Desain Turbin Ulir (Archimedes Screw Turbine) Pada Sungai Head rendah (Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Pikohidro untuk Suplai Pengisian Baterai Kendaraan Listrik) - Repository Universitas Hasanuddin

MUHAMMAD AMIN SABE, Perancangan Turbin Sekrup Archimedes di Sungai Laekop (Sebagai Pembangkit Listrik Pikohidro untuk Suplai Pengisian Kendaraan Listrik) (dibimbing oleh Baharuddin Hamzah dan Rita Tahir Lopa). Turbin propeller merupakan turbin yang dapat bekerja pada head rendah dengan kondisi debit yang bervariasi dan berpotensi mempertahankan efisiensi efektif pada head kurang dari 1 m, efisiensi pengoperasian dapat mencapai 70%, ramah lingkungan. Tujuan penelitian adalah menganalisis parameter-parameter yang menentukan dimensi desain dan kinerja keluaran turbin baling-baling, menganalisis parameter-parameter yang mempengaruhi pengoperasian keluaran turbin baling-baling pada suplai pengisian baterai kendaraan listrik dan menentukan letak titik sungai. berdasarkan head (h), kecepatan aliran air (v) dan total debit (Qt) dari hasil desain.

Berdasarkan hasil analisa dapat disimpulkan bahwa dimensi desain kepala turbin ulir (h) = 0,84 m, menghasilkan daya keluaran (PASG) sebesar 467,47 Watt per 1 unit turbin ulir, debit total (Qt) = 51,19 m3 /s, torsi total. Turbin ulir merupakan turbin yang dapat beroperasi pada head yang rendah (<5 m) dengan kondisi debit yang bervariasi dan berpotensi mempertahankan efisiensi yang tinggi meskipun head mendekati nol (Williamson et al., 2014). Turbin ulir dapat mengubah energi potensial aliran air menjadi energi mekanik (Lubitz et al., 2014).

Penelitian ini juga bertujuan untuk melakukan penyelidikan ilmiah terhadap pembangkitan listrik skala pikohidro pada turbin ulir (Archimedes Screw Turbine). 4 4) Pada penelitian ini, nilai keluaran generator dianggap konstan dengan mengatur putaran (n) dan torsi total (Ttotal) turboprop berdasarkan hasil analisa, dengan asumsi tidak ada rugi-rugi/kerugian yang masuk ke generator. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi salah satu kajian keilmuan di bidang perencanaan dan pengembangan infrastruktur energi baru terbarukan yang ramah lingkungan dan diharapkan dapat menjadi referensi khususnya bagi pembangkit listrik skala pikohidro pada turbin ulir (Archimedes Screw Turbine).

Ruang lingkup materi dalam penelitian ini mengenai desain optimal kinerja turbin ulir (Archimedes Screw Turbine) untuk sungai dangkal seperti pembangkit listrik pikohidro, yang menganalisis dimensi desain turbin ulir ideal dan parameter-parameter yang mempengaruhi kinerja turbin ulir dan menganalisis hubungan antara kinerja keluaran turbin ulir dan suplai pengisian baterai mobil listrik.

PENDAHULUAN

Rumusan Masalah

Tujuan Penelitian

Batasan Masalah

Kegunaan Penelitian

Kegunaan Teoritis
Kegunaan Praktis

Ruang Lingkup Penelitian

Ruang Lingkup Materi
Ruang Lingkup Wilayah

Sistematika Penulisan

KAJIAN PUSTAKA

Turbin Air

Turbin air digunakan untuk mengubah energi air menjadi energi rotasi, dan turbin yang dihubungkan ke beberapa katrol digunakan untuk memutar generator. Turbin impuls merupakan turbin yang menggunakan energi potensial yang diubah menjadi energi kinetik melalui nosel. Air mengenai sudut turbin, kecepatan air berubah sehingga terjadi perubahan momentum dan menyebabkan turbin berputar.

Turbin yang termasuk dalam turbin impuls antara lain turbin Platoon, turbin Turgo, dan turbin Michell-Bankin (turbin aliran silang atau turbin Assberger). 3) Turbin ulir (Turbin ulir Archimedes). Turbin ulir atau Turbin ulir Archimedean merupakan turbin yang sudah ada pada jaman dahulu dan digunakan sebagai pompa air untuk irigasi. Sesuai dengan krisis energi dan terbatasnya potensi energi air dengan air terjun yang tinggi, pada tahun 2007, seorang insinyur memodifikasi pompa ulir Archimedes, yang dibalik dan membiarkan air menggerakkan pompa, dan dipasang generator di ujung pompa. sehingga dapat menghasilkan listrik, hingga generator terendam air atau terkena air.

