Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan

BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan realisasi dari skripsi
meliputi gambaran alat, cara kerja sistem dan modul yang digunakan. Gambar 3.1
merupakan diagram cara kerja dari alat yang akan dibuat.
Pengatur Kecepatan
Display
Pompa Air
Tegangan dan Arus
Pompa Air
Display
Waterflow Sensor
Mikrokontroler
Turbin Pelton
Display
Generator AC
Tegangan dan Arus
Regulator
Display
Tegangan dan Arus
Display
Akumulator
Tegangan dan Arus
Display
Beban
Tegangan dan Arus
Gambar 3.1 Diagram Alat
14
Debit Air
3.1
Cara Kerja Sistem
Secara garis besar system ini terdiri dari pompa air yang berfungsi
memberikan debit air yang akan dibaca oleh sensor flowmeter, yang kemudian
datanya diterima mikrokontroler dan ditunjukkan dalam LCD, dimana debit air ini
sendiri dapat diubah-ubah dengan mengubah kecepatan pompa air.
Selanjutnya laju air tersebut akan menumbuk sudu turbin melalui nozzle
kemudian menggerakkan generator. Output dari generator akan distabilkan oleh
konverter DC-DC (regulator voltage) agar keluarannya dapat digunakan untuk
mengisi aki. Keluaran generator akan ditampilkan dalam display tegangan dan
arus, begitu juga dengan keluaran dari regulator.
3.2
Perancangan Perangkat Keras
Pada sub bab ini akan dijelaskan perangkat keras yang digunakan sistem,
secara garis besar terdiri dari beberapa bagianya itu pompa air, turbin pelton,
rumah turbin, nozzle, generator, sensor flowmeter, mikrokontroler ATMega16,
meja alat, modul regulator dandisplay, modul pengatur kecepatan pompa air,
modul catu daya.
3.2.1
Pompa Air
Menggunakan pompa air Shimizu model PS-121BIT berdaya
output motor maksimal 125W dengan kapasitas debit air maksimal 31
liter/menit pada Head 5 m. dalam skripsi ini menggunakan instalasi pipa
hisap 3/4” dan pipa dorong 1/2” untuk menyesuaikan ukuran dari
flowmeter.
Gambar 3.2 Untai Pengatur Debit Air
15
Kemudian adalah modul pengatur jumlah debit air. Ada dua cara
untuk mengatur debit air, dengan percabangan instalasi pipa air. Cara
kedua adalah dengan mengatur kecepatan pompa air. Cara yang paling
mudah adalah dengan menggunakan TRIAC pada aplikasi untai dimmer.
Pengatur debit air pada skripsi kali ini dibangun dengan TRIAC
tipe BT137 yang dikontrol menggunakan DIAC tipe DB3 dan
potensiometer 1MOhm. Kecepatan pompa air pada rangkaian ini dikontrol
dengan cara mengatur arus yang diberikan ke pompa air melalui TRIAC.
Secara teknis pengontrolan dilakukan dengan mengatur tuas potensiometer
1 MOhm. Arus output dikendalikan oleh tegangan gate TRIAC melalui
DIAC dari output pembagi tegangan potensiomete. Semikin tinggi
tegangan yang diberikan ke gate TRIAC maka arus yang diberikan ke
beban akan semakin besar.
Salah satu cara agar gelombang arus TRIAC lebih simetris adalah
dengan menambahkan DIAC yang berfungsi mengatur waktu pulsa
pemicu (trigger) TRIAC. Penggunaan DIAC ini ditempatkan secara seri
dengan gate dari TRIAC. Tegangan breakover DIAC cenderung jauh lebih
simetris (sama meskipun polaritasnya berbalik) daripada tegangan pemicu
TRIAC.
Penempatan DIAC secara seri dengan gate, dapat mencegah atau
menunda setiap arus gate sampai tegangan trigger (pemicu) telah
mencapai nilai tertentu. Dengan begitu titik penyulutan TRIAC dari
setengah siklus ke setengah siklus berikutnya akan cenderung konsisten,
sehingga gelombang akan lebih simetris pada pusatnya.
Resistor – kapasitor (RC) berfungsi sebagai penggeser fasa yang
diperlukan untuk memicu gate TRIAC.
Gambar 3.3 Realisasi Pengatur Debit Air
16
3.2.2
Turbin Pelton
Turbin Pelton sendiri mempunyai 2 bagian yaitu piringan dan sudu.
Piringan berfungsi sebagai tempat dari sudu dan juga penghubung antara
turbin dan generator, sedangkan sudu berfungsi sebagai penerima pancaran
air dari nozzle.
Turbin berukuran diameter luar 20cm, diameter piringan 13cm,
dengan jumlah 12 buah sudu mempunyai ukuran masing-masing lebar
37mm dan kedalaman 14mm. setiap sudu dapat dibongkar pasang.
Gambar 3.4 Sudu Turbin
Piringan berdiameter 13cm dengan tebal 4mm untuk tempat sudu.
Penghubung piringan dan generator berukuran panjang 70mm.
