PEMANFAATAN ALIRAN AIR DARI BAK PENAMPUN
PEMANFAATAN ALIRAN AIR DARI BAK PENAMPUNGAN
SEBAGAI PENGHASIL LISTRIK RUMAH TANGGA DENGAN
SISTEM TURBIN KAPLAN
Diusulkan oleh :
NAMA
NIM
ANGKATAN
Faris Yanuarsyah
1005290
2010
Muhamad Ramdan
1001158
2010
Riza Hidayat
1000341
2010
JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
BANDUNG
2013
ABSTRAK
Pada umumnya bak penampungan hanya digunakan untuk menampung
air dan mengalirkan kembali ke keran-keran. Maka pada kesempataan ini
didalam pipa yang dialiri air dari bak penampungan dipasang turbin kaplan.
Pemasangan Turbin Kaplan untuk sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-Hidro
(PLTMH) memanfaatkan aliran air dari bak penampungan mempunyai tujuan
untuk menghemat listrik dan mengaplikasikan ilmu yang telah didapat. Selain itu
memberikan pemahaman yang jelas tentang pembangkit listrik tenaga mikrohidro
dari energi potensial fluida menjadi energi listrik. Metode yang digunakan oleh
penulis dalam penelitian ini adalah metode Karya Ilmiah dengan penghitungan
aliran air, kecepatan air, debit air, daya air, dan putaran poros yang dihasilkan
akibat daya aliran air. Dari hasil penghitungan didapat data-data sebagai berikut
: V = 5,057 m/s, Q = 7,049 x 10 -4 m3/s, P = 6.9998 x 10 -3 Kw, N = 772,373 rpm.
Dengan putaran poros yang telah kita dapat maka kita bisa menghasilkan listrik
dengan menggunakan generator. Dengan prinsip kerja generator yaitu magnet
yang memutari lilitan atau lilitan yang memutari magnet dengan putaran yang
telah didapat dari turbin maka akan terjadi gaya gerak listrik (GGL induksi),
untuk mengetahui seberapa besar arus listrik yang didapat tergantung dari
kontruksi generator yang dipakai untuk pembangkit listrik.
Generator
berhubungan erat dengan hukum faraday. Berikut hasil dari hukum faraday “
bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet
berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik”.
Menurut hukum faraday yang disebutkan di atas biasanya gaya gerak listrik
tergantung dari banyak lilitan kawat pada generator yang dipakai dan medan
magnet yang menghasilkan fluks magnet akibat dari putaran poros turbin,
dengan adanya fluks magnet maka akan terjadi GGL induksi.
Kata Kunci : Sisitem Pembagkit Tenaga, Turbin Kaplan , Generator, Hukum
faraday, Fluks magnet, Gaya Gerak listrik.
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan ke khadirat ILLAHI RABBI atas segala berkatNya, maka selesailah Karya Ilmiah ini. Karya Ilmiah ini dibuat guna memenuhi
Alternative Energy Competition (AEC) Mechanical City yang bertema
“Pemanfaatan Energi Terbarukan dalam Menanggulangi Krisis Energi dan
Lingkungan”.
Dalam menyelesaikan Karya Ilmiah ini, penulis telah banyak mendapat
pengetahuan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan yang
baik ini, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sedalam-dalamnya
kepada :
1. Dosen pendamping, Haipan Salam, M.si., beserta staff yang ada di Workshop
Produksi dan Perancangan di Universitas Pendidikan Indonesia yang telah
sabar dalam membimbing penulis.
2. Teman-teman mahasiswa teknik mesin produksi dan perancangan angkatan
2010 yang telah banyak memberi dukungan dan motivasi hingga selesainya
laporan ini.
Demikian laporan ini disajikan dengan segala keterbatasan, kritik dan
saran yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan untuk kemajuan penulis
di masa mendatang.
Bandung, Maret 2013
Penulis
DAFTAR ISI
Abstrak ..........................................................................................................i
Kata Pengantar ..............................................................................................ii
Daftar Isi .......................................................................................................iii
Daftar Gambar...............................................................................................iv
Daftar Tabel ...................................................................................................v
Bab I Pendahuluan ........................................................................................1
Bab II Konsep Dasar......................................................................................4
Bab III Metodologi Penulisan........................................................................8
Bab IV Analisa Pembahasan .........................................................................9
Bab V Kesimpulan dan Saran .......................................................................11
Daftar Pustaka ...............................................................................................12
Biodata Penulis..............................................................................................13
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 ....................................................................................................... 6
DAFTAR TABEL
Tabel 1 ........................................................................................................... 7
BAB I PENDAHULUAN
Judul
Pemanfaatan Aliran Air dari Bak Penampungan sebagai Penghasil
Listrik Rumah Tangga dengan Sistem Turbin Kaplan
Latar Belakang Masalah
Pada era globalisasi seperti ini masyarakat sangat memerlukan
listrik, dikarenakan listrik tersebut yang sangat dibutuhkan untuk kegiatan
manusia sehari-hari. Seperti penggunaan alat-alat rumah tangga, penerangan,
dan lain-lain. Pada umumnya masyarakat mendapatkan listrik dari
instansi/perusahaan yang selama ini memasok listrik kepada masyarakat.
Masyarakat pasti mengeluarkan biaya untuk membayar listrik
pada instansi terkait, seperti halnya penggunaan pompa air pasti
membutuhkan daya listrik yang begitu besar. Dari pompa pada umumnya air
ditampung pada bak penampungan air, dari bak penampungan air dialirkan
menuju pipa-pipa. Masyarakat kurang menyadari adanya potensi pada siklus
di atas.
