PENGUKURAN KONVERSI ENERGI AIR

LAPORAN PRAKTIKUM
ENERGI DAN ELEKTRIFIKASI
PENGUKURAN KONVERSI ENERGI AIR
Oleh :
Zahrah Hasanah Nur R
NIM A1C018033
KEMENTRIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
FAKULTAS PERTANIAN
PURWOKERTO
2020
DAFTAR ISI
I.
PENDAHULUAN............................................................................................ 1
A. Latar Belakang.............................................................................................. 1
B. Tujuan........................................................................................................... 1
II. TINJAUAN PUSTAKA................................................................................... 2
III. METODOLOGI............................................................................................... 4
A. Alat dan Bahan..............................................................................................4
B. Prosedur Kerja...............................................................................................4
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN....................................................................... 5
A. Hasil.............................................................................................................. 5
B. Pembahasan.................................................................................................15
V.
KESIMPULAN DAN SARAN..................................................................... 23
A. Kesimpulan ................................................................................................ 23
B. Saran............................................................................................................23
DAFTAR PUSTAKA............................................................................................ 24
LAMPIRAN...........................................................................................................25
2
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Air merupakan potensi sumber energi yang besar, karena pada air tersimpan
energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air
(hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang
dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis,
untuk selanjutnya diubah menjadi energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak
dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan
adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai.
Indonesia memiliki iklim tropis dengan curah hujan yang tinggi, sehingga
memiliki banyak sumber air yang salah satunya adalah sungai. Di Indonesia
terdapat ratusan sungai yang dapat dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi
terutama di daerah-daerah perdesaan yang masih belum dilalui jaringan listrik,
yaitu dengan memanfaatkan tenaga air untuk menjadi tenaga listrik. Untuk
membantu memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut, dapat dilakukan upaya
pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH).
B. Tujuan
1.
Mahasiswa dapat mengetahui potensi energi air.
2.
Mahasiswa dapat mengerti proses proses pengukuran konversi energi air.
3.
Mahasiswa dapat mengerti prinsip dan cara kerja alat pengukuran konversi
energi air.
4.
Mahasiswa diharapkan dapat mempraktikan alat tersebut.
1
II. TINJAUAN PUSTAKA
Kebutuhan energi semakin meningkat sejalan dengan kemajuan zaman.
Salah satu bentuk energi yang tidak dapat terlepas dari kehidupan manusia adalah
energi listrik. Sumber energi listrik yang sudah lazim dipergunakan adalah sumber
energi minyak bumi, gas alam, dan batu bara, sedangkan sumber energi air, panas
bumi, panas matahari, dan nuklir masih terus dikembangkan. Sebagaimana yang
telah diketahui bahwa persediaan sumber energi minyak bumi, gas alam, dan batu
bara sangat terbatas dan apabila digunakan secara terus-menerus maka suatu saat
sumber energi tersebut akan habis. Air merupakan sumber energi yang berpotensi
besar sebagai pembangkit listrik (Haryani, 2015). Energi air dapat didefinisikan
sebagai energi yang dihasilkan dari air yang bergerak. Energi air sering disebut
juga sebagai energi hidro. Contoh dari energi air dapat dilihat ketika ada ombak
dilaut atau pada air terjun. Energi air telah diaplikasikan dalam beberapa macam
cara untuk menghasilkan listrik, yang mulanya berasal dari bahan bakar fosil
(Fausta, 2015).
Potensi tenaga air di seluruh Indonesia secara teoritis diperkirakan sebesar
845,00 juta BOE, jumlah ini setara dengan 75,67 GW dari jumlah ini yang dapat
dimanfaatkan sebesar 6.851,00 GWh dengan kapasitas terpasang 4.200 MW.
Potensi ini terseber di daerah Irian Jaya, Kalimantan, Sumatera, Sulawesi, Jawa,
Bali, Nusa Tenggara Barat (NTB), Nusa Tenggara Timur (NTT) dan Maluku.
Tenaga air dalam skala besar ini baru dimanfaatkan 5,55% (Agung, 2013).
Pembangkit listrik tenaga air semakin strategis sebagai salah satu sumber energi
terbarukan, mengingat potensi sumber energi dari fosil dan batu bara akan
semakin berkurang. Contoh pemanfaatan energi air yang telah dikenal luas di
Indonesia ialah lewat PLTA dan pembuatan instalasi listrik berbasis Mikrohidro
pada Daerah
Aliran
Sungai
(DAS)
di
daerah-daerah
tertentu.
Dalam
memanfaatkan potensi tenaga air, dibutuhkan area dengan luas yang cukup untuk
sarana pembuatan waduk, bendungan, pipa, pesat, dan PLTA dengan melakukan
pembebasan lahan. Pemanfaatan potensi tenaga air memerlukan investasi yang
2
cukup besar, namun biaya operasional PLTA relatif rendah.merupakan gambaran
kualitatif komposisi biaya pembangkitan PLTA, PLTU, dan PLTG. Dari segi
pembangkitan tenaga listrik, dapat dilihat bahwa PLTA masih menjadi sumber
energi listrik paling tinggi di Indonesia (Marsudi, 2005).
Menurut Haryani (2015), ada beberapa jenis pembangkit listrik berdasarkan
kapasitasnya yaitu sebagai berikut:
a.
PLTA mikro < 100 kW
b. PLTA mini 100-999 kW
c.
