ABSTRACT
IMPROVEMENT OF CROSSFLOW TURBINE FOR MICROHYDRO POWER GENERATION IN BANGUN RAHAYU VILLAGE
SUB DISTRICT OF TELUK BETUNG BARAT
By Mulyanto
Microhydro is a technology to convert the potential energy of water into electricity that is useful for supporting social and economic activities of villagers. One of the microhydro plants was located in Bangun Rahayu village, sub district of Teluk Betung Barat. Based on observation and measurement, the microhydro potential in Bangun Rahayu village has head of 6,06, included PVC pipes with a total length of 37,49 meters, and flowrate of 0.0763 m3/s. From these parameters, the potential of power from the whole system is 4,53 kW, and the specific speed is 66 rpm.
The microhydro plant, however, was very simple and the produced power was 1,207 kW with a total efficiency of 26,65%. This may be atributed to poorly design of the turbine (or rotor). The plant is using crossflow turbine with eight blades and diameter of 0,4 meter. Therefore, the objective of this research was to redesign or modify the existing turbine. The modification was conducted by produced a new turbine with the same size but mounted with 12 blades.
ABSTRAK
MODIFIKASI TURBIN MIKROHIDRO TIPE CROSSFLOW DI DESA BANGUN RAHAYU
KECAMATAN TELUK BETUNG BARAT
Oleh Mulyanto
Mikrohidroadalah teknologiuntuk mengubahenergi potensial airmenjadi listrik yang berguna untukmendukung kegiatansosial dan ekonomipedesaan.Salah satu bangunanmikrohidroterletak didesa BangunRahayu,kecamatanTelukBetung Barat.Berdasarkan pengamatandan pengukuran, potensi mikrohidrodidesa BangunRahayumemilikihead 6,06, menggunakan pipaPVC denganpanjang total 37,49meter, dankecepatan aliran0,0763m3/ s.Dariparameter ini,potensi listrik darisistem keseluruhan adalah4,53kW, dengan kecepatan spesifiksebesar 66rpm.
Bangunan mikrohidro tersebut masih sederhana dan listrik yang dihasilkan adalah 1,207 kW dengan efisiensi total 26,65%. Hal ini mungkin disebabkan rancangan dari turbin yang kurang baik. Bangunan mikrohidro ini menggunakan turbin crossflow dengan delapan sudu dengan diameter 0,4 meter. Karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendesain ulang atau memodifikasi turbin yang ada. Modifikasi ini dilakukan dengan membentuk turbin baru dengan ukuran yang sama tapi dipasang dengan menggunakan 12 sudu.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa daya listrik yang dihasilkan dengan
viii DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman Teks
1. Bendung untuk mikrohidro ... 7
2. Bak pengendap ... 7
3. Saluran pembawa ... 8
4. Bak penenang ... 8
5. Pipa penyalur ... 9
6. Turbin propeller ... 11
7. Turbin Francise ... 13
8. Turbin Pelton ... 14
9. Turbin crossflow ... 14
10. Effisiensi beberapa turbin dengan pengurangan debit sebagai variabel ... 16
11. Kurva sudu ... 23
12. Bangunan dan turbin mikrohidro di Desa Bangun Rahayu ... 26
13. Diagram alir penelitian ... 28
14. Sketsa turbin turbin sebelum modifikasi di Desa Bangun Rahayu ... 30
15. Rencana rancangan turbin ... 32
16. Sudu turbin ... 33
17. As turbin ... 33
ix
19. Turbin hasil modifikasi dan turbin lama ... 45
20. Bentuk nosel yang ada di Desa Bangun Rahayu ... 51
21. Posisi pemasangan turbin di Desa Bangun Rahayu ... 52
Lampiran 22. Pengukuran dimensi rumah turbin ... 65
23. Mikrohidro di Desa Bangun Rahayu ... 65
24. Proses pembuatan turbin ... 66
25. Posisi nosel dan semburan air ... 66
26. Skema pengukuran head dengan menggunakan waterpass ... 67
DAFTAR ISI
Halaman
SANWACANA ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
I. PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 4
1.3. Manfaat Penelitian ... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1. Potensi Pemanfaatan Mikrohidro ... 5
2.2. Mikrohidro ... 6
2.2.1. Komponen-komponen Pembangkit Listrik Mikrohidro ... 6
2.2.2. Jenis Turbin ... 10
2.2.3. Penentuan Jenis Turbin ... 16
2.2.4. Parameter Perhitungan Turbin ... 18
2.2.5. Analisis Data ... 23
2.2.6. Turbin Air di Desa bangun Rahayu ... 25
