagai berikut ini.
35
a). Pengukuran menggunakan pelampung Pengukuran kecepatan aliran dengan menggunakan pelampung dapat di lakukan apabila di kehendaki besaran kecepatan aliran dengan tingkat ketelitian yang relatif rendah, cara ini masih dapat di gunakan untuk praktek dalam keadaan : c. Untuk memperoleh gambaran kasar tentang kecepatan aliran, d. Karena kondisi sungai yang sangat sulit di ukur, misalnya dalam keadaan banjir, sehingga dapat membahayakan petugas pengukur. Cara pengukuran adalah dengan prinsip mencari besarnya waktu yang di perlukan untuk bergeraknya pelampung sepanjang jarak tertentu. Selanjutnya kecepatan rata-rata arus di dekati dengan nilai panjang jarak tersebut di bagi dengan waktu tempuhnya. Pengukuran dapat di lakukan dengan cara sebagai berikut ini : 5. Menetapkan satu titik pada salah satu sisi saluran air irigasi, misalnya ditandai dengan patok kayu atau pohon dan satu titik yang lain di seberang sungai yang jika di hubungkan dua titik tersebut akan berupa garis tegak lurus arah aliran. 6. Mentukan jarak L, misalnya 2 meter dan garis yang dibuat pada langkah pertama dan membuat garis yang sama(tegak lurus aliran) pada titik sejauh L tersebut. 7. Menghanyutkan pelampung pada tempat di hulu garis pertama, langsung menekan tombol stopwatch dan mengikuti terus pelampung tersebut. Pada saat pelampung melewati garis kedua stopwatch di tekan kembali, sehingga akan di dapat waktu aliran pelampung yang di perlukan, yaitu T. 8. Kecepatan arus dapat di hitung dengan L/T (m/det).
36
Berikut adalah gmabar 3.3. pengukuran kecepatan aliran pada saluran irigasi dengan pelampung:
s
V=
Gambar 3.3. Pengukuran kecepatan a liran pada saluran irigasi metode pelampung Perlu di perhatikan bahwa cara ini akan mendapatkan kecepatan arus pada permukaan, sehingga untuk memperoleh kecepatan rata-rata pada penampang sunga i hasil hitungan perlu di koreksi dengan koefisien antara 0.85 – 0,95. Selain itu pengukuran dengan cara ini harus di lakukan beberapa kai mengingat distribusi aliran permukaan air yang tidak rata. Dianjurkan paling tidak pengukuran dilakukan 3 kali, kemudian hasilnya di rata-ratakan.
b). Pengukuran menggunakan ember pengukuran debit air pada saluran irigasi dengan menggunakan ember dapat di lakukan dan diketahui berapa debit air yang dihasilkan pada volume air yang masuk ke ember yang berisi 20 L, dengan menyiapkan sebuah ember cat 20 L dan stopwatch dengan satuan L/detik. Pada saat pengambilan data debit air di anjurkan berulang-
37
ulang kali agar data yang di dapatkan bisa dirata-rata kan kembali supaya debit yang dihasilkan lebih akurat, kemudian air yang masuk sebanyak 20 liter dibagi dengan waktu yang dihasilkan saat pengisian. Berikut adalah gambar 3.4 mengambil data debit air menggunakan sistim tampung
Gambar 3.4. Mengukur debit air menggunakan metode tampung. 3.3.3. Pemilihan Lokasi dan potensi air
Protype pembangkit listrik tenaga floating hydro (PLTFH) pada dasarnya memanfaatkan energi potensial air mengalir dan jatuhan air. Semakin deras aliran air dan jatuhan air (head) maka semakin besar energi potensial air yang dapat di ubah menjadi energi listrik. Komponen sistim PLTFH tersebut terdiri dari pipa pesat tempat jalan saluran air. Dikarenakan tipe aliran air yang terdapat di saluran irigasi didepan masjid raya pasar baru cukup deras sangat cocok untuk pembangkit listrik tenaga floating hydro. Berikut adalah gambar 3.5 kondisi saluran air irigasi masjid raya pasar baru
38
Gambar 3.5. saluran irigasi masjid raya pasar baru. 3.4. Perencanaan alat Prototype Pembangkit Listrik Tenaga F loating H ydro
Perencanaan alat prototype pembangkit listrik floating hydro dilakukan dengan cara merencanakan skema pembangkitan energi listrik dalam blok diagram rancangan sistem konversi seperti yang terlihat pada Gambar 3.1 berikut ini.
