PENGARUH VARIASI INLET NOTCH TERHADAP KECEPATAN DAN DAYA YANG DAPAT TERBANGKITKAN DARI GENERATOR PADA PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA PIKOHIDRO
Naufal Praska Zakariz1, Joessianto Eko Poetro2, Anggara Trisna Nugraha3
D3 Teknik Kelistrikan Kapal, Teknik Kelistrikan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya Jalan Teknik Kimia Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111
E-mail:
ABSTRAK
Energi merupakan elemen penting dalam keberlangsungan aktivitas manusia. Indonesia memiliki potensi penghasil daya listrik sebesar 94,3GigaWatt pada sektor tenaga air, namun baru sedikit yang dapat dimanfaatkan yakni hanya 4,2GigaWatt [1]. Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan energi terbarukan yang belum termanfaatkan secara maksimal, khususnya di Indonesia. Penelitian ini memanfaatkan potensi aliran air dari Sungai Coban Wonoasri, Desa Bangun Kecamatan Munjungan, Kabupaten Trenggalek yang memiliki head rendah namun memiliki debit yang cukup deras. Turbin vortex dengan jumlah 8 sudu, kelengkungan sudu 30°, dan kemiringan sudu 22.5° dimanfaatkan untuk penelitian pada sungai dengan head yang rendah ini. Variasi inlet notch yang akan digunakan adalah sudut 0°, 17.82°, 19.30°, dan 19.98°. Variasi inlet notch dengan lebar 0° tidak dapat menghasilkan putaran turbin karena aliran vortex tidak terbentuk dengan baik. Inlet notch dengan lebar 19.98° menghasilkan kecepatan turbin paling baik yaitu sebesar 94.95 rpm dengan debit 28.23l/s. Baterai 7.2Ah digunakan untuk menyuplai eksitasi generator dengan nilai 12.01V dan 0.807A. Generator sinkron dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik dari putaran turbin dengan bantuan pulley dan perbandingan gear 7:72. Hasil dari pembangkitan listrik dengan memanfaatkan generator sinkron dapat membangkitkan daya hingga sebesar 10Watt AC, dengan tegangan kerja beban sebesar 54VAC dan arus beban 0,09A.
Kata Kunci: Pikohidro, Inlet Notch, Aliran Vortex, Generator ABSTRACT
Energy is an important element in the continuity of human activities. Indonesia has the potential to produce 94.3GigaWatt of electricity in the hydropower sector, but only a few can be utilized, which is only 4.2GigaWatt [1]. This study aims to utilize renewable energy that has not been utilized optimally, especially in Indonesia. This study utilizes the potential of water flow from the Coban Wonoasri River, Bangun Village, Munjungan District, Trenggalek Regency which has a low head but has a fairly heavy discharge. A vortex turbine with a total of 8 blades, blade curvature of 30°, and blade slope of 22.5° is used for research on this low-head river. The inlet notch variations that will be used are angles of 0°, 17.82°, 19.30°, and 19.98°. Variations in the inlet notch with a width of 0° cannot produce turbine rotation because the vortex flow is not formed properly. The inlet notch with a width of 19.98° produces the best turbine speed, which is 94.95 rpm with a discharge of 28.23 l/s. PD control with PID Tuner from Matlab is implemented to maintain turbine rotation by adjusting the watergate level. The values of Kp 23.16 and Kd 1.25 resulted in a fast system response to reach the turbine rpm setpoint with a time of 18.48 seconds.
7.2Ah battery are used to supply generator excitation with values of 12.01V and 0.807A. Synchronous generator is used as a power generator from turbine rotation with the help of a pulley and a gear ratio of 7:72. The results of electricity generation by utilizing a synchronous generator can generate up to 10 Watts of power with a load working voltage of 54VAC and a load current of 0.09A.