2.2.7. Generator ... 26
III. METODOLOGI PENELITIAN ... 27
3.1. Waktu dan Tempat ... 27
3.2. Alat dan Bahan ... 27
3.3. Metode Penelitian ... 27
3.3.1. Kriteria Desain ... 28
v
3.3.3. Proses Pembuatan Turbin Crossflow Hasil Rancangan ... 35
3.3.4. Pengamatan dan Pengujian Teknis ... 36
3.3.5. Prosedur Pengujian ... 38
3.3.6. Effisiensi Turbin ... 38
3.3.7. Analisis Data ... 39
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 40
4.1. Pemilihan JenisTurbin ... 40
4.1.1. Pengukuran Head ... 41
4.1.2. Pengukuran Kecepatan Air Dalam Pipa ... 41
4.1.3. Pengukuran Debit Air ... 42
4.2. Turbin crossflow Hasil Rancangan ... 43
4.3. Daya Mikrohidro ... 44
4.4. Putaran Turbin. ... 47
4.5. Daya Pemakaian Mikrohidro ... 47
4.6. Energi Mikrohidro ... 48
4.7. Effisiensi Mikrohidro ... 49
4.7.1. Nosel ... 50
4.7.2. Bangunan rumah turbin ... 51
4.7.3. Generator ... 52
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 54
5.1. Kesimpulan ... 54
5.2. Saran ... 55
DAFTAR PUSTAKA ... 56
i RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Banding Agung, pada tanggal 31 Oktober 1987 sebagai anak ketujuh dari tujuh bersaudara, pasangan dari Bapak Sumanto dan Ibu Waginah.
Penulis menyelesaikan pendidikan sekolah dasar di SD Negeri Merbau pada 1999. Pendidikan sekolah menengah pertama di SLTP Negeri 1 Banding Agung pada 2002. Pendidikan sekolah menengah umum di SMU Negeri 1 Banding Agung pada 2005.
Tahun 2006, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Program Studi Teknik
ii Dengan mengucapkan Alhamdulilahi Rabbil’Alamin kepada ALLAH SWT, serta
senantiasa sholawat serta salam atas Nabi Muhammad SAW Sebaik-baik tauladan bagi manusia
SANWACANA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu Wata ‘ala yang telah melimpahkan karunia dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyeleaikan penelitian dan penyusunan skripsi yang berjudul “Modifikasi Turbin Mikrohidro Tipe Crossflow di Desa Bangun Rahayu Kecamatan Teluk Betung Barat”
Penulis menyadari bahwa penyelesaian skripsi ini tidak lepas dari bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini penulis mengucapkan rasa terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. Budianto Lanya, M.T., sebagai pembimbing I dan pembimbing akademik yang telah memberikan arahan, masukan, dan bimbingan, 2. Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., selaku pembimbing II yang telah
memberikan banyak bimbingan selama pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi,
3. Bapak Dr. Ir. Sugeng Triyono, M.Sc., sebagai pembahas atas kritik, saran dan bantuan yang diberikan untuk kebaikan skripsi ini juga selaku ketua jurusan Teknik Pertanian Universitas Lampung,
4. Dosen-dosen Jurusan Teknik Pertanian Universitas Lampung, 5. Karyawan Jurusan Teknik Pertanian Universitas Lampung,
iii 7. Bapak, ibu, kakak-kakaku dan saudara-saudaraku di Ranau, serta
keponakanku tercinta Dian,Dimas, Rahma, dan Ridho terima kasih untuk segala cinta, kasih sayang, semangat, dan doanya yang tak pernah putus kepada penulis,
8. Om Taryono dan keluarga atas segala kasih sayang bantuan moril maupun materil kepada penulis, juga Dasril dan sekeluarga atas bantuannya, 9. Teman-teman angkatan 2006 atas kebersamaan dan kekeluargaanya, serta
kakak tingkat dan adik tingkat Jurusan Teknik Pertanian Unila
Akhirnya penulis berharap semoga penelitian ini mampu memberikan sesuatu yang berarti bagi pembaca dan kemajuan bidang teknik pertanian.
Bandar Lampung, 14 Mei 2012 Penulis
MODIFIKASI TURBIN MIKROHIDRO TIPE CROSSFLOW DI DESA BANGUN RAHAYU
KECAMATAN TELUK BETUNG BARAT
(Skripsi)
MULYANTO
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS LAMPUNG
Judul Skripsi : MODIFIKASI TURBIN CROSSFLOW DI DESA BANGUN RAHAYU
KECAMATAN TELUK BETUNG BARAT
Nama Mahasiswa :
Mulyanto
Nomor Pokok Mahasiswa : 0614071037
Jurusan : Teknik Pertanian
Fakultas : Pertanian
MENYETUJUI,
1. Komisi Pembimbing
Ir. Budianto Lanya, M.T. Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P.
