HIBAH RISET UNGGULAN DAERAH DAN TEKNOLOGI TEPAT GUNA TAHUN ANGGARAN 2013
LAPORAN PELAKSANAAN PENELITIAN
Perancangan Model Aerasi Tambak Intensif dengan Menggunakan Energi Angin dan Surya Sistim Hibrida
Tim Peneliti
Ketua: Dr. M. Faisal, ST, M.Eng. Anggota: Teuku Firsa, ST, M.Eng.Sc.
Dibiayai oleh Lembaga Peningkatan Sumber Daya Manusia (LSPDM) Aceh Tahun 2013
Abstrak Potensi energi terbarukan yang ada di provinsi Aceh jika dimanfaatkan dengan baik akan memberikan banyak manfaat terutama bagi masyarakat nelayan. Sinar matahari dengan intensitas yang tinggi dan potensi angin yang ada di pesisir pantai Aceh dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Penelitian ini bertujuan untuk membuat prototype teknologi hibrida berupa panel surya dan turbin angin, yang merupakan energi alternatif yang ramah lingkungan untuk membangkitkan energi listrik sehingga dapat digunakan untuk aerasi pada tambak atau pun untuk aplikasi lainnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa teknologi hibrida dengan menggunakan tenaga angin dan surya berjalan dengan efektif. Sinar matahari yang cukup baik di sekitar lokasi penelitian dapat menghasilkan daya sebesar 16,5 volt yang disimpan dalam 2 buah beterei (DC/direct current). Selanjutnya dikonversi menjadi arus bolak balik (AC/alternating current)dengan menggunakan inverter. Daya yang dihasilkan telah di coba dengan menggunakan sebuah pompa 300 watt. Hasil penelitian juga menunjukkan meskipun kecepatan angin tidak stabil, turbin yang dibuat dalam penelitian ini masih dapat berjalan dengan baik dan menghasilkan energi listrik.
1
Kata Pengantar
Bismillahirahhmanirrahim, Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini. Selanjutnya selawat dan salam kita sanjungkan kepada Nabi Muhammad SAW beserta keluarganya yang telah membawa umat manusia ke alam keIslaman dan Ilmu pengetahuan. Penelitian teknologi tepat guna ini dilaksanakan selama 1 tahun atas pembiayaan pemerintah Aceh melalui lembaga Peningkatan Sumber Daya Manusia (LSPDM) Aceh tahun anggaran 2013. Terimakasih kami kepada pemerintah Aceh atas pembiayaan penelitian ini. Dalam pelaksanaan penelitian ini, tim peneliti juga banyak mendapat bantuan dan masukan dari berbagai pihak, untuk itu tim peneliti banyak mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu terlaksananya penelitian ini. Peneliti menyadari masih banyak kekurangan dari hasil yang telah diperoleh, masukan dan saran sangat kami harapkan demi kesempurnaan penelitian ini dimasa mendatang. Semoga hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi masyarakat Indonesia dan khusus masyarakat Aceh. Amiin.
