Pengembangan dan Penerapan Teknologi Turbin Air Propeller

Pengembangan dan Penerapan Teknologi Turbin Air Propeller Dalam
Mendukung Penyediaan Energi Listrik Alternative Di Desa Darul
Makmur Kotamadya Subulussalam Provinsi Aceh
1
2
Pribadyo , Dailami
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Teuku Umar
Jl. Alue Peuyareng, Meulaboh Aceh Barat 23561
2)
Program Studi Teknik Mesin, Politeknik Negeri Lhokseumawe
Jl. Banda Aceh-Medan Km. 280 Buketrata - Lhokseumawe
Email: [email protected]
1)
Abstrak
Energi listrik sangat berperan penting dalam berbagai sektor bidang kehidupan. Namun
sayangnya tidak semua daerah dapat terjangkau dari suplai energi listrik terutama sekali
pada wilayah-wilayah terpencil yang sulit di jangkau dengan alat transportasi. Upaya yang
dapat dilakukan dalam memperoleh energi listrik salah satunya adalah dengan
memanfaatkan potensi sumber daya alam berupa aliran sungai dan dengan ketinggian
tertentu (head) kemudian dikonversi menjadi energi listrik melalui teknologi dari berbagai
jenis turbin berdasarkan sumber air yang tersedia. Berdasarkan nilai kelayakkan potensi
Desa Darul Makmur Kecamatan Sultan Daulat Kotamadya Subulussalam merupakan salah
satu desa di Provinsi Aceh yang layak untuk dikembangkan dan diterapkan PLTMH, dengan
3
data: Kapasitas aliran (Qd) = 0,07 m /s, Head kotor (H) = 3,5 m. Potensi ini tergolong dalam
PLTMH head rendah. Pada penelitian ini telah direncanakan, dirancang dan dibuat satu unit
turbin propeller untuk PLTMH head rendah. Hasil penentuan parameter-parameter dimensi
utama turbin diperoleh diameter runner sebesar 0,30 m, diameter hub 0,06 m dengan jumlah
sudu 4 buah. Dari hasil pengujian diperoleh daya maksimum keluaran turbin mencapai 2,53
KW pada putaran turbin 1828 rpm dengan voltase 220-240 volt. Turbin hasil pengembangan
kini dapat digunakan sebagai dukungan dalam penyediaan energi listrik alternatif bagi
masyarakat khususnya yang berada disekitar lokasi.
Kata kunci: Pengembangan, penerapan, Turbin Propeller, Head rendah, Energi listrik
alternative
1.
Pendahuluan
Penggunaan energi meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan ekonomi dan
pertambahan penduduk. Sedangkan akses ke energi yang andal dan terjangkau
merupakan prasyarat utama untuk meningkatkan standar hidup masyarakat [1]. Berbagai
cara terus dilakukan dalam upaya memperoleh energi. Pribadyo et. al. dalam
penelitiannya telah berhasil menguji coba turbin reaksi aliran aksial jenis propeller yang
dapat digunakan sebagai sumber pembangkit energi listrik alternative dengan
memanfaatkan potensi sumber daya alam berupa aliran sungai dengan ketinggian rendah
(2-4m).
Kita ketahui bahwa pemanfaatan potensi sumber daya alam untuk berbagai kebutuhan
energi telah dikenal sejak lama salah satunya adalah yang bersumber dari air seperti
aliran sungai ataupun air terjun dengan menggunakan teknologi sederhana seperti kincir
air sampai pada teknologi canggih dari turbin air dengan jenis yang berbeda-beda seperti
turbin Pelton, turbin Turgo, Turbin Cross flow, turbin Francis, turbin Kaplan dan turbin
Propeller, dimana masing-masing turbin tersebut digunakan tergantung dari jenis sumber
air yang tersedia [2].
Secara geografis Aceh memiliki potensi energi terbarukan (renewable energy sources)
yang melimpah yang tersebar hampir di setiap daerah seperti energi yang bersumber dari
air, tenaga angin, tenaga surya, dan biomassa yang dapat dikembangkan. Hasil studi
yang dilakukan oleh BRR tahun 2008 diperoleh data dari 195 desa yang tidak berlistrik di
Provinsi Aceh sebanyak 90 desa memiliki potensi air. Sekitar 30% diantaranya memiliki
potensi tinggi jatuh air (head) rendah dengan kisaran 2 sampai dengan 5 m seperti yang
terdapat di desa Darul Makmur Kotamadya Subulussalam.
Penerapan potensi tenaga air menjadi energi listrik berdampak manfaat selain untuk
pengembangan potensi sosial-ekonomi pedesaan sesuai kebutuhannya, juga perlu terus
dilaksanakan untuk memberi kontribusi pada pemenuhan target pemakaian energi baru
dan terbarukan sebesar 15% pada tahun 2025 (Agenda Riset Nasional 2006-2009, 2006).
Bertitik tolak dari uraian diatas, penelitian ini bertujuan mengembangkan dan menerapkan
turbin air jenis Propeller sebagai pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) head
rendah dengan tinggi head 2-4 meter. Turbin hasil penelitian direncanakan akan dipasang
pada aliran sungai Solok yang terdapat di Desa Darul Makmur Kecamatan Sultan Daulat
Kotamadya Subulussalam sebagai upaya dalam mendukung penyediaan energi listrik
alternative bagi masyarakat disekitar lokasi.
2. Metode Penelitian
Penelitian dilaksanakan dalam dua tahap kegiatan sebagai berikut:

