Rancang Bangun Instalasi Pembangkit Listrik Piko Hidro Menggunakan Pompa Sentrifugal Dengan Total Head (H) 12 M Dan Kapasitas (Q) 1,25 M3/Menit Sebagai Turbin
RANCANG BANGUN INSTALASI PEMBANGKIT LISTRIK
PIKO HIDRO MENGGUNAKAN POMPA SENTRIFUGAL
DENGAN TOTAL HEAD
(H)
12 M DAN
KAPASITAS
(Q)
1,25 M
3/MENIT SEBAGAI TURBIN
SKRIPSI
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
061101005
P. PUTRA S. SITUNGKIR NIM. 060401086
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
ABSTRAK
Penggunaan turbin air didalam sistem pembangkit tenaga listrik saat ini masih sangat dominan karena hanya memanfaatkan aliran air yang tersedia di alam. Dalam pemakaiannya kita harus memilih dan menentukan karakteristik turbin sesuai dengan kondisi dan tempat di mana turbin air dipasang agar dihasilkan energi yang optimal.
Biasanya pompa digerakkan oleh motor listrik untuk menaikkan sejumlah air sampai pada ketinggian tertentu. Pada aplikasi pompa sebagai turbin (PAT), prinsip kerja pompa dibalik - yaitu diberi jatuhan air dari ketinggian tertentu untuk memutar impeller pompa. Putaran impeller ini akan diteruskan untuk memutar generator sehingga dihasilkan tenaga listrik. Instalasi Pump As Turbin ini merupakan salah satu instalasi turbin air yang mempunyai kapasitas lebih kecil daripada turbin-turbin yang lazim digunakan pada pembangkit listrik. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pompa sentrifugal dengan total head (H) 12 m dan kapasitas (Q) 1,25 m3/menit yang dioperasikan
sebagai turbin pada instalasi pembangkit listrik piko hidro (daya kurang dari 5 kW) dapat diandalkan dengan efisiensi yang cukup tinggi (31,39 %) dan menghasilkan daya 400,19 Watt pada head 9,29 meter (diukur dari poros pompa) dengan ketinggian air dalam tempat penampungan atas (TPA) 50 cm.
(10)
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan hikmat, pengetahuan dan karunia-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini dengan baik. Adapun judul dari tugas sarjana ini adalah Rancang Bangun Instalasi Pembangkit Listrik Piko Hidro Menggunakan Pompa Sentrifugal Dengan Total Head (H) 12 m dan Kapasitas (Q) 12,5 m3/menit Sebagai Turbin.
Tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat bagi setiap mahasiswa Teknik Mesin untuk menyelesaikan studi pada jenjang Strata Satu (S1) di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan skripsi ini Penulis menghadapi masalah dalam hal instalasi dan pemasangan alat pengujian. Namun, semangat team work yang tidak pernah surut membuat penulisan skripsi ini pun dapat diselesaikan.
Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas sarjana ini, terutama kepada :
1. Bapak Dr. Ir. Himsar Ambarita, ST. MT, selaku dosen pembimbing yang senantiasa mendampingi Penulis dan yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga serta pemikiran dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
2. Bapak Tulus B. Sitorus , ST. MT, selaku dosen yang yang telah banyak membantu Penulis dalam hal kelancaran administrasi dalam penyelesaian tugas sarjana ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin,
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Orangtua dan Keluarga tercinta Penulis yang senantiasa mendampingi (sejak awal perkuliahan), memberikan semangat dan dukungan, baik berupa doa dan materil demi
(11)
5. Segenap staff pengajar, staff administrasi dan asisten Laboratorium Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
6. Albert Steven Chu dan Hansen selaku Pump As Turbine Group yang senantiasa saling berdampingan dalam memberi semangat serta dukungan dari awal hingga selesainya penulisan tugas sarjana ini.
7. Adik saya Ruth C. K. Dalimunthe yang senantiasa mendampingi dan memberi semangat (moril dan spiritual) kepada Penulis dari awal hingga selesainya penulisan tugas sarjana ini.
8. Rekan-rekan seperjuangan, khususnya Stambuk 2006 yang telah banyak membantu memberikan dukungan kepada Penulis dari awal perkuliahan hingga selesainya tugas sarjana ini.
Akhir kata, Penulis berharap agar tugas sarjana ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih.
Medan, Maret 2011 Penulis,
P. PUTRA S. SITUNGKIR NIM. 060401086
(12)
DAFTAR ISI
ABSTRAK... i
KATA PENGANTAR... ii
DAFTAR ISI... iv
DAFTAR SIMBOL... vi
AKSARA YUNANI... vii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian... 5
1.3 Batasan Masalah... 5
1.4 Metodologi Penelitian... 6
1.5 Keluaran Skripsi... 7
1.6 Sistematika Penulisan... 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Peng ertian Pompa... 9
2.2 Klasi fikasi Pompa... 11
2.3 Turbi n air... 16
2.4 Peng gunaan Pompa Sebagai Turbin... 29
2.5 Gene rator... 31
2.6 Daya PAT(Pump As Turbine)... 37
(13)
2.7 Daya
Air... 37
2.8 Effisi ensi PAT... 38
BAB III METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN 3.1 Umum... 39
3.2 Pengujian Pompa Sebagai Turbin... 40
3.3 Rancang Bangun Instalasi... 42
3.4 Peralatan Pengujian... 43
3.5 Pelaksanaan Pengujian... 49
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Perhitungan Efisiensi Pengujian PAT Dengan Pompa Sentrifugal 4 (Empat) Inchi... 53
4.2 Grafik Hasil Pengujian ... 61
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 64
5.2 Saran... 65
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
(14)
DAFTAR SIMBOL
SIMBOL ARTI SATUAN
A Luas Penampang m2
D Diameter mm
f Koefisien Gesekan
-g Percepatan Gravitasi m/s2
Heff Head Effektif m
hf Head Loses Mayor m
hm Head Loses Minor m
I Kuat Arus ampere
L Panjang Pipa m
n Putaran rpm
PPAT Daya PAT watt
(15)
V Tegangan Listrik volt
v Kecepatan m/s
AKSARA YUNANI
LAMBANG ARTI SATUAN
Effisiensi %
(rho) Massa Jenis kg/m3
(gamma) Berat Jenis N/m3(16)
ABSTRAK
Penggunaan turbin air didalam sistem pembangkit tenaga listrik saat ini masih sangat dominan karena hanya memanfaatkan aliran air yang tersedia di alam. Dalam pemakaiannya kita harus memilih dan menentukan karakteristik turbin sesuai dengan kondisi dan tempat di mana turbin air dipasang agar dihasilkan energi yang optimal.
Biasanya pompa digerakkan oleh motor listrik untuk menaikkan sejumlah air sampai pada ketinggian tertentu. Pada aplikasi pompa sebagai turbin (PAT), prinsip kerja pompa dibalik - yaitu diberi jatuhan air dari ketinggian tertentu untuk memutar impeller pompa. Putaran impeller ini akan diteruskan untuk memutar generator sehingga dihasilkan tenaga listrik. Instalasi Pump As Turbin ini merupakan salah satu instalasi turbin air yang mempunyai kapasitas lebih kecil daripada turbin-turbin yang lazim digunakan pada pembangkit listrik. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pompa sentrifugal dengan total head (H) 12 m dan kapasitas (Q) 1,25 m3/menit yang dioperasikan
sebagai turbin pada instalasi pembangkit listrik piko hidro (daya kurang dari 5 kW) dapat diandalkan dengan efisiensi yang cukup tinggi (31,39 %) dan menghasilkan daya 400,19 Watt pada head 9,29 meter (diukur dari poros pompa) dengan ketinggian air dalam tempat penampungan atas (TPA) 50 cm.
(17)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Indonesia adalah negara kepulauan dengan jumlah pulau yang mencapai ribuan. Dari sekian banyak pulau tersebut belum semua pulau yang dihuni manusia dapat menikmati listrik. Akibat sulitnya lokasi yang tidak dapat dijangkau oleh jaringan listrik PLN, secara sosial lingkungan timbul kesenjangan perekonomian, pendidikan, dan kesehatan.
Kemajuan teknologi sekarang banyak dibuat peralatan-peralatan yang inovatif dan tepat guna. Salah satu contoh dalam bidang teknik mesin terutama dalam bidang konversi energi dan pemanfaatan alam sebagai sumber energi. Diantaranya adalah pemanfaatan air yang bisa digunakan untuk menghasilkan listrik.
Pembahasan sumber daya energi sangatlah penting karena dapat menggambarkan potensi dan prospek pemanfaatannya di masa depan. Penggunaan energi dapat membawa dampak yang negatif bagi lingkungan. Penggunaan energi
(18)
dapat menimbulkan polusi karena adanya limbah padat, limbah cair, dan gas buang. Seiring dengan meningkatnya penggunaan energi, saat ini aspek lingkungan dalam pembangunan mendapat perhatian yang serius. Pemerintah telah mengeluarkan Undang-Undang (UU) No. 23 tahun 1997 tentang Pengelolaan Lingkungan Hidup yang ditujukan untuk mengurangi dampak negatif kegiatan pembangunan terhadap lingkungan. Melengkapi UU tersebut diterbitkan UU No. 27 Tahun 1999 tentang Analisis Mengenai Dampak Lingkungan (AMDAL). Dalam perkembangan selanjutnya masalah ini selalu dikaitkan dengan konsep pembangunan berkelanjutan (sustainable development).
Salah satu opsi dalam pengembangan sektor energi adalah pemanfaatan Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro (PLTM) dan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) untuk daerah terpencil yang tidak terjangkau oleh jaringan listrik PLN. Pembangunan PLTM dan PLTMH tidak memerlukan relokasi tempat tinggal masyarakat setempat akibat pembuatan bendungan atau waduk. Lebih jauh, pemanfaatan PLTM dan PLTMH diharapkan dapat menyediakan tenaga listrik yang murah dan ramah lingkungan serta dapat berdampak pada kesadaran masyarakat untuk melestarikan hutan sebagai penjaga kelestarian sumber daya air. Di Indonesia potensi tenaga air untuk pengembangan PLTMH cukup besar yaitu 458,75 MW. Potensi energi air yang ada di Indonesia belum termanfaatkan secara maksimal karena belum tergalinya potensi teknologi PLTMH, padahal teknologi ini sangat cocok digunakan untuk daerah pedesaan yang berpotensi. Untuk itu perlu dilakukan penelitian PLTMH yang tepat untuk kondisi lingkungan dan sosial di Indonesia untuk mendapatkan desain PLTMH yang sederhana dan handal.
