Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu...

13
PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO DENGAN TURBIN PELTON SEBAGAI ALAT PERAGA MATA KULIAH ENERGI BARU DAN TERBARUKAN Oleh Didik Taranata Kusuma NIM: 612007038 Skripsi Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektronika Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga Februari 2015

Transcript of Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu...

Page 1: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter

PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO

HIDRO DENGAN TURBIN PELTON SEBAGAI ALAT PERAGA

MATA KULIAH ENERGI BARU DAN TERBARUKAN

Oleh

Didik Taranata Kusuma

NIM: 612007038

Skripsi

Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektronika

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Februari 2015

Page 2: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter
Page 3: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter
Page 4: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter

Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan Turbin Pelton

Sebagai Alat Peraga Mata Kuliah Energi Baru Dan Terbarukan

Oleh :

Didik Taranata Kusuma

NIM : 612007038

Skripsi ini telah diterima dan disahkan

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

dalam

Konsentrasi Teknik Elektronika

Program Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Disahkan oleh :

Pembimbing I Pembimbing II

Deddy Susilo, M.Eng. Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng.

Tanggal : Tanggal :

Page 5: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

Saya, yang bertanda tangan dibawah ini:

NAMA : Didik Taranata Kusuma

NIM : 612007038

JUDUL SKRIPSI : Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro

Dengan Turbin Pelton Sebagai Alat Peraga Mata

Kuliah Energi Baru Dan Terbarukan

Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata

ditemukan unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi

apapun sesuai aturan yang berlaku.

Salatiga, 16 Februari 2015

Didik Taranata Kusuma

Materai Rp,

6000,-

Tanda Tangan

Page 6: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter

INTISARI

Seiring dengan perkembangan peradaban manusia, tingkat kebutuhan energi

manusia juga semakin meningkat. Pemenuhan energi ini sebagian besar berasal dari

pembakaran bahan bakar fosil yang berumur jutaan tahun dan tidak dapat diperbaharui.

Solusi dari masalah ini adalah dikembangkannya energi alternatif, salah satunya yaitu

dari tenaga air skala kecil dapat berupa aliran sungai, irigasi, dan air terjun atau biasa

disebut Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH).

Tujuan dari skripsi ini adalah untuk merealisasikan suatu alat miniatur PLTMH

sebagai alat peraga mata kuliah energi baru dan terbarukan, Fakultas Teknik Elektronika

dan Komputasi Universitas Kristen Satya Wacana. Cara kerjanya dengan menggerakkan

turbin pelton untuk memutar generator menggunakan sumber dari pompa air, keluaran

dari generator berupa tegangan dan arus ditampilkan dalam display 7 segment. debit air

didapatkan dari hasil pembacaan sensor flowmeter oleh mikrokontroler.

Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar

37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter luar 20 cm dengan diameter nozzle 8

mm. Sistem mempunyai daya PLTMH pada keluaran nozzle sebesar 18 W, dengan debit

maksimal yang dapat dihasilkan adalah 0.45 x 10-3 m3/s. Tegangan keluaran pada

generator tanpa beban adalah 41.2 VDC, sedangkan daya keluaran menggunakan beban

yaitu berupa regulator untuk pengisian aki kering 12 V 7.2 A adalah 5.814 W,

sedangkan untuk daya menggunakan beban lampu pijar 100 W adalah sebesar 5 W.

Page 7: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter

ABSTRACT

Along with the development of human civilization, the level of human need

upon energy have also increased. Fulfillment of this energy mostly comes from the

unrenewable fossil fuels. The solution of this problem is alternative energy, one of

which is coming from energy of the small scale water streams, such as small river flow,

irrigation, and waterfalls or what we usually call with the Micro-hydro power plants.

The purpose of this thesis is to realize a demo tool Micro-hydro power plants for

the studying new and renewable energy resources at Electronics and Computer

Engineering Faculty, Satya Wacana Christian University. The demo tool works by

rotating turbine pelton to drive a generator, using water pump to circulate the water. The

output voltage and current of the generator were shown in 7 segment display. The value

of flow rate was available from the result of water flow sensor readings by the

microcontroller.

Turbine uses 12 pieces of cup, each other have a width of 37 mm and depth of

14 mm. Outer diameter of the turbine is 20 cm, with nozzle diameter is 8 mm. The

power of micro-hydro coming from the nozzle is 18 W, with maximum flow rate of

0.45 x 10-3 m3/s or 27 liter/minute. Output of the generator without load is 41.2 VDC.

Meanwhile the power output of the generator with load of regulator for battery charging

is 5.814 W and power output of the generator with load a 100 W lamp is 5 W.

Page 8: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan

karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta

penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik

Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.

Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada

berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini :

1. Allah SWT atas semua kasih karunia yang tak terkira sehingga penulis dapat

mengentaskan diri dari kampus ini.

2. “Sendiko Dawuh”, Bapak Muslihan dan Ibu Lasmi terima kasih untuk

segalanya, kalianlah sumber semangat terbesar dalam hidupku.

3. Bapak Deddy Susilo, M.Eng. dan Bapak Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng.

selaku pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan,

arahan dan ide-ide cemerlang yang menginspirasi penulis selama

mengerjakan skripsi ini.

4. Adik-adikku Siena Wahlul Arzaqi dan Muhammad Mukhtar Abdul

Mannaan, kalianlah penghibur dan semangatku.

5. Lestari Utami Larasati S.E. yang “gemesin” terima kasih atas doa dan

semangatnya.

6. Seluruh staff dosen, staff TU, karyawan dan laboran FTEK, terima kasih

atas semua perhatian bantuannya.

