STUDI EKSPERIMEN MOTOR INDUKSI SEBAGAI GENERATOR (MISG) DAN
APLIKASINYA PADA PEMBANGKIT LISTRIK PICOHIDRO DENGAN PENGGERAK TURBIN ALIRAN SILANG SUDU BAMBU
An ExperimentalSfudy ol Induction Motor As Generator and lts Aplicat ion on Picohydro Power Genention wrth Bamboo Blade Crossflow Turbine as Prime tElrita Arla Zuliari, 2Ali Khomsah (r)Jurusan Teknik Elektro lnstitut Teknologi Adhi Tama Surabaya (2)Jurusan Teknik Mesin lnstitut Teknologi Adhi Tama Surabaya Email:
[email protected]
ABSTRAK Salah satu cara pengentasan kemiskinan dilakukan dengan meningkatkan pembangunan di segala bidang, yaitu
pembangunan infrastruktur khususnya infrastruktur kelistrikan. Pembangunan kelistrikan yang ada sampai saat ini mencukupi kebutuhan masyarakat terutama di desa terpencil. Usaha untuk memenuhi kebutuhan diarahkan menuju energi listrik bagi masyarakat sehingga diperlukan peralatan pembangkit listrik yang dapat dibuat secara mandiri oleh yang pada akhirnya akan tercapai swa-elektrifikasi bagi masyarakat. Pada pembangkit listrik tenaga air skala picohydro peralatan turbin dan generator. Pada penelitian ini dirancang seperangkat alat pembangkit listrik picohydro dengan yang terbuat dari bahan bambu beserta generator MISG, seberapa jauh bambu dapat dimanfaatkan sebagai material seberapa mampu turbin bambu tersebut untuk menggerakkan generator. Pengujian yang telah dilakukan untuk kerja perangkat pembangkit listrik terkait daya dan efisiensi. Di mana pengujian dilakukan dengan mensimulasikan ene4j air yang berasal dari pompa sebagai penggerak turbin yang kemudian menggerakkan generator pembangkit listrik.
pengujian generator MISG diperoleh data bahwa generator mampu bekerja maksimal pada beban lampu 360 watt pada :672 rpm. Sedangkan performa maksimal kombinasi turbin dengan generator MISG mampu menerima beban lampu pada putaran generator 1580,4 rpm, dengan effisiensi tolalqr,23o/o. Kata Kunci: Turbin air, sudu bambu, MISG, pikohidro
ABSTRACT One of the ways to poverty alleviation is doing with improve all fields, electrical infra structure is important thing to be The electricity has been developed is not enough yet to meet the need of remote community in rural area. To reach frte electrici\, the community must bring to independent electrical energy, so itwas needed power generator equipment,
power generator can be made by people from rural community, and finally "swa-electrification" lor remote communilyt reached. Hydropower is electricity generated using the energy of moving water, with water as energy, will be need generator. So rn fhls resea rch will be design picohydro power generation, with water as kinetic energy to rotate the blade d who made from bamboo, induction motor use as generator so called lnduction Motor as Generator (IMAG). How far
be use and hold the load, and rotate the generator with electrical load. The experiment has been done have resu/ts abqf and efficiency; experiment simulation was done with pump as prime mover to rotate the turbine, and turbine rotate the produce voltage and electric current. Ihe resu/ts of the IMAG, showed that the generator could work up to 360 watt lanp 1672 rpm. The actual load generator was 200 Watts at 1580.4 rpm, with total efliciency qr, 23o/".
Key words: Water turbine, bamboo blade, IMAG, picohydro
PENDAHULUAN Salah satu cara pengentasan kemiskinan
adalah dilakukan dengan meningkatkan pembangunan di segala bidang,, yaitu dengan ialan pembangunan infrastruktur khususnya inf
rastruktur kelistrikan. Pembangunan kelistrikan
yang ada sampai saat ini belum bisa kebutuhan masyarakat terutama di terpencil. Pembangkit listrik tenaga picro (PlTpicohidro) merupakan suatu listrik skala kecil yang memanfaatkan air sungai sebagai tenaga (resources)
Adapun kelebihan PlTpicohidro adalah
fiirmenggerakkan turbin, mengubah energi potensial
rnenjadi kerja mekanis, memutar turbin dan ms!'Erator untuk menghasilkan daya listrik skala yaitu sekitar 5-100 kW (microhydro), yang
sebagaiberikut:
1.
