SCIENCE TECH
Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi https://jurnal.ustjogja.ac.id/index.php/sciencetech/
Analisis Keluaran Daya Listrik Dihasilkan Aliran Pipa 1/2” untuk PLTMH dengan Generator DC
Ahmad Farisy1(*), Dedi Ary Prasetya2
Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Surakarta,Jl. A. Yani, Mendungan, Pabelan, Kec. Kartasura, Kabupaten Sukoharjo, Jawa Tengah, 57162, Indonesia1,2
E-mail: [email protected]1(*), [email protected]2 Profil Korenspondensi
Ahmad Farisy, Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Indonesia.
Submission Revision Accepted
30/12/2022 18/01/2023 26/01/2023
Abstract
This experimental research attempts to examine PLTMH on water reservoirs with 1/2" pipes with height variations of 1 meter, 2 meters, and 3 meters and the use of several generators installed in series. The test aims to determine the height and number of generators that produce more optimal power. In conducting data analysis, the researchers also employed the descriptive method from Miles and Huberman. The results of the first experimental test were to determine the value of flowrate of 4,166 m3/s and the water pressure about 0.01 MPa at a height of 1 meter, 0.02 MPa at an altitude of 2 meters and 0.03 MPa at a height of 3 meters. The results of the flowrate and water pressure tests were used as a benchmark in testing the PLTMH with 5 types of DC generator test circuits with a load, namely the 12V 3W LED lamp. The result shows, the power is 2.675W and the voltage is 53.50V with a current of 0.050A. It is affected by the water level, the water pressure will increase, consequently, the hydrostatically water pressure hits the turbine blades which affects the rotation of the generator which produces high power.
Keywords: DC generator; Micro hydro; 1/2" Pipe; Pressure.
Abstrak
Penelitian eksperimental ini mencoba melakukan pengujian PLTMH pada tandon air dengan pipa 1/2"
dengan variasi ketinggian yaitu 1 meter, 2 meter, dan 3 meter serta penggunaan beberapa generator yang dipasang seri. Pengujian tersebut bertujuan untuk mengetahui ketinggian dan jumlah generator yang menghasilkan daya yang lebih optimal. Dalam melakukan analisis data, peneliti juga mengaplikasikan metode deskriptif dari Miles dan Huberman. Hasil uji eksperimental pertama yaitu untuk mengetahui nilai debit yang dikeluarkan sebesar 4.166 m3/s serta tekanan air yaitu 0.01 MPa diketinggian 1 meter, 0.02 MPa pada ketinggian 2meter serta 0.03 MPa diketinggian 3 meter. Hasil uji debit dan tekanan air dijadikan patokan dalam pengujian PLTMH dengan 5 macam sambungan. Pengujian generator DC dengan pemberian beban yaitu lampu LED 12V 3W. PLTMH menghasilkan daya yang optimal pada sambungan paralel III pada ketinggian 3 meter dengan daya sebesar 2.675 W serta tegangan 53.50 V dengan arus 0.050A. Hal ini dipengaruhi oleh ketinggian air maka tekanan air akan semakin bertambah, sehingga tekanan hidrostatis air membentur sudu-sudu turbin yang berdampak terhadap putaran generator yang menghasilkan daya tinggi.
Kata Kunci: Generator DC; Mikrohidro; Pipa 1/2"; Tekanan.
Listrik merupakan energi yang dimanfaatkan dan digunakan sebagai kebutuhan sehari-hari untuk memenuhi sektor rumah tangga maupun industri (Setiawan Wie, 2017;
Akhwan & Sunardi, 2022). Energi listrik saat ini diproduksi dan dibangkitkan oleh PT.
PLN (Perusahaan Listrik Negara) dengan berbagai macam bahan bakar dan pembangkit yaitu batu bara, minyak bumi, gas, panas bumi (geothermal), sinar matahari/surya dan air (Trisasiwi et al., 2017; Putra et al., 2018; Ayu Armi & Sepdian, 2019; Nafian et al., 2021;
Akhwan & Sunardi, 2022). Faktanya, dari berbagai sumber bahan bakar pembangkit listrik tersebut khususnya, batu bara, minyak bumi dan gas merupakan sumber penghasil limbah, polusi dan energi yang tidak terbaharukan (Hakim et al., 2020; Wahyu Sabubu, 2020; Nafian et al., 2021). Dalam praktiknya, batu bara masih sering digunakan sampai saat ini sehingga memberikan dampak polusi udara yang dihasilkan dapat mencemari lingkungan sekitar (Wahyu Sabubu, 2020; Nafian et al., 2021).
Sebagai salah satu cara untuk mengatasi permasalahan tentang dampak yang ditimbulkan dari penggunaan bahan bakar yang tidak terbaharukan sebagai sumber pembangkit listrik yakni dengan memanfaatkan aliran air. Aliran air diubah menjadi tenaga listrik melalui turbin air dan generator memanfaatkan ketinggian saat air mengalir serta jumlah debit air tertentu (Ayu Armi & Sepdian, 2019; Prabowo et al., 2020).
Berdasarkan dari daya listrik yang dihasilkan, Fortaleza, 2018 menjelaskan tentang pembangkit listrik tenaga air dibedakan menjadi beberapa macam yang diklasifikasikan dari segi keluaran dayanya antara lain: Large-Hydro biasa ditemukan dibendungan besar dengan kapasitas lebih dari 100 MW, Medium-Hydro biasa ditemukan pada bendungan skala kecil dengan kapasitas 15-100 MW, Small-Hydro sering ditemukan pada aliran- aliran sungai yang deras dengan kapasitas 1-15 MW, Mini-Hydro biasa ditemukan pada sungai-sungai kecil dengan kapasitas 100 kW-1 MW dan Micro-Hydro biasa ditemukan pada parit, sungai maupun aliran air yang tidak begitu deras dengan kapasitas >100 kW, dengan demikian tanpa disadari terdapat sumber tenaga listrik yang secara langsung bersinggungan dengan kehidupan sehari-hari.
