PEMANFAATAN ALIRAN AIR DARI BAK PENAMPUN

PEMANFAATAN ALIRAN AIR DARI BAK PENAMPUNGAN

SEBAGAI PENGHASIL LISTRIK RUMAH TANGGA DENGAN

SISTEM TURBIN KAPLAN

Diusulkan oleh :

NAMA NIM ANGKATAN

Faris Yanuarsyah 1005290 2010

Muhamad Ramdan 1001158 2010

Riza Hidayat 1000341 2010

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

ABSTRAK

Pada umumnya bak penampungan hanya digunakan untuk menampung air dan mengalirkan kembali ke keran-keran. Maka pada kesempataan ini didalam pipa yang dialiri air dari bak penampungan dipasang turbin kaplan. Pemasangan Turbin Kaplan untuk sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-Hidro (PLTMH) memanfaatkan aliran air dari bak penampungan mempunyai tujuan untuk menghemat listrik dan mengaplikasikan ilmu yang telah didapat. Selain itu memberikan pemahaman yang jelas tentang pembangkit listrik tenaga mikrohidro dari energi potensial fluida menjadi energi listrik. Metode yang digunakan oleh penulis dalam penelitian ini adalah metode Karya Ilmiah dengan penghitungan aliran air, kecepatan air, debit air, daya air, dan putaran poros yang dihasilkan akibat daya aliran air. Dari hasil penghitungan didapat data-data sebagai berikut : V = 5,057 m/s, Q = 7,049 x 10 -4 _m3_{/s, P = 6.9998 x 10} -3 _{Kw, N = 772,373 rpm.}

Dengan putaran poros yang telah kita dapat maka kita bisa menghasilkan listrik dengan menggunakan generator. Dengan prinsip kerja generator yaitu magnet yang memutari lilitan atau lilitan yang memutari magnet dengan putaran yang telah didapat dari turbin maka akan terjadi gaya gerak listrik (GGL induksi), untuk mengetahui seberapa besar arus listrik yang didapat tergantung dari kontruksi generator yang dipakai untuk pembangkit listrik. Generator berhubungan erat dengan hukum faraday. Berikut hasil dari hukum faraday “ bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik”. Menurut hukum faraday yang disebutkan di atas biasanya gaya gerak listrik tergantung dari banyak lilitan kawat pada generator yang dipakai dan medan magnet yang menghasilkan fluks magnet akibat dari putaran poros turbin, dengan adanya fluks magnet maka akan terjadi GGL induksi.

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan ke khadirat ILLAHI RABBI atas segala berkat-Nya, maka selesailah Karya Ilmiah ini. Karya Ilmiah ini dibuat guna memenuhi

Alternative Energy Competition (AEC) Mechanical City yang bertema “Pemanfaatan Energi Terbarukan dalam Menanggulangi Krisis Energi dan Lingkungan”.

Dalam menyelesaikan Karya Ilmiah ini, penulis telah banyak mendapat pengetahuan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan yang baik ini, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada :

1. Dosen pendamping, Haipan Salam, M.si., beserta staff yang ada di Workshop

Produksi dan Perancangan di Universitas Pendidikan Indonesia yang telah sabar dalam membimbing penulis.

2. Teman-teman mahasiswa teknik mesin produksi dan perancangan angkatan 2010 yang telah banyak memberi dukungan dan motivasi hingga selesainya laporan ini.

Demikian laporan ini disajikan dengan segala keterbatasan, kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan untuk kemajuan penulis di masa mendatang.