PLTA kecil 1000-10.000 kW
d. PLTA besar > 10.000 kW
3
III. METODOLOGI
A. Alat dan Bahan
1.
Air
1.
Prototype turbin sederhana
2.
Multimeter
3.
Kalkulator
4.
Modul
5.
Alat tulis
B. Prosedur Kerja
1.
Alat dan bahan disiapkan.
2.
Dinamo pada prototype turbin sederhana dihubungkan dengan multimeter
menggunakan kabel.
3.
Multimeter dihidupkan untuk menampilkan hasil uji coba pada display dalam
bentuk tegangan (v).
4.
Prototype turbin dimasukan pada aliran air hingga baling-baling berputar dan
putaran atau energi gerak tersebut diubah menjadi energy listrik oleh dinamo
dan menghasilkan tegangan.
5.
Perhatikan hasil tegangan yang muncul tiap waktu tertentu.
6. Catat hasil pengamatan dan lakukan perhitungan
4
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
1.
Gambar Alat
5)
4)
6)
2)
1)
Gambar 1. Turbin
3)
Gambar. 2 Multimeter.
2.
Bagian dan fungsi
a.
Turbin
1) Governor, berfungsi untuk mengatur kecepatan air yang akan
diarahkan ke nozzle.
2) Deflector, berfungsi untuk membelokkan pancaran air.
3) Nozzle, berfungsi meneruskan aliran fluida sehingga tekanan dan
kecepatan alir fluida digunakan dalam sistem besar.
4) Rumah turbin, berfungsi untuk tempat kedudukan roda jalan dan
penahan air yang keluar dari sudu-susu turbin.
5
5) Sudu turbin, berfungsi menangkap aliran air.
6) Kotak penutup, berfungsi untuk mengamankan nozzle dan runner.
b.
Multimeter
1) Kotak meter
Berfungsi sebagai tempat komponen-komponen multimeter.
2) Skala
Berfungsi sebagai skala nilai pembacaan meter.
3) Jarum penunjuk meter
Berfungsi sebagai penunjuk besaran nilai yang diukur.
4) Saklar pemilih
Digunakan untuk memilih posisi pengukuran dan batas nilai
ukurannya.
3.
Prinsip kerja
a.
Turbin
Mengkonversi daya fluida dari air menjadi daya poros untuk
digunakan memutar generator listrik. Pada sudu-sudu turbin, energi aliran
air diubah menjadi energi mekanik yaitu putaran roda turbin. Apabila
roda turbin dihubungkan dengan poros generator listrik, maka energi
mekanik putaran roda turbin diubah menjadi energi listrik pada generator.
b.
Multimeter
Di dalam AVO meter terdapat kumparan tembaga yang di letakkan
di antara dua kutub magnet yaitu N dan S. Dalam kumparan tersebut
terdapat jarum penunjuk atau jarum meter yang akan bergerak
menunjukkan skala tertentu apabila dua ujung kumparan tersebut dialiri
arus listrik.
4.
Cara Kerja
a.
Turbin
1) Aliran air yang mempunyai energi potensial akan disemprotkan ke
sudu-sudu turbin oleh nozzle.
2) Putaran dari sudu-sudu tersebut akan mengakibatkan poros turbin ikut
bergerak.
6
3) Kemudian putaran poros turbin akan diteruskan ke generator listrik
untuk diubah menjadi energi listrik.
b.
Multimeter
1) Kabel dihubungkan ke multimeter.
2) Baling-baling diletakkan di dalam sumber air mengalir.
3) Kecepatan baling-baling berputar karena adanya aliran ditangkap dan
dikonversi menggunakan dinamo yang disambungkan melalui kabel
dengan multimeter.
4) Kecepatan aliran dan hasil pengukuran dari aliran ditampilkan pada
multimeter yang berupa tegangan.
5.
Tabel pengamatan konversi energi air
Tabel 1. Data pengamatan konversi energi air
No h (m) Tegangan Arus Volume Waktu
(V)
(Amp
(dm3)
(s)
ere)
1
0,30
214
0,08
1
11,20
2
0,30
216
0,09
1
12,33
3
0,30
213
0,07
1
12
4
0,40
215
0,09
1
14
5
0,40
210
0,08
1
14
6
0,40
212
0,08
1
15
7
0,45
205
0,07
2
16
8
0,45
203
0,08
2
15
9
0,45
204
0,07
2
16
10 0,50
208
0,08
2
18
11 0,50
206
0,09
2
17
12 0,50
209
0,07
2
17
Tabel 2. Perhitungan data praktikum
No
P in (watt)
P out (watt)
1
17,12
0,24
2
19,44
0,24
3
14,91
0,24
4
19,35
0,27
5
16,8
0,27
6
16,96
0,27
7
14,35
0,57
8
16,24
0,57
9
14,28
0,57
10
16,64
0,57
7
Debit
(dm3/s)
0,09
0,08
0,08
0,07
0,07
0,07
0,13
0,13
0,13
0,11
0,12
0,12
Eff (%)
1,43
1,26
1,64
1,42
1,63
1,62
3,99
5,53
4,01
3,44
Debit
rata-rata
(dm3/s)
0,08
0,08
0,08
0,07
0,07
0,07
0,13
0,13
0,13
0,11
0,11
0,11
11
12
6.
18,54
14,63
0,57
0,57
Perhitungan
a.
