IDENTIFIKASI PERANCANGAN TURBIN PLTMh
Firdaus*, Ir. Suryadimal, M.T1), Dr. Muhamad Oktaviandri, S.T.,M.T2) Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta
Jln. Gajah Mada No.19 Olo Nanggalo Padang 25143 Telp. 0751-7054257 Fax. 0751-7051341
Email : Firdaus_doank88@yahoo.comSuryadimal2004@yahoo.com Okest@oktaviandri.com
ABSTRAK
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh) adalah suatu sistem pembangkit listrik yang dapat mengubah potensi air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik. dengan menggunakan turbin air dan generator. Proses pembangkit listrik Mikrohidro secara sederhana dilakukan dengan cara air bermula masuk ke bak penampung dengan kecepatan 033 m/s, kemudian air dialirkan menuju pipa penstock selanjutnya masuk ke rumah turbin untuk memutar sudu-sudu atau impeler turbin sehingga generator ikut berputar. Setelah itu timbulah tenaga listrik yang dihasilkan oleh turbin dalam bentuk killowatt, tenaga listrik inilah yang akan masuk ke rumah-rumah warga. Tujuan dari penelitian ini untuk mengidentifikasi perancangan turbin PLTMh yang dilakukan oleh peneliti sebelumnya dan melengkapi dan mengurangi kesalahan yeng dilakukan oleh peneliti sebelumnya. Penelitian ini menggunakan bahan-bahan alternatif seperti generator, air dan turbin yang ramah lingkungan. Hasil penelitian diperoleh pengolahan salah Satu data hasil survei dilapangan untuk sebagai sample atau contoh, maka didapat perbedaan yang begitu jauh dari antara daya PLTMh di lokasi dengan daya terbangkit setelah di identifikasi data,jarak perbedaannya berkisar 40 Kw dengan 46.57 Kw.
I. PENDAHULUAN
Kebutuhan energi listrik di Indonesia khususnya dan di dunia pada umumnya terus meningkat antara lain karena pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi dan pola konsumsi energi yang senantiasa meningkat. Dari hasil kajian yang dilakukan Muchlis dan Permana (2003), dengan asumsi penurunan pertumbuhan penduduk sebesar 0,01% per tahun dan peningkatan PDB Indonesia pada tahun 2020 sebesar 2,61 kali, maka selama kurun waktu 17 tahun (2003 s.d. 2020) diperkirakan Total kebutuhan listrik tumbuh sebesar 6,5% per tahun dari 91,72 TWh pada tahun 2002 menjadi 272,34 TWh pada tahun 2020. PLN sebagai penyedia energi listrik di Indonesia hingga saat ini hanya mampu menyediakan pasokan sebesar 56% dari total kebutuhan lisrik tersebut. Di Indonesia, dapat dikatakan bahwa penyediaan listrik oleh PLN bukan merupakan pemenuhan kebutuhan riil seluruhnya tetapi lebih merupakan kemampuan untuk
membangkitkan dan
mendistribusikan listrik ke masyarakat.
Menurut data Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2005-2025 yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral pada tahun 2006 (DESDM, 2006), cadangan minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun.
Meskipun penelitian dan rancang bangun PLTMh telah dilakukan oleh para praktisi, walau mengikuti kaidah-kaidah dan prosedur perancangan turbin sebagaimana mestinya, namun belum melibatkan konsep perancangan yang optimum, sehingga effisiensi PLTMh yang didapatkan belum optimal. Dari hasil penelitian yang dilakukan oleh para praksisi, terungkap bahwa baru sekitar 40% hingga 60% effisiensi yang biasa diperoleh dari effisiensi yang seharusnya. Karena, diperlukan sebuah sistem yang dapat digunakan sebagai alat bantu dalam perancangan turbin generator PLTMh.
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teori Dasar
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh) adalah suatu sistem pembangkit listrik yang dapat mengubah potensi air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan menggunakan turbin air dan generator (Warnick, dkk. 1984)
Cara kerja PLTMh secara sederhana yaitu air dalam jumlah tertentu dijatuhkan dari ketinggian tertentu untuk memutar turbin. Kemudian putaran turbin tersebut digunakan untuk menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik. Listrik yang dihasilkan akan dialirkan melalui kabel ke rumah-rumah.