Banda Aceh, November 2013
Penyusun
2
DAFTAR ISI
Abstrak Kata Pengantar Daftar Isi Daftar Gambar dan Tabel
1 2 3 4
1. PENDAHULUAN 2. LINGKUP PENELITIAN 3. METODOLOGI 4.HASIL DAN PENGUJIAN LAPANGAN 5.DOKUMENTASI 6.KESIMPULAN UCAPAN TERIMAKASIH
5 6 7 8 13 15 15
LAMPIRAN BIODATA PENELITI
3
Daftar Gambar
Gambar 1. Desain dan dimensi panel surya Gambar 2. Turbin angin yang telah selesai Gambar 3. Panel Surya yang telah selesai Gambar 4. Rancangan hybride panel surya dan turbin angin Gambar 5. Baterei untuk panel surya Gambar 6. Inverter pengubah arus Gambar 7. Data pengamatan terhadap daya yang dihasilkan oleh tenaga surya
4
1. PENDAHULUAN Saat ini provinsi Aceh memiliki luas lahan tambak yang cukup besar, yaitu 34.981 Ha. Selain itu juga memiliki kolam, tebat dan empang dengan luas sekitar 10.162 Ha. Lahan-lahan tersebut biasanya berada didaerah pesisir Aceh. Banyak lahan-lahan perikanan dan akses ke tambak di Aceh belum teraliri dengan listrik disebabkan jauhnya lokasi dari pusat pembangkit listrik. Lahan lahan tambak udang yang berada jauh dari sumber listrik hanya dikelola untuk petani udang non intensif. Tambak intensif dimaksudkan untuk menambah jumlah produksi per luas area yang ada. Dilain pihak penggunaan energi baru dan terbarukan untuk sebagai pembangkit listrik sudah mulai dikenal luas. Energi ini didapat dari tenaga air, sinar matahari atau angin. Berbagai teknologi telah diterapkan untuk menangkap energi alam itu untuk dirubah menjadi energi listrik. Turbin angin, turbin air dan panel surya adalah beberapa jenis peralatan untuk memanfaatkan energi alternatif. Teknologi peralatan tersebut terus berkembang sesuai dengan kebutuhan.
Tambak intensif adalah tambak dengan jumlah udang/produk perikanan per meter persegi lebih banyak dari sistem budidaya non intensif. Dengan demikian jumlah produksi udang/ikan lebih banyak per luasan area tambak. Konsekuensi dari padatnya populasi udang/ikan dalam tambak mengakibatkan konsentrasi oksigen didalam air tambak menjadi kurang, untuk itu dalam sistem tambak intensif diperlukan peralatan aerasi (penghasil O 2). Peralatan ini biasanya berbentuk kincir air yang diputar oleh sebuah motor listrik.
Biota dalam lingkungan tambak mengambil oksigen untuk mengoksidasi senyawa organik (bahan makanan dalam saluran pencernaan untuk menghasilkan energi) dengan respirasi/bernafas dengan mengeluarkan karbondioksida (CO 2), selain itu dalam proses respirasi O2 berperan sebagai elektron akseptor pada akhir rantai pernafasan. Mikroba pengurai juga memerlukan oksigen untuk menguraikan/mengoksidasi berbagai senyawa organik dalam dasar tambak (sisa makanan, bahan organik mati). Oleh karena itu peranan O 2 dalam tambak sangat penting karena tanpa O 2 mahluk hidup yang aerob (zooplankton, 5
bakteri aerob, udang) akan mati akibatnya proses ketersediaan makanan dalam rantai makanan akan terputus dan terjadinya akumulasi senyawa organik pada dasar tambak.
Tambak udang sendiri letaknya selalu berada di daerah pesisir pantai, dimana tidak selalu memiliki jaringan listrik. Pada daerah yang tidak ada jaringan listrik tidak dapat dibuat tambak intensif. Untuk itu perlu buat sistem aerasi tambak dengan menggunakan energi alternatif.
Pesisir pantai Aceh kaya akan hembusan angin dan sinar matahari yang cukup baik. Namun hingga saat ini potensi energi terbarukan ini tidak dioptimalkan dengan baik. Bahkan pada saat angin kencang, nelayan atau petani tidak dianjurkan untuk melaut, yang tentunya akan berdampak pada berkurangnya pendapatan. Dengan demikian penggunaan energi terbarukan dapat membantu masyarakat terutama di pedesaan dan pesisir untuk memberdayakan diri sesuai potensi SDM dan SDA yang ada.
2. LINGKUP PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk membuat Prototype teknologi hibrida berupa panel surya dan turbin angin, yang merupakanenergi alternatif yang ramah lingkungan untuk membangkitkan energi listrik sehingga dapat digunakan untuk aerasi pada tambak atau pun untuk aplikasi lainnya.