Tandon air yang sering dipasang pada rumah-rumah jika diletakkan pada ketinggian tertentu serta memaksimalkan gaya gravitasi dapat menghasilkan aliran air yang cukup untuk membuat pembangkit listrik tenaga mikrohidro (Saidah, H, Yasan Wayan, 2014;
Pengabdian et al., 2020; Akhwan & Sunardi, 2022). Akhwan dan Sunardi, 2022 menyatakan bahwa tekanan air pada tandon rumah dihasilkan dari ketinggian tertentu serta memanfaatkan gaya gravitasi sehingga aliran air dapat menghasilkan tekanan yang alirannya dapat untuk menggerakkan generator. Selain itu, posisi ketinggian generator juga harus disesuaikan agar tekanan pada turbin generator berputar secara maksimal.
Copyright © 2022, Ahmad Farisy, Dedi Ary Prasetya.
10.30738/st.vol9.no1.a14007
Gambar 1. Skema PLTMH dengan Tandon Air
Gambar 1 menjelaskan alur pengkonversian aliran air dari tandon menuju sistem PLTMH dan diteruskan ke beban listrik. Tandon air diletakkan pada ketinggian tertentu agar aliran air memiliki arus yang kuat dan memiliki tekanan yang dipengaruhi gaya gravitasi. Sedangkan sistem PLTMH menggunakan saluran pipa untuk menggerakkan generator sehingga dapat menghasilkan listrik yang dipengaruhi oleh tekanan dan debit air. Turbin yang digunakan juga mempengaruhi efisiensi putaran yang diteruskan ke generator, pemilihan turbin disesuaikan dengan medan kondisi dari aliran air tersebut (Muis, 2010).
Pada turbin, aliran air akan diubah menjadi energi kinetik/gerak yang akan memutar poros rotor generator (Barus et al., 2020). Dengan demikian pemilihan turbin, ditentukan dari kondisi aliran air dengan parameter seperti: ketinggian, kecepatan dan tekanan air.
Terdapat beberapa jenis turbin dikelompokkan menjadi 2 yaitu turbin impuls dan turbin reaksi (Putra et al., 2018) sebagai berikut:
Tabel 1. Klasifikasi Turbin Air
Turbin Impuls Turbin Reaksi
Turbin Pelton Turbin Francis
Turbin Turgo Turbin Kaplan
Turbin Crossflow Turbin Propeller
Pada tabel 1 di atas menunjukkan pengklasifikasian turbin air. Turbin impuls merupakan turbin yang memanfaatkan tekanan aliran air yang dikeluarkan dari nosel.
Tekanan air yang dikeluarkan dari nosel akan membentur sudu-sudu dengan kecepatan tinggi sehingga terjadi perubahan momen (impuls). Jenis dari turbin impuls yaitu turbin Pelton, turbin Turgo dan turbin Crossflow. Sedangkan, turbin reaksi merupakan turbin yang memiliki profil pada sudu yang mengakibatkan penurunan tekanan air saat aliran air melewati sudu. Perbedaan tekanan memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian putar turbin) berputar, jenis-jenis turbin reaksi yaitu turbin Francis, turbin Kaplan dan turbin Propeller. Turbin yang berputar karena adanya tekanan aliran air akan diteruskan ke generator yang mana akan menghasilkan listrik.
Generator DC merupakan mesin yang mengkonversi/mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik yang mana berupa listrik DC, gerak mekanik digunakan untuk memutar lilitan/kumparan kawat dalam medan magnet atau memutar magnet diantara lilitan kawat (Dimas Priyambodo & Agung, 2019). Penggunaan generator yang dinilai cukup sesuai yaitu generator DC (Direct Current). Hal ini sesuai dengan pendapat Subandono, 2013 yang menyatakan bahwa generator DC diperuntukan pada pembangkit listrik yang berkapasitas rendah seperti PLTMH karena dinilai lebih optimal daripada
generator AC. Proyek-proyek skala PLTMH akan lebih efisien dengan generator DC dibandingkan dengan generator AC mengingat jumlah debit air dan tekanan yang dihasilkan relatif lebih rendah.
Gambar 2. Konstruksi Generator DC
Beberapa penelitian PLTMH sebelumnya telah dilakukan oleh Subandono, 2013, Syarif et al., 2019, Hakim et al., 2020, Barus et al., 2020 dan Akhwan & Sunardi, 2022.
Dari penelitian tersebut terdapat perbedaan dari penggunaan aliran air, Subandono, 2013 menginvestigasi PLTMH dengan memanfaatkan arus aliran sungai, Syarif et al., 2019 terfokus pada penggunakan aliran pompa air. Disisi yang lain, Hakim et al., 2020 dan Barus et al., 2020 melakukan eksperimen dengan menggunakan tandon air, akantetapi Barus et al., 2020 lebih membatasi fokus pada pemanfaatan tandon air pada gedung bertingkat. Peneliti lain, Akhwan & Sunardi, 2022 menganalisis ketinggian tandon air dengan skala laboratorium. Pada penelitian ini, peneliti juga terfokus pada penggunakan tandon air. Secara spesifik tandon air yang digunakan adalah yang biasa ditemukan pada perumahan, karena dinilai lebih mudah untuk ditemukan daripada harus mencari sumber air seperti: sungai, parit atau pun irigasi persawahan. Dengan demikian, penelitian ini bertujuan untuk melakukan uji eksperimental tentang keluaran daya listrik yang dihasilkan pada tandon air dengan kapasitas 500 m3 dan pipa PVC 1/2" serta generator DC dengan turbin crossflow.