Tahap pertama adalah perencanaan turbin.
Pada tahap ini turbin dirancang didasarkan pada hasil pengukuran potensi aliran air yang
terdapat di Desa Darul Makmur Kecamatan Sultan Daulat Kotamadya Subulussalam,
dengan data: Kapasitas aliran (Qd) = 0,07 m3/s, Head kotor (H) = 3,5 m. Data sekunder
tentang spesifikasi komponen yang diperoleh dari buku-buku referensi dikumpulkan
kemudian dianalisa secara matematis untuk menentukan jenis turbin dan menghitung
parameter-perameter dimensi turbin yang meliputi:
-
Diameter runner
Diameter runner dihitung dengan persamaan berikut (Wibowo, 2007: 70):
Drunner =
(1)
Dimana Drunner adalah diameter runner (m), U1 adalah kecepatan keliling sudu pada
bagian pangkal (m/s), n adalah putaran turbin (rpm).
-
Diameter hub
Diameter hub dihitung dengan persamaan berikut (Wibowo, 2007: 70):
Dhub = 0,35 x
Dimana Dhub adalah diameter hub (m).
-
Diameter shaft
(2)
Diameter shaft dihitung dengan persamaan berikut (Wibowo, 2007: 70-71):
Dshaft =
(3)
Dimana Dshaft adalah diameter shaft (m).
-
Panjang runner
Panjang runner dihitung dengan persamaan berikut (Wibowo, 2007: 71):
L1 =
(4)
Dimana L1 adalah panjang runner (m), z adalah jumlah sudu.

Tahap kedua adalah pengujian unjuk kerja turbin
Pengujian untuk mengetahui unjuk kerja turbin dilakukan pada aliran sungai Solok di
Desa Darul Makmur Kotamadya Subulussalam dengan langkah-langkah sebagai berikut:
-
Menginstal turbin
Turbin diinstal berdasarkan konstruksi bendungan, pipa pesat dan rumah turbin yang ada
di Desa Darul Makmur Kotamadya Subulussalam. Dengan sketsa gambar instalasi seperti
diperlihatkan pada Gambar 1 :
Pintu air
Rumah turbin
Bendungan
Pipa pesat
Generator
Turbin
Dudukan turbin
Saluran buang
Gambar 1. Sketsa instalasi uji turbin pada lokasi
-
Alat ukur
Alat ukur yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
a.
b.
Tachometer digital digunakan untuk mengukur putaran turbin.
Avometer digital digunakan untuk mengukur arus listrik.
c.
-
Voltmeter digunakan untuk mengukur voltase
Penempatan alat ukur
Posisi penempatan dari Alat-alat ukur pada beberapa titik dari komponen turbin propeller
seperti diperlihatkan pada gambar 3.
Keterangan:
1 = posisi penempatan alat ukur voltmeter
2 = posisi penempatan alat ukur avometer digital
3 = posisi penempatan alat ukur tachometer digital
Gambar 2. Posisi penempatan alat ukur
3. Hasil Dan Pembahasan
Dengan data potensi dan efiisiensi turbin sebesar 0,9 diperoleh daya turbin:
P = 0,07*3,5*0,9*998*9,81 = 2.159 W atau 2,16 kW