Gambar 3.6 : Blok Diagram Sistem Konversi Prototype Pembangkit Listrik Floating Hydro Blok diagram diatas menjelaskan bahwa prototype pembangkit listrik floating hydro sistem mekanik berupa kincir air dan pully yang berfungsi mengkonversi energi potensial air sungai menjadi energi mekanik, selanjutnya energi mekanik akan memutar
Alternator/Generator,
energi
listrik
yang
dibangkitkan
oleh
39
Alternator/Generator
kemudian
selanjutnya
disimpan
dalam
Accumulator.
Accumulator juga berfungsi sebagai tegangan eksitasi Alternator/Generator. Selanjutnya energi listrik DC yang tersimpan pada accumulator dikonversi menjadi energi listrik AC menggunakan Inverter supaya dapat dibebani oleh beban listrik AC. 3.4.1
Perencanaan Komponen
Perencanaan
komponen
prototype
pembangkit
listrik
floating
hydro
diperlukan agar hasil pengujian sesuai dengan yang diinginkan dan mendapatkan hasil yang optimal. Adapun komponen yang digunakan pada prototype pembangkit listrik dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut. Tabel 3.1 Komponen Rancang Bangun Prototype Pembangkit Listrik Floating Hydro No Nama Komponen Spesifikasi Jumlah
1.
Alternator DC
12 Volt ; type M
1unit
2
Accumulator
12 Volt 3 Ah
1 unit
3
Inverter
500 Watt ; 12/24 DC to 220 AC
1 unit
4
MCB
1 Phasa ; 2 Ampere
1 buah
5
MCB
1 Phasa ; 6 Ampere
1 buah
6
Stop Kontak
1 Phasa
3 buah
7
Lampu Indikator
3 Watt ; 12 Volt DC
1 buah
8
Kabel
Type NYAM 2,5 mm
10 meter
9
Booster Clamps
500 Ampere
5 buah
10
Besi Plat Baja
Tebal 2 mm
½ Triplek
11
Besi Siku
Tebal 2 mm
6 meter
12
Akrilik
Tanpa warna; tebal 1.5 mm
½ Triplek
13
Pillow Pillow Block
Diameter saft 20 mm
6 buah
15
Pully
Type-V; 10 Inci
3 buah
16
Pully
Type-V; 4 Inci
2 buah
40
16
V-belt
Type A 53
1 Buah
17
V-belt
Type A-54
1 buah
18
V-bel
Type A-56
1 buah
19
Galon air
19 liter liter
4 buah
20
Pipa air
PVC 4 D
1 Buah
Adapun fungsi dari masing-masing komponen adalah sebagai berikut: 1) Alternator DC, DC, berfungsi sebagai alat pengubah energi kinetik menjadi energi listrik. 2) Accumulator, berfungsi sebagai media penyimpanan energi listrik sebelum disalurkan ke beban dan juga sebagai sebag ai sumber tegangan exitasi Alternator . 3) Inverter , berfungsi sebagai media pengubah energi listrik DC yang tersimpan di accumulator menjadi menjadi energi listrik AC. 4) MCB (Mini Circuit Breaker) 1 phasa 2 A, berfungsi sebagai pengaman beban listrik dari over load. 5) MCB (Mini Circuit Breaker) 1 Phasa 6 A, berfungsi sebagai pengaman listrik dari Alternator dari Alternator menuju menuju accumulator . 6) Stop kontak, berfungsi sebagai media penghubung antara energi listrik yang telah dibangkitkan oleh Prototype pembangkit listrik floating hydro hydro menuju beban 1 phasa. 7) Lampu Indikator 3 Watt, berfungsi sebagai lampu tanda pengisian accumulator . 8) Kabel NYAF, berfungsi sebagai media penghubung komponen listrik.