(19)
Indonesia memiliki potensi tenaga air yang cukup besar karena kondisi topografi yang sangat mendukung, yaitu bergunung dan berbukit serta dialiri oleh banyak sungai serta adanya danau yang cukup potensial sebagai sumber tenaga air. Potensi tenaga air tersebut tersebar di seluruh wilayah Indonesia, namun tidak semua wilayah mempunyai peluang untuk dapat dikembangkan secara optimal. Pada Gambar 1.1 ditunjukkan penyebaran potensi tenaga air untuk PLTM dan PLTMH di wilayah Indonesia.
Gambar 1.1 Penyebaran Potensi PLTM dan PLTMH Di Wilayah Indonesia[15]
Dengan melihat besarnya potensi energi terbarukan tersebut dan rasio elektrifikasi tiap pulau di Indonesia yang tidak merata, maka perlu dibuat sebuah pembangkit kecil yang mampu memanfaatkan sumber energi terbarukan yang tersedia secara lokal.
Keuntungan dari pengembangan PLTM dan PLTMH bagi masyarakat pedesaan dan desa terpencil antara lain:
1. Lokasi sumber daya air untuk PLTM dan PLTMH pada umumnya berada di wilayah pedesaan dan desa terpencil yang belum terjangkau jaringan listrik.
(20)
2. Penggunaan energi konvensional, seperti batu bara untuk pembangkit tenaga listrik di wilayah ini akan memerlukan biaya yang tinggi karena adanya tambahan biaya transportasi bahan bakar.
3. Mengurangi ketergantungan pada penggunaan bahan bakar fosil.
4. Meningkatkan kegiatan perekonomian, sehingga diharapkan dapat menambah penghasilan masyarakat.
Di Sumatera Utara contohnya, sudah dibangun dua buah pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTMH), masing-masing berlokasi di Asahan dan Tapanuli Tengah, yang dibangun pada tahun 2005 dan 2006. Dua pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTMH) akan dibangun lagi di wilayah Pakpak Bharat dan Humbang Hasundutan, Sumatera Utara. Pembangunan pembangkit listrik tenaga air tersebut merupakan realisasi pemerintah untuk mengurangi jumlah rumah tangga (RT) yang belum memperoleh sambungan listrik PLN, yang besarnya sekitar 500.000 rumah tangga. Hal itu dikatakan Mantan Kadis Pertambangan dan Energi Sumut, Ir. Washington Tambunan, kepada wartawan di Medan. Pembangkit listrik tenaga mikro hidro tersebut akan menghasilkan listrik dengan kapasitas sebesar 30 hingga 40 kilowatt. Sebenarnya masih banyak daerah di Sumatera Utara yang berpotensi untuk dibangun pembangkit listrik tenaga mikro hidro, tetapi terkendala oleh teknologi dan biaya.
Fakta di atas menunjukkan bahwa pembangkit listrik tenaga mikro hidro sangat sesuai digunakan di Indonesia. Potensi ini sangat banyak dan tidak digunakan dengan maksimal. Oleh karena itu, untuk mendapatkan manfaat dari sumber energi yang terbuang ini sangat dibutuhkan pengembangan teknologi PLTM dan PLTMH. Melihat potensi yang ada pengembangan teknologi ini
(21)
menjadi salah satu terobosan dalam memenuhi kebutuhan listrik di pedesaan dan desa terpencil. Inilah yang menjadi latar belakang tugas akhir ini.
1.2 MAKSUD DAN TUJUAN PENELITIAN
Maksud dari penelitian skripsi ini adalah untuk memenuhi syarat lulus mendapatkan gelar Sarjana. Adapun tujuan dari penulisan ini adalah:
1. Merancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro menggunakan pompa sentrifugal yang dioperasikan sebagai turbin. Rancang bangun instalasi ini dapat melakukan pengujian pada beberapa variasi head dan debit aliran air terjun.
2. Setelah dibangun, rancang bangun instalasi ini akan digunakan untuk menguji performansi sebuah pompa sentrifugal jika dioperasikan sebagai turbin. Dengan pengujian ini kita akan dapat menentukan apakah sebuah air terjun kecil di pedesaan dan daerah pedalaman dapat digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga pyco hydro (beberapa literatur menyebut daya kurang dari 5 kW disebut piko hidro) dan kondisi operasi bagaimana yang paling baik digunakan untuk air terjun tersebut, sehingga dengan melihat kondisi di lapangan kita akan langsung dapat menentukan sistem rancangan dan jenis pompa yang paling efisien untuk digunakan.
(22)
1.3 BATASAN MASALAH
Rancang bangun instalasi ini diharapkan menjadi salah satu alternatif yang ekonomis untuk pembangkit listrik tenaga air piko hidro dengan menggunakan pompa sentrifugal sebagai turbin. Melihat cakupan masalah begitu luas, maka perlu dilakukan pembatasan masalah yang akan diuji, yaitu:
1. Perhitungan efisiensi penggunaan pompa sentrifugal (dengan spesifikasi;
head total (H)12 meter, kapasitas (Q)1,25 m3/menit) pada ketinggian (H) 5,18 meter dan(H)9,29 meter (diukur dari poros pompa) sebagai turbin. 2. Memperhatikan perilaku dan karakteristik pompa sentrifugal yang
digunakan sebagai turbin pada debit air, putaran pompa dan putaran generator (rpm), tegangan listrik (volt), dan kuat arus (ampere) terhadap pembebanan (bola lampu) 0 W, 100 W, 200 W, 300 W dan 400 W.
1.4 METODOLOGI PENELITIAN
1. Studi Literatur
Berupa studi kepustakaan dengan mempelajari buku-buku, jurnal-jurnal, artikel maupun karya-karya ilmiah yang terkait, baik yang bersumber dari media cetak, elektronik maupun dari internet.
2. Diskusi Interaktif
Melakukan diskusi dalam bentuk tanya-jawab antara mahasiswa dan dosen pembimbing menyangkut hal-hal yang berkaitan dengan rancang bangun instalasi ini serta memecahkan permasalahan yang dihadapi secara bersama. 3. Rancang Bangun Instalasi Dan Alat Penelitian
(23)
1.6 SISTEMATIKA PENULISAN
Laporan ini adalah buku skripsi yang terdiri atas beberapa Bab, yaitu:
1. BAB I : Pendahuluan yang meliputi latar belakang penulisan, maskud dan tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penelitian, keluaran skripsi serta sistematika penulisan.
2. BAB II : Tinjauan pustaka yang berisi teori dasar pompa, turbin air, sistem PAT(Pump As Turbine)dan generator.
3. BAB III : Metodologi dan alat penelitian berisi sistematika atau alur (flow)
proses pengujian dilakukan. 4. BAB IV : Hasil pengujian dan analisa. 5. BAB V : Kesimpulan dan saran. 6. DAFTAR PUSTAKA
(24)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 PENGERTIAN POMPA
Gaya gravitasi menyebabkan fluida cair mengalir dari satu tempat yang relatif tinggi menuju tempat yang relatif lebih rendah. Fluida cair pada tekanan tinggi memiliki energi potensial yang relatif lebih besar jika dibandingkan dengan fluida cair pada tekanan yang rendah. Oleh karenanya, fluida cair akan mengalir dari tempat bertekanan tinggi menuju tempat bertekanan rendah.
Banyak pengertian tentang pompa, namun pengertian pompa yang dipakai secara umum adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Pompa merupakan sebuah mesin yang mampu menambahkan tekanan ataupun energi kepada fluida cair. Kenaikan tekanan cairan tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan-hambatan pengaliran. Hambatan-hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan, perbedaan ketinggian atau hambatan gesek. Dengan memasang pompa, fluida cair akan mampu dialirkan dari tempat berdataran rendah menuju tempat yang relatif lebih tinggi.
(25)
Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge). Dengan kata lain, pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini berguna untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada di sepanjang pengaliran.
Sistim pemompaan bertanggung jawab terhadap hampir 20% kebutuhan energi listrik dunia dan penggunaan energi dalam operasi pabrik industri tertentu berkisar 25-50%(US DOE, 2004).
Gambar 2.1 Sistem Pemompaan Dalam Sebuah Industri (US DOE, 2001)[12]
Secara umum, komponen utama sistem pemompaan (seperti yang terlihat dalam Gambar 2.1 di atas) adalah:
1. Pompa
2. Mesin penggerak: motor listrik, mesin diesel atau sistem udara 3. Pemipaan, digunakan untuk membawa fluida
4. Kran, digunakan untuk mengendalikan aliran dalam sistem 5. Sambungan, pengendalian dan instrumentasi lainnya
(26)
6. Peralatan pengguna akhir, yang memiliki berbagai persyaratan (misalnya tekanan, aliran) yang menentukan komponen dan susunan sistim pemompaan. Contohnya adalah alat penukar panas, tangki dan mesin hidrolik.
2.2 KLASIFIKASI POMPA
Klasifikasi pompa menurut prinsip operasi dasarnya, dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian yaitu pompa kerja positif (positive displacement pump) dan pompa kerja dinamis (dynamic pump) atau yang sering disebut sebagai pompa sentrifugal.
Pada prinsipnya, cairan apapun dapat ditangani oleh berbagai rancangan pompa. Jika berbagai rancangan pompa digunakan, pompa sentrifugal biasanya yang paling ekonomis diikuti oleh pompa rotary dan reciprocating. Walaupun pompa perpindahan positif biasanya lebih efisien daripada pompa sentrifugal, namun keuntungan efisiensi yang lebih tinggi cenderung diimbangi dengan meningkatnya biaya perawatan.
Gambar 2.2 di bawah ini akan menjelaskan berbagai jenis pompa yang hadir dalam berbagai ukuran untuk penggunaan yang luas.
