BAB IV HASIL ANALISIS 4.1 Perhitungan Ketinggian (head) Ketinggian jatuh air merupakan tinggi vertikal dimana air mengalir dari atas ketinggian yang merupakan awal dari jatuhnya air horizontal bagian yang miring seperti tingkatan arus.
Gambar 4.1 Skema tinggi jatuh air 4.2 Perhitungan Debit Air Tujuan pengukuran ini untuk mengetahui besarnya volume air yang mengalir. Volume air yang mengalir disebut “Debit Air” dan diukur dengan satuan liter/ detik. Terdapat dua cara yang dapat dipakai untuk mengukur debit air di lapangan dengan peralatan sederhana, seperti : 1. Mengunakan ember yang bisa menampung 10 liter dan Stopwatch, kemudian hitung berapa waktu yang dibutuhkan untuk mengisi ember dengan penuh. 2. Menggunakan Stopwatch dan alat pengukur panjang (pita ukur/ meteran), metode ini menggunakan rumus sebagai berikut :
50
Debit = Kecepatan dikali luas penampang basah. Penampang boleh berbentuk segi empat, segi panjang, atau trapezium, atau untuk bentuk bebas. Penampang diperkirakan dengan satuan (m2). Kecepatan diukur dengan melihat berapa detik yang diperlukan benda ringan untuk menempuh sekian meter, dengan satuan meter/ detik. Tabel 4.1 Rata-rata kecepatan /detik ݅ݎܽܪൗ ݉ܽܬ
09.00
11.00
13.00
15.00
17.00
Senin
14
14
12
14
12
Selasa
14
15
14
11
10
Rabu
16
14
14
14
13
Kamis
16
16
15
15
14
Jumat
16
14
16
14
13
Sebelum menghitung debit air yang optimal ternyata dibutuhkan pengujian yang cukup melelahkan, dimana tidak mudah karena debit air /detiknya bisa berubah-ubah. Selama melakukan percobaan telah didapatkan hasil tabel seperti di atas. Dimana hasilnya bisa di rata-ratakan sebagai berikut : Senin :
66
Selasa :
67
Rabu :
63
Kamis :
76
Jumat :
78
Jumlah rata-rata : 350 350 : 25 = 14 detik Jadi jumlah rata-rata per detik = 14 detik
51
Contoh : Air mengalir pada saluran penampang persegi panjang, dalamnya air (p) yang terhitung adalah 54 cm dan lebar (l) permukaan air adalah 150 cm, dan waktu yang terhitung untuk menempuh jarak sejauh 3 meter adalah 14 detik.
Gambar 4. 2 Panjang dan Lebar Sungai Maka, Luas penampang basah Persegi panjang adalah : (p x l) = 0,54 x 0,150 = 0,081 m2 Kecepatan air adalah : 3.0/14 = 0,214 m/det Maka debit air adalah : luas penampang basah x kecepatan air 0,081 m2 x 0,214 m/s = 0,017334 m3/s = 17 Liter/Detik
52
Gambar 4.3 Proses Perhitungan Debit Air 4.3 Perhitungan Daya Kotor (P groos) Sebuah skema hidro memerlukan dua hal utama yaitu debit air (flow) dan ketinggian jatuh (head) untuk menghasilkan daya yang bermanfaat. Sebuah sistem konversi tenaga, menyerap tenaga dari bentuk ketinggiaan dan aliran, menyalurkan tenaga dalam bentuk daya listrik atau daya mekanik. Tidak ada sistem konversi daya yang dapat mengirim sebanyak yang diserap, tetapi dikurangi sebagian daya hilang oleh sistem itu sendiri dalam bentuk gesekan, panas, suara, dsb. Persamaan konversinya adalah : Daya yang masuk = daya yang keluar + kehilangan (loss) Atau, Daya yang keluar = daya yang masuk x efisiensi konversi
53
Persamaan diatas biasanya digunakan untuk menggambarkan perbedaan yang kecil. Daya yang masuk atau total daya yang diserap oleh skema hidro, adalah daya kotor, Pgross. Daya yang manfaatnya dikirim adalah daya bersih, Pnett. Semua efisiensi dari skema diatas disebut E0. Pnett = Pgross x E0 Daya kotor adalah head kotor (Hgross) yang dikalikan dengan debit air (Q) dan juga dikalikan dengan sebuah konstanta, persamaan teori dasar dari pembangkit listrik adalah sebagaimana persamaan 2.6 P=k.H.Q
[kW]
Data yang didapat pada survey potensi daya adalah : Hgross (Head gross)
=3m
Hnet
= 2,80 m
Q (debit terukur)
= 17,334 liter/s
dengan konversi 1 liter
= 1000 cm3 = 10-3 m3
Qm (debit yang terukur)
= 0,017 m3/s
Qd (debit desain)
= 0,005 m3/s
k (konstanta)
= 9,8
sehingga Pgross yang tersedia
= 9,8 x 3 x 0,017 = 0,4998 kW
Pgross Turbin
= 9,8 x 2,80 x 0,005 = 0,1372 kW
Estimasi daya listrik yang terbangkit P = (k . nt . ng .nm .H . Q) P = (9,8 x 0,75 x 0,75 x 1 x 2,80 x 0,005) = 0,077175 kW = 77,175 54
4.4 Karakteristik Turbin Propeler Hubungan antara daya turbin dengan putaran turbin ditunjukkan seperti pada Gambar 4.3 dimana daya akan turun setelah putaran propeler mencapai putaran tertentu. Pada putaran yang relatif rendah, semakin besar putaran propeler maka daya akan meningkat dan pada saat putaran propeler mencapai kondisi propeller Open Flume TC 60 maka daya akan drop secara perlahan – lahan.