Ramah Lingkungan dan terbarui, PlTpicohidro
mengurangi laju perubahan iklim global ywl.q sedang menjadiisu penting dewasa ini'
merupakan pembangkit listrik yang paling ramah lingkungan juga tidak mencemari dan merusak alam, karena menggunakan air sebagai sumber'tenaganya. PlTpicohidro juga tidak mengganggu aliran sungai secara
Pembangunan PlTpicohidro akan membuat mrmmyarakat semakin giat menjaga lingkungan, ffimrrrasuk hutan demi terus tersedianya pasokan
2. Teknologi yang handal ; Teknologi yang digunakan handal dan kokoh sehingga
sekali tidak menggunakan bahan bakar. ffiBrerapan PLTpicoh
id
ro meru pakan u paya positif
ruuunrffi,.d<
dan
sungai. Sektor energi merupakan salah satu sektor
gmq menjadi prioritas utama kebijakan pemerintah llffinesia pasca reformasi. Hal initerlihat salah *mrtr, rnya dalam Agenda Riset Nasional yang bahwa energi terbarukan adalah satu prioritas dalam pengembangan riset mnmsonal, disamping bidang ketahanan pangan, informasi komunikasi, transportasi dan PLTMh (Pembangkit Listrik Tenaga
salah satu sumber energy) yang (renewable terbarukan rmrnrrffi{h belum banyak dimanfaatkan di wilayah llltlnrdmesia. Berdasarkan data dari Departemen lndonesia mempunyai potensi tenaga rrr sebqsar 75.000 MW dan saat ini baru 13,5 % @nsi tersebut termanfaatkan (ESDM, 2003). @Efr karena itu perlu ditingkatkan penggunaan ffitrffrt*cohidro di daerah-daerah yang berpotensi uurmruk dibangun picohidro, sehingga kebutuhan urlrnrEi listrik tidak lagiterlalu bergantung kepada ffii.ftt (Perusahaan Listrik Negara). Salah satu illMrrnpon€n PlTpicohidro adalah generator fiEhagai alat untuk mengubah energi mekanis listrik. Generator m@ro6 turbin menjadi energi 'ggg banyak digunakan dalam PLTpico adalah @Erator sinkron (untuk daya terbangkit> 10 rffiilfli't dan generator asinkron atau induksi (untuk ,d@a terbangkit < 10 kW). Ada beberapa alasan il!0fiinohidro) merupakan
mmnngapa di pergunakan generator induksi untu k
@pa terbangkit PLTMh< 10 kW antara lain: gmrrator sinkron dengan daya < 10 kW sangat udah perawatannya, satu cara untuk Salah rdMr harganya lebih murah. rinmnr-dapatkan generator induksi adalah mengubah sruft
dilapatkan
di
pasaran,
m
mmnbr induksi menjadi generator induksi dengan
uma memberikan suplai daya reaktif ke dalam mffir induksi (Effendy, M., 2009). Suplai daya
rMrtif dapat berasal dari kapasitor atau dari PLN. M*am penelitian ini, kami akan menggunakan Hmasitor sebagai sumber daya reaktif.
signifikan.
mampu beroprasi lebih dari 15 tahun.
3. Biaya oprasional murah 4. Tingkat perawatan peralatan lebih sederhana.
5. PengoperasiannYa mudah. 6. Tidak konsumtif terhadap pemakaian air. 7. Energi yang dihasilkan dapat diperhitungkan sebagai sumber potensi yang banyak terdapat
dilndonesia.
/
KERANGKATEORI Generator lnduksi Generator induksi merupakan salah satu jenis generator AC yang menerapkan prinsip motor
induksi untuk menghasilkan daya' Generator induksi dioperasikan dengan menggerakkan rotornya secara mekanis lebih cepat daripada kecepatan sinkron sehingga menghasilkan slip negatif. Motor induksi biasa umumnya dapat digunakan sebagai sebuah generator tanpa ada modifikasi internal. Generator induksi sangat berguna pada aplikasi-aplikasi seperti pembangkit listrik mikrohidro, turbin angin, atau untuk menurunkan aliran gas bertekanan tinggi ke tekanan rendah, karena dapat memanfaatkan energi dengan pengontrolan yang relatif sederhana.
