Rancang Bangun Instalasi Pembangkit Listrik Piko Hidro Menggunakan Pompa Sentrifugal Dengan Total Head (H) 12 M Dan Kapasitas (Q) 1,25 M3/Menit Sebagai Turbin

(1)

RANCANG BANGUN INSTALASI PEMBANGKIT LISTRIK

PIKO HIDRO MENGGUNAKAN POMPA SENTRIFUGAL

DENGAN TOTAL HEAD

(H)

12 M DAN

KAPASITAS

(Q)

1,25 M

3

_{/MENIT SEBAGAI TURBIN}

SKRIPSI

Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

061101005

P. PUTRA S. SITUNGKIR NIM. 060401086

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

ABSTRAK

Penggunaan turbin air didalam sistem pembangkit tenaga listrik saat ini masih sangat dominan karena hanya memanfaatkan aliran air yang tersedia di alam. Dalam pemakaiannya kita harus memilih dan menentukan karakteristik turbin sesuai dengan kondisi dan tempat di mana turbin air dipasang agar dihasilkan energi yang optimal.

Biasanya pompa digerakkan oleh motor listrik untuk menaikkan sejumlah air sampai pada ketinggian tertentu. Pada aplikasi pompa sebagai turbin (PAT), prinsip kerja pompa dibalik - yaitu diberi jatuhan air dari ketinggian tertentu untuk memutar impeller pompa. Putaran impeller ini akan diteruskan untuk memutar generator sehingga dihasilkan tenaga listrik. Instalasi Pump As Turbin ini merupakan salah satu instalasi turbin air yang mempunyai kapasitas lebih kecil daripada turbin-turbin yang lazim digunakan pada pembangkit listrik. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pompa sentrifugal dengan total head (H) 12 m dan kapasitas (Q) 1,25 m3_{/menit yang dioperasikan}

(10)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan hikmat, pengetahuan dan karunia-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini dengan baik. Adapun judul dari tugas sarjana ini adalah Rancang Bangun Instalasi Pembangkit Listrik Piko Hidro Menggunakan Pompa Sentrifugal Dengan Total Head (H) 12 m dan Kapasitas (Q) 12,5 m3_{/menit Sebagai Turbin.}

Tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat bagi setiap mahasiswa Teknik Mesin untuk menyelesaikan studi pada jenjang Strata Satu (S1) di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Dalam penulisan skripsi ini Penulis menghadapi masalah dalam hal instalasi dan pemasangan alat pengujian. Namun, semangat team work yang tidak pernah surut membuat penulisan skripsi ini pun dapat diselesaikan.

Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas sarjana ini, terutama kepada :

1. Bapak Dr. Ir. Himsar Ambarita, ST. MT, selaku dosen pembimbing yang senantiasa mendampingi Penulis dan yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga serta pemikiran dalam penyelesaian tugas sarjana ini.

2. Bapak Tulus B. Sitorus , ST. MT, selaku dosen yang yang telah banyak membantu Penulis dalam hal kelancaran administrasi dalam penyelesaian tugas sarjana ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin,

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

(11)

5. Segenap staff pengajar, staff administrasi dan asisten Laboratorium Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas sarjana ini.

6. Albert Steven Chu dan Hansen selaku Pump As Turbine Group yang senantiasa saling berdampingan dalam memberi semangat serta dukungan dari awal hingga selesainya penulisan tugas sarjana ini.

7. Adik saya Ruth C. K. Dalimunthe yang senantiasa mendampingi dan memberi semangat (moril dan spiritual) kepada Penulis dari awal hingga selesainya penulisan tugas sarjana ini.

8. Rekan-rekan seperjuangan, khususnya Stambuk 2006 yang telah banyak membantu memberikan dukungan kepada Penulis dari awal perkuliahan hingga selesainya tugas sarjana ini.

Akhir kata, Penulis berharap agar tugas sarjana ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih.

Medan, Maret 2011 Penulis,

(12)

DAFTAR ISI

1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian... 5

1.3 Batasan Masalah... 5 gunaan Pompa Sebagai Turbin... 29

2.5 Gene rator... 31

(13)

2.7 Daya

Air... 37

2.8 Effisi ensi PAT... 38

BAB III METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN 3.1 Umum... 39

3.2 Pengujian Pompa Sebagai Turbin... 40

3.3 Rancang Bangun Instalasi... 42

3.4 Peralatan Pengujian... 43

3.5 Pelaksanaan Pengujian... 49

BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Perhitungan Efisiensi Pengujian PAT Dengan Pompa Sentrifugal 4 (Empat) Inchi... 53

4.2 Grafik Hasil Pengujian ... 61

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 64

5.2 Saran... 65

(14)

DAFTAR SIMBOL

SIMBOL ARTI SATUAN

A Luas Penampang m2

D Diameter mm

f Koefisien Gesekan

-g Percepatan Gravitasi m/s2

Heff Head Effektif m

hf Head Loses Mayor m

hm Head Loses Minor m

I Kuat Arus ampere

L Panjang Pipa m

n Putaran rpm

PPAT Daya PAT watt

(15)

V Tegangan Listrik volt

v Kecepatan m/s

AKSARA YUNANI

LAMBANG ARTI SATUAN



Effisiensi %



(rho) Massa Jenis kg/m3



(gamma) Berat Jenis N/m3

(16)

ABSTRAK

Penggunaan turbin air didalam sistem pembangkit tenaga listrik saat ini masih sangat dominan karena hanya memanfaatkan aliran air yang tersedia di alam. Dalam pemakaiannya kita harus memilih dan menentukan karakteristik turbin sesuai dengan kondisi dan tempat di mana turbin air dipasang agar dihasilkan energi yang optimal.

Biasanya pompa digerakkan oleh motor listrik untuk menaikkan sejumlah air sampai pada ketinggian tertentu. Pada aplikasi pompa sebagai turbin (PAT), prinsip kerja pompa dibalik - yaitu diberi jatuhan air dari ketinggian tertentu untuk memutar impeller pompa. Putaran impeller ini akan diteruskan untuk memutar generator sehingga dihasilkan tenaga listrik. Instalasi Pump As Turbin ini merupakan salah satu instalasi turbin air yang mempunyai kapasitas lebih kecil daripada turbin-turbin yang lazim digunakan pada pembangkit listrik. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pompa sentrifugal dengan total head (H) 12 m dan kapasitas (Q) 1,25 m3_{/menit yang dioperasikan}

(17)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Indonesia adalah negara kepulauan dengan jumlah pulau yang mencapai ribuan. Dari sekian banyak pulau tersebut belum semua pulau yang dihuni manusia dapat menikmati listrik. Akibat sulitnya lokasi yang tidak dapat dijangkau oleh jaringan listrik PLN, secara sosial lingkungan timbul kesenjangan perekonomian, pendidikan, dan kesehatan.