Metode
Penelitian ini menggunakan metode eksperimental. Eksperimen merupakan suatu metode penelitian dimana memanipulasi dan mengontrol satu atau lebih variabel bebas dan mengontrol variabel tersebut (Setyanto, 2013). Memanipulasi yaitu merubah sistem sifat atau nilai-nilai variabel bebas yang sesuai tujuan penelitian. Variabel bebas pada penelitian ini yaitu ketinggian pipa dari tandon air, pengujian beban listrik, sedangkan variabel tetap meliputi kapasitas tandon air, ukuran pipa dan waktu pengujian.
Pengujian dilakukan dengan cara merubah posisi ketinggan dari tandon ke pipa untuk mengetahui ketinggian berapa PLTMH menghasilkan listrik yang optimal. Selain itu, pengujian menggunakan beban dan tanpa beban yang bertujuan untuk mengetahui seberapa kuat daya yang dihasilkan oleh PLTMH tersebut saat bekerja secara optimal.
Tandon air yang digunakan memiliki kapasitas 500 m3 dengan ketinggian tower 3 meter.
Air akan mengalir melalui pipa 3/4" lalu di reducer menjadi 1/2” untuk mendapatkan tekanan yang lebih tinggi.
Sebelum menghitung tekanan air, terlebih dahulu perlu untuk mengetahui nilai debit air yang dikeluarkan. Debit air yang dialirkan tandon tersebut diperoleh dari formulasi persamaan yang dikemukakan oleh Barus et al., 2020:
𝑄 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐴𝑖𝑟 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝐴𝑙𝑖𝑟𝑎𝑛= 𝑉
Diketahui: 𝑡
Q = Debit Air (m3/s) V = Volume Air (m3) t = Waktu Aliran (s)
Setelah diketahui nilai debit air tandon air tersebut, maka selanjutnya adalah menentukan nilai tekanan air yang dihasilkan tandon dengan beberapa variasi ketinggian yaitu 1 meter, 2 meter dan 3 meter. Rumus persamaan tekanan air yang dipakai yaitu mengadopsi formula dari Barus et al., 2020, sebagai berikut:
𝑃! = 𝜌 . 𝑔 . ℎ Diketahui:
Ph = Tekanan Air (Pa)
𝜌 = Massa jenis air (1000 kg/m3) g = Gravitasi bumi konstan (9.8 m/s) h = Ketinggian permukaan air (m)
Setelah hasil data keluaran tegangan dan arus diketahui, maka selanjutnya menentukan daya keluaran yang dihasilkan PLTMH tersebut dengan cara perhitungan dengan persamaan sebagai berikut:
𝑃 = 𝑉 𝑥 𝐼 Diketahui:
P = Daya Listrik (watt) V = Tegangan (volt) I = Arus (ampere)
Sumber: (Prabowo et al., 2020)
Setelah semua data terkumpul, selanjutnya akan digunakan metode deskriptif yang mengkombinasikan dengan konsep penjabaran Miles dan Huberman sebagaimana dikutip dalam (Megawati et al., 2022) yakni pengumpulan data, penyajian data dalam bentuk tabulasi serta penarikan kesimpulan.
Hasil dan Pembahasan Hasil
Penelitian PLTMH ini terdapat beberapa pengujian meliputi variable bebas yaitu ketinggian pipa dari tandon air, pengujian beban listrik, dan variabel tetap meliputi kapasitas tandon air, ukuran pipa, waktu pengujian. Generator yang digunakan yaitu generator DC dengan spesifikasi berikut:
Gambar 3. Generator DC Mikrohidro F50-80V
Spesifikasi Generator DC Mikrohidro F50-80V seperti pada tabel 2 berikut.
Tabel 2. Spesifikasi Generator DC Mikrohidro F50-80V Dimensi
Panjang 86.5 mm
Lebar 32 mm
Tinggi 49 mm
Berat Massa Total 90 gram
Tegangan Tegangan Maksimal Output 80 V (saat tekanan air 1.2 MPa)
Arus Arus Maksimal Output 220 mA
Turbin Jenis Turbin Cross Flow
Tekanan Awalan 0.05 MPa
Tekanan Tekanan Maksimum Outlet 0.6 MPa
Tekanan Maksimum Inlet 1.2 MPa
Tabel 2 menunjukkan spesifikasi generator DC F50-80V, memiliki dimensi Panjang 86.5 mm, lebar 32 mm dan tinggi 49 mm. Berat dari generator tersebut hanya 90 gram dan relatif ringan. Output tegangan maksimal dari generator tersebut ialah 80 V disaat tekanan air yang masuk sebesar 1.2 MPa serta output arus maksimal sebesar 220 mA. Tekanan yang dapat diterima dari generator tersebut ialah 1.2 MPa dan setelah melewati turbin maka tekanan maksimum outlet menjadi 0.6 MPa serta tekanan awalan saat turbin berputar yaitu 0.05 MPa. Turbin yang digunakan merupakan jenis turbin reaksi yaitu crossflow karena sifat dari turbin ini mengandalkan tekanan air yang dapat memutar turbin tersebut.