Dalam pengoperasiannya, generator induksi harus dieksitasi menggunakan tegangan
yang leading. lni biasanya dilakukan dengan menghubungkan generator kepada sistem tenaga eksisting. Pada generator induksi yang beroperasi
standalone, bank kapasitor harus digunakan untuk mensuplay daya reaktif. Daya reaktif yang diberikan harus sama atau lebih besar daripada daya reaktif yang diambil mesin ketika beroperasi sebagai motor. Tegangan terminal generator akan
bertambah dengan pertambahan kapasitansi disesuaikan dengan perubahan beban yang ada (lrianto, C.G,2004)
Studi Eksperimen Motor lnduksi sebagai Geneiator
Karakteristik torka-kecepatan mesin induksi seperti kurva pada Gambar 2.15 memperlihatkan bahwa jika motor induksi diputar pada kecepatan
Kapasitas AIiran Air dan laju aliran Pengukuran debit aliran sungai dilakukan dengan menggunakan alat dan sfop wach, pengukuran dilakukan tertentu. Dan bisa dihitung menggunakan
yang lebih tinggi daripada nsync oleh sebuah penggerak mula (prime mover) eksternal, arah torka induksinya akan berbalik dan motor akan berlaku sebagai sebuah generator. Dengan bertambahnya torka yang diberikan penggerak mula kepada porosnya, besar daya yang
sebagaiberikut:
dihasilkan oleh generator induksi ikut bertambah. Seperti diperlihatkan gambar, terdapat nilai torka
Ket:
induksi maksimum yang mungkin pada mode operasi generator. Torka ini disebut dengan torka pushover generator. Jika torka yang diberikan penggerak mula kepada poros melebihi torka pushover, generator akan overspeed. Ada beberapa keterbatasan ketika mesin induksi beroperasi sebagai generator. Karena tidak adanya rangkaian medan yang terpisah, generator induksi tidak dapat menghasilkan daya reaktif. Dalam pengoperasiannya, generator induksi justru mengonsumsi daya reaktif sehingga sumber daya reaktif eksternal harus terhubung kepada generatorsepanjang waktu untuk menjaga medan magnet statornya. Sumber daya reaktif eksternal
ini juga harus mengontrol tegangan teriminal generator. Tanpa arus medan, generator induksi
tidak dapat mengontrol tegangan keluarannya sendiri.
Normalnya, tegangan generator dijaga oleh sistem tenaga di mana generator tersebut dihubungkan.
Q= V. rir= p.
A O
= DebitAliran = Kecepatan Aliran A = Luas Penampang
Q
V
trt=
Laju aliran massa
Daya air, yang ditimbulkan oleh debit dan ketinggian aliran air dapat dirt sebagaiberikut: Pw
= p.e.9.h.........
Pw= Daya air (Watt) = Massa jenis air (kg/m3) o = Debit aliran air (m3/s) g = Grafitasibumi (m/s3) h = ketinggian air (m) p
Rumus daya air pada instalasi dengan simulasi menggunakan pompa air,
Pw=PAv+1/2thv2.
P: Tekanan dalam pipa A = Luas penampang pipa V = Kecepatan aliran air Daya dari energy kinetic aliran air tekanan pompa yang dihasilkan, akan
untuk menggerakkan turbin, adapun beberapa pertimbangan dalam
ini akan digunakan turbin cross-flow, ,a
perencanaanya disesuaikan dengan criteria turbin tersebut, mengingat turbin tersebut
E
digunakan karena keuntungan berkaitan dengan kemudahan pembuatan
G
o
F.
pemasangannya.
Effisiensi total Pada penelitian ini yang dimaksud effisiensi total adalah perkalian antara turbin x etfisiensi transmisi x effisiensi Gambar 1. lGrakteristik torka-kecepatan pada motor induksi, memperlihatkan wilayah operasi generator.
PROS I DI NG KOPERTIS 2O1 4
Merupakan perbandingan antara output daya dengan input daya air yang memasukiturbin.
lotercuoe Ebeqes !$lnpq lolow uewlodstq lprys zwcla>l Lv' o - 9z' o : uEuB)iaf
0ez
699t 889t 909t
9tz
Lngt
zoe
9e9[
06r
6Z9r
08t
09t
Sert zz9t
zzt
269t.
