Rancang Bangun Miniatur PLMTH Dengan
advertisement
RANCANG BANGUN MINIATUR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO DENGAN MENGGUNAKAN TURBIN ULIR LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Oleh : IDA EL METHELINA MANIK NIM. 1005052072 RIZKY DAVID NIM. 1005052090 WARDUS TUMANGGER NIM. 1005052096 JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013 INTISARI Turbin ulir adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Adapun proses perubahan energi pada turbin ulir hingga menjadi energi listrik yaitu merubah energi yang berasal dari energi mekanik yang terdapat pada air dan perubahan tekanan yang terjadi pada sudu mengakibatkan sudu berputar dan memutar poros. Selanjutnya daya dari poros ditransmisikan ke dinamo yang kemudian diubah menjadi energi listrik. Pengoperasian turbin ulir memerlukan head rendah yaitu head yang kurang dari 10 meter, hal ini sesuai dengan potensi energi air di daerah pedesaan yang terdapat banyak saluran irigasi dengan head kurang dari 10 meter. Dari miniatur Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohiro dihasilkan daya 0,3719 watt, dengan tegangan 2,42volt, debit air maksimum 9,99 x 10-4m3/s, dan tinggi jatuh air efektif 1,35 meter. Kata kunci : Turbin ulir, satu blade, head rendah ABSTRACT Screw turbine is a tool used to change from mechanic energy into electric energy. The energy transformation from the screw turbine into the electric energy occurred in the following process: energy from the mechanic energy in water and change in pressure in blades make the blades rotating, and then it rotates shaft. Furthermore, the power of shaft is transmitted into dynamo, being then changed into electric energy. The operation of screw turbine requires low head, i.e. lessthan 10 meter. It is appropriate with the potentials of energy in water available inrural areas where many irrigated channels are found with head less than 10 meter. Miniature of microhydro power plants is produced 0,3719 watt of power generated by the voltage of 2,42 volts, the maximum discharge 9,9x10-4m3/s and 1,35 meters effective high water falls. Key words : Screw turbine, single blade, low head KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala Berkat dan Karunia-Nya, yang telah memberikan pengetahuan, kesabaran, dan kesehatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini yang berjudul “RANCANG BANGUN MINIATUR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO DENGAN MENGGUNAKAN TURBIN ULIR”. Tujuan penulisan Laporan Tugas Akhir ini adalah untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan program pendidikan diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Perancangan miniatur pembangkit listrik tenaga mikrohidro ini sama dengan perancangan pembangkit listrik tenaga mikrohidro pada umumnya, hanya saja dalam tugas akhir ini turbin yg digunakan adalah turbin ulir. Dalam penyusunan laporan ini, penulis telah banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik berupa materil, spiritual, informasi serta saran-saran maupun dalam bidang administrasi. Pada kesempatan ini penulis dengan segala kerendahan hati mengucapkan banyak terima kasih kepada : 1. Kedua Orangtua penulis, Ayahanda Pdt.M. Manik Sm.Th. dan Ibunda S. br Manalu atas kasih sayang yang tiada henti, yang telah memberikan doa dan dukungannya, 2. Kepada kakak tersayang, Eva Nielma Manik, Adi El Boima Manik, dan adik tercinta Mia El Christin Manik dan Roy El Orion Manik yang telah memberikan doa, motivasi dan dukungannya, 3. Bapak Aulia Salman S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk membimbing dan membantu penulis dari awal hingga akhir penyelesaian Tugas Akhir ini, 4. Bapak Ir. Abdul Razak, M.T yang telah meluangkan waktu dan tenaga dalam memberikan saran dan petunjuk kepada penulis, 5. Bapak M. Syahruddin, S.T, M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan, 6. Bapak Ir. Gideon Sembiring, M.T. Kepala Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan, Bapak Ir. Isman Harianda, M.T. Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan, 7. Seluruh Dosen Staf Pengajar dan Pegawai Jurusan Teknik Konversi Energi yang telah banyak membimbing dan membantu penulis selama dalam masa perkuliahan sampai penyelesaian tugas akhir ini, 8. Franjhun Boy Daud Padang, atas segala perhatian, semangat dan motivasi yang selalu diberikan kepada penulis, 9. Teman-teman Satu Proyek Tugas Akhir, Rizky David dan Wardus Tumangger atas semangat dan kerjasamanya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, 10. Teman-teman Satu PKL, Joice Mart. V. Siregar alias Cengeng, Matius Alexander Sitorus alias Babang Tiyus, Andre Pranata Ginting alias Abang Kiting, dan Dio Arrazy Kustanto alias Si itam, atas semua dukungan dan pengalamannya, 11. Seluruh mahasiswa Teknik Konversi Energi Angkatan ’10, Khususnya EN-6D Sahabat Tanpa Batas, atas semua suka dan duka yang telah dilalui bersama selama 3 tahun ini, tetap kompak dan sukses selalu Tuhan memberkati. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan untuk memperbaiki dan menyempurnakan laporan ini kedepannya. Akhir kata, penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua yang membacanya. Terima kasih. Medan, 13 Juli 2013 Hormat Penulis, Ida El Methelina Manik DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL SPESIFIKASI TUGAS AKHIR .................................................................. iii LEMBAR PERSETUJUAN ......................................................................... iv LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... v INTISARI ....................................................................................................... vi ABSTRACT .................................................................................................... vii KATA PENGANTAR .................................................................................... viii DAFTAR ISI ................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xii DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1 A. Latar Belakang Masalah ................................................................ 1 B. Topik Bahasan ............................................................................... 3 C. Batasan Masalah ............................................................................ 3 D. Tujuan Penulisan ........................................................................... 3 E. Manfaat.......................................................................................... 4 F. Metode Pembahasan ...................................................................... 4 G. Sistematika Penulisan.................................................................... 4 BAB II LANDASAN TEORI .................................................................. 6 A. Pengertian Energi .......................................................................... 6 B. Sumber Energi ............................................................................... 6 1. Sumber Energi yang tidak dapat diperbaharui .................... 7 2. Sumber Energi yang dapat diperbaharui ............................. 8 C. Pembangkit Listrik ........................................................................ 13 1. Jenis Pembangkit Tenaga Listrik......................................... 13 2. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA).............................. 14 a. Prinsip kerja PLTA .................................................. 15 D. BAB III Potensi Mikrohidro di Indonesia dan Dunia ................................. 25 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO DENGAN MENGGUNAKAN TURBIN ULIR ....................... 28 A. Pengertian Mikrohidro .................................................................. 28 B. Pengertian Turbin Ulir .................................................................. 30 C. Komponen – Komponen PLTMH dengan Turbin Ulir ................. 33 1. Sumber air (reservoir) ......................................................... 33 2. Katub pengatur (intake valve) .............................................. 34 3. Turbin (screw turbine) ......................................................... 35 4. Pembangkit tenaga dari Dinamo sepeda .............................. 36 D. Prinsip Kerja PLTMH dengan Turbin Ulir ................................... 38 E. Prinsip Kerja Dinamo Arus Searah ............................................... 39 BAB IV PEMBAHASAN........................................................................... 42 A. Daya yang Dihasilkan Air ............................................................. 42 1. Menghitung debit aliran air secara teoritis dan actual ......... 42 2. Menghitung potensi daya ..................................................... 42 3. Efisiensi turbin ulir .............................................................. 43 4. Menghitung kerja mekanik dan daya air............................. 46 B. Pembangkit Tenaga dari Dinamo Sepeda ..................................... 46 C. Perincian Biaya ............................................................................. 47 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................... 48 A. Kesimpulan ............................................................................ 48 B. Saran ....................................................................................... 49 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar.1. Komposisi Energi Primer Nasional .............................................. 12 Gambar.2. Energi Primer di Indonesia ........................................................... 12 Gambar.3. Pembangkit Listrik Tenaga Uap ................................................... 14 Gambar.4. Pembangkit Listrik Tenaga Air .................................................... 