(27)
Gambar 2.2 Berbagai Jenis Pompa[12]
2.2.1 Pompa Kerja Positif(Positive Displacement Pump)
Pompa perpindahan positif dikenal dengan caranya beroperasi, yaitu cairan diambil dari salah satu ujung dan pada ujung lainnya dialirkan secara positif untuk setiap putarannya. Energi mekanik dari putaran poros pompa dirubah menjadi energi tekanan untuk memompakan fluida.
Pada pompa kerja positif kenaikan tekanan cairan di dalam pompa disebabkan oleh pengecilan volume ruangan yang ditempati cairan tersebut. Adanya elemen yang bergerak dalam ruangan tersebut menyebabkan volume ruangan akan membesar atau mengecil sesuai dengan gerakan elemen tersebut. Pada pompa jenis ini dihasilkanhead yang tinggi tetapi kapasitas yang dihasilkan rendah.
Pompa perpindahan positif digunakan secara luas untuk pemompaan fluida selain air, biasanya fluida kental. Pompa perpindahan positif selanjutnya digolongkan berdasarkan cara perpindahannya, yaitu: pompa rotary dan pompa torak (piston).
2.2.2 Pompa Kerja Dinamis(Dynamic Pump)
Sering juga disebut sebagai pompa sentrifugal. Gaya sentrifugal adalah sebuah gaya yang mengakibatkan benda atau partikel terlempar ke luar dalam
(28)
lintasan melengkung (melingkar). Pompa sentrifugal merupakan suatu pompa yang memiliki elemen utama sebuah motor dengan sudu impeller berputar dengan kecepatan tinggi. Fluida masuk dipercepat oleh impeller yang menaikkan kecepatan fluida maupun tekanannya dan melemparkan ke luar volut. Biasanya lebih dari 75 % pompa yang dipasang di sebuah industri adalah pompa sentrifugal. Prinsip kerjanya adalah mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam
casing.
2.2.2.1 Prinsip Kerja Sentrifugal
Pompa sentrifugal mempunyai sebuah impeller (baling-baling) untuk mengangkat zat cairan dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan pada poros pompa untuk memutarkan impeller di dalam zat cair. Maka zat cair yang ada di dalam impeller oleh dorongan sudu-sudu dapat berputar. Karena timbul gaya sentrifugal, maka zat cair mengalir dari tengah impeller ke luar melalui saluran di antara sudu-sudu. Disini head tekanan zat cair menjadi lebih tinggi. Demikian juga head kecepatannya menjadi lebih tinggi karena mengalami percepatan. Zat cair yang keluar melalui impeller akan ditampung oleh saluran berbentuk volute (spiral) dikelilingi impeller dan disalurkan keluar pompa melalui nozel (outlet/discharge). Di dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan. Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja pada zat cair sehingga energi yang dikandungnya menjadi lebih besar. Selisih energi per satuan berat atau head total zat cair antara
(29)
Dari uarian di atas, jelas bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan perubahan head tekanan, head kecepatan dan head potensial pada zat cair yang mengalir secara kontinu.
Gambar 2.3 Aliran Fluida Dalam Pompa Sentrifugal[14]
Menurut proses perpindahan energi dan benda cair sebagai bahan aliran, maka pompa sentrifugal termasuk mesin aliran fluida hidraulik. Rumus utama
Euler untuk mesin aliran fluida juga berlaku untuk pompa ini. Tinggi kenaikan dari pompa sentrifugal adalah sama dengan perbandingan kwadrat dari kecepatan putar pompa.
Karakteristik pompa sentrifugal ditentukan oleh besaran-besaran sebagai berikut:
1. Volume fluida yang dipompaV
2. Tinggi kenaikanH
(30)
4. Daya yang dibutuhkan untuk memutar pompa
Pompa sentrifugal mempunyai daerah penggunaan yang sangat luas, seperti pada pemakaian dalam masalah ekonomi air, mesin tenaga dan instalasi pemanas, kimia maupun petro kimia, perkapalan dan pompa yang dipakai di tambang-tambang. Lingkup penggunaan pompa sangat luas dengan berbagai kebutuhan terhadap kapasitas dan tinggi kenaikan yang berbeda-beda. Kadang-kadang pompa harus dibuat secara khusus sedemikian rupa sesuai dengan kebutuhan terhadap kapasitas pompa yang dibutuhkan, tinggi kenaikan dan bahan (fluida) yang akan dipompa, serta terdapat juga persyaratan khusus dari tempat di mana pompa tersebut akan dipasang, dari kemungkinan pemilihan mesin penggerak pompa dan dari masalah perawatan pompa tersebut.
2.2.2.2 Bagian-Bagian Pompa Sentrifugal
Pada pompa sentrifugal, fluida cair digerakkan oleh gaya sentrifugal dari daerah yang bertekanan rendah di pusat impeller menuju daerah yang bertekanan tinggi di discharge pompa. Secara garis besar, elemen atau komponen-komponen utama dari pompa sentrifugal ini, adalah sebagai berikut:
(31)
Gambar 2.4 Bagian-Bagian Utama Pompa Sentrifugal[2]
Keterangan gambar (bagian-bagian utama pompa sentrifugal):
A. Stuffing Box
B. Packing
C. Shaft (Poros)
D. Shaft Sleeve (Selongsong
Poros)
E. Vane
F. Casing (Rumah Pompa)
G. Eye of Impeller
H. Bearing (Bantalan)
I. Casing Wear Ring (Cincin
Penahan Aus)
J. Impeller
K. Discharge Nozzle
2.3 TURBIN AIR
Kemajuan teknologi sekarang ini dalam bidang teknik mesin terutama dalam bidang konversi energi dan pemanfaatan alam sebagai sumber energi
(32)
banyak dibuat peralatan-peralatan yang inovatif dan tepat guna. Diantaranya adalah pemanfaatan air yang bisa digunakan untuk menghasilkan listrik. Alat tersebut adalah berupa turbin yang digerakkan oleh air yang disambungkan dengan generator. Air yang mengalir mempunyai energi yang dapat digunakan untuk memutar roda turbin.
Turbin air dikembangkan pada awal abad ke-19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industri sebelum adanya jaringan listrik. Kata turbin ditemukan oleh insinyur Perancis yang bernama Claude Bourdin yang diambil dari terjemahan bahasa Latin dari kata whirling (putaran) atau vortex (pusaran air) pegunungan.Turbin dapat memanfaatkan air dengan putaran lebih cepat dan dapat memanfaatkan head yang lebih tinggi. Sekarang turbin air digunakan untuk pembangkit tenaga listrik.
Air yang mengalir mempunyai energi yang dapat digunakan untuk memutar roda turbin, karena itu pusat-pusat tenaga air dibangun di sungai-sungai dan di pegunungan-pegunungan. Pusat tenaga air tersebut dapat dibedakan dalam dua golongan, yaitu pusat tenaga air tekanan tinggi dan pusat tenaga air tekanan rendah.
(33)
Dalam suatu PLTA, turbin air merupakan salah satu peralatan utama selain generator. Turbin air mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Energi mekanik dalam bentuk putaran poros ini akan diubah oleh generator listrik menjadi tenaga listrik.
Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalah merupakan energi potensial air yaitu:
Ep = m × g × h
Keterangan:
Ep = energi potensial air (Joule)
m = massa air (kg)
h = tinggi air jatuh (meter)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Dengan menggunakan rumus-rumus mekaina fluida, daya turbin, luas penampang lintang saluran dan dimensi baian-bagian turbin lainnya serta bentuk energi dari aliran air dapat ditentukan.
Ukuran dan penampang saluran aliran air, termasuk sudut-sudut sudu dari konstruksi turbin air yang berbeda-beda adalah diperuntukkan pada keadaan pembebanan yang normal (kebanyakan untuk pembebanan penuh). Dari kapasitas airQdan tinggi air jatuh efektifHeff.dapat diperoleh daya yang dihasilkan turbin:
(34)
P = Q × × G × Heff× T
Keterangan:
P = daya turbin (KW)
Q = kapasitas air (m3/detik) = massa jenis cairan (kg/m3)
Heff = head efektif (m) T = effisiensi turbin
Selama tinggi air jatuh efektif Heff. tetap sama daya yang dihasilkan turbin
disesuaikan dengan kebutuhan, dengan jalan mengubah-ubah kapasitasQ. Hal ini terjadi karena posisi peralatan pengarah yang berubah. Sebagai hasilnya didapat perbedaan harga randemen turbuin T pada saat pembebanan sebagian dari pada
(35)
Pembebanan Sebagian; Informatif [2]
Gambar 2.7 Diagram Bernoulli Untuk Turbin Air[2]
Persamaan momentum untuk pipa yang dialiri fluida, dimana sifat fluida konstan sebagai berikut:
(36)
Saat head losses akibat gesekan tidak diperhitungkan, maka persamaan momentum akan berubah menjadi persamaan Bernoulli. Persamaan ini ditemukan pada aliran fluida yang tidak mengalami gesekan.
Persamaan momentum untuk titik 1 dan 3, diperoleh:
Persamaan momentum untuk titik 2 dan 3, diperoleh:
Keterangan:
P = tekanan absolut (N/m2)
v = kecepatan (m/s)
Hl = head losses pada pipa (m)
Heff = head efektif (m)
Untuk kondisi-kondisi instalasi turbin air di atas dimana:
Untuk waduk (reservoir titik 1) kecepatanV1 0.
(37)
Persamaan kontinuitas:
Q = V × A
Keterangan:
Q = debit aliran (m3/detik)
V = kecepatan aliran (m/s)
A = luas penampang pipa (m2)
Head losses yang terjadi pada saluran pipa:
1. Mayor Lossesyang terjadi akibat gesekan aliran dalam satuan pipa
2. Minor Losses yang terjadi akibat adanya perlengkapan (equipment) pipa, seperti belokan(elbow), valve,saringan dan peralatan lainnya.
(38)
Gambar 2.8 Kincir Air[11]
Kincir air adalah jenis turbin yang paling kuno, sudah sejak lama digunakan oleh masyarakat. Teknologinya sederhana dan biasanya bekerja pada tinggi air yang rendah berkisar antara 0,1 meter sampai 12 meter (roda kincir besar), dengan kapasitas aliran antara 0,05 m3/det sampai 5 m3/det, serta kecepatan putarannya kecil berkisar pada 2 rpm sampai 12 rpm. Selain energi tempat, faktor yang harus diperhatikan pada kincir air adalah pengaruh berat air yang mengalir masuk ke dalam sel-selnya.