Keyword : Pico Hydro, Inlet Notch, Vortex Flow, Generator AC
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Energi merupakan bagian penting dalam kehidupan manusia. Kebutuhan energi di dunia akan terus meningkat seiring dengan jumlah penduduk yang bertambah, pertumbuhan ekonomi, dan pola konsumsi energi itu sendiri yang akan terus meningkat. Pertimbangan untuk beralih kepada
energi yang terbarukan (renewable resources) sangat diperlukan karena energi tidak terbarukan (unrenewable resources) tidak selamanya akan tersedia, Indonesia adalah termasuk negara yang kaya akan sumber daya energi terbarukan. Berdasarkan Indonesia Energy Outlook (2019), Indonesia memiliki potensi penghasil daya listrik sebesar 94,3GigaWatt pada sektor tenaga air, namun baru
2 sedikit yang dapat dimanfaatkan yakni hanya
4,2GigaWatt [1]. Potensi air yang dapat dimanfaatkan yaitu berupa aliran air. Akan tetapi pemanfaatan aliran air dengan head yang rendah dengan menggunakan turbin belum dioptimalkan di Indonesia. Salah satu contohnya adalah Sungai Coban Wonoasri, Desa Bangun Kecamatan Munjungan, Kabupaten Trenggalek yang memiliki head rendah namun berpotensi untuk menjadi pembangkit listrik berskala kecil. Penelitian sebelumnya meneliti pengaruh diameter turbin terhadap daya dan efisiensi turbin, menunjukkan bahwa diameter 270mm menghasilkan daya dan efisiensi turbin yang paling optimal [2]. Penelitian terdahulu yang meneliti pengaruh kemiringan sudu pada turbin terhadap daya dan efisiensi turbin, menunjukkan bahwa turbin dengan kemiringan sudu 22,5° menghasilkan daya dan efisiensi turbin yang paling optimal [3].
Penelitian sebelumnya yang meneliti pengaruh sudut guide vane (inlet notch) terhadap daya dan efisiensi turbin vortex, menunjukkan bahwa nilai daya dan efisiensi optimal ditunjukkan dengan nilai sudut guide vane sebesar 17,82° [4]. Akan tetapi, kekurangan pada penelitian ini belum diketahuinya peningkatan kecepatan putar dari turbin vortex dengan peningkatan inlet notch yang lebih dari 17,82°. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dibahas mengenai inlet notch dengan peningkatan sudut sebesar ¼ dari jari – jari turbin dengan besar sudut yang dipakai dalam pengujian ini adalah 19,30°
dan 19,98°. Peningkatan inlet notch akan menyebabkan lintasan aliran air yang masuk menjadi lebih sempit, sehingga aliran air dapat membentuk pusaran terlebih dahulu sebelum menggerakkan turbin.
Pada beberapa penelitian terdahulu, meneliti seberapa efisien pengaruh bentuk turbin, pengaruh lebar inlet notch, maupun pengaruh besar diameter turbin dan belum adanya pengkonversian menjadi energi listrik sehingga pada penelitian ini akan melanjutkan dengan penambahan generator sebagai pembangkit listrik yang dihasilkan dari putaran turbin pada pembangkit lisrik tenaga pikohidro.
1.2 Rumusan Masalah
a. Bagaimanakah pengaruh debit air pada putaran generator?
b. Bagaimana pengaruh sudut inlet notch pada aliran vortex terhadap rpm turbin dan rpm generator yang dihasilkan?
c. Berapakah daya listrik yang dapat dihasilkan dari pembangkit listrik pikohidro dengan penambahan generator sinkron 1 phase?
1.3 Tujuan
a. Mengetahui pengaruh debit air pada putaran generator.
b. Mengetahui pengaruh bentuk inlet notch aliran vortex terhadap kecepatan yang dihasilkan.
c. Mengetahui daya listrik yang dapat dihasilkan dari pembangkit listrik pikohidro dengan penambahan generator sinkron 1 phase.