Kemajuan teknologi sekarang banyak dibuat peralatan-peralatan yang inovatif dan tepat guna. Salah satu contoh dalam bidang teknik mesin terutama dalam bidang konversi energi dan pemanfaatan alam sebagai sumber energi. Diantaranya adalah pemanfaatan air yang bisa digunakan untuk menghasilkan listrik.

(18)

dapat menimbulkan polusi karena adanya limbah padat, limbah cair, dan gas buang. Seiring dengan meningkatnya penggunaan energi, saat ini aspek lingkungan dalam pembangunan mendapat perhatian yang serius. Pemerintah telah mengeluarkan Undang-Undang (UU) No. 23 tahun 1997 tentang Pengelolaan Lingkungan Hidup yang ditujukan untuk mengurangi dampak negatif kegiatan pembangunan terhadap lingkungan. Melengkapi UU tersebut diterbitkan UU No. 27 Tahun 1999 tentang Analisis Mengenai Dampak Lingkungan (AMDAL). Dalam perkembangan selanjutnya masalah ini selalu dikaitkan dengan konsep pembangunan berkelanjutan (sustainable development).

(19)

Indonesia memiliki potensi tenaga air yang cukup besar karena kondisi topografi yang sangat mendukung, yaitu bergunung dan berbukit serta dialiri oleh banyak sungai serta adanya danau yang cukup potensial sebagai sumber tenaga air. Potensi tenaga air tersebut tersebar di seluruh wilayah Indonesia, namun tidak semua wilayah mempunyai peluang untuk dapat dikembangkan secara optimal. Pada Gambar 1.1 ditunjukkan penyebaran potensi tenaga air untuk PLTM dan PLTMH di wilayah Indonesia.

Gambar 1.1 Penyebaran Potensi PLTM dan PLTMH Di Wilayah Indonesia[15]

Dengan melihat besarnya potensi energi terbarukan tersebut dan rasio elektrifikasi tiap pulau di Indonesia yang tidak merata, maka perlu dibuat sebuah pembangkit kecil yang mampu memanfaatkan sumber energi terbarukan yang tersedia secara lokal.

Keuntungan dari pengembangan PLTM dan PLTMH bagi masyarakat pedesaan dan desa terpencil antara lain:

(20)

2. Penggunaan energi konvensional, seperti batu bara untuk pembangkit tenaga listrik di wilayah ini akan memerlukan biaya yang tinggi karena adanya tambahan biaya transportasi bahan bakar.

3. Mengurangi ketergantungan pada penggunaan bahan bakar fosil.

4. Meningkatkan kegiatan perekonomian, sehingga diharapkan dapat menambah penghasilan masyarakat.

Di Sumatera Utara contohnya, sudah dibangun dua buah pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTMH), masing-masing berlokasi di Asahan dan Tapanuli Tengah, yang dibangun pada tahun 2005 dan 2006. Dua pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTMH) akan dibangun lagi di wilayah Pakpak Bharat dan Humbang Hasundutan, Sumatera Utara. Pembangunan pembangkit listrik tenaga air tersebut merupakan realisasi pemerintah untuk mengurangi jumlah rumah tangga (RT) yang belum memperoleh sambungan listrik PLN, yang besarnya sekitar 500.000 rumah tangga. Hal itu dikatakan Mantan Kadis Pertambangan dan Energi Sumut, Ir. Washington Tambunan, kepada wartawan di Medan. Pembangkit listrik tenaga mikro hidro tersebut akan menghasilkan listrik dengan kapasitas sebesar 30 hingga 40 kilowatt. Sebenarnya masih banyak daerah di Sumatera Utara yang berpotensi untuk dibangun pembangkit listrik tenaga mikro hidro, tetapi terkendala oleh teknologi dan biaya.

(21)

menjadi salah satu terobosan dalam memenuhi kebutuhan listrik di pedesaan dan desa terpencil. Inilah yang menjadi latar belakang tugas akhir ini.

1.2 MAKSUD DAN TUJUAN PENELITIAN

Maksud dari penelitian skripsi ini adalah untuk memenuhi syarat lulus mendapatkan gelar Sarjana. Adapun tujuan dari penulisan ini adalah:

1. Merancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro menggunakan pompa sentrifugal yang dioperasikan sebagai turbin. Rancang bangun instalasi ini dapat melakukan pengujian pada beberapa variasi head dan debit aliran air terjun.

(22)

1.3 BATASAN MASALAH

Rancang bangun instalasi ini diharapkan menjadi salah satu alternatif yang ekonomis untuk pembangkit listrik tenaga air piko hidro dengan menggunakan pompa sentrifugal sebagai turbin. Melihat cakupan masalah begitu luas, maka perlu dilakukan pembatasan masalah yang akan diuji, yaitu:

1. Perhitungan efisiensi penggunaan pompa sentrifugal (dengan spesifikasi;

head total (H)12 meter, kapasitas (Q)1,25 m3_{/menit) pada ketinggian} _(H) 5,18 meter dan(H)9,29 meter (diukur dari poros pompa) sebagai turbin. 2. Memperhatikan perilaku dan karakteristik pompa sentrifugal yang

digunakan sebagai turbin pada debit air, putaran pompa dan putaran generator (rpm), tegangan listrik (volt), dan kuat arus (ampere) terhadap pembebanan (bola lampu) 0 W, 100 W, 200 W, 300 W dan 400 W.

1.4 METODOLOGI PENELITIAN

1. Studi Literatur

Berupa studi kepustakaan dengan mempelajari buku-buku, jurnal-jurnal, artikel maupun karya-karya ilmiah yang terkait, baik yang bersumber dari media cetak, elektronik maupun dari internet.

2. Diskusi Interaktif

(23)

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN

Laporan ini adalah buku skripsi yang terdiri atas beberapa Bab, yaitu:

1. BAB I : Pendahuluan yang meliputi latar belakang penulisan, maskud dan tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penelitian, keluaran skripsi serta sistematika penulisan.

2. BAB II : Tinjauan pustaka yang berisi teori dasar pompa, turbin air, sistem PAT(Pump As Turbine)dan generator.

3. BAB III : Metodologi dan alat penelitian berisi sistematika atau alur (flow)

proses pengujian dilakukan. 4. BAB IV : Hasil pengujian dan analisa. 5. BAB V : Kesimpulan dan saran. 6. DAFTAR PUSTAKA

(24)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 PENGERTIAN POMPA

Gaya gravitasi menyebabkan fluida cair mengalir dari satu tempat yang relatif tinggi menuju tempat yang relatif lebih rendah. Fluida cair pada tekanan tinggi memiliki energi potensial yang relatif lebih besar jika dibandingkan dengan fluida cair pada tekanan yang rendah. Oleh karenanya, fluida cair akan mengalir dari tempat bertekanan tinggi menuju tempat bertekanan rendah.

(25)

Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge). Dengan kata lain, pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini berguna untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada di sepanjang pengaliran.