Beberapa kelebihan dari PLTMh antara lain: 1) Potensi energi air yang melimpah; 2) Teknologi yang handal dan kokoh sehingga mampu beroperasi lebih dari 50 tahun; 3) Teknologi PLTMh
merupakan teknologi ramah lingkungan dan terbarukan; 4) Effisiensi tinggi (70-85 persen); 5) Sumber energi terbarukan; 6) Bebas polusi; 7) Sumber melimpah; 8) Biaya pembangkitan rendah; 9) Mendorong upaya penyelamatan lingkungan
Potensi PLTMh biasanya banyak dijumpai pada lokasi dekat aliran sungai yang mempunyai head atau tinggi jatuh air yang cukup dan debit yang relatif stabil. Lokasi ini sangat sesuai karena debit yang handal dan kontinyu akan menjamin ketersediaan suplay air dan keluaran daya yang dihasilkan. Selain debit dan head, aksesibilitas ke lokasi juga merupakan salah satu yang harus diperhitungkan dalam menentukan potensi tidaknya suatu lokasi untuk pembangunan PLTMh. Pemilihan lokasi PLTMh memerlukan data dan informasi yang akurat baik mengenai kondisi teknis maupun non teknis suatu lokasi, karena sebuah PLTMh akan bekerja dengan baik jika daerah tersebut memiliki tinggi jatuh air besar dan aliran yang stabil. Beberapa hal yang harus mendapat perhatian dalam pemilihan potensi untuk pembangunan PLTMh adalah: a. Adanya tinggi jatuhan air (head). b. Sumber air yang selalu mengalir sepanjang tahun.
c. Bendungan atau kolam penampung air.
d. Saluran air yang merupakan alat pembawa air dari ketinggian sehingga dapat digunakan untuk menentukan debit dan kecepatan air.
Penelitian dibidang PLTMh telah banyak dilakukan, baik kaji
eksperimental maupun
pengembangan pembangunan PLTMh. Penelitian berupa kaji
eksperimental seperti yang dilakukan oleh Havendri dan Luis (2009), Ramdhani (2010), Santoso, Yanto dan Marwani (2011), Subekti dan Susatyo (2010), Subekti, Susatyo dan Irasari, 2011, Manggala (2010) dan Rifai (2007) pada umumnya dilakukan untuk mendesian turbin jenis tertentu untuk dikembangkan dan digunakan pada lokasi tertentu. Tujuannya adalah untuk mendapatkan dimensi turbin hingga akhirnya diperoleh effisiensi yang maksimum untuk rancangan turbin tersebut.
Para peneliti tersebut telah mengikuti kaidah-kaidah dan prosedur perancangan turbin sebagaimana mestinya. Namun, hasil penelitian yang dilaporkan para peneliti tersebut menyebutkan effisiensi yang didapat baru sekitar 40%--60% dari effisiensi yang sebenarnya mungkin dapat di peroleh berkisar 60%--40%. Hal ini disebabakan para peneliti belum melibatkan konsep perancangan yang optimal dalam penelitian tersebut. Kalaupun sudah, para peneliti melakukannya dengan cara trial and error sehingga hasilnya masih jauh dari yang diharapkan.
Secara teknis, mikro hidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sumber energi), turbin dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan dengan ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (rumah turbin). Di rumah instalasi, air tersebut akan menumbuk turbin sehingga turbin dipastikan akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Poros yang berputar
kemudian ditransmisikan ke generator dengan mengunakan kopling. Dari generator akan dihasilkan energi listrik yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke rumah-rumah atau keperluan lainnya (beban). Begitulah secara ringkas proses mikro hidro merubah energi aliran dan ketinggian air menjadi energi listrik.
III.METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metodologi Penelitian
Tujuan dari Metodologi penelitian ini digunakan untuk mengidentifikasi data survey turbin PLTMh yang terpasang pada beberapa lokasi di Sumatera Barat. Peneliti mencoba mengalisis beberapa tahapan yang berkaitan degnan data turbin PLTMh.