NIP. 19580523 198603 1 002 NIP. 19650527 199303 1 002
2. Ketua Jurusan
Dr. Ir. Sugeng Triyono, M.Sc.
MENGESAHKAN
1. Tim Penguji
Ketua : Ir. Budianto Lanya, M.T.
Sekretaris : Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P.
Penguji
Bukan Pembimbing : Dr. Ir. Sugeng Triyono, M.Sc.
2. Dekan Fakultas Pertanian
Prof. Dr. Ir. H. Wan Abbas Zakaria, M.S.
NIP. 19610826 198702 1 001
MODIFIKASI TURBIN MIKROHIDRO TIPE CROSSFLOW DI DESA BANGUN RAHAYU
KECAMATAN TELUK BETUNG BARAT
Oleh
MULYANTO
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada
Jurusan Teknik Pertanian
Fakultas Pertanian Universitas Lampung
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang.
Kebutuhan energi listrik di Indonesia masih belum mencukupi. Menurut Rencana Umum Penyediaan Tenaga Listrik (RUPTL) Perusahaan Listrik Negara (PLN) tahun 2010-2019 menyebutkan, kebutuhan tenaga listrik diperkirakan mencapai 55.000 MW dan dari total daya tersebut, hanya sebanyak 32.000 MW (57 persen) yang akan dibangun oleh PLN. Kondisi tersebut menunjukkan pasokan energi listrik yang disediakan pemerintah melalui PLN masih belum mencukupi kebutuhan masyarakat. Kebutuhan energi listrik di Propinsi Lampung sebagian besar masih mengandalkan pasokan dari Sumatera Selatan.
2
Teknologi mikrohidro adalah teknologi berskala kecil yang dapat diterapkan pada sumber daya air untuk mengubah potensi tenaga air yang ada menjadi daya listrik yang bermanfaat untuk menunjang kegiatan sosial ekonomi masyarakat di pedesaan. Pengembangan mikrohidro dipandang sebagai pilihan yang tepat untuk penyediaan energi listrik untuk daerah terpencil dengan jumlah penduduk yang sedikit dan sulit dijangkau jaringan listrik dari PLN. Menurut Puslitbang Sumber Daya Air Bandung, potensi pengembangan mikrohidro di Indonesia adalah:
a. Harga BBM dunia meningkat terus, sebagai akibat persediaan energi fosil tersebut menipis, sementara ini lebih dari 35% pembangkit listrik PLN mempergunakan bahan bakar fosil.
b. Sumber daya air, merupakan salah satu energi primer pembangkit energi listrik, potensi yang ada sangat besar yaitu 75.000 MW, 500 MW diantaranya adalah potensi untuk pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH).
c. Potensi mikrohidro di Indonesia yang besarnya 500 MW, baru dimanfaatkan sekitar 20 MW (4%).
3
Kendala yang dihadapi dalam penerapan mikrohidro ini diantaranya adalah kurang optimalnya kinerja mikrohidro tersebut sehingga pemakaian listrik yang dihasilkan sangatlah terbatas sekali. Desain yang belum baik menyebabkan turbin ini seringkali mengalami kerusakan. Menurut hasil pengamatan dan literatur yang ada, desain turbin yang digunakan saat ini masih kurang bagus terutama pada sayap yang menyebabkan putaran yang dihasilkan turbin kurang optimal. Kondisi bangunan rumah turbin dan generator yang sudah tidak layak juga membuat mikrohidro ini kinerjanya menjadi kurang optimal.
Optimalisasi mikrohidro dapat dilakukan dibeberapa sisi, diantaranya adalah dengan mendesain bentuk turbin air yang sesuai dengan menggunakan parameter-parameter yang ada. Modifikasi turbin pada mikrohidro perlu dilakukan karena turbin
merupakan komponen yang utama sebagai konverter atau pengubah energi kinetik air menjadi energi mekanis berupa putaran turbin. Desain turbin yang tepat akan
memperbesar daya turbin yang dihasilkan sehingga dapat meningkatkan effisiensi turbin. Penggunaan kombinasi puliyang tepat sebagai penyalur daya rotasi pada generator pembangkit dapat meningkatkan kinerja dari mikrohidro tersebut. Kombinasi pipa penyalur (jika menggunakan saluran tertutup atau pipa) dan juga bentuk nosel juga menjadi hal yang patut diperhitungkan dalam mendesain mikrohidro.