2. METODE PENELITIAN
2.1 Perhitungan Potensi Daya Terbangkitkan Perhitungan potensi daya yang dapat dibangkitkan sangat penting guna mengetahui seberapa besar daya yang dapat dihasilkan dari perancangan pembangkit listrik pikohidro ini.
Perhitungan potensi memuat perhitungan head dan flow air, sehingga dapat menentukan generator yang akan digunakan. Perhitungan potensi dapat menggunakan persamaan berikut [5].
𝑃ɑ = 𝜌 × Q x 𝑔 × 𝐻(𝑊𝑎𝑡𝑡) (1)
Dimana:
𝑃ɑ (Watt) = Daya air 𝜌 (kg/m3) = Massa jenis = 1000 𝑔 (m/s2) = Gravitasi = 9,81 H (m) = Tinggi air jatuh = 1,02 𝑄 (m3/s) = Debit aliran = 0,02556 Sehingga:
𝑃ɑ = 1000 𝑥 0,02556 𝑥 9,81 𝑥 1,02 (𝑊𝑎𝑡𝑡) (2)
𝑃ɑ = 255,75𝑊𝑎𝑡𝑡 (3)
Dari perhitungan yang telah dilakukan didapatkan bahwa daya maksimal yang dapat dihasilkan dari sungai adalah sebesar 255,75Watt.
2.2 Perancangan Sistem
Pada tahap ini dilakukan dengan membuat diagram yang berisi alur kerja alat yang dibuat. Tahap ini bertujuan untuk mempermudah untuk mengetahui bagaimana alat bekerja. Dibawah ini merupakan diagram alir dari sistem.
Gambar 1 Flowchart alur kerja alat
2.2.1 Perancangan Rangkaian Monitoring Kecepatan
Rangkaian monitoring dalam penelitian ini adalah rangkaian untuk menampilkan pembacaan kecepatan oleh sensor optocoupler. Hasil dari pembacaan sensor optocoupler akan ditampilkan pada display yaitu LCD. Gambar 2 dibawah menjelaskan wiring diagram rangkaian monitoring kecepatan.
Gambar 2 Rangkaian Monitoring Kecepatan
2.2.2 Perancangan Rangkaian Penyimpanan Rangkaian penyimpanan dalam alat pada penelitian ini bertujuan untuk menjaga kestabilan tegangan baterai yang digunakan sebagai suplai tegangan DC pada eksiter generator. Perakitan rangkaian penyimpanan ini terdiri dari baterai lead acid, rectifier beserta boost converter, dan battery
charge controller. Gambar 3 dibawah menjelaskan wiring diagram rangkaian penyimpanan.
Gambar 3 Rangkaian Penyimpanan
Komponen penyuplai sumber DC pada rangkaian penyimpanan adalah rectifier dan boost converter.
Rangkaian rectifier sendiri digunakan sebagai penyearah sumber 6VAC dari transformator, sedangkan boost converter digunakan untuk menaikkan tegangan dari 6VDC ke 14VDC.
Tegangan 14VDC nantinya akan digunakan sebagai sumber suplai tegangan untuk pengecasan baterai.
Gambar 4 menunjukkan wiring diagram rectifier dan boost converter.
Gambar 4 Rangkaian Rectifier dan Boost Converter Battery Charge Controller digunakan dalam rangkaian penyimpanan untuk mengatur input, output, dan waktu kerja baterai sehingga baterai tetap dalam kondisi yang baik. Sedangkan baterai yang akan digunakan dalam rangkaian penyimpanan adalah lead acid battery dengan tegangan 12Volt dan berkapasitas 7,2Ah.
2.2.3 Perancangan Rangkaian Beban
Rangkaian beban terdiri dari PZEM-004T dan beban lampu led. PZEM-004T digunakan sebagai monitoring tegangan, arus, dan daya pada rangkaian beban. Sedangkan beban yang akan digunakan yaitu beban lampu LED 3watt, 5watt, 10watt, 20watt, dan lampu pijar. Wiring diagram rangkaian beban dijelaskan pada Gambar 5 berikut.