Debit
Rumus: Q =
1) Debit data ke-1
Q=
Q=
h a
Q = 0,09 dm3/s
2) Debit data ke-2
Q=
Q=
h
Q = 0,08 dm3/s
3) Debit data ke-3
Q=
Q=
Q = 0,08 dm3/s
4) Debit data ke-4
Q=
Q=
Q = 0,07 dm3/s
5) Debit data ke-5
Q=
Q=
Q = 0,07 dm3/s
6) Debit data ke-6
Q=
8
3,1
3,92
Q=
R
Q = 0,07 dm3/s
7) Debit data ke-7
Q=
Q=
Q = 0,13 dm3/s
8) Debit data ke-8
Q=
Q=
R
Q = 0,13 dm3/s
9) Debit data ke-9
Q=
Q=
Q = 0,13 dm3/s
10) Debit data ke-10
Q=
Q=
师
Q = 0,11 dm3/s
11) Debit data ke-11
Q=
Q=
t
Q = 0,12 dm3/s
12) Debit data ke-12
Q=
Q=
t
Q = 0,12 dm3/s
b.
Debit rata-rata
9
彋
Rumus: Q rata-rata =
彋 彋 敧
1) Debit rata-rata data ke 1-3
彋
Q rata-rata =
=
彋
ahaa彋aha师彋aha师
= 0,083 dm3/s
2) Debit rata-rata data ke 4-6
彋 R彋
Q rata-rata =
=
ahat彋ahat彋ahat
= 0,07 dm3/s
3) Debit rata-rata data ke 7-9
Q rata-rata =
=
t彋 师彋 a
ah
彋ah
彋ah
= 0,13 dm3/s
4) Debit rata-rata data ke 10-12
Q rata-rata =
=
ah
a彋
彋ah
彋
彋ah
= 0,117 dm3/s
c.
Daya
Rumus: P in = V x I
1) Daya data ke-1
P in = V x I
= 214 x 0,08
= 17,12 watt
2) Daya data ke-2
P in = V x I
= 216 x 0,09
= 19,44 watt
3) Daya data ke-3
10
P in = V x I
= 213 x 0,07
= 14,91 watt
4) Daya data ke-4
P in = V x I
= 215 x 0,09
= 19,35 watt
5) Daya data ke-5
P in = V x I
= 210 x 0,08
= 16,8 watt
6) Daya data ke-6
P in = V x I
= 212 x 0,08
= 16,96 watt
7) Daya data ke-7
P in = V x I
= 205 x 0,07
= 14,35 watt
8) Daya data ke-8
P in = V x I
= 203 x 0,08
= 16,24 watt
9) Daya data ke-9
P in = V x I
= 204 x 0,07
= 14,28 watt
10) Daya data ke-10
P in = V x I
= 208 x 0,08
= 16,64 watt
11
11) Daya data ke-11
P in = V x I
= 206 x 0,09
= 18,54 watt
12) Daya data ke-12
P in = V x I
= 209 x 0,07
= 14,63 watt
d.
P out
Rumus: P out = Q rata-rata x ρ x g x h
1) P out data ke–1
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,083x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,30
= 0,244 watt
2) P out data ke–2
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,083x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,30
= 0,244 watt
3) P out data ke–3
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,083x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,30
= 0,244 watt
4) P out data ke–4
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,07x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,40
= 0,274 watt
5) P out data ke–5
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,07x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,40
= 0,274 watt
6) P out data ke–6
12
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,07x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,40
= 0,274 watt
7) P out data ke–7
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,13x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,45
= 0,573 watt
8) P out data ke–8
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,13x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,45
= 0,573 watt
9) P out data ke–9
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,13x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,45
= 0,573 watt
10) P out data ke–10
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,117x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,50
= 0,573 watt
11) P out data ke–11
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,117x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,50
= 0,573 watt
12) P out data ke–12
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,117x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,50
= 0,573 watt
e.
Eff (%)
Rumus: Eff (%) =
1) Eff data ke-1
ꃠ
敧
x 100%
13
Eff (%) =
=
x 100%
ꃠ
ah
敧
x 100%
th
= 1,43 %
2) Eff data ke-2
Eff (%) =
=
x 100%
ꃠ
ah
敧
x 100%
ah
= 1,26 %
3) Eff data ke-3
Eff (%) =
=
x 100%
ꃠ
ah
敧
x 100%
ha
= 1,64 %
4) Eff data ke-4
Eff (%) =
=
x 100%
ꃠ
敧
ah t
ah R
x 100%
= 1,42 %
5) Eff data ke-5
Eff (%) =
=
x 100%
ꃠ
敧
ah t
h师
x 100%
= 1,63 %
6) Eff data ke-6
Eff (%) =
=
ꃠ
敧
ah t
ha
x 100%
x 100%
= 1,62 %
7) Eff data ke-7
Eff (%) =
ꃠ
敧
x 100%
14
=
ahRt
h R
x 100%
= 3,99 %
8) Eff data ke-8
Eff (%) =
=
ꃠ
敧
x 100%
ahRt
x 100%
h
= 3,53 %
9) Eff data ke-9
Eff (%) =
=
ꃠ
敧
x 100%
ahRt
h 师
x 100%
= 4,01 %
10) Eff data ke-10
Eff (%) =
=
ꃠ
敧
ahRt
h
x 100%
x 100%
= 3,44 %
B. Pembahasan
Sebagaimana yang telah diketahui bahwa persedian sumber energi minyak
bumi, gas alam dan batu bara sangat terbatas, apabila secara terus menerus
digunakan maka suatu saat sumber energi tersebut akan habis, disamping itu juga
kecenderungan melonjaknya harga sumber energi tersebut. Oleh karena itu,
pemanfaatan sumber-sumber energi alternatif yang terbarukan dan ramah
lingkungan menjadi pilihan. Potensi air sebagai sumber energi terutama
digunakan sebagai penyedia energi listrik melalui pembangkit listrik tenaga air
maupun mikrohidro. Pemanfaatan energi air pada dasarnya adalah pemanfaatan
energi potensial gravitasi. Energi mekanik aliran air yang merupakan transformasi
dari energi potensial gravitasi dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin atau
kincir (Purnama, 2013).