Sistim pemompaan bertanggung jawab terhadap hampir 20% kebutuhan energi listrik dunia dan penggunaan energi dalam operasi pabrik industri tertentu berkisar 25-50%(US DOE, 2004).

Gambar 2.1 Sistem Pemompaan Dalam Sebuah Industri (US DOE, 2001)[12]

Secara umum, komponen utama sistem pemompaan (seperti yang terlihat dalam Gambar 2.1 di atas) adalah:

1. Pompa

2. Mesin penggerak: motor listrik, mesin diesel atau sistem udara 3. Pemipaan, digunakan untuk membawa fluida

(26)

6. Peralatan pengguna akhir, yang memiliki berbagai persyaratan (misalnya tekanan, aliran) yang menentukan komponen dan susunan sistim pemompaan. Contohnya adalah alat penukar panas, tangki dan mesin hidrolik.

2.2 KLASIFIKASI POMPA

Klasifikasi pompa menurut prinsip operasi dasarnya, dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian yaitu pompa kerja positif (positive displacement pump) dan pompa kerja dinamis (dynamic pump) atau yang sering disebut sebagai pompa sentrifugal.

Pada prinsipnya, cairan apapun dapat ditangani oleh berbagai rancangan pompa. Jika berbagai rancangan pompa digunakan, pompa sentrifugal biasanya yang paling ekonomis diikuti oleh pompa rotary dan reciprocating. Walaupun pompa perpindahan positif biasanya lebih efisien daripada pompa sentrifugal, namun keuntungan efisiensi yang lebih tinggi cenderung diimbangi dengan meningkatnya biaya perawatan.

(27)

Gambar 2.2 Berbagai Jenis Pompa[12]

2.2.1 Pompa Kerja Positif(Positive Displacement Pump)

Pompa perpindahan positif dikenal dengan caranya beroperasi, yaitu cairan diambil dari salah satu ujung dan pada ujung lainnya dialirkan secara positif untuk setiap putarannya. Energi mekanik dari putaran poros pompa dirubah menjadi energi tekanan untuk memompakan fluida.

Pada pompa kerja positif kenaikan tekanan cairan di dalam pompa disebabkan oleh pengecilan volume ruangan yang ditempati cairan tersebut. Adanya elemen yang bergerak dalam ruangan tersebut menyebabkan volume ruangan akan membesar atau mengecil sesuai dengan gerakan elemen tersebut. Pada pompa jenis ini dihasilkanhead yang tinggi tetapi kapasitas yang dihasilkan rendah.

Pompa perpindahan positif digunakan secara luas untuk pemompaan fluida selain air, biasanya fluida kental. Pompa perpindahan positif selanjutnya digolongkan berdasarkan cara perpindahannya, yaitu: pompa rotary dan pompa torak (piston).

2.2.2 Pompa Kerja Dinamis(Dynamic Pump)

(28)

lintasan melengkung (melingkar). Pompa sentrifugal merupakan suatu pompa yang memiliki elemen utama sebuah motor dengan sudu impeller berputar dengan kecepatan tinggi. Fluida masuk dipercepat oleh impeller yang menaikkan kecepatan fluida maupun tekanannya dan melemparkan ke luar volut. Biasanya lebih dari 75 % pompa yang dipasang di sebuah industri adalah pompa sentrifugal. Prinsip kerjanya adalah mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam

casing.

2.2.2.1 Prinsip Kerja Sentrifugal

Pompa sentrifugal mempunyai sebuah impeller (baling-baling) untuk mengangkat zat cairan dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan pada poros pompa untuk memutarkan impeller di dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeller oleh dorongan sudu-sudu dapat berputar. Karena timbul gaya sentrifugal, maka zat cair mengalir dari tengah impeller ke luar melalui saluran di antara sudu-sudu. Disini head tekanan zat cair menjadi lebih tinggi. Demikian juga head kecepatannya menjadi lebih tinggi karena mengalami percepatan. Zat cair yang keluar melalui impeller akan ditampung oleh saluran berbentuk volute (spiral) dikelilingi impeller dan disalurkan keluar pompa melalui nozel (outlet/discharge). Di dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan. Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja pada zat cair sehingga energi yang dikandungnya menjadi lebih besar. Selisih energi per satuan berat atau head total zat cair antara

(29)

Dari uarian di atas, jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan perubahan head tekanan, head kecepatan dan head potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinu.

Gambar 2.3 Aliran Fluida Dalam Pompa Sentrifugal[14]

Menurut proses perpindahan energi dan benda cair sebagai bahan aliran, maka pompa sentrifugal termasuk mesin aliran fluida hidraulik. Rumus utama

Euler untuk mesin aliran fluida juga berlaku untuk pompa ini. Tinggi kenaikan dari pompa sentrifugal adalah sama dengan perbandingan kwadrat dari kecepatan putar pompa.

Karakteristik pompa sentrifugal ditentukan oleh besaran-besaran sebagai berikut:

1. Volume fluida yang dipompaV

2. Tinggi kenaikanH

(30)

4. Daya yang dibutuhkan untuk memutar pompa

Pompa sentrifugal mempunyai daerah penggunaan yang sangat luas, seperti pada pemakaian dalam masalah ekonomi air, mesin tenaga dan instalasi pemanas, kimia maupun petro kimia, perkapalan dan pompa yang dipakai di tambang-tambang. Lingkup penggunaan pompa sangat luas dengan berbagai kebutuhan terhadap kapasitas dan tinggi kenaikan yang berbeda-beda. Kadang-kadang pompa harus dibuat secara khusus sedemikian rupa sesuai dengan kebutuhan terhadap kapasitas pompa yang dibutuhkan, tinggi kenaikan dan bahan (fluida) yang akan dipompa, serta terdapat juga persyaratan khusus dari tempat di mana pompa tersebut akan dipasang, dari kemungkinan pemilihan mesin penggerak pompa dan dari masalah perawatan pompa tersebut.

2.2.2.2 Bagian-Bagian Pompa Sentrifugal

(31)

Gambar 2.4 Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal[2]

Keterangan gambar (bagian-bagian utama pompa sentrifugal):

A. Stuffing Box

B. Packing

C. Shaft (Poros)

D. Shaft Sleeve (Selongsong

Poros)

E. Vane

F. Casing (Rumah Pompa)

G. Eye of Impeller

H. Bearing (Bantalan)

I. Casing Wear Ring (Cincin

Penahan Aus)

J. Impeller

K. Discharge Nozzle

2.3 TURBIN AIR

(32)

banyak dibuat peralatan-peralatan yang inovatif dan tepat guna. Diantaranya adalah pemanfaatan air yang bisa digunakan untuk menghasilkan listrik. Alat tersebut adalah berupa turbin yang digerakkan oleh air yang disambungkan dengan generator. Air yang mengalir mempunyai energi yang dapat digunakan untuk memutar roda turbin.