15 Gambar.5. Generator ...................................................................................... 17 Gambar.6. Transformator ............................................................................... 17 Gambar.7. Komponen Utama PLTA ............................................................. 18 Gambar.8. Pumped-storage Plant ................................................................... 19 Gambar.9. Pembangkit Listrik Minihidro ...................................................... 20 Gambar.10. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro ....................................... 20 Gambar.11. Bendungan Pengalih ..................................................................... 21 Gambar.12. Bak Pengendap ............................................................................. 21 Gambar.13. Saluran Pembawa ......................................................................... 22 Gambar.14. Bak Penenang ............................................................................... 22 Gambar.15. Pipa Pesat ..................................................................................... 23 Gambar.16. Proses Pembangkitan Listrik Skala Pikohidro ............................. 24 Gambar.17. Skema Pembangkitan Listrik Tenaga Mikrohidro ...................... 29 Gambar.18. Gaya – gaya yang Bekerja pada Sebuah Lingkaran Blade Ulir ... 31 Gambar.19. Sumber Air (reservoir) PLTMH dengan Turbin Ulir .................. 34 Gambar.20. Katub Pengatur (intake valve) ...................................................... 34 Gambar.21. Turbin Ulir.................................................................................... 35 Gambar.22. Dinamo Sepeda yang Dihubungkan dengan Poros Turbin Ulir ... 36 Gambar.23. Pompa Air yang Dirangkai Secara Seri........................................ 37 Gambar.24. Konstruksi miniatur PLTMH dengan Turbin Ulir ....................... 37 Gambar.25. Bagian – bagian Dari Sebuah Dinamo Sepeda............................. 40 Gambar.26. Bagian – bagian Dinamo AC dan Dinamo DC ............................ 41 DAFTAR TABEL Halaman Tabel. 1. Potensi dan Pemanfaatan Energi Terbarukan Indonesia .................. 11 Tabel. 2. Material Pipa Pesat........................................................................... 23 Tabel. 3. Potensi Tenaga Air di Indonesia ...................................................... 25 Tabel. 4. Potensi Sumber Energi dari Tahun 2000 sampai 2009 .................... 27 Tabel. 5. Perkiraan Sumber Energi Terbarukan di Indonesia ......................... 27 Tabel. 2. Material Pipa Pesat........................................................................... 23 Tabel. 2. Material Pipa Pesat........................................................................... 23 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Energi listrik merupakan energi yang tidak bisa lepas dari kehidupan masyarakat. Kegiatan manusia dengan listrik menjadi lebih lancar, penyebaran informasi menjadi lebih cepat dan mudah, serta dapat meningkatkan kesejahteraan manusia. Di Indonesia banyak sekali sumber energi terbarukan yang hingga kini belum dimanfaatkan secara optimal. Potensi energi terbarukan yang sudah dimanfaatkan sebagian besar berupa sungai yang airnya cenderung terbuang ke laut. Padahal setiap kilometer sungai dapat dimanfaatkan sebagai sumber tenaga untuk menggerakkan pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Lokasi pedesaan umumnya tersebar dan jauh dari layanan jaringan PLN, sehingga tidak memungkinkan semua desa menerima pelayanan listrik dari PLN. Karena itu perlu dilakukan beberapa usaha, yakni membangun pembangkit sendiri yang terpisah dari jaringan PLN. Salah satunya adalah pembangkit listrik tenaga mikrohidro sebagai salah satu alternatif energi listrik nasional. Tenaga air dalam pemanfaatan untuk pembangit tenaga listrik dibagi dalam tiga kategori yaitu skala besar, mini, dan mikro. Belum ada ketentuan secara jelas mengenai pembagian skala tersebut. Tampaknya setiap Negara mempunyai aturan yang berbeda. Namun, secara umum tenaga air (hydropower) skala besar mempunyai kapasitas di atas 10 MW, mini berkapasitas 200 kW sampai 10 MW, dan mikro berkapasitas sampai 200 kW (Sumber : Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2003). Potensi tenaga air di seluruh Indonesia secara teoritis diperkirakan sekitar 75.000 MW yang tersebar pada 1.315 lokasi. Tenaga air merupakan salah satu potensi sumber energi yang sangat besar, tetapi pemanfaatannya masih jauh di bawah potensinya. Dan potensi tersebut diperkirakan sebesar 34.000 MW, dapat dikembangkan untuk pusat pembangkit tenaga listrik dengan kapasitas cukup besar, yaitu 100 MW ke atas (Sumber: Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2003). Saat ini masih banyak penduduk Indonesia yang belum bisa menikmati