Air yang mengalir ke dalam dan ke luar dari kincir tidak mempunyai tekanan lebih, hanya tekanan atmosfir saja. Kecepatan air yang mengalir ke dalam kincir harus kecil, sebab bila kecepatannya besar ketika melalui sel air akan melimpah ke luar atau energi yang ada hilang percuma.
Berdasarkan prinsip kerjanya turbin air dibagi menjadi dua kelompok, yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.
Table 2.1 Pengelompokan Turbin
High Head Medium Head Low Head Impulse Turbine Pelton
Turgo
Cross Flow Multi-Jet Pelton Turgo
(39)
Reaction Turbine Francis Propeller Kaplan
(40)
Pelton
Gambar 2.9 Klasifikasi Turbin Air[2]
1. Turbin Impuls atau Turbin Tekanan Sama
Yang dimaksud dengan turbin impuls adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air (yang teridiri dari energi potensial-tekanan-kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi puntir dalam bentuk putaran poros. Atau dengan kata lain, energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nosel. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton. Turbin Pelton dipakai untuk tinggi air jatuh yang besar.
Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang ke luar nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfer di sekitarnya. Semua energi tinggi tempat, dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin diubah menjadi energi kecepatan (Gambar 2.15).
(41)
Gambar 2.10 Skema Turbin Pancar (Turbin Pelton), jalannya tekanan di dalam pipa dan di dalam roda jalan[2]
2. Turbin Reaksi atau Turbin Tekanan Lebih
Turbin reaksi adalah turbin air yang cara bekerjanya dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi puntir dalam bentuk putaran. Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu.
Turbin ini terdiri dari sudu pengarah dan sudu jalan dan kedua sudu tersebut semuanya terendam di dalam air. Air dialirkan ke dalam sebuah terusan atau dilewatkan ke dalam sebuah cincin yang berbentuk spiral (rumah keong). Perubahan energi seluruhnya terjadi di dalam sudu gerak (Gambar 2.11).
Turbin air yang paling banyak digunakan adalah turbin reaksi. Turbin reaksi digunakan untuk aplikasi turbin dengan head rendah dan medium.
Pada turbin reaksi, letak turbin harus diperhatikan agar tidak terjadi bahaya kavitasi yang terjadi akibat adanya tekanan absolut yang lebih kecil dari tekanan uap air. Kavitasi dapat menyebabkan sudu-sudu turbin menjadi berlubang-lubang kecil, sehingga mengurangi efisiensi turbin yang akhirnya dapat pula merusak sudu turbin. Jika turbin diletakkan lebih tinggi dari tinggi tekanan isap, maka kavitasi akan terjadi, sehingga letak turbin harus selalu di bawah tinggi tekanan isap(Hs).
(42)
Gambar 2.11 Sistem Kerja Dari Tinggi Air Jatuh mulai dari
sudu pengarah, sudu jalan dan ke pipa. Pembagian energi tinggi air jatuh ke sudu pengarah; di sudu jalan timbul tekanan kerendahan dan di dalam pipa isap tekanan tersebut kembali terbentuk[2]
2.3.2 Perbandingan Karakteristik Turbin
Kecepatan spesifik setiap turbin mempunyai kisaran (range) tertentu berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air adalah sebagai berikut:
Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik Turbin[10]
Turbin Pelton 12 < ns< 25
Turbin Francis 60 < ns< 300 Turbin Crossflow 40 < ns< 200 Turbin Propeller 250 < ns< 1000
Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin, maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah, bahkan dimensi dasar turbin dapat diestimasi (diperkirakan).
(43)
Gambar 2.12 Perbandingan Karakteristik Turbin[11]
Pada gambar terlihat turbin Kaplan adalah turbin yang beroperasi pada head yang rendah dengan kapasitas aliran air yang tinggi, atau bahkan beroperasi pada kapasitas yang sangat rendah. Hal ini karena pada saluran sudu jalan belokannya hanya sedikit saja. Pada waktu bekerja sudu jalan turbin ini dapat diatur posisinya, disesuaikan dengan perubahan tinggi air jatuh.
(44)
Gambar 2.13 Daerah Penggunaan dari Beberapa Jenis Konstruksi Turbin yang Berbeda[2]
Dalam pembuatan roda turbin, kebanyakan pertama sekali membuat modelnya, setelah model tersebut diselidiki, diuji dan diubah-ubah sehingga menghasilkan daya dan randemen turbin yang baik, kemudian baru dibuat roda turbin yang besar/sesungguhnya menurut bentuk modelnya.
2.4 PENGGUNAAN POMPA SEBAGAI TURBIN
Salah satu alternatif yang ekonomis untuk membangun pembangkit listrik tenaga air skala kecil adalah dengan menggunakan pompa sebagai turbin. Bidang ilmu yang khusus mengoperasikan pompa sebagai turbin ini sering disebut dengan istilah PAT, singkatan dari Pumps As Turbine. Jarang yang tahu bahwa beberapa tipe pompa air dapat diaplikasikan sebagai turbin air. Biasanya pompa digerakkan oleh motor listrik untuk menaikkan sejumlah air sampai ketinggian tertentu. Pada aplikasi pompa sebagai turbin, prinsip kerja pompa di balik - yaitu diberi jatuhan air dari ketinggian tertentu untuk memutar impeler pompa. Putaran impeler ini akan diteruskan untuk memutar generator sehingga dihasilkan tenaga listrik.
(45)
Gambar 2.14 Instalasi Penggunaan Pompa Sebagai Turbin
Tujuan dari rancang bangun instalasi pembangkit listrik pyco hydro dengan menggunakan PAT ini adalah untuk mengevaluasi penggunaan pompa sebagai turbin dalam hal performansi pada kapasitas dan efisiensi. Pada operasi turbin, debit bertambah seiring dengan kenaikan head. Head yang tersedia pada turbin sama dengan ketinggian vertikal antara sisi masuk aliran di reservoir dengan sisi keluar, sebagian kecil menjadi kerugian head pada pipapenstock.Kecepatan putar turbin bervariasi menurut beban dan terdapat perbedaan efisiensi untuk masing-masing kecepatan putar dan head.
Beberapa kelebihan aplikasi pompa sebagai turbin air adalah:
1. Sebagai produk industri yang massal, pompa mudah diperoleh dengan berbagai variasihead - flow, tersedia dalam berbagai tipe dan ukuran.
2. Mudah dalam instalasinya.
(46)
4. Aplikasi pompa dapat dikoneksi secara langsung dengan generator (direct drive) atau menggunakan transmisi mekanik pulley-belt (indirect drive) apabila putaran pompa sebagai turbin tidak sama dengan putaran generator (umumnya 1500 rpm).
Jenis pompa yang umum dipakai sebagai turbin adalah end-suction centrifugal pump untuk jatuhan 7 meter-100 meter dengan debit kecil (50 liter/detik s.d 150 liter/detik) dan mixed-flow pumpuntuk jatuhan rendah 4 meter-15 meter dengan debit cukup besar (100-400 liter/detik). Kapasitas daya aplikasi pompa sebagai turbin beragam, mulai dari 1 kW-100 kW, dengan biaya peralatan yang lebih murah (s.d 50 %) dibandingkan dengan menggunakan turbin air
(costume product).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pompa sebagai turbin bisa diandalkan dengan efisiensi yang tinggi pada unit pembangkit skala kecil. Aplikasi pompa sebagai turbin di lapangan sudah cukup banyak. Aplikasi pompa sebagai turbin dapat dilakukan di saluran irigasi, tailing bendungan, menara air gedung-gedung tinggi memanfaatkan jatuhan air kondensasi pendingin, atau membuat sodetan
(run-off river).
Rancang bangun instalasi pembangkit listrik pyco hydro dengan menggunakan PAT dalam skripsi ini adalah sistem terbuka. Penulis memilih sistem ini karena lebih mirip dengan instalasi sebenarnya dalam penggunaan PAT dan pompa pengumpan lebih sederhana, walaupun instalasi yang akan dirancang bangun akan lebih mahal, lebih rumit serta head untuk pengujian terbatas.
(47)
Generator listrik adalah sebuah alat yang menghasilkan energi listrik dari sumber energi mekanik berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik yang ditemukan oleh Faraday. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat
maupun turbin uap, air yang jatuh melalui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain.
Berdasarkan arus keluarannya, generator dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu generator arus searah atau biasa disebut dinamo, dan generator arus bolak-balik atau alternator. Prinsip kerja generator adalah menghasilkan arus listrik induksi dengan cara memutar gelung di antara kutub utara-selatan sebuah mangnet. Perbedaan generator arus bolak-balik dan generator arus searah adalah pada cincin luncur yang berhubungan dengan tiap ujung gelung. Pada generator arus searah hanya terdapat sebuah cincin yang terbelah di tengahnya, disebut cincin belah ataukomutator.
Pada sistem pembangkit listrik biasanya menggunakan generator arus bolak-balik. Berdasarkan kecepatan memutar gelung, generator ini dibagi lagi menjadi generator sinkron dan generator asinkron (generator induksi). Disebut mesin sinkron, baik generator maupun motor karena beroperasi pada kecepatan sinkron,
(48)
yaitu kecepatan dimana terbentuk medan magnet oleh gelung yang berotasi. Kecepatan sinkron ini dapat diperoleh dari:
Keterangan:
Ns = kecepatan sinkron (putaran/detik)
f = frekuensi (Hz)
P = jumlah kutub dalam generator
Pada generator AC (alternator) pembangkit listrik, magnetlah yang berputar sedangkan kumparannya diam. Magnet yang digunakan bukan magnet permanen melainkan elektromagnet (kumparan yang dililitkan pada inti besi), sehingga medan magnetik yang dihasilkan lebih besar daripada menggunakan magnet permanen.
Dalam alternator pembangkit listrik, kumparan yang diam disebut kumparan jangkar, sedangkan kumparan yang bergerak disebut kumparan medan. Kumparan jangkar dan inti besinya disebut stator dan kumparan medan dan inti besinya disebutrotor. Rotor dan turbin memiliki poros yang sama sehingga putaran turbin akan juga memutar rotor. Selain memberi putaran pada rotor, turbin juga memberi tenaga pada sebuah dinamo kecil (disebut exiter) yang berfungsi menyuplai arus listrik ke kumparan medan.
