Pemanfaatan Potensi Sumber Energi Terbarukan Di Pedesaan Guna
Menuju Desa Mandiri Energi
(Studi kasus di Desa Slawu Kec. Patrang, Jember)
Heru MirmantoJurusan Teknik Mesin, FTI-ITS, Kampus ITS, Sukolilo Surabaya 60111
Email : herumir@telkom .net
Abstract
Indonesia, especially in East Java has the potential of renewable energy sources in large numbers. These energy sources include a waterfall located in residential areas, mountainous areas. One of the potential that exists is in Kreongan River, Slawu Village, Sub Patrang, Jember Regency. This location has three waterfalls that can be used to generate electrical energy using water turbines. Seeing this condition will be the design of water turbine that can generate electrical energy in accordance with the power, reliability, high efficiency, easy operation and maintenance. From designing cross flow turbine generated electrical power of 25.78 KWatt
Keywords : renewable energy sources, design cross flow turbine
1. Pendahuluan :
Saat ini energi listrik merupakan salah satu sumber energi vital bagi kehidupan manusia, baik sektor rumah tangga, komersial, publik maupun industri. Sehingga salah satu program pemerintah Indonesia melalui BUMN PT. PLN, dicanangkan bahwa pada tahun 2015 semua wilayah Indonesia diharapkan dapat teraliri arus listrik. Sehubungan dengan peningkatan kebutuhan serta keterbatasan pemerintah (PLN) dalam penyediaan energi listrik, sesungguhnya Indonesia dan khususnya di Jawa Timur memiliki potensi sumber energi terbarukan dalam jumlah banyak. Sumber energi ini antara lain berupa terjunan air di wilayah pemukiman daerah pegunungan dimana salah satunya adalah potensi Sungai Kreongan di Desa Slawu, Kecamatan Patrang, Kabupaten Jember. Lokasi ini memiliki tiga terjunan yang dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan energi listrik dengan menggunakan turbin air. Pemanfaatan energi air ini selain untuk mensubstitusi kebutuhan energi listrik bagi penduduk di sekitarnya juga selaras dengan kebijakan pemerintah untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil, misalnya : Kebijakan Umum Bidang Energi (KUBE) tahun 1980 dan Keputusan Menteri Pertambangan dan Energi No. 996.K/43/MPE/1999 tentang prioritas penggunaan bahan bakar terbarukan untuk produksi listrik yang hendak dibeli PLN.
Turbin air adalah suatu mesin yang menghasilkan energi mekanik berupa putaran poros dengan memanfaatkan energi potensial air. Energi ini selanjutnya diubah menjadi bentuk energi lain seperti energi listrik. Pada perancangan turbin, jenis dan dimensi sangat
tergantung dari kondisi Head dan kapasitas yang tersedia. Sehingga agar diperoleh efisiensi optimum, maka Turbin air yang beroperasi pada suatu lokasi tertentu akan mempunyai design yang spesifik (tipe maupun dimensi) dan berbeda dengan lokasi lain.
Di Indonesia khususnya di daerah Jawa Timur, pada umumnya potensi sumber energi terbarukan berupa air terjun yang terletak di suatu wilayah pegunungan terpencil jauh dari jalan raya. Kondisi yang ada rata2 mempunyai Head rendah dengan kapasitas sedang. Kapasitas ini sangat fluktuatif tergantung dari musim (penghujan dan kemarau). Sebagai substitusi keterbatasan energi listrik, beberapa pembangkit mikrohydro telah dioperasikan untuk mengatasi keterbatasan ini, namun instalasi yang ada pada umumnya milik perorangan dengan design yang sangat sederhana, daya relatif kecil serta efisiensi rendah. Disamping itu dengan kurangnya pengetahuan pengoperasian serta perawatan mesin, maka banyak ditemukan instalasi pembangkit yang rusak atau tidak beroperasi lagi. Melihat kondisi ini maka dilakukan suatu perancangan turbin air yang dapat membangkitkan energi listrik yang mempunyai daya sedang, handal, efisiensi tinggi, mudah pengoperasian dan perawatannya (Studi kasus dilakukan di desa Slawu, Kec. Patrang, Jember). 2. Metodologi
Metodologi perencanaan merupakan suatu kerangka yang perlu dibuat sebagai acuan untuk melakukan perencanaan terhadap suatu model alat atau mesin yang akan dibuat. Dalam hal ini mencakup langkah kerja sistematis yang perlu
dilakukan oleh penulis dalam melakukan perencanaan.
Diagram alir perancangan :
Gambar 2 Air terjun Slawu Gambar 1. Diagram Alur Perancangan
Gambar 3. Skema air terjun 3. Hasil Pembahasan :
3.1 Diskripsi Lokasi
1. Lokasi rencana PLTM berada di sungai Kreongan dusun Sumber Langon, Desa Slawu. Lokasi rencana dapat ditunjuk dengan koordinat x,y ( 796696m, 9099129m) dengan elevasi 195 m diatas permukaan air laut. 2. Jumlah penduduk disekitar lokasi ± 250 KK
dalam satu blok besar. Mata pencaharian mereka adalah petani penggarap ladang dan buruh tani dari sawah irigasi, sawah tadah hujan dan tegalan dengan kondisi tanah yang subur. Namun jika ditinjau dari sisi potensi ekonomi penduduk dapat dikatagorikan menengah ke bawah.
3. Status tanah yang akan direncanakan sebagai proyek pembangunan PLTMH adalah tanah negara dalam pengelolaan Dinas Pengairan Kabupaten Jember.