Turbin air dikembangkan pada awal abad ke-19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industri sebelum adanya jaringan listrik. Kata turbin ditemukan oleh insinyur Perancis yang bernama Claude Bourdin yang diambil dari terjemahan bahasa Latin dari kata whirling (putaran) atau vortex (pusaran air) pegunungan.Turbin dapat memanfaatkan air dengan putaran lebih cepat dan dapat memanfaatkan head yang lebih tinggi. Sekarang turbin air digunakan untuk pembangkit tenaga listrik.

(33)

Dalam suatu PLTA, turbin air merupakan salah satu peralatan utama selain generator. Turbin air mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Energi mekanik dalam bentuk putaran poros ini akan diubah oleh generator listrik menjadi tenaga listrik.

Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalah merupakan energi potensial air yaitu:

Ep = m × g × h

Keterangan:

Ep = energi potensial air (Joule)

m = massa air (kg)

h = tinggi air jatuh (meter)

g = percepatan gravitasi (m/s2₎

Dengan menggunakan rumus-rumus mekaina fluida, daya turbin, luas penampang lintang saluran dan dimensi baian-bagian turbin lainnya serta bentuk energi dari aliran air dapat ditentukan.

(34)

P = Q × × G × Heff× T

Keterangan:

P = daya turbin (KW)

Q = kapasitas air (m3_/detik)

= massa jenis cairan (kg/m3)

Heff = head efektif (m)

T = effisiensi turbin

Selama tinggi air jatuh efektif Heff. tetap sama daya yang dihasilkan turbin

disesuaikan dengan kebutuhan, dengan jalan mengubah-ubah kapasitasQ. Hal ini terjadi karena posisi peralatan pengarah yang berubah. Sebagai hasilnya didapat

perbedaan harga randemen turbuin T pada saat pembebanan sebagian dari pada

(35)

Pembebanan Sebagian; Informatif [2]

Gambar 2.7 Diagram Bernoulli Untuk Turbin Air[2]

(36)

Saat head losses akibat gesekan tidak diperhitungkan, maka persamaan momentum akan berubah menjadi persamaan Bernoulli. Persamaan ini ditemukan pada aliran fluida yang tidak mengalami gesekan.

Persamaan momentum untuk titik 1 dan 3, diperoleh:

Persamaan momentum untuk titik 2 dan 3, diperoleh:

Keterangan:

P = tekanan absolut (N/m2)

v = kecepatan (m/s)

Hl = head losses pada pipa (m)

Heff = head efektif (m)

Untuk kondisi-kondisi instalasi turbin air di atas dimana:

 Untuk waduk (reservoir titik 1) kecepatanV1 0.

(37)

Persamaan kontinuitas:

Q = V × A

Keterangan:

Q = debit aliran (m3_/detik)

V = kecepatan aliran (m/s)

A = luas penampang pipa (m2₎

Head losses yang terjadi pada saluran pipa:

1. Mayor Lossesyang terjadi akibat gesekan aliran dalam satuan pipa

2. Minor Losses yang terjadi akibat adanya perlengkapan (equipment) pipa, seperti belokan(elbow), valve,saringan dan peralatan lainnya.

(38)

Gambar 2.8 Kincir Air[11]

Kincir air adalah jenis turbin yang paling kuno, sudah sejak lama digunakan oleh masyarakat. Teknologinya sederhana dan biasanya bekerja pada tinggi air yang rendah berkisar antara 0,1 meter sampai 12 meter (roda kincir besar), dengan kapasitas aliran antara 0,05 m3_{/det sampai 5 m}3_{/det, serta kecepatan putarannya} kecil berkisar pada 2 rpm sampai 12 rpm. Selain energi tempat, faktor yang harus diperhatikan pada kincir air adalah pengaruh berat air yang mengalir masuk ke dalam sel-selnya.

Air yang mengalir ke dalam dan ke luar dari kincir tidak mempunyai tekanan lebih, hanya tekanan atmosfir saja. Kecepatan air yang mengalir ke dalam kincir harus kecil, sebab bila kecepatannya besar ketika melalui sel air akan melimpah ke luar atau energi yang ada hilang percuma.

Berdasarkan prinsip kerjanya turbin air dibagi menjadi dua kelompok, yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.

Table 2.1 Pengelompokan Turbin

High Head Medium Head Low Head

(39)

Reaction Turbine Francis Propeller Kaplan

(40)

Pelton

Gambar 2.9 Klasifikasi Turbin Air[2]

1. Turbin Impuls atau Turbin Tekanan Sama

Yang dimaksud dengan turbin impuls adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air (yang teridiri dari energi potensial-tekanan-kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi puntir dalam bentuk putaran poros. Atau dengan kata lain, energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nosel. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton. Turbin Pelton dipakai untuk tinggi air jatuh yang besar.

Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang ke luar nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfer di sekitarnya. Semua energi tinggi tempat, dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin diubah menjadi energi kecepatan (Gambar 2.15).

(41)

Gambar 2.10 Skema Turbin Pancar (Turbin Pelton), jalannya tekanan di dalam pipa dan di dalam roda jalan[2]

2. Turbin Reaksi atau Turbin Tekanan Lebih

Turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi puntir dalam bentuk putaran. Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu.

Turbin ini terdiri dari sudu pengarah dan sudu jalan dan kedua sudu tersebut semuanya terendam di dalam air. Air dialirkan ke dalam sebuah terusan atau dilewatkan ke dalam sebuah cincin yang berbentuk spiral (rumah keong). Perubahan energi seluruhnya terjadi di dalam sudu gerak (Gambar 2.11).

Turbin air yang paling banyak digunakan adalah turbin reaksi. Turbin reaksi digunakan untuk aplikasi turbin dengan head rendah dan medium.

(42)

Gambar 2.11 Sistem Kerja Dari Tinggi Air Jatuh mulai dari

sudu pengarah, sudu jalan dan ke pipa. Pembagian energi tinggi air jatuh ke sudu pengarah; di sudu jalan timbul tekanan kerendahan dan di dalam pipa isap tekanan tersebut kembali terbentuk[2]

2.3.2 Perbandingan Karakteristik Turbin

Kecepatan spesifik setiap turbin mempunyai kisaran (range) tertentu berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air adalah sebagai berikut:

Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik Turbin[10]

Turbin Pelton 12 < ns< 25

Turbin Francis 60 < ns< 300 Turbin Crossflow 40 < ns< 200 Turbin Propeller 250 < ns< 1000

(43)

Gambar 2.12 Perbandingan Karakteristik Turbin[11]

(44)

Gambar 2.13 Daerah Penggunaan dari Beberapa Jenis Konstruksi Turbin yang Berbeda[2]

Dalam pembuatan roda turbin, kebanyakan pertama sekali membuat modelnya, setelah model tersebut diselidiki, diuji dan diubah-ubah sehingga menghasilkan daya dan randemen turbin yang baik, kemudian baru dibuat roda turbin yang besar/sesungguhnya menurut bentuk modelnya.