Generator induksi adalah generator listrik yang secara mekanis dan elektrik mirip dengan motor induksi. Generator induksi menghasilkan energi listrik ketika porosnya diputar lebih cepat dari kecepatan sinkron yang dimiliki motor induksi
(49)
instalasi mikro hidro karena kemampuannya untuk menghasilkan daya yang bermanfaat pada berbagai kecepatan rotor. Generator induksi secara mekanis dan elektrik lebih sederhana daripada jenis generator lainnya.
Generator induksi tidak memiliki exiter seperti pada generator sinkron, artinya generator ini memerlukan pasokan listrik eksternal untuk menghasilkan
fluks magnetik yang berputar. Pasokan listrik eksternal ini dapat diperoleh dari jaringan listrik lain ataupun dari generator itu sendiri setelah mulai menghasilkan daya. Fluks magnet berputar dari stator menginduksi arus pada rotor, yang juga menghasilkan medan magnet. Jika rotor ternyata lebih lambat dari laju fluks berputar, mesin bertindak seperti motor induksi. Jika rotor diputar lebih cepat, akan bertindak seperti generator, menghasilkan daya pada frekuensi sinkron.
Penggunaan Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) telah diterapkan secara luas pada PLTMH dan diakui keandalannya. Meskipun dari segi effisiensi, khususnya pada beban tidak penuh (part load), MISG tidak sebaik generator sinkron, tetapi karena motor induksi banyak tersedia dipasaran denganrangedaya yang luas dan konstruksi motor induksi jauh lebih sederhana dibanding generator sinkron sehingga lebih handal terhadap run away speed serta lebih mudah perawatannya. Maka MISG dapat dipakai sebagai alternatif dari generator sinkron untuk pembangkit mikro hidro. Prinsip kerja MISG secara sederhana akan lebih mudah dipahami dari prinsip kerja motor induksi. Apabila motor induksi dihubungkan dengan tegangan tiga fasa, pada kumparan statornya akan timbul medan magnet putar. Kecepatan medan magnet putar (disebut sebagai kecepatan sinkron) tergantung dari frekuensi tegangan listrik yang dihubungkan dan jumlah kutub statornya. Medan magnet putar pada kumparan stator akan memotong
(50)
batang konduktor pada kumparan rotor, akibatnya pada kumparan akan dibangkitkan tegangan induksi. Pada kumparan rotor, karena batang konduktor (umumnya berupa slot alumunium yang dihubungsingkatkan pada kedua ujungnya) merupakan rangkaian yang tertutup, tegangan induksi pada rotor yang disebabkan oleh medan magnet putar stator akan menghasilkan arus listrik. Interaksi antara medan magnet putar pada stator pada arus rotor akan menimbulkan kopel yang akan memutar rotor searah dengan medan magnet putar pada stator. Seperti yang telah diterangkan di atas, tegangan induksi pada rotor timbul karena terpotongnya batang konduktor pada rotor oleh medan magnet putar, agar tegangan induksi selalu dapat dibangkitkan pada rotor, diperlukan perbedaan relatif antara kecepatan medan magnet putar dengan kecepatan rotor yang biasa disebut sebagaislip. Pada saat beroperasi sebagai motor, motor induksi akan mempunyai slip positif, artinya kecepatan medan magnet putar akan selalu lebih besar daripada kecepatan rotor. Proses yang sebaliknya akan terjadi apabila motor induksi digunakan sebagai generator. Kopel pada rotor digerakan oleh turbin, adanya magnetisasi sisa (remannent magnetism) pada rotor umumnya cukup untuk membangkitkan tegangan awal, seperti halnya prinsip kerja sebagai motor. Agar pada kumparan stator dapat dibangkitkan tegangan listrik diperlukan daya reaktif untuk membangkitkan medan magnet putar. Pada kasus MISG beroperasi sendiri (Isolated Grid) daya reaktif tersebut harus disuplai lewat kapasitor eksitasi. Pada kasus MISG dikoneksikan dengan jaringan listrik lain (Grid Connected) daya reaktif disuplai lewat jaringan tersebut. Kebalikan dari proses sebagai motor, sebagai generator slip yang terjadi haruslah negatif, artinya kecepatan rotor harus selalu lebih besar dari kecepatan medan magnet putarnya.
(51)
Tidak semua motor induksi cocok digunakan sebagai MISG. Jenis motor yang cocok digunakan untuk MISG adalah jenis sangkar tupai (Squirel Cage Motor).
Kelebihan dari MISG daripada generator sinkron adalah sebagai berikut: 1. Lebih murah daripada menggunakan generator sinkron terutama untuk
keperluan daya yang rendah seperti pada PLTMH karena dapat digunakan motor bekas.
2. Generator ini tidak akan bermasalah apabila kelebihan beban (overload),
apabila terjadi kelebihan beban generator ini hanya akan berhenti menghasilkan listrik, apabila beban berlebih dilepaskan maka generator akan bekerja seperti semula.
3. Mudah dibuat dari motor induksi, hanya dengan menyambungkan kapasitor secara paralel ke motor dan dijalankan pada kecepatan lebih tinggi dari rpm yang tertera.
Kekurangan MISG dari generator sinkron adalah sebagai berikut :
1. Generator sinkron dapat dibeli dan langsung digunakan, sedangkan MISG memerlukan perhitungan nilai kapasitor sesuai yang akan dipasangkan pada motor.
2. Generator tidak dapat di-startjika dipasangkan beban, generator tidak boleh dipasangkan beban sebelum mencapai kecepatan kerja.
3. Generator ini tidak boleh digunakan untuk mengerakkan motor induksi, karena induktansi tambahan dari motor akan membatalkan reaktansi dari kapasitor dan menyebabkan generator berhenti menghasilkan listrik.
(52)
1. Sudah ada generator dari Laboratorium Mekanika Fluida sehingga dapat menghemat biaya.
2. Tidak ada motor induksi bekas yang dapat dipakai, sehingga akan lebih mahal jika dibeli motor induksi yang baru.
3. Untuk pengujian MISG kurang effisien untuk digunakan karena untuk putaran rendah tidak dapat menghasilkan listrik.
Gambar 2.15 Generator AC
2.6 DAYA PAT(PUMP AS TURBINE)
Daya pompa yang digunakan sebagai turbin dapat dihitung dengan rumus
Keterangan:
V = tegangan yang dihasilkan (volt)
(53)
g
= effisiensi generator (diasumsikan sebesar 0,8) = 0,8
2.7 DAYA AIR
Daya air dapat dihitung dengan rumus
Pair= × g × H × Q
Keterangan:
= massa jenis air (1000 kg/m3)
g = gaya gravitasi (9,81 m/s2)
Heff = head effektif (m)
Q = kapasitas air (m3/s)
2.8 EFFISIENSI PAT
Effisiensi PAT (pump as turbine) diperoleh dari perbandingan nilai daya PAT dan daya air yaitu:
100%
PAT PAT
air
P x
P
Keterangan:
PAT
= effisiensi PAT (%)PPAT = daya PAT (watt)
(54)
BAB III
METODOLOGI DAN ALAT PENELITIAN
3.1 UMUM
Salah satu alternatif yang ekonomis untuk membangun pembangkit listrik tenaga air skala kecil adalah dengan menggunakan pompa sebagai turbin. Biasanya pompa digerakkan oleh motor listrik untuk menaikkan sejumlah air sampai ketinggian tertentu. Pada aplikasi pompa sebagai turbin, prinsip kerja pompa dibalik - yaitu diberi jatuhan air dari ketinggian tertentu untuk memutar impeller pompa. Putaran impeler ini akan diteruskan untuk memutar generator sehingga dihasilkan tenaga listrik.
Rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro menggunakan pompa sebagai turbin (PAT) dilakukan di Laboratorium Mesin Fluida, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dalam rancang bangun instalasi ini, ditambah beberapa instalasi yang telah ada (lantai tiga laboratorium dengan ketinggian 9,29 meter) pada lantai dua dengan
(55)
ketinggian 5,18 meter. Adapun penambahan beberapa instalasi yang dilakukan adalah:
Instalasi dudukan reservoir (dalam hal ini digunakan empat unit tong) dan sistem penghubung antara keempat tong tersebut.
Instalasi saluran perpipaan untuk lantai dua.
Instalasi dudukan pengujian PAT(Pump As Turbine).
Instalasi PAT.
Instalasi generator.
Aliran air yang digunakan berasal dari reservoir bawah (TPB) - terletak di lantai satu laboratorium - dipompakan ke reservoir atas (TPA) oleh satu unit pompa pengumpan. Kapasitas aliran (debit) air yang akan diumpankan dapat diatur melalui sebuah katup pengatur(gate valve) sesuai dengan kebutuhan. Gaya gravitasi menyebabkan fluida cair mengalir dari satu tempat yang relatif tinggi menuju tempat yang relatif lebih rendah. Aliran air yang jatuh dari TPA memiliki energi potensial sehingga akan menimbulkan daya air yang diberikan kepada pompa sentrifugal sebagai energi input. Kemudian daya air ini akan masuk melalui salurandischarge(sisi buang) pada pompa dan memutarimpeller (baling-baling) pompa. Maka zat cair mendorong sudu-sudu agar dapat berputar sehingga daya impeller akan diberikan untuk memutar poros pompa. Zat cair yang keluar melalui impeller akan disalurkan keluar pompa melalui saluransuction(sisi isap).
Dari uraian di atas, jelas bahwa penggunaan pompa sebagai turbin (PAT) dapat mengubah energi potensial fluida menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Selanjutnya daya poros ini akan diteruskan oleh suatu sistem
(56)
transmisi (dalam hal ini digunakan transimsi sabuk) ke generator dan diubah menjadi energi listrik.