Lingkup penelitian dibatasi pada rancangan prototype panel surya dan turbin angin dan aplikasinya pada lahan tambak didaerah Aceh. Uji terhadap daya yang dihasilkan digunakan dengan menggunakan pompa 300 watt.
6
3. METODELOGI 3.1. Rancangan peralatan Peralatan panel surya yang digunakan diharapkan dapat menghasilkan energi yang cukup untuk menghasilkan aerasi yang baik jika digunakan untuk proses aerasi tambak. Desain dan spesifikasi panel surya dapat dilihat pada gambar 1.
Kincir untuk aerasi
Gambar 1. Desain hibrid panel surya dan turbin angin
Turbin angin didesain untuk menghasilkan putaran yang baik. Daun turbin terbuat dari plat stainlees diharapkan akan menjadikan turbin tahan terhadap cuaca ekstrim dengan kandungan udara yang banyak mengandung garam disekitar laut. Detail spesifikasi peralatan adalah yang telah dibuat sebagai berikut: Spesifikasi generator: 1. Jenis generator 2. Jumlah Phasa 3. diameter rotor 4. Tebal generator 5. Jumlah lilitan per pole
: permanent magnet generator : 3 phasa : 23 cm : 5 cm : 190 lilit
Spesifikasi Kincir angin: 1. Jenis 2. Bahan blade
: Vertical axis wind turbine (VAWT) : Stainless Steels t 1mm 7
3. Diameter blade 4. Tinggi Blade 5. Tinggi tiang
: 120 cm : 100 cm :5m
Spesifikasi Solar panel 1. Jenis bahan 2. daya 3. Arus Max 4 Voltage
: Polycristaline : 200 Wp : 6A : 21V (open circuit)
3.2. Pelaksanaan Penelitian Rancangan alat dan Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknik Mesin Fakultas Teknik UNSYIAH, Jl. Syech Abdurrauf, Darussalam.
4. HASIL DAN PENGUJIAN LAPANGAN Gabungan penggunaan energi angin dan surya merupakan salah satu usaha untuk mengatasi kekurangan listrik dan pemberdayaan energi terbarukan. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari sumber daya alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk memasok daya listrik di satelit komunikasi melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga sistem sel surya sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan. Untuk tenaga angin selama kincir berputar maka suplai listrik terus terpenuhi walau hari sudah gelap. Matahari dapat mengeluarkan radiasi sebesar 1,74 x 1.014 kilowatt jam energi ke bumi setiap jam. Dengan demikian bumi menerima 1,74 x 1.017 watt daya. Pemanfaatan kedua energi tersebut dapat meningkatkan kualitas tambak intensif dan mendukung pembangunan di bidang perikanan. Selain itu, diharapkan juga mampu mengatasi krisis energi dan mengurangi pencemaran lingkungan.
Pembuatan panel Panel surya dan turbin angin yang dibutuhkan untuk membangkitkan 8
energi listrik telah selesai di buat, hasil pengamatan laboratorium menunjukkan bahwa penggabungan kedua energi terbarukan tersebut berjalan efektif. Berikut adalah foto-foto kegiatan penelitian:
Gambar 2. Turbin angin yang telah selesai.
Gambar 3. Panel surya yang telah selesai. 9
Gambar 4. Rancangan hybride panel surya dan turbin angin.
Gambar 5. Baterei untuk panel surya. 10
Gambar 6. Inverter pengubah arus.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa teknologi hibrida dengan menggunakan tenaga angin dan surya berjalan dengan efektif. Sinar matahari yang cukup baik di sekitar lokasi penelitian dapat menghasilkan daya sebesar 16,5 volt yang disimpan dalam 2 buah beterei (DC/direct current). Selanjutnya dikonversi menjadi arus bolak balik (AC/alternating current)dengan menggunakan inverter. Pada umumnya effisiensi inverter adalah berkisar 50-90% tergantung dari beban outputnya. Bila beban outputnya semakin mendekati beban kerja inverter yang tertera maka effisiensinya semakin besar, demikian pula sebaliknya. Rugi-rugi / loss yang terjadi pada inverter biasanya berupa dissipasi daya dalam bentuk panas.