2.4 PENGGUNAAN POMPA SEBAGAI TURBIN

(45)

Gambar 2.14 Instalasi Penggunaan Pompa Sebagai Turbin

Tujuan dari rancang bangun instalasi pembangkit listrik pyco hydro dengan menggunakan PAT ini adalah untuk mengevaluasi penggunaan pompa sebagai turbin dalam hal performansi pada kapasitas dan efisiensi. Pada operasi turbin, debit bertambah seiring dengan kenaikan head. Head yang tersedia pada turbin sama dengan ketinggian vertikal antara sisi masuk aliran di reservoir dengan sisi keluar, sebagian kecil menjadi kerugian head pada pipapenstock.Kecepatan putar turbin bervariasi menurut beban dan terdapat perbedaan efisiensi untuk masing-masing kecepatan putar dan head.

Beberapa kelebihan aplikasi pompa sebagai turbin air adalah:

1. Sebagai produk industri yang massal, pompa mudah diperoleh dengan berbagai variasihead - flow, tersedia dalam berbagai tipe dan ukuran.

2. Mudah dalam instalasinya.

(46)

4. Aplikasi pompa dapat dikoneksi secara langsung dengan generator (direct drive) atau menggunakan transmisi mekanik pulley-belt (indirect drive) apabila putaran pompa sebagai turbin tidak sama dengan putaran generator (umumnya 1500 rpm).

Jenis pompa yang umum dipakai sebagai turbin adalah end-suction centrifugal pump untuk jatuhan 7 meter-100 meter dengan debit kecil (50 liter/detik s.d 150 liter/detik) dan mixed-flow pumpuntuk jatuhan rendah 4 meter-15 meter dengan debit cukup besar (100-400 liter/detik). Kapasitas daya aplikasi pompa sebagai turbin beragam, mulai dari 1 kW-100 kW, dengan biaya peralatan yang lebih murah (s.d 50 %) dibandingkan dengan menggunakan turbin air

(costume product).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pompa sebagai turbin bisa diandalkan dengan efisiensi yang tinggi pada unit pembangkit skala kecil. Aplikasi pompa sebagai turbin di lapangan sudah cukup banyak. Aplikasi pompa sebagai turbin dapat dilakukan di saluran irigasi, tailing bendungan, menara air gedung-gedung tinggi memanfaatkan jatuhan air kondensasi pendingin, atau membuat sodetan

(run-off river).

(47)

Generator listrik adalah sebuah alat yang menghasilkan energi listrik dari sumber energi mekanik berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik yang ditemukan oleh Faraday. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat

maupun turbin uap, air yang jatuh melalui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain.

Berdasarkan arus keluarannya, generator dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu generator arus searah atau biasa disebut dinamo, dan generator arus bolak-balik atau alternator. Prinsip kerja generator adalah menghasilkan arus listrik induksi dengan cara memutar gelung di antara kutub utara-selatan sebuah mangnet. Perbedaan generator arus bolak-balik dan generator arus searah adalah pada cincin luncur yang berhubungan dengan tiap ujung gelung. Pada generator arus searah hanya terdapat sebuah cincin yang terbelah di tengahnya, disebut cincin belah ataukomutator.

(48)

yaitu kecepatan dimana terbentuk medan magnet oleh gelung yang berotasi. Kecepatan sinkron ini dapat diperoleh dari:

Keterangan:

Ns = kecepatan sinkron (putaran/detik)

f = frekuensi (Hz)

P = jumlah kutub dalam generator

Pada generator AC (alternator) pembangkit listrik, magnetlah yang berputar sedangkan kumparannya diam. Magnet yang digunakan bukan magnet permanen melainkan elektromagnet (kumparan yang dililitkan pada inti besi), sehingga medan magnetik yang dihasilkan lebih besar daripada menggunakan magnet permanen.

Dalam alternator pembangkit listrik, kumparan yang diam disebut kumparan jangkar, sedangkan kumparan yang bergerak disebut kumparan medan. Kumparan jangkar dan inti besinya disebut stator dan kumparan medan dan inti besinya disebutrotor. Rotor dan turbin memiliki poros yang sama sehingga putaran turbin akan juga memutar rotor. Selain memberi putaran pada rotor, turbin juga memberi tenaga pada sebuah dinamo kecil (disebut exiter) yang berfungsi menyuplai arus listrik ke kumparan medan.

(49)

instalasi mikro hidro karena kemampuannya untuk menghasilkan daya yang bermanfaat pada berbagai kecepatan rotor. Generator induksi secara mekanis dan elektrik lebih sederhana daripada jenis generator lainnya.

Generator induksi tidak memiliki exiter seperti pada generator sinkron, artinya generator ini memerlukan pasokan listrik eksternal untuk menghasilkan

fluks magnetik yang berputar. Pasokan listrik eksternal ini dapat diperoleh dari jaringan listrik lain ataupun dari generator itu sendiri setelah mulai menghasilkan daya. Fluks magnet berputar dari stator menginduksi arus pada rotor, yang juga menghasilkan medan magnet. Jika rotor ternyata lebih lambat dari laju fluks berputar, mesin bertindak seperti motor induksi. Jika rotor diputar lebih cepat, akan bertindak seperti generator, menghasilkan daya pada frekuensi sinkron.

(50)

(51)

Tidak semua motor induksi cocok digunakan sebagai MISG. Jenis motor yang cocok digunakan untuk MISG adalah jenis sangkar tupai (Squirel Cage Motor).

Kelebihan dari MISG daripada generator sinkron adalah sebagai berikut: 1. Lebih murah daripada menggunakan generator sinkron terutama untuk

keperluan daya yang rendah seperti pada PLTMH karena dapat digunakan motor bekas.

2. Generator ini tidak akan bermasalah apabila kelebihan beban (overload),

apabila terjadi kelebihan beban generator ini hanya akan berhenti menghasilkan listrik, apabila beban berlebih dilepaskan maka generator akan bekerja seperti semula.

3. Mudah dibuat dari motor induksi, hanya dengan menyambungkan kapasitor secara paralel ke motor dan dijalankan pada kecepatan lebih tinggi dari rpm yang tertera.

Kekurangan MISG dari generator sinkron adalah sebagai berikut :

1. Generator sinkron dapat dibeli dan langsung digunakan, sedangkan MISG memerlukan perhitungan nilai kapasitor sesuai yang akan dipasangkan pada motor.

2. Generator tidak dapat di-startjika dipasangkan beban, generator tidak boleh dipasangkan beban sebelum mencapai kecepatan kerja.

3. Generator ini tidak boleh digunakan untuk mengerakkan motor induksi, karena induktansi tambahan dari motor akan membatalkan reaktansi dari kapasitor dan menyebabkan generator berhenti menghasilkan listrik.