Turbin ulir ini dapat digunakan pada head yang rendah, mempunyai prinsip kerja dimana tekanan air yang melalui sudu-sudu turbin mengalami penurunan tekanan sesuai dengan penurunan kecepatan air akibat adanya hambatan dari sudu-sudu turbin, sehingga air yang dihasilkan dapat mengalir dengan lancar. tekanan akan memutar turbin dan sekaligus memutar generator (Saputra et al., 2019).

Jenis-jenis turbin ulir

Kendaraan Listrik

Battery Electric Vehicle (BEV)
Plug-in Hibrid Electrical Vehicle (PHEV)
Teknologi Kendaraan Otomatis
Teknologi Sensor

Kendaraan otonom atau kendaraan otomatis menggabungkan berbagai sensor dan menganalisis data sensor, yang kemudian dapat mendeteksi dan membedakan objek di lingkungan sekitar kendaraan. Berdasarkan hasil analisis data tersebut, mobil dapat membedakan objek seperti orang/pejalan kaki atau objek lain yang ada di sekitarnya untuk menghindari kecelakaan yang tidak diinginkan. Metode manajemen pengendalian kendaraan otonom menggunakan integrasi perangkat keras dan perangkat lunak, menggunakan algoritma sistem kecerdasan buatan dalam bentuk pembelajaran mesin dan pembelajaran mendalam, sehingga sistem dapat mempelajari dan mempelajari berbagai objek dan perilaku kendaraan dalam kondisi yang berbeda (Nuryanto, E., et al.dalam Aziz dkk.al., 2020). Mengingat banyak software yang sulit digunakan dan hanya sedikit yang bisa mempelajarinya, maka ada beberapa software yang dianggap mampu memenuhi kebutuhan sistem mobil otomatis, seperti JESS (Java Expert System Shell) yang dikembangkan oleh Ernest Friendmant-Hill.

Dikatakan semi otomatis karena pengemudi/operator tetap selalu memantau pergerakan mobil meskipun berjalan sendiri sesuai algoritma yang dimaksudkan, sedangkan sistem akan memberikan instruksi dan peringatan kepada pengemudi/operator jika ada. informasi penting atau meminta persetujuan pengemudi (Nuryanto, E., dkk. dalam Aziz dkk., 2020). Pembahasan teknologi sensor hanya terfokus pada beberapa sensor lingkungan di sekitar kendaraan (radar, lidar, USG, dan kamera) yang digunakan sebagai alat untuk mendeteksi objek atau benda di sekitar mobil pada jarak tertentu untuk mewujudkan kendaraan otonom. Radio Sensing and Ranging (Radar) merupakan teknologi pendeteksi objek dan jarak yang menggunakan pantulan gelombang radio yang sangat jauh.

Sedangkan kelebihan penggunaan frekuensi 24 GHz adalah membutuhkan antena yang lebih kecil sehingga mengurangi terjadinya interferensi baik eksternal maupun internal. Perbedaan mendasarnya terletak pada penggunaan teknologi radar yang digunakan untuk deteksi jarak pendek, menengah atau jauh. Pada jarak pendek, radar dapat digunakan sebagai sistem bantuan parkir, pendeteksi jalur/penumpang, pendeteksi titik buta, pengatur jarak otomatis, alat panduan pengereman, dan lain-lain.

Untuk jarak menengah atau jauh, radar dapat digunakan untuk mengidentifikasi situasi berbahaya dan mencegah tabrakan. Teknologi Lidar dapat digunakan untuk mengukur sifat cahaya yang tersebar dan mendeteksi jarak atau informasi lain dari target yang jauh. Laser akan mengirimkan (TX) seberkas cahaya ke objek, yang kemudian akan dipantulkan dan ditangkap oleh alat penerima (RX) yang peka terhadap sinar laser.

Sinar laser yang dikirim berada dalam dimensi cahaya tampak atau cahaya tak kasat mata berupa pemancar dan penerima inframerah. Terdapat perbedaan pada frekuensi yang digunakan, dimana teknologi ultrasonik menggunakan pemancar dan penerima suara ultrasonik dengan rentang frekuensi diatas rentang suara yang dapat didengar manusia atau >20 kHz. Untuk perkembangan teknologi tertinggi, penerapan sensor kamera ini dapat membantu mewujudkan sistem kendaraan otomatis (Autonomous Vehicle).

Parameter yang menentukan dimensi desain

Untuk memperoleh volume air dalam satu siklus putaran turbin (V), menurut Nuernbergk dan Rorres (2013), dapat digunakan persamaan sebagai berikut. Pada persamaan μ = nilai konstanta 0,537, Lubitz et al., (2014) menjelaskan lebih lanjut bahwa kedalaman air pada penampang turbin (bucket) ditentukan oleh faktor pengisian f (nilai f = 1, dapat terlihat pada Gambar 3), dimana pada ketinggian air terhadap sumbu z. Kedalaman air maksimum zmax terjadi pada saat bucket (penampang air pada turbin) terisi penuh yaitu pada saat permukaan air berimpit pada titik θ = 2π, r = Ri pada permukaan aliran air menjelang akhir ujung turbin.