41
9) Booster
Clamps, Clamps,
berfungsi
sebagai
alat
penghubung
kabel
dengan
accumulator . 10) Besi Plat Baja, berfungsi sebagai bahan baku pembuatan kincir prototype pembangkit listrik floating listrik floating hydro. hydro. 11) Besi siku, berfungsi sebagai bahan baku pembuatan kerangka prototype pembangkit listrik floating listrik floating hydro. hydro. 12) Akrilik, berfungsi sebagai bahan baku pembuatan ru mah Alternator mah Alternator . 13) Pillow 13) Pillow block , berfungsi untuk mengurangi gesekan pada komponenkomponen yang bergerak dan saling menekan antara satu dengan yang lainnya. 14) Pully 14) Pully type-V type-V 10 Inci berfungsi sebagai media transmisi energi kincir menuju alternator . 15) Pully 15) Pully type-V 4 Inci, berfungsi sebagai alat transmisi energi kinetik kincir menuju alternator . 16) V-belt type-A53, type-A53, berfungsi sebagai alat transmisi energi kinetik kincir menuju alternator . 17) V-belt type-A54, type-A54, berfungsi sebagai alat transmisi energi kinetik kincir menuju alternator . 18) V-belt type-A56, berfungsi sebagai alat transmisi energi kinetik kincir menuju alternator . 19) Galon air, berfungsi sebagai alat pengapung prototype pembangkit listrik floating hydro. hydro. 20) Galon air, berfungsi sebagai alat pengapung prototype pembangkit listrik floating hydro.
42
21) Pipa PVC, berfungsi sebagai alat pengapung prototype pembangkit listrik floating hydro. hydro. 3.4.2
Perencanaan dan Pembuatan Rangka
Dalam perancangan prototype pembangkit listrik floating
hydro hydro ini
dibutuhkan kerangka sebagai dudukan mesin, kincir, dan panel kontrol. Kerangka yang dibuat haruslah memiliki massa jenis yang tidak terberat besar, kuat, dan tahan getaran saat prototype pembangkit listrik floating hydro hydro dioperasikan nantinya. Adapun besi yang diguanakan pada perancangan ini menggunakan besi siku dengan ketebalan 2 mm. Langkah pertama yang yang dilakukan adalah memperkirakan bentuk kerangka dan ukuran prototype pembangkit listrik floating hydro hydro terlebih dahulu dan mendesain bentuk kerangka tersebut dalam visual 3D menggunakan software SolidWork . Adapun bentuk kerangka 3D prototype pembangkit listrik floating hydro hydro adalah sebagai berikut:
Gambar 3.7 Desain 3D Kerangka Protot ype Pembangkit Listrik Floating Listrik Floating Hydro
43
Setelah melakukan perancangan kerangka menggunakan solidwork 2012, langkah selanjutnya adalah memotong besi sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan, setelah proses pemotongan maka dilakukan penyusunan rangka sesuai gambar rancangan menggunakan mesin las listrik hingga kerangka tersambung semua.
44
BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA 4.1.
Diameter dan Luas Penampang Pipa
Pipa pesaat yang digunakan adalah pipa PVC jenis aw dengan diameter 4 inch. Umtuk mencari luas penampang pipa (A) dapat di tentukan dengan rumus : Diameter pipa (D) 4 inch = 10,16 cm Sehingga jari-jari pipa : r = ½.D = ½ .10,16 cm = 5,08 cm Lalu, untuk penampang pipa pesat : A= ¼ . . = ¼ .3,14. (
4 inch = 0,1016 m
= ¼ . 3,14. (0,1016 m)2 = 0.08 4.2.