4
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Memodifikasi turbin mikrohidro tipe crossflow di Desa Bangun Rahayu Kecamatan Teluk Betung Barat.
2. Meningkatkan kinerja mikrohidro di Desa Bangun Rahayu Kecamatan Teluk Betung Barat
1.3. Manfaat Penelitian
Data dan manfaat yang diperoleh dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi salah satu acuan untuk aplikasi mikrohidro di daerah-daerah yang belum terjangkau oleh listrik khususnya PLN dan daerah yang berpotensi dapat dikembangkannya
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Potensi Pemanfaatan Mikrohidro
Kebutuhan listrik menjadi masalah yang tidak ada habisnya. Listrik menjadi kebutuhan yang mendasar saat ini, namun penyebarannya tidak merata terutama di daerah pedalaman atau pelosok desa. Pemanfaatan energi alternatif terbarukan untuk menghasilkan energi listrik di daerah-daerah yang belum terjangkau oleh jaringan listrik PLN menjadi pilihan yang tepat. Salah satu pemanfaatan energi terbarukan adalah dengan memanfaatkan potensi sumber daya air yang ada di daerah tersebut menjadi pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH).
Merujuk surat keputusan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) No.1122K/30/MEM/2002 tentang pembangkit skala kecil tersebar (PSK) dan pemanfaatan energi baru terbarukan, bahwa penyediaan energi listrik bisa dilakukan tidak hanya dengan suatu pembangkit dalam skala yang sangat besar dan terpusat, namun juga bisa terpenuhi dengan memanfaatkan sumber-sumber pembangkit listrik walaupun dalam skala yang kecil (Paryanto, 2007).
6
berlimpah. Daerah Lampung yang berpotensi untuk mikrohidro diantaranya adalah Way Harong, Tanggamus, Lumbu Kumbang, Way Gison Lampung Barat, dan lain-lain (Wirawan, 2008).
2.2. Mikrohidro
Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang mengunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari istalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Pengembangan mikrohidro dipandang sebagai pilihan yang tepat untuk
penyediaan energi listrik untuk daerah terpencil dengan jumlah penduduk yang sedikit dan sulit dijangkau jaringan listrik dari PLN serta bermanfaat untuk menunjang kegiatan sosial ekonomi masyarakat di pedesaan.
2.2.1. Komponen-komponen Pembangkit Listrik Mikrohidro
Secara umum komponen pembangkit listrik mikrohidro diantaranya bendung pengalih dan saluran pemasukan, bak pengendap, saluran pembawa, bak penenang, pipa penyalur, turbin dan generator, bendung pengalih dan saluran pemasukan.
a. Bendung Pengalih
7
Gambar 1. Bendung untuk mikrohidro. (Anonim, 2008)
b. Bak pengendap
Bak pengendap digunakan untuk memindahkan partikel-partikel pasir dari air. Fungsi dari bak pengendap sangat penting untuk melindungi
komponen-komponen berikutnya dari dampak pasir. Pada instalasi mikrohidro skala kecil biasanya bak pengendap ini tidak dibuat secara terpisah. Bendungan yang ada juga berfungsi sebagai bak pengendap. Bak pengendap dapat dilihat pada Gambar 2.
8
c. Saluran pembawa
Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang disalurkan. Saluran pembawa dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Saluran pembawa. (Adesalbg, 2008b)
d. Bak penenang
Bak penenang berfungsi untuk mengatur perbedaan keluaran air antara sebuah penstock dan bak penenang, dan untuk pemisahan akhir kotoran dalam air seperti pasir, kayu-kayuan. Bak penenang dapat dilihat pada Gambar 4.
9
e. Pipa penyalur
Pipa penyalur dihubungkan pada sebuah bagian yang lebih rendah ke sebuah roda air atau yang dikenal sebagai sebuah turbin. Pipa penyalur dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Pipa penyalur. (Anonim, 2009a)
f. Turbin dan generator
Generator merupakan alat yang mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik. Tenaga potensial akibat adanya beda tinggi (head) digunakan untuk
menggerakkan turbin. Tenaga mekanik yang dihasilkan turbin dihubungkan ke generator dan diubah menjadi daya listrik.
10
ini paling banyak digunakan untuk mikrohidro skala kecil karena lebih praktis dan tidak terlalu mahal. Metode seperti ini tergantung pada kondisi yang ada dari lokasi dan keperluan pengguna.
