38
KAJIAN ANALISIS EFISIENSI TURBIN DAN GENERATOR SIMULATOR PEMBANGKIT LISTRIK PIKOHIDRO DI LABORATORIUM KONVERSI ENERGI
Fulgensius Odi1* dan Warto2
Fakultas teknik, Universitas Tanjungpura, Pontianak, Indonesia
Jurusan/Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Pontianak Jalan Ahmad Yani No. 111 Pontianak (78124) Telp.0411-585637
Corresponding Author:* [email protected] Email : [email protected]
ABSTRAK
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk menghitung efisiensi turbin, efisiensi generator dan pemilihan jenis turbin yang sesuai pada Simulator Pembangkit Listrik Pikohidro Di Laboratorium Konversi Energi Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura Pontianak. Dalam penelitian ini, dilakukan perhitungan analisis efisiensi turbin dan generator dari data pengukuran debit, tekanan, putaran turbin, massa putaran turbin, torsi, tegangan keluar generator dan arus keluar generator dengan lima variasi frekuensi kecepatan putaran pompa yaitu 15 Hz, 20 Hz, 25 Hz, 30 Hz dan 35 Hz. Dari hasil penelitian, didapatkan nilai efisiensi maksimal turbin sebesar 53,06% dengan daya keluar turbin 1.345 Watt dan efisiensi maksimal generator sebesar 7,1 % dengan daya keluar generator 96,8 Watt. Dari data tersebut menunjukan bahwa efisiensi turbin dan generator masih sangat jauh dari efisiensi teoritis.
Kata Kunci: efisiensi turbin, efisiensi generator, efisiensi teoritis, Pikohidro
ABSTRACT
This research was conducted with the aim of calculating turbine efficiency, generator efficiency and selection of the appropriate type of turbine in the Pikohidro Power Station Simulator at the Energy Conversion Laboratory, Faculty of Engineering, Tanjungpura University, Pontianak. In this research, the calculation of the efficiency of turbine and generator analysis from the measurement data of discharge, pressure, turbine rotation, turbine rotation mass, torque, generator output voltage and generator outflow with five variations of the frequency of pump rotation speed are 15 Hz, 20 Hz, 25 Hz , 30 Hz and 35 Hz. From the results of the study, it was found that the maximum efficiency value of turbine was 53.06% with turbine output power of 1,345 Watt and maximum generator efficiency of 7.1% with generator output power of 96.8 Watt. From these data shows that the efficiency of turbines and generators is still far from theoretical efficiency.
Keywords: turbine efficiency, generator efficiency, theoretical efficiency, Pikohidro
1. PENDAHULUAN
Simulator Pembangkit Listrik Tenaga Piko Hidro adalah merupakan suatu alat atau media yang mirip dengan pembangkit listrik tenaga air asli yang kegunaannya untuk memperkenalkan atau menjelaskan serta membantu potensi-potensi sumber energi dalam pemahaman agar lebih memberikan penegertian dari suatu alat yang skalanya lebih besar.
Pada simulator ini sumber air didapatkan dari bak penampungan air, Turbin yang digunakan adalah turbin pelton dengan 18 sudu yang digerakan oleh air dari tekanan pompa motor 3 phase 2 pole, 5 HP, 3.7 KW, 50 Hz, 220 V, 12.7 A, 2880 RPM dan generator yang digunakan adalah motor 3 phase 4 pole, 1 HP, 0.75 KW, 220 V, 3.44 A, 1400 RPM.
Simulator tersebut telah dilakukan penelitian oleh saudara Fulgensius Odi untuk penyusunan modul praktikum saja, belum dilakukan penelitian secara keseluruhan bagaimana sistem kerja simulator Piko Hidro tersebut bekerja terutama dari kinerja tubin dan generator nya.