15
Potensi tenaga air di seluruh Indonesia secara teoritis diperkirakan sebesar
845,00 juta BOE, jumlah ini setara dengan 75,67 GW dari jumlah ini yang dapat
dimanfaatkan sebesar 6.851,00 GWh dengan kapasitas terpasang 4.200
MW.Potensi ini terseber di daerah Irian Jaya, Kalimantan, Sumatera, Sulawesi,
Jawa, Bali, Nusa Tenggara Barat (NTB), Nusa Tenggara Timur (NTT) dan
Maluku. Tenaga air dalam skala besar ini baru dimanfaatkan 5,55%. Masih dalam
kelompok tenaga air, terdapat juga tenaga air dalam skala kecil atau mini/micro
hydro yang berpotensi sebesar 458,75 MW dengan kapasitas terpasang 8,00 MW
(Agung, 2013).
Energi potensial air dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik dengan
memanfaatkan tenaga potensial yang tersedia (potensi air terjun dan kecepatan
aliran). Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah salah satu teknologi yang
sudah terbukti tidak merusak lingkungan, menunjang diversifikasi energi sebagai
pemanfaatan energi terbarukan, menunjang program pengurangan penggunaan
BBM, dan sebagian besar konstruksinya menggunakan material lokal.
Penggunaan turbin air, khususnya turbin pelton banyak digunakan. Turbin jenis
ini bekerja dengan memanfaatkan air jatuh atau ketinggian (head). Berbagai
penelitian telah dilakukan untuk mempercepat aliran dengan mengatur dimensi
saluran masuk (nosel) turbin maupun bentuk sudu (Irawan, 2010).
Turbin
air
adalah
mesin
konversi
energi
yang
berfungsi
untuk
merubah/mengkonversi energi potensial (head) yang dimiliki oleh air ke bentuk
energi mekanik pada poros turbin. Turbin air cross-flow adalah salah satu turbin
air dari jenis turbin aksi (impulse turbine). Turbin air dikembangkan pada abad 19
dan digunakan secara luas untuk tenaga industri untuk jaringan listrik. Sekarang
lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin kini dimanfaatkan secara luas
dan merupakan sumber energi yang dapat diperbaharukan. Kincir air sudah sejak
lama digunakan untuk tenaga industri. Pada mulanya yang dipertimbangkan
adalah ukuran kincirnya, yang membatasi debit dan head yang dapat
dimanfaatkan. Perkembangan kincir air menjadi turbin modern membutuhkan
jangka waktu yang cukup lama. Perkembangan yang dilakukan dalam waktu
revolusi industri menggunakan metode dan prinsip ilmiah. Mereka juga
16
mengembangkan teknologi material dan metode produksi baru pada saat
itu.Perbedaan dasar antara turbin air awal dengan kincir air adalah komponen
putaran air yang memberikan energi pada poros yang berputar. Komponen
tambahan ini memungkinkan turbin dapat memberikan daya yang lebih besar
dengan komponen yang lebih kecil. Turbin dapat memanfaatkan air dengan
putaran lebih cepat dan dapat memanfaatkan head yang lebih tinggi (Sari dan
Ryan, 2012).
Turbin secara umum dapat diartikan sebagai mesin penggerak mula di mana
energi fluida kerja yang digunakan langsung memutar roda turbin, fluida kerjanya
yaitu berupa air, uap air dan gas. Dengan demikian turbin air dapat diartikan
sebagai suatu mesin penggerak mula yang fluida kerjanya adalah air. Berbeda
yang terjadi pada mesin torak (motor bakar), pada turbin tidak terdapat bagian
mesin yang bergerak translasi. Bagian turbin yang berputar dinamai rotor (runner
pada turbin cross-flow) atau roda turbin, sedangkan bagian yang tidak berputar
dinamai stator atau rumah turbin. Roda turbin terletak didalam rumah turbin dan
roda turbin memutar poros daya yang menggerakkan atau memutar bebannya
(generator). Kalau ditinjau dari daya yang dihasilkan turbin air, maka dikenal
istilah Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) yang maksudnya adalah
turbin air yang dapat menghasilkan daya kurang dari 100 kW dan sumber airnya
relatif kecil (Mafrudin dan Irawan, 2017).