Perhitungan Kecepatan spesifik / Kecepatan putaran
-
Kecepatan Spesifik
nQE =
Hn = H*ηh => Hn = 3,5*0,9 = 3,15 m
=> nQE =
-
= 1,53
Kecepatan putaran
=> n
E = Hn x g => E = 3,15 x 9,81 = 30,9 J/kg
=> n =
-
= 63s-1 = 3780 rpm
Kecepatan runner (runaway speed)

nmax = 2,6 x n => nmax = 2,6 x 63 = 163,8s-1 = 9828 rpm
Perhitungan Dimensi Utama Turbin
-
Diameter runner
De = 84,5 x (0,79 + 1,602 x 1,53) x
-
= 0,30 m
Diameter hub
Di =
=> Di =
-
= 0, 06 m
Diameter shaft
Dshaft =
=
-
= 0,03
Panjang Runner
L1 =
=

= 1,0875
Hasil Instal Turbin
Turbin yang terpasang pada lokasi uji di Desa Darul Makmur Kotamadya Subulussalam
dengan head 3,5 meter diperlihatkan pada Gambar 3:
Gambar 3. Turbin yang sudah terinstal pada lokasi
 Hasil Pengukuran
Hasil pengukuran diperoleh putaran turbin 1828 rpm dengan daya luaran yang dihasilkan
sebesar 2.530 watt (2,53 kW) dengan voltase antara 220 sampai dengan 240 Volt.
4. Kesimpulan
Telah berhasil dikembangkan dan diterapkan satu buah turbin jenis Propeller di Desa
Darul Makmur Kecamatan Sultan Daulat Kotamadya Subulussalam. Dan dari hasil
pengukuran, diperoleh daya luaran sebesar 2,53 kW dengan voltase berkisar antara 220 240 volt. Turbin hasil pengembangan kini dapat digunakan sebagai dukungan penyediaan
energi listrik alternatif bagi masyarakat khususnya yang berada disekitar lokasi.
Daftar Pustaka
[1] Diakses dari http//www.esdm.go.id Departerment Energi dan Sumber Daya Mineral, 2006.
Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2006-2025, ESDM, Jakarta
[2] Arismunandar, Wiranto. 1997. Penggerak Mula Turbin, Bandung: Institut Teknologi Bandung.
[3] Pribadyo et. al, “Perencanaan dan Pengujian Turbin Propeller Untuk Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro (PLTMH) head Rendah”. Disampaikan pada Seminar Nasional Yusuf Benseh,
“Menggali Potensi Daerah Untuk Percepatan Perluasan Pembangunan Ekonomi,
Teknologi dan Pendidikan, Lhokseumawe, 2012.
[3] Badan Rehabiliasi dan Rekonstruksi (BRR) NAD-Nias, 2008. Studi Potensi Energi Listrik
Alternatif Di Pedesaan Sebagai Upaya Dalam Mendukung Percepatan Diversifikasi Energi
Di Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam (Paket-31)
[4] Irwansyah, Hamdani, Razali, Pribadyo, Anwar, “Perancangan, Pembuatan dan Pengujian
Purwarupa Turbin Aliran Aksial Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)
head Rendah di Aceh”. Disampaikan pada Seminar Nasional Energi Terbarukan dan
Produksi Bersih, Bandar Lampung, 2012.
[5] Diakses dari http://www.esha.be/index.php?id=9
Guide on how to develop a Small Hydropower Plant.
[6] Paryatmo, Wibowo. 2007. Turbin Air. Yogyakarta: Graha Ilmu