Teknik Elektro 2016 KONSEP ENERGI LISTRI

Teknik Elektro 2016

KONSEP ENERGI LISTRIK BERBASIS TENAGA PISTON UNTUK PULAU-PULAU TERPENCIL

Farista Egistian1_{, Agus Riyandi Rambe}2

Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Maritim Raja Ali Haji ahmadpito11@gmail.com, agusriyand56@gmail.com

ABSTRAK

Manusia saat ini tidak bisa lepas dari yang namanya energi listrik. Sebab hampir segala dari aktifitas dan kebutuhan manusia menggunakan listrik. Namun bagaimana bagi mereka yang tinggal di pulau-pulau terpencil yang tidak di aliri listrik sama sekali.

Agar dapat membantu mereka yang tinggal di pulau-pulau terpencil dapat merasakan listrik, di butuhkan sebuah konsep energi terbarukan. Jika ditanya “Mengapa menggunakan konsep energi terbarukan”. Karena, mengingat energi fosil yang mulai langka dan untuk pengirimannya pun memakan waktu yang cukup lama.

Dengan adanya konsep energi listrik berbasis tenaga piston untuk pulau-pulau terpencil nantinya dapat membantu pemerintah khususnya, agar masyarakat Indonesia dapat merasakan listrik.

Keyword: energi listrik, energi terbarukan, rumus perhitungan listrik, sejarah listrik

1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sejarah tenaga listrik itu dimulai pada bulan januari tahun 1882, pada tahun yang sama di bulan september beroperasinya pusat tenaga listrik di New York city, Amerika. Pada saat itu pengoperasiannya masih menggunakan listrik arus searah (DC) bertegangan rendah, sehingga belum dapat mecukupi untuk memenuhi kebutuhan.

Pada tahun 1885 seorang dari prancis bernama Lucian Gauland dan seorang lagi dari inggris bernama John Gibbs menjual hak paten generator arus AC (bolak – balik) kepada pengusaha bernama George Westinghouse.

Perkembangan pendistribusian tenaga listrikpun semakin di kedepankan dengan pembuatan transformator dan pada akhirnya diperoleh sistem jaringan listrik arus bolak – balik sebagai transmisi dari pembangkit ke pemakai.

1912 dan di banjarmasin 1922. Namun, tenaga listrik di zaman itu masih menggunakan energi bertenaga thermis (Sumber: Sugeng, 2016).

Perkembangan dari energi listrik terus di lakukan mengingat energi dari fosil sudah mulai menipis. Maka di butuhkan energi terbarukan yang dapat menjadi alternatif untuk menggantikan energi fosil.

Energi terbarukan adalah suatu energi alternatif yang bersumber dari alam dan terus tetap ada secara berkesinambungan tanpa harus menunggu pemprosesan yang lama, sebab energi terbarukan selalu terus diperbarukan oleh alam itu sendiri dalam jangka waktu yang tergolong singkat. Energi alam yang termasuk kedalam energi terbarukan adalah biofuel, biomassa, panas bumi, air, angin, matahari, gelombang Laut, pasang surut. Keuntungan dari energi terbarukan yaitu dapat di kombinasikan dengan energi lainya.

Energi terbarukan mulai di populerkan kisaran pada era 1970-an yang nantinya digunakan untuk menggantikan energi yang berasal dari fosil. Sebab, energi nfosil tidak dapat diperbarui dan dalam pemprosesannya tidak ramah lingkungan dan tidak aman bagi lingkungan ketimbang menggunakan energi alam yang terbarukan yang sangat ramah lingkungan, terjangkau oleh masyarakat, mengurangi pencemaran pada lingkungan dan penggunaanya tidak perlu di batasi sebab penggunaanya terus berlangsung.

Energi terbarukan terdiri dari beberapa sumber yaitu : 1. Biofuel

Biofuel atau bahan bakar hayati adalah sumber energi terbarukan berupa bahan bakar (baik padat, cair, dan gas) yang dihasilkan dari bahan-bahan organik. Sumber biofuel adalah tanaman yang memiliki kandungan gula tinggi (seperti sorgum dan tebu) dan tanaman yang memiliki kandungan minyak nabati tinggi (seperti jarak, ganggang, dan kelapa sawit).