(52)

1. Sudah ada generator dari Laboratorium Mekanika Fluida sehingga dapat menghemat biaya.

2. Tidak ada motor induksi bekas yang dapat dipakai, sehingga akan lebih mahal jika dibeli motor induksi yang baru.

3. Untuk pengujian MISG kurang effisien untuk digunakan karena untuk putaran rendah tidak dapat menghasilkan listrik.

Gambar 2.15 Generator AC

2.6 DAYA PAT(PUMP AS TURBINE)

Daya pompa yang digunakan sebagai turbin dapat dihitung dengan rumus

Keterangan:

V = tegangan yang dihasilkan (volt)

(53)

g

 = effisiensi generator (diasumsikan sebesar 0,8) = 0,8

2.7 DAYA AIR

Daya air dapat dihitung dengan rumus

Pair= × g × H × Q

Effisiensi PAT (pump as turbine) diperoleh dari perbandingan nilai daya PAT dan daya air yaitu:

(54)

BAB III

METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN

3.1 UMUM

Salah satu alternatif yang ekonomis untuk membangun pembangkit listrik tenaga air skala kecil adalah dengan menggunakan pompa sebagai turbin. Biasanya pompa digerakkan oleh motor listrik untuk menaikkan sejumlah air sampai ketinggian tertentu. Pada aplikasi pompa sebagai turbin, prinsip kerja pompa dibalik - yaitu diberi jatuhan air dari ketinggian tertentu untuk memutar impeller pompa. Putaran impeler ini akan diteruskan untuk memutar generator sehingga dihasilkan tenaga listrik.

(55)

ketinggian 5,18 meter. Adapun penambahan beberapa instalasi yang dilakukan adalah:

 Instalasi dudukan reservoir (dalam hal ini digunakan empat unit tong) dan

sistem penghubung antara keempat tong tersebut.

 Instalasi saluran perpipaan untuk lantai dua.

 Instalasi dudukan pengujian PAT(Pump As Turbine).

 Instalasi PAT.

 Instalasi generator.

Aliran air yang digunakan berasal dari reservoir bawah (TPB) - terletak di lantai satu laboratorium - dipompakan ke reservoir atas (TPA) oleh satu unit pompa pengumpan. Kapasitas aliran (debit) air yang akan diumpankan dapat diatur melalui sebuah katup pengatur(gate valve) sesuai dengan kebutuhan. Gaya gravitasi menyebabkan fluida cair mengalir dari satu tempat yang relatif tinggi menuju tempat yang relatif lebih rendah. Aliran air yang jatuh dari TPA memiliki energi potensial sehingga akan menimbulkan daya air yang diberikan kepada pompa sentrifugal sebagai energi input. Kemudian daya air ini akan masuk melalui salurandischarge(sisi buang) pada pompa dan memutarimpeller (baling-baling) pompa. Maka zat cair mendorong sudu-sudu agar dapat berputar sehingga daya impeller akan diberikan untuk memutar poros pompa. Zat cair yang keluar melalui impeller akan disalurkan keluar pompa melalui saluransuction(sisi isap).

(56)

transmisi (dalam hal ini digunakan transimsi sabuk) ke generator dan diubah menjadi energi listrik.

3.2 PENGUJIAN POMPA SEBAGAI TURBIN

Pompa sentrifugal yang digunakan dalam rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro ini berukuran 4 (empat) inchi karena disesuaikan dengan instalasi saluran pipa yang telah ada yaitu berukuran empat inchi, dengan spesifikasi sebagai berikut:

(57)

Gambar 3.2 Pompa 4 (Empat) Inchi Sebagai Turbin (Tampak Samping) Tabel 3.1 Spesifikasi Pompa Sentrifugal 4 (Empat) Inchi

Speed (rpm) 1750 2200

Kapasitas (m3_/menit) _0,63 _1,25 _0,8 _1,6

Total Head (m) 16,5 12 26,5 17

Power (PS) 5 10

Diameter Pulley (inch) 10,5

3.3 RANCANG BANGUN INSTALASI

(58)

Gambar 3.3 Rancang Bangun Instalasi PAT

3.4 PERALATAN PENGUJIAN 3.4.1 Hand Tachometer

Alat ini digunakan untuk mengukur putaran (rpm) poros pompa dan poros generator. Pada rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan PAT ini,hand tachometer yang digunakan adalah Krisbow KW06-303 dengan spesifikasi:

Ketelitian (akurasi) : ± 0,05% + 1 digit

Range : autorange

(59)

Gambar 3.4 Hand Tachometer

3.4.2 Clamp Meter

Clamp Meter digunakan untuk mengukur besarnya arus listrik (ampere) yang yang dihasilkan melalui rangkaian listrik (beban) dengan cara dihubungkan seri pada rangkaian listrik. Dalam rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan PAT ini, clamp meter yang digunakan adalah Krisbow KW06-286 dengan spesifikasi:

Tabel 3.2 Spesifikasi Clamp Meter

(60)

600 VDC ± (2.0 % + 4 digits)

Resistansi

200 ± (1.0 % + 4 digits)

2 k

± (1.5 % + 2 digits) 20 k

200 k

2 M ± (2.0 % + 3 digits)

20 M ± (3.0 % + 5 digits)

Gambar 3.5 Clamp Meter

3.4.3 Multimeter

(61)

Range : DC voltage : 0, 0.2, 2, 20, 200, 1000 V AC voltage : 0, 200, 750 V

DC current : 0 µA, 200 µA, 2 mA, 20 mA, 200 mA Resistance : 200 , 2 k , 20 k , 200 k , 2000 k

Gambar 3.6 Multimeter

3.4.4 Meteran

(62)

instalasi dudukan PAT dan mengukur tinggi permukaan air pada tempat penampungan atas (TPA) dan tempat penampungan bawah (TPB).

Gambar 3.7 Meteran

3.4.5 Generator

Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Generator yang digunakan dalam rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan PAT mempunyai spesifikasi dengan putaran (n) 1500 rpm dan daya (P) 3 kW.

(63)

3.4.6 Instalasi Rangkaian Lampu

Pada instalasi ini digunakan lampu pijar berdaya 100 Watt sebanyak lima buah dan berdaya 200 Watt sebanyak lima buah. Pada masing-masing lampu dipasang sakelar yang berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan aliran listrik ke lampu. Pada rangkaian ini juga dilengkapi MCB(Mini Circuit Breaker), yang berfungsi untuk menghindari putusnya lampu bila daya yang dihasilkan berlebih.

Gambar 3.9 Rangkaian Lampu

3.4.7 Pompa Pengumpan

(64)

Gambar 3.10 Pompa Pengumpan

3.5 PELAKSANAAN PENGUJIAN

Rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan Pump As Turbine(PAT) dilakukan di Laboratorium Mesin Fluida, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Pengukuran-pengukuran yang dilakukan tehadap penelitian ini meliputi:

1. Pengukuran tegangan listrik (volt) dengan menggunakan Multimeter. 2. Pengukuran arus listrik (ampere) dengan menggunakan Clamp Meter. 3. Pengukuran putaran (rpm) poros PAT dan poros generator dengan

menggunakan Hand Tachometer.

