RANCANG BANGUN MINIATUR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMH) SECARA TIDAK KONTINU KAPASITAS 334 WATT
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh
JEFRY MARIO NAINGGOLAN NIM. 1205052077
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktu yang telah ditentukan. Tugas Akhir ini berjudul “RANCANG BANGUN MINIATUR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMH) SECARA TIDAK KONTINU KAPASITAS 334 WATT” ini disusun sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik untuk menyelesaikan Pendidikan Diploma III Politeknik Negeri Medan.
Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bimbingan, dukungan maupun bantuan moral dan materi dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada; 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 3. Aulia Salman, S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 4. Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan; 5. Ir. Hairanus Tarigan, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan banyak waktu serta menyumbangkan ilmu dan nasehat kepada penulis sepanjang penyelesaian tugas akhir ini hingga selesai; 6. Ir. Isman Harianda, M.T., selaku wali kelas EN–6C; 7. Seluruh Dosen, Staff dan Karyawan di Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan; 8. Seluruh keluarga dan saudara–saudara terdekat yang memberikan semangat dan motivasi untuk mengerjai laporan ini hingga selesai; vi
9. Teman–teman mahasiswa kelas EN-6C yang selalu memberikan dukungan dan semangat kepada penulis dan teman-teman seperjuangan Teknik Konversi Energi Mekanik 2012.
Penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kesempurnaan tugas akhir ini. Semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca, terima kasih.
Medan, 21 Agustus 2015 Hormat Penulis,
Jefry Mario Nainggolan NIM. 1205052077
vii
DAFTAR ISI
JUDUL .............................................................................................................. i SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ...................................................................... ii LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................. iii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iv LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN ISI TUGAS AKHIR (TA) .......... v KATA PENGANTAR ...................................................................................... vi DAFTAR ISI ..................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xi DAFTAR TABEL ............................................................................................ xii INTISARI ......................................................................................................... xiii ABSTRACK ..................................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1 I.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1 I.2 Alasan Pemilihan Judul ................................................................................ 2 I.3 Tujuan Penulisan ........................................................................................... 2 I.4 Batasan Masalah ........................................................................................... 2 I.5 Manfaat ......................................................................................................... 3 I.6 Metodologi Penulisan ................................................................................... 3 I.7 Sistematika Penulisan ................................................................................... 3
BAB II DASAR TEORI .................................................................................. 5 II.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) ..................................... 5 II.2 Turbin Cross Flow ....................................................................................... 8 II.3 Pembangkit Tenaga Dari Alternator ............................................................ 9 II.3.1 Pengertian Alternator ......................................................................... 9 II.3.2 Komponen Alternator ........................................................................ 10
viii
II.3.3 Prinsip Kerja Alternator .................................................................... 14 II.4 Aki ............................................................................................................... 15 II.4.1 Pengertian Aki ................................................................................... 15 II.4.2 Prinsip Kerja Aki ............................................................................... 16 II.5 Inverter ........................................................................................................ 18 II.5.1 Pengertian Inverter ............................................................................ 18 II.5.2 Jenis-jenis Inverter.............................................................................. 19 II.5.3 Prinsip Kerja Inverter ........................................................................ 20
BAB III PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMH) SECARA TIDAK KONTINU KAPASITAS 334 WATT ............................. 21 III.1 Alat dan Bahan ........................................................................................... 21 III.1.1 Alat .................................................................................................. 21 III.1.2 Bahan ............................................................................................... 22 III.2 Cara Kerja Miniatur Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) Secara Tidak Kontinu ............................................................................... 23
BAB IV PEMBAHASAN ................................................................................. 26 IV.1 Data Percobaan .......................................................................................... 26 IV.1.1 Turbin .............................................................................................. 26 IV.1.2 Alternator ........................................................................................ 26 IV.1.3 Baterai Aki ...................................................................................... 27 IV.1.4 Inverter ............................................................................................ 28
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 29 V.1 Kesimpulan ................................................................................................. 29 V.2 Saran ............................................................................................................ 29
ix