90r
0t9t
lvz 99A
(urdU) (uod uerelnd ue6ue6al
06'0 z6'0 L[0 99'0 8r'0 6e'0 0e'0 0z'0 60'0 0
ore 982 ltz get o}t 98 09 9e 0L 0
usqeg ueqeg
Joleroueg ue;[n0ue4 '7 requteg
'/ '9
't 'oN
:
LuLu 901
ruLu
B
OSlyr1
'01
'6 '8
'9
'v 'e
'z
(ereduy) (ttelil snJV
uEuEIel zLus/6l LV'O-92'Oi >1r1ep red rolq Bi6 - / llqe6 :urqjnl aI Inseu unlaqas rlE uerle rsrpuo) IuauJ/a1l gOOf : xeu selsedey o0e1o1 llo OZZ: e[eq ileMOOgL:
o8f
urq:nl
'g
rpgrueg
I
deos
Inlun lplpcrp ueqoq snre uep 'leututel ueOuBEq 'Duesedrel ndueg e[e6'ndurel ueqoq uelepAuant Intun ueleunDrp ue11;seq;p 6ue[ Iulsll uB6ue0q 'eSlU! rolereue6 ue1>1ere66uau eseqd e IEqt
roloru 'pMr.lEq lPqluel
I
116ueque6
uerlnOue6
'roleraueO relnd uenpedeq ueEuep rensos 6ue[ [a|;nd ue6utpueqted elnd rillollp Ue)F apu 'eAu;eururou ue:eind uep r06utl qtqetOue[ uercpd n;red;o1ereuaO pOeqes uelrs6unlp 6ue(
rslnpurJoloru lB0urbuen 'ueqoq ueqeqrued
'urqrnl >1ere66uad edrrod rse>lrysedg Jeuunr rPqal rouunJ ralauerc npns stuol
npns Bf 'nqueq ueqPq l!/.ollssotc
'urqrnl rse>1r;rsadg 'urqrnl eped (ea1el eplnb) dnle>1 ueelnq rsprte^ uep rsrtusuerl
la;;nd ueburpueqred rsBuen nlre[ 'ueqeqntad lsepp^ Z ledeprel Qeaow ould) e;ntu 1ere66uad p6eqas rrao4sso/c u rqlnl uelee;ueuad Eped'I Ulst ue6ue6ol uellrseqlp e06urqas'(elnu 1era06uad
re6eqes) /Aollssolc urqrnl ue6uap upllseurqulollp
Inlun lnqosJol OSlf! :olereue6 uelee;ueuted dnlecuaur e[uplueq uBnrleuad ;6o1opo1ey1
rolpJouoe
z requlee Bped
oseqd eseqd ; Itu 09 rolrsede3 uelelnd urd: g6tl eDBlton AOZAIO* e[eg d\"/, ' esl 1l\j tolBteua6 tse>1 g;sadg 'Ae1;nd ue6ugpueqted teseq depeqel 9916 rolereue6 europad !nqBla6ueuu Inlun uPXnIqp lu! IEH 'g'7:g orser ue6uep [a;;nd ue>1eun06uau r(e;1nd ue6ulpueqred eped uelOuepes '6:1 r{eg;nd orser ue6uep ; r(e;1nd ueOutpueqla6 'Ae11nd ue6urpueqtad Z leledtp 'Jolotu plnu 1ere66ued ueOuep uetlnbued eped 'e requPe eped 1eqtp4 ruedes uerln0uad dn 1ag 'ue>lut6uttp 6ueA eAep uep ue6ue6atmdpo uelledeprp e66u;qes 'gg1y1 rolereue6 r6eq lenses 6ueI uetepd rnqela0uatu Inlun uEInlelrp uetfnbued 'IrJlsll Jolour qalo ue11era6;p uplp Jolpleua0 nlueuel uetelnd ue6u;pueqred uebuap 1;eq Aellnd lsltusue4 rurlsrs eusluBxeul lnlpler\I'Illls!l lolotu Llelo ueuere6rp 6ueI gg1y1 loletaue6 edn:eq 6ueA
uerln6ued tele uetenquad ue6uep ueuuedsle
EJecos uEInIellp tut uetltleuad eped Nvlll'tf N3d l9o]ooorf lr 9
"""""""""""""11e
e[e67>1u1sl1 erteg
=
SNl.Uru
Lfu
Penelitian terkait turbin crossf/ow sudu terbuat dari bambu untuk mengetahui seberapa jauh performa turbin dapat menggerakkan generator dan menghasilkan tegangan listrik. Sebelumnya telah diteliti oleh (Kamal, 2O1g) turbin air pelton sudu dari bilah bambu dengan hasil maksimum total effisiensi 2g/o. pada penelitian ini akan diteliti pula, terkait turbin air crossflowsudu bilah bambu sebagai penggerak generator MISG. Jumlah sudu bambu yang digunakan pada penelitian ini 1B sudu, di mana menurut Winardi, 2004, jumlah sudu berpengaruh terhadap daya keluaran yang dihasilkan.