3.2 PENGUJIAN POMPA SEBAGAI TURBIN
Pompa sentrifugal yang digunakan dalam rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro ini berukuran 4 (empat) inchi karena disesuaikan dengan instalasi saluran pipa yang telah ada yaitu berukuran empat inchi, dengan spesifikasi sebagai berikut:
(57)
Gambar 3.2 Pompa 4 (Empat) Inchi Sebagai Turbin (Tampak Samping) Tabel 3.1 Spesifikasi Pompa Sentrifugal 4 (Empat) Inchi
Speed (rpm) 1750 2200
Kapasitas (m3/menit) 0,63 1,25 0,8 1,6
Total Head (m) 16,5 12 26,5 17
Power (PS) 5 10
Diameter Pulley (inch) 10,5
3.3 RANCANG BANGUN INSTALASI
Rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro menggunakan PAT terdapat pada lantai dua, yang disesuaikan dengan instalasi yang terdapat pada lantai tiga. Ketinggian instalasi yang terdapat pada lantai dua adalah 5,18 meter dan pada lantai tiga adalah 9,29 meter (diukur dari poros PAT ke pipa keluar TPA). Panjang pipa diukur dari lantai dua ke PAT adalah 7,09 meter, sedangkan untuk lantai tiga adalah sejauh 9,98 meter. Adapun tujuan rancang bangun instalasi seperti pada Gambar 3.2 adalah sebagai bentuk simulasi dari suatu aliran sungai atau aliran air terjun dengan ketinggianH.
(58)
Gambar 3.3 Rancang Bangun Instalasi PAT
3.4 PERALATAN PENGUJIAN 3.4.1 Hand Tachometer
Alat ini digunakan untuk mengukur putaran (rpm) poros pompa dan poros generator. Pada rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan PAT ini,hand tachometer yang digunakan adalah Krisbow KW06-303 dengan spesifikasi:
Ketelitian (akurasi) : ± 0,05% + 1 digit
Range : autorange
(59)
Gambar 3.4 Hand Tachometer
3.4.2 Clamp Meter
Clamp Meter digunakan untuk mengukur besarnya arus listrik (ampere) yang yang dihasilkan melalui rangkaian listrik (beban) dengan cara dihubungkan seri pada rangkaian listrik. Dalam rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan PAT ini, clamp meter yang digunakan adalah Krisbow KW06-286 dengan spesifikasi:
Tabel 3.2 Spesifikasi Clamp Meter
Fungsi Jangkauan Akurasi
Arus AC
2000 AAC ± (2.5 % + 10 digits) 20.00 AAC
± (2.5 % + 4 digits) 200.0 AAC
400 AAC ± (3.0 % + 4 digits)
Tegangan DC
200.0 mVDC ± (0.5 % + 5 digits) 2.000 VDC
± (1.2 % + 3 digits) 20.00 VDC
200.0 VDC
600 VDC ± (1.5 % + 3 digits)
Tegangan AC
200.0 mVAC ± (1.5 % + 30 digits) 2.000 VDC
± (1.5 % + 3 digits) 20.00 VDC
(60)
600 VDC ± (2.0 % + 4 digits)
Resistansi
200 ± (1.0 % + 4 digits)
2 k
± (1.5 % + 2 digits) 20 k
200 k
2 M ± (2.0 % + 3 digits)
20 M ± (3.0 % + 5 digits)
Gambar 3.5 Clamp Meter
3.4.3 Multimeter
Multimeter digunakan untuk mengukur besarnya tegangan listrik (volt) yang dibangkitkan oleh dinamo dengan cara dihubungkan paralel pada rangkaian listrisk. Dalam rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan PAT ini, multimeter yang digunakan adalah tipe digital dengan model DT-830B dengan spesifikasi:
(61)
Range : DC voltage : 0, 0.2, 2, 20, 200, 1000 V AC voltage : 0, 200, 750 V
DC current : 0 µA, 200 µA, 2 mA, 20 mA, 200 mA Resistance : 200 , 2 k , 20 k , 200 k , 2000 k
Gambar 3.6 Multimeter
3.4.4 Meteran
Meteran digunakan untuk mengukur panjang. Dalam rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan PAT ini, meteran digunakan untuk mengukur panjang dalam instalasi pipa, instalasi dudukan tong,
(62)
instalasi dudukan PAT dan mengukur tinggi permukaan air pada tempat penampungan atas (TPA) dan tempat penampungan bawah (TPB).
Gambar 3.7 Meteran
3.4.5 Generator
Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Generator yang digunakan dalam rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan PAT mempunyai spesifikasi dengan putaran (n) 1500 rpm dan daya (P) 3 kW.
(63)
3.4.6 Instalasi Rangkaian Lampu
Pada instalasi ini digunakan lampu pijar berdaya 100 Watt sebanyak lima buah dan berdaya 200 Watt sebanyak lima buah. Pada masing-masing lampu dipasang sakelar yang berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan aliran listrik ke lampu. Pada rangkaian ini juga dilengkapi MCB(Mini Circuit Breaker), yang berfungsi untuk menghindari putusnya lampu bila daya yang dihasilkan berlebih.
Gambar 3.9 Rangkaian Lampu
3.4.7 Pompa Pengumpan
Pompa ini digunakan untuk mengumpankan air dari tempat penampungan bawah (TPB) ke tempat penampungan atas TPA). Dalam rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan PAT ini, pompa pengumpan yang digunakan adalah pompa sentrifugal 6 (enam) inchi dengan daya motor penggerak (P) 5,5 kW, putaran (n) 1440 rpm dan dihubungkan secaradirect drive.
(64)
Gambar 3.10 Pompa Pengumpan
3.5 PELAKSANAAN PENGUJIAN
Rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan Pump As Turbine(PAT) dilakukan di Laboratorium Mesin Fluida, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Pengukuran-pengukuran yang dilakukan tehadap penelitian ini meliputi:
1. Pengukuran tegangan listrik (volt) dengan menggunakan Multimeter. 2. Pengukuran arus listrik (ampere) dengan menggunakan Clamp Meter. 3. Pengukuran putaran (rpm) poros PAT dan poros generator dengan
menggunakan Hand Tachometer.
4. Pengukuran debit air dengan menggunakanstopwatch.
Sebelum dilakukan pengujian PAT dan pengambilan data, terlebih dahulu dilakukan pemeriksaan(checking)terhadap beberapa instalasi dan peralatan, yang meliputi:
(65)
1. Pemeriksaan debit air di dalam tempat penampungan bawah (TPB) dan debit air di dalam tempat penampungan atas (TPA).
2. Pemeriksaan pipa penghubung antara TPB dan TPA, serta membuka keran pengatur(gate valve)kapasitas air pada pompa pengumpan.
3. Pemeriksaan katup (valve)untuk pengujian lantai dua atau lantai tiga. 4. Pemeriksaan katup pada PAT.
5. Pemeriksaan instalasi lampu sebagai beban. 6. Pemeriksaan poros PAT dan poros generator. 7. PemeriksaanV-Beltdan system transmisipulley. 8. Pemeriksaan generator.
Setelah prosedur pemeriksaan terhadap beberapa instalasi dan peralatan di atas selesai dilakukan dan pemeriksaan dipastikan dalam kondisi standby, maka prosedur pengujian pun dapat dimulai. Adapun prosedur pengujian rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan PAT ini adalah sebagai berikut:
1. Katup pada pipa buangan ke discharge (sisi buang) pompa dibuka sesuai keinginan (bukaan katup 100 %, 75 % dan 50 %).
2. Sebelum pompa pengumpan dihidupkan, terlebih dahulu keran pengatur
(gate valve)dibuka supaya umur pemakaian pompa pengumpan lebih lama. 3. Dilakukan monitoring terhadap ketinggian air di dalam TPA sesuai dengan
data pengujian yang dibutuhkan (70 cm dan 50 cm).
4. Setelah ketinggian air di TPA dan aliran air pada pipa pengumpan konstan, maka dilakukan pengujian serta pengambilan data terhadap:
(66)
b. Pengukuran arus listrik (ampere) dengan Clamp Meter
c. Pengukuran putaran pada poros PAT dan poros generator dengan Hand Tachometer
5. Pengukuran terhadap beberapa variabel di atas dilakukan terhadap beban (bola lampu); masing-masing 0 W (tanpa beban), 100 W, 200 W, 300 W dan 400 W.
6. Melakukan kembali pengukuran seperti prosedur pengujian sebelumnya berulang-ulang sebanyak lima kali untuk mendapatkan data pengujian yang lebih akurat.
Besaran-besaran yang diukur dan dicatat meliputi: 1. Tegangan listrik yang dihasilkan generator (V) 2. Arus listrik yang melalui rangkaian (A)
3. Putaran poros PAT (rpm) 4. Putaran poros generator (rpm)
Dari besaran-besaran di atas dapat dihitung besaran turunan lainnya seperti: 1. Daya Air
2. Daya PAT 3. Effisiensi PAT
Setelah pengujian di atas, dilakukan pengujian debit air dengan prosedur sebagai berikut:
(67)
2. Pompa pengumpan dihidupkan dan air dipompakan dari TPB ke TPA, setelah tinggi air mencapai ketinggian pengujian (50 cm atau 70 cm), pompa pengumpan dimatikan.
3. Secara bersamaan, katup menuju discharge PAT dibuka dan stopwatch
dihidupkan.
4. Segera setelah air dalam tong pertama habis, katup discharge ditutup dan stopwatch dimatikan. Pencatatan data dilakukan, meliputi waktu t (detik)
dan selisih ketinggian air di dalam tong h (cm).
5. Dari data yang diperoleh, maka perhitungan dabit air pun dapat dilakukan. Dengan cara volume air yang turun ( h) ke TPB dibagi waktu (t) yang diperoleh.
Flowchart Rancang Bangun Instalasi Pembangkit Listrik Piko Hidro Dengan Menggunakan Pompa Sentrifugal Sebagai Turbin
Surveytempat pengujian akan dilakukan
Rancang bangun instalasi pembangkit listrik piko hidro dengan menggunakan
pompa sebagai turbin
Pengambilan data hasil pengujian Pelaksanaan pengujian
(68)
BAB IV
HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 PERHITUNGAN EFISIENSI PENGUJIAN PAT DENGAN POMPA SENTRIFUGAL 4 (EMPAT) INCHI
Q = v × A
Keterangan:
Q = kapasitas air (m3/s)(digunakan Q rata-rata dari hasil pengujian)
v = kecepatan air masuk turbin (m/s)
(69)
Q = v × A A = 1 2
4d
0,0096 = v× 0,0081 = 0,0081 m2
v = 1,185 m/s
Diameter pipa 4 (empat) inchi = 0,1016 m
Kecepatan air masuk turbin untukH=5,18 m, tinggi air dalam TPA 70 cm
Q = v × A
0,01038 = v× 0,0081 m2
v = 1,281 m/s
Kecepatan air masuk turbin untukH=9,29 m, tinggi air dalam TPA 50 cm
Q = v . A
0,019448 = v. 0,0081 m2
v = 2,4 m/s
Head effektif untukH=5,18 m, tinggi air dalam TPA 50 cm a. Head Losses Mayor
Bilangan Reynold;Re = V d.