4. Kondisi listrik masyarakat sekitar aliran sungai sudah ada jaringan listrik PLN. Namun pada sebagian masyarakat yang belum terjangkau aliran listrik PLN menggunakan sambungan kabel tunggal yang dihubungkan dari rumah ke rumah. Sedangkan paguyuban pengairan sungai Kreongan belum diketahui.
5. Lokasi rencana PLTMH merupakan saluran irigasi sekunder dengan luas baku sawah 56 ha dengan demikian diperkirakan memiliki kontinuitas debit air yang cukup dan terjamin ketersediaannya.
6. Konsentrasi sedimen berdasarkan pemeriksaan laboratoriumtterhadap sampel air pada tanggal 6 april 2009, yang mewakili musim penghujan, menghasilkan konsentrsi sedimen sebesar 0,0164. Pengertian ini dapat dikatagorikan sangat aman untuk penggunaan pembangkitan turbin PLTM.
3.2 Data Perancangan :
Dari hasil survey selain kondisi geografis, sosial ekonomi, juga diperoleh data teknis untuk perancangan. Data tersebut antara lain : Head = 15 m, Kapasitas = 0,22 m3/s.
Dengan head dan kapasitas sesuai dengan gambar 4 maka dipilh turbin cross flow. Bila diasumsikan putaran turbin sebesar 300 rpm dan effisiensi 80%, maka Daya yang dihasilkan :
3.3.Perhitungan :
Dengan head dan kapasitas sesuai dengan gambar 4 maka dipilh turbin cross flow. Bila diasumsikan putaran turbin sebesar 300 rpm dan effisiensi 80%, maka Daya yang dihasilkan :
• Perhitungan Daya yang dihasilkan turbin :
5 1 219 0 999 8 0, . . , . H . Q g. ρ. η NT = T =
HP
KWatt
34
,
55
78
,
25
=
=
• Perhitungan Diamter Pipa Penstock 1875 0 2 2 69 2 , p H L . Q . n , D ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = T 2 2 2 2 1 2 1 1 gZ HL 2 v P gZ 2 v P = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + + ρ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + + ρ
Dimana : n (cast iron) = 0,014
1875 0 2 2
15
53
21959
0
014
0
69
2
, p.
,
.
,
,
D
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
m
389
,
0
=
• Kecepatan pancaran air keluar :
Gambar 5 Skema kontruksi dan bagan kecepatan turbin crossflow.
Bila P1 = P2 dan
2
L
L
.
2 ev
D
D
f
HL
T⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
Sehingga :(
)
2 1 2 1 2 1 . . . 2 ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + + − = D L D L f Z Z g v e 2 1 1 8 16 3 , 26 39 , 0 53 . 019 , 0 15 . 81 , 9 . 2 ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + + + = = 8,05 m/s• Perhitungan Kecepatan Keliling Roda Turbin
s
m
v
u
4
,
04
2
08
,
8
2
=
=
=
• Perhitungan Diameter Luar Turbin (D1) Dengan asumsi putaran poros turbin 300 rpm (1)
m
,
.
π
,
n .
π
. u
D
0
26
300
4
242
60
1=
=
=
• Perhitungan Diameter Dalam Turbin (D2) Mengacu pada design turbin bangki maka :
5 , 1 = 2 1 D D ,sehingga :
m
,
,
m
,
D
0
18
5
1
26
0
2=
=
• Polygon Velocity Turbin Crossflow
Berdasarkan [1] untuk turbin crossflow, kelengkungan sudut β1= 120o,
Berdasarkan analisis segitiga kecepatan maka vector kecepatan lain dapat dicari :
Kecepatan keliling u :
s
m
u
1=
4
,
04
;s
m
u
2=
2
,
83
Kecepatan relative w :s
m
w
1=
5
,
26
;s
m
w
2=
6
,
59
Kecepatan absolut c :s
m
c
1=
8
,
08
;s
m
c
2=
7
,
09
Sudut aliran fluida :°
=
34
,
36
1
α
;α
2=
66
,
47
°
• Perhitungan jumlah sudu minimum :
47
,
66
tan
.
.
2
tan
.
.
2
min
=
π
α
2=
π
Z
=
14
,
42
Agar efisiensi lebih ditingkatkan maka direncanakan 22 buah [2]
Pada perhitungan selanjutnya maka didapatkan • Lebar sudu m D z x A B . 0.55 1 = = π • Diameter poros 6 2 2 2 2 2 . . ) ( 256 yps t b S N M M d π + ≥ = 4,2 cm ≈ 5 cm (AISI 1010 CDA)
• Bearing Dimension Series 03 Self Aligning Ball Bearing Kesimpulan :
Dari hasil survey lapangan maka dengan memanfaatkan Sungai Kreongan desa Slawu, Patrang Jember sangat memungkinkan untuk dikembangkan menjadi desa mandiri energi. Hal ini ditunjang oleh kondisi sosial ekonomi maupun geograpi yang ada.
Dari hasil perancangan turbin air dipilih turbin type cross flow dengan Head = 15 m & kapasitas 0,22 m3/s. Daya yang dihasilkan sebesar 25,78 Kwatt.
• Gambar Rancangan Turbin
Daftar Pustaka :
1. Paish, Oliver(V),.”Small Hydro Power : Technology and Current Status”,IT Power Ltd, The Manor House, Chineman Court, Lutyens Close, Chineham, Hamsphire RG24 8AG, United Kigdom..
2. Dietzel, Fritz, Turbin Pompa dan Kompresor, P.T. Gelora Aksara Pratama, Jakarta, 1992.
Gambar 6 Runner turbin cross flow