Indonesia adalah negara kepulauan dimana masih banyak daerah terpencil
yang belum terjangkau oleh PLN sedangkan listrik sangat dibutuhkan agar daerah
tersebut maju dan meningkat produktifitas masyarakatnya. Oleh karena itu untuk
memenuhi kebutuhan listrik daerah terpencil perlu diciptakan alat yang dapat
menjangkau tempat terpencil yang murah dan ramah lingkungan, yaitu
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
atau yang sering disingkat PLTMH, yaitu pembangkit listrik skala kecil dengan
daya kurang dari 100 KW yang memanfaatkan tenaga air sebagai sumber
penghasil energi. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut
clean energy karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi PLTMH dipilih
karena konstruksinya sederhana, mudah dioperasikan, serta mudah dalam
17
perawatan dan penyediaan suku cadang. Secara ekonomi, biaya operasi dan
perawatannya relatif murah sedangkan biaya investasinya cukup bersaing dengan
pembangkit listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH mudah diterima masyarakat
luas. PLTMH biasa dibuat dalam skala desa di daerah-daerah terpencil yang
belum mendapatkan listrik dari PLN. Tenaga air yang digunakan dapat berupa
aliran air pada sistem irigasi, sungai yang dibendung atau air terjun (Haryani,
2015).
PLTMH pada proses perubahan energi kinetik berupa (kecepatan dan
tekanan air), yang digunakan untuk menggerakan turbin air dan generator listrik
hingga menghasilkan energi listrik. Secara teknis, mikrohidro mempunyai tiga
komponen utama yaitu air sumber energi, turbin dan generator. Air yang mengalir
dengan kapasitas tertentu disalurkan dengan ketinggian tertentu melalui pipa pesat
menuju rumah instalasi (powerhouse). Di rumah instalasi, air tersebut akan
menumbuk turbin sehingga akan menghasilkan energi mekanik berupa
berputarnya poros turbin. Putaran poros turbin ini akan memutar generator
sehingga dihasilkan energi listrik. Cara kerjanya yaitu aliran sungai dibendung
agar mendapatkan debit air dan ttinggi jatuh air (H), kemudian air yang dihasilkan
disalurkan melalui saluran penghantar air menuju kolam penenang. Kolam
penenang dihubungkan dengan pipa pesat, dan pada bagian paling bawah di
pasang turbin air. Turbin air akan berputar setelah mendapat tekanan air (P), dan
perputaran turbin dimanfaatkan untuk memutar generator. Setelah mendapat
putaran yang konstan maka generator akan menghasilkan tegangan listrik, yang
dikirim kekonsumen melalui saluran kabel distribusi (JTM atau JTR) (Sukamta
dan Kusmantoro, 2013).
PLMTH pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit
air per detik yang ada pada aliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran
air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi
ini selanjutnya menggerakkan generator dan generator menghasilkan listrik.
Sebuah skema mikrohidro memerlukan dua hal yaitu, debit air dan ketinggian
jatuh (head) untuk menghasilkan tenaga yang dapat dimanfaatkan. Hal ini adalah
sebuah sistem konversi energi dari bentuk ketinggian dan aliran (energi potensial)
18
kedalam bentuk energi mekanik dan energi listrik. Besarnya tenaga air yang
tersedia dari suatu sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air. Dalam
hubungan dengan reservoir air maka head adalah beda ketinggian antara muka air
pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir air/turbin air. Macam-macam
turbin antara lain yaitu :
1. Turbin propeller
Turbin propeller merupakan turbin reaksi aliran aksial. Turbin ini
tersusun dari propeller seperti yang terdapat pada baling-baling perahu.
Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu. Turbin
propeller banyak digunakan pada head yang rendah dengan volume air
besar. Kemampuan propeller dapat digunakan pada bermacam-macam
aliran air. Penyambungan turbin dengan generator biasanya terkoneksi
langsung dengan menggunakan sabuk atau transmisi roda gigi. Turbin
propeller secara luas digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga hidro
dengan head (jatuhan air) 2–14 meter. Gambar berikut menjelaskan
bahwa turbin propeller merupakan turbin yang beroperasi pada head
rendah dan dengan kapasitas air yang tinggi atau bahkan dapat beroperasi
pada kapasitas yang rendah.
Gambar 3. Berbagai Macam Turbin dengan Perbandingan
Debit dan Head-nya.
19
Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi
mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui pemanfaatan kecepatan
air. Tinggi tekanan total merupakan penjumlahan energi sebelum
memasuki dan sesudah keluar turbin. Roda turbin sebagai inti dari turbin
berfungsi sebagai penggerak mula dan mempunyai sudu-sudu dengan
derajat tertentu agar bisa menggerakan roda turbin. Pada turbin terjadi
gaya yang timbul akibat fluida kerja sehingga sudu turbin tersebut harus
dibuat sedemikian rupa agar terjadi perubahan momentum dari fluida
kerja yang mengalir diantara sudu tersebut (Rizki, dkk., 2019).
2. Turbin Cross-flow
Turbin tipe ini dibuat pertama kali di Eropa. Nama cross-flow
diambil dari kenyataan bahwa air melintasi kedua sudu gerak atau runner
dalam menghasilkan putaran (rotasi). Sedangkan nama Banki (dari
Hungaria) dan Mitchell (dari Austria) adalah nama ahli teknik yang
mengembangkan prinsip-prinsip turbin tersebut yaitu turbin ini
dilengkapi dengan pipa hisap, dan sebagai akibatnya daya yang
dihasilkan turbin, proses kerja dan randemen turbin menjadi lebih baik.
