Fokus : Pengembangan Energi Baru dan Terbarukan Mendukung Ketahanan Energi Nasional

Vol. 7 No. 2, 2013

JURNAL RISET INDUSTRI Vol. 7 No.2, 2013

(JOURNAL OF INDUSTRIAL RESEARCH)

Hal. 93-176

Fokus : Pengembangan Energi Baru dan Terbarukan Mendukung Ketahanan Energi Nasional J.RIS.IND VOL. 7 No.2 Page 93-176 Jakarta Agustus 2013 ISSN 1978 - 5852

9 771978 585264

48889

2013

Volume 7 No. 2, Agustus 2013

ISSN 1978-5852

KETENTUAN PENULISAN KTI-JRI

JURNAL RISET INDUSTRI Journal of Industrial Research Jurnal Riset Industri (JRI) adalah media ilmiah berkala yang mempublikasikan hasil-hasil penelitian, kajian, tinjauan, dan ulasan ilmiah bidang industri yang belum pernah dipublikasikan dan tidak dalam proses evaluasi publikasi lain, serta telah disetujui pihak lain (bila ada), yang diterbitkan oleh Badan Pengkajian Kebijakan, Iklim dan Mutu Industri sebanyak tiga kali setahun pada setiap bulan April, Agustus, dan Desember dan diakreditasi LIPI Nomor: 490/AU2/P2MI-LIPI/08/2012 selama tiga tahun.

DEWAN REDAKSI Pengarah

: Ir. Arryanto Sagala (Kepala Badan Pengkajian Kebijakan, Iklim dan Mutu Industri) Penanggung Jawab : Ir. Zakiyudin, MA (Sekretaris Badan Pengkajian Kebijakan, Iklim dan Mutu Industri)

Ketua Dewan Penyunting/Editor Dr. Muchlasin (Standardisasi Industri) Dewan Penyunting/Editor Prof. (Ris). Dr. Ir. Atih Suryati Herman., M.Sc. (Teknologi Pangan) Dr. Rahyani Ermawati, M.Sc.(Teknik Kimia) Dr. Sudarmasto S.Teks., SE., MA (Kebijakan Industri) Ir. Agus Sudibyo, M.Si. (Agro Industri) Ir. Hafid, MT. (Logam dan Mesin) Ir. Wiwin Winiati, M.Sc. (Kimia Tekstil) Ir. Taufan Hidayat, MKom. (Kimia Pulp dan Kertas) Kuntari Adi Suhardjo, S.Teks, M.Sc. (Bahan dan Barang Teknik) Dra. Rina S. Soetopo, M.Si. (Biologi Industri) Dr. Handoko S. Kuncoro (Fisika Keramik) Mitra Bestari Dr. Ir. Eddy Herjanto, M.Sc. Dr. Ir. Aristianto Muslim M. Barus, M.ScE Dr. Isminingsih Gitopadmojo, S.Teks., M.Sc. Dr. Nurul Taufiqu Rochman, M.Eng. Dr. Etik Mardliyati, M.Eng Zeily Nurachman, D.Sc. Ir. Djumarman Drs. Sudirman, M.Sc. Redaksi Pelaksana Drs. Tjatoer BOA, MM., Imron Nurachman SKom., MMSI., Sumarni, ST. Desain Grafis dan Fotografer Wahyudi Setia Darma, S.Kom Sekretariat David Hendra Gunawan, SH Alamat Redaksi Gedung Kementerian Perindustrian, Jl. Gatot Subroto Kav. 52-53 Lantai 20 Jakarta Selatan Telp/Fax : 021 525 1429 E-mail : [email protected] Website : jri.bpkimi.kemenperin.go.id

