Post on 01-Jan-2016
PROPOSAL
MATA KULIAH PROYEK KOMPETISI
PEMANFAATAN MIKROHIDRO SEBAGAI PEMBANGKIT ENERGI
LISTRIK PADA SKALA RUMAH TANGGA
Disusun oleh :
Achmad Syaeful Amri 06/193787/TK/31604Arma Nur Ariska 06/193921/TK/31716Tompi Prasetya 06/193833 /TK/31633Irsyad Hasbi 06/198529/TK/32264Prama RP 06/196297/TK/31993Subhan Hasisi 06/199705/TK/32302Adi Saputra 06/ /TK/Akbar Nugroho 06/198273/TK/32255Zaenuri Ahmad 06/196294/TK/31992Fatkul Anam 06/193860/TK/31660Zuhandri Fahrizal Akhmad 06/198153/TK/32230Arizal E Wicaksono 06/197765/TK/32119Danang Purnomo Adi 05/184724/TK/30653
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2008
HALAMAN PENGESAHAN PROYEK KOMPETISI
1. Judul Kegiatan : Pemanfaatan Mikrohidro Sebagai Pembangkit Energi Listrik Pada Skala Rumah Tangga
2. Ketua Pelaksana Kegiatana. Nama Lengkap : Zaenuri Ahmadb. NIM : 06/196294/TK/31992c. Jurusan : Teknik Mesind. Universitas : Gadjah Mada
3. Anggota Pelaksana Kegiatan : 12 orang4. Dosen Pendamping
a. Nama Lengkap dan Gelar : Dr. Suyitno, S.T., M.Sc.
b. NIP : 132163780
5. Biaya Kegiatan Total a. Jurusan Teknik Mesin : Rp 1.161.000,00b. Sumber Lain : -
6. Jangka Waktu Pelaksanaan : Satu Semester
Yogyakarta, 11 Desember 2008
Menyetujui, Dosen Pendamping Ketua Pelaksana Kegiatan
Dr. Suyitno, S.T., M.Sc. M.Sc., Ph Zaenuri Ahmad NIP.132163780 06/196294/TK/31992
Ketua Jurusan Teknik Mesin dan IndustriFakultas Teknik UGM
Dr.Ir.Suhanan DEA.NIP 13162448
DAFTAR ISI
Halaman Judul........................................................................................................................1
Halaman Pengesahan.............................................................................................................2
Daftar Isi................................................................................................................................3
A. Pendahuluan...............................................................................................................
B. Dasar Teori.................................................................................................................
C. Tujuan .......................................................................................................................
D. Pra Rancangan ...........................................................................................................
E. Pembagian Kerja .......................................................................................................
F. Rencana Anggaran ....................................................................................................
G. Jadwal pelaksaan .......................................................................................................
H. Gambar Pra Rancangan .............................................................................................
PEMANFAATAN MIKROHIDRO SEBAGAI PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK PADA SKALA RUMAH TANGGA
A. Pendahuluan
Kebutuhan energi listrik di Indonesia masih belum mencukupi. Sebagai contoh
adalah pemadaman listrik secara bergilir yang masih saja kita rasakan di berbagai
wilayah di Indonesia. Hal ini menunjukkan bahwasannya pasokan energi listrik yang
disediakan pemerintah melalui perusahaan PLN masih belum mencukupi kebutuhan
masyarakat. Padahal listrik, kini menjadi kebutuhan pokok bagi manusia,
sebagaimana kita ketahui bersama aktivitas kehidupan kita saat ini sangat bergantung
dengan teknologi yang sumber tenaganya berasal dari energi listrik. Misal untuk
keperluan rumah tangga seperti setrika, kulkas, kipas angin, televisi , lampu
penerangan dll. Kemudian untuk keperluan hampir semua aktivitas di industri dan
perkantoran di berbagai bidang, energi listrik merupakan komponen yang paling
dominan.
Merujuk surat keputusan menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM)
No.1122K/30/MEM/2002 tentang Pembangkit Skala Kecil Tersebar (PSK) dan
pemanfaatan energi baru terbarukan, bahwa penyediaan energi listrik bisa dilakukan
tidak hanya dengan suatu pembangkit dalam skala yang sangat besar dan terpusat,
namun juga bisa terpenuhi dengan memanfaatkan sumber-sumber pembangkit listrik
walaupun dalam skala yang kecil (Dirjen Listrik & Pemanfaatan Energi, 2005).