aliran listrik. Pada tahun 2005 diperkirakan 48 % atau 100 juta penduduk Indonesia belum dapat menikmati aliran listrik (Power Switch indonesia, 2005), khususnya penduduk yang tinggal di wilayah terpencil. Kapasitas terpasang 21 MWatt (ASEAN Centre for Energy (ACE), 2000). Tenaga air baru termanfaatkan 5% dari potensi yang ada. Pemerintah Indonesia berkeinginan membangun PLTMh hingga 60 MWatt di tahun 2003 dan mencapai kapasitas 150 MWatt di tahun 2020. Jika kita asumsikan kapasitas rata-rata PLTMh sebesar 100 kWatt, maka setiap tahun harus dibangun 60 unit PLTMh, untuk mencapai target kapasitas 150 MWatt pada tahun 2020. Ini merupakan tantangan sekaligus peluang untuk berkarya. Selain usaha penghematan energi dalam kehidupan sehari hari perlu adanya usaha pemanfaatan potensi energi secara optimal yang ada disekitar kita, salah satunya pemanfaatan energi air (hydropower) pada saluran irigasi teknis. Umumnya listrik diperoleh dari mengubah energi kinetik melalui generator menjadi listrik. Energi kinetik untuk menggerakkan generator bisa diperoleh dari uap yang dihasilkan dari pembakaran sumber energi fosil, seperti minyak, batubara, dan gas atau bisa juga dari aliran air maupun dari aliran udara. Intinya adalah energi listrik dihasilkan dari pengubahan sumber energi lain. Banyak sumber-sumber air yang dapat dijadikan sebagai pusat listrik tenaga mikrohidro, tetapi sumber air yang sering ditemukan hanya aliran irigasi yang memiliki debit kecil dan head yang rendah. Oleh karena itu Salah satu cara pemanfaatan potensi alam yang ada dicoba untuk merancang turbin salah satu alat yang digunakan dalam mendirikan mikrohidro. Turbin itu adalah turbin ulir yang dikenal dengan Screw Turbine (Archimedean Turbine). B. Topik Bahasan Topik bahasan yang akan terlebih dahulu dibahas dalam rekondisi ini adalah : 1. Konstruksi pembangkit listrik bertenaga air; 2. Pembangkitan tegangan dari Dinamo DC; 3. Daya yang dapat dihasilkan air; 4. Efisiensi Turbin. C. Batasan Masalah Untuk perancangan miniatur pembangkitan listrik tenaga air dengan menggunakan turbin ulir, sebagai suatu sumber pembangkit tenaga listrik. Untuk mendapatkan pembahasan semaksimal mungkin dan dapat mudah dipahami, maka penulis membatasi masalah dalam permasalahan ini, yaitu : 1. Debit air; 2. Daya yang dihasilkan air; 3. Efisiensi turbin; 4. Ulir / sudu turbin. D. Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari pembuatan laporan ini adalah : 1. Sebagai salah satu syarat untuk memenuhi suatu mata kuliah tugas akhir, 2. Untuk menambah wawasan dengan memahami, mempelajari, dan menganalisa suatu sistem pembangkit listrik tenaga air, 3. Untuk menambah ide-ide mahasiswa dalam merancang suatu Pembangkit Listrik Tenaga Air dengan pemanfaatan sumber daya alam yang tersedia, 4. Untuk menerapkan secara tulisan mata kuliah pembangkit listrik tenaga air yang telah dipelajari di Politeknik Negeri Medan serta langsung dipraktikkan dengan perancangan miniatur pembangkit listrik tenaga air ini, 5. Untuk membantu masyarakat yang tidak terjangkau oleh listrik, namun mempunyai potensi alam, khususnya air. E. Manfaat Adapun manfaat dari tugas akhir ini adalah : 1. Agar mahasiswa dapat mengaplikasikan langsung jika sarana dan prasarana memadai, 2. Memahami lebih dalam tentang sistem pembangkit listrik tenaga air, 3. Memperkenalkan sistem pembangkit listrik tenaga air dengan menggunakan turbin ulir kepada masyarakat atau bagi yang membutuhkannya. F. Metode Pembahasan Dalam pembuatan miniatur pembangkit listrik tenaga air dengan menggunakan turbin ulir ini, pengambilan data dan informasi adalah melalui internet dan kepustakaan yaitu mengambil data dari buku-buku referensi serta blog-blog dari situs-situs yang berhubungan dengan pembangkit listrik tenaga air, berdasarkan teori yang diterapkan selama perkuliahan, serta bimbingan dari dosen pembimbing. G. Sistematika Penulisan Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis membaginya dalam beberapa sub bab. Secara garis besar gambaran dari laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : BAB I : Pendahuluan uraian selanjutnya berisi latar belakang dan pokok-pokok permasalahan, tujuan, pemanfaatan, metode pembahasan, dan sistematika penulisan. BAB II : Teori - teori dasar yang mendukung perancangan pembangkit listrik tenaga air. BAB III : Teori mengenai Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro dengan menggunakan turbin ulir. BAB IV : Pembahasan perancangan miniatur pembangkitan listrik tenaga mikohidro dengan menggunakan turbin ulir, bagian bagian komponennya, perhitungan, dan pengambilan data tegangan dari generator dan membahas analisa biaya untuk pembuatan miniatur pembangkit listrik tenaga mikrohidro dengan menggunakan turbin ulir ini. BAB V : Menyajikan kesimpulan dan saran-saran dari pembahasan laporan rancang bangun pembangkit listrik tenaga mikrohidro dengan menggunakan turbin ulir ini.