Bandung, Maret 2013

Penulis

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ...ii

Daftar Isi ...iii

Daftar Gambar...iv

Daftar Tabel ...v

Bab I Pendahuluan ...1

Bab II Konsep Dasar...4

Bab III Metodologi Penulisan...8

Bab IV Analisa Pembahasan ...9

Bab V Kesimpulan dan Saran ...11

Daftar Pustaka ...12

Biodata Penulis...13

DAFTAR TABEL

BAB I PENDAHULUAN

Pemanfaatan Aliran Air dari Bak Penampungan sebagai Penghasil Listrik Rumah Tangga dengan Sistem Turbin Kaplan

Latar Belakang Masalah

Pada era globalisasi seperti ini masyarakat sangat memerlukan listrik, dikarenakan listrik tersebut yang sangat dibutuhkan untuk kegiatan manusia sehari-hari. Seperti penggunaan alat-alat rumah tangga, penerangan, dan lain-lain. Pada umumnya masyarakat mendapatkan listrik dari instansi/perusahaan yang selama ini memasok listrik kepada masyarakat.

Masyarakat pasti mengeluarkan biaya untuk membayar listrik pada instansi terkait, seperti halnya penggunaan pompa air pasti membutuhkan daya listrik yang begitu besar. Dari pompa pada umumnya air ditampung pada bak penampungan air, dari bak penampungan air dialirkan menuju pipa-pipa. Masyarakat kurang menyadari adanya potensi pada siklus di atas.

Dengan permasalahan yang ada di atas maka kami akan membuat alat yang dapat dipergunakan untuk memanfaatkan aliran air tersebut untuk dikonversikan kembali menjadi energi listrik, alat tersebut kami harap bisa digunakan untuk kalangan masyarakat yang memiliki bak penampung air pada ketinggian tertentu.

Konsep yang kami punya tergolong sederhana dan tidak membutuhkan biaya yang mahal dalam pembuatannya sehingga alat ini dapat digunakan untuk masyarakat kalangan menengah kebawah, berlatar belakang dari hal di atas maka kami akan membuat alat untuk pemanfaatan aliran air dari bak penampungan sebagai penghasil listrik rumah tangga dengan sistem turbin kaplan.

Rumusan Masalah

belum bisa mengaplikasikan ilmu yang didapat pada saat mereka sekolah untuk diterapkan pada kehidupan sehari-hari.

Dari fakta di atas kami mengambil beberapa rumusan masalah yaitu : 1. Bagaimana kita memanfaatkan potensi aliran dari bak penampungan ?

Tujuan

Dalam menyusun proposal ini mempunyai tujuan yang kami harapkan bisa terwujud, yaitu :

1. Kita bisa mengaplikasikan ilmu yang telah kami dapat di dalam kehidupan sehari-hari sehingga bisa bermanfaat khususnya untuk kami, umumnya untuk orang banyak.

2. Kami harap dengan munculnya ide kami dapat menjadi motivasi khususnya untuk kami, umumnya untuk orang banyak demi terciptanya karya-karya selanjutnya.

3. Kami harap alat yang kami buat bisa digunakan untuk kalangan masyarakat.

4. Dan alat yang kami buat dapat bermanfaat untuk meminimalis pemakaian listrik dari instansi perusahaan yang memasok listrik.

Luaran Yang Diharapkan

Target utama luaran adalah bagaimana mengaplikasikan ilmu yang kita dapat sehingga bermanfaat untuk masyarakat dan bangsa.

 Dalam hal paten :

Dari harapannya adalah setelah dibuat alat ini dapat menjadi hak paten kami selaku penggagas ide dan perancang.

 Dalam bidang jasa :

seperti jasa servis alat-alat atau perawatan khususnya servis dan perawatan untuk turbin dan generator pembangkit.

 Dari segi desain :

Harapannya dengan adanya desain pembangkit listrik ini, kami dapat mengembangkan model-model terbaru yang lebih efektif,efisien dan ekonomis. Selain itu harapan kedepannya kita dapat mendesain alat-alat lainnya sebagai tindak lanjut dari pengembangan teknologi.

 Dari segi barang :

Harapannya kami dapat membuat alat ini sebanyak mungkin yang nantinya dapat dilempar ke pasaran, selain itu harapan lebih lanjutnya adalah kami dapat membuat alat-alat yang lebih baru dari hasil pengembangan teknologi pembangkit listrik rumahan.