2.2.2. Jenis Turbin
Turbin merupakan komponen yang sangat penting dalam suatu instalasi
mikrohidro. Menurut kamus besar bahasa Indonesia (KBBI), turbin adalah mesin atau motor yang roda penggeraknya berporos dengan sudu (baling-baling) yang digerakkan oleh aliran air, uap, atau udara. Turbin berfungsi mengubah energi air berupa energi kinetik menjadi energi mekanis. Dalam suatu instalasi mikrohidro, desain turbin harus menyesuaikan dengan kondisi debit air dan head yang ada. Secara umum turbin dibagi menjadi 3 macam yaitu: turbin head rendah, turbin head sedang, dan turbin head tinggi. Gambaran pemakaian turbin air berdasarkan tekanan head dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Gambaran pemakaian turbin air berdasarkan tekanan head.
Jenis turbin
Tekanan head
Tinggi Sedang Rendah
Turbin impuls
11
a. Turbin reaksi
Turbin reaksi merupakan turbin yang cara kerjanya mengubah energi air tersedia menjadi energi putar. Contoh dari turbin ini adalah turbin Kaplan, turbin
propeller, dan turbin Francis.
1. Turbin Kaplan dan propeller
Turbin Kaplan merupakan jenis turbin air baling-baling yang telah disesuaikan dan dikembangkan pada tahun 1913 oleh profesor Austria Viktor Kaplan. Turbin ini mempunyai bentuk seperti baling-baling kapal dan sering disebut sebagai turbin propeller. Turbin tipe ini biasanya mempunyai 3 hingga 6 sudu dan digunakan pada aliran air yang konstan. Kelemahan turbin propeller ini dibandingkan dengan turbin Kaplan adalah sudu turbin tidak dapat diubah-ubah untuk menyesuaikan dengan kondisi arus atau debit air. Turbin propeller dapat dilihat pada Gambar 6.
. Gambar 6. Turbin propeller
12
2. Turbin Francis
Turbin Francis merupakan jenis turbin air yang dikembangkan oleh James B. Francis. Turbin Francis merupakan turbin air yang paling umum digunakan saat ini. Turbin ini beroperasi dalam kisaran head sepuluh meter hingga beberapa ratus meter. Energi tinggi jatuh dimanfaatkan untuk memutar turbin dengan menggunakan pipa yang memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja dengan maksimal. Sisi bagian luar terdapat tekanan rendah (kurang dari 1 atm) dan kecepatan aliran air yang tinggi. Di dalam pipa kecepatan aliran akan berkurang dan tekanannya akan kembali naik, sehingga air akan dialirkan keluar lewat saluran air bawah dengan tekanan seperti tekanan keadaan semula. Jalannya kecepatan dan tekanan air ketika melewati dan berproses di dalam turbin. Fungsi pipa pada turbin ini mirip dengan sudu hantar yang terdapat pada pompa sentrifugal, yaitu sama-sama mengubah energi kecepatan menjadi energi tekanan. Pada dasarnya turbin Francis adalah turbin yang dikelilingi dengan sudu pengarah semuanya terbenam di dalam air. Air yang masuk ke dalam turbin bisa dialirkan melalui pengisian air dari atas atau melalui suatu rumah yang berbentuk spiral. Daya yang dihasilkan turbin bisa diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam roda turbin bisa diperbesar atau diperkecil.
(Sasongko dkk, 2005). Turbin Francis dapat dilihat pada Gambar 7.
b. Turbin impuls
Turbin impuls merupakan turbin air yang cara kerjanya mengubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin sehingga
13
Gambar 7. Turbin Francis (Anonim, 2009c)
Contoh dari turbin impuls ini adalah turbin Pelton dan turbin crossflow. (Luknanto, 1998).
1. Turbin Pelton
Turbin Pelton mempunyai bentuk sudu mangkok yang disusun sedemikian rupa, yaitu bentuk sudu silinder seperti bola yang dibelah dua. Pembuatan turbin Pelton untuk sistem pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) dengan bentuk sudu silinder tertutup dibelah dua mempunyai tujuan untuk meningkatkan efisiensi dan daya yang dihasilkan turbin serta generator. Turbin Pelton dapat dilihat pada Gambar 8.
2. Turbin crossflow
14
Gambar 8. Turbin Pelton (Energybeta, 2009)
Turbin crossflow menggunakan nosel persegi panjang sesuai dengan panjang runner. Pancaran air yang masuk turbin mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Turbin crossflow dapat dilihat pada Gambar 9.
15
Pemakaian jenis turbin crossflow lebih menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air maupun jenis turbin mikrohidro lainnya. Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat menghemat biaya pembuatan penggerak sampai 50% dari penggunaan kincir air jenis lain dengan bahan yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran turbin crossflow lebih kecil dan lebih kompak dibanding kincir air. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter turbin crossflow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang
dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin crossflow mencapai 82 % .