REDAKTUR Redaksi mempunyai hak menyunting naskah tanpa mengubah makna substansi naskah dan tidak bertanggung jawab terhadap tuntutan terhadap hal-hal yang berkaitan dengan naskah yang telah dimuat pada Jurnal Riset Industri. Jurnal Riset Industri (JRI) dapat dikutip dengan menyebutkan sumbernya. NASKAH A. Ruang Lingkup 1. Makalah dapat memuat hasil penelitian, kajian, pemikiran kritis terhadap isu-isu terkait sektor industri dengan menggunakan data primer dan atau sekunder. 2. Fokus makalah harus terkait dengan sektor-sektor industri yang telah ditentukan oleh redaksi Jurnal Riset Industri setiap awal tahun anggaran dan disampaikan melalui call for paper. B. Bahasa 1. Naskah disajikan ke dalam bahasa Indonesia atau bahasa Inggris. 2. Penggunaan istilah dalam bahasa Indonesia mengacu pada pedoman Pusat Pembinaan dan Pengembangan Bahasa. C. Sistematika Penulisan 1. Naskah disusun dengan urutan judul naskah, nama penulis, nama instansi dan alamat, email penulis, riwayat naskah, abstrak dan kata kunci dalam dua bahasa (Indonesia dan Inggris), muatan naskah, dan daftar pustaka serta panjang naskah diharapkan tidak melebihi 12 (dua belas) halaman. 2. Muatan Naskah disusun dalam 5 subjudul, yaitu PENDAHULUAN, METODE, HASIL DAN PEMBAHASAN, KESIMPULAN DAN SARAN (saran opsional), UCAPAN TERIMA KASIH (opsional) dan DAFTAR PUSTAKA. Naskah diketik pada kertas A4, spasi tunggal, huruf Arial, dan font 11pt, dan dengan catatan gambar dan tabel tidak melebihi 25%. 3. Judul Naskah agar ringkas, jelas dan informatif serta dalam 15 kata, hindari kata penghubung dan atau penyebutan objek, tempat, atau bahan penelitian yang sangat rinci. Judul ditulis dalam huruf kapital berbahasa Indonesia dan Inggris. Hindari penggunaan singkatan, rumus, dan rujukan. 4. Nama Penulis ditulis tanpa gelar, disertai dengan nama instansi dan alamat serta e-mail. 5. Abstrak disusun secara utuh dan lengkap menggambarkan esensi tulisan dalam dua bahasa (Indonesia dan Inggris) dengan panjang satu paragraf, diketik huruf arial font 9pt dan spasi tunggal. 6. Kata Kunci memuat pengertian suatu konsep substansial yang terkandung dalam tulisan dan ditulis antara tiga sampai lima kata dalam dua bahasa (Indonesia dan Inggris). 7. Pendahuluan memuat latar belakang dan tujuan penelitian yang menjelaskan lingkup penelitian. 8. Metode disusun dan dijabarkan secara jelas dan rinci dengan mencantumkan metode-metode yang digunakan baik penelitian maupun analisis dan lokus pengumpulan data. 9. Hasil dan Pembahasan disusun dalam beberapa sub bab sesuai tujuan dan lingkup penulisan. 10. Tabel disusun dengan judul singkat, jelas disertakan keterangan tempat dan waktu lingkup data dan diletakkan di atasnya. 11. Gambar dan Grafik disusun dengan judul diletakkan di bawahnya tanpa mempengaruhi bagian gambar dan grafik. 12. Kesimpulan dan Saran memuat intisari temuan hasil analisis sesuai tujuan penulisan dengan sub bab saran, namun saran bersifat opsional dan memuat rekomendasi yang disusun sebagai tindak lanjut dari temuan yang disajikan dalam kesimpulan. 13. Ucapan Terima Kasih memuat ucapan terima kasih kepada pihak-pihak terkait dan bersifat opsional. 14. Daftar Pustaka disusun menurut abjad dan ditulis sesuai penulisan daftar pustaka dengan metode Chicago Style contoh dengan urutan Nama Penulis. Tahun. Judul Buku. Edisi. Kota Penerbit: Winarno F.G dan Ivone E.F. 2009. Nanoteknologi Bagi Industri Pangan dan Kemasan. Mbrio Press.

D. 1. 2. 3. E. 1. 2. 3.

Seleksi Naskah Naskah disampaikan dalam bentuk print-out disertai softcopy kepada Redaksi. Naskah yang telah dikoreksi dan disetujui untuk diterbitkan, dikembalikan kepada penulis untuk direvisi dan disampaikan kembali beserta softcopy-nya kepada Redaksi paling lambat satu minggu. Naskah yang tidak dimuat menjadi hak Redaksi dan tidak dikembalikan kepada penulis. Penilaian Naskah Naskah akan dinilai Dewan Penyunting dan dimintakan rekomendasi Mitra Bestari sebelum diterbitkan. Kriteria penilaian meliputi kebenaran isi derajat orisinalitas, kejelasan uraian dan kesesuaian dengan sasaran jurnal. Dewan Penyunting berwenang mengembalikan naskah dengan tujuan untuk direvisi atau ditolak.

ISSN 1978-5852


PENGANTAR REDAKSI Alhamdulillah, puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia ilmu-Nya, atas terbitnya Jurnal Riset Industri (JRI) Vol. 7 No.2, Agustus Tahun 2013 dengan gaya dan format penulisan yang disempurnakan sesuai kaidah dan saran serta masukan dari Tim Penilai Majalah Ilmiah – LIPI, sehingga terbitan edisi kali ini dapat dikatakan sebagai edisi perdana tahun 2013. Edisi kali ini, telah diketengahkan beberapa karya riset ilmiah bidang industri yang berupa hasil penelitian atau ulasan ilmiah yang ditulis peneliti, para akademisi, dan juga tenaga fungsional lainnya baik yang berasal dari internal maupun eksternal Badan Pengkajian Kebijakan, Iklim dan Mutu Industri, yang mengangkat fokus “Pengembangan Energi Baru dan Terbarukan Mendukung Ketahanan Energi Nasional” dan berdasarkan program akselerasi kebijakan pemerintah di sektor industri. Dengan terbitnya Jurnal Riset Industri edisi ini, redaksi berharap kepada pembaca dan masyarakat pemerhati masalah-masalah riset bidang industri dapat memberikan saran dan kritik untuk meningkatkan kualitas penerbitan, baik kualitas mutu cetakan maupun isinya. Selanjutnya, Redaksi juga menyampaikan terima kasih kepada penulis yang naskahnya telah dimuat dan semua pihak yang ikut membantu memudahkan serta memperlancar terbitnya Jurnal Riset Industri ini. Akhir kata, semoga Jurnal Riset Industri ini dapat memberikan manfaat bagi pengembangan riset dan ilmu pengetahuan dan teknologi dibidang industri, khususnya di lingkungan Kementerian Perindustrian.