Sebenarnya listrik dapat dihasilkan sendiri meskipun dalam skala yang kecil,
yaitu yang kita sebut sebagai mikrohydro. Salah satu syarat yang dibutuhkan adalah
air yang mengalir kontinyu dan air yang mengalir dengan deras atau setidaknya aliran
air memiliki perbedaan ketinggian. Tapi memang daya yang dihantarkan tidak
sedahsyat energy listrik yang diberikan oleh PLN, namun cukup untuk keperluan
listrik daya rendah seperti lampu rumah.
Pembangkit listrik yang demikian disebut Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro. Disebut mikro karena daya yang dihasilkan tergolong kecil (masih dalam
hitungan ratusan kilowatt). Tenaga air ini bisa berasal dari saluran sungai, saluran
irigasi, air terjun alam, atau bahkan sekedar parit asal airnya kontinyu. Prinsip
kerjanya adalah memanfaatkan tinggi terjunnya dan jumlah debit air.
Teknik dari pembangkit listrik ini sangat sederhana, yaitu menggerakkan
turbin dengan memanfaatkan tenaga air. Untuk bisa menggerakkan turbin ini, harus
ada air yang mengalir deras karena perbedaan ketinggian. Jika di suatu daerah tidak
ada air yang mengalir deras, maka dibuat jalur air buatan misalnya bendungan kecil
yang berfungsi sebagai pembelok aliran air. Lalu, air yang mengalir deras akan
sanggup menggerakkan turbin yang disambungkan ke generator, sehingga
dihasilkanlah energi listrik.
Mikrohidro ini bisa dikatakan sebagai teknologi ramah lingkungan karena
tidak menghasilkan limbah atau sisa buangan yang berbahaya. Selain itu, bila
diterapkan pada desa-desa terpencil, mereka akan mengurangi pemakaian bahan bakar
fosil yang tidak bisa diperbaharui seperti minyak tanah atau pemakaian dari hasil
hutan seperti kayu bakar. Dan juga akan meningkatkan kepedulian masyarakat
terhadap hutan, karena bila ingin air terus mengalir, secara tidak langsung hutan harus
dijaga dari penebangan secara liar.
Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik
yang mengunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber
daya (resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketiggian
tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari
istalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan
energi listrik.
Biasanya Mikrohidro dibangun berdasarkan kenyataan bahwa adanya air yang
mengalir di suatu daerah dengan kapasitas dan ketinggian yang memadai. Istilah
kapasitas mengacu kepada jumlah volume aliran air persatuan waktu (flow capacity)
sedangan beda ketingglan daerah aliran sampai ke instalasi dikenal dengan istilah
head. Mikrohidro juga dikenal sebagai white resources dengan teluemahan bebas bisa
dikatakan "energi putih". Dikatakan demikian karena instalasi pembangkit listrik
seperti ini mengunakan sumber daya yang telah disediakan oleh alam dan ramah
lingkungan. Suatu kenyataan bahwa alam memiliki air terjun atau jenis lainnya yang
menjadi tempat air mengalir. Dengan teknologi sekarang maka energi aliran air
beserta energi perbedaan ketinggiannya dengan daerah tertentu (tempat instalasi akan
dibangun) dapat diubah menjadi energi listrik,
Secara teknis, Mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sumber
energi), turbin dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan
dari ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (rumah turbin). Di rumah instalasi air
tersebut akan menumbuk turbin dimana turbin sendiri, dipastikan akan menerima
energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa berputamya
poros turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian ditransmisikan ke generator
dengan mengunakan kopling. Dari generator akan dihaslikan energi listrik yang akan
masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke rumah-rumah atau
keperluan lainnya (beban). Begitulah secara ringkas proses Mikrohidro merubah
energi aliran dan ketinggian air menjadi energi listrik.
B. Dasar Teori
Mikrohidro adalah suatu sistem yang memanfaatkan air yang mengalir, atau
dialirkan sedemikian rupa, sehingga dapat menghasilkan energi listrik dalam skala
keperluan rumah tangga. Komponen pada sistem mikrohidro, tidak jauh berbeda
dengan sistem PLTA, yang antara lain adalah:
1. Turbin
2. Altenator atau generator
3. Transmisi roda gigi
Sedangkan untuk mendapatkan hasil atau energi listrik yang optimal bisa
ditambahkan komponen lain seperti nosel ataupun accumulator untuk menyimpan
energi listrik yang dihasilkan.