3.2. Lokasi
Wilayah studi dari penyusunan Investasi Pembangkit Listrik Tenaga Air (Mikro Hydro) ini di beberapa lokasi di Sumatera Barat. 3.3. Alat dan Bahan
Sebelum melakukan survey pada lokasi yang telah ditetapkan pada perancangn sistem pembangkit ada beberapa peralatan yang digunakan untuk mengumpulkan data. Adapun alat yang digunakan sebagai berikut:
1. GPS- Garmi N 60
2. Caren Meter- Flowatch FL-03
3. Meteran
4. Stopwat - PIRATE 5. Kamera Digital Canon
3.4. Langkah–Langkah Penelitian Pengumpulan data lokasi PLTMh terpasang dari Dinas ESDM
a. Survei lokasi terpasang PLTMh di Sumatera Barat
b. Data Statistik PLTMh Sumatera Barat
c. Potensi
Lebar sungai rata-rata (m) Kedalaman rata-rata (m) Debit sungai (Q) Ketinggian Head (H) Kecepatan aliran (m/dt) Daya terbangkit (P) d. Data Teknis Penstock Panjang Diameter Kemiringan Sudut Turbin Jumlah Sudu Panjang Sudu Lebar Sudu Kelengkungan sudu Sudut sudu Diameter luar Diameter dalamKecepatan putar Generator Frekuensi generator Jumlah kutup generator Keluaran daya
Volt Amper Daya PLTMh
e. Foto-foto lokasi terpasang PLTMh untuk pendukung penelitian.
3.5. Pengumpulan Data 1. Survei
Survei dilakukan untuk mengetahui gambaran awal pada lapangan yang menentukan layak atau tidak layaknya sebuah perencanaan PLTMh sebelum di lakukan pengambilan data.
2. Pengumpulan Data literatur Adapun data yang digunakan dalam penulisan ini adalah data dari beberapa tempat lokasi terpasang PLTMh di Sumatera Barat, data yang didapat dari dinas ESDM Sumatera Barat.
3. Penggolahan data
Setelah mendapat data dari sebanyak lokasi yang terpasang PLTMh di daerah Propinsi Sumatera Barat, barulah penulis bisa melakukan mengolah datanya dan kalau merasa cukup data yang didapat maka peneliti harus melakukan penggumpulan data kembali sebanyak data yang kurang tersebut.
4.Menganalisa
Apabila data survey sudah cukup barulah peneliti dapat melakukan menyimpulkan data yang telah dikumpulkan dibeberapa tempat yang di dapat PLTMh terpasang pada Sumatera Barat ini baru bisa peneliti dapat melakukan penganalisaan atau mencari perbandingan perbedaan daya survey dan simulasi.
Gambar 3.1. Diagram alir
Metodologi penelitian
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Kondisi Umum Lokasi
Identifikasi Data
Dari beberapa data survey PLTMh di lokasi yang terdapat di Sumatera Barat masih banyak terdapat yang sangat buruk penggelolaannya dan kurang terawatnya seperti bak penenang, turbin, saluran irigasi, generator dan gambar pendukung sebagai berikut:
Gambar 4.1.1 Bak penampung (Kecamatan. Pantai Cermin,Banto Ilia, Kab.Solok)
Dari gambar 4.1.1, terlihatnya lumpur yang sangat tebal,sehingga turbinnya cepat rusak dikarenakan lumpurnya begitu banyak, dari diskusi dengan operator turbin menyebut bahwa turbin di kecamatan Pantai Cermin cepat rusak. Dikarenakan air sungainya coklat berlumpur dan karena itu turbin PLTMh disini cepat rusak ditambah pula kurang teraturnya perawatan atau maintenance.
4.2 Perhitungan Potensi Daya Daya data perbandingan data
survey dan perhitungan Dari hasil perhitungan data yang telah dilakukan maka didapat lah data PLTMh tersebut sebagai berikut:
No.1. Daya PLTMh No.1 = 40 Kw
Debit = 0,33 /dt
Head = 17 m P = ρ x Q x g x h x Eft (kW) = 995,7 x 0.33 x 9,81 x 17 x 0,85 = 46.57 kW
No.2. Daya PLTMh No.2 = 40 Kw
Debi = 9,83 /dt Head = 6 m P = ρ x Q x g x h x Eft (kW) = 995,7 x 9,83 x 9,81 x 6 x 0,85 = 48.96 kW
No.3. Daya PLTMh No.3 = 10 Kw
Debit = 1,72 /dt Head = 12,30 m P = ρ x Q x g x h x Eft (kW) = 995,7 x 1,72 x 9,81 x 12,0 x 0,85 = 17,56 kW
Tabel .4.1 hasil perbandingan data survey dan perhitungan
4.3 Pembahasan
Dari banyaknya turbin PLTMh yang terpasang di sumatera barat ini ternyata masih banyak turbin yang terpasang masih belum optimal sebagaimana mestinya dan penggunaan turbin juga belum betul-betul teliti yang dilakukan oleh para pembuat turbin PLTMh yang berada di lokasi Sumatera Barat. Ini dikarenakan penggunaan rancangan turbin ang masih kurang sesuai dengan semestina.