Keterangan:
= viskositas air (10-6m2/s untuk tekanan 1 atm dan suhu 200C)
V = 1,185 m/s
(70)
Re = 120396
Keterangan:
L = panjang pipa (7,09 m)
d = 0,1016 m
V = 1,185 m/s
f = 0,0174(diperoleh dari moody friction calculator[14])
2
7,09(1,185) 0,0174
(0,1016)2(9,81)
f h
f
h 0,087 m
b. Head Losses Minor
Tabel 4.1 Head Losses Minor UntukH= 5,18 m
n k nk
1 elbow 900 1 0,51 0,51
1 Tee 1 0,34 0,34
(71)
Sisi masuk pipa 1 0,25 0,25
Sisi keluar pipa 1 1 1
Jumlah 2,2
m
h 2,2(1,185)2 2 9,81x m
h 0,157 m
Heff = 5,18 m + 0,5 m 0,087 m 0,157 m
= 5,436 m
Head effektif untukH=5,18 m,tinggi air dalam TPA 70 cm a. Head Losses Mayor
Re = 130150
f = 0,0171(diperoleh dari diagram moody) hf = 0,1 m
b. Head Losses Minor
m
h 0,184 m
Heff = 5,18 m + 0,7 m 0,1 m 0,184 m = 5,596 m
(72)
a. Head Losses Mayor
Re = 243840
f = 0,01518
L = panjang pipa (9,98 m)
f
h
0,437 m b. Head Losses MinorTabel 4.2 Head Losses Minor UntukH= 9,29 m
n k nk
1 Elbow 900 1 0,51 0,51
1 Tee 1 0,34 0,34
2 Katup Bola 1 0,05 0,05
Sisi Masuk Pipa 1 0,25 0,25
Sisi Keluar Pipa 1 1 1
Jumlah 2,15
m
h 0,631 m
Heff = 9,29 m + 0,5 m 0,437 m 0,631 m = 8,722 m
Effisiensi PAT untukH=5,18 m, debit 0,0096 m3/s
100%
PAT PAT
air
P x
P
(73)
PPAT = . .cos. t g
V I
Keterangan:
Hasil pengujian di bawah diambil dari data pengujian ketiga V = voltase yang dihasilkan untuk beban efektif 100 W (193 V)
I = arus yang diperoleh untuk beban efektif 100 W (0,35 A)
t
= effisiensi transmisi
g
= effisiensi generator (diasumsikan sebesar 0,8) cos = 0,8
t = / / g t g t D D n n Keterangan:
Dg = diameter pulley pada generator
Dt = diameter pulley pada PAT
nt = putaran pada PAT
ng = putaran pada generator
Maka, t = / / g t g t D D
n n = 2,5/10,5270,8/1134 = 0,997
PPAT = 193 0,35
0,997 0,8 0,8x xx PPAT = 105,86 Watt
(74)
Pair = × g × Heff.× Q
Keterangan:
= massa jenis air (1000 kg/m3)
g = gaya gravitasi (9,81 m/s2)
Heff = head air effektif (5,436 m)
Q = kapasitas air (0,0096 m3/s)
Maka,
Pair = 1000. 9,81. 5,436 . 0,0096
Pair = 511,94 Watt
PAT
= 83,4 100%
487,831x
PAT
= 20,68 %
Effisiensi PAT untukH= 5,18 m, debit 0,01038 m3/s
t
= 1
PPAT = 216 0,53
1 0,8 0,8x xx P = 178,875 Watt
(75)
Pair = 1000. 9,81. 5,596. 0,01038
Pair = 569,83Watt
PAT
= 178,875 100%569,83 x PAT
= 31,39 %
Effisiensi PAT untukH= 9,29 m, debit 0,019448 m3/s
V = voltase yang dihasilkan untuk beban efektif 300 W (241V)
I = arus yang diperoleh untuk beban efektif 300 W (1,05A)
t
= 0,988
PPAT = 241 1,05
0,988 0,8 0,8x xx PPAT = 400,19 Watt
Pair = 1000. 9,81. 8,722. 0,019448
Pair = 1664,03 Watt
PAT
= 400,19 100% 1664,03x
PAT
= 24,05 %
Dengan cara yang sama seperti di atas, maka diperoleh hasil lengkap perhitungan dalam Tabel 4.3 di bawah ini :
(76)
Tabel 4.3 Tabel Hasil Perhitungan Effisiensi dan Daya Pengujian
Pompa 4"
Katup Q (m3/s) Aktual
(%) PAT(Watt)Daya
Lantai 2 TPA 50cm
50% 0.007262 10.15 40.03
75% 0.00749 27.55 111.875
100% 0.0096 20.68 105.86
Lantai 2 TPA 70cm
50% 0.008855 10.21 50.31
75% 0.00967 29.62 158.24
100% 0.01038 31.39 178.875
Lantai 3 TPA 50cm
50% 0.013264 18.55 224.31
75% 0.016449 23.34 339.53
100% 0.019448 24.05 400.19
4.2 GRAFIK HASIL PENGUJIAN 4.2.1 Grafik Hubungan Q vs
(77)
Gambar 4.2 Grafik hubungan dan [2]
Dimana adalah turunan dari fungsi kapasitas(Q) 4.2.2 Grafik Hubungan Q vs P
(78)
Gambar 4.4 Grafik hubungan vs [2]
Dimana adalah turunan dari fungsi Daya(P)
Gambar 4.1 dan Gambar 4.3 adalah grafik yang diperoleh dari pengujian, dibandingkan dengan Gambar 4.2 dan Gambar 4.4 yang adalah grafik hasil eksperimen Shahram Derakhshan dan Ahmad Nourbakhsh dari Univerity of Tehran. Dari kedua grafik yang diperoleh dari pengujian dapat dilihat karakteristik hubungan antara kapasitas aliran dengan effisiensi dan kapasitas aliran dengan daya pompa untuk pengujian pompa sentrifugal yang dioperasikan sebagai turbin.
(79)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Dari pelaksanaan dan hasil pengujian rancang bangun pembangkit listrik piko hidro menggunakan pompa sentrifugal (dengan spesifikasi; head (H) 12 m,
kapasitas (Q)1,25 m3/menit) sebagai turbin didapat beberapa kesimpulan:
1. Diperoleh tingkat efiseinsi
maksimum terdapat pada lantai dua (H = 5,18 m) dengan ketinggian air dalam TPA = 70 cm pada bukaan 100 %, dengan data sebagai berikut:
a. Beban efektif 100 W =
28,31 %
b. Daya pompa sebagai turbin
(80)
c. Kecepatan putaran pompa sebagai
turbin = 293,3 rpm
d. Debit air rata-rata =
1,038 L/s
e. Tegangan yang dihasilkan
= 221 volt
f. Arus listrik = 0,45
Ampere
2. Diperoleh daya yang paling besar
dihasilkan pada lantai tiga(H = 9,29 m)dengan ketinggian air dalam TPA = 50 cm pada bukaan 100 %, dengan data sebagai berikut:
a. Beban efektif 300 W =
310,432 Watt
b. Kecepatan putaran pompa sebagai
turbin = 272,4 rpm
c. Debit air rata-rata =
19,448 L/s
d. Tegangan yang dihasilkan
= 241 volt
e. Arus listrik = 1,05
Ampere
5.2 SARAN
(81)
m3/menit) sebagai turbin berikutnya diharapkan melakukan penelitian terhadap diameterpulleyyang paling efisien digunakan.
2. Rendahnya efisiensi yang diperoleh dari pengujian mungkin disebabkan karena umur pakai generator telah tua. Disarankan untuk menggunakan generator yang baru dengan spesifikasi daya (voltase) lebih besar.
3. Menggunakan flowmeter untuk mengukur debit air (walau dilakukan pada kondisi pembebanan) agar mendapat hasil yang lebih akurat.
4. Menguji pompa sentrifugal 2 (dua) inchi. Sehingga jelas terlihat perbandingannya tingkat efisiensi yang tertinggi antara penggunaan pompa sentrifugal dua, tiga dan empat inchi.
(82)
1. Dadenkar, M. M, Sharman K. N. 1991. Pembangkit Listrik Tenaga Air. Jakarta: UI Press.
2. Dietzel, Fritz. 1993. Turbin, Pompa dan Kompresor. Cetakan Keempat. Jakarta: Erlangga.
3. Hicks, Tayler G. 1996. Teknologi Pemakaian Pompa. Cetakan Pertama. Jakarta: Erlangga.
4. L. V. Steeter dan Wylie B. 1993. Mekanika Fluida. Edisi Kedelapan. Jakarta: Erlangga.
5. Nigel, Smith. 1994.Motors as Generators for Micro-Hydro Power. London: ITDG Publishing.
6. Shahram, Derakhshan dan Nourbakhsh Ahmad. 2007. Experimental Study of Characteristic Curves of Centrifugal Pumps Working as Turbines in Different Specific Speeds .