4. Pengukuran debit air dengan menggunakanstopwatch.

(65)

1. Pemeriksaan debit air di dalam tempat penampungan bawah (TPB) dan debit air di dalam tempat penampungan atas (TPA).

2. Pemeriksaan pipa penghubung antara TPB dan TPA, serta membuka keran pengatur(gate valve)kapasitas air pada pompa pengumpan.

3. Pemeriksaan katup (valve)untuk pengujian lantai dua atau lantai tiga. 4. Pemeriksaan katup pada PAT.

5. Pemeriksaan instalasi lampu sebagai beban. 6. Pemeriksaan poros PAT dan poros generator. 7. PemeriksaanV-Beltdan system transmisipulley. 8. Pemeriksaan generator.

Setelah prosedur pemeriksaan terhadap beberapa instalasi dan peralatan di atas selesai dilakukan dan pemeriksaan dipastikan dalam kondisi standby, maka prosedur pengujian pun dapat dimulai. Adapun prosedur pengujian rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan PAT ini adalah sebagai berikut:

1. Katup pada pipa buangan ke discharge (sisi buang) pompa dibuka sesuai keinginan (bukaan katup 100 %, 75 % dan 50 %).

2. Sebelum pompa pengumpan dihidupkan, terlebih dahulu keran pengatur

(gate valve)dibuka supaya umur pemakaian pompa pengumpan lebih lama. 3. Dilakukan monitoring terhadap ketinggian air di dalam TPA sesuai dengan

data pengujian yang dibutuhkan (70 cm dan 50 cm).

4. Setelah ketinggian air di TPA dan aliran air pada pipa pengumpan konstan, maka dilakukan pengujian serta pengambilan data terhadap:

(66)

b. Pengukuran arus listrik (ampere) dengan Clamp Meter

c. Pengukuran putaran pada poros PAT dan poros generator dengan Hand Tachometer

5. Pengukuran terhadap beberapa variabel di atas dilakukan terhadap beban (bola lampu); masing-masing 0 W (tanpa beban), 100 W, 200 W, 300 W dan 400 W.

6. Melakukan kembali pengukuran seperti prosedur pengujian sebelumnya berulang-ulang sebanyak lima kali untuk mendapatkan data pengujian yang lebih akurat.

Besaran-besaran yang diukur dan dicatat meliputi: 1. Tegangan listrik yang dihasilkan generator (V) 2. Arus listrik yang melalui rangkaian (A)

3. Putaran poros PAT (rpm) 4. Putaran poros generator (rpm)

Dari besaran-besaran di atas dapat dihitung besaran turunan lainnya seperti: 1. Daya Air

2. Daya PAT 3. Effisiensi PAT

Setelah pengujian di atas, dilakukan pengujian debit air dengan prosedur sebagai berikut:

(67)

2. Pompa pengumpan dihidupkan dan air dipompakan dari TPB ke TPA, setelah tinggi air mencapai ketinggian pengujian (50 cm atau 70 cm), pompa pengumpan dimatikan.

3. Secara bersamaan, katup menuju discharge PAT dibuka dan stopwatch

dihidupkan.

4. Segera setelah air dalam tong pertama habis, katup discharge ditutup dan stopwatch dimatikan. Pencatatan data dilakukan, meliputi waktu t (detik)

dan selisih ketinggian air di dalam tong h (cm).

5. Dari data yang diperoleh, maka perhitungan dabit air pun dapat dilakukan. Dengan cara volume air yang turun ( h) ke TPB dibagi waktu (t) yang diperoleh.

Flowchart Rancang Bangun Instalasi Pembangkit Listrik Piko Hidro Dengan Menggunakan Pompa Sentrifugal Sebagai Turbin

Surveytempat pengujian akan dilakukan

Rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan

pompa sebagai turbin

(68)

BAB IV

HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 PERHITUNGAN EFISIENSI PENGUJIAN PAT DENGAN POMPA SENTRIFUGAL 4 (EMPAT) INCHI

Q = v × A

Keterangan:

Q = kapasitas air (m3_/s)_{(digunakan Q rata-rata dari hasil pengujian)}

v = kecepatan air masuk turbin (m/s)

(69)

Q = v × A A = 1 2

4d

0,0096 = v× 0,0081 = 0,0081 m2

v = 1,185 m/s

Diameter pipa 4 (empat) inchi = 0,1016 m

 Kecepatan air masuk turbin untukH=5,18 m, tinggi air dalam TPA 70 cm

Q = v × A

0,01038 = v× 0,0081 m2

v = 1,281 m/s

 Kecepatan air masuk turbin untukH=9,29 m, tinggi air dalam TPA 50 cm

Q = v . A

0,019448 = v. 0,0081 m2

v = 2,4 m/s

 Head effektif untukH=5,18 m, tinggi air dalam TPA 50 cm

(70)

Re = 120396

Keterangan:

L = panjang pipa (7,09 m)

d = 0,1016 m

V = 1,185 m/s

f = 0,0174(diperoleh dari moody friction calculator[14]₎

2

Tabel 4.1 Head Losses Minor UntukH= 5,18 m

n k nk

1 elbow 900 ₁ _0,51 _0,51

1 Tee 1 0,34 0,34

(71)

Sisi masuk pipa 1 0,25 0,25

 Head effektif untukH=5,18 m,tinggi air dalam TPA 70 cm

a. Head Losses Mayor

Re = 130150

f = 0,0171(diperoleh dari diagram moody) hf = 0,1 m

(72)

a. Head Losses Mayor

Tabel 4.2 Head Losses Minor UntukH= 9,29 m

n k nk

1 Elbow 900 ₁ _0,51 _0,51

1 Tee 1 0,34 0,34

2 Katup Bola 1 0,05 0,05

Sisi Masuk Pipa 1 0,25 0,25

Sisi Keluar Pipa 1 1 1

 Effisiensi PAT untukH=5,18 m, debit 0,0096 m3_/s

(73)

PPAT = _{. .cos}. t g

V I   

Keterangan:

Hasil pengujian di bawah diambil dari data pengujian ketiga V = voltase yang dihasilkan untuk beban efektif 100 W (193 V)

I = arus yang diperoleh untuk beban efektif 100 W (0,35 A)

t

 = effisiensi transmisi

g

 = effisiensi generator (diasumsikan sebesar 0,8)

cos = 0,8

Dg = diameter pulley pada generator

Dt = diameter pulley pada PAT

nt = putaran pada PAT

ng = putaran pada generator

(74)

(75)

Pair = 1000. 9,81. 5,596. 0,01038

V = voltase yang dihasilkan untuk beban efektif 300 W (241V)

I = arus yang diperoleh untuk beban efektif 300 W (1,05A)

t

 = 0,988

PPAT = 241 1,05

0,988 0,8 0,8x xx

PPAT = 400,19 Watt

Pair = 1000. 9,81. 8,722. 0,019448

(76)