Gambar 5 Rangkaian Beban
2.2.4 Perancangan Wiring Keseluruhan Sistem Pada tahap ini akan dibuat wiring diagram secara keseluruhan mulai dari sistem monitoring, sistem penyimpanan, maupun sistem pembebanan. Gambar
4 6 berikut menunjukkan wiring diagram keseluruhan
sistem.
Gambar 6 Wiring Seluruh Sistem
2.3 Perancangan Mekanik
Pembuatan mekanik dari penelitian ini bertujuan untuk membuat aliran sungai menjadi aliran vortex.
Mekanik yang akan dibuat adalah basin cone, variasi inlet notch, turbin vortex, dan pintu air.
2.3.1 Perancangan Basin Cone
Basin Cone pembuat saluran vortex terbuat dari plat galvanis dengan tebal 2mm dan desain yang dibuat berdasarkan penelitian terdahulu [3].
Gambar 7 Desain Basin Cone
Ukuran dari desain yang telah dibuat dijelaskan sebagai berikut:
1. Lebar inlet air = 230mm 2. Panjang inlet air = 1450mm 3. Tinggi inlet air = 500mm 4. Diameter basin cone = 560mm 5. Tinggi basin cone = 700mm 6. Diameter outlet basin = 90mm
Gambar 8 Pembuatan Basin Cone 2.3.2 Perancangan Variasi Inlet Notch
Variasi inlet notch yang akan dibuat bertujuan untuk mengetahui perbedaan kecepatan turbin yang dihasilkan oleh sudut yang berbeda. Inlet notch yang terbaik adalah inlet notch yang menghasilkan kecepatan paling baik pada turbin aliran vortex. Nilai sudut inlet notch ditentukan melalui kenaikan ½ jari- jari turbin dan ditarik garis lurus dengan jarak 400mm dari lingkaran luar basin cone [4]. Gambar 9 menjelaskan pengambilan nilai sudut variasi inlet notch.
Gambar 9 Pengambilan Nilai Sudut Inlet Notch Pada penelitian terdahulu, daya dan efisiensi tertinggi adalah pada sudut 17,82° (3 kali ½ jari-jari turbin) [4]. Pada penelitian ini akan dibuat 2 variasi sudut yang lebih lebar, yaitu dengan menambahkan kenaikan ¼ jari-jari turbin dan ½ jari-jari dari inlet notch penelitian terdahulu (3 ½ kali jari-jari turbin).
Sehingga, 4 variasi sudut inlet notch yang akan diuji coba yaitu dengan lebar sudut 0°, 17,82°, 19,30°, dan 19,98°. Gambar 10 menunjukkan 4 variasi inlet notch yang akan diuji coba pada penelitian ini.
Gambar 10 Variasi Inlet Notch
2.3.3 Perancangan Turbin Vortex
Turbin air vortex yang digunakan pada penelitian ini adalah diameter 270mm dan tinggi 210mm yang
menghasilkan daya dan efisiensi yang baik [2].
Turbin ini memiliki jumlah sudu 8, kelengkungan sudu 30°, dan kemiringan sudu 22.5° yang dapat menghasilkan daya dan efisiensi yang lebih tinggi dibanding dengan kemiringan sudu lainnya [3].
Desain turbin yang akan dibuat dijelaskan pada Gambar 11 berikut.
Gambar 11 Desain Turbin Vortex
Penjelasan ukuran-ukuran dari turbin yang akan digunakan adalah sebagai berikut:
1. Tinggi turbin = 21cm 2. Diameter turbin = 27cm 3. Jumlah sudu = 8 buah 4. Kelengkungan sudu = 30°
5. Kemiringan sudu = 22,5°
Gambar 12 Pembuatan Turbin
3. PEMBAHASAN
3.1 Pengujian Kecepatan Turbin Pada Tiap Variasi Inlet Notch
Pengukuran yang dibutuhkan adalah data pengukuran lebar saluran (B), pengukuran kedalaman saluran (H), jarak benda apung yang ditentukan (L), waktu untuk mencapai jarak (T), sehingga didapatkan data debit dengan perhtiungan menggunakan persamaan berikut [6].