Jakarta,

Agusutus 2013

Redaksi

Jakarta ISSN Agustus 2013 1978-5852 Nomor Akreditasi: 490/AU2/P2MI-LIPI/08/2012 Tanggal 28 Agustus 2012

J.Ris.Ind

Vol. 7

No. 2

Hal. 93-176

ISSN 1978-5852


DAFTAR ISI Halaman Pengantar Redaksi ..............................................................................................

i

Daftar Isi ..............................................................................................................

ii

Abstraksi .............................................................................................................

iii-xi

UJI KINERJA FOTOREAKTOR DRUM BERPUTAR SKALA PILOT PLANT UNTUK PENGOLAHAN AIR LIMBAH FENOL MENGGUNAKAN KATALIS TiO2/ZAL Siti Naimah1, Rahyani Ermawati1, Kenny Viriya2 dan Slamet2 ........................

93-100

DESAIN ADSORBER MENGGUNAKAN BAHAN ISIAN RESIN PENUKAR ANION BASA KUAT UNTUK PEMURNIAN BIOGAS Anies Mutiari1, Wiratni2, Aswati Mindaryani2, Surasno1 .................................

101-109

PRODUKSI BIODIESEL DARI CRUDE PALM OIL MENGGUNAKAN KATALIS ENZIM LIPASE PSEUDOMONAS FLUORESCENS AMOBIL Arba Susanty, Sukartin, Fitriani, Krisnha Purnawan Candra ........................

111-119

PENGARUH FLUX DAN GAS PELINDUNG TERHADAP DIFUSI HIDROGEN PADA PENGELASAN BAJA KONSTRUKSI Tarmizi 1 .......................................................................................

121-127

PERANCANGAN TURBIN AIR SKALA LABORATORIUM SEBAGAI UPAYA PEMANFAATAN ENERGI AIR JATUHAN KONDENSOR BAROMETRIK PROSES EVAPORASI NIRA SEBAGAI ENERGI LISTRIK Handaru Bowo Cahyono1 dan Nurul Mahmida Ariani2 ......................................

129-138

PEREKAYASAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR UNTUK PENYEDIAAN LISTRIK SKALA KECIL 100 WATT Tito Shantika1, Liman Hartawan1, Riduan Sagala1, dan Ramdan Ramfani1 ......

139-148

PENGOMPOSAN LIMBAH PADAT INDUSTRI KEMPAAN GAMBIR MENGGUNAKAN BIOAKTIVATOR Salmariza. Sy 1 ...................................................................................

149-162

PROSES PEMBUATANA LUMINIUM FOAM BERBAHAN BAKU SKRAP PADUAN AL-7075 DENGAN MENGGUNAKAN CACO3 SEBAGAI FOAMING AGENT Kusharjanto1, SuponoAdi Dwiwanto1, WiraAtmawijaya1 ....................

163-176

Jakarta ISSN Agustus 2013 1978-5852 Nomor Akreditasi: 490/AU2/P2MI-LIPI/08/2012 Tanggal 28 Agustus 2012

J.Ris.Ind

ii

Vol. 7

No. 2

Hal. 93-176

UCAPAN TERIMA KASIH Redaksi Jurnal Riset Industri menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Dr. Ir. Aristianto Muslim M. Barus, M.ScE sebagai Mitra Bestari (peer review) yang telah melakukan review terhadap naskah yang dimuat di Jurnal Riset Industri Vol. 7 No. 2, Agustus 2013, sehingga Jurnal Riset Industri dapat terbit tepat pada waktunya.

Jurnal Riset Industri Vol. 7 No. 2, 2013, Hal. 139-148

PEREKAYASAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR UNTUK PENYEDIAAN LISTRIK SKALA KECIL 100 WATT THE CUSTOMIZATION OF HYDROPOWER GENERATOR TO PROVIDE 100 WATT OF SMALL SCALE ELECTRICITY SUPPLIES Tito Shantika1, Liman Hartawan1, Riduan Sagala1, dan Ramdan Ramfani1 Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Nasional, Bandung Email: [email protected] Diajukan: 28/6/2013, Direvisi: 21/9/2013, Disetujui: ABSTRACT Utilization and development of picohydro power plant in rural area is very rapidly at this time, and supported with abundant energy source. But existing utilities still very costly for rural society, so we need a cheap and be portable power plant. This research discussed about portable picohydro power plant manufacturing, and testing to known performance picohydro covering efficiencies and power generated. This portable picohydro powerplant easy to manufactured with materials and equipment that can be easily found in the market. With potensial head 2 meters and varying volumetric flow rate, turbine blade angle variated to achieved optimal power generated. From variated volumetric flow rate at test, optimal angle of turbine blade is 30o. With optimal angle of turbine blade, this devices can generated power about 96 watts, with efficiencies 36%. Keywords: power plant, picohydro, picohydro portable, PVC powerhydro.