39
• Tanpa regulasi aliran air (tipe run off river)
• Berdasarkan sistem pembawa air
• Sistem bertekanan (pipa tekan)
• Sirkuit campuran (pipa tekan dan saluran) c. Berdasarkan penempatan rumah pembangkit
• Rumah pembangkit pada bendungan
• Rumah pembangkit pada skema pengalihan d. Berdasarkan metode konversi energi
• Pemakaian turbin
• Pemompaan dan pemakaian turbin terbalik e. Berdasarkan tipe turbin
• Impulse
• Reaksi
• Reversible
f. Berdasarkan kapasitas terpasang
• Mikro (< 100 kW)
• Mini (antara 100 kW dan 500 Kw)
• Kecil (antara 500 kW dan 10 MW) g. Berdasarkan debit desain tiap turbin
• Mikro (Q < 0,4 m3/dt)
• Mini ( 0,4 m3/dt < Q < 12,8 m3/dt)
• Kecil (Q > 12,8 m3/dt)
2 METODE PENELITIAN
Berikut teknik peneilitian yang diterapkan : 1. Teknik Observasi Langsung Kelapangan
Yaitu penelitian secara langsung terhadap obyek penelitian.
2. Studi Literatur
Yaitu teknik pengumpulan data dengan mempelajari dari berbagai sumber seperti literature, jurnal dan karya-karya ilmiah.
3. Metode Analisis Dan Perhitungan
Yaitu menganalisis semua data dari hasil yang diperoleh dari pengukuran kemudian dihitung secara matematis untuk mengambil suatu kesimpulan.
2.1 Instalasi Alat Penelitian
Berikut gambar instalasi alat penelitian dan bagian-bagiannya :
40
Gambar 1 Bagian-bagian Instalasi Alat Pengujian.
Keterangan gambar : 1. Kerangka Turbin
2. Inverter Variable Frequensi Drive / Panel Kontrol 3. Box, Sudu Turbin / Turbin Pelton dan Poros / Shaft 4. Manometer / Pressure Gauge
5. Pompa Sentrifugal 6. Flowmeter Air 7. Generator 8. Gate Valve 9. Pipa 2 Inchi
10. Bak Penampung Air 11. Elbow
2.2 Teknik Pengukuran Dan Analisis
Yaitu teknik pengukuran dan analisis yang dilakukan secara langsung dengan melakukan pengukuran dan pengujian sistem secara keseluruhan sesuai dengan batasan masalah penelitian.
2.3 Diagram Alir Penelitian
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian.
41
Gambar 3. Grafik Hubungan Debit air (Q) dengan efisiensi turbin (ηt)
Dari data penelitian dengan menggunakan variasi kecepatan putaran pompa pada lima frekuensi yaitu 15 Hz, 20 Hz, 25 Hz, 30 Hz dan 50 Hz diperoleh grafik yang memiliki nilai efisiensi turbin tertinggi sebesar 53,06 %. Efisiensi tertinggi diperoleh pada pengujian dengan variasi frekuensi pompa 35 Hz dimana pada kecepatan tersebut diperoleh debit 0,006 m3/detik. Dari grafik Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa semakin besar debit maka semakin besar efisiensi turbin. Grafik tersebut menyatakan hubungan antara debit air dengan efisiensi turbin. Semakin besar jumlah debit airnya semakin besar juga nilai efisiensi.
Gambar 4. Grafik Hubungan Putaran Turbin (n) dengan daya turbin (Pt)
Grafik pada Gambar 4.2 terlihat bahwa terjadi peningkatan putaran turbin yang dihasilkan pada saat pengaturan frekuensi putaran pompa pada simulator Pembangkit Listrik Tenaga Piko Hidro di Laboratorium Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura. Putaran turbin terbesar diperoleh pada frekuensi pompa 35 Hz dengan 361,7 rpm dan daya turbin yang dihasilkan sebesar 1345 Watt . Hal ini terjadi karena semakin besarnya kecepatan pompa, maka semakin besar pula kecepatan aliran air yang dihasilkan, menyebabkan putaran poros turbin yang dihasilkan juga semakin besar dan juga sangat mempengaruhi besarnya daya yang dihasilkan. Dan seiring meningkatnya kecepatan aliran air, maka putaran poros turbin dan daya turbin juga meningkat.
42
Gambar 5. Grafik Daya Turbin (Pt) dengan efisiensi turbin (ηt).
Grafik pada Gambar 4.3 menunjukan hubungan antara daya turbin dengan efisiensi turbin. Daya turbin terbesar 1345 watt diperoleh pada frekuensi pompa 35 Hz dengan efisiensi sebesar 53,06 %. Hal ini menunjukan bahwa semakin besar daya yang dihasilkan, maka efisiensi yang dihasilkan juga meningkat.