Dengan permasalahan yang ada di atas maka kami akan membuat
alat yang dapat dipergunakan untuk memanfaatkan aliran air tersebut untuk
dikonversikan kembali menjadi energi listrik, alat tersebut kami harap bisa
digunakan untuk kalangan masyarakat yang memiliki bak penampung air
pada ketinggian tertentu.
Konsep yang kami punya tergolong sederhana dan tidak
membutuhkan biaya yang mahal dalam pembuatannya sehingga alat ini dapat
digunakan untuk masyarakat kalangan menengah kebawah, berlatar belakang
dari hal di atas maka kami akan membuat alat untuk pemanfaatan aliran air
dari bak penampungan sebagai penghasil listrik rumah tangga dengan sistem
turbin kaplan.
Rumusan Masalah
Masyarakat masih belum paham bahwa disekitar mereka banyak
hal-hal yang bisa dimanfaatkan, seperti pemakaian air dalam rumah tangga
yang hanya dipergunakan untuk mandi dan cuci kakus saja, mereka juga
belum bisa mengaplikasikan ilmu yang didapat pada saat mereka sekolah
untuk diterapkan pada kehidupan sehari-hari.
Dari fakta di atas kami mengambil beberapa rumusan masalah yaitu :
1. Bagaimana kita memanfaatkan potensi aliran dari bak penampungan ?
Tujuan
Dalam menyusun proposal ini mempunyai tujuan yang kami
harapkan bisa terwujud, yaitu :
1. Kita bisa mengaplikasikan ilmu yang telah kami dapat di dalam
kehidupan sehari-hari sehingga bisa bermanfaat khususnya untuk kami,
2.
umumnya untuk orang banyak.
Kami harap dengan munculnya ide kami dapat menjadi motivasi
khususnya untuk kami, umumnya untuk orang banyak demi terciptanya
3.
karya-karya selanjutnya.
Kami harap alat yang kami buat bisa digunakan untuk kalangan
4.
masyarakat.
Dan alat yang kami buat dapat bermanfaat untuk meminimalis
pemakaian listrik dari instansi perusahaan yang memasok listrik.
Luaran Yang Diharapkan
Target utama luaran adalah bagaimana mengaplikasikan ilmu yang
kita dapat sehingga bermanfaat untuk masyarakat dan bangsa.
Dalam hal paten :
Dari harapannya adalah setelah dibuat alat ini dapat menjadi hak paten
kami selaku penggagas ide dan perancang.
Dalam bidang jasa :
Setelah dibuat alat ini, kami dapat menyediakan jasa-jasa pembuatan
pembangkit listrik sistem turbin kaplan, karena semakin berkembangnya
zaman akan semakin banyak pembuat pembangkit listrik, harapannya
dapat memanfaatkan peluang ini untuk mengaplikasikan ilmu. Selain dari
jasa pembuatan pembangkit listrik sistem turbin kaplan sendiri,
diharapkan juga para mahasiswa menyediakan jasa dibidang lainnya
seperti jasa servis alat-alat atau perawatan khususnya servis dan
perawatan untuk turbin dan generator pembangkit.
Dari segi desain :
Harapannya dengan adanya desain pembangkit listrik ini, kami dapat
mengembangkan model-model terbaru yang lebih efektif,efisien dan
ekonomis. Selain itu harapan kedepannya kita dapat mendesain alat-alat
lainnya sebagai tindak lanjut dari pengembangan teknologi.
Dari segi barang :
Harapannya kami dapat membuat alat ini sebanyak mungkin yang
nantinya dapat dilempar ke pasaran, selain itu harapan lebih lanjutnya
adalah kami dapat membuat alat-alat yang lebih baru dari hasil
pengembangan teknologi pembangkit listrik rumahan.
Kegunaan
Kegunaan pembuatan alat ini sendiri sebenarnya banyak sekali,
tidak hanya dapat menghasilkan listrik, memanfaatkan potensi lingkungan
sekitar, meminimalis penggunaan listrik yang di beli dari instansi terkait, tapi
juga lebih menekankan pada pengenalan dan pemahaman teknologi yang
dipakai pada pembangkit listrik ini kepada masyarakat, dimana teknologi yang
dipakai tergolong sederhana dan merupakan penerapan dari ilmu fisika dan
ilmu-ilmu lainnya.
BAB II KONSEP DASAR
Pembangkit listrik adalah suatu tempat dimana energi listrik dapat
diperoleh dengan mengubah beberapa bentuk energi lainnya. Jenis energi
diubah tergantung pada jenis pembangkit listrik sedang dipertimbangkan. Ada
beberapa macam pembangkit listrik yang ada di dunia pada masa ini,
berdasarkan sumber pembangkitnya yaitu batu bara, nuklir, gas bumi, biogas,
matahari, dan air.
Simulasi pembangkit listrik mikrohidro merupakan alat yang cara
kerjanya sama dengan mikrohidro asli namun ukurannya relatif lebih kecil dan
sama-sama memanfaatkan aliran air sebagai tenaga untuk memutar turbin dan
generator sehingga menghasilkan energi listrik.
Fluida adalah zat yang bersifat mengalir . Hal ini disebabkan
karena molekul-molekulnya mempunyai daya tarik-menarik ( kohesi ) antar
molekul sangat kecil atau bahkan nol. Fluida terdiri atas zat cair ( liquid ) dan
zat gas.