ABSTRAK Pemanfaatan pembangkit listrik pikohidro di pedesaan pada saat ini dan perkembangannya sangat pesat didukung oleh sumber energi yang melimpah. Namun pembangkit yang telah ada masih sangat mahal untuk masyarakat didesa, sehingga diperlukan sebuah pembangkit listrik yang murah dan bersifat portable. Penelitian ini membahas mengenai pembuatan pembangkit listrik pikohidro portable, serta pengujian untuk mengetahui kinerjanya yang meliputi efisiensi dan daya yang dihasilkan. Pembangkit listrik pikohidro portable ini dapat dibuat dengan mudah menggunakan bahan dan peralatan yang banyak tersedia dipasaran. Dengan potensi head 2 meter dan memvariasikan debit air, sudut sudu turbin divariasikan sehingga dapat mencapai daya yang maksimum yang dapat dibangkitkan. Dari variasi debit air pada pengujian, sudut sudu turbin yang optimal adalah 30 o. Pada sudut sudu turbin yang optimal, daya yang dapat dibangkitkan sebesar 96 watt, dengan efisiensi 36 %. Kata kunci: Pembangkit listrik, pikohydro,picohydro portable, PVC powerhydro

PENDAHULUAN Apabila kebutuhan listrik dapat dipenuhi oleh banyak masyarakat, maka dapat kita lihat keuntungan apa saja yang dapat diperoleh mereka, pastinya perekonomian daerah mereka akan terpengaruh. Kebutuhan energi listrik rumah di pedesaan sangat diperlukan disebabkan belum meratanya pasokan listrik ke semua pelosok pedesaan, hal tersebut terkait dengan tidak dapat dijangkaunya jaringan listrik suatu wilayah karena berada di daerah kawasan yang sulit untuk dijangkau pasokan listrik, padahal didaerah tersebut

banyak sumber-sumber air yang mengalir yang dapat dimanfaatkan. Melihat kondisi sosial dan ekonomi masyarakat pedesaan, maka dalam pemanfaatan energi pembangkit diperlukan pembangkit listrik yang mudah dalam perawatan, mudah serta murah dibuat dan material yang digunakan banyak dipasaran. Sehingga dalam perekayasaan picohydro ini akan menggunakan pembangkit listrik dengan material berbasis pipa PVC. Jenis picohydro dengan menggunakan bahan PVC belum banyak digunakan namun S H Patil telah mengembangkan pembangkit listrik tenaga angin jenis Horizontal Axis

139

Perekayasaan Pembangkit Listrik ..… (Tito Shantika)

Wind Turbine (HAWT) berkapasitas 300 watt (Patil, 2011) dengan menggunakan bahan pipa PVC untuk konstruksi sudu turbin. Pembangkit listrik jenis turbin propeler vertikal yang ada sekarang diperlukan infrastruktur untuk penampung air sebagai suber energi yang akan di bangkitkan, namun hal tersebut memerlukan biaya yang tidak sedikit terutama untuk pembangkit listrik di pedesaan. Maka diperlukan pembangkit yang mudah dalam pemasangan serta tidak diperlukan penampung air seperti pada pembangkitpembangkit yang ada. Pembangkit listrik picohydro 100 watt yang telah ada dipasaran adalah TC60 yang telah diaplikasikan di Laos, Kamboja vietnam, cina serta indonesia, namun harga sekarang berkisar 300 USD untuk head 3 m dan debit pada 10l/s (Chiaradia, 2008), sehingga masih cukup mahal terutama untuk masyarakat desa. Pikohidro merupakan jenis pembangkit pemanfaatan energi air skala kecil yaitu dibawah 5kW. Klasifikasi pembangkit yang memanfaatkan energi air/hidro dapat dibedakan berdasarkan kapasitas daya yang dibangkitkan (Kamaruzzaman Sopian and Juhari Ab. Razak, 2009), seperti terlihat pada Tabel 1. Tabel 1. Klasifikasi powerhydro Klasifikasi

Daya

Large Hydro

> 100 MW

Medium Hydro

15-100MW

Small Hydro

1-15 MW

Mini Hydro

100kW-1000kW

Micro Hydro

5kW- 100kW

Pico Hydro

< 5kW

Menurut studi yang di publikasikan world Bank (ESMAP, 2007) untuk biaya proyek pembangkitan energy dibawah 5kW untuk beberapa jenis pembangkit, picohydro merupakan pembangkit dengan pembiayaan pembangkitannya paling kecil yaitu sekitar 10-18 US cent/kWh (lihat pada Gambar 1). Perbedaan yang sangat besar

140

antara pembangkit diesel dengan pikohidro, sehingga dapat di korelasikan dengan saat sekarang di daerah yang terpencil atau tempat-tempat yang belum terjangkau aliran listrik akan menggunakan generator diesel atau bahan bakar fosil sedangkan potensi pembangkit picohydro melimpah.