16
Gambar 10. Effisiensi beberapa turbin dengan asumsi debit berubah-ubah dan head konstan (Furze, 2002)
2.2.3. Penentuan Jenis Turbin
17
mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu, potensi daya air, spesific speed, dan head.
a. Potensi daya air
Daya potensial yang tersedia dari tenaga air dihitung dengan persamaan berikut: Pa gQH ... (1) dimana:
Pa= Daya potensial air (Watt) g = Percepatan gravitasi (m/s2)
= Massa jenis air ( N/m3) Q = Debit air (m3/s)
H = Tinggi jatuh air (m)
b. Menentukan jenis turbin dari spesific speed (Ns)
Menurut Susantyo 2009, Pemilihan jenis turbin dapat dilakukan dengan
menghitung specific speed (kecepatan spesifik) atau Ns. kecepatan spesifik dari suatu turbin ialah kecepatan putaran runner yang dapat dihasilkan satu satuan daya effektif untuk setiap tinggi jatuh 1 meter. Nilai Ns ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:
18
kecepatan spesifik dan potensi head serta debit yang ada. Penentuan jenis turbin mikrohidro dari kecepatan spesifik turbin memiliki kisaran (range) tertentu berdasarkan data perhitungan. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air adalah sebagai berikut:
Turbin Pelton 12 ≤ Ns ≤ 25 Turbin Francis 60 ≤ Ns ≤ 300 Turbin crossflow 40 ≤ Ns≤ 200 Turbin propeller 250 ≤ Ns ≤ 1000
Pemilihan jenis turbin mikrohidro dari head dan debit yaitu :
1. Head yang rendah yaitu kurang dari 40 meter tetapi debit air yang besar, maka turbinKaplan atau propeller cocok digunakan untuk kondisi ini.
2. Head yang sedang antara 1 sampai 200 meter dan debit relatif cukup, maka untuk kondisi seperti ini dapat digunakan turbinFrancis atau crossflow.
3. Head yang tinggi yakni lebih dari 200 meter dan debit sedang, dapat menggunakan turbin impuls jenis Pelton(Bachtiar, 1988).
Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin, head dan debit maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah.
2.2.4. Parameter Perancangan Turbin
19
a. Kecepatan aliran masuk
Kecepatan aliran masuk (V) dapat dihitung dengan persamaan Mockmore dan Barglazan:
V Kv 2gH ... (3) dimana:
V = kecepatan aliran masuk(m/s) Kv = Konstanta (0,98)
g = Percepatan gravitasi (m/s2) b. Kecepatan keliling aliran masuk
Kecepatan keliling aliran masuk (u) dapat dihitung dengan persamaan Mockmore dan Barglazan:
u 0,481v ... (4) dimana:
u = Kecepatan keliling aliran masuk (m/s) v = Kecepatan aliran dalam pipa (m/s)
c. Debit air dalam pipa
Debit air dalam saluran tertutup (pipa) dapat dihitung dengan persamaan berikut: QvA ... (5)
dimana:
Q = Debit air (m3/det)
A = Luas penampang pipa (m2)
20
Aliran dalam pipa mengalami headloss akibat gesekan, pengecilan, headloss bendung dan nosel. Persamaan headloss mikrohidro dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Persamaan headloss mikrohidro
(Sumber: Situmorang, 2008)
d. Ketinggian (head)
Ketinggian pada PLTMH merupakan ketinggian yang diukur mulai dari
masuknya air ke dalam penstok sampai pada masuknya air di ruang turbin. Untuk mendapatkan head effektif digunakan persamaan berikut.
Heff Htot Hloss ... (7)
Jenis Headloss Persamaan
21
e. Putaran turbin
Putaran turbin ditentukan dari spesifikasi generator dan puli yang digunakan, untuk mikrohidro di Desa Bangun Rahayu menggunakan generator dengan putaran maksimal 1800 rpm dan menggunakan puli 10 cm. Puli pada turbin berukuran 50 cm sehingga putaran maksimal pada turbin adalah 360 rpm.
f. Diameter turbin
Diameter turbin (Dt) dapat dihitung dengan persamaan:
Sudu pada turbin disusun secara melingkar menempel pada dinding samping turbin dengan jarak yang sama. Jumlah sudu dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
22
Lebar sudu (L) dapat dihitung dengan persamaan:
Menurut Susantyo 2003, sudu bisa dipilih dari suatu lingkaran yang pusatnya terletak antara garis yang tegak lurus pada titik A dan garis yang tegak lurus pada jari jari dan berpotongan pada titik B. Kurva sudu dapat dilihat pada Gambar 11. Dari segitiga AOC dan, BOC, pada Gambar 11, didapat:
23
Gambar 11. Kurva sudu
Untuk : r2 (0,66 r1)dan cos cos 30 0,866
0
1
Maka :
p0,326r1 ... (13) dengan:
r = Jari-jari turbin (m)
p= Jari-jari kelengkungan sudu turbin (m)
2.2.5. Analisis Data
24
a. Kinerja teknis mikrohidro. - Daya mikrohidro.