Sistem Tenaga Fluida (Fluid power system) adalah suatu rangkaian
pemindahan tenaga dan / atau pengaturan tenaga dengan menggunakan media
( perantara ) fluida. Tenaga dari sumber tenaga atau pembangkit tenaga
diteruskan oleh fluida melalui saluran fluida , unit-unit pengatur atau control
element ke unit penggerak sebagai output dari sistem tersebut.
Fungsi Fluida ialah : untuk menghantarkan atau menyalurkan
tenaga yang dibangkitkan oleh pembangkit tenaga ke seluruh sirkuit
(rangkaian) hingga outputnya dapat dilihat pada aktuator. Disamping sebagai
fungsi transfer, fluida juga sebagai media otomatisasi atau sebagai media
pengendali (Controsl medium) yaitu untuk mengoperasikan kontrol-kontrol
elemen padan sistem tenaga fluida itu sendiri.
Jumlah Aliran
Yang dimaksud dengan jumlah aliran adalah banyaknya fluida
yang telah mengalir pada suatu pipa / konduktor untuk setiap satuan waktu.
Bila dikatakan jumlah aliran (flow rate) sebesar Q = 10 L/menit berati telah
mengalir fluida sebanyak 10 Liter selama satu menit.
Sehingga rumus untuk jumlah aliran dapat dituliskan sebagai berikut :
Q=
V
t
Q = jumlah aliran rata-rata (m3/s) atau ( L/s )
V = Volume ( m3 ) atau liter ( L )
t = waktu ( sekon = s )
Kecepatan Aliran
Rumus tersebut di atas dapat juga dituliskan berdasarkan kecepatan
aliran fluida sebagai berikut :
Q= A .v
Q = Jumlah aliran rata-rata ( m3/s )
v = kecepatan aliran fluida ( m/s )
A = luas penampang pipa ( m2 )
Turbin Kaplan/Propeller
Disebut turbin Propeller apabila mangkok-mangkok turbinnya
tetap, sedangkan turbin Kaplan memiliki mangkok-mangkok turbin yang
dapat diatur. Turbin Kaplan/Propeller baik digunakan pada PLTA dengan
tinggi terjun yang rendah, yaitu dibawah 20 meter. Teknik mengkonversikan
energi potensial air menjadi energi mekanik pada roda air turbin dilakukan
melalui pemanfaatan kecepatan air.
Bagian-bagian utama sama dengan turbin Kaplan yaitu :
1. Rumah spiral (scroll-case)
2. runner
3. Pipa pelepas air (draftube)
Gambar 1. Contoh turbin kaplan
Daya Turbin
Besarnya daya poros/output turbin :
P = 9,81*Q*H*ηt
Dimana :
P = Paya poros/output turbin (MW)
Q = Debit air (m3/detik)
H = Efektif Head (m)
ηt = Efesiansi turbin
Kecepatan Turbin
Ns = 2283/H0,486
N = Ns*H1,25/P0,5
Dimana :
Ns = Kecepatan spesifik
N = Kecepatan putaran turbin (rpm)
P = Daya poros/output turbin (MW)
H = Head efektif (m)
Tabel 1. Jumlah Bilah Runner Turbin (Z)
Ns(Hp)
Ns(Kw)=
400
340
500
430
600
510
800
600
800
680
0.857
Z
8-6
7-6
6-5
5-4
4
Sumber: Studi kelayakan dan Penyusunan Basic Design Proyek PLTA
Siteki, Vol I Bab 3 “Parameter Design Optimum”
Generator
Generator adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik
menjadi energi listrik. Tenaga mekanik bisa berasal dari panas, air, uap, dan
lain-lain. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa Listrik AC
(listrik bolak-balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tegantung dari
konstruksi generator yang dipakai oleh pembangkit tenaga listrik.
Generator berhubungan erat dengan hukum faraday. Berikut hasil dari
hukum faraday “ bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada
dalam medan magnet berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan
terbentuk Gaya Gerak Listrik ”
Gaya Gerak Listrik (GGL)
Bila sebatang logam panjang berada di dalam medan listrik, maka akan
menyebabkan elektron bebas akan bergerak ke kiri yang akhirnya akan
menimbulkan medan listrik induksi yang sama kuat dengan medan listrik,
sehingga kuat medan total menjadi nol. Dalam hal ini potensial kedua ujung
logam menjadi sama besar dan aliran elektron akan berhenti, maka kedua
ujung logam terdapat muatan induksi. Agar aliran elektron bebas berjalan
terus maka harus muatan induksi ini terus diambil, sehingga pada logam tidak
timbul medan listrik induksi. Dan sumber gaya gerak listrik (misal baterai)
yang dapat membuat beda potensial kedua ujung logam harganya tetap,
sehingga aliran elektron tetap berjalan.