2. Biomassa

Biomassa adalah jenis energi terbarukan yang mengacu pada bahan biologis yang berasal dari organisme yang hidup atau belum lama mati. Sumber biomassa antara lain bahan bakar kayu, limbah dan alkohol. Pembangkit listrik biomassa di Indonesia seperti PLTBM Pulubala di Gorontalo yang memanfaatkan tongkol jagung.

3. Panas Bumi

yang dimiliki Indonesia antara lain: PLTP Sibayak di Sumatera Utara, PLTP Salak (Jawa Barat), PLTP Dieng (Jawa Tengah), dan PLTP Lahendong (Sulawesi Utara).

4. Air

Energi air adalah salah satu alternatif bahan bakar fosil yang paling umum. Sumber energi ini didapatkan dengan memanfaatkan energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki air. Sat ini, sekitar 20% konsumsi listrik dunia dipenuhi dari Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Di Indonesia saja terdapat puluhan PLTA, seperti : PLTA Singkarak (Sumatera Barat), PLTA Gajah Mungkur (Jawa Tengah), PLTA Karangkates (Jawa Timur), PLTA Riam Kanan (Kalimantan Selatan), dan PLTA Larona (Sulawesi Selatan). 5. Angin

Energi angin atau bayu adalah sumber energi terbarukan yang dihasilkan oleh angin. Kincir angin digunakan untuk menangkap energi angin dan diubah menjadi energi kinetik atau listrik. Pemanfaat energi angin menjadi listrik di Indonesia telah dilakukan seperti pada Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTBayu) Samas di Bantul, Yogyakarta.

6. Matahari

Energi matahari atau surya adalah energi terbarukan yang bersumber dari radiasi sinar dan panas yang dipancarkan matahari. Pembankit Listrik Tenaga Surya yang terdapat di Indonesia antara lain : PLTS Karangasem (Bali), PLTS Raijua, PLTS Nule, dan PLTS Solor Barat (NTT)

7. Gelombang Laut

Energi gelombang laut atau ombak adalah energi terbarukan yang bersumber dari dari tekanan naik turunnya gelombang air laut. Indonesia sebagai negara maritim yang terletak diantara dua samudera berpotensi tinggi memanfaatkan sumber energi dari gelombang laut.

8. Pasang Surut

Energi pasang surut air laut adalah energi terbarukan yang bersumber dari proses pasang surut air laut. Terdapat dua jenis sumber energi pasang surut air laut, pertama adalah perbedaan tinggi rendah air laut saat pasang dan surut. Yang kedua adalah arus pasang surut terutama pada selat-selat yang kecil. (alamendah, 2014)

Layaknya energi listrik terbarukan, energi listrik fosil masih tergolong terbatas bagi mereka yang tinggal di pulau-pulau terpencil padahal pada pulau-pulau terpencil ada sebagian wilayah memenuhi untuk penggunaan energi terbarukan tertentu.

2 Landasan Teori

2.1 Piston

Piston mempunyai bentuk seperti silinder. Bekerja dan bergerak secara translasi (gerak bolak-balik) di dalam silinder. Piston merupkan sumbu geser yang terpasang presisi di dalam sebuah silinder. Dengan tujuan, baik untuk mengubah volume dari tabung, menekan fluida dalam silinder, membuka-turup jalur aliran atau pun kombinasi semua itu. Piston terdorong sebagai akibat dari ekspansi tekanan sebagai hasil pembakaran. Piston selalu menerima temperatur dan takanan yang tinggi, bergerak dengan kecepatan tinggi dan terus menerus. Gerakan langkah piston bisa 2400 kali atau lebih setiap menit. Jadi setiap detik piston bergerak 40 kali atau lebih di dalam silindernya. Temperatur yang diterima oleh piston berbeda-beda dan pengaruh panas juga berbeda dari permukaan ke permukaan lainnya. Sesungguhnya yang terjadi adalah pemuaian udara panas sehingga tekanan terssebut mengandung tenaga yang sangat besar. Piston bergerak dari TMA ke TMB sebagai gerak lurus. Selanjutnya, piston kembali ke TMA membuang gas bekas. Gerakan turun naik piston ini berlangsung sangat cepat melayani proses motor yang terdiri dari langkah pengisian, kompresi, usaha dan pembuangan gas bekas. (Rikky Yohannes Panjaitan, 2017).