Daya yang dihasilkan telah di coba dengan menggunakan sebuah pompa 300 watt. Hasil penelitian juga menunjukkan
meskipun kecepatan angin tidak stabil, turbin yang dibuat
dalam penelitian ini masih dapat berjalan dengan baik dan menghasilkan energi listrik.
Hasil
pengamatan terhadap daya yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar 7. Dari gambar 7 dapat dilihat bahwa putaran generator yang didapatkan adalah 70,5 rpm dengan voltase output sebesar 16,5Volt.
11
Gambar 7. Data pengamatan terhadap daya yang dihasilkan oleh tenaga surya
12
5.DOKUMENTASI
Cahaya lampu yang dihasilkan dari tenaga surya
13
Voltage dan desain generator untuk turbin
Pengujian terhadap pompa (submerged pump)
14
Air yang dikeluarkan dari pompa 6.KESIMPULAN Teknologi hibrida antara tenaga surya dan turbin angin menghasilkan energi yang cukup untuk digunakan dalam proses aerasi tambak. Uji laboratorium menunjukkan bahwa teknologi yang dikembangkan dapat menggerakkan pompa 300 watt. putaran generator yang didapatkan adalah 70,5 rpm dengan voltase output sebesar 16,5Volt.
UCAPAN TERIMAKASIH Tim peneliti mengucapkan banyak terimakasih kepada pemerintah Aceh atas pembiayaan penelitian teknologi tepat guna ini.
15
Lampiran biodata peneliti
16
BIODATA A. Identitas Diri 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Nama Lengkap (dengan gelar) Jenis kelamin Jabatan Fungsional NIP/NIK/No. identitas lainnya NIDN Tempat dan Tanggal Lahir E-mail Nomor Telepon/HP Alamat Kantor
10 Nomor Telepon/Faks 11 Lulusan yang telah dihasilkan 12 Mata kuliah yang di ampu
: : : : : : : : :
Dr. M. Faisal, ST., M. Eng. Laki-laki Lektor 197309061998021001 0006097302 Langsa, 6 September 1973
[email protected] 081264953649 Jl. Syech A. Rauf No. 7 Darussalam, Banda Aceh : (0651) 7412301 : S-1: 4 orang; S-2:2 Orang; S3:: 1. Teknologi sawit 2. Teknologi Buangan Industri 3. Ekologi Lingkungan 4. Teknologi Gas dan Minyak Bumi
B. Riwayat Pendidikan Nama Perguruan Tinggi
Bidang Ilmu
S-1 Universitas Syiah kuala, Banda aceh
Teknik kimia
Tahun Masuk-Lulus Judul Skripsi/Thesis/Disertasi
1991-1997 Pra-rencana pabrik para xylene
Nama Pembimbing/Promotor
Dr. Yunardi
S-2 Toyohashi University of Technology, Toyohashi-Japan Ecological Engineering 2000-2002 Metal elution from Ni and Fe-based alloy reactors under hydrothermal conditions
Prof. Dr. Koichi Fujie
S-3 Toyohashi University of Technology, Toyohashi-Japan Environment and Life Engineering 2004-2007 Study of HydrothermalBased technologies for the Reaction of some Biochemically Important Compounds Prof. Dr. Hiroyuki Daimon
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 tahun Terakhir No.
Tahun
1.
2009
2.
2008
4.
2010
5.
2010
6 7.
20102011 2011
8.
2012
9.