BAB III METODE PENULISAN
Mulai
Penjadwalan diskusi
kelompok
1 hari
Pencarian data teori
dasar
1 minggu
Pembahasan kelompok
untuk teori dasar
Penyusunan karya tulis
ilmiah
Pengecekan
KTI oleh
pembimbing
3 hari
1 minggu
3 hari
Selesai
BAB IV ANALISA PEMBAHASAN
Dari dasar teori yang telah disampaikan bahwa dengan data yang
telah ada maka kami dapat mengetahui hasil yang akan dicapai yaitu apabila
diketahui data – data sebahai berikut :
H=2m
g = 9.81 m/s2
Cv = 0.96
V = Cv
√ 2 gH = 0.96 √ 2.9,81.2 = 5,057 m/s
Dengan,
H = head
g = gravitasi
V = kecepatan alir air
Cv = koefisien air setelah terjadi gesekan dengan pipa
Untuk mencari kapasitas air yang keluar dari nozzle adalah sebagai berikut :
A = πr2 = 3.14 . 6,3852 = 128,01 mm2
Q = V.A
Q = 5,507 . 1,2801 x 10 -4
Q = 7,049 x 10 -4 m3/s
Dengan diketahui kecepatan air dan debit air yang keluar dai nozzle maka kita
dapat mengetahui daya yang akan didapat, yaitu :
P = 9,81 . Q . H . µt
P = 9,81 . 7,049 x 10-4 . 2 . 50
P = 6.9998 x 10 -3 Kw
Setelah diketahui daya yang dihasilkan untuk memutarkan poros lalu kita akan
mencari putaran yang dihasilkan yaitu dengan cara sebagai berikut :
N = Ns . H1.25/P0.5
Ns = 2285/H0,486 = 1630,066 m/s = 27.168 m/menit
N = 27,168 . 21.25/0,00699980.5
N = 772,373 rpm
Kita mengetahui putaran poros yang digerakkan turbin yaitu N = 772,373 rpm
Dengan putaran poros yang telah kita dapat maka kita bisa
menghasilkan listrik dengan menggunakan generator, dengan prinsip generator
yang bisa menghasilkan listrik maka kita dapat mengetahui seberapa besar
listrik yang didapat. Dengan prinsip kerja generator yaitu magnet yang
memutari lilitan atau lilitan yang memutari magnet dengan putaran yang telah
didapat dari turbin maka akan terjadi gaya gerak listrik (GGL induksi), untuk
mengetahui seberapa besar arus listrik yang didapat tergantung dari kontruksi
generator yang dipakai untuk pembangkit listrik.
Generator berhubungan erat dengan hukum faraday. Berikut hasil
dari hukum faraday “ bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada
dalam medan magnet berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan terbentuk
gaya gerak listrik”.
Menurut hukum faraday yang disebutkan di atas biasanya gaya gerak
listrik tergantung dari banyak lilitan kawat pada generator yang dipakai dan
medan magnet yang menghasilkan fluks magnet akibat dari putaran poros
turbin, dengan adanya fluks magnet maka akan terjadi GGL induksi.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Dari perumusan masalah, landasan teori, dan pembahasan di atas kita dapat
menyimpulkan bahwa :
1.
Kita bisa memaanfaatkan aliran air dari bak penampungan menjadi energi
listrik dengan metode turbin Kaplan dan generator yang mengubah energi
2.
gerak menjadi energi listrik.
Apabila setiap rumah yang
memiliki
bak
penampungan
dapat
menggunakan metode di atas maka kita dapat menghemat listrik beriburibu watt, dan penghematan tersebut bisa digunakan perusahaan listrik
Negara untuk mengaliri listrik ke daerah-daerah yang kekurangan listrik,
meskipun arus listrik yang dihasilkan kecil, misalkan hanya dapat
digunakan untuk menghidupkan lampu neon 5 watt, tetapi efeknya akan
terasa sangat besar apabila banyak rumah atau bangunan-bangunan lainnya
menghemat listrik dengan metoda di atas, akan terjadi penghematan listrik
3.
yang sangat besar.
Kita juga dapat bermanfaat untuk warga yang lain dengan menghemat
4.
listrik dari hal-hal kecil yang telah kami sampaikan di atas.
Ide di atas juga dapat mengurangi penggunaan listrik yang dihasilkan dari
bahan bakar fosil.
Saran
1.
gunakan listrik sehemat mungkin dan bagikan listrik kepada saudara2.
saudara kita yang belum mendapatkan listrik.
Harapan kami yaitu teman-teman semua dapat mendukung program
renewable energy dengan sebaik mungkin dan dapat mewujudkan
3.
kesejahteraan bagi masyarakat, minimal yang ada disekitar kita.
Gunakan ilmu pengetahuan yang kalian punya untuk kepentingan
bersama,
Karena sebaik-baik manusia adalah yang bermanfaat bagi
sesamanya.
Daftar Pustaka
Direktorat Jenderal Listrik Dan Pemanfaatan Energi,“Buku Utama
Pedoman Studi Kelayakan PLTMH”, DJLPE, Jakarta, 2009.
Jorfri Sinaga, “Perancangan PLTMH Pada Aliran Sungai”, Universitas
Diponegoro, Semarang
Arismunandar, “Teknik Tenaga Listrik Jilid I Pembangkitan Dengan
Tenaga Air”, Penerbit Pradnya
Paramita,Jakarta, 1979
Aip Saripudin, Dkk. “Praktis Belajar Fisika I” Pusat Perbukuan
Departemen Pendidikan Nasional. VMP, Jakarta
Studi kelayakan dan Penyusunan Basic Design Proyek PLTA
Siteki, Vol I Bab 3 “Parameter Design Optimum”
Biodata Penulis
Nama Lengkap
: Faris Yanuarsyah
Jenis Kelamin
: Laki-laki
Tempat, Tanggal Lahir
: Ciamis, 12 Januari 1990
No. Telepon
: 085294528892
Pendidikan Terakhir
: SMK
Nama Lengkap
: Muhamad Ramdan
Jenis Kelamin
: Laki-laki
Tempat, Tanggal Lahir
: Sukabumi, 05 Maret 1992
No. Telepon
: 085720779477
Pendidikan Terakhir
: SMK
Nama Lengkap
: Riza Hidayat
Jenis Kelamin
: Laki-laki
Tempat, Tanggal Lahir
: Bandung, 3 Juli 1991
No. Telepon
: 081931270038
Pendidikan Terakhir
: SMK
SEBAGAI PENGHASIL LISTRIK RUMAH TANGGA DENGAN
SISTEM TURBIN KAPLAN
Diusulkan oleh :
NAMA
NIM
ANGKATAN
Faris Yanuarsyah
1005290
2010
Muhamad Ramdan
1001158
2010
Riza Hidayat
1000341
2010
JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
BANDUNG
2013
ABSTRAK
Pada umumnya bak penampungan hanya digunakan untuk menampung
air dan mengalirkan kembali ke keran-keran. Maka pada kesempataan ini
didalam pipa yang dialiri air dari bak penampungan dipasang turbin kaplan.