Gambar 1. Grafik biaya pembangkitan listrik dibawah 5kW pada tahun 2015 (ESMAP, 2007)

Pada sistem tenaga listrik Pikohidro merupakan jenis pembangkit listrik dengan daya maksimum 5 kW yang biasanya ditemukan di daerah pedesaan dan berbukit (N. Smith and G. Ranjitkhar, 2000) (A. Williams, 2007). Aliran air sekitar daerah perumahan dipedesaan memiliki potensi energi alternatif untuk membangkitkan listrik, namun meskipun daya yang dihasilkan sangat terbatas. Selain itu, potensi energi yang dapat dikonversikan dari aliran air disetiap daerah sangat bervariasi. Hal ini disebabkan fakta bahwa laju aliran air dan head yang dapat dimanfaatkan, berbeda-beda disetiap daerah pedesaan. Jadi, kedua parameter tersebut yaitu tekanan pasokan air yang mewakili head (jatuh air) dan laju aliran air sangat penting untuk ditentukan pada tahap awal untuk estimasi daya output potensial (H. Zainuddin1,et all, 2008). Perekayasaan pembangkit listrik untuk daerah dipedesaan sangat diperlukan menimbang selain daerah yang belum teraliri listrik juga sumber energi yang melimpah. Namun perlu diperhatikan bahwa pembangkit yang dirancang harus terjangkau untuk masyarakat. Kemudian dari hasil perancangan diperlukan pengujian untuk mengetahui performa pembangkit untuk mengetahui parameterparameter performa pembangkit, seperti efisiensi dan daya yang dapat dihasilkan untuk beberapa variasi sudut sudu turbin


terhadap beberapa variasi debit air dari sumber yang ada. Pada perancangan pembangkit pikohidro dibatasi untuk sumber air dengan ketinggian 2 meter yang biasanya dapat diperoleh pada pancuran atau aliran air di pedesaan. Untuk dapat menentukan daya yang dapat dibangkitkan harus diperkirakan efisiensi pembangkit yang akan dihasilkan. Energi air untuk sumber air yang ada, dapat dihitung pada persamaan dibawah ini (Frank M. White, 2008) : (1) dengan: ρ = massa jenis air (1000 kg/m3) g = konstanta gravitasi (m/s2) h = tinggi jatuh air / Head (m) Q = debit air (m3/s) η = efisiensi Daya yang keluar dari generator dapat diperoleh dari perkalian efisiensi turbin dan generator dengan daya yang keluar secara teoritis. Sebagaimana dapat dipahami dari rumus tersebut di atas, daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi jatuh dan debit a i r, o l e h k a r e n a i t u b e r h a s i l n y a pembangkitan tenaga air tergantung daripada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara efektif dan ekonomis (Grant Ingram, 2007). Persamaan diatas merupakan daya sumber air yang bisa dibangkitkan namun harus dikalikan dengan efisiensi turbin sehingga didapatkan daya turbin maksimun yang dibangikitkan oleh turbin itu sendiri. Pada grafik dapat dilihat Efisiensi Turbin air jenis propeler maksimun 90% (Kaldellis at all, 2005) pada aliran turbin/aliran rancangan sama dengan 1 sedangkan dibawah 1 menghasilkan efisiensi yang cenderung menurun, sehingga turbin jenis propeler efisiensi sangat dipengaruhi oleh perbandingan aliran pada turbin dan desainnya .

Gambar 2. Efisiensi small turbin air. (Kaldellis at all, 2005)

Secara umum efisiensi dapat dihitung dengan persamaan berikut: (2) Perancangan turbin air Jenis turbin air dipengaruhi oleh beberapa aspek diantaranya berdasarkan head dan debit air. Pada grafik (Penche and Minas, 1998) dapat dilihat bahwa untuk head yang rendah dan debit yang reandah sangat cocok digunakan turbin kaplan/propeler.

Gambar 3. Diagram Pemilihan Jenis Turbin (Penche and Minas, 1998)

Turbine kaplan/propeler mempunyai komponen-komponen seperti sudu turbin (runner), sudu pengerah (guide vane),poros dan genarator, seperti terlihat pada skema turbin kaplan pada Gambar 4. Sudu Pengarah

Perancangan sudu pengarah, meliputi menentukan diameter dan tinggi sudu pengarah. Sudu pengarah dihitung menggunakan persamaan (Grant Ingram, 2007): 141


Ns= kecepatan spesifik P = Daya turbin (HP) H = tinggi air jatuh N = Kecepatan turbin(rpm)

Sudu turbine/runner Sudu turbin kaplan atau propeller (kaplan runner) merupakan sudu turbin yang menjadi sumber penggerak poros dan menggerakan generator untuk menghasilkan listrik. untuk menghitung dimensi runner digunakan persamaan seperti dibawah.