𝑄 = 𝐿
𝑇 . 𝐵 . 𝐻 (4)
Dimana:
𝑄 = Debit air (𝑚3/𝑠) 𝐿 = Jarak lintasan (𝑚) 𝑇 = Waktu tempuh benda (𝑠) 𝐵 = Lebar Sungai (𝑚) 𝐻 = Kedalaman Sungai (𝑚)
Data lain yang dibutuhkan adalah pembacaan kecepatan turbine pada tiap variasi inlet notch sehingga dapat terlihat pengaruh sudut yang
digunakan. Perancangan yang telah dibuat beserta dengan mekaniknya, akan diaplikasikan pada Sungai Coban Wonoasri. Gambar 13 menjelaskan pengaplikasian alat pada sungai.
Gambar 13 Pengujian Pada Sungai Tabel 1 Pengujian Pada Inlet Notch 0°
No. B (m)
H (m)
L (m)
t (s)
Q (l/s)
RPM Turbin 1 0,23 0,28 0,76 6,04 8,10 0 2 0,23 0,27 0,76 5,98 7,89 0 3 0,23 0,28 0,76 4,79 10,22 0 4 0,23 0,27 0,76 5,43 8,69 0 5 0,23 0,26 0,76 4,98 9,13 0
Rata – rata 8,81 0
Dari data diatas ditunjukkan bahwa dengan debit rata-rata sebesar 8,81l/s pada inlet notch 0° tidak dapat menghasilkan putaran turbin karena aliran pusaran air tidak terbentuk dengan baik. Aliran air saling bertabrakan sehingga tidak cukup kuat untuk memutar turbin air.
Tabel 2 Pengujian Pada Inlet Notch 17,82°
No. B (m)
H (m)
L (m)
t (s)
Q (l/s)
RPM Turbin 1 0,23 0,29 0,76 6,82 7,46 156,5 2 0,23 0,27 0,76 4,9 9,7 157,1 3 0,23 0,26 0,76 4,4 10,33 157,7 4 0,23 0,27 0,76 7,23 6,53 157,6 5 0,23 0,26 0,76 4,93 9,36 156,9 Rata – rata 8,68 157,2 Dari data diatas ditunjukkan bahwa dengan debit rata-rata sebesar 8,68l/s pada inlet notch 17,82° dapat menghasilkan putaran turbin rata-rata sebesar 157,2 rpm.
6 Tabel 3 Pengujian Pada Inlet Notch 19,30°
No. B (m)
H (m)
L (m)
t (s)
Q (l/s)
RPM Turbin 1 0,23 0,26 0,76 5,73 7,93 159,5 2 0,23 0,27 0,76 4,0 11,93 158,8 3 0,23 0,27 0,76 5,7 8,4 159,5 4 0,23 0,27 0,76 6,1 7,82 159,5 5 0,23 0,27 0,76 5,85 8,19 158,7
Rata – rata 8,85 159,2
Dari data diatas ditunjukkan bahwa dengan debit rata-rata sebesar 8,85l/s pada inlet notch 19,30° dapat menghasilkan putaran turbin rata-rata sebesar 159,2 rpm.