Turbin cross-flow ini mempunyai arah aliran yang radial atau tegak lurus
dengan sumbu turbin. Turbin ini mempunyai alat pengarah sehingga
dengan demikian celah bebas dengan sudu-sudu di sekeliling roda hanya
sedikit. Karena itu pada keadaan beban penuh perputarannya roda terjadi
sedikit kemacetan-kemacetan, yang menimbulkan sedikit tekanan lebih.
Turbin cross-flow terdiri dari tiga bagian utama yaitu roda jalan, alat
pengarah dan rumah turbin. Dalam aplikasinya turbin cross-flow baik
sekali digunakan untuk pusat tenaga air yang kecil dengan daya kurang
lebih 750 kW. Tinggi air jatuh yang bisa digunakan diatas 1 m sampai
200 m dan kapasitas antara 0,02 m3 /s sampai 7 m3/s.
20
Gambar 4. Konstruksi turbin crossflow.
3. Turbin pelton
Turbin Pelton adalah turbin impuls yang dipakai untuk tinggi air
jatuh yang besar. Aliran fluida kerja dalam pipa akan keluar dengan
kecepatan tinggi air jatuh (h) melalui nosel. Tekanan air diubah menjadi
kecepatan, pancaran air dalam akan mengenai bagian tengah-tengah sudu
dan sesuai dengan perimbangan tempatnya air pancar akan belok dan ada
kemungkinan membaliknya air bisa diarahkan tegak lurus. Untuk itu
penampang ember dan sudu – sudunya harus ditinjau, agar mendapatkan
pemindahan gaya yang sebaik baiknya. Turbin Pelton adalah turbin
dengan kecepatan spesifik yang relatif rendah dan dengan menggunakan
tinggi air jatuh yang sangat besar serta kapasitas air yang kecil
dibandingkan dengan turbin jenis yang lain. Kelebihan turbin pelton
yaitu daya yang dihasilkan besar, kontruksi yang sederhana, mudah
dalam perawatan, dan merupakan teknologi yang sederhana dan mudah
diterapkan didaerah terisolir.
Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu
dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah
sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa
membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari
gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem
21
penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nozzle. Dengan demikian
diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil.
Instalasi dan Begian Utama Turbin Pelton. Turbin pelton biasanya
berukuran besar. Hal ini dapat dimaklumi karena dioperasikan pada
tekanan yang tinggi danperubahan momentum yang diterima sudu-sudu
sangat besar, dengan sendiri struktur turbin harus kuat. Pada turbin
pelton semua energi tinggi tempet dan tekanan ketika masuk kesudu
jalan turbin telah telah diubah menjadi energi kecepatan (Irawan, 2010).
Gambar 5. Turbin pelton.
22
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan praktikum acara 3, dapat disimpulkan bahwa :
1.
Potensi energi air di seluruh Indonesia secara teoritis diperkirakan sebesar
845,00 juta BOE, jumlah ini setara dengan 75,67 GW dari jumlah ini yang
dapat dimanfaatkan sebesar 6.851,00 GWh dengan kapasitas terpasang 4.200
MW. Akan tetapi, tingkat pemanfaatannya kurang dari 8 persen. Perlu adanya
terobosan dalam mendorong pemanfaatan potensi energi air tersebut.
2.
Proses pengukuran konversi energi air yaitu dengan menggunakan multimeter
yang nantinya akan disambungkan ke turbin.
3.
Prinsip kerja prototype yaitu mengkonversi daya fluida dari air menjadi daya
poros untuk digunakan memutar generator listrik. Pada sudu-sudu turbin,
energi aliran air diubah menjadi energi mekanik yaitu putaran roda turbin.
Apabila roda turbin dihubungkan dengan poros generator listrik, maka energi
mekanik putaran roda turbin diubah menjadi energi listrik pada generator.
4.
Prototype turbin air sederhana dapat dibuat menggunakan barang-barang
yang ada di sekitar dengan mengikuti cara kerja yang sesuai dengan standar.
B. Saran
Praktikum yang dilaksanakan berjalan dengan lancar. Para praktikan aktif
dalam sesi diskusi, begitu pula dengan asprak yang menjawab pertanyaan para
praktikan. Penjelasan mudah dipahami dan disediakan materi berupa modul dan
video.
23
DAFTAR PUSTAKA
Haryani, Titis. 2015. Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro di
Saluran Irigasi Mataram. Undergraduate thesis. Institut Teknology
Sepuluh Nopember.
Irawan, Dwi. 2010. Prototype Turbin Pelton Sebagai Energi Alternatif Mikrohidro
di Lampung. TURBO. 3(1): 1-6.
Irawan, Dwi dan Mafruddin. 2010. Pembuatan Turbin Mikrohidro Tipe CrossFlow Sebagai Pembangkit Listrik di Desa Bumi Nabung Timur. TURBO.
3(2): 7-12.
Sukamta, Sri. 2013. Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
(PLTMH) Jantur Tabalas Kalimantan Timur. Jurnal Teknik Elektro. 5(2):
58-63.
Purnama, Adia Cahya. 2013. Rancang Bangun Turbin Air Sungai Poros Vertikal
Tipe Savonius dengan Menggunakan Pemandu Arah Aliran. Jurnal
Teknik Pomits. 2(2): 278-282.
Agung, Achmad Imam. 2013. Potensi Sumber Energi Alternatif Dalam
Mendukung Kelistrikan Nasional. Jurnal Pendidikan Teknik Elektro. 2(2):
892-897.