Gambar 4. Skema Pembangkit Listrik jenis Turbin Kaplan (Feedinfra, 2012) Degv 

60kug 2gH N

Vfgv  k fg 2gH Q   D egv B gv V

fgv

Degv= Diameter Sudu pengarah (m) Vfgv=kecepatan air pada sudu pengarah(m/s) H = Ketinggian (Head) kug = Konstanta g= gravitasi (9,81 m/s2) kfg= koefisien Q= Laju aliran (m3/s) B= tinggi sudu pengarah (m)

Gambar 6. Sudu turbin air jenis kaplan

Q  k f 2 gH

 2 2 Drunner  Dhub K bladebockage 4



2 2 Q  Q factor H Drunner  Dhub



Gambar 5. Grafik Kecepatan spesifik terhadap (Grant Ingram, 2007)

dihitung dengan mengetahui terlebih dahulu kecepatan spesifik turbin ( ) kemudian didapatkan dari memplotkan di grafik (Grant Ingram, 2007).

Ns 

N P H

142

5

4

Gambar 7. Grafik kecepatan spesifik turbin terhadap Q factor (Grant Ingram, 2007)


Segitiga kecepatan

Gambar 8. Segitiga kecepatan untuk Kaplan aliran aksial (Grant Ingram, 2007) Persamaan euler untuk mesin-mesin turbin untuk daya output adalah (Grant Ingram, 2007):

P = m˙w(R3mV3q−R2mV2q) P = Daya output α1 = sudut masuk stator (sudu pengarah) α2 = sudut keluar stator β2 = sudut masuk rotor β3 = sudut keluar rotor Q = laju aliran R2m dan R3m = jari-jari pada stasion 2 dan 3( jarijari sudu pengarah dan sudu runner) b2 dan b3 = ketinggian sudu pada stator (sudu pengarah) dan sudu runner turbin propeller ω = kecepatan sudut mesin Dimana: ω =

V2θ = V2x.tgα2=

.tgα2

V3θ = ω.R3m + V3x.tg β3 V3x = METODE Pembuatan pikohidro diawali dengan Proses perancangan yaitu menghitung parameter-parameter dimensi dan ukuran serta bahan yang akan digunakan sesuai dengan data sumber energi air yang telah di survey. Selanjutnya proses pembuatan

yang sesuai dengan perancangan serta mencari bahan dengan memanfaatkan material dan komponen generator yang banyak dipasaran dan mudah disusun maupun dibuat. Kemudian generator diuji untuk mengetahui karakteristik atau performa dari pembangkit. Pengujian dilakukan untuk memvariasikan sudut sudu turbin terhadap beberapa variasi debit, sehingga didapatkan parameter-parameter seperti tegangan, arus, dan debit air yang masuk ke sistem pembangkit yang selanjutnya dapat diketahui performan turbin seperti efisiensi dan daya yang dihasilkan. Pengukuran tegangan dan arus dilakukan langsung dari generator dengan beban lampu 15 Watt. Sudut sudu turbin yang dipakai dalam pengujian yaitu 20o, 30o, 40o dan 50o serta debit yang terukur pada tiga sumber air adalah 2,2 liter/s, 3,7 liter/s dan 6,2 liter/s. HASIL DAN PEMBAHASAN Proses Perancangan Tahap perancangan merupakan tahap dalam menetukan dimensin, ukuran dan bahan yang akan digunakan. Tahapan perancangan picohydro seperti pada flowchart dibawah. Dari hasil perancangan diperoleh prototipe pembangkit listrik tenaga pikohydro yang terdiri dari beberapa komponen, yaitu pipa saluran (penstock), turbin air jenis Propeler, housing dan generator, serta poros penghubung turbin ke generator, seperti pada Gambar 3. Komponen-komponen yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 2. Komponen picohydro menggunakan bahan yang relatif murah serta pembuatan yang rekatif mudah. Dari penelitian ini biaya yang dikeluarkan sekitar dibawah 1 juta rupiah. A n a l i s i s Te g a n g a n dengan menggunakan Finite elemen Software telah dilakukan pada komponen sudu turbin dan poros yang menunjukan hasil perancangan masih dalam batas aman yaitu tegangan maksimum sebesar 1,31 Mpa dan daerah tekukan sudu turbin sekitar 3.5 MPa. Bahan yang digunakan adalah plat aluminium dengan tegangan bahan sebesar 70-260

143


Mpa (Myer Kutz, 2002), sehingga masih aman untuk dipakai. Analisis tegangan yang menunjukan distribusi tegangan akibat asumsi beban yang diberikan, seperti terlihat pada Gambar 11.

Gambar 9. Flowchart perancangan picohydro Tabel 2. Komponen-komponen Pembangkit Listrik Tenaga Pikohydro Komponen poros rumah generator

Gambar 10. Rancangan Pembangkit Listrik Pikohydro

144

generator sudu pengarah dudukan bearing Bearing poros Sudu turbin sambungan rumah poros penstok Penyearah arus Battre Inverter

Bahan poros arm motor Cap PVC 4 in & 5 in sebanyak 2 buah Magnet permanen motor Reduser PVC 1x 2 in Sambungan PVC 1 in 3 buah Bearing 6001 (2 buah) Plat aluminium 2 mm Pipa PVC 4 in & 5 in Pipa PVC 1 in Tee PVC 4 in Dioda Aki kering 12 Volt AC 220 Volt - ˜ DC 12 Volt 300 Watt


Gambar 12. hasil pembuatan sudu turbin

Agar air melewati sudu turbin, maka dibuat sudu pengarah menggunakan reducer PVC 1 x 2 in dengan cara proses driling secara bertahap yang dilakukan untuk delapan bagian. Hasil perancangan, perakitan dan pembuatan sudu pengarah seperti terlihat pada Gambar 13. Proses pembuatan rumah bearing dudukan generator dilakukan dengan cara pemotongan biasa dengan menggunakan gergaji besi dan pisau cutter.