Tabel 4 Pengujian Pada Inlet Notch 19,98°
No. B (m)
H (m)
L (m)
t (s)
Q (l/s)
RPM Turbin 1 0,23 0,28 0,76 7,3 6,79 161,9 2 0,23 0,29 0,76 7,6 6,72 162,1 3 0,23 0,29 0,76 5 10,22 163,6 4 0,23 0,29 0,76 7,5 6,82 162,8 5 0,23 0,29 0,76 6,4 8,04 163,2 Rata – rata 7,72 162,7 Dari data diatas ditunjukkan bahwa dengan debit rata-rata sebesar 7,72l/s pada inlet notch 19,30° dapat menghasilkan putaran turbin rata-rata sebesar 162,7 rpm. Inlet notch ini menghasilkan putaran yang paling cepat dibandingkan dengan variasi inlet notch yang lain.
Kecepatan putaran turbin yang didapatkan dari pengambilan data, akan digunakan dalam perhitungan kebutuhan rasio gear. Pengambilan nilai rpm sebagai acuan rasio gear adalah nilai rpm terendah yaitu 157,16 rpm. Perhitungan kebutuhan rasio gear untuk mendapatkan kecepatan yang diinginkan dapat dilihat pada perhitungan berikut [x].
𝑛1 𝑛2=𝑧2
𝑧1 (4)
Dimana: 𝑛1= Kecepatan gear turbin (rpm) 𝑛2 = Kecepatan gear generator (rpm) 𝑧1 = Jumlah gigi gear turbin
𝑧2 = Jumlah gigi gear generator Sehingga:
157,16 1500 =𝑧2
𝑧1 (5)
1 9,54=𝑧2
𝑧1 (6)
Didapatkan dari perhitugnan rasio gear yaitu 1:9,54 atau dibulatkan menjadi 1:10. Namun yang tersedia di pasaran dan mendekati adalah 7:72
sehingga digunakan 7 gigi gear pada generator dan 72 gigi gear pada turbin. Dari perbandingan rasio jumlah gigi gear tersebut diharapkan akan didapatkan rpm generator sebesar 1500rpm atau lebih, sehingga generator bekerja optimal untuk menyuplai beban listrik.
Gambar 14 Transmisi Gear Turbin dan Generator 7:72 3.2 Pengujian Kecepatan Generator
Pengujian kecepatan generator dibutuhkan pada tiap variasi inlet notch agar dapat terlihat pengaruh sudut inlet notch yang digunakan terhadap kecepatan generator. Transmisi gear 7:72 telah diaplikasikan pada generator untuk mencapai kecepatan generator 1500rpm.
Tabel 5 Pengujian RPM Generator Pada Inlet Notch 0°
No. Q(l/s) RPM
Turbin
RPM Generator
1 30,7 0 0
2 31,97 0 0
3 31,8 0 0
4 32,64 0 0
5 28,45 0 0
6 30,4 0 0
7 28,98 0 0
8 30,55 0 0
9 29,53 0 0
10 30,55 0 0
Rata - rata 30,56 0 0
Tabel 6 Pengujian RPM Generator Pada Inlet Notch 17,82°
No. Q(l/s) RPM
Turbin
RPM Generator
1 25,21 65,5 672,2
2 28,45 63,6 651,5
3 23,31 63,1 646,7
4 24,42 64,4 658,9
5 28,98 65,5 671,3
6 28,71 66,4 679,8
7 22,15 63,6 649,7
8 31,48 64,6 660,7
9 28,58 65,5 671,9
10 35,24 65,7 671,6
Rata - rata 27,65 64,8 663,4
Tabel 7 Pengujian RPM Generator Pada Inlet Notch 19,30°
No. Q(l/s) RPM
Turbin RPM Generator
1 28,69 76,0 780,0
2 32,04 75,7 779,6
3 31,09 74,6 763,6
4 31,24 76,8 784,5
5 33,75 77,8 782,2
6 30,94 76,6 784,1
7 29,22 74,7 763,5
8 30,2 76,5 781,8
9 28,82 76,7 784,6
10 31,71 75,8 776,0
Rata - rata 30,77 76,1 778,0 Tabel 8 Pengujian RPM Generator Pada Inlet Notch 19,98°
No. Q(l/s) RPM