2.2 Generator

Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. 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 mesin uap, air yang jatuh melakui 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. (yuslan arief, 2012)

2.3 Rangkaian Inverter

adalah alat untuk mengubah sistem tegangan DC ke tegangan AC. Lebih spesifik lagi, fungsi inverter adalah mengubah tegangan masukan DC menjadi tegangan keluaran AC yang simetris dengan amplitudo dan frekuensi tertentu. Tegangan keluarannya dapat merupakan tegangan tetap maupun tegangan variabel dengan frekuensi tetap ataupun variabel pula. Pada prakteknya, lebih banyak diperlukan inverter dengan amplitudo dan frekuensi tetap. Inverter terdiri dari beberapa sirkuit penting yaitu sirkuit converter (yang berfungsi untuk mengubah daya komersial menjadi dc serta menghilangkan ripple atau kerut yang terjadi pada arus ini) serta sirkuit inverter (yang berfungsi untuk mengubah arus searah menjadi bolak-balik dengan frekuensi yang dapat diatur-atur). Inverter juga memiliki sebuah sirkuit pengontrol. (noenchandra, 2010)

2.4 Batrei

Baterai merupakan perangkat yang mengandung sel listrik untuk menyimpan energi yang dapat dikonversi menjadi daya. Baterai menghasilkan listrik melalui proses kimia. Baterai adalah sebuah sel listrik dimana berlangsungnya proses elektrokimia yang reversible (dapat berkebalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Reaksi elektrokimia reversibel adalah proses berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan) dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia (proses pengisian) dengan cara proses regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah polaritas yang berlawanan didalam sel. (Gustina Riani, 2017).

2.5 Rangkaian Penguat Arus dan Daya Tegangan

Rangkaian penguat arus atau biasa disebut current booster biasanya digunakan atau berfungsi penguat arus pada perangkat rangkaian adaptor dengan power supply yang memiliki daya rendah. Dan rangkaian penguat arus ini tentu saja untuk meningkatkan power dan kemampuannya guna memberikan suplai aliran arus yang lebih besar. (Dewi Kazumi, 2013)

2.6 Arduino UNO

USB-to-serial converter untuk komunikasi serial ke komputer melalui port USB (Sahidul Lukman, 2017).

3 BAHAN DAN METODE

3.1 Bahan

Pada konsep listrik bertenaga piston memerlukan beberapa bahan yang terdiri dari: 1. 2 Piston 4K/rpm

2. 2 Generator 20KW

3. Rangkaian Inverter DC ke AC 4. Rangkaian Inverter AC ke DC 5. Batrei

6. Pemberat

7. Rangkaian Penguat Arus dan Daya Tegangan 8. Penstabil Tegangan

pegas pada piston a akan naik dan

piston b akan turun. Pada saat

piston b turun maka piston

tersebut mneghasilkan angin yang

nantinya akan dikirim ke turbin

Gambar 2. Tampak Samping

Demi mendapatkan arus listrik dari sistem kerja energi listrik bertenaga piston yang sesuai diperlukan perhitungan sebagai berikut.

Rumus untuk mencari daya nyata : P =V x I x cosφ

Keterangan :

P : daya nyata satuannya Watt. V : tegangan.

I : arus.

cos phi : perbedaan sudut antara tegangan dan arus.

Jadi, jika rumah memiliki kapasitas daya nyata sebesar 1200 watt. Jika tegangan yang digunakan adalah 220 volt, dan cos phi sebesar 0,6

I= P/(V cosφ )

Maka di dapatkan arus listrik yang menhgalir pada rumah-rumah sebesar 9.09 ampere.

Rumus untuk mencari daya semu : S = V * I

Keterangan :

S : daya semu satuannya VA. V : tegangan.

I : arus.

I = S/V

Sehingga diperoleh arus sebesar 5.45 ampere. Rumus untuk mencari daya reaktif :

Q = V * I sin phi Keterangan :

Q : daya reaktif satuannya VAr. V : tegangan.

I : arus

sin phi : sudut antara teganan dan arus. 0.6 Rumus untuk mencari nilai kapasitor : Q=P (tan2 - tan 1)

C=Q/(2 x π x V^2 )

Jika rumus diatas diterapkan pada system tegangan 220 dan frekwensi 50 Hz (umum dipakai di Indonesia), maka menjadi :

C=Q/48400 Keterangan : Q : daya reaktif. P : daya aktif.