Pemasangan Turbin Kaplan untuk sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-Hidro
(PLTMH) memanfaatkan aliran air dari bak penampungan mempunyai tujuan
untuk menghemat listrik dan mengaplikasikan ilmu yang telah didapat. Selain itu
memberikan pemahaman yang jelas tentang pembangkit listrik tenaga mikrohidro
dari energi potensial fluida menjadi energi listrik. Metode yang digunakan oleh
penulis dalam penelitian ini adalah metode Karya Ilmiah dengan penghitungan
aliran air, kecepatan air, debit air, daya air, dan putaran poros yang dihasilkan
akibat daya aliran air. Dari hasil penghitungan didapat data-data sebagai berikut
: V = 5,057 m/s, Q = 7,049 x 10 -4 m3/s, P = 6.9998 x 10 -3 Kw, N = 772,373 rpm.
Dengan putaran poros yang telah kita dapat maka kita bisa menghasilkan listrik
dengan menggunakan generator. Dengan prinsip kerja generator yaitu magnet
yang memutari lilitan atau lilitan yang memutari magnet dengan putaran yang
telah didapat dari turbin maka akan terjadi gaya gerak listrik (GGL induksi),
untuk mengetahui seberapa besar arus listrik yang didapat tergantung dari
kontruksi generator yang dipakai untuk pembangkit listrik.
Generator
berhubungan erat dengan hukum faraday. Berikut hasil dari hukum faraday “
bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet
berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik”.
Menurut hukum faraday yang disebutkan di atas biasanya gaya gerak listrik
tergantung dari banyak lilitan kawat pada generator yang dipakai dan medan
magnet yang menghasilkan fluks magnet akibat dari putaran poros turbin,
dengan adanya fluks magnet maka akan terjadi GGL induksi.
Kata Kunci : Sisitem Pembagkit Tenaga, Turbin Kaplan , Generator, Hukum
faraday, Fluks magnet, Gaya Gerak listrik.
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan ke khadirat ILLAHI RABBI atas segala berkatNya, maka selesailah Karya Ilmiah ini. Karya Ilmiah ini dibuat guna memenuhi
Alternative Energy Competition (AEC) Mechanical City yang bertema
“Pemanfaatan Energi Terbarukan dalam Menanggulangi Krisis Energi dan
Lingkungan”.
Dalam menyelesaikan Karya Ilmiah ini, penulis telah banyak mendapat
pengetahuan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan yang
baik ini, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sedalam-dalamnya
kepada :
1. Dosen pendamping, Haipan Salam, M.si., beserta staff yang ada di Workshop
Produksi dan Perancangan di Universitas Pendidikan Indonesia yang telah
sabar dalam membimbing penulis.
2. Teman-teman mahasiswa teknik mesin produksi dan perancangan angkatan
2010 yang telah banyak memberi dukungan dan motivasi hingga selesainya
laporan ini.
Demikian laporan ini disajikan dengan segala keterbatasan, kritik dan
saran yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan untuk kemajuan penulis
di masa mendatang.
Bandung, Maret 2013
Penulis
DAFTAR ISI
Abstrak ..........................................................................................................i
Kata Pengantar ..............................................................................................ii
Daftar Isi .......................................................................................................iii
Daftar Gambar...............................................................................................iv
Daftar Tabel ...................................................................................................v
Bab I Pendahuluan ........................................................................................1
Bab II Konsep Dasar......................................................................................4
Bab III Metodologi Penulisan........................................................................8
Bab IV Analisa Pembahasan .........................................................................9
Bab V Kesimpulan dan Saran .......................................................................11
Daftar Pustaka ...............................................................................................12
Biodata Penulis..............................................................................................13
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 ....................................................................................................... 6
DAFTAR TABEL
Tabel 1 ........................................................................................................... 7
BAB I PENDAHULUAN
Judul
Pemanfaatan Aliran Air dari Bak Penampungan sebagai Penghasil
Listrik Rumah Tangga dengan Sistem Turbin Kaplan
Latar Belakang Masalah
Pada era globalisasi seperti ini masyarakat sangat memerlukan
listrik, dikarenakan listrik tersebut yang sangat dibutuhkan untuk kegiatan
manusia sehari-hari. Seperti penggunaan alat-alat rumah tangga, penerangan,
dan lain-lain. Pada umumnya masyarakat mendapatkan listrik dari
instansi/perusahaan yang selama ini memasok listrik kepada masyarakat.
Masyarakat pasti mengeluarkan biaya untuk membayar listrik
pada instansi terkait, seperti halnya penggunaan pompa air pasti
membutuhkan daya listrik yang begitu besar. Dari pompa pada umumnya air
ditampung pada bak penampungan air, dari bak penampungan air dialirkan
menuju pipa-pipa. Masyarakat kurang menyadari adanya potensi pada siklus
di atas.