Turbin
RPM Generator
1 27,79 94,4 941,7
2 28,54 93,5 931,8
3 29,45 95,7 938,0
4 27,92 94,6 942,7
5 30 97,0 966,1
6 26,64 95,5 948,1
7 27,32 91,3 909,2
8 29,32 93,7 934,7
9 26,64 94,2 938,7
10 28,66 94,6 941,9
Rata - rata 28,23 94,5 939,3 Dari Tabel 5, Tabel 6, Tabel 7, dan Tabel 8 diatas dijelaskan bahwa nilai rata-rata kecepatan putar turbin sebesar 0 rpm untuk inlet notch 0°, 64,8 rpm untuk inlet notch 17,82°, 76,1 rpm untuk inlet notch 19,30°, dan 94,5 rpm untuk inlet notch 19,98°. Untuk rpm generator, inlet notch 0° menghasilkan rpm sebesar 0 rpm, inlet notch 17,82° menghasilkan rpm sebesar 663,4 rpm, inlet notch 19,30° menghasilkan rpm sebesar 778,0, dan inlet notch 19,98°
menghasilkan rpm sebesar 939,3. Rasio gear yang digunakan turbin terhadap generator diatas menunjukkan bahwa rasio gear 7:72 yang dikopel secara langsung dengan pulley untuk meningkatkan kecepatan putar menghasilkan kecepatan putaran yang baik dan hampir mendekati perbandingan asli rasio gear. Meskipun tanpa beban, kecepatan maksimal dari generator tidak dapat mencapai 1500rpm dikarenakan generator dianggap sebagai beban meski belum terbebani oleh lampu atau lainnya.
Kecepatan 0 rpm (tidak berputar) dapat terjadi pada inlet notch 0° karena kurangnya efisiensi basin cone yang tidak terdapat sudut inlet notchnya, sehingga aliran vortex tidak terbentuk dengan baik.
Air yang masuk pada basin cone tidak membentuk
aliran vortex, melainkan menabrak air yang akan membentuk aliran vortex. Sehingga dari tabrakan tersebut, air tidak dapat membuat turbin berputar sama sekali.
Kecepatan tertinggi turbin didapatkan dari inlet notch dengan sudut tertinggi yaitu 19,98°, meski aliran air masuk sangat sempit namun aliran vortex dapat terbentuk dengan baik sehingga turbin dapat bekerja dengan efisien. Sudut inlet notch ini akan digunakan pada pengujian daya terbangkitkan dari generator karena dapat menghasilkan putaran turbin tercepat.
Gambar 15 Pengujian RPM Turbin dan Generator pada Inlet Notch 19,98°
3.3 Pengujian Pembebanan Dengan Lampu Pengujian daya yang dapat terbangkitkan dilakukan setelah variasi inlet notch yang paling efektif ditentukan. Berdasarkan pengujian sebelumnya, inlet notch 19,98° menghasilkan kecepatan paling maksimal sehingga akan digunakan pada pengujian ini. Pengujian ini meliputi pengukuran rpm generator. Setelah data rpm didapatkan, akan dilanjutkan dengan mengukur tegangan, arus, dan frekuensi keluaran transformator yang akan diberi beban variasi 5-20Watt lampu LED dan 5Watt lampu pijar. Tegangan dan arus eksitasi generator dibuat konstan sebesar 12,01V dan 0,807A.
Gambar 16 menjelaskan pengujian alat dengan pembebanan dan Tabel 4.22 berikut menjelaskan data hasil pengujian daya generator yang dapat terbangkitkan.