Pengukuran H ead ( Tinggi Jatuh Air) dan panjang pipa
Saat pengukuran Head atau tinggi jatuh air pada saluran irigasi di belakang Area Masjid raya pasar baru di gunakan alat seadanya yaitu berupa meteran dan pipa PVC berdiameter 4 inch. Meteran digunakan sebaga i alat bantu untuk mengetahui
45
ketinggian jatuh air sampai ke permukaan air seda ngkan pipa PVC sebagai wadah untuk lewatnya saluran air ke turbin. Pengukuran ini melibatkan beberapa orang, salah satunya untuk melalukan pembacaan alat ukur, dan mendokumentasikan pengambilan data pengukuran. Setelah melaksanakan pengukuran, Di dapatkan data Head yaitu 0.4 meter dengan menggunakan meteran. Pengukuran panjang pipa ini di lakukan dengan metode sederhana mungkin, yaitu mengukur dengan menggunakan meteran. Pipa akan di posisikan pada saluran air irigasi dengan tipe aliran air yang cukup d eras. Lalu pipa akan di hubungkan ke posisi kincir pembangkit. Setelah di lakukan pengukuran , di dapatkan hasil di mana panjang pipa dari tinggi jatuh air sampai ke kincir pembangkit adalah 4 meter. Berikut adalah gambar 4.1 pengukuran panjang pipa PVC ke kincir pembangkit :
Gambar 4.1 : Pengukuran Panjang Pipa PVC
46
4.2.1
Mengukur sudut evaluasi (kemiringan pipa)
Dari data yang di dapat yaitu head 0.4 dan panjang pipa dari jatuh air ke kincir adalah 4 meter. Dari data tersebut dapat di tentukan kemiringan dari pipa penstock dengan menggunakan rumus pythagoras:
0.4m
4m
a Dari gambar diatas maka di dapat : a = - = - = 16 – 0.16 a = √ = 3.9 m Jadi panjang sisi a adalah 3.9m, dari panjang sisi a ini kita dapat mencari sudut evalasi/kemiringan dari pipa tersebut : Tan =
=
= 0.10
47
= Jadi dengan demikian di dapat sudut evalasi pipa adalah 4.3. Perhitungan Debit Air
Pengukuran debit air ini kami lakukan yaitu dengan cara paling sederhana dan mudah di lakukan, yaitu metode pengukuran kecepatan dan luas penampang aliran air, metode sistim tampungan. Alat ukur yang kami digunaka n yaitu : pelampung, meteran, ember dan stopwatch. Pada proses pengambilan data debit air ada dua metode yang di pakai untuk mengukur debit air di lapangan dengan peralatan sederhana, seperti : 1. Menggunakan pelampung, stopwatch, alat pengukur panjang (meteran), dan kayu. Berikut dibawah ini adalah gambar 4.2 menghitung kecepatan aliran air menggunakan metode pelampung :
Gambar 4.2 : Menghitung kecepatan aliran air dengan metode pelampung metoda ini menggunakan rumus sebagai berikut : Debit = Kecepatan di kali luas penampang basah.
48
Kecepatan diukur dengan melihat beberapa detik yang di perlukan benda ringan untuk menempuh sekian meter, dengan satuan meter/detik. Tabel 4.1 percobaan jarak tempuh pelampung No
Jarak titik A-B (s)
Waktu (t)
Percobaan 1
1.92 m
02.29 detik
Percobaan 2
1.92 m
02.16 detik
Percobaan 3
1.92 m
02.34 detik
Rata-rata
1.92 m
2.26 detik
Sehingga dihitung kecepatan aliran sungai perdetik menggunakan rumus : V=
V= kecepatan aliran sungai(m/s) S= jarak titik A-B(m) t= Waktu (s) diketahui : s= 1.92m t= 2,26 detik ditanya : berapa kecepatan aliran yang dihasil kan selama perdetik V=
= 0.85m/s.
Jadi di dapat hasil kecepatan aliran air perdetik yaitu 0.85 m/s. Berdasarkan hasil pengukuran di dapatkan beberapa data yaitu kecepatan air pada saluran irigasi , lebar saluran air irigasi dan kedalaman air pada saluran irigasi.