Total volume aliran air pada turbin ulir/jumlah air yang dihasilkan turbin ulir dalam satuan waktu dapat digunakan dengan persamaan sebagai berikut (Lubitz et al., 2014):

Gambar 4. Model sedehana gaya F 1 dan F 2 dalam turbin ulir

Dimensi desain turbin ulir

Di m Diameter silinder poros turbin Ro m Radius turbin luar Ri m Radius turbin dalam N - Jumlah lilitan pada poros turbin LB m Panjang poros turbin L m Panjang ulir pada poros turbin.

Tabel 2. Penentuan parameter awal desain turbin ulir

Parameter yang mempengaruhi kerja output dari

Parameter yang mempengaruhi kerja output

Penelitian Terdahulu

Lubitz dkk, dalam Journal of Hydraulic Engineering, 2 Desember 2014 berjudul Performance Model of Archimedes Screw Hydro Turbines with Variable Fill Level Tujuan penelitian ini: membandingkan dua model teoritis berdasarkan analisis tekanan kuasi-statis yang dikembangkan untuk memprediksi kinerja Dari turbin prediksi ulir, model pertama menggunakan geometri ideal, sedangkan model kedua menggabungkan sifat geometris turbin ulir yang berputar, termasuk pitch, pitch, serta diameter dalam dan luar. Model kedua juga diformulasikan untuk mensimulasikan kinerja turbin baling-baling yang beroperasi pada berbagai tingkat pengisian dari kosong hingga penuh. Kedua model ini memprediksikan jika semua kerugian gesekan serta efek inlet dan outlet diabaikan, maka turbin ulir dapat mengubah seluruh energi potensial aliran air menjadi tenaga mekanik, metode analisisnya menggunakan Laboratorium Eksperimental.

Dellinger dkk, dalam Elsevier Journal, Renewable Energy tersedia online 2017 dengan judul Computational Fluiddynamics modelling for the design of Archimedes Screw Generator, penelitian ini mengusulkan metode penelitian eksperimental laboratorium dengan metode numerik untuk mempelajari kinerja turbin sekrup. Penelitian ini disimulasikan menggunakan Arbitrary Mesh Interface (AMI) suatu alat OpenFOAM v2.1.0 yang mempelajari struktur aliran turbulen 3D dan kehilangan energi pada turbin. Kemampuan metode ini adalah mempelajari secara akurat kinerja turbin baling-baling saja. dengan koefisien biasa dalam model numerik. Penelitian perbandingan menganalisis parameter dimensi turbin baling-baling, meliputi jari-jari luar turbin baling-baling, panjang turbin baling-baling, sudut pitch turbin baling-baling, jari-jari dalam turbin, pitch.

Persamaan penelitiannya terletak pada parameter-parameter yang dianalisis yaitu laju aliran volume dengan asumsi tidak ada kehilangan kebocoran, laju aliran volume dengan kehilangan kebocoran, laju aliran volume pada saat air melimpah pada penampang turbin dan laju aliran volume total pada turbin baling-baling. Model pertama menggunakan geometri ideal, sedangkan model kedua menggabungkan sifat geometris turbin baling-baling yang berputar. Perbandingan penelitiannya terletak pada parameter-parameter yang dianalisis seperti karakteristik geometri turbin ulir yang berputar, pitch turbin ulir, pitch serta diameter dalam dan luar.

Perbedaan pada penelitian ini terletak pada tujuan penelitiannya, dimana penelitian ini fokus pada kerugian gesekan dan efisiensi kerja turbin ulir, sedangkan skripsi ini fokus pada analisa daya keluaran turbin ulir dengan asumsi daya konstan dengan mengabaikan tenaga yang hilang/terbuang. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengusulkan metode penelitian eksperimental dengan metode numerik baru untuk mempelajari kinerja turbin ulir. Penelitian ini mengusulkan metode penelitian eksperimen dengan metode numerik baru untuk mempelajari kinerja turbin ulir.

Persamaan penelitian ini terletak pada parameter yang dianalisis yaitu menganalisis nilai torsi dan efisiensi kinerja turbin ulir. Perbedaan penelitiannya adalah penelitian ini fokus pada perhitungan analisis daya keluaran dari generator, dimana metode penelitian eksperimental laboratorium adalah dengan menganalisis daya keluaran pada keluaran AST skala kecil, sedangkan pada tugas akhir ini dilakukan perancangan dimensi turbin ulir. dianalisis untuk mencapai daya keluaran turbin sesuai dengan kapasitas daya keluaran. Hasil dari kajian/penelitian ini adalah mengembangkan perangkat lunak model Jaringan Syaraf Tiruan (JST) non dimensi untuk memprediksi daya keluaran turbin poros/sekrup ASG (Archemedes Screw Generator).

Sintesis Penelitian

Kerangka Pikir Penelitian