Daya mikrohidro keseluruhan dihitung dari daya yang dihasilkan generator dengan menggunakan alat ukur daya.
- Daya hidrolik tenaga air
Daya hidrolik tenaga air merupakan potensi daya air untuk menghasilkan/ menggerakkan daya listrik. Daya hidrolik tenaga air dihitung dengan persamaan 1.
- Penyalur daya
Antara turbin dengan generator dihubungkan oleh penyalur daya yang biasanya menggunakan belt. Penyalur daya untuk skala kecil biasanya di hubungkan dengan vbelt.
b. Effesiensi mikrohidro
Efisiensi mikrohidro didapat dari perbandingan nilai daya keluaran yang dihasilkan oleh turbin dengan daya potensial air. Effisiensi sistem mikrohidro keseluruhan merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan generator dengan daya potensial air.
%
Ș
M = Effisiensi mikrohidroPa = Daya potensial air (Watt)
25
Untuk menghitung effisiensi effektif mikrohidro digunakan Persamaan 15, dimana untuk daya potensial sistemnya menggunakan head effektif yaitu tinggi jatuh total dikurangi dengah head loss pipa. Untuk menghitung daya potensial instalasi dan effisiensi instalasi digunakan persamaan sebagai berikut;
Eff
PEff = Daya potensial effektif (Watt)
HEff =Head effektif (m)
2.2.6. Turbin Air di Desa Bangun Rahayu.
26
2.2.7. Generator
Generator merupakan jenis mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan tegangan
bolak-balik dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Prinsip kerja dari generator secara umum yaitu energi mekanis diperoleh dari putaran rotor yang digerakkan oleh penggerak (prime mover), sedangkan energi listrik diperoleh
dari proses induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan stator dan rotornya.
Generator turbin milik Bapak Acang sendiri menggunakan generator 1 phasa 7,5
kW.
a. Bangunan turbin b. Turbin
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Turbin crossflow hasil rancangan memiliki diameter 0,39 meter, dengan jumlah sudu 12 buah, panjang sudu 0,3 meter, dan panjang as 1 meter, jarak antara as dengan sudu 19 cm.
2. Turbin tipe crossflow dengan menggunakan 12 sudu menghasilkan putaran generator rata-rata sebesar 1.449,7 rpm sedangkan turbin lama dengan sudu 8 buah menghasilkan putaran generator 1.443,0 rpm, dan putaran yang
dihasilkan turbin hasil rancangan lebih stabil dibandingkan turbin lama dengan pembebanan yang sama.
3. Tengangan terukur pada generator dengan menggunakan turbin sebelum modifikasi adalah 167 Volt sedangkan arusnya adalah 7,23 Ampere Tengangan terukur pada generator dengan menggunakan turbin setelah modifikasi adalah 194,7 Volt, sedangkan arusnya 6,91 Ampere pada beban pemakaian penuh.
55
5. Effisiensi sistem mikrohidro keseluruhan sebelum modifikasi turbin sebesar 26,65 % setelah modifikasi turbin (menggunakan turbin hasil rancangan) sebesar 29,7 %, dan effisiensi effektif mikrohidro 35,2 % dari sebelumnya 31,6%.
6. Besarnya energi yang dihasilkan mikrohidro tersebut adalah 116,28 Mega Joule/hari, dengan beban pemakaian energi terbesar adalah pada penggunaan lampu yaitu sebesar 37,512 Mega Joule/hari.
7. Effisiensi energi pemakaian mikrohidro adalah sebesar 53,28 %
8. Secara teknis alat ini dapat digunakan sebagai alternatif penggunaan turbin pada mikrohidro skala kecil.
9. Kondisi bangunan rumah turbin dan generator yang kurang layak menyebabkan kinerja mikrohidro kurang optimal.
5.2. Saran
1. Diperlukan adanya perbaikan pada posisi pipa pengarah untuk menghasilkan posisi semburan yang tepat.
2. Diperlukan adanya perancangan nosel yang tepat untuk mengoptimalkan posisi semburan air ke turbin.
DAFTAR PUSTAKA
Adesalbg. 2008a. Bak Pengendap. http://adesalbg.files.wordpress.com/2008 /06 /image005.gif. Diakses 07 januari 2012.