Gambar 4.4 Karakteristik Propeller Open Flume TC 60 Sumber : ( Penche et al,1998) 4.5 Efisiensi Turbin Dari uraian diatas, dapat ditarik kesimpulan bahwa turbin air akan mengubah energi kinetik air menjadi energi mekanik, yaitu putaran roda turbin. Pada kondisi aktual, tidak semua energi potensial air dapat diubah menjadi energi mekanik pada turbin, pasti dalam proses perubahan terdapat rugi-rugi. Dari hal ini dapat didefinisikan efisiensi dari turbin yaitu, perbandingan daya pada turbin dengan daya air pada sungai.
55
Adapun perumusannya adalah :
n=
ௗ௬ ௨ ௗ௬ 扵௧
=n=
,ଵଶଽ ,ଵଷଶ
= n = 0,75 = 75%
4.6 Perhitungan Daya Turbin Untuk mengetahui dapat digunakan persamaan (2.7) : P = k . nt . H . Q
[kW]
Maka untuk mencari daya turbin : P = 9,8 x 0,75 x 2,80 x 0,005 = 0,1029 kW = 102,9 watt
4.7 Pengujian Putaran Turbin Percobaan ini dilakukan untuk membandingkan frequensi tegangan
yang
dihasilkan generator menggunakan pengatur beban otomatis tanpa memakai dan memakai beban konsumen saat siang hari. Hasil percobaan ini dapat mengetahui frequensi dari tegangan generator, sehingga putaran turbin bisa diketahui. a.
Pengujian turbin tanpa beban
Gambar 4.5 Rangkaian Pengujian Turbin tanpa Beban Konsumen
56
b.
Pengujian turbin kondisi berbeban
Gambar 4.6 Rangkain Pengujian Turbin dengan Beban
57
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran No
Beban
Tegangan (V)
Arus (I)
Putaran (η)
Frekuensi (ƒ)
Cos ϕ
1
Tanpa beban
300 volt
0
2700 rpm
90 Hz
0
2
39 watt
202 volt
0,2
2610 rpm
87 Hz
0,79
3
42 watt
200 volt
0,21
2370 rpm
79 Hz
0,84
4
49 watt
190 volt
0,22
2220 rpm
74 Hz
0,8
5
65 watt
185 volt
0,29
2040 rpm
68 Hz
0,83
6
70 watt
153 volt
0,46
1890 rpm
63 Hz
1
7
75 watt
131 volt
0,57
1800 rpm
60 Hz
1
8
80 watt
129 volt
0,6
1650 rpm
55 Hz
1
9
85 watt
180 volt
0,47
2040 rpm
68 Hz
1
10
90 watt
126 volt
0,7
1560 rpm
52 Hz
1
11
105 watt
135 volt
0,78
1620 rpm
54 Hz
1
12
110 watt
66 volt
1,67
1890 rpm
63 Hz
1
58
tegangan ( V )
Grafik Pengukuran Tegangan ( V ) Terhadap Putaran (n) 350 300 250 200 150 100 50 0 1560 1620 1650 1800 1860 1890 2010 2040 2220 2370 2610 2700 putaran (n)
Gambar 4.7 Grafik Pengukuran Tegangan (V) Terhadap Putaran (n) Gambar 4.7 merupakan grafik dari hasil pengukuran Tegangan (V) Terhadap Putaran (n). Berdasarkan grafik pada Gambar 4.7 putaran yang dihasilkan oleh turbin berpengaruh pada nilai tegangan yang dibangkitkan oleh generator, ketika putaran kembali bertambah besar karena debit air yang cukup besar maka tegangan yang dibangkitkan pun akan menjadi tinggi seperti terlihat pada percobaan ke 9 dan ke 12.