Dengan permasalahan yang ada di atas maka kami akan membuat
alat yang dapat dipergunakan untuk memanfaatkan aliran air tersebut untuk
dikonversikan kembali menjadi energi listrik, alat tersebut kami harap bisa
digunakan untuk kalangan masyarakat yang memiliki bak penampung air
pada ketinggian tertentu.
Konsep yang kami punya tergolong sederhana dan tidak
membutuhkan biaya yang mahal dalam pembuatannya sehingga alat ini dapat
digunakan untuk masyarakat kalangan menengah kebawah, berlatar belakang
dari hal di atas maka kami akan membuat alat untuk pemanfaatan aliran air
dari bak penampungan sebagai penghasil listrik rumah tangga dengan sistem
turbin kaplan.
Rumusan Masalah
Masyarakat masih belum paham bahwa disekitar mereka banyak
hal-hal yang bisa dimanfaatkan, seperti pemakaian air dalam rumah tangga
yang hanya dipergunakan untuk mandi dan cuci kakus saja, mereka juga
belum bisa mengaplikasikan ilmu yang didapat pada saat mereka sekolah
untuk diterapkan pada kehidupan sehari-hari.
Dari fakta di atas kami mengambil beberapa rumusan masalah yaitu :
1. Bagaimana kita memanfaatkan potensi aliran dari bak penampungan ?
Tujuan
Dalam menyusun proposal ini mempunyai tujuan yang kami
harapkan bisa terwujud, yaitu :
1. Kita bisa mengaplikasikan ilmu yang telah kami dapat di dalam
kehidupan sehari-hari sehingga bisa bermanfaat khususnya untuk kami,
2.
umumnya untuk orang banyak.
Kami harap dengan munculnya ide kami dapat menjadi motivasi
khususnya untuk kami, umumnya untuk orang banyak demi terciptanya
3.
karya-karya selanjutnya.
Kami harap alat yang kami buat bisa digunakan untuk kalangan
4.
masyarakat.
Dan alat yang kami buat dapat bermanfaat untuk meminimalis
pemakaian listrik dari instansi perusahaan yang memasok listrik.
Luaran Yang Diharapkan
Target utama luaran adalah bagaimana mengaplikasikan ilmu yang
kita dapat sehingga bermanfaat untuk masyarakat dan bangsa.
Dalam hal paten :
Dari harapannya adalah setelah dibuat alat ini dapat menjadi hak paten
kami selaku penggagas ide dan perancang.
Dalam bidang jasa :
Setelah dibuat alat ini, kami dapat menyediakan jasa-jasa pembuatan
pembangkit listrik sistem turbin kaplan, karena semakin berkembangnya
zaman akan semakin banyak pembuat pembangkit listrik, harapannya
dapat memanfaatkan peluang ini untuk mengaplikasikan ilmu. Selain dari
jasa pembuatan pembangkit listrik sistem turbin kaplan sendiri,
diharapkan juga para mahasiswa menyediakan jasa dibidang lainnya
seperti jasa servis alat-alat atau perawatan khususnya servis dan
perawatan untuk turbin dan generator pembangkit.
Dari segi desain :
Harapannya dengan adanya desain pembangkit listrik ini, kami dapat
mengembangkan model-model terbaru yang lebih efektif,efisien dan
ekonomis. Selain itu harapan kedepannya kita dapat mendesain alat-alat
lainnya sebagai tindak lanjut dari pengembangan teknologi.
Dari segi barang :
Harapannya kami dapat membuat alat ini sebanyak mungkin yang
nantinya dapat dilempar ke pasaran, selain itu harapan lebih lanjutnya
adalah kami dapat membuat alat-alat yang lebih baru dari hasil
pengembangan teknologi pembangkit listrik rumahan.
Kegunaan
Kegunaan pembuatan alat ini sendiri sebenarnya banyak sekali,
tidak hanya dapat menghasilkan listrik, memanfaatkan potensi lingkungan
sekitar, meminimalis penggunaan listrik yang di beli dari instansi terkait, tapi
juga lebih menekankan pada pengenalan dan pemahaman teknologi yang
dipakai pada pembangkit listrik ini kepada masyarakat, dimana teknologi yang
dipakai tergolong sederhana dan merupakan penerapan dari ilmu fisika dan
ilmu-ilmu lainnya.
BAB II KONSEP DASAR
Pembangkit listrik adalah suatu tempat dimana energi listrik dapat
diperoleh dengan mengubah beberapa bentuk energi lainnya. Jenis energi
diubah tergantung pada jenis pembangkit listrik sedang dipertimbangkan. Ada
beberapa macam pembangkit listrik yang ada di dunia pada masa ini,
berdasarkan sumber pembangkitnya yaitu batu bara, nuklir, gas bumi, biogas,
matahari, dan air.
Simulasi pembangkit listrik mikrohidro merupakan alat yang cara
kerjanya sama dengan mikrohidro asli namun ukurannya relatif lebih kecil dan
sama-sama memanfaatkan aliran air sebagai tenaga untuk memutar turbin dan
generator sehingga menghasilkan energi listrik.
Fluida adalah zat yang bersifat mengalir . Hal ini disebabkan
karena molekul-molekulnya mempunyai daya tarik-menarik ( kohesi ) antar
molekul sangat kecil atau bahkan nol. Fluida terdiri atas zat cair ( liquid ) dan
zat gas.
Sistem Tenaga Fluida (Fluid power system) adalah suatu rangkaian
pemindahan tenaga dan / atau pengaturan tenaga dengan menggunakan media
( perantara ) fluida. Tenaga dari sumber tenaga atau pembangkit tenaga
diteruskan oleh fluida melalui saluran fluida , unit-unit pengatur atau control
element ke unit penggerak sebagai output dari sistem tersebut.