Kegunaan

Kegunaan pembuatan alat ini sendiri sebenarnya banyak sekali, tidak hanya dapat menghasilkan listrik, memanfaatkan potensi lingkungan sekitar, meminimalis penggunaan listrik yang di beli dari instansi terkait, tapi juga lebih menekankan pada pengenalan dan pemahaman teknologi yang dipakai pada pembangkit listrik ini kepada masyarakat, dimana teknologi yang dipakai tergolong sederhana dan merupakan penerapan dari ilmu fisika dan ilmu-ilmu lainnya.

BAB II KONSEP DASAR

berdasarkan sumber pembangkitnya yaitu batu bara, nuklir, gas bumi, biogas, matahari, dan air.

Simulasi pembangkit listrik mikrohidro merupakan alat yang cara kerjanya sama dengan mikrohidro asli namun ukurannya relatif lebih kecil dan sama-sama memanfaatkan aliran air sebagai tenaga untuk memutar turbin dan generator sehingga menghasilkan energi listrik.

Fluida adalah zat yang bersifat mengalir . Hal ini disebabkan karena molekul-molekulnya mempunyai daya tarik-menarik ( kohesi ) antar molekul sangat kecil atau bahkan nol. Fluida terdiri atas zat cair ( liquid ) dan zat gas.

Sistem Tenaga Fluida (Fluid power system) adalah suatu rangkaian pemindahan tenaga dan / atau pengaturan tenaga dengan menggunakan media ( perantara ) fluida. Tenaga dari sumber tenaga atau pembangkit tenaga diteruskan oleh fluida melalui saluran fluida , unit-unit pengatur atau control element ke unit penggerak sebagai output dari sistem tersebut.

Fungsi Fluida ialah : untuk menghantarkan atau menyalurkan tenaga yang dibangkitkan oleh pembangkit tenaga ke seluruh sirkuit (rangkaian) hingga outputnya dapat dilihat pada aktuator. Disamping sebagai fungsi transfer, fluida juga sebagai media otomatisasi atau sebagai media pengendali (Controsl medium) yaitu untuk mengoperasikan kontrol-kontrol elemen padan sistem tenaga fluida itu sendiri.

Jumlah Aliran

Yang dimaksud dengan jumlah aliran adalah banyaknya fluida yang telah mengalir pada suatu pipa / konduktor untuk setiap satuan waktu. Bila dikatakan jumlah aliran (flow rate) sebesar Q = 10 L/menit berati telah mengalir fluida sebanyak 10 Liter selama satu menit.

Q=V

t

Q = jumlah aliran rata-rata (m3_{/s) atau ( L/s )} V = Volume ( m3 _{) atau liter ( L )}

t = waktu ( sekon = s )

Kecepatan Aliran

Rumus tersebut di atas dapat juga dituliskan berdasarkan kecepatan aliran fluida sebagai berikut :

Q

=

A

.

v

Q = Jumlah aliran rata-rata ( m3_{/s )} v = kecepatan aliran fluida ( m/s ) A = luas penampang pipa ( m2 ₎

Turbin Kaplan/Propeller

Disebut turbin Propeller apabila mangkok-mangkok turbinnya tetap, sedangkan turbin Kaplan memiliki mangkok-mangkok turbin yang dapat diatur. Turbin Kaplan/Propeller baik digunakan pada PLTA dengan tinggi terjun yang rendah, yaitu dibawah 20 meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui pemanfaatan kecepatan air.