Prinsip kerja sistem mikrohidro adalah:
Pertama, aliran air diarahkan ke turbin sedemikian rupa sehingga turbin dapat
berputar. Putaran dapat terjadi karena aliran air menabrak sudu-sudu turbin sehingga
energi mekanis dari air diubah untuk menggerakkan turbin. Seiring perputaran turbin
maka poros turbin pun ikut berputar. Putaran dari poros turbin tidak dapat secara
langsung digunakan untuk memutar alternator karena putaran poros harus disesuaikan
dengan spesifikasi alternator. Karena itulah diperlukan adanya transmisi roda gigi,
tidak lain untuk menyesuaikan putaran seperti apa yang diinginkan (sesuai dengan
spesifikasi alternator).
Jika didasarkan pada pemakaian atau tidaknya nosel pada turbin, maka turbin
dapat dibedakan menjadi dua yaitu:
1. Turbin Impulse, dan
2. Turbin Reaksi.
Turbin impulse menggunakan nosel untuk mempercepat aliran, sedangkan turbin
reaksi dapat digunakan tanpa harus membuat nosel. Secara garis besar perbedaan
kedua jenis turbin diatas adalah sebagai berikut:
Jenis Turbin Turbin Impulse Turbin ReaksiKeunggulan Efisien pada head tingi
Tidak terpengaruh oleh pengotor air
Hasil lebih besar Efisiean pada head rendah
Kelemahan Tidak optimal pada head yang rendah
Perawatan susah dan mahal
Dalam dunia keteknikan dikenal banyak jenis turbin diantaranya adalah
Turbin Crossflow Francis, Pelton, Keplan,dan Turgo. Turbin Crossflow atau turbin
bangki dapat bekerja baik pada head yang randah serta debit air yang tidak terlalu
besar. Turbin Crossflow dapat bekerja effektif pada head 1 meter sampai dengan 12
meter. Banyak kemudahan yang bisa didapatkan dari turbin ini tidak hanya
pembuatannya yang mudah dan murah, perawatannya pun tidak mahal dan tidak
susah. Turbin Francis terdiri dari sudu sudu pengarah dan sudu jalan ynag keduanya
terendam dalam air. Turbin jenis ini menggunakan saluran berbentuk rumah keong
untuk mengalirkan air. Karena kerumitannya turbin ini tentu sulit untuk dibuat.
Turbin Kaplan seperti baling-baling kipas angin listrik. Kelengkungan sudu, jumlah
sudu, dan belokan air dalam sudu pada Turbin Kaplan lebih kecil jika dibandingkan
dengan Turbin Francis, karena turbin ini digunakan pada kapasitar aliran yang besar
dengan head yanng kecil.
( Dietzel, 1980)
C. Tujuan
1. Membuat rancangan mikrohidro yang mampu menghasilkan listrik dengan daya
minimal 200 watt.
2. Aplikasi ilmu yang telah dipelajari di bangku kuliah untuk kepentingan
masyarakat umum dalam hal penyediaan sumber energi listrik.
3. Menciptakan sumber energi listrik dalam skala kecil.
4. Memenuhi tugas Proyek Kompetisi.
D. Pra Rancangan
Untuk rancangan, telah ditentukan head sebesar 3 meter dan debit 20 liter/s.