Tan 2 : nilai tangen dari cos phi yang diharapkan. Tan 1 : nilai tengen dari cos pi semula.

phi : 3,14 V : tegangan

C : nilai kapasitor dalam farad.

Rumus untuk mencari besarnya pembatas : A=Va/V

Keterangan :

A : besarnya pembatas (Ampere). Va : besarnya daya Semu (VA) V : besarnya tegangan (volt).

Untuk menghitung besarnya Kemampuan Hantar Arus (KHA) suatu kabel dengan beban motor :

KHA (Kemampuan Hantar Arus) Arus nominal 1 fase :

In = P / (V x I x Cos φ) Arus nominal 3 fase :

In = P / (√3 x V x I x Cos φ )

Sedangkan rumus untuk mencari KHA adalah 125% arus nominal. Keterangan :

I = Arus peralatan (Ampere)

P = Daya masukan peralatan (Watt) V = Tegangan (Volt)

Cos φ = Faktor daya KHA= 125% x I nominal

Keterangan :

KHA : besarnya kemampuan hantar arus suatu kabel. I nominal : arus yang mengalir pada kabel : I = P/(Vcos pi)

Pertanyaan :

penginstalasi listrik industri memiliki kapasitas motor sebsesar 1200 watt, cos pi sebesar 0,8. Sedangkan tegangannya memakai system 220 volt. Besarnya KHA untuk menentukan kabel yang dipakai diperoleh I sebesar 2,56 ampere.

Sehingga, besarnya KHA adalah : 2,56 x 125% = 3,2 ampere. Sehingga kabel yang harus digunakan adalah yang dapat menghantarkan arus sebesar 3,2 tanpa ada gangguan dari internal kabel tersebut. Akan tetapi bisa kita bulatkan menjadi 4. Toleransi rugi tegangan pada instalasi listrik penerangan dan tenaga :

Untuk rugi tegangan pada instalasi listrik penerangan maksimal adalah sebesar 2% dari tegangan kerja. Sedangkan untuk rugi tegangan pada instalasi listrik tenaga adalah sebesar 5% dari tegangan kerja.

Rumus untuk menghitung tahanan isolasi : Tahanan isolasi = 1000 x tegangan kerja.

q = ( L x U x 200)/(E x E x λ x U x λ) atau

q = (L x I x 200)/(E x p x λ) Rugi tegangan dalam volt : q = (L x U x 2)/( E x ∆v x λ ) atau

q = ( L x I x 2)/(∆v x λ) Keterangan :

P : beban dalam watt

f : tegangan antar 2 saluran (fase-netral) q : penampang saluran (mm2)

∆v : rugi tegangan dalam (volt) ∆U : rugi tegangan dalam %

L : panjang rute saluran (bukan panjang kawat)

λ : daya hantar jenis tembaga = 56, besi = 7, aluminium = 32,7 I : arus beban

Rumus menghitung tahanan pada tanah yang digunakan untuk system pentanahan penyalur petir :

R= 1/(R1+R2+R3+Rn) Keterangan :

R : besarnya tahanan sebaran dari elektroda dalam PUIL tidak boleh lebih dari 5 ohm. R1-Rn : tahanan masing-masing elektroda.

Untuk menghitung besarnya Kemampuan Hantar Arus (KHA) pada suatu percabangan suatu kabel dengan beban motor:

KHA = KHA terbesar + I nominal motor yang lain. Rumus menghitung arus start pada motor :

Untuk sambungan bintang : Istart= (Vl/√3)/Zfase

Keterangan :

Vl : tegangan jaringan. V fasa : tegangan phasa-nol.