Pengujian awal yaitu dilakukannya penentuan tekanan dan debit air yang dihasilkan oleh tandon air yang berkapasitas 500 m3. Tekanan dan debit air diketahu melalui perhitungan dengan pipa yang digunakan 3/4" lalu masuk ke generator menjadi 1/2".
Hasil tekanan dan debit air dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 3. Pengujian Tekanan dan Debit Air Tandon dengan Variasi Ketinggian
No. Ketinggian Pipa Debit Air Tekanan Air
1. 1 meter 0.01 MPa
2. 2 meter 4.166 m3/s 0.02 MPa
3. 3 meter 0.03 MPa
Tabel 3 menunjukkan hasil perhitungan dan pengujian tekanan dan debit air yang dihasilkan oleh tandon dengan kapasitas 500 m3 dengan beberapa variasi ketinggian. Pada ketinggian 1 meter dari tandon, debit air menghasilkan 4.166 m3/s dengan tekanan 0.01 MPa, ketinggian 2 meter dari tandon debit air menghasilkan sama tetapi tekanan menjadi 0.02 MPa dan untuk ketinggian 3 meter debit air sama tetapi untuk tekanan menjadi 0.03 MPa. Dari hasil data tersebut semakin tinggi jarak dari tandon air maka tekanan akan semakin bertambah.
Gambar 4. Jenis Sambungan Generator DC pada Pipa
Gambar 4 menunjukkan macam jenis sambungan generator DC pada pipa yang terpasang di tandon air. Sambungan I hanya menggunakan 1 buah generator DC, sedangkan sambungan seri II menggunakan 2 buah generator DC dengan jarak antar generator DC 40 cm, sambungan generator dipasang seri agar mendapatkan tegangan tinggi. Sambungan seri III menggunakan 3 buah generator DC dipasang seri, sambungan sama dengan sambungan seri II yaitu dipasang secara seri. Sambungan paralel II menggunakan 2 buah generator dengan sambungan paralel. Dan sambungan paralel IIIPPP dipasang 3 buah generator dengan sambungan paralel.
Pengujian selanjutnya yaitu pengujian PLTMH dengan menggunakan generator DC dengan beberapa variasi pengujian yaitu variasi ketinggian, variasi sambungan pipa generator, pembebanan listrik, dan penggunaan jumlah generator DC. Hasil data pengujian PLTMH dapat dilihat pada tabel 4 di bawah ini:
Tabel 4. Pengujian Keluaran Tegangan PLTMH Generator DC Ketinggian
Air
Jenis Sambungan dan Jumlah Generator
I Seri II Seri III Paralel II Paralel III
Vout Vout Vout Vout Vout
1 meter 9.5 V 13.5 V 15.0 V 20.60 V 32.70 V
2 meter 13.2 V 18.0 V 21.0 V 33.71 V 43.65 V
3 meter 14.9 V 21.0 V 25.0 V 33.45 V 53.50 V
Tabel 4 membuktikan bahwa hasil pengujian PLTMH pada ketinggian tertentu berpengaruh terhadap keluaran tegangan yang dihasilkan oleh generator DC. Penggunaan 1 buah generator DC pada ketinggian 1 meter menghasilkan tegangan 9.5V, sedangkan ketinggian 2 meter menghasilakn tegangan sebesar 13.2V dan pada ketinggian 3 meter menghasilkan tegangan yaitu 14.9V. Pengujian selanjutnya menggunakan 2 buah generator yang diserikan dengan jarak antar generator 40 cm menghasilkan tegangan sebesar 13.5V pada ketinggian 1 meter, tegangan sebesar 18.0V diperoleh pada ketinggian 2 meter dan tegangan 21.0V dihasilkan diketinggian 3 meter. Pengujian berikut yaitu menggunakan 3 buah generator yang diserikan dengan jarak antar generator 40 cm menghasilkan tegangan 15.0V diketinggian 1 meter, tegangan 21.0V pada ketinggian 2 meter serta tegangan sebesar 25.0V dihasilkan diketinggian 3 meter.
Pengujian paralel II menggunakan 2 buah generator menghasilkan tegangan sebesar 20.60 V pada ketinggian 1 meter, tegangan 33.71 V pada ketinggian 2 meter dan tegangan 33.45 V pada ketinggian 3 meter. Selanjutnya pengujian terakhir yaitu paralel III menggunakan 3 buah generator DC pada ketinggian 1 meter menghasilkan tegangan sebesar 32.70 V, ketinggian 2 meter menghasilkan tegangan 43.65 V dan ketinggian 3 meter menghasilkan tegangan sebesar 53.50 V.
Berikutnya pengujian keluaran arus pada PLTMH generator DC yakni dengan cara menguji ketinggian air terhadap beban listrik berupa lampu LED 12V 3W. Hasil pengujian keluaran arus PLTMH generator DC sebagaimana dijelaskan pada tabel 5 berikut:
Tabel 5. Pengujian Keluaran Arus PLTMH Generator DC Ketinggian Air
Jenis Sambungan dan Jumlah Generator
I Seri II Seri III Paralel II Paralel III
Iout Iout Iout Iout Iout
1 meter 0.003 A 0.006 A 0.005 A 0.018 A 0.022 A
2 meter 0.014 A 0.014 A 0.007 A 0.019 A 0.036 A
3 meter 0.022 A 0.020 A 0.014 A 0.043 A 0.050 A
Tabel 5 di atas menunjukkan data hasil pengujian PLTMH ketinggian air terhadap keluaran arus. Beban yang dipakai menggunakan lampu LED 12V 3W. Penggunaan 1 buah generator DC diketinggian 1 meter menghasilkan arus 0.003 A, sedangkan ketinggian 2 meter menghasilkan arus 0.014 A dan ketinggian 3 meter sebesar 0.022 A.