Grafik Putaran ( n ) Terhadap Frekuensi ( ƒ ) 3000 putaran (n)
2500 2000 1500 1000
n
500 0 52
54
55
60
62
63
67
68
74
79
87
90
frekuensi (ƒ ƒ)
Gambar 4.8 Grafik Putaran (n) Terhadap Frekuensi (f)
59
Gambar 4.8 digambar ini pun menunjukan ada kenaikan putaran dimana di sebabkan oleh debit air yang meningkat. Gambar di atas merupakan grafik putaran (n) terhadap Frequensi (Q). Berdasarkan grafik pada Gambar 4.8 menunjukkan bahwa semakin besar putaran maka frequensi pun akan meningkat, hal ini disebabkan karena putaran sangat berpengaruh terhadap frequensi. Persamaan matematika dari hubungan efisiensi dan putaran yaitu : Dapat diketahui bahwa nilai frekuensi dipengaruhi oleh putaran, dapat dilihat dari ܲ
݊
ƒ=
݊. ܲ 120
persamaan bahwa ƒ = 2 x 60 , maka
Hasilnya dapat dilihat dari percobaan ke 9 dan 12 ketika putaran yang dihasilkan oleh turbin, maka nilai frekuensi pun akan bertambah. 4.7 Perawatan Agar kerja sistem bisa maksimal atau tidak ada gangguan maka perlu dilakukannya perawatan secara berkala yang meliputi : a. Perawatan pada saluran dan bak Cek secara priodik, saluran harus terhindar dari sampah atau sesuatu yang bisa menghalangi saluran air yang akan masuk pada bak penampung.
60
b. Perawatan pada turbin Usahakan getaran turbin halus (tidak berlebihan dari biasanya) Suhu bearing tidak melebihi 500 C, atau rumah bearing masih dapat disentuh dengan tangan terbuka. Oli pada beaing harus diganti secara priodik setidaknya selama 2000 jam operasi Cek kekencangan belt bila ada, kencangkan melalui baut pada generator apabila kendor.
61
c. Petunjuk Penanggulangan Gangguan Tabel 4.3 Petunjuk Penanggulangan Gangguan No
Masalah Umum
1.
Putaran turbin rendah
2.
Tidak keluar tegangan
3.
4.
5.
6.
7. 8.
9.
1. 2. 1. 2.
3. 4. 1. Aliran konsumen padam 2. 3. 1. Kembali lepas (mati) ketika push 2. button ON dinyalakan 3. 4. 1. Tegangan terlalu tinggi, nyala lampu terlalu terang 2. 1. Lampu panel atau lampu terminal generator mati 2. 1. Suara berisik dan generator panas 2. 1. Getaran tinggi 2. 1. Daya listrik tidak mencapai potensi yang ada 2.
Penyebab Umum Air tidak mencukupi Bagian berputar tidak bebas Koneksi tidak sempurna Tidak ada tegangan pada kapasitor (hilang muatan) Kapasitor rusak Generator rusak Suplai air menurun Beban berlebihan Hubungan pendek Air belum mencukupi Beban berlebihan Hubungan pendek Relay rusak Main board tidak berfungsi Ballast rusak Generator tidak menghasilkan tegangan Lampu rusak Bearing rusak Beban berlebih terlalu lama Baut-baut longgar Kerusakan pada bagian berputar Kontruksi sipil tidak memenuhi syarat yang dianjurkan Koneksi generator terbalik
62
Pemecahan Periksa suplai air Putaran dengan tangan, kemungkinan terdapat benda yang mengganjal Periksa seluruh koneksi kabel Alirkan arus sesaat pada terminal generator (UV dan MV) dengan menggunakan aki 12volt ketika tidak berputar. Jalankan kembali! Coba dengan mode manual Periksa suplai air, bersihkan dari kemungkinan adanya sampah Kurangi beban, nyalakan kembali dengan menekan tombol ON Periksa jaringan kearah konsumen Lihat no 3 Lihat no 3 Lihat no 3 Diganti apabila masih bermaslah sementara seluruh persyaratan telah terpenuhi Hubungi orang ahli atau pabrikan, sementara gunakan mode manual Periksa tegangan ballast dengan test-pen Lihat no 2 Jika tegangan keluar, ganti dengan lampu baru Coba dengan menambah oli, kalau tidak membantu ganti dengan bearing baru Periksa dan kencangkan Periksa dan diganti Evaluasi kembali berapa potensi yang ada dari kontrukksi sipil yang telah dibangun. Usahakan aliran air lancar, bebas sampah dan ujung pipa terendam air Lihat pada diagram terminal generator
63