Fungsi Fluida ialah : untuk menghantarkan atau menyalurkan
tenaga yang dibangkitkan oleh pembangkit tenaga ke seluruh sirkuit
(rangkaian) hingga outputnya dapat dilihat pada aktuator. Disamping sebagai
fungsi transfer, fluida juga sebagai media otomatisasi atau sebagai media
pengendali (Controsl medium) yaitu untuk mengoperasikan kontrol-kontrol
elemen padan sistem tenaga fluida itu sendiri.
Jumlah Aliran
Yang dimaksud dengan jumlah aliran adalah banyaknya fluida
yang telah mengalir pada suatu pipa / konduktor untuk setiap satuan waktu.
Bila dikatakan jumlah aliran (flow rate) sebesar Q = 10 L/menit berati telah
mengalir fluida sebanyak 10 Liter selama satu menit.
Sehingga rumus untuk jumlah aliran dapat dituliskan sebagai berikut :
Q=
V
t
Q = jumlah aliran rata-rata (m3/s) atau ( L/s )
V = Volume ( m3 ) atau liter ( L )
t = waktu ( sekon = s )
Kecepatan Aliran
Rumus tersebut di atas dapat juga dituliskan berdasarkan kecepatan
aliran fluida sebagai berikut :
Q= A .v
Q = Jumlah aliran rata-rata ( m3/s )
v = kecepatan aliran fluida ( m/s )
A = luas penampang pipa ( m2 )
Turbin Kaplan/Propeller
Disebut turbin Propeller apabila mangkok-mangkok turbinnya
tetap, sedangkan turbin Kaplan memiliki mangkok-mangkok turbin yang
dapat diatur. Turbin Kaplan/Propeller baik digunakan pada PLTA dengan
tinggi terjun yang rendah, yaitu dibawah 20 meter. Teknik mengkonversikan
energi potensial air menjadi energi mekanik pada roda air turbin dilakukan
melalui pemanfaatan kecepatan air.
Bagian-bagian utama sama dengan turbin Kaplan yaitu :
1. Rumah spiral (scroll-case)
2. runner
3. Pipa pelepas air (draftube)
Gambar 1. Contoh turbin kaplan
Daya Turbin
Besarnya daya poros/output turbin :
P = 9,81*Q*H*ηt
Dimana :
P = Paya poros/output turbin (MW)
Q = Debit air (m3/detik)
H = Efektif Head (m)
ηt = Efesiansi turbin
Kecepatan Turbin
Ns = 2283/H0,486
N = Ns*H1,25/P0,5
Dimana :
Ns = Kecepatan spesifik
N = Kecepatan putaran turbin (rpm)
P = Daya poros/output turbin (MW)
H = Head efektif (m)
Tabel 1. Jumlah Bilah Runner Turbin (Z)
Ns(Hp)
Ns(Kw)=
400
340
500
430
600
510
800
600
800
680
0.857
Z
8-6
7-6
6-5
5-4
4
Sumber: Studi kelayakan dan Penyusunan Basic Design Proyek PLTA
Siteki, Vol I Bab 3 “Parameter Design Optimum”
Generator
Generator adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik
menjadi energi listrik. Tenaga mekanik bisa berasal dari panas, air, uap, dan
lain-lain. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa Listrik AC
(listrik bolak-balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tegantung dari
konstruksi generator yang dipakai oleh pembangkit tenaga listrik.
Generator berhubungan erat dengan hukum faraday. Berikut hasil dari
hukum faraday “ bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada
dalam medan magnet berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan
terbentuk Gaya Gerak Listrik ”
Gaya Gerak Listrik (GGL)
Bila sebatang logam panjang berada di dalam medan listrik, maka akan
menyebabkan elektron bebas akan bergerak ke kiri yang akhirnya akan
menimbulkan medan listrik induksi yang sama kuat dengan medan listrik,
sehingga kuat medan total menjadi nol. Dalam hal ini potensial kedua ujung
logam menjadi sama besar dan aliran elektron akan berhenti, maka kedua
ujung logam terdapat muatan induksi. Agar aliran elektron bebas berjalan
terus maka harus muatan induksi ini terus diambil, sehingga pada logam tidak
timbul medan listrik induksi. Dan sumber gaya gerak listrik (misal baterai)
yang dapat membuat beda potensial kedua ujung logam harganya tetap,
sehingga aliran elektron tetap berjalan.