Tabel 4.3 Tabel Hasil Perhitungan Effisiensi dan Daya Pengujian 4.2.1 Grafik Hubungan Q vs

(77)

Gambar 4.2 Grafik hubungan dan [2]

Dimana adalah turunan dari fungsi kapasitas(Q) 4.2.2 Grafik Hubungan Q vs P

(78)

Gambar 4.4 Grafik hubungan vs [2]

Dimana adalah turunan dari fungsi Daya(P)

(79)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Dari pelaksanaan dan hasil pengujian rancang bangun pembangkit listrik piko hidro menggunakan pompa sentrifugal (dengan spesifikasi; head (H) 12 m,

kapasitas (Q)1,25 m3_{/menit) sebagai turbin didapat beberapa kesimpulan:}

1. Diperoleh tingkat efiseinsi

maksimum terdapat pada lantai dua (H = 5,18 m) dengan ketinggian air dalam TPA = 70 cm pada bukaan 100 %, dengan data sebagai berikut:

a. Beban efektif 100 W =

28,31 %

b. Daya pompa sebagai turbin

(80)

c. Kecepatan putaran pompa sebagai

turbin = 293,3 rpm

d. Debit air rata-rata =

1,038 L/s

dihasilkan pada lantai tiga(H = 9,29 m)dengan ketinggian air dalam TPA = 50 cm pada bukaan 100 %, dengan data sebagai berikut:

a. Beban efektif 300 W =

310,432 Watt

b. Kecepatan putaran pompa sebagai

turbin = 272,4 rpm

c. Debit air rata-rata =

19,448 L/s

(81)

m3_{/menit) sebagai turbin berikutnya diharapkan melakukan penelitian} terhadap diameterpulleyyang paling efisien digunakan.

2. Rendahnya efisiensi yang diperoleh dari pengujian mungkin disebabkan karena umur pakai generator telah tua. Disarankan untuk menggunakan generator yang baru dengan spesifikasi daya (voltase) lebih besar.

3. Menggunakan flowmeter untuk mengukur debit air (walau dilakukan pada kondisi pembebanan) agar mendapat hasil yang lebih akurat.

4. Menguji pompa sentrifugal 2 (dua) inchi. Sehingga jelas terlihat perbandingannya tingkat efisiensi yang tertinggi antara penggunaan pompa sentrifugal dua, tiga dan empat inchi.

(82)

1. Dadenkar, M. M, Sharman K. N. 1991. Pembangkit Listrik Tenaga Air. Jakarta: UI Press.

2. Dietzel, Fritz. 1993. Turbin, Pompa dan Kompresor. Cetakan Keempat. Jakarta: Erlangga.

3. Hicks, Tayler G. 1996. Teknologi Pemakaian Pompa. Cetakan Pertama. Jakarta: Erlangga.

4. L. V. Steeter dan Wylie B. 1993. Mekanika Fluida. Edisi Kedelapan. Jakarta: Erlangga.

5. Nigel, Smith. 1994.Motors as Generators for Micro-Hydro Power. London: ITDG Publishing.

6. Shahram, Derakhshan dan Nourbakhsh Ahmad. 2007. Experimental Study of Characteristic Curves of Centrifugal Pumps Working as Turbines in Different Specific Speeds .

7. Sularso, Ir. 1987. Pompa Dan Kompresor. Cetakan Ketiga. Jakarta: PT. Pradya Paramita.

8. Warnick, C.C. 1984. Hydropower Engineering. New York: Prentice Hall, Inc.

9. www.agushalul.wordpress.com/2007/06/25/teori-dasar-pompa-centrifugal-i/

10. www.alpensteel.com/article/50-104-energi-sungai-pltmh--micro-hydro-power/169--pelaksanaan-turbin-air.html

(83)

13. www.microhydropower.net

14. www.pneucon.co.kr/Techinform/vmd03.htm

15. www.scribd.com/doc/32235908/Prinsip-Kerja-Pompa-Sentrifugal

16. www.sugiyono.webs.com

17. www.qsl.net/ns8o/Induction_Generator.html

18. www.wikipedia.org/wiki/Alternator

19. www.wikipedia.org/wiki/Belt_(mechanical)

20. www.wikipedia.org/wiki/Electrical_generator

(84)

LAMPIRAN A

DATA HASIL PENGUJIAN

Data Hasil Pengujian Pertama

(85)

Voltase (volt)

Beban (W) Bukaan Katup (%)

25 50 75 100

(86)

Voltase (volt)

25 50 75 100

(87)

Voltase (volt)

25 50 75 100

(88)

Voltase (volt)

25 50 75 100

(89)

Voltase (volt)

25 50 75 100

(90)

Voltase (volt)

25 50 75 100

(91)

Voltase (volt)

25 50 75 100

(92)

Voltase (volt)

25 50 75 100

(93)

Voltase (volt)

25 50 75 100

(94)

Voltase (volt)

25 50 75 100

(95)

Voltase (volt)

25 50 75 100

(96)

Voltase (volt)

25 50 75 100

(97)

Voltase (volt)

25 50 75 100

(98)

PERINCIAN BIAYA SKRIPSI

Keterangan Jumlah @ Total

Instalasi Dudukan Tong

Dudukan tong 1 3,500,000.00 3,500,000.00

Sewa mesin las listrik 4 75,000.00 300,000.00

Mata bor + gerinda ( 3 + 3 ) 6 8,000.00 48,000.00

Instalasi Tong

Tong 4 100,000.00 400,000.00

Pipa penghubung 1 50,000.00 50,000.00

Las karbit 1 200,000.00 200,000.00

Pipa karet + klem + silikon 1 229,000.00 229,000.00

Sewa pick up 3 50,000.00 150,000.00

Instalasi Pemipaan dan Pompa 4"

Pipa 4" (maspion) 2 160,000.00 320,000.00

Upah tukang 2 org 5 150,000.00 750,000.00

Katup 3 330,000.00 990,000.00

Tang, tachometer 1 700,000.00 700,000.00

Pompa 4" 1 1,800,000.00 1,800,000.00

Pulley + belt 1 200,000.00 200,000.00

Elbow + T + lem 1 215,000.00 215,000.00

Socket dengan drat luar 4" 2 50,000.00 100,000.00

Dudukan pompa + generator 1 200,000.00 200,000.00

Gasket + lem gasket 1 40,000.00 40,000.00

Meteran (7,5m) + multimeter 2 15,000.00 30,000.00

Instalasi Pompa 3"

Pompa 3" 1 1,650,000.00 1,650,000.00

Socket dengan drat luar 3" 2 25,000.00 50,000.00

Reduser 4" ke 3" 1 20,000.00 20,000.00

Elbow 1 15,000.00 15,000.00

Pipa wavin 3" 1 90,000.00 90,000.00

Pulley 1 175,000.00 175,000.00