Gambar 16 Pengujian Pembebanan
8 Tabel 9 Pengujian Pembebanan Pada Inlet Notch 19,98°
Beban (Watt)
RPM Generator
Tegangan (V)
Arus (A)
Frekuensi
(Hz) Menyala
0 739,5 70,8 0 75,8 -
3 534,4 41,5 0,07 91,2 Menyala
5 307,6 37,2 0,05 87,6 Menyala
5 LP 134,3 nA nA nA Tidak
10 391,2 54 0,09 67,7 Menyala
20 381 56
0,08 62,8
Sangat Redup
Dari tabel diatas, dapat dilihat bahwa semakin besar beban, maka drop rpm generator akan semakin besar. Pada pengujian beban 0, rpm generator telah menurun hingga 739,5 dikarenakan generator telah menyuplai daya pada pengecasan baterai maupun rangkaian monitoring. RPM generator paling rendah terdapat pada beban 5watt lampu pijar yaitu 134,3 rpm.
Lampu LED 3watt,5watt, dan 10watt dapat menyala dikarenakan tegangan kerja yang masih mencukupi untuk menyuplai tegangan pada beban.
Pada beban 5watt lampu pijar tidak dapat menyala sama sekali dikarenakan tegangan, arus, maupun frekuensi kerja tidak terbaca atau dapat dikatakan jauh dari baik. Pada lampu LED 20watt, lampu menyala sangat redup dan terkadang mati, namun tegangan, arus, dan frekuensi kerja yang dihasilkan baik.
Gambar 17 Beban 3Watt Menyala
Gambar 18 Beban 5Watt Menyala
Gambar 19 Beban 10Watt Menyala
Gambar 20 Beban 20Watt Sangat Redup dan Beban 5Watt Lampu Pijar Tidak Menyala
4. KESIMPULAN
a. Debit air mempengaruhi putaran turbin dan putaran generator. Semakin besar debit yang dihasilkan, maka daya air akan semakin besar dan kecepatan turbin meningkat.
b. Sudut inlet notch mempengaruhi rpm generator dimana sudut inlet notch 0° tidak dapat memutar turbin karena kurangnya efisiensi pada pembuat aliran vortex di basin cone. Sedangkan pada sudut inlet notch 19.98° dapat memutar turbin dengan keceepatan maksimal yaitu sebesar 94.5rpm dan kecepatan generator sebesar 939.9rpm dengan debit sebesar 28.23l/s. Hal ini dapat terjadi karena aliran vortex terbentuk dengan baik pada basin cone.
c. Pembebanan maksimal yang dapat dibangkitkan yaitu sebesar 10Watt dengan tegangan eksitasi sebesar 12.01V, arus eksitasi 0.801A, tegangan kerja 54VAC, dan arus beban 0.09A, dari putaran generator sebesar 391.2rpm.
PUSTAKA
[1] Indonesia Energy Outlook (2019).
[2] Sudrajad, W. F. B., Rahmanto, R. H., & Handoyo, Y. (2019, July). Uji Eksperimen Efisiensi Turbin Reaksi Aliran Vortex Inlet Involut Dengan Variasi Diameter Impeller. In Prosiding
Seminar Nasional Energi & Teknologi (Sinergi) (pp. 165- 174).
[3] Fitroh, H. K., & Adiwibowo, P. H. (2018). Uji Eksperimental Kinerja Turbin Reaksi Aliran Vortex Tipe Sudu Melengkung Dengan Variasi Sudut Kemiringan. Jurnal Teknik Mesin, 6(1).
[4] Achmad, K. (2017). Pengaruh Sudut Inlet Notch Pada Turbin Reaksi Aliran Vortex Terhadap Daya Dan Efisiensi. Jurnal Teknik Mesin, 5(02).
[5] Rompies, W. C., Kawet, L., Halim, F., & Mamoto, J. D.
(2013). Analisis Potensi Sumber Daya Air Sungai Kayuwatu Wangko untuk Perencanaan Pembangkit Listrik di Desa Karor Kec. Lembean Timur Kab. Minahasa. Jurnal Sipil Statik, 1(10).
[6] Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi.
(2011). Panduan Singkat Pengembangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro. Jakarta.