Beberapa banyak data survey lokasi PLTMh yang telah didapat maka banyak terjadi losesnya pada generator PLTMh dan pada bak penampungnya juga terjadi penghambatan air masuk ke pipa penstock yang menuju turbin dan bisa mengakibakan sudu-sudu tubin bisa patah. Jadi data yang terdapat di beberapa surve lokasi masih kurang valid, Seharusnya daya dibangkit 46.57 Kw tetapi hanya bisa dapat di bangkit oleh PLTMh 40Kw.
4.4 Grafik Hubungan Daya Survey vs Daya Perhitungan Tabel 4.6 Grafik Hubungan Daya Survey vs Daya Perhitungan
Gambar 4.1.4 Grafik Hubungan Daya Survey Vs Daya Perhitungan V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan
Setelah dilakukan pengolahan data salah Satu hasil data survey dilapangan untuk sebagai sampel atau contoh, maka didapat perbedaan yang begitu jauh dari antara daya PLTMh di lokasi dengan daya terbangkit.
1. Adapun turbin yang di survey yaitu turbin Crossflow putaran dengan data sebagai berikut :
Jenis Turbin : Crossflow
Putaran : 1500 rpm
Diameter Runner : 0,7 m
Jumlah Blade: 26 Buah
Daya Turbin: 46.57 kW 2. Generator
Putaran Generator : 1500 rpm
Jumlah Pole: 4 kutub
Frequnsi : 50 Hz
Volt : 220 / 380 V
Amper : 20 A
3. Pipa Pesat (penstock)
Diameter pipa pesat : 0,38 m Panjang Pipa : 37 m Jenis material : Baja Tempa 5.2 Saran
Dari hasil perencanaan Turbin pada Instalasi Pembangkit Listrik Tenaga mikrohidro di beberapa lokasi terpasang PLTMh di Sumatera Barat kapasitasnya masih kecil dari kapasitas yang seharusnya bisa diperoleh.
DAFTAR PUSTAKA.
Anggraini. I. N. Indriani, A. Triansyah, A. 2012. Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro dengan Pemanfaatan Potensi Air di Desa Benteng Besi Kabupaten Lebong Propinsi Bengkulu. Jurnal Ampilfier 2 (1). Pp. 45-50.
Bachtiar, Asep Nesis. 1988. Perancanaan Tubin Air Penggerak Generator Listrik Perdesaan. tugas Akhir. DESDM., 2006, Blueprint
Pengelolaan Energi Nasional (BP-PEN) 2005-2025, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral. Jakarta.
Dietze Fritz. 1980. Turbin Pompa dan Kompresor. Jakarta: Penerbit Erangga.
Havendri, A. Luis H. 2009. Perancangan dan Realisasi Model Prototype Turbin Air Tpe Screw (Archimedean Turbine) untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro dengan Head Rendah di Indonesia. TeknikA, 31(2).
Thn. XVI. ISSN:0854-8471. Pp 1-7.
Haimer, .A, 1960. The Cross Flow Turbine. Jerman Barat. Jasa, L. Ardana, I. P. Setiawan, N.
2011. Usaha Mengatasi Krisis Energi dengan Memanfaatkan Aliran Sungai (Pangkung) Sebagai Pembangkit Energi Listrik Alternatif. Prosiding
Seminar Nasional
Teknologi Industri XV. ISSN : 2088-4087. Pp. 1-8. Lal, Jagdish, 1975. Hydraulic
Machine. New Delhi : Metropolitan Book Co Private Ltd
Subekti, R. A. Susatyo. A. 2009. Implementasi Teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Kapasitas 30 kW di desa Cibunar Kabupaten Tasikmalaya Jawa Barat. Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009, ISSN 1693-4687, Serpong, 13 Oktober 2009 pp. C22-C26. Subekti R. A. 2010. Survey Potensi
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro di Kuta Malaka Kabupaten Banda Aceh Besar Propinsi Aceh Darussalam. Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology Vol. 01, No. 1, ISSN 2087-3379.
Subekti, R. A., Susatyo. A., 2010. Rancang Bangun Turbin Arus Sungai/Head Sangat Rendah. Pusat Penelitian
Tenaga Listrik dan Mekatronik–LIPI, Jakarta. Subekti R. A., Sudibyo. H., 2011.
Kajian Potensi dan Tekno Ekonomi Pembangkit Listrik TEnaga Mikrohidro (PLTMH) di Wilayah Sulawesi. Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik–LIPI, Jakarta.