2012
Pendanaan Sumber* Jml (Juta Rp) Pengolahan Limbah Cair Pabrik DIKTI 169,9 Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Modifikasi Membrane Bioreactor dan Reaktor Flotasi Udara Berpenyekat Recovery of Precious Metals from JSPS, Japan 200 Spent Automobile Catalytic Converters using Supercritical Carbon dioxide Material Flow Analisys at PT. COE, 250 Gunung Madu Plantation, Lampung Yokohama National University Quinone Profiles Analisys at PT. COE, 280 Gunung Madu Plantation, Lampung Yokohama National University Potensi kelapa sawit sebagai energi DIKTI 90 terbarukan Analisis Pengolahan Sampah di TPA Mandiri Provinsi Aceh Penyerapan Logam Berat (timbal) Mandiri dengan Menggunakan Bentonit dan Enceng Gondok Rancang bangun industri penghasil DIKTI 200 bahan penggumpal karet ramah lingkungan sistem fast pyrolyis dari limbah biomassa industri sawit Judul Penelitian
D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat dalam 5 Tahun Terakhir Pendanaan No. Tahun Judul Pengabdian Kepada Sumber* Jml (Juta Rp) Masyarakat 1.
2010
2.
2012
3.
2011
Modifikasi reaktor pirolisis dan utilitasnya pada kelompok Brata Jaya penghasil asap cair di Aceh Utara Environmental Monitoring pada pabrik es, asap cair dan pengolahan garam, Bireueun dan Pidie Jaya. IbM kelompok Brata Jaya Penghasil Asap Cair Di Aceh Utara
DIKTI
50
MDF
350
DIKTI
40
4.
2012
Diversifikasi Produk Industri Asap Cair BUMG ( Badan Usaha Milik Gampong) – Beunyot, Kab. Bireueun melalui Difusi teknologi Ramah Lingkungan
DIKTI
150
E. Publikasi Artikel Ilmiah dalam Jurnal dalam 5 tahun terakhir No.
Tahun
1.
2008
2.
2008
3.
2008
4.
2008
5.
2010
6.
2011
7.
2011
8.
2012
9.
2013
Judul Artikel Ilmiah
Volume/ Nomor
Recovery of Precious Metals from 3, 364-367 Spent Automobile Catalytic Converters using Supercritical Carbon dioxide Production of Valuables Organic 7 (1), 36-41 Acids from Organic Wastes with Hydrothermal Treatment Process Preliminary Investigation on the Useful Chemicals Obtained from High-Temperature and High-Pressure Water Treatment of Hinoki (Chamaecyparis Obutus) Bark Hydrolysis of Glycylglycine in Subcritical Water Conditions Effect of agitation on the extraction of palladium from spent industrial catalyst with supercritical carbon dioxide Modification of DHS Bioreactor Module with Oil Palm Fiber Material for Treating Domestic Wastewater
7 (2), 64-68
Nama Jurnal Asia Pacific Journal of Chemical Engineering Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan
121, 1-6
Journal of Physics 22 (3), 1693- Asian Journal 1699 of Chemistry
9 (1), 47-52
Journal of Water and Environment Technology Recovery of Organic and Amino 8 (2) Jurnal Acids from Sludge and Fish Waste in Rekayasa Sub Critical Water Conditions Kimia dan Lingkungan The Behavior of Soluble Metals 14 (1), pp. 9- Jurnal Eluted from Ni/Fe-Based Alloy 16 Reaktor Reactors after High-Temperature and High-Pressure Water Process Mapping and Analysis of Palm Oil 38-42 Journal of Mill Effluent as an Alternative Energy Energy & Source and Opportunity for Green Environment House Gases Reduction
10.
2013
11.
2013
CDM Potential in Palm Solid Waste Co Generation as an Alternative Energy in Aceh Province Biomass Residue from Palm Oil Mill in Aceh Province: A Potential Usage for Sustainable Energy
Vol. 16, No 2, Makara 192-200 Journal of Technology Vol. 8 (2), 32- International 38 Journal on Advance Science Engineering Information Technology.
F. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presentation) dalam 5 tahun terakhir No.
Nama Pertemuan Ilmiah/Seminar
1.
MAKSI 2010
2.
3.
4.
Judul Artikel Ilmiah
Waktu dan Tempat
Utilization of Empty Oil Palm IPB International Fruit Bunches as an Energy Source Convention in Aceh Province under the Clean Centre, 8-9 Development mechanism Desember, Bogor, Indonesia Chemical Engineering Production of Valuable Chemicals Banda Aceh, 22-23 Science and from a Bark of Hinoki December 2010 Application (CHESA (Chamaecyparis obutus) using 2010) High-Temperature and HighPressure Water Treatment Process Seminar Nasional Pemetaan dan analisis potensi Banda Aceh, 14 – Hasil Riset dan limbah padat pabrik kelapa sawit 16 November 2011 Standardisasi Industri di provinsi Aceh sebagai sumber energi alternative berbasis mekanisme pembangunan bersih 2nd Annual Innovations in separations Banda Aceh, International technology for the recycling of Indonesia, Confererence Syiah rare metals with supercritical November, 22-23, Kuala University, carbon dioxide 2012 (AIC UNSYIAH)
5.
G. Karya Buku dalam 5 Tahun Terakhir No.
Judul buku
Tahun
Jumlah Halaman
Penerbit
H. Perolehan HKI dalam 5-10 Tahun Terakhir No.
Tahun
Judul/Tema HKI
Jenis
Nomor P/ID
I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya dalam 5 Tahun Terakhir No.
Judul/Tema / Rekayasa Sosial Lainnya yang telah di terapkan
Tahun
Tempat Penerapan
Respon Masyarakat
J. Penghargaan dalam 10 tahun terakhir (dari pemerintah, asosiasi atau institusi lainnya)
No.
Jenis Penghargaan
Institusi Pemberi Penghargaan
Tahun
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidaksesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya . November, 2013
(Dr. M. Faisal, ST., M. Eng.)
CURRICULUM VITAE 1. Nama Lengkap 2. Tanggal Lahir 3. Jenis Kelamin 4. Alamat 5. NIP 6. Pangkat/Golongan 7. Jabatan Fungsional 8. Jurusan/Prodi
: : : :
Teuku Firsa ST, M.Eng.Sc 02 Mei 1973 Laki-laki Jl. Malahayati Km.7 Komp Cadek Permai B.05, Aceh Besar : 19730502 2008 121 001 : Penata Muda/IIIb : Asisten Ahli : Teknik Mesin/ Teknik Produksi
9 Riwayat Pendidikan : No Pendidikan 1 S1-Teknik Mesin Unsyiah 2
S2-Faculty Engineering University of Malaya
Tahun Tamat 1999
Spesialisasi Tek. Konversi Energi
2008
Design Manufacture (Robotic)
10. Pengalaman Penelitian (5 tahun terakhir): No Tahun Judul 1 2007 Path Generated and Optimized of a Mobile Robot Using Simulation
Sumber biaya Mandiri
11. Publikasi (5 tahun terakhir) No Tahun Judul 1 2006 Guided Navigation for a Mobile Robot, Proceedings of AUN/SEED-Net 7th, Field Wise Seminar Manufacturing Engineering, 2006. 2
2005
Engine Performance Simulation Studies For Compressed Natural Gas Engine, Proceeding of International Advanced Technology Congress 2005. Malaysia.
3
2005
The Effect of Spray Angle Injector on the performance of CNG DI Engine, Proceeding of International Advanced Technology Congress 2005. Malaysia.
4
2005
A Simulation Program for Mobile Robot in OpenGL, Proceeding of 1st International Workshop on Artificial Life and Robotics 2005, KUKUM, Malaysia.
Banda Aceh, 23 November 2011
(Teuku Firsa, ST, M.E.S) NIP. 19730502 200812 1 001