Pengujian berikutnya yakni menggunakan 2 generator DC yang diserikan dengan jarak antar generator 40 cm menghasilkan arus 0.006 A diketinggian 1 meter, Arus 0.014 A diperoleh pada ketinggian 2 meter, sedangkan arus 0.020 A dihasilkan pada ketinggian 3 meter. Percobaan berikut, menggunakan 3 buah generator DC yang diserikan dengan jarak antar generator 40 cm. Pada ketinggian 1 meter menghasilkan arus 0.005 A, sedangkan pada ketinggian 2 meter yaitu 0.007 A dan ketinggian 3 meter sebesar 0.014 A. Pengujian paralel II menggunakan 2 buah generator menghasilkan arus sebesar 0.018 A pada ketinggian 1 meter, arus 0.019 A pada ketinggian 2 meter dan arus 0.043 A pada ketinggian 3 meter. Selanjutnya pengujian terakhir yaitu paralel III menggunakan 3 buah generator DC pada ketinggian 1 meter menghasilkan arus sebesar 0.022 A, ketinggian 2 meter menghasilkan arus 0.036 A dan ketinggian 3 meter menghasilkan arus sebesar 0.050 A.
Setelah hasil data keluaran tegangan dan arus diketahui, maka selanjutnya menentukan daya keluaran yang dihasilkan PLTMH. Hasil pengujian dari PLTMH generator DC seperti pada tabel 6 di bawah ini.
Tabel 6. Pengujian Keluaran Daya PLTMH Generator DC Ketinggian Air
Jenis Sambungan dan Jumlah Generator
I Seri II Seri III Paralel II Paralel III
Pout Pout Pout Pout Pout
1 meter 0.0285 W 0.081 W 0.075 W 0.37 W 0.719 W
2 meter 0.1848 W 0.252 W 0.147 W 0.64 W 1.571 W
3 meter 0.3278 W 0.42 W 0.35 W 1.438 W 2.675 W
Tabel 6 menunjukkan hasil data keluaran daya PLTMH yang didapatkan pada sambungan 1 buah generator DC, diketinggian 1 meter menghasilkan daya sebesar 0.0285 W, lalu pada ketinggian 2 meter diperoleh daya sebesar 0.1848 W dan pada ketinggian 3 meter sebesar 0.3278 W. Pengujian selanjutnya menggunakan 2 buah sambungan generator DC yang diserikan dengan jarak generator DC yaitu 40 cm. Pada ketinggian 1 meter menghasilkan daya sebesar 0.081 W, diperoleh daya sebesar 0.252 W pada ketinggian 2 meter, lalu ketinggian 3 meter yakni sebesar 0.42 W. Pengujian sambungan berikutnya menggunakan 3 buah generator dengan jarak yang sama yaitu 40 cm dapat menghasilkan daya sebesar 0.075 W diketinggian 1 meter, daya sebesar 0.147 W diketinggian 2 meter dan daya sebesar 0.35 W diketinggian 3 meter. Pengujian paralel II menggunakan 2 buah generator menghasilkan daya sebesar 0.37 W pada ketinggian 1 meter, daya 0.64 W pada ketinggian 2 meter dan daya 1.438 W pada ketinggian 3 meter.
Selanjutnya pengujian terakhir yaitu paralel III menggunakan 3 buah generator DC pada ketinggian 1 meter menghasilkan daya sebesar 0.719 W, ketinggian 2 meter menghasilkan daya 1.571 W dan ketinggian 3 meter menghasilkan daya sebesar 2.675 W.
Dari semua hasil pengujian, sambungan yang memiliki daya yang tinggi yaitu sambungan paralel III dengan ketinggian 3 meter. Sambungan tersebut menghasilkan tegangan 53.50 V, arus 0.050 A dan daya sebesar 2.675 W. Dengan hasil tersebut diuji kembali menggunakan charge controller untuk mengisi baterai dan dapat digunakan untuk pemanfaatannya.
Gambar 5. Pemanfaatan Hasil Daya PLTMH untuk Pengisian Baterai menggunakan Charge Controller
Pada gambar 5 menunjukkan pemanfaatan daya listrik yang dihasilkan oleh PLTMH untuk mengisi baterai dan dapat digunakan untuk penerangan. Komponen- komponen yang digunakan yaitu:
Tabel 7. Komponen dan Spesifikasi Pemanfaatan Listrik PLTMH
Komponen Spesifikasi
Charge Controller PWM Solar Charger Controller (SCC) Dual USB Output 10A 12V 24V
Baterai GS Power gm5z-3b 5Ah 12V
Lampu Lampu LED 12V 3W
Saat Generator DC menghasilkan daya listrik, diteruskan pada charge controller untuk mode pengisian baterai. Pada pengujian, baterai terisi penuh dengan waktu satu jam dengan tegangan sebesar 10-12 V. Setelah baterai terisi penuh, maka charge controller merubah dari mode pengisian menjadi mode beban. Mode beban yaitu mode charge controller meneruskan listrik untuk menyalakan beban seperti lampu dan lain-lain.
Lampu LED akan menyala dengan waktu 3 jam, saat tegangan baterai mencapai 10.5 V, charge controller kembali ke mode pengisian untuk mengisi kembali. Siklus tersebut berulang-ulang saat generator DC menghasilkan daya listrik. Dengan sistem tersebut, daya listrik yang dihasilkan oleh PLTMH berguna untuk penerangan disekitar tandon air.