Bagian-bagian utama sama dengan turbin Kaplan yaitu : 1. Rumah spiral (scroll-case)

2. runner

Gambar 1. Contoh turbin kaplan

Daya Turbin

Besarnya daya poros/output turbin : P = 9,81*Q*H*ηt

Dimana :

P = Paya poros/output turbin (MW) Q = Debit air (m3/detik)

H = Efektif Head (m) ηt = Efesiansi turbin

Kecepatan Turbin

Ns = 2283/H0,486 N = Ns*H1,25_/P0,5 Dimana :

Ns = Kecepatan spesifik

N = Kecepatan putaran turbin (rpm) P = Daya poros/output turbin (MW) H = Head efektif (m)

Tabel 1. Jumlah Bilah Runner Turbin (Z)

Ns(Hp) 400 500 600 800 800

Ns(Kw)= 0.857

340 430 510 600 680

Sumber: Studi kelayakan dan Penyusunan Basic Design Proyek PLTA Siteki, Vol I Bab 3 “Parameter Design Optimum”

Generator

Generator adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik menjadi energi listrik. Tenaga mekanik bisa berasal dari panas, air, uap, dan lain-lain. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa Listrik AC (listrik bolak-balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tegantung dari konstruksi generator yang dipakai oleh pembangkit tenaga listrik.

Generator berhubungan erat dengan hukum faraday. Berikut hasil dari hukum faraday “ bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan terbentuk Gaya Gerak Listrik ”

Gaya Gerak Listrik (GGL)

Bila sebatang logam panjang berada di dalam medan listrik, maka akan menyebabkan elektron bebas akan bergerak ke kiri yang akhirnya akan menimbulkan medan listrik induksi yang sama kuat dengan medan listrik, sehingga kuat medan total menjadi nol. Dalam hal ini potensial kedua ujung logam menjadi sama besar dan aliran elektron akan berhenti, maka kedua ujung logam terdapat muatan induksi. Agar aliran elektron bebas berjalan terus maka harus muatan induksi ini terus diambil, sehingga pada logam tidak timbul medan listrik induksi. Dan sumber gaya gerak listrik (misal baterai) yang dapat membuat beda potensial kedua ujung logam harganya tetap, sehingga aliran elektron tetap berjalan.

BAB III METODE PENULISAN

BAB IV ANALISA PEMBAHASAN

Dari dasar teori yang telah disampaikan bahwa dengan data yang telah ada maka kami dapat mengetahui hasil yang akan dicapai yaitu apabila diketahui data – data sebahai berikut :

1 hari Penjadwalan diskusi

kelompok

1 minggu Pencarian data teori

dasar

3 hari Pembahasan kelompok

untuk teori dasar

1 minggu Penyusunan karya tulis

ilmiah

Pengecekan KTI oleh pembimbing

3 hari

H = 2 m g = 9.81 m/s2 Cv = 0.96

V = Cv

√

2gH = 0.96

√

2.9,81.2 = 5,057 m/s

Dengan, H = head g = gravitasi

V = kecepatan alir air

Cv = koefisien air setelah terjadi gesekan dengan pipa

Untuk mencari kapasitas air yang keluar dari nozzle adalah sebagai berikut :

Q = V.A A = πr2 _{= 3.14 . 6,385}2 _{= 128,01 mm}2 Q = 5,507 . 1,2801 x 10 -4

Q = 7,049 x 10 -4 _m3_/s

Dengan diketahui kecepatan air dan debit air yang keluar dai nozzle maka kita dapat mengetahui daya yang akan didapat, yaitu :

P = 9,81 . Q . H . µt

P = 9,81 . 7,049 x 10-4 _{. 2 . 50} P = 6.9998 x 10 -3 _Kw

Setelah diketahui daya yang dihasilkan untuk memutarkan poros lalu kita akan mencari putaran yang dihasilkan yaitu dengan cara sebagai berikut :

N = Ns . H1.25_/P0.5 _{Ns = 2285/H}0,486 _{= 1630,066 m/s = 27.168 m/menit} N = 27,168 . 21.25_/0,00699980.5