49
Pengukuran di lakukan pada lokasi yang dianggap sesuai untuk menempatkan pembangkit listrik floating hidro. Data yang di peroleh yaitu : 1. Kecepatan aliran sungai
= 0.85 m/s
2. Lebar sudu kincir
= 0.3
3. Kedalaman sungai
= 0.5 m
Sehingga nilai debit air yang dapat di hitung sebagai berikut : Q= V x (L x D) = 0.85 m/s x (0.3m x 0.5 m) = 0.1275 /s Di jadikan liter/detik : 1
1000 liter
Jadi : a.
= 0.1275 x 1000 liter = 127.5 liter/detik
Jadi di dapat lah debit air saluran irigasi yang memutar kincir yaitu 127 .5 L/detik. Maka dapat di hitung daya a ir yang terdapat pada air mengalir yang memutar kincir dapat di cari menggunakan rumus : P = Dimana :
= Massa jenis air = 1000 kg/
50
g
= Gravitasi
Q
= Debit air
= Head
= 9,8 m/
Maka : P = 1000 kg/ s x 0.1275 /s x 0.4 = 499.8 Watt Maka di dapat daya air pada sistim air mengalir sebesar 499.8 Watt 2. Menggunakan ember yang bisa menampung 20 liter dan stopwatch, kemudian hitung berapa waktu yang dibutuhkan untuk mengisi ember dengan penuh. Dalam melakukan pengukuran debit air pada saluran irigasi, menggunakan metode tampungan air. Pemilihan metode perhitungan debit air menggunakan sistim tampungan cukup mudah dan murah dari segi biaya untuk di terapkan di pedesaan terpencil yang ada aliran air sungai. Karena itu dipilihlah metode yang paling sederhana dan metode yang dapat di gunakan untuk pengukuran debit air adalah dengan metode tampungan air. Cara mengukur debit air dengan menggunakan metode ini adalah menggunakan sebuah ember cat sebagai wadah penampungan air yang telah dialiri oleh pipa Pipa PVC dan sebuah stopwatch untuk menghitung waktu pengisian air ke wadah, ember yang digunakan adalah ember cat dengan volume 20 liter. Ember di isi dengan air untuk melihat debit air yang nantinya akan memutar kincir pembangkit, Sebelum ember di isi, stopwatch di hidupkan serentak dengan air
51
yang mulai mengisi ember dengan volume 20 liter hingga penuh. Di dapat lah data waktu pengisian air menggunakan metode tampung Tabel 4.2 Waktu pengisian air ke ember volume 20 Liter No
Volume ember (L)
Waktu pengisian (t)
Percobaan 1
20 L
1.8
Percobaan 2
20 L
1.8
Percobaan 3
20 L
2.1
Rata-rata
20 L
1.9
Sehingga di cari debit air yang dihasilkan selama perdetik dengan rumus : Q=
Dimana : Q= debit air L= volume ember t = Waktu diketahui : L = 20 liter t= 1.9 detik dicari debit air yang dihasilkan selama perdetik Q=
= 11 liter/detik
Jadi di dapat Data yang telah di lakukan untuk pengukuran ini adalah : 11 liter/detik. Berikut adalah gambar 4.2 metode tampungan air untuk pengukuran debit air.
52
Gambar 4.3 : Metode Tampungan Air Untuk Pengukuran Debit Air Dari pengambilan data debit air menggunakan sistim pelampung dan tampungan menggunakan ember yang di hitung waktu pengisian dan jarak tempuh pelampung menggunakan Stopwatch di dapat lah hasil dari pengukuran tersebut: Debit air mengalir = 127.5 L/detik Debit air metode tampungan = 11 Liter/detik. Jadi debit air pada saluran irigasi yang memutar kincir adalah 138.5 L/detik. Di jadikan /s : Di ketahui :
= 1000 Liter Dicari :
=
= 0.1385
53
Maka dapat di hitung daya a ir terdapat pada sisitim air mengalir dan pipa pesat menggunakan rumus perhitungan : Dimana :
= Massa Jenis air = 1000 kg/
g
= Gravitasi
Q
= Debit Air
= 9.8 m/
= Head Maka : P = 1000 kg/ x 9.8 /s x 0. 1385 /s x 0.4 m = 542 Watt Maka di dapat daya air pada dua metode sistim air mengalir dan pipa pesat sebesar 542 Watt . 4.4.