Fausta, Ega Devara. 2015. Makalah Fisika Lingkungan Energi Terbarukan:
Potensi Air Sebagai Salah Satu Sumber Energi Terbarukan di Indonesia.
Universitas Sebelas Maret.
Marsudi, Djiteng. (2005). Pembangkitan Energi Listrik. Jakarta: Erlangga.
Rizki, Galih Akbar. 2019. Pengaruh Jumlah Blade Impeller Terhadap Performasi
Turbin Mikro Hidro 250 WATT. Seminar POLBAN.
Sari, Poernama dan Ryan Fasha. 2012. Pengaruh Ukuran Diameter Nozzle 7 dan
9 mm Terhadap Putaran Sudu dan Daya Listrik pada Turbin Pelton.
Depok : Universitas Gunadarma.
24
LAMPIRAN
Perbaiki di hasil pada laporan
ACC ACARA 4
Nama
: Zahrah Hasanah
NIM
: A1C018033
Kelompok
:9
PENGUKURAN KONVERSI ENERGI ANGIN
7.
Teliti kembali pada paragraph ada
beberapa ketentuan space dan remove
yang salah,
Gambar Alat
5)
4)
6)
2)
1)
Gambar 1. Turbin
3)
Gambar. 2 Multimeter.
8.
Bagian dan fungsi
c.
Turbin
7) Governor, berfungsi untuk mengatur kecepatan air yang akan
diarahkan ke nozzle.
8) Deflector, berfungsi untuk membelokkan pancaran air.
25
9) Nozzle, berfungsi meneruskan aliran fluida sehingga tekanan dan
kecepatan alir fluida digunakan dalam sistem besar.
10) Rumah turbin, berfungsi untuk tempat kedudukan roda jalan dan
penahan air yang keluar dari sudu-susu turbin.
11) Sudu turbin, berfungsi menangkap aliran air.
12) Kotak penutup, berfungsi untuk mengamankan nozzle dan runner.
d.
Multimeter
5) Kotak meter
Berfungsi sebagai tempat komponen-komponen multimeter.
6) Skala
Berfungsi sebagai skala nilai pembacaan meter.
7) Jarum penunjuk meter
Berfungsi sebagai penunjuk besaran nilai yang diukur.
8) Saklar pemilih
Digunakan untuk memilih posisi pengukuran dan batas nilai
ukurannya.
9.
Prinsip kerja
a.
Turbin
Mengkonversi daya fluida dari air menjadi daya poros untuk
digunakan memutar generator listrik. Pada sudu-sudu turbin, energi aliran
air diubah menjadi energi mekanik yaitu putaran roda turbin. Apabila
roda turbin dihubungkan dengan poros generator listrik, maka energi
mekanik putaran roda turbin diubah menjadi energi listrik pada generator.
b.
Multimeter
Di dalam AVO meter terdapat kumparan tembaga yang di letakkan
di antara dua kutub magnet yaitu N dan S. Dalam kumparan tersebut
26
terdapat jarum penunjuk atau jarum meter yang akan bergerak
menunjukkan skala tertentu apabila dua ujung kumparan tersebut dialiri
arus listrik.
10. Cara Kerja
f.
Turbin
4) Aliran air yang mempunyai energi potensial akan disemprotkan ke
sudu-sudu turbin oleh nozzle.
5) Putaran dari sudu-sudu tersebut akan mengakibatkan poros turbin ikut
bergerak.
6) Kemudian putaran poros turbin akan diteruskan ke generator listrik
untuk diubah menjadi energi listrik.
g.
Multimeter
5) Kabel dihubungkan ke multimeter.
6) Baling-baling diletakkan di dalam sumber air mengalir.
7) Kecepatan baling-baling berputar karena adanya aliran ditangkap dan
dikonversi menggunakan dinamo yang disambungkan melalui kabel
dengan multimeter.
8) Kecepatan aliran dan hasil pengukuran dari aliran ditampilkan pada
multimeter yang berupa tegangan.
11. Tabel pengamatan konversi energi air
2 angka di
belakang koma
Tabel 1. Data pengamatan konversi energi air
No h(m) Tegangan Arus Volume Waktu Debit
Debi rata(V)
(I)
(dm3)
(s)
(dm3/s) rata (dm3/s)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0,30
0,30
0,30
0,40
0,40
0,40
0,45
0,45
0,45
0,50
0,50
0,50
214
216
213
215
210
212
205
203
204
208
206
209
0,08
0,09
0,07
0,09
0,08
0,08
0,07
0,08
0,07
0,08
0,09
0,07
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
27
11,20
12,33
12
14
14
15
16
15
16
18
17
17
0,09
0,08
0,08
0,07
0,07
0,07
0,13
0,13
0,13
0,11
0,12
0,12
0,083
0,083
0,083
0,07
0,07
0,07
0,13
0,13
0,13
0,117
0,117
0,117
Tabel 2. Perhitungan data praktikum
No
P in (watt)
P out (watt)
1
17,12
0,244
2
19,44
0,244
3
14,91
0,244
4
19,35
0,274
5
16,8
0,274
6
16,96
0,274
7
14,35
0,573
8
16,24
0,573
9
14,28
0,573
10
16,64
0,573
11
18,54
0,573
12
14,63
0,573
12. Perhitungan
a.