BAB III METODE PENULISAN
Mulai
Penjadwalan diskusi
kelompok
1 hari
Pencarian data teori
dasar
1 minggu
Pembahasan kelompok
untuk teori dasar
Penyusunan karya tulis
ilmiah
Pengecekan
KTI oleh
pembimbing
3 hari
1 minggu
3 hari
Selesai
BAB IV ANALISA PEMBAHASAN
Dari dasar teori yang telah disampaikan bahwa dengan data yang
telah ada maka kami dapat mengetahui hasil yang akan dicapai yaitu apabila
diketahui data – data sebahai berikut :
H=2m
g = 9.81 m/s2
Cv = 0.96
V = Cv
√ 2 gH = 0.96 √ 2.9,81.2 = 5,057 m/s
Dengan,
H = head
g = gravitasi
V = kecepatan alir air
Cv = koefisien air setelah terjadi gesekan dengan pipa
Untuk mencari kapasitas air yang keluar dari nozzle adalah sebagai berikut :
A = πr2 = 3.14 . 6,3852 = 128,01 mm2
Q = V.A
Q = 5,507 . 1,2801 x 10 -4
Q = 7,049 x 10 -4 m3/s
Dengan diketahui kecepatan air dan debit air yang keluar dai nozzle maka kita
dapat mengetahui daya yang akan didapat, yaitu :
P = 9,81 . Q . H . µt
P = 9,81 . 7,049 x 10-4 . 2 . 50
P = 6.9998 x 10 -3 Kw
Setelah diketahui daya yang dihasilkan untuk memutarkan poros lalu kita akan
mencari putaran yang dihasilkan yaitu dengan cara sebagai berikut :
N = Ns . H1.25/P0.5
Ns = 2285/H0,486 = 1630,066 m/s = 27.168 m/menit
N = 27,168 . 21.25/0,00699980.5
N = 772,373 rpm
Kita mengetahui putaran poros yang digerakkan turbin yaitu N = 772,373 rpm
Dengan putaran poros yang telah kita dapat maka kita bisa
menghasilkan listrik dengan menggunakan generator, dengan prinsip generator
yang bisa menghasilkan listrik maka kita dapat mengetahui seberapa besar
listrik yang didapat. Dengan prinsip kerja generator yaitu magnet yang
memutari lilitan atau lilitan yang memutari magnet dengan putaran yang telah
didapat dari turbin maka akan terjadi gaya gerak listrik (GGL induksi), untuk
mengetahui seberapa besar arus listrik yang didapat tergantung dari kontruksi
generator yang dipakai untuk pembangkit listrik.
Generator berhubungan erat dengan hukum faraday. Berikut hasil
dari hukum faraday “ bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada
dalam medan magnet berubah-ubah, maka dalam kawat tersebut akan terbentuk
gaya gerak listrik”.
Menurut hukum faraday yang disebutkan di atas biasanya gaya gerak
listrik tergantung dari banyak lilitan kawat pada generator yang dipakai dan
medan magnet yang menghasilkan fluks magnet akibat dari putaran poros
turbin, dengan adanya fluks magnet maka akan terjadi GGL induksi.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Dari perumusan masalah, landasan teori, dan pembahasan di atas kita dapat
menyimpulkan bahwa :
1.
Kita bisa memaanfaatkan aliran air dari bak penampungan menjadi energi
listrik dengan metode turbin Kaplan dan generator yang mengubah energi
2.
gerak menjadi energi listrik.
Apabila setiap rumah yang
memiliki
bak
penampungan
dapat
menggunakan metode di atas maka kita dapat menghemat listrik beriburibu watt, dan penghematan tersebut bisa digunakan perusahaan listrik
Negara untuk mengaliri listrik ke daerah-daerah yang kekurangan listrik,
meskipun arus listrik yang dihasilkan kecil, misalkan hanya dapat
digunakan untuk menghidupkan lampu neon 5 watt, tetapi efeknya akan
terasa sangat besar apabila banyak rumah atau bangunan-bangunan lainnya
menghemat listrik dengan metoda di atas, akan terjadi penghematan listrik
3.
yang sangat besar.
Kita juga dapat bermanfaat untuk warga yang lain dengan menghemat
4.
listrik dari hal-hal kecil yang telah kami sampaikan di atas.
Ide di atas juga dapat mengurangi penggunaan listrik yang dihasilkan dari
bahan bakar fosil.
Saran
1.
gunakan listrik sehemat mungkin dan bagikan listrik kepada saudara2.
saudara kita yang belum mendapatkan listrik.
Harapan kami yaitu teman-teman semua dapat mendukung program
renewable energy dengan sebaik mungkin dan dapat mewujudkan
3.
kesejahteraan bagi masyarakat, minimal yang ada disekitar kita.
Gunakan ilmu pengetahuan yang kalian punya untuk kepentingan
bersama,
Karena sebaik-baik manusia adalah yang bermanfaat bagi
sesamanya.
Daftar Pustaka
Direktorat Jenderal Listrik Dan Pemanfaatan Energi,“Buku Utama
Pedoman Studi Kelayakan PLTMH”, DJLPE, Jakarta, 2009.
Jorfri Sinaga, “Perancangan PLTMH Pada Aliran Sungai”, Universitas
Diponegoro, Semarang
Arismunandar, “Teknik Tenaga Listrik Jilid I Pembangkitan Dengan
Tenaga Air”, Penerbit Pradnya
Paramita,Jakarta, 1979
Aip Saripudin, Dkk. “Praktis Belajar Fisika I” Pusat Perbukuan
Departemen Pendidikan Nasional. VMP, Jakarta
Studi kelayakan dan Penyusunan Basic Design Proyek PLTA
Siteki, Vol I Bab 3 “Parameter Design Optimum”
Biodata Penulis
Nama Lengkap
: Faris Yanuarsyah
Jenis Kelamin
: Laki-laki
Tempat, Tanggal Lahir
: Ciamis, 12 Januari 1990
No. Telepon
: 085294528892
Pendidikan Terakhir
: SMK
Nama Lengkap
: Muhamad Ramdan
Jenis Kelamin
: Laki-laki
Tempat, Tanggal Lahir
: Sukabumi, 05 Maret 1992
No. Telepon
: 085720779477
Pendidikan Terakhir
: SMK
Nama Lengkap
: Riza Hidayat
Jenis Kelamin
: Laki-laki
Tempat, Tanggal Lahir
: Bandung, 3 Juli 1991
No. Telepon
: 081931270038
Pendidikan Terakhir
: SMK