Pembahasan
Dari hasil pengujian PLTMH dengan generator DC tersebut terdapat temuan- temuan yang dapat mempengaruhi hasil keluarannya. Tandon air memiliki debit dan tekanan berbeda-beda disetiap ketinggiannya. Tekanan air akan semakin bertambah jika ketinggian dari tandon air ke bawah semakin tinggi juga. Hal ini dipengaruhi oleh gaya gravitasi, semakin tinggi jatuh air maka akan semakin tinggi pula tekanannya (Liem, 2017). Dilihat dari hasil data ketinggian pipa terhadap tekanan dan debit air dapat dilihat dari gambar berikut:
Gambar 6. Ketinggian Pipa terhadap Tekanan dan Debit Air
Grafik 6 menjelaskan bahwa semakin tinggi pipa dan jatuh airnya maka tekanan akan semakin bertambah tetapi debit air masih sama. Ketinggian pipa berbanding lurus dengan tekanan air, sementara debit air tidak ada perubahan walaupun ketinggian berubah-ubah. Selain itu, penggunaan pipa 1/2” juga mempengaruhi tekanan air, semakin kecil pipa yang digunakan, bertambah pula tekanan air yang keluar.
Setelah tekanan dan debit air ditentukan, selanjutnya hasil pengujian PLTMH yaitu hasil ketinggian pipa terhadap tegangan keluarannya. Sama seperti tekanan, tegangan akan semakin bertambah jika ketinggian pipa semakin tinggi karena tekanan tinggi akan memutar turbin crossflow dengan cepat dan diteruskan ke generator DC sehingga tegangan yang dihasilkan semakin besar. Hal tersebut dibuktikan oleh (Liem, 2017), semakin tinggi jatuh air, maka semakin besar tegangan yang dihasilkan oleh PLTMH.
Sama halnya dengan turbin crossflow, semakin besar tekanan airnya, maka turbin semakin cepat berputar (Suryono & Nusantara, 2017). Berikut gambar dari ketinggian pipa terhadap tegangan:
Gambar 7. Ketinggian Pipa terhadap Tegangan
Dari gambar 7 tersebut, menunjukkan bahwa setiap ada perubahan ketinggian pipa tandon air, tegangan akan ikut serta bertambah. Hal ini dikarenankan tekanan semakin tinggi saat ketinggian bertambah sehingga turbin akan semakin cepat berputar dan
4,166 4,166 4,166
0,01 0,02 0,03
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,54 4,5
1 meter 2 meter 3 meter
TEKANAN DAN DEBIT AIR
KETINGGIAN (M) Debit Air Tekanan Air
9,5 13,2 14,9
13,515 18 21
21 25
20,6
33,71 33,45
32,7
43,65
53,5
0 10 20 30 40 50 60
1 meter 2 meter 3 meter
TEGANGAN (V)
KETINGGIAN AIR (M)
I SERI II SERI III
PARALEL II PARALEL III
diteruskan ke generator serta generator menghasikan tegangan tinggi. Selain itu penambahan jumlah generator juga menambah dari keluaran tegangannya. Dengan kata lain, ketinggian pipa dengan tegangan berbanding lurus. Perihal tersebut dibuktikan oleh (Saparin et al., 2021) bahwa semakin tinggi jatuh air dan semakin banyak air yang masuk ke turbin maka semakin besar juga tegangan yang dihasilkan.
Tegangan yang dihasilkan oleh PLTMH memiliki keluaran arus yang dihasilkan.
Untuk mengetahui keluaran arus, maka perlu pembebanan listrik agar arus terbaca. Beban yang dipakai yaitu lampu LED 12V 3W. Berikut ini gambar keluaran arus terhadap ketinggian air yang dihasilkan PLTMH:
Gambar 8. Keluaran Arus terhadap Ketinggian Air
Pada gambar 8, menjelaskan hasil keluaran arus dengan ketinggian air. Keluaran tegangan lebih besar dan naik secara signifikan dibanding dengan keluaran arus yang naik secara bertahap dan tidak begitu signifikan. Hal ini tegangan berbanding terbalik dengan arus, jika tegangan tinggi maka arus akan lebih rendah dengan tegangan (Rohman et al., 2021).
Setelah keluaran tegangan dan keluaran arus diketahui, maka nilai tersebut dikalkulasikan menjadi keluaran daya PLTMH. Dari setiap ketinggian jatuh air memiliki keluaran daya berbeda-beda. Berikut gambar keluaran daya terhadap ketinggian pipa jatuh air:
Gambar 9. Ketinggian Pipa terhadap Keluaran Daya PLTMH
0,003 0,014 0,022
0,006
0,014 0,02
0,005
0,007
0,014 0,018
0,019
0,043 0,022
0,036
0,05
0 0,02 0,04 0,06 0,080,1 0,12 0,14 0,16
1 meter 2 meter 3 meter
ARUS (A)
KETINGGIAN AIR (M)
I SERI II SERI III
PARALEL II PARALEL III
0,0285 0,1848
0,3278
0,081 0,252
0,42
0,075 0,147
0,35
0,37 0,64
1,438
0,719
1,571
2,675
0 1 2 3
1 meter meter2 meter3
DAYA (W)
KETINGGIAN AIR (M)
PARALEL III PARALEL II SERI III SERI II I
Gambar 9 keluaran daya terhadap ketinggian pipa jatuh air menunjukkan terjadinya kenaikkan keluaran daya disetiap bertambahnya ketinggian pipa. Tekanan air akan semakin menguat apabila ketinggian jatuh air semakin tinggi (Akhwan & Sunardi, 2022).