Adesalbg. 2008b. Saluran Pembawa. http://adesalbg.files.wordpress.com/2008/06/ image006.gif. Diakses 07 januari 2012.
Adesalbg. 2008c. Bak Penenang. http://adesalbg.files.wordpress.com/2008/06/ image004.gif. Diakses 07 januari 2012.
Alpenstel. 2007. Pengenalan Pembangkit Listrik Mikrohidro.
http://www.alpensteel.com/component/content/article/1273-pembangkit-listrik-mikro-hidro.html. Diakses tanggal 28 Desember 2010.
Anonim. 2007. Makalah Turbin Air Skala Kecil.
http://energiterbarukan.net/lpe/front/saran.php?idbuku=85. Diakses tanggal 28 Desember 2010.
Anonim. 2008. Bendung untuk Mikrohidro. http://3.bp.blogspot.com/ xgDJZt2mm4g/s1600/CIMG1072.JPG. Diakses 07 januari 2012. Anonim. 2009a. Pipa Penyalur. http://1.bp.blogspot.com/s320/pipa
%2Bpesat.png. Diakses 07 januari 2012.
Anonim. 2009b. Turbin Propeler. http://i01.i.aliimg.com/photo/111767299/ Micro_kaplan_turbine_runners.jpg. Diakses 07 januari 2012.
Anonim. 2009c. Francise Turbine Runner. http://i00.i.aliimg.com/photo/vo /220085406/francis_Turbine_Runner.jpg. Diakses 07 januari 2012. Bachtiar, A. N. 1988. Perencanaan Turbin Air Penggerak Generator Listrik
Pedesaan. Tugas Akhir. http://aseppadang.wordpress.com/. Diakses tanggal 28 Desember 2010.
Djulkifli, D. 2011. Kebutuhan Listrik. Harian Kompas edisi Senin 19 September 2011.
Energybeta. 2009. Turbin Pelton.
57
Furze, J. 2002. Compedium In Small Hydro. http://ps-survival.com/PS/Hydro-Power/Compendium_Of_Small_Hydro-Power_2002.pdf. Diakses tanggal 10 Juni 2011.
Giles, R.V, dan Widodo. 2001. Mekanika Fluida dan Hidrolika Edisi Kedua (SI-Metrik). Erlangga. Jakarta.
Luknanto, D. 2007. Diktat kuliah Turbin Air. Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta. Yogyakarta.
Paryanto, W. 2007. Turbin Air. Graha Ilmu. Yogyakarta.
Permana, Agustinus, dan Wibowo. 2010. Pemanfaatan Mikrohidro Sebagai Pembangkit Energi Listrik Alternatif di Pltu Benete. Newmont Nusa Tenggara. Sumbawa.
Rimoo. 2009. Turbin Crossflow. http://rimoo.files.wordpress.com/2009/02 /crossflow.jpg. Diakses 07 januari 2012.
Sasongko, Muhajir, Badrawada, dan Anton. 2007. Pengaruh Laju Aliran Massa Terhadap Daya Turbin Air Francis Pada Sub Unit PLTA Jelok semarang.
Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta. Yogyakarta.
Susantyo, A. 2003. Pengembangan turbin air tipe crossflow diameter runner 400 mm. http://elib.pdii.lipi.go.id/katalog/index.php/searchkatalog-/download-DatabyId/4621/4622.pdf. Diakses tanggal 20 Januari 2011. Susantyo, A. 2009. Pengembangan turbin mini hydro. http://repository.usu.ac.id
/bitstream/123456789/27441/4/Chapter%20II.pdf. Diakses tanggal 20 Januari 2011.
Situmorang. 2008. Sistem Perpipaan Distribusi Pada Setiap Pipa Air Bersih Untuk Kota Lubukpakam dari Sistem Distribusi PDAM Tirtanadi Cabang Deli Serdang. (Tugas Sarjana). Universitas Sumatera Utara. Medan. http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/11976/1/09E00111.pdf.dia kses tanggal 03 januari 2012.
Townsend, J. 2008. Viscous Flow inPipes Chapter 8. Needham.
http://faculty.olin.edu/~Jtownsend/transport%20Fall%202008/Docs/Suple ment%20 Reading%20-%20Pomps.pdf. Diakses tanggal 10 Mei 2012. Wirawan, N. A. 2008. Penerapan Turbin Air Sebagai Pembangkit Listrik