Analisa
Pada Prototype pembangkit listrik tenaga floating hydro menggunakan dua metode penggerak kincir yaitu menggunakan sistim air mengalir dan pipa pesat. Dimana percobaan pertama menggunakan sistim air mengalir, Ketika di ukur menggunakan alat ukur tachometer dimana Rpm kincir belum mencapai minimal putaran yang di harapkan. Penyebab putaran kincir belum tercapai di karenakan altenator menghasilkan fluks medan magnet yang besar ketika diberi exisitasi dari
54
Accumulator sehingga putaran kincir jadi melambat. Untuk itu penulis menggunakan dua metode penggerak agar kincir berputar sesuai yang diharapkan. Berikut dibawah ini adalah gambar 4.4 pengukuran kecepatan putaran kincir menggunakan alat ukur tachometer.
Gambar 4.4 : Kecepatan putaran kincir pada sistim air mengalir Berikut di bawah ini adalah tabel data dari putaran kincir satu metode dan dua metode : Tabel 4.3 Putaran kincir pada sistim air mengalir No
Debit Air
Daya air
Putaran kincir
1
127.5 Liter
499.8 Watt
30 Rpm
2
127.5 Liter
499.8 Watt
40 Rpm
Rata-rata
35 Rpm
Dari tabel 4.3 diatas di dapat lah putaran kincir 40 Rpm kemudian di transmisi perbandingan diameter pulley menjadi tiga tingkat di dapat lah data kecepatan altenator 726 Rpm.
55
Tabel 4.4 Putaran Kincir menggunakan dua sistim yaitu air mengalir dan pipa pesat No
Debit Air
Daya Air
Putaran Kincir
1
138.5 Liter
542 Watt
61 Rpm
Dari Tabel 4.3 dan 4.4 diatas dapat di lihat bahwa ada dua metode debit air yang dapat memutar kincir, yang pertama kecepatan kincir air pada sistim air mengalir adalah 35 Rpm. Dan yang kedua kecepatan putaran kincir menggunakan dua metode energi potensial adalah 61 Rpm. Pada saat menggunakan sistim air mengalir putaran generator di ketahui 726 Rpm menggunakan 3 tingkat transmisi perbandingan pulley dan tegangan output dari altenator tersebut belum di ketahui, Dimana altenator tersebut menghasilkan tegangan output pada Rpm 1000 – 1500 dengan tegangan 12 VDC – 15 VDC untuk pengecasaan ke accumulator, maka dari itu penulis menambahkan satu metode energi potensial yaitu menggunakan pipa pesat untuk meningkat kan Rpm kincir kemudian di transmisikan melalui perbandingan ukuran diameter pulley menggunakan sistim tiga tingkat untuk meningkat kan kecepatan Rpm altenator tersebut. Dimana menggunakan dua metode energi potensial di ketahui putaran kincir meningkat dari 35 Rpm sampai 61 Rpm dan di transmisikan dengan perbandingan diameter Pulley menggunakan sistim tiga tingkat di ketahui putaran altenator 1270 Rpm. 4.5.
Pemilihan Jenis Kincir
Pemilihan jenis kincir dapat di tentukan berdasarkan kelebihan d an kekurangan dari jenis – jenis kincir, khususnya untuk desain yang sangat spesifik. Dalam pemilihan jenis kincir, ada beberapa parameter yang pent ing untuk di jadikan acuan, seperti tipe aliran air, dan debit air, dan arah air yang menghantam sudu kincir
56
air. Dalam hasil survey, di dapatkan kan tipe a liran air yang cukup deras, debit air dan arah aliran air yang menghanta m sudu kincir yaitu dari arah bawah.. Sehingga kincir air yang akan digunakan pada pembangkit listrik tenaga floating hidro berskala pico adalah kincir air berjenis undershoot . Berikut adalah gambar 4.3 tipe kincir undershoot :
Gambar 4.5 : Kincir Undershoot .
BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan
1. Untuk merencanakan sebuah prototype pembangkit listrik tenaga floating hydro dibutuh kan beberapa data penting seperti debit air mengalir. 2. Dalam pengukuran debit air, banyak metode yang di gunakan, seperti menggunakan flow meter, pelampung, dan Ember, sebagai wadah untuk tampung air 3. Pengukuran Debit air pada saluran irigasi untuk pembangkit listrik tenaga floating hidro menggunakan metode tampungan air dan metode pelampung. 4. Pembangkit listrik tenaga floating hidro memiliki debit air 141 L/detik, dengan kemiringan pipa 0.4 meter dan tinggi jatuh air 0.4 m. 5. Pembangkit listrik floating hydro menggunakan dua metode energy yaitu energy potensial (jatuh air) dan kinetic (air mengalir). 6. Daya air saluran irigasi pasar baru kec. Pauh padang yang memutar memutar kincir protoype pembangkit listrik tenaga floating hydro adalah 542 Watt 5.2. Saran
Untuk pengembangan selanjutnya prototype pembangkit listr ik floating hydro lebih baiknya menggunakan generator Low Rpm/ generator permanent magnet dikarena kan generator PMG sangat cocok sekali untuk type aliran air mengalir yang menggunakan metode sistim apung pada pembangkit yang
57
menghasilkan Rpm rendah dan tidak membutuhkan torsi yang besar untuk memutar generator tersebut, karena prinsip kerja dari generator PMG ketika Rpm rendah sudah membangkit daya besar untuk mengecas ke accumulator dan tidak memerlukan arus exitasi dari accumulator .
58
DAFTAR PUSTAKA
[1] Buku T.A tahun 2011, judul “ Potensi Air” [2] Zamzami, Dkk.2014. PLTMH (Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro). Universitas Malikussaleh. Makalah. [3] Purnomo. 2013. “Analisa Ketinggian Air Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro Pada Daerah Terpencil” Jur nal Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya. [4] Sukma Harry. 2012. “Rancang Bangun Pembangkit Listrik Pico H ydro Simtim Terapung” Jurnal Syiah Kuala Teknik Elektro Darussalam-Banda Aceh.
59
LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 Tabel data hasil Pengukuran potensi air pada saluran air irigasi pasar baru, Kelurahan Cupak Tangah, Kecematan Pauh. Kecepatan Aliran Irigasi (V)
Kedalaman saluran Irigasi (D)
Debit Air (Q)
Daya Air (P)
0.85 m/s
0.5 m
138.5 L/detik
542 Watt
LAMPIRAN 2 Tabel Data hasil pengukuran kecepatan kinetik Sistim Transmisi Pulley Prototype Pembangkit Listrik Floating Hydro tanpa beban Jumlah Putaran (rpm) Kincir 1
Pulley 1
Pulley 2
Pulley 3
Pulley 4
Pulley 5
Altenator
162
162
405
405
1012.5
1012.5
2531.25
LAMPIRAN 3 Tabel Data hasil pengukuran kecepatan kinetik sistim Transmisi Pulley Prototype Pembangkit Listrik Floating Hydro Berbeban Jumlah Putaran (rpm) Kincir 1
Pulley 1
Pulley 2
Pulley 3
Pulley 4
Pulley 5
Altenator
61
61
152.5
152.5
381.25
381.25
1270.83
60
LAMPIRAN 4 Gambar Teknik Rancang Bangun Prototype Pembangkit Listrik Floating Hydro
61
LAMPIRAN 5 FOTO DOKUMENTASI PENGERJAAN RANCANG BANGUN PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK FLOATING HYDRO
Proses pembuatan kerangka
Proses pemasangan dinding rumah altenator
62
Proses pembuatan rumah kontrol
Proses pengecatan kerangka
63
Proses pemasangan pelampung
Proses pembuatan instalasi listrik
64
Bentuk model Prototype Pembangkit Listr ik Floating Hydro
65
LAMPIRAN 6 DOKUMENTASI PENGUJIAN DAN PENGAMBILAN DATA PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK FLOATING HYDRO
Pengambilan data kecepatan aliran air pada saluran irigas i metode terapung
Pengambilan data kecepatan aliran air dengan metode Tampungan
66