Hal tersebut juga selaras dengan tingginya tekanan air maka tegangan dan arus yang dihasilkan mengalami peningkatan karena tekanan hidrostatis air membentur sudu-sudu turbin yang memicu aliran laminar berdampak turbin berputar cepat (Akhwan & Sunardi, 2022). Keadaan tersebut diperkuat kembali oleh (Suryono & Nusantara, 2017), semakin tinggi kecepatan dan tekanan air, maka daya yang dihasilkan oleh PLTMH semakin meningkat.
Dari hasil semua pengujian, membuktikan bahwa pengaruh ketinggian pipa dapat mempengaruhi keluaran daya listrik yang dihasilkan oleh PLTMH. Pengujian yang menghasilkan daya terbesar pada percobaan ketinggian pipa 3 meter dengan generator DC 3 buah dihubungkan secara paralel menghasilkan daya sebesar 2.675 W dengan tegangan 50.53 V dan arus 0.050 A. Semakin tinggi pipa tersebut maka akan semakin tinggi pula tekanan air yang dihasilkan dan begitu pula generator akan berputar semakin cepat sehingga menghasilkan daya yang tinggi tetapi pada penelitian (Liem, 2017; Barus et al., 2020) semakin tinggi jatuh air dan semakin banyak debit air keluar maka semakin besar daya yang dihasilkan. Pada pipa tandon air tidak menggunakan kemiringan sudut tertentu karena semakin curam ketinggian maka gaya gravitasi semakin besar sedangakan pada penelitian (Saparin et al., 2021), daya yang dihasilkan PLTMH dipengaruhi oleh ketinggian jatuh air dengan pengaturan sudut elevasi aliran air tertentu.
Generator DC yang digunakan menggunakan satu nozzle dengan posisi tertentu, sama halnya penelitian (Syarif et al., 2019) yaitu penentuan posisi nozzle pada turbin sangat mempengaruhi putaran turbin sehingga daya yang dihasilkan generator juga terpengaruh. Turbin crossflow yang digunakan memiliki jumlah sudu mengikuti diameter generator DC, perihal tersebut selaras dengan penelitian (Suryono & Nusantara, 2017), sudu-sudu turbin crossflow dengan jumlah tertentu serta kecepatan air yang masuk ke turbin mempengaruhi putaran turbin dan daya yang dihasilkan. Selain itu, jumlah generator juga mempengaruhi hasil daya yang dihasilkan, bertambahnya penggunaan generator bertambahnya daya yang diperoleh, sementara itu penelitian (Trisasiwi et al., 2017) hanya menggunakan 1 buah generator tetapi dengan kapasitas yang lebih besar.
Daya yang dihasilkan generator mampu untuk pengisian baterai dan penerangan lampu seperti pada penelitian (Barus et al., 2020) yaitu daya yang dihasilkan PLTMH dimanfaatkan untuk pengisian baterai. Meskipun memiliki kapasitas daya yang kecil namun baterai tetap dapat terisi sehingga dapat digunakan untuk menyalakan lampu yang cukup untuk menerangi ruangan.
Kesimpulan
Penelitian ini menunjukkan bahwa ketinggian pipa dari tandon air mempengaruhi hasil keluaran daya PLTMH. Dari beberapa pengujian, perubahan ketinggian memiliki pengaruh besar terhadap tekanan air, tegangan, arus dan daya yang dihasilkan PLTMH.
Dengan demikian, ketinggian berbanding lurus dengan daya lsitrik yang dihasilkan PLTMH. Selain itu, jumlah dari generator juga memperkuat daya PLTMH, bertambahnya jumlah generator yang digunakan akan semakin tinggi daya yang dihasilkan. Berdasarkan penelitian ini masih banyak yang harus didalami kembali seperti penggunaan pipa 2”
dengan reducer menjadi 1/2", penggunaan generator DC lebih dari 3 buah, penambahan ketinggian pipa, menambah kapasistas tandon air, penambahan alat uji charge control untuk pengisian baterai, keluaran dari tegangan generator DC diperkuat kembali
menggunakan DC-DC buck-boost converter agar lebih stabil. Oleh karena itu, penelitian ini tidak berhenti pada segmen ini. Peneliti berharap ada lanjutan penelitian dengan parameter uji yang disarankan.
Daftar Pustaka
Akhwan, A., & Sunardi, S. (2022). Analisis Pengaruh Ketinggian Air Terhadap Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohydro (Pltmh)-Ppi Madiun. Eksergi, 18(1), 12.
https://doi.org/10.32497/eksergi.v18i1.2988.
Ayu Armi, P., & Sepdian. (2019). Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro.
Jurnal Elektronika Listrik Dan Teknologi Informasi Terapan, 1(1), 28–32.
https://ojs.politeknikjambi.ac.id/elti.
Barus, S., Aryza, S., Wibowo, P., Anisah, S., & Hamdani. (2020). Rancang Bangun Pemanfaatan Aliran Tandon Air Gedung Bertingkat Sebagai Pembangkit Listrik Mikro Hidro. Social Sciences Engineering & Humanoria, 545–557.
Dimas Priyambodo, A., & Agung, A. I. (2019). Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Angin Menggunakan Generator Dc Di Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya Achmad Imam Agung. Jurnal Teknik Elektro, 8(2), 285–292. file:///D:/FILE VEBO/Teknik Penerbangan 2018/SKRIPSI/Vebo/KOMPOSIT/Jurnal Kincir Angin/document.pdf.