7. Para penghuni Lab XT selama penulis mengerjakan skripsi, Robot, Icha,

Anhika, Rendy, Rion, Agus, Man, Nofan, Coy, Lemu, Kunto, Cyntia,

Bopak, Asto, Mas Deka, Mas Ari, Mas Trisno, Mas Dito, Dhani, Christo,

Astu, Martino.

8. “Mahasisa” angkatan 2007, kita yang terakhir tahun ini!!!

9. Teman-teman kontrakan Jln. Domas no.50, teman-teman nongkrong dan

teman-teman lainnya.

Page 9: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter

10. Bapak keamanan kampus dan staff kampus, terima kasih atas semua

perhatian dan pengertiannya.

11. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis

mengucapkan terima kasih.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga

skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.

Salatiga, Februari 2015

Penulis

Page 10: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter

DAFTAR ISI

INTISARI ...................................................................................................................... i

ABSTRACT ..................................................................................................................ii

KATA PENGANTAR ................................................................................................. iii

DAFTAR ISI ................................................................................................................. v

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. vii

DAFTAR TABEL ......................................................................................................viii

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................... 1

1.2 Spesifikasi Sistem............................................................................. 2

1.3 Sistematika Penulisan ....................................................................... 2

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................... 3

2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro .......................................... 3

2.2 Turbin Air ........................................................................................ 4

2.3 Generator ....................................................................................... 10

2.4 Pengatur Tegangan ......................................................................... 10

2.5 Mikrokontroler ATMega16 ............................................................ 10

2.6 Akumulator .................................................................................... 12

2.7 Sensor Flowmeter ........................................................................... 13

2.8 Display ........................................................................................... 13

BAB III PERANCANGAN SISTEM .................................................................... 14

3.1 Cara Kerja Sistem ........................................................................... 15

3.2 Perancangan Perangkat Keras ......................................................... 15

3.2.1 Pompa Air ........................................................................... 15

3.2.2 Turbin Pelton ....................................................................... 17

3.2.3 Nozzle .................................................................................. 18

3.2.4 Rumah Turbin ..................................................................... 18

3.2.5 Generator ............................................................................. 19

3.2.6 Sensor Flowmeter ................................................................ 19

3.2.7 Mikrokontroler ATMega16 .................................................. 19

3.2.8 Modul Regulator dan Display.............................................. 20

Page 11: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter

3.2.9 Meja Alat ............................................................................ 22

3.3 Perancangan Perangkat Lunak ........................................................ 23

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ............................................................... 24

4.1 Pengujian Sensor Flowmeter .......................................................... 24

4.2 Pengujian Modul pompa Air .......................................................... 26

4.3 Pengujian Output Generator ........................................................... 26

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 30

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 31

LAMPIRAN

Page 12: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema PLTMH ....................................................................................... 3

Gambar 2.2 Gambar 2.2 Turbin Francis ...................................................................... 5

Gambar 2.3 Turbin Propeller / Kaplan ........................................................................ 6

Gambar 2.4 Perbandingan Jenis Turbin Berdasarkan Debit Air dan Head ................... 6

Gambar 2.5 Turbin Pelton .......................................................................................... 7

Gambar 2.6 Kecepatan Zat Cair yang Keluar Dari Dasar Sebuah Wadah .................... 8

Gambar 2.7 Persamaan Kontinuitas ............................................................................ 9

Gambar 2.8 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega16 .......................................... 11

Gambar 2.9 Aki ........................................................................................................ 12

Gambar 2.10 Sensor Flowmeter .................................................................................. 13

Gambar 3.1 Diagram Alat ......................................................................................... 14

Gambar 3.2 Untai Pengatur Debit Air ....................................................................... 15

Gambar 3.3 Realisasi Pengatur Debit Air .................................................................. 16

Gambar 3.4 Sudu Turbin .......................................................................................... 17

Gambar 3.5 Sketsa Piringan dan Penghubung Turbin pelton ..................................... 17

Gambar 3.6 Realisasi Turbin Pelton .......................................................................... 18

Gambar 3.7 Nozzle ................................................................................................... 18

Gambar 3.8 Rumah turbin ........................................................................................ 18

Gambar 3.9 Generator .............................................................................................. 19

Gambar 3.10 Sensor Flowmeter .................................................................................. 19

Gambar 3.11 Untai Regulator LM2596-Adj ............................................................... 20

Gambar 3.12 Konfigurasi Display LCD Debit Air dan

Display Tegangan & Arus Pompa Air ................................................... 21

Gambar 3.13 Untai regulator LM7805 ....................................................................... 21

Gambar 3.14 Realisasi Bagian Display ....................................................................... 21

Gambar 3.15 Meja Alat .............................................................................................. 22

Gambar 3.16 Diagram Alir Perangkat Lunak .............................................................. 23

Gambar 4.1 Pengujian Flowmeter ............................................................................. 24

Gambar 4.2 Pengujian Keluaran Generator Pada Beban Regulator ........................... 27

Gambar 4.3 Pengujian Keluaran Generator Pada Beban Lampu Pijar ........................ 27

Page 13: Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan ......Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar 37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Konfigurasi Penggunaan PIN ATMega16 .................................................. 20

Tabel 4.1 Pengujian Modul Pompa Air ...................................................................... 26

Tabel 4.2 Pengujian Output Generator Tanpa Beban .................................................. 27

Tabel 4.3 Pengujian Output Generator Dengan Beban

Regulator Pengisian Aki ............................................................................. 28

Tabel 4.4 Pengujian Output Generator Dengan Beban

Lampu Pijar 100 W ..................................................................................... 28