Gambar 3.5 Sketsa Piringan dan Penghubung Turbin Pelton
17
Gambar 3.6 Realisasi Turbin Pelton
3.2.3
Nozzle
Nozzle berfungsi sebagai ujung tombak dari laju air yang kemudian
akan menghasilkan semprotan air yang cukup deras menuju sudu turbin.
Nozzle berdiameter 8mm.
Gambar 3.7 Nozzle
3.2.4
Rumah Turbin
Rumah turbin sebagai tempat dari turbin pelton dan nozzle
berfungsi agar cipratan air kembali ke penampungan. Berukuran panjang
30cm * lebar 15cm * tinggi 26cm.
Gambar 3.8 Rumah Turbin
18
3.2.5
Generator
Generator mempunyai spesifikasi tegangan keluaran 220V berdaya
maksimal 400W pada putaran 3000rpm. Generator dipasangi penyekat
agar tidak bergerak kemana-mana dikarenakan getaran dari turbin yang
cukup kencang.
Gambar 3.9 Generator
3.2.6
Sensor Flowmeter
Menggunakan model YF-S201 yang dapat membaca range debit 1-
30 liter/menit. Dengan konfigurasi kabel merah +5V, kabel hitam GND,
kabel kuning: PWM output. Dengan frekuensi flowrate 7.5Q liter/menit.
Gambar 3.10 Sensor Flowmeter
3.2.7
Mikrokontroler ATMega16
Menggunakan mikrokontroler
ATMega16 yang pada boardnya
sudah termasuk rangkaian catu daya 5V. Dengan konfigurasi port-port
mikrokontroler ditunjukkan padaTabel 3.1.
19
Tabel 3.1 Konfigurasi Penggunaan PIN ATMega16
Nama Port
Fungsi
PORTC.0
RS (LCD)
PORTC.1
RD (LCD)
PORTC.2
EN (LCD)
PORTC.4
DB4 (LCD)
PORTC.5
DB5 (LCD)
PORTC.6
DB6 (LCD)
PORTC.7
DB7 (LCD)
VCC PORTC
VCC LCD
Ground PORTC Ground LCD
PORTB.1
Input flowmeter
VCC PORTB
VCC flowmeter
Ground PORTB Ground flowmeter
3.2.8
Modul Regulator dan Display
Regulator menggunakan LM2596-Adj dengan output untuk
pengisian aki yaitu sebesar 13.7 VDC, pengisian aki tanpa digunakan
untuk beban atau standby use. Display debit air menggunakan LCD dari
mikrokontroler untuk pompa air juga menggunakan LCD, sedangkan
untuk output generator, regulator dan beban menggunakan 7 segment.
Gambar 3.11 Untai Regulator LM2596-Adj
Catu daya dari display LCD dari mikrokontroler sesuai tabel 3.1.
untuk display pompa air adalah dari pompa itu sendiri dengan range 80300VAC. Sedangkan display 7 segment untuk keluaran generator,
20
akumulator dan beban menggunakan catu daya terpisah dengan regulator
LM7805.
Gambar 3.12 Konfigurasi Display LCD Debit Air dan
Display Tegangan & Arus Pompa Air
D1
DIODE
D2
DIODE
D3
DIODE
D4
DIODE
T
U1
78L05
500 mA
C3
100uF
5 V DC
OUT
COM
+
IN
+
220 AC
C2
100uF
C1
100nF
ground
Gambar 3.13 Untai Regulator LM7805
Gambar 3.14 Realisasi Bagian Display
21
3.2.9
Meja Alat
Meja alat sebagai tempat semua dari modul sebelumnya yaitu
rumah turbin, display, pompa air, turbin pelton, generator, tampungan air
dan juga instalasi pipa.
Berukuran total panjang 83cm * lebar 53cm * tinggi 117cm.
memiliki roda agar mudah dipindah-pindahkan. Selengkapnya untuk
skema tata letak dan ukuran dapat dilihat pada Gambar 3.13.
Gambar 3.15 Meja Alat
Keterangan gambar:
1.
Turbin Pelton
2.
Rumah Turbin
3.
Display
4.
Pompa Air
5.
Sensor flowmeter
6.
Tampungan Air
7.
Generator
22
3.3
Perancangan Perangkat Lunak
Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perangkat lunak yang ada
pada sistem. Perangkat lunak ini meliputi perancangan perangkat lunak
yang ditanamkan pada mikrokontroler ATMega16.
START
Baca Data Sensor
flowmeter
Data Ditampilkan
di LCD
END
Gambar 3.16 Diagram Alir Perangkat Lunak
Dimulai
dengan
menghidupkan
sistem,
pompa
air
akan
mengalirkan air melalui instalasi pipa yang kemudian masuk pada sensor
flowmeter. Sensor kemudian membaca data yang kemudian diolah oleh
mikrokontroler dan ditampilkan pada LCD.
Dari datasheet sensor memiliki spesifikasi pembacaan rata-rata
sinya kotak / pulse frequency (Hz) = 7Q, Q adalah flowrate dalam
liter/menit. Maka perhitungan besar debit air yang melewati sensor yaitu :
Q = pulse frequency yang dhasilkan sensor / 7.
23