Kita mengetahui putaran poros yang digerakkan turbin yaitu N = 772,373 rpm Dengan putaran poros yang telah kita dapat maka kita bisa menghasilkan listrik dengan menggunakan generator, dengan prinsip generator yang bisa menghasilkan listrik maka kita dapat mengetahui seberapa besar listrik yang didapat. Dengan prinsip kerja generator yaitu magnet yang memutari lilitan atau lilitan yang memutari magnet dengan putaran yang telah didapat dari turbin maka akan terjadi gaya gerak listrik (GGL induksi), untuk mengetahui seberapa besar arus listrik yang didapat tergantung dari kontruksi generator yang dipakai untuk pembangkit listrik.

Generator berhubungan erat dengan hukum faraday. Berikut hasil dari hukum faraday “ bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik”.

Menurut hukum faraday yang disebutkan di atas biasanya gaya gerak listrik tergantung dari banyak lilitan kawat pada generator yang dipakai dan medan magnet yang menghasilkan fluks magnet akibat dari putaran poros turbin, dengan adanya fluks magnet maka akan terjadi GGL induksi.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

1. Kita bisa memaanfaatkan aliran air dari bak penampungan menjadi energi listrik dengan metode turbin Kaplan dan generator yang mengubah energi gerak menjadi energi listrik.

2. Apabila setiap rumah yang memiliki bak penampungan dapat menggunakan metode di atas maka kita dapat menghemat listrik beribu-ribu watt, dan penghematan tersebut bisa digunakan perusahaan listrik Negara untuk mengaliri listrik ke daerah-daerah yang kekurangan listrik, meskipun arus listrik yang dihasilkan kecil, misalkan hanya dapat digunakan untuk menghidupkan lampu neon 5 watt, tetapi efeknya akan terasa sangat besar apabila banyak rumah atau bangunan-bangunan lainnya menghemat listrik dengan metoda di atas, akan terjadi penghematan listrik yang sangat besar.

3. Kita juga dapat bermanfaat untuk warga yang lain dengan menghemat listrik dari hal-hal kecil yang telah kami sampaikan di atas.

4. Ide di atas juga dapat mengurangi penggunaan listrik yang dihasilkan dari bahan bakar fosil.

Saran

1. gunakan listrik sehemat mungkin dan bagikan listrik kepada saudara-saudara kita yang belum mendapatkan listrik.

2. Harapan kami yaitu teman-teman semua dapat mendukung program

renewable energy dengan sebaik mungkin dan dapat mewujudkan kesejahteraan bagi masyarakat, minimal yang ada disekitar kita.

3. Gunakan ilmu pengetahuan yang kalian punya untuk kepentingan bersama, Karena sebaik-baik manusia adalah yang bermanfaat bagi sesamanya.

Daftar Pustaka

Direktorat Jenderal Listrik Dan Pemanfaatan Energi,“Buku Utama Pedoman Studi Kelayakan PLTMH”, DJLPE, Jakarta, 2009.

Arismunandar, “Teknik Tenaga Listrik Jilid I Pembangkitan Dengan Tenaga Air”, Penerbit Pradnya Paramita,Jakarta, 1979

Aip Saripudin, Dkk. “Praktis Belajar Fisika I” Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. VMP, Jakarta

Studi kelayakan dan Penyusunan Basic Design Proyek PLTA Siteki, Vol I Bab 3 “Parameter Design Optimum”

Biodata Penulis

Nama Lengkap : Faris Yanuarsyah Jenis Kelamin : Laki-laki

Tempat, Tanggal Lahir : Ciamis, 12 Januari 1990 No. Telepon : 085294528892

Nama Lengkap : Muhamad Ramdan Jenis Kelamin : Laki-laki

Tempat, Tanggal Lahir : Sukabumi, 05 Maret 1992 No. Telepon : 085720779477

Pendidikan Terakhir : SMK

Nama Lengkap : Riza Hidayat Jenis Kelamin : Laki-laki