Gambar 11. Analisis Tegangan pada Sudu Turbin dan Poros

Proses Pembuatan Sudu turbin dirancang agar dapat dibuat dengan mudah. Bahan sudu adalah plat alumunium dengan ketebalan 3,5 mm, sehingga mudah dibentuk seperti terlihat pada Gambar 12. Pembuatan sudu turbin diawali dengan membuat mal yang diperoleh dari Gambar teknik, kemudian membuat lubang untuk poros, pasak dan lubang untuk batas pemotongan. Selanjutnya pembuatan profil bulat dengan menggunakan kikir baja serta memotong menjadi empat bagian dengan menggunakan gergaji besi. Setelah proses tersebut didapatkan beberapa plat, kemudian proses selanjutnya yaitu memekuk sudu sesuai dengan besarnya sudut yaitu sudut 20°,30°, 40° dan 50°. Pada proses penekukan sudu dlakukan dengan berlahan karena untuk menghindari bahan yang retak dan kemungkinan sobek, namun dengan dengan adanya empat lubang pembatas kemungkinan retak menjadi berkurang

Gambar 13. Rancangan CAD 3D, perakitan dan hasil pembuatan sudu pengarah

Bahan poros merupakan poros untuk arm sepeda motor, sehingga diperlukan pembuatan dengan pemesinan.. poros tersebut dilakukan pembuatan alur untuk pasak magnet dan pasak turbin dengan cara membuat lubang pada daerah pasak yang nantinya pasak berupa baja silindris dimasukan dan mengunci magnet dengan porosnya. Penggabungan komponen dilakukan dengan cara manual, yang diawali dengan pemasangan rumah bearing, rumah generator bagian bawah dan sudu pengarah dengan menggunakan lem pipa. Langkah selanjutnya pemasangan dudukan stator/spull dengan menggunakan enam baut yang dipasang pada rumah generator. Proses selanjutnya adalah pemasangan bearing, serta pemasangan poros, magnet

145


dan rotor, kemudian mengunci dengan pasak dan selanjutnya dikencangkan dengan baut. Setelah bagian dalam turbin terpasang maka selanjutnya pemasangan dudukan untuk penstok dan saluran keluar turbin dengan menggunakan lem pipa maka turbin air dengan bahan dasar PVC sudah dapat dipergunakan dan di tes. Hasil proses pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga Pikohidro Portable yang telah dijelaskan diatas seperti terlihat pada Gambar 14.

Pada perancangannya pembangkit didesain untuk menghasilkan daya output generator 100 Watt, dan pada penelitian ini dilakukan juga pengujian untuk mengetahui performa dengan laju aliran air maksimum 6,2 liter/s, seperti terlihat pada Gambar 8.

Gambar 16. Pengujian Pembangkit Listrik Tenaga Piko hidro Portable

Dari hasil pengukuran didapatkan karakteristik pembangkit seperti pada grafik dibawah ini. Dari Gambar 9 dapat di lihat bahwa daya yang paling besar adalah pada sudut sudu turbin 30 derajat, hal tersebut dikarenakan pada arah aliran air tersebut Gambar 14. Hasil Pembuatan Pembangkit Listrik merupakan paling efektif menumbuk sudu turbin. Tenaga Piko hidro Portable Pada sudut sudu turbin 50 derajat daya yang dihasilkan paling kecil, hal ini Proses Pengujian disebabkan aliran air yang menumbuk sudu Pengujian alat pembangkit listrik turbin tidak seluruhnya mengenai sudu, tenaga pikohidro ini menggunakan sehingga pada sudut tersebut air energi air beberapa alat ukur, seperti bola lampu yang tidak terkonversikan menjadi gaya pada berfungsi sebagai pengujian berbeban, dan sudu turbin. menggunakan baterai yang dihubungkan Sudut sudu turbin 20 derajat menghasilkan dengan inverter yang berfungsi sebagai daya dibawah sudut turbin 30 derajat, hal ini penyearah arus listrik, seperti terlihat pada diakibatkan karena luas keluar air lebih kecil Gambar 15. Alat yang digunakan adalah sehingga memungkinkan pada outlet cross multitester untuk mengukur arus dan section sudu terjadi aliran dengan tegangan, stopwatch dan ember untuk kecepatan lebih tinggi yang mengakibatkan mengetahui debit air, serta tachometer kerugian gesekan menjadi lebih besar. untuk mengetahui kecepatan putar poros turbin.