BAGIAN I : TURBIN DAN NOZEL
1. Menentukan Jenis Turbin
Pemilihan jenis turbin dilakukan dengan menghitung specific speed. Specific speed
ditentukan dengan rumus sebagai berikut:
Ns=3. 65∗n∗√Q
H34
dimana :
Ns = specific speedn = putaran turbin (rpm)Q = Debit aliran air (m3/detik)H = Besar head (m)
Dengan asumsi turbin berputar pada kecepatan 250 rpm, debit 0.02 m/s dan besar
head adalah 3 meter, maka diperoleh:
Ns=3. 65∗250∗√0 .02
334
Ns = 57.35
Jenis Turbin Kecepatan Spesifik
Turbin Pelton 1 Nozel 4-20Turbin Pelton 20 Nozel 20-40Turbin Pelton 3 Nozel 40-70Turbin Francis Low Speed 30-82Turbin Francis Medium Speed 82-250Turbin Francis High Speed 250-350Turbin Kaplan/Propeler 270-1000Turbin Aliran Silang (Crossflow) 42-170
(Sumber: Sunarto, M., 1991, hal.60)
High head Medium head Low head
Impulse turbines Pelton
Turgo
cross-flow
multi-jet Pelton
Turgo
cross-flow
Reaction turbines Francis
Pump-as-turbine
(PAT)
propeller
Kaplan
(Sumber : Presentation Workshop Microhydro Design & Construction with Don Harris and the WNCREI Staff, May 26 & 27, 2007 )
Karena headnya relative kecil, maka dipilih turbin Crossflow
2. Menentukan Daya Teoritis Turbin
Daya teoritis turbin didapat sebagai berikut:
Ne= γ .Q . H75
η .t
dimana:
Ne = daya teoritis turbin (Hp)c = massa jenis air (1000 kg/ m3
Q = Debit aliran air (m3/detik)H = Besar head (m)η.t = efisiensi turbin
Maka diperoleh
Ne=1000⋅0 .02⋅375
⋅0 . 6
Ne = 0.48 Hp
= 0.352 Kw
3. Menentukan Faktor Daya Generator (Ng)
Nilai faktor daya sebuah generator berkisar antara 0.75-0.9 .
Ne=Ne⋅ηgNg=0 .352⋅0 . 8
Kemudian diambil nilai 0.8 sehingga didapat
Ng =0.2816 Kw
4. Menentukan Kecepatan Air Masuk Turbin
Besarnya kecepatan air masuk turbin dihitung dengan rumus:
dimana:
V = Kecepatan air masuk turbin (m/s)Cv = Koefisien kecepatan air, antara 0.96-0.985g = percepatan gravitasi (m/s2)h = head aliran (m)
Harga Cv diambil sekitar 0.96 sehingga didapat
V = 7.361 m/s
5. Menentukan Kecepatan Runner dan Diameter Runner
Rumus untuk menentukan kecepatan tangensial runner adalah:
dimana
φ = speed factor, antara 0.44-0.46, diambil 0.45α = Sudut masuk yang dibentuk oleh kecepatan absolut dan tangensial, diambil 160
maka
U=0 . 45∗7 . 361∗cos16∘
U = 3.184 m/s
Sedangakan diameter runner dicari dengan rumus sebagai berikut:
D=60∗Uπ∗n
dimana
D = diameter runner U = kecepatan tangensial runnern = putaran turbin ditentukan 250 rpm
maka
D=60∗3 .184π∗250
D≈0 .25 m D = 25 cm
6. Menentukan Diameter dalam runner
d = 2/3*D
= 2/3*25 d = 16.67 cm
7. Menentukan Panjang Sudu Turbin
Untuk menentukan panjang runner dapat digunakan rumus sebagai berikut
dimana
n = putaran turbin (250 rpm)Q = debit air (0.02 m3/s)H = head (3m) k = koefisien tebal semburan air terhadap diameter runner, ditentukan (0,075-1,50), dalam perencanaan diambil k=0.075
b=0 .006×250×0 .020 .075×3
B = 0.13 m
= 13 cm
Pada pelaksanaan diambil lebar nozel b = 25 cm
8. Menentukan Dimensi Penampang Nozel
Luas penampang turbin dapat diketehui dengan rumus
A=Qv
dimana
A = luas penampang turbinQ = debit air (0.02 m3/s)v = kecepatan (7.361 m/s)
didapat
A = 2.71 10-3 m2
Lebar nozel adalah sama dengan lebar sudu turbin yaitu 25 cm, sehingga dapat
dicari tinggi penampang nozel yaitu:
t=2 .71⋅10−3⋅1000025
t=1 .08cm
Untuk pelaksanaan diambil nilai t = 1.5 cm
BAGIAN 2: Transmisi
1. Menentukan Jenis Transmisi
Pada perancangan kali ini digunakan jenis transmisi pulley v belt karena ada
beberapa alasan yaitu:
a. Jenis transmisi ini dapat digunakan untuk merubah torsi dan putaran dari
turbin ke altenator
b. Mudah pemasangannya karena hanya perlu pulley dan belt
c. Akan slip jika ada kelebihan beban sehingga mengurangi kemungkinan
kerusakan komponen
d. Harga relatif murah dan mudah didapat di pasaran
e. Efisiensi tinggi
2. Perbandingan jari-jari pulley
Pada pulley berlaku hubungan
T 1∗n1=T2∗n2…………………….. ( 1 )
dan juga
V 1=V 2
n1∗r1=n2∗r2 ………………………. ( 2 )
Sehingga berlaku hubungan
T 1∗r2=T 2∗r1
Dalam perencanaan, jumlah rpm akan dinaikkan menjadi 3 kali sehingga torsi akan
berkurang menjadi sepertigannya (persamaan 1). Hal ini dilakukan karena altenator
hanya perlu torsi yang kecil untuk bekerja.