7. Sularso, Ir. 1987. Pompa Dan Kompresor. Cetakan Ketiga. Jakarta: PT. Pradya Paramita.
8. Warnick, C.C. 1984. Hydropower Engineering. New York: Prentice Hall, Inc.
9. www.agushalul.wordpress.com/2007/06/25/teori-dasar-pompa-centrifugal-i/
10. www.alpensteel.com/article/50-104-energi-sungai-pltmh--micro-hydro-power/169--pelaksanaan-turbin-air.html
(83)
13. www.microhydropower.net
14. www.pneucon.co.kr/Techinform/vmd03.htm
15. www.scribd.com/doc/32235908/Prinsip-Kerja-Pompa-Sentrifugal
16. www.sugiyono.webs.com
17. www.qsl.net/ns8o/Induction_Generator.html
18. www.wikipedia.org/wiki/Alternator
19. www.wikipedia.org/wiki/Belt_(mechanical)
20. www.wikipedia.org/wiki/Electrical_generator
(84)
LAMPIRAN A
DATA HASIL PENGUJIAN
Data Hasil Pengujian Pertama
(85)
Voltase (volt)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 222 248 273
100 125 139 148
200 79 85 86
300 54 57 60
400 39 42 40
Arus (ampere)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 0 0 0
100 0.28 0.24 0.29
200 0.43 0.45 0.42
300 0.48 0.51 0.55
400 0.51 0.57 0.65
Putaran Pompa (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 311.4 317.4 315.6
100 249.6 258.4 248.6
200 193.7 199.3 193.6
300 163.9 165.6 162.3
400 143.3 144.8 142.8
Putaran Generator (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 1316 1315 1217
100 1064 1088 1023
200 823.9 869.1 818.5
300 687.8 702.4 688.9
400 603.5 619.9 602.9
Data Hasil Pengujian Pertama
(86)
Voltase (volt)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 207 378 417
100 113 207 218
200 74 133 142
300 50 92 102
400 35 66 74
Arus (ampere)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 0 0 0
100 0.29 0.48 0.46
200 0.32 0.55 0.57
300 0.41 0.62 0.63
400 0.45 0.75 0.78
Putaran Pompa (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 316.2 373.2 396.5
100 262.7 285.6 301.5
200 203.5 233.9 245.2
300 167.9 189.5 196.8
400 142.1 162.7 167.9
Putaran Generator (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 1298 1555 1655
100 1112 1199 1264
200 868.7 991.7 1061
300 711.3 819.1 851.4
400 608.7 704 685.5
(87)
Voltase (volt)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 234 325 355
100 122 179 193
200 78 113 124
300 53 79 90
400 39 60 65
Arus (ampere)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 0 0 0
100 0.21 0.4 0.35
200 0.36 0.47 0.55
300 0.44 0.57 0.59
400 0.51 0.6 0.68
Putaran Pompa (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 296.4 336.1 350.9
100 237.5 264.3 270.8
200 185.3 210.9 219
300 154.8 173.5 183
400 142 151.8 156.5
Putaran Generator (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 1262 1443 1486
100 1007 1122 1134
200 794.6 897.7 936.8
300 665.4 743.3 775.8
400 584.5 643.5 667.9
Data Hasil Pengujian Kedua
(88)
Voltase (volt)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 256 355 404
100 138 192 221
200 90 128 146
300 62 88 100
400 46 68 77
Arus (ampere)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 0 0 0
100 0.26 0.43 0.45
200 0.35 0.63 0.8
300 0.36 0.69 0.9
400 0.55 0.78 1.02
Putaran Pompa (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 318.6 374.8 402.5
100 253.4 285.7 293.3
200 200.7 227.8 243.9
300 165.6 186.4 198.1
400 146 163.9 173.7
Putaran Generator (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 1336 1610 1699
100 1084 1213 1253
200 856.7 991.2 1042
300 728.6 823 848
400 620 711.1 737.2
Data Hasil Pengujian Ketiga
(89)
Voltase (volt)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 228 347 345
100 120 179 183
200 78 114 120
300 53 80 85
400 38 56 62
Arus (ampere)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 0 0 0
100 0.21 0.28 0.29
200 0.27 0.46 0.55
300 0.36 0.48 0.58
400 0.48 0.67 0.69
Putaran Pompa (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 298.4 348.4 341.5
100 235.5 260.7 265
200 186.4 209.6 214.7
300 156.4 175.7 178.3
400 137.4 151 154.5
Putaran Generator (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 1278 1438 1432
100 1015 1067 1126
200 793.2 904.1 916.6
300 668.6 738.4 753.1
400 584.2 635.9 661.6
Data Hasil Pengujian Ketiga
(90)
Voltase (volt)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 252 336 385
100 140 179 216
200 89 124 141
300 62 86 98
400 45 63 72
Arus (ampere)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 0 0 0
100 0.23 0.43 0.53
200 0.33 0.57 0.8
300 0.47 0.6 0.85
400 0.53 0.71 1.03
Putaran Pompa (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 308.9 372.9 394.3
100 246.9 281.3 292.2
200 195.8 229 240.5
300 163.1 189 196.4
400 144 163.1 172.6
Putaran Generator (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 1325 1576 1690
100 1068 1195 1249
200 831.4 990.3 1036
300 726.5 806.9 846.5
400 618.2 709.1 723.6
Data Hasil Pengujian Ketiga
(91)
Voltase (volt)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 566 750+ 750+
100
200 206
300 148 205 241
400 110 146 177
Arus (ampere)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 0 0 0
100
200 0.93
300 0.97 1.06 1.05
400 1.06 1.1 1.21
Putaran Pompa (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 440 524.7
100
200 262.3
300 218.6 245.3 272.4
400 181.6 199.3 231.9
Putaran Generator (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 1858 2243
100
200 1109
300 920.6 1041 1131
400 778.3 861.3 997.3
Data Hasil Pengujian Keempat
(1)
25 50 75 100
0 260 362 404
100 140 199 216
200 90 132 148
300 62 93 102
400 45 67 76
Arus (ampere)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 0 0 0
100 0.28 0.44 0.56
200 0.45 0.56 0.83
300 0.61 0.65 0.91
400 0.63 0.68 1.01
25 50 75 100
0 314.2 379.7 403.6
100 251.4 281.1 294.3
200 198.5 230.6 246.2
300 167.3 191.1 201.2
400 145.6 161.2 192.8
Putaran Generator (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 1325 1621 1716
100 1073 1203 1256
200 856 997.3 1058
300 716.5 824.3 853.8
400 616.8 707.9 736.9
Data Hasil Pengujian Keempat
Dengan H = 9,29 m, ketinggian air dalam TPA 50 cm
(2)
Voltase (volt)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 570 750+ 750+
100
200 208
300 150 206 230
400 112 148 169
Arus (ampere)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 0 0 0
100
200 0.98
300 1.03 1.09 1.06
400 1.07 1.11 1.23
Putaran Pompa (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 437.6
100
200 263.6
300 218.8 247.1 262.8
400 181.8 206.1 218.9
Putaran Generator (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 1863
100
200 1115
300 934.4 1053 1098
400 778.6 868.7 958.2
Data Hasil Pengujian Kelima
(3)
25 50 75 100
0 225 322 360
100 124 177 196
200 78 114 127
300 53 80 92
400 39 60 63
Arus (ampere)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 0 0 0
100 0.28 0.32 0.38
200 0.32 0.41 0.6
300 0.42 0.65 0.62
400 0.44 0.72 0.77
25 50 75 100
0 294.6 336 350.9
100 239.6 261.1 286.6
200 187.6 210.9 217.3
300 158.8 174.1 183.6
400 142.6 150.2 157.6
Putaran Generator (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 1274 1440 1494
100 1073 1132 1145
200 808.4 908.7 954.2
300 666.4 739.5 765.6
400 591.5 648.5 677.5
Data Hasil Pengujian Kelima
Dengan H = 5,18 m, ketinggian air dalam TPA 70 cm
(4)
Voltase (volt)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 255 361 414
100 139 209 219
200 90 145 149
300 62 91 103
400 47 76 76
Arus (ampere)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 0 0 0
100 0.23 0.4 0.55
200 0.45 0.62 0.6
300 0.52 0.65 0.83
400 0.55 0.7 0.93
Putaran Pompa (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 315 379 402.5
100 252.3 286.9 297.7
200 199.9 233.5 243.4
300 164.5 190.5 199.8
400 146.8 165.8 171.5
Putaran Generator (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 1349 1619 1713
100 1103 1211 1253
200 858.6 981.2 1051
300 715.3 823.5 836.1
400 619.9 713.8 724.4
Data Hasil Pengujian Kelima
(5)
25 50 75 100
0 576 750+ 750+
100
200 209
300 147 205 244
400 111 147 179
Arus (ampere)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0 0 0 0
100
200 0.93
300 1.02 1.01 1.08
400 1.09 1.18 1.25
Putaran Pompa (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
200 263.9
300 216.6 247.8 282.5
400 182.1 206.3 234.3
Putaran Generator (rpm)
Beban (W) Bukaan Katup (%)
25 50 75 100
0
1873
100
200
1118
300
917
1061
1177
400
778.6
869.1
1012
(6)
PERINCIAN BIAYA SKRIPSI
Keterangan Jumlah @ Total
Instalasi Dudukan Tong
Dudukan tong 1 3,500,000.00 3,500,000.00
Sewa mesin las listrik 4 75,000.00 300,000.00
Mata bor + gerinda ( 3 + 3 ) 6 8,000.00 48,000.00
Instalasi Tong
Tong 4 100,000.00 400,000.00
Pipa penghubung 1 50,000.00 50,000.00
Las karbit 1 200,000.00 200,000.00
Pipa karet + klem + silikon 1 229,000.00 229,000.00
Sewa pick up 3 50,000.00 150,000.00
Instalasi Pemipaan dan Pompa 4"
Pipa 4" (maspion) 2 160,000.00 320,000.00
Upah tukang 2 org 5 150,000.00 750,000.00
Katup 3 330,000.00 990,000.00
Tang, tachometer 1 700,000.00 700,000.00
Pompa 4" 1 1,800,000.00 1,800,000.00
Pulley + belt 1 200,000.00 200,000.00
Elbow + T + lem 1 215,000.00 215,000.00
Socket dengan drat luar 4" 2 50,000.00 100,000.00
Dudukan pompa + generator 1 200,000.00 200,000.00
Gasket + lem gasket 1 40,000.00 40,000.00
Meteran (7,5m) + multimeter 2 15,000.00 30,000.00
Instalasi Pompa 3"
Pompa 3" 1 1,650,000.00 1,650,000.00
Socket dengan drat luar 3" 2 25,000.00 50,000.00
Reduser 4" ke 3" 1 20,000.00 20,000.00
Elbow 1 15,000.00 15,000.00
Pipa wavin 3" 1 90,000.00 90,000.00
Pulley 1 175,000.00 175,000.00