Debit
Rumus: Q =
1) Debit data ke-1
Q=
Q=
h a
Q = 0,09 dm3/s
2) Debit data ke-2
Q=
Q=
h
Q = 0,08 dm3/s
3) Debit data ke-3
Q=
Q=
Q = 0,08 dm3/s
4) Debit data ke-4
Q=
Q=
28
Eff (%)
1,43
1,26
1,64
1,42
1,63
1,62
3,99
5,53
4,01
3,44
3,1
3,92
Q = 0,07 dm3/s
5) Debit data ke-5
Q=
Q=
Q = 0,07 dm3/s
6) Debit data ke-6
Q=
Q=
R
Q = 0,07 dm3/s
7) Debit data ke-7
Q=
Q=
Q = 0,13 dm3/s
8) Debit data ke-8
Q=
Q=
R
Q = 0,13 dm3/s
9) Debit data ke-9
Q=
Q=
Q = 0,13 dm3/s
10) Debit data ke-10
Q=
Q=
师
Q = 0,11 dm3/s
11) Debit data ke-11
Q=
29
Q=
t
Q = 0,12 dm3/s
12) Debit data ke-12
Q=
Q=
t
Q = 0,12 dm3/s
b.
Debit rata-rata
彋
Rumus: Q rata-rata =
彋 彋 敧
1) Debit rata-rata data ke 1-3
彋
Q rata-rata =
=
彋
ahaa彋aha师彋aha师
= 0,083 dm3/s
2) Debit rata-rata data ke 4-6
彋 R彋
Q rata-rata =
=
ahat彋ahat彋ahat
= 0,07 dm3/s
3) Debit rata-rata data ke 7-9
Q rata-rata =
=
t彋 师彋 a
ah
彋ah
彋ah
= 0,13 dm3/s
4) Debit rata-rata data ke 10-12
Q rata-rata =
=
ah
a彋
彋ah
彋
彋ah
= 0,117 dm3/s
h.
Daya
Rumus: P in = V x I
1) Daya data ke-1
30
P in = V x I
= 214 x 0,08
= 17,12 watt
2) Daya data ke-2
P in = V x I
= 216 x 0,09
= 19,44 watt
3) Daya data ke-3
P in = V x I
= 213 x 0,07
= 14,91 watt
4) Daya data ke-4
P in = V x I
= 215 x 0,09
= 19,35 watt
5) Daya data ke-5
P in = V x I
= 210 x 0,08
= 16,8 watt
6) Daya data ke-6
P in = V x I
= 212 x 0,08
= 16,96 watt
7) Daya data ke-7
P in = V x I
= 205 x 0,07
= 14,35 watt
8) Daya data ke-8
P in = V x I
= 203 x 0,08
31
= 16,24 watt
9) Daya data ke-9
P in = V x I
= 204 x 0,07
= 14,28 watt
10) Daya data ke-10
P in = V x I
= 208 x 0,08
= 16,64 watt
11) Daya data ke-11
P in = V x I
= 206 x 0,09
= 18,54 watt
12) Daya data ke-12
P in = V x I
= 209 x 0,07
= 14,63 watt
i.
P out
Rumus: P out = Q rata-rata x ρ x g x h
1) P out data ke–1
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,083x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,30
= 0,244 watt
2) P out data ke–2
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,083x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,30
= 0,244 watt
3) P out data ke–3
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,083x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,30
32
= 0,244 watt
4) P out data ke–4
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,07x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,40
= 0,274 watt
5) P out data ke–5
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,07x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,40
= 0,274 watt
6) P out data ke–6
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,07x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,40
= 0,274 watt
7) P out data ke–7
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,13x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,45
= 0,573 watt
8) P out data ke–8
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,13x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,45
= 0,573 watt
9) P out data ke–9
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,13x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,45
= 0,573 watt
10) P out data ke–10
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,117x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,50
33
= 0,573 watt
11) P out data ke–11
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,117x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,50
= 0,573 watt
12) P out data ke–12
P out = Q rata-rata x ρ x g x h
= 0,117x10-3 x 1000 x 9,8 x 0,50
= 0,573 watt
j.
Eff (%)
Rumus: Eff (%) =
1) Eff data ke-1
Eff (%) =
=
ꃠ
ah
敧
th
ꃠ
敧
x 100%
x 100%
x 100%
= 1,43 %
2) Eff data ke-2
Eff (%) =
=
ꃠ
ah
敧
ah
x 100%
x 100%
= 1,26 %
3) Eff data ke-3
Eff (%) =
=
ꃠ
ah
敧
ha
x 100%
x 100%
= 1,64 %
4) Eff data ke-4
Eff (%) =
ꃠ
敧
x 100%
34
=
ah t
ah R
x 100%
= 1,42 %
5) Eff data ke-5
Eff (%) =
=
x 100%
ꃠ
敧
ah t
h师
x 100%
= 1,63 %
6) Eff data ke-6
Eff (%) =
=
ꃠ
敧
x 100%
ah t
x 100%
ha
= 1,62 %
7) Eff data ke-7
Eff (%) =
=
ꃠ
敧
x 100%
ahRt
h R
x 100%
= 3,99 %
8) Eff data ke-8
Eff (%) =
=
ꃠ
敧
x 100%
ahRt
x 100%
h
= 3,53 %
9) Eff data ke-9
Eff (%) =
=
ꃠ
敧
x 100%
ahRt
h 师
x 100%
= 4,01 %
10) Eff data ke-10
Eff (%) =
ꃠ
敧
x 100%
35
=
ahRt
h
x 100%
= 3,44 %
36