Untuk itu perbandingan jari-jari pulley adalah pulley dari turbin memiliki jari-jari tiga
kali lebih besar dari pulley untuk altenator. Pada perancangan kali ini di tentukan
besar pulley yaitu ;
D1 = 5 cm D2 = 15 cm
BAGIAN 3: Konstruksi
Secara garis besar, bentuk kerangka konstruksi mikrohidro ini adalah
bentuk kubus. Dengan spesifikasi antara lain :
a. Menggunakan plat profil L
Profil L dipilih dengan pertimbangan kuat, mudah didapat di pasaran, harga
relatife murah, dan mudah di assembly.
b. Assembly kombinasi antara baut dan las
Kombinasi ini dipandang sebagai assembly yang paling tepat.
c. Konstruksi dilapisi dengan cat untuk menghindari korosi
Pengoperasian mikrohidro selalu berada dilingkungan basah sehingga
rentan terhadap korosi, oleh karena itu penggunaan cat diharapkan dapat
mengurangi korosi.
E. Pembagian Kerja
1. Ketua : Zainuri Ahmad
NIM : 06/196294/TK/31992
Bagian Turbin
2. Achmad Syaiful Amri (Koordinator)
NIM : 06/193787/TK/316043. Prama Rustian Prabowo
NIM : 06/196297/TK/31993
4. Danang Purnomo Adi
NIM : 05/184724/TK/306535. Tompi Prasetya
NIM : 06/193833 /TK/31633
Bagian Transmisi
1. Zuhandri Fakhrizal Ahmad
NIM : 06/198153/TK/32230
2. Arma Nur Ariska
NIM : 06/193921/TK/31716
3. Arizal E Wicaksono
NIM : 06/197765/TK/32119
4. Fatkul Anam
NIM : 06/193860/TK/31660
Bagian Konstruksi
1. Akbar Nugroho
NIM : 06/198273/TK/32255
2. Adi Saputra
NIM : 06/193921/TK/31716
3. Subhan Hasisi
NIM : 06/197765/TK/32119
4. Irsyad Hasbi
06/198529/TK/32264
F. Rencana Anggaran Biaya
Rincian Biaya
No Uraian Satuan Biaya Satuan Biaya Total
1 Pipa Galvanis Φ 7.5 cm 1.5 meter 275,000.00 /6 meter Rp 68,750.00
2 Pipa Galvanis Φ 17 cm 25 cm 625,000.00 /6 meter Rp 26,000.00
3 Poros Besi 50 cm 485,000.00 /6 meter Rp 41,000.00
4 Plat almuninum 5 mm 2 x Φ25cm 30,000.00 /buah Rp 60,000.00
5 Pulley besar Φ 15 cm 1 buah 60,000.00 /buah Rp 60,000.00
6 Pulley kecil Φ 5 cm 1 buah 25,000.00 /buah Rp 25,000.00
7 Belt A22 mit 1 buah 40,000.00 /buah Rp 40,000.00
8 Altenator 1 buah 300,000.00 /buah Rp 300,000.00
9 Inverter 1 buah 350,000.00 /buah Rp 350,000.00
10 Besi Profil L 2 X 6 meter 75,000.00 /6meter Rp 150,000.00
11 Bearing 2 buah 30,000.00 /buah Rp 60,000.00
12 Mur baut M10 50 buah 600.00 /buah Rp 30,000.00
13 Cat semprot 1 kaleng 35,000.00 /buah Rp 35,000.00
14 Lem Plastik stell 5 buah 15,000.00 /buah Rp 75,000.00
15 Rivet 36 buah 1,000.00 /buah Rp 36,000.00
JUMLAH Rp 1,161,000.00
G. Gambar Pra Rancangan