Pengujian Geierator MISG penggerak mula Turbin
HASIL PENELITIAN PenguJian Generator MISG penggerak mula Motor
Hasil yang ditampilkan pada generator MISG dengan penggerak mula menampilkan perubahan pembebanan beberapa variabel yang terukur lainnya
Tabel3. Hasil Pengujian penggerak Turbin
No Load vott Arr" P'tat'n Daya (rpm) (Watt) 1
2 3 4 5
45 149 0,3 150 84 0,39 165 104 0,62 190 96 0,66 200 112 0,67
1449 1431
32,76
1534,5
64,48
,h -
44,4
285t
29t
1568,35 63,36
1580.4
23,3!
74,04
tegangan, arus, dan putarannya. Data
Tabell.
Hasil Pengujian pada perbandingan pulley
1
BebanArus Tegangan putaran No Beban (wau) (Ampere) (Votr) (Rpm) 1.
0
0
310
1726'
2.
'10
0.1
3. 4. 5. 6.
35 60 85
o.22 0.33 o.44
110
0.54
7.
135
8.
210
0.63 0.88
295 278 263 249 236 226
1637 1674 1650 1625 1608 1590 1579
193
9.
285
1.15
162
1615
10.
310
1.29
150
11.
335 360
1.34 1.35
144 142
1653 1652 1672
12.
Tabel2. Hasil Pengujian pada perbandingan pulley 2
BebanArus Tegangan Na Beban (watt) (Ampere) (Volt)
putaran
0 0.09 0.20 0.30 0.39 0.48 0.56 0.77 0.92 0.90
1606 1583 1559 1547 1s35 1529
2. 3.
4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
E)
10
3s 60 85 110
135
zto 285 310
pRostDtNG KopER
ditampilkan tidak dikelompokkan terhadap perubahan pada turbin.
s
2014
255 240 230 216
202 190
(Rpm)
180
1522
150
1438
122
1592
105
1610
ANALISA & DISKUSI Generator dengan Penggerak Muta Pada pengujian generator listrik dengan penggerak mula motor listrik perbandingan pulley 1, tegangan maksimum dihasilkan lebih tinggi yaitu 310 V sedangkan perbandingan pulley 2 hanya 255 V
putaran generatornya masing-masing 1726
dan 1606 rpm. Pada perbandingan
pulleryr
mampu menerima total beban lampu pijar 360 watt pada arus dan tegangan 1,35 A dan 142 V. Pada perbandingan mampu menerima total beban lampu pijar 310 watt pada arus dan tegangan 0,9 A dan 105 V. Gradien penurunan terhadap penambahan beban pada
pulley 1 dan 2 masing-masing sebesar dan 2,066, hal ini menunjukkan bahwa perbandingan pulley 2, laju penurunan sedikit lebih kecil dan ini secara teoritik lebih karena perubahan tegangannya lebih kecil diberi penambahan beban.
