BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi listrik dewasa ini bertumbuh sangat cepat, seiring
dengan pertumbuhan jumlah penduduk. Dengan semakin terbatasnya jumlah
persediaan bahan bakar fosil berimbas pada stimulasi penelitian terhadap sumber
energy alternatif terbarukan. Isu tentang pemanasan global, polusi udara, serta
efek gas rumah kaca turut mendorong kemajuan penelitian sumber energi listrik
yang lebih ramah lingkungan. Ilmuwan – ilmuwan diseluruh dunia menyadari hal
ini dan mencoba berbagai energi alternatif. Salah satu sumber energi yang saat ini
sedang masif diteliti adalah energi air. Penggunaan berbagai macam turbin
sebagai sumber energi terbarukan (renewable energy) semakin maju di Indonesia
termasuk turbin angin dan air.
Indonesia merupakan negara maritim yang 2/3 dari luas permukaannya
ditutupi oleh air, sehingga energi air merupakan salah satu bidang yang sangat
potensial untuk dikembangkan dengan kondisi seperti ini. Kondisi angin di
Indonesia juga sangat bervariasi dan relatif kurang stabil di setiap tempat,
sehingga turbin air lebih aplikatif dari turbin angin karena air di indonesia relatif
stabil. Massa jenis air yang hampir 1000 kali lipat massa jenis udara
menyebabkan gaya dan torsi yang mempengaruhi turbin semakin besar.
PLTA dewasa ini masih menjadi produk unggulan dalam bidang energy
terbarukan yang ramah lingkungan dan dengan efisiensi yang tinggi. Namun pada
prakteknya pemanfaatan energi air masih membutuhkan head jatuh air yang
tinggi, sehingga pada umumnya sumber energi air dengan head rendah sama
sekali belum termanfaatkan. Beberapa contohnya hampir semua sungai di
Indonesia dengan head rendah tapi debit yang cukup besar sama sekali belum
dimanfaatkan, sementara jumlah sungai di Indonesia cukup melimpah.
Seorang Peneliti dari Jerman Viktor Schauberger mengembangkan
dengan memanfaatkan aliran irigasi yang kemudian diubah menjadi aliran vortex
(pusaran), yang kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan sudu turbin. Aliran
vortex yang juga dikenal sebagai aliran pulsating atau pusaran dapat terjadi pada
suatu fluida yang mengalir dalam suatu saluran yang mengalami perubahan
mendadak. Fenomena aliran vortex sering kali dijumpai pada pemodelan sayap
pesawat, baling-baling helicopter, maupun turbin bertekanan tinggi. Aliran vortex
cenderung dianggap sebagai suatu kerugian dalam suatu aliran fluida.
Kemudian teknologi ini dikembangkan oleh Franz Zotloeterer , seorang
peneliti berkebangsaan Austria. Ia memulai penelitian ini pada tahun 2004 dan
memulai pemasangan turbin pertamanya dengan judul “GRAVITATIONAL
WATER VORTEX POWER PLANT” di Obergrafendorf, Austria pada tahun 2005,
kemudian sampai dengan tahun 2013 turbin ini sudah dibangun di beberapa
negara seperti Jerman, Republik Ceko, Hungaria, Cili, Thailand, Irlandia,
Indonesia, Jepang, Francis, Italy, dan Swiss. Referensi teoritis dan hasil penelitian
tentang teknologi turbin ini jarang dibahas di dunia pendidikan dan sangat jarang
dipublikasikan karena teknologi ini sudah menjadi hak paten Zotloeterer1. Oleh
sebab itu peneliti dari berbagai Universitas di dunia memulai penelitian jenis
turbin ini dengan melakukan eksperimen – ekperimen yang ada. Contohnya di
Amerika Sligo Institute (Amerika), Khonkaen Universty (Thailand) dan
Perguruan Tinggi UGM (Indonesia) sudah memulai penelitian turbin ini2. Oleh
sebab itu sudah selayaknya Universitas Sumatera Utara juga ikut berkontribusi
dalam penelitian teknologi PLTA yang baru ini sehingga menjadi inspirasi kita
untuk memenuhi kebutuhan energi listrik kita yang semakin meningkat dengan
cara yang semakin ramah lingkungan.
Bertolak dari kondisi tersebut di atas maka penyusun melakukan
penelitian yang cukup panjang tentang fenomena vortex ini. Penelitian tentang
“turbin vortex” masih jauh dari sempurna, bukan karena Indonesia kekurangan
peneliti tetapi pengaplikasiannya belum banyak sehingga penelitiaan ini nantinya
dapat dijadikan tolok ukur. Oleh karena itu perlu dibuat penganalisaan fenomena
secara matematis dari berbagai literatur dengan membuat variasi diameter lubang
aliran vortex yang kuat atau yang lemah yang nantinya akan mempengaruhi
putaran air terhadap sudu turbin dan sangat berpengaruh terhadap daya dan
prestasi turbin.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari pelaksanaan dan penulisan laporan tugas akhir ini adalah
untuk mengetahui pengaruh diameter lubang buang dan ketinggian head vortex
terhadap:
1. Kecepatan teoritis aliran vortex
2. Daya teoritis maksimum air
Serta pengaruh diameter runner terhadap:
3. Daya teoritis yang bekerja di poros
4. Efisiensi tiap runner
1.3 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah mengidentifikasi karakteristik aliran
vortex di dalam vortex basin dan potensi pemanfaatannya pada aliran sungai
untuk menghasilkan daya listrik.
1.4 Batasan Masalah
Dalam penulisan laporan tugas akhir ini ada beberapa batasan masalah yang
diberikan agar penelitian ini lebih terarah, yaitu:
1. Bentuk vortex basin yang digunakan berbentuk lingkaran dengan diameter 50
2. Diameter lubang buang yang digunakan adalah 3 cm, 5.5 cm, 8.5 cm 10.5 cm
dan 16.5 cm.
3. Variasi diameter runner yang dianalisa adalah 15.5 cm, 18.5 cm, 20.5 cm
untuk runner A dan 22 cm untuk runner B.
1.5 Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan dalam penulisan tugas sarjana ini antara lain
adalah :
1. Studi literatur, penulis melakukan penelaahan terhadap buku dan literatur yang
mendukung penulis mengembangkan ide sehinggga dapat terlaksananya suatu
penelitian dari perancangan sampai didapatkan tujuan penelitian.
2. Analisis sesuai literatur, setelah mendapatkan fungsi fungsi yang dibutuhkan
dari literatur dan dimensi-dimensi dari hasil perancangan, maka dilakukan
analisis aliran vortex fluida dan analisis prestasi turbin secara matematis.
1.6. Sitematika Penulisan
Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan mempermudah
pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam beberapa bagian,
yaitu:
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan
masalah yang berisi antara lain : latar belakang, tujuan penelitian, manfaat
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi tentang dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan
sebagai landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisis permasalahan
tersebut meliputi penjelasan mengenai Aliran vortex, Hukum Bernoulli, Turbin
air, Klasifikasi Turbin air dan performansi dan efisiensi.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi tentang beberapa tahapan analisa dan tahapan
perancangan.
BAB IV : ANALISA TEORITIS
Bab ini berisi tentang pembahasan dari data-data yang diperoleh dan
dianalisis, yakni, kecepatan tangensial fluida, ketinggian permukaan bebas,
analisa momentum sudut, daya teoritis air dan efisiensi turbin.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari pengamatan hasil pengujian dan
saran penyempurnaan untuk penelitian berikutnya.