Hakim, M. L., Yuniarti, N., Sukir, S., & Damarwan, E. S. (2020). Pengaruh Debit Air Terhadap Tegangan Output Pada Pembangkit Listrik Tenaga Picohydro. Jurnal Edukasi Elektro, 4(1), 75–81. https://doi.org/10.21831/jee.v4i1.32607.
Liem, S. B. (2017). Analisis Pengaruh Tinggi Jatuhnya Air (Head) Terhadap Daya Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hydro Tipe Turbin Pelton. Jurnal Voering, 2(1), 53. https://doi.org/10.32531/jvoe.v2i1.64.
Megawati, I., Fauzan Aminudin, M., Marwanti, E., Hidayati, A. N., Arief, A., & Rahim, A. (2022). The Students’ Perception of the Use of Schoology as An Assessment in EFL Classroom. Science Tech: Jurnal Ilmu Pengetahuan Dan Teknologi, 8(2), 89–
97. https://doi.org/10.30738/ST.VOL8.NO2.A12722.
Muis, A. (2010). Turbin Air Pada PLTA Larona. Jurnal Ilmiah Matematika Dan Terapan, 7, 61–69.
Nafian, M. A., Haryudo, S. I., Aribowo, W., & Widyartono, M. (2021). Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Menggunakan Turbin Tipe Crossflow Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Menggunakan Turbin Tipe Cross-Flow. Jurnal Teknik Elekto, 9, 251–260. http://dreamindonesia.me/2019.
Pengabdian, J., Fakultas, M., & Um, P. (2020). Empowering: Jurnal Pengabdian Masyarakat Fakultas Psikologi UM Jember | 53. Pengolahan Limbah Asap Hasil Pembakaran Arang Batok Kelapa Menjadi Liquid Smoke Untuk Bahan Pengawet Alami Ikan Asap Di Kota Probolinggo, 4(2011), 24–33.
Prabowo, B. D., Siregar, I. R. S., Faidil, A., Alham, N. R., & Afandi, M. J. N. (2020).
Pengukuran Arus Dan Tegangan Pada Prototipe Pltmh Berbasis Arduino Dan Multimeter. Jurnal Media Elektro, IX(2), 45–52.
https://doi.org/10.35508/jme.v0i0.2305.
Putra, I. G. W., Weking, A. I., & Jasa, L. (2018). Analisa Pengaruh Tekanan Air Terhadap Kinerja PLTMH dengan Menggunakan Turbin Archimedes Screw. Majalah Ilmiah Teknologi Elektro, 17(3), 385. https://doi.org/10.24843/mite.2018.v17i03.p13.
Rohman, M., Sulaksono, D. H., & Yuliastuti, G. E. (2021). Pemanfaatan Aliran Air untuk Sistem Monitoring Arus dan Tegangan pada Generator Mikrohidro Berbasis Web.
Prosiding Seminar Nasional Teknik Elektro, Sistem Informasi Dan Teknik Informatika, 269–274. https://ejurnal.itats.ac.id/snestik/article/view/1820.
Saidah, H, Yasan Wayan, H. E. (2014). Keseragaman Tetesan Pada Irigasi Tetes Siste M Gravitasi. Spektrum Sipil, Vol 1, No(2), 133–139. https://docplayer.info/58082566- Keseragaman-tetesan-pada-irigasi-tetes-sistem-gravitasi-emission-uniformity-on- gravitational-drip-irrigation-system.html.
Saparin, S., Setiawan, Y., Wijianti, E. S., & Pratama, P. (2021). Pengaruh Tinggi Elevasi Jatuh Air Dengan Variasi Sudut Pada Turbin Air Pelton. Jurnal Mekanova:
Mekanikal, Inovasi Dan Teknologi, 7(2), 110.
https://doi.org/10.35308/jmkn.v7i2.4157.
Setiawan Wie, D. (2017). Perencanaan Dan Implementasi Prototipe Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (Pltmh). Jurnal Teknik Elektro, 7(01).
Setyanto, A. E. (2013). Memperkenalkan Kembali Metode Eksperimen dalam Kajian Komunikasi. Jurnal Ilmu Komunikasi, 3(1), 37–48.
https://doi.org/10.24002/jik.v3i1.239.
Subandono, A. (2013). Pembangkit listrik tenaga mikrohidro (pltmh). ADITYA - Pendidikan Bahasa Dan Sastra Jawa, 10(4), 1–13.
Suryono, E., & Nusantara, A. E. B. (2017). Simulasi Turbin Crossflow Dengan Jumlah Sudu 18 Sebagai Pembangkit Listrik Picohydro. Simetris : Jurnal Teknik Mesin, Elektro Dan Ilmu Komputer, 8(2), 547. https://doi.org/10.24176/simet.v8i2.1412.
Syarif, A., Trisnaliani, L., Teknik, J., Program, K., Sarjana, S., Teknik, T., Sriwijaya, P.
N., Srijaya, J., Bukit, N., & Palembang, B. (2019). Rancang Bangun Prototipe Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Turbin Pelton The Design Of Pelton Turbine Micro Hydro Power. Kinetika, m, 1–6.
Trisasiwi, W., Masrukhi, M., Mustofa, A., & Furqon, F. (2017). Rancang Bangun Turbin Cross-Flow Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) Skala
Laboratorium. Dinamika Rekayasa, 13(1), 29.
https://doi.org/10.20884/1.dr.2017.13.1.164.
Wahyu Sabubu, T. A. (2020). Pengaturan Pembangkit Listrik Tenaga Uap Batubara Di Indonesia Prespektif Hak Atas Lingkungan Yang Baik Dan Sehat. Jurnal Lex Renaissance, 5(1), 72–90. https://doi.org/10.20885/jlr.vol5.iss1.art5.