Rumus perhitungan arus hubung singkat : Isc=Uo/(√((Rt x Rt)+ (Xt x) Xt) √(3 x))

Pada perhitungan ini, hambatan jaringan atas diabaikan. Sedangkan reaktansinya adalah :

X=(Uo x Uo)/Psc

Pada transformator, hambatan diabaikan jika daya semu lebih dari 100 KVA. Sedangkan reaktansinay adalah :

X=(Usc x Uo x Uo)/Sn

Pada pemutus tenaga, hambatan dan reaktansi diabaikan. Pada busbar, hambatan adalah sebaga berikut ini : R=(ρ L)/A

Sedangkan untuk menghitung besarnya reaktansi apda busbar adalah : X=0,15 L

Untuk kabel, menghitung hambatannya adalah : R=(ρ L)/A

Dan untuk menghitung reaktansinya adalah : X=0,08 L

Luas Penampang Kabel

Luas Penampang Kabel 3 fasa :

A = (1.73 * L * I * cos pi) / ( lamda * u) Luas Penampang Kabel 1 fasa :

A = (2 * L * I * cos pi) / ( lamda * u) Perbaikan Faktor Daya

Pf = P/ V*I = cos pi

Pf adalah : Perbandingan antara daya aktif (kW) dengan daya total (kVA) Faktor daya menentukan sifat dari beban

Pf lagging : fasa arus tertinggal dengan fasa tegangan (beban induktif) Pf leading : fasa arus mendahului fasa tegangan (beban kapasitif) Syarat diberlakukan Pertanahan

Instalasi listrik yang menggunakan tegangan yang lebih besar dari 50 V Harga tahanan Pentanahan (Rp) tidak melebihi

Rp = 50 / Ia ohm IA= k x In

Rp: Tah. Pentanahan

IA : arus pemutusan pengaman arus lebih

Gambar 3. Diagram Blok Energi Listrik Berbasis Piston

4 ANALISIS

Alat ini di prediksikan memiliki kelebihan dan kekurangan yaitu: Kelebihan :

1. Energi listrik di peroleh bukan dari fosil dan dapat di perbarui. 2. Tidak membutuhkan bahan bakar.

3. Tidak menghasilkan limbah. 4. Pengoprasian alat yang sederhana.

5. Dapat meghasilkan energi dalam jumlah yang dapat di atur sesuai penggunaan generator berapa watt yang di butuhkan.

Kekurangan :

1. Energi di awal membutuhkan tenaga manusia.

2. Alat mengeluarkan suara yang akan mengganggu, maka di butuhkan ruangan yang kedap suara.

3. Alat mudah panas, maka di butuhkan hatshing sebagai pendingin dan selalu melumasinya agar tidak adanya karat.

5 SARAN

DAFTAR PUSTAKA

Sugeng (2016). Sejarah Listrik Pembangkit. https://www.kelistrikanku.com/2016/04/sejarah-listrik-pembangkit.html

alamendah (2014). Sumber Energi Terbarukan Di Indonesia.

https://alamendah.org/2014/09/09/8-sumber-energi-terbarukan-di-indonesia/

Rikky Yohannes Panjaitan (2017). Pengertian Piston.

http://mesincad.blogspot.co.id/2017/10/pengertian-piston-fungsi-piston-dan.html. yuslan arief (2012). Generator Listrik Adalah Sebuah Alat.

http://yuslam-arief.blogspot.co.id/2012/03/generator-listrik-adalah-sebuah-alat.html

noenchandra (2010). Inverter. http://noenchandra.blogspot.co.id/2010/12/inverter.html Gustina Riani (2017). Prototipe Pemanfaatan Tenaga Surya Untuk Kelong di Kepulauan Riau.

https://www.academia.edu/34427892/PROTOTIPE_PEMANFAATAN_TENAGA_SURYA_ UNTUK_KELONG_DI_KEPULAUAN_RIAU

Dewi Kazumi (2013). Rangkaian Penguat Arus Sederhana.

http://elektrorangkaian.blogspot.com/2013/09/rangkaian-penguat-arus-sederhana.html

Sahidul Lukman (2017). Perancangan Pompa Air Otomatis Pada Boat Pancung Berbasis Arduino UNO Untuk Studi Kasus di Pulau Terong Kecamatan Belakang Padang Kota Batam. https://www.academia.edu/34719193/PERANCANGAN_POMPA_AIR_OTOMATIS_PADA _BOAT_PANCUNG_BERBASIS_ARDUINO_UNO_UNTUK_STUDI_KASUS_DI_PULA U_TERONG_KECAMATAN_BELAKANG_PADANG_KOTA_BATAM

Ngabidin (2014). Rumus Praktis Teori Perhitungan.