Generator dengan Penggerak mula Pada generator dengan penggerak turbin secara umum pada berbagai variasi pada turbin, besar beban lampu yang diberikan identik dengan besar yang terjadi dan terkait dengan besar
generatornya. Pertambahan beban lampu pijar seiring dengan bertambahnya arus beban, sedangkan penambahan beban lampu pijar terlihat tidak terkait secara langsung dengan
penurunan tegangan terminal, padahal seharusnya penambahan beban akan menurunkan tegangan. Hal tersebut dikarenakan pada eksperimen yang dilakukan, masih terkait
dengan perubahan variabel pada turbin yang meliputi variabel perbandingan pulley dan variabel bukaan guide valve. Sehingga pada sisi turbin masih perlu dioptimalkan terkait dengan perbandingan pulley dan desain guide lalve, karena menurut Witdarko, 2004, bukaan sudu pengarah berpengaruh pada performan dari turbin. Pada output tegangan masih belum tercapai tegangan nominal 220 volt, diharapkan ke depan dengan merencanakan ulang guide nafue
serta perbandingan transmisinya, tegangan
nominaldapat dicapai.
UCAPAN TERIMAKASIH Penelitian ini merupakan salah satu bagian
dari penelitian Hibah Bersaing dengan judul terkait yang dibiayai oleh Dikti pada tahun 2014, dan kami mengucapkan rasa terimakasih yang mendalam atas bantuan dana penelitian tersebut. Semoga penelitian ini dapat berlanjut pada tahun ke 2, sehingga cita-cita untuk merealisasikan swaelektrifikasi di daerah terpencil dapat terealisir. DAFTAR PUSTAKA Effendy, M, 2009,Rancang Bangun Motor lnduksi sebagai Generator (MISG) pada Pembangkit
Listrik Tenaga Mikrohidro, Transmisi, Jurnal Teknik Elektro, Vol. 11 No.2 hal 71-76. lrianto, C G,2004, Suatu Studi Penggunaan Motor lnduksi sebagai Generator: Penentuan Nilai Kapasitor untuk Penyedia Daya Reaktif, JETRI, Vol. 3 No. 2, hal 1-16, ISSN 14'120372.
XESIMPULAN
l"
Pada pengujian generator MISG dengan penggerak mula motor, perbandingan pulley 1 dengan putaran generator yang lebih tinggi mampu menghasilkan tegangan yang lebih besar serta mampu menahan beban yang lebih besar pula, yaitu beban lampu pijar sebesar 360 watt pada arus 1,35 A dan tegangan 142 volts. &" Pada pengujian generator MISG dengan penggerak mula turbin, daya beban lampu maksimum sebesar 200 watt dengan effisiensi 23,3y",sedangkan effisiensi maksimal sebesar 29%lerjadi pada beban lampu 190 watt.
S. Turbin crossflow sudu bambu sebagai turbin penggerak generator listrik mampu menghasilkan effisiensi total maksimal sebesar
29"/o, bila diasumsikan generator MISG mempunyai effisiensi50%, maka turbin sudu bambu diperkirakan mampu menghasilkan etfisiensi sebesar 58%, sehingga dalam penelitian awal initurbin sudu bambu layak dipakai sebagai turbin penggerak generator listrik skala picohidro.
Kamal, S, Prajitno (2013), Evaluasi Unjuk Kerja Turbin Air Pelton Terbuat Dari Kayu Dan Bambu Sebagai Pembangkit Listrik Ramah
Lingkungan Untuk Pedesaan, Jurnal Manusia dan Lingkungan, Vol. 20 No. 2, 190-198
Mahalla, 2010, Pengoperasian Motor lnduksi sebagai Generator untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro, Jurnal Litek, Vol. 10 No. 2 hal 84-BB.
Satriawisesa, YB, dkk, 2013, Pengaturan Tegangan & Frekuensi Generator Tiga Fasa Penguatan Sendiri Menggunakan Voltage Source lnverter dan Electronic Load Controller, JURNAL TEKNIK POMITS, VoL 1,
No.1, hal.1-6. Y dkk, Pengaruh Variasi Pembukaan Sudu Pengarah terhadap Efisiensi Turbin Cross Flow, Jurnal Teknosains hal 499-51 1,
Witdarko,
17 (3), Juli2004.
Winardi, dkk,2OO4, Pengaruh Jumlah Sudu Roda Jalan terhadap Unjuk Kerja Turbin Aliran Silang, Jurnal Teknosains hal239-251, 17 (2).
Studi Eksperimen Motor lnduksi sebagai Generator