Gambar 15. Skema Pengujian

146

Gambar 17. Grafik Debit VS Daya


Pada sudut 30 derajat dapat dilihat bahwa dari debit 3,7 liter/s sampai 6,2 liter/s ada peningkatan daya yang signifikan, sehingga sudut sudu tersebut kebih cocok pada debit 6,2 liter/s. Serta pada debit tersebut efisiensinya lebih besar dibanding pada debit yang lain seperti pada Gambar 10. Efisiensi bertambah besar dengan bertambahnya debit yang terjadi, sehingga turbin air ini masih dapat menerima debit yang lebih besar, akan tetapi jika dilihat dari kecenderungan kurva yang menurun seiring bertambahnya debit, maka pada suatu titik debit akan mengalami penurunan efisiensi.

dipasaran. Dimensi dari pikohidro ini yaitu 127mm x 150mm x 300mm dengan berat 1,2 kg. Daya Pembangkit pikohidro yang telah diuji pada head 2 meter menghasilkan daya yang tidak sesuai dengan rancangan yaitu, maksimal sebesar 96 Watt, namun mendekati daya target yang dicapai. Daya maksimum didapatkan pada sudut sudu 30o, dan debit 0,0062 m3/s (6,2 liter/s). Efisiensi maksimum yang diperoleh adalah 36%. Saran Pembangkit listrik ini perlu dikembangkan untuk dapat dikomersialkan namun diperlukan pembuatan serta material yang baik. Diperlukan penelitian lanjutan yaitu mengenai analisis CFD pada Sudu turbin, untuk mendapatkan sudut sudu yang optimum. UCAPAN TERIMAKASIH

Gambar 10. Grafik Debit VS Efisiensi

Efisiensi yang dihasilkan masih cukup kecil dibandingkan pembangkit listrik sejenis sekitar 80-90%. Namun dibandingkan dengan sumber energi yang melimpah serta kebutuhan listrik untuk penerangan sangat diperlukan maka untuk daerah pedesaan cukup memadai untuk dipergunakan. Merujuk dari pembangkit sejenis yang ada dapat bahwa harga per kWh listrik sekitar Rp85/kWh dalam satu tahun (Tim Chiaradia, 2008) jika dihitung pemakaian 14 jam sehari. Sedangkan pembangkit dengan menggunakan bahan PVC ini hanya sekitar Rp. 12 /kWh dalam satu tahun. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari penelitian ini didapatkan pembangkit pikohidro porTabel dengan bahan yang mudah didapat yaitu dari pipa dan sambungan (tee) PVC dan generator dari alternator motor yang banyak dijual

Terimakasih kami ucapkan kepada LP2M ITENAS yang telah mendanai penelitian ini kepada kepala Lab. Konstruksi ITENAS yang telah menyediakan tempat penelitian, kepada kepala Lab. Konversi ITENAS yang telah menyediakan tempat pengujian serta kepada kepala Lab. Produksi ITENAS yang telah menyediakan tempat dan peralatan lab. DAFTAR PUSTAKA H. S. Patil, 2011.” Experimental work on horizontal axis PVC turbine blade of power wind mill”, International Journal of Mechanical Engineering. ISSN : 2277-7059 Volume 2 Issue 2. Tim Chiaradia, 2008 “Principle of a small hydropower installation” Consolidation of Pico Component of MHPP 2007 - 2008 Kamaruzzaman Sopian And Juhari Ab. Razak, 2009. ”Pico Hydro: Clean Power From Small Streams”. Proceedings of the 3rd WSEAS Int. Conf. on Renewable Energy Sources. ISSN: 1790-5095. ESMAP, 2007. "Technical and Economic Assessment of Off, Mini-grid and Grid Electrification Technologies". ESMAP Technical Paper 121/07.

147


N. Smith and G. Ranjitkhar, 2000. “Nepal Case Study–Part One: Installation and performance of the Pico Power Pack,” Pico Hydro Newsletter. A. Williams, 2007. “Pico hydro for costeffective lighting”, Boiling Point Magazine, pp. 14-16. H. Zainuddin1,et all, 2008. “Investigation on the Performance of Pico-hydro Generation System Using Consuming Water Distributed to Houses”. Frank M. White, 2008. Fluid Mechanics, Sixth Edition, McGrawHill Grant Ingram, 2007. “Very Simple Kaplan Tu r b i n e D e s i g n ” . S c h o o l o f Engineering. Durham University. Kaldellis, J.K., Vlachou, D.S. & G. Korbakis, 2005,”Techno-economic evaluation of small hydro power plants in Greece: a complete sensitivity analysis”, Energy Policy, Vol. 33. Celso Penche and Ingeniero de Minas, 1998. “on how to develop a small hydro site Layman's Handbook second edition,Europian Small Hydropower Assosiation. Myer Kutz, 2002. “Handbook of Materials Selection” John Wiley & Sons, New York. Feedinfra, 2012 How Hydro Power Plant Works. Http://www.feedinfra.com/archives/39 58 [13 Pebruari 2013]

148

Fokus : Pengembangan Energi Baru dan Terbarukan Mendukung Ketahanan Energi Nasional

Recommend Documents