Dari hasil penelitian efisiensi turbin yang dihasilkan masih jauh dari efisiensi maksimal (𝜀𝑚𝑎𝑥) teoritis. Hal ini disebabkan pada saat penelitian terjadi rugi-rugi pada instalasi (kebocoran, gesekan pada pipa, gesekan pada poros) dan hambatan dalam pengambilan data (akurasi alat ukur).
Gambar 6. Grafik pemilihan jenis turbin berdasarkan head turbin dan flow
Dari hasil perhitungan data penelitian dengan menggunakan variasi kecepatan putaran pompa pada frekuensi 15 Hz diperoleh head turbin 3,021 m dengan debit 0,0015 m3/s, pada frekuensi 20 Hz diperoleh head turbin 8,087 m dan debit 0,003 m3/s, pada frekuensi 25 Hz diperoleh head turbin 12,168 m dan debit 0,004 m3/s, pada frekuensi 30 Hz diperoleh head turbin 19,359 m dan debit 0,005 m3/s 25 Hz, pada frekuensi 35 Hz diperoleh head turbin 23,348 m dan debit 0,006 m3/s. Tinggi jatuh (head turbin) maksimum 23,348 m diperoleh pada pengujian dengan variasi frekuensi pompa 35 Hz dan debit terukur 0,006 m3/detik. Dari grafik Gambar 4.4 dapat dilihat berdasarkan nilai perhitungan tinggi jatuhnya (head turbin) jenis turbin yang cocok digunakan pada simulator pembangkit listrik tenaga pikohidro di
43 diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Pengujian pada frekuensi 35 Hz menghasilkan efisiensi turbin maksimum 53,06 % dengan kecepatan spesifik 9,56, maka dapat disimpulkan turbin pada simulator tersebut sudah sesuai yaitu turbin pelton.
2. Pada pengujian frekuensi 35 Hz menghasilkan nilai Brake Horse Power (BHP) sebesar 0,977 HP, Water Horse Power sebesar 1,841 HP dan dari perhitungan didapatkan nilai efisiensi turbin maksimal sebesar 53,06 %, dengan ini dapat disimpulkan bahwa kinerja turbin tidak efisien, dan masih jauh dari efisiensi teoritis.
3. Pada pengujian frekuensi 25 Hz menghasilkan tegangan terukur sebesar 185 volt, arus terukur sebesar 0,34 Amphere dan daya keluar generator dapat dihitung yaitu sebesar 62,9 Watt, sehingga efisiensi generator dapat ditentukan yaitu sebesar 13,4 %, dengan ini dapat disimpulkan bahwa generator tidak bekerja dengan efisien dan masih jauh dari efisiensi teoritis.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Abdul Kadir, 1982, Pembangkit Tenaga Listrik. UI Press, Jakarta.
[2] Zuhal. 1991. Dasar Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. ITB, Bandung.
[3] Utu Ardana, Lie Jasa. 2008. Pemanfaatan Piko Hidro Untuk Mempercepat Pertumbuhan ikan air deras di dusun pagi desa senganan kecamatan penebel kabupaten tabanan Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, Badung .
[4] Prayoga Gama. Studi Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Head Rendah Di Sungai Cisangkuy Kabupaten Bandung (Kajian Teknis). Bandung: Institut Teknologi Bandung.
[5] Fulgensius Odi. 2016. Simulator Pembangkit Listrik Tenaga Pikohidro Untuk Modul Praktikum di Laboratorium Konversi Energi, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Tanjungpura, Pontianak.
[6] Pirman Jamali. 2014. Studi Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro Berbantuan Program Turbnpro Di Desa Sinar Pekayau Kecamatan Sepauk Kabupaten Sintang. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas , Tanjungpura, Pontianak.
[7] Pengertian Pembangkit Tenaga Air diakses tanggal 30 april 2018 [8] (bonkadhafatli.bloksfot.com>teknologi)
[9] Nugroho, Hunggul Y.S.H dan M. Kudeng Sallata. 2015. PLTMH (Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro). Yogyakarta: Penerbit Andi.
44
[10] Saputro, Dwi AJi 2016. “Pengaruh Kecepatan Putar Terhadap Tegangan Dan Frekuensi Generator Induksi 1 Fase 6 Kutub”
(http://eprints.ums.ac.id/45364/1/naskah%20publikasi%20D400120009%20upload
%20PERPUS.pdf) diakses tanggal 1 Agustus 2019
45