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 30 LAMPIRAN ...................................................................................................... 31
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro ............................................ 6 Gambar 2. Pully .................................................................................................. 10 Gambar 3. Fan .................................................................................................... 10 Gambar 4. Spicer (Busing) ................................................................................. 11 Gambar 5. Housing Depan dan Housing Belakang ............................................ 11 Gambar 6. Rotor ................................................................................................. 12 Gambar 7. Stator ................................................................................................ 12 Gambar 8. Dioda Rectifier ................................................................................. 13 Gambar 9. Rumah Sikat ...................................................................................... 13 Gambar 10. IC Regulator ................................................................................... 14 Gambar 11. Skema Rangkaian Alternator ......................................................... 15 Gambar 12. Aki .................................................................................................. 18 Gambar 13. Rangkaian Inverter 1000 Watt ....................................................... 19 Gambar 14. Blok Diagram Cara Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) SecaraTidakKontinu ....................................................... 24
xi
DAFTAR TABEL Tabel 1.Alat yang digunakan dalam pembuatan Miniatur Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) Secara Tidak Kontinu .......................... 21 Tabel 2.Bahan yang digunakan dalam pembuatan Miniatur Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) Secara Tidak Kontinu .......................... 22 Tabel 3. Data hasil pengujian turbin ................................................................... 26 Tabel 4. Data hasil pengujian alternator ............................................................ 27 Tabel 5. Data hasil pengujian aki ........................................................................ 27 Tabel 6. Data hasil pengujian inverter ............................................................... 28
xii
INTISARI Laporan tugas akhir dengan judul “Miniatur Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) secara tidak Kontinu“ dibuat guna memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan di program Studi Teknik Konversi Energi di Politeknik Negeri Medan. Penulis membatasi masalah untuk mengetahui cara kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro dengan prinsip kerja yang sangat sederhana. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) ketika pada siang hari saluran irigasi digunakan masyarakat desa untuk mengairi sawah dan kolam ikan. Namun ketika pada malam hari saat penduduk desa sudah tidak memanfaatkan aliran air lagi untuk mengairi sawah atau untuk kolam ikan mereka, sumber air tersebut dapat dimanfaatkan untuk menjadi sumber energi penggerak turbin (PLTMH tidak kontinu). Banyak aliran air sungai yang tersedia di desa-desa, sehingga aliran air sungai tersebut dimanfaatkan untuk energi mekanis membangkitkan PLTMH. Turbin cross flow ini akan mengkonversikan energi kinetik air menjadi energi mekanis pada putaran poros turbin. Daya mekanis poros turbin selanjutnya digunakan memutar alternator yang menghasilkan daya listrik kemudian disimpan dalam batterai/aki untuk selanjutnya dinaikkan tegangannya dengan inverter. Miniatur dapat menghasilkan daya hingga 384 Watt dengan arus dan tegangan sebesar 1,74 Ampere 220 Volt pada katup terbuka penuh dengan putaran pada alternator 524,6 rpm dan turbin 407,6 rpm. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) Secara Tidak Kontinu memerlukan aki yang besar untuk menyimpan daya listrik saat PLTMH tidak beroperasi pada siang hari sehingga bisa digunakan untuk melayani beban listrik masyarakat. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) Secara Tidak Kontinu ini memerlukan air jatuhnya dengan kecepatan 50 liter/menit. Kata Kunci : Air, Turbin, Cross Flow, Alternator, Batterai/aki, Inverter.
xiii
ABSTRACT Final report entitled "Miniature micro hydro power plant (MHP) is not Continuous" made to meet the requirements of completing education in Energy Conversion Engineering Studies program at the Polytechnic of Medan. Authors limit the issues to find out how the micro hydro power plant with a very simple working principle. Micro hydro power plant (MHP) when during the day the villagers irrigation channels used to irrigate the fields and fish ponds. But when at night while the villagers are no longer utilize the flow of water to irrigate the fields or for their fish ponds, water resources can be utilized to be a source of energy driving the turbine (MHP is not continuous). Many flow of river water available in the villages, so that the flow of river water is used to generate mechanical energy MHP. Cross flow turbine will convert the kinetic energy of water into mechanical energy on the turbine shaft rotation. Mechanical power is then used rotating turbine shaft alternator that produces electricity is then stored in batteries / battery for the inverter voltage is increased further. Miniature can produce power up to 384 Watts with the current and voltage of 1.74 amperes at 220 volts valve is fully open with a round on the alternator 524.6 407.6 rpm and turbine rpm. Micro hydro power plant (MHP) Continuous Generally not require a large battery to store power when the MHP does not operate during the day so that it can be used to serve the public electrical load. Micro hydro power plant (MHP) Continuous Generally not require water fall with a speed of 50 liters / min. Keywords: water, Turbine, Cross Flow, Alternator, Battery/accumulator, Inverter
xiv
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Energi listrik merupakan energi yang tidak bisa lepas dari kehidupan masyarakat. Kegiatan manusia dengan listrik menjadi lebih lancar, penyebaran informasi menjadi lebih cepat dan mudah, serta dapat meningkatkan kesejahteraan manusia. Daerah pedesaan terpencil yang sebagian besar daerah nya belum terjangkau jaringan Perusahaan Listrik Nasional (PLN) merupakan suatu masalah bagi pembangunan dan pengembangan masyarakat pedesaan. Kebutuhan akan energi listrik merupakan kebutuhan yang tidak dapat ditawar – tawar lagi untuk kehidupan yang layak bagi setiap orang pada zaman sekarang ini. Umumnya daerah pedesaan terpencil yang terletak pada daerah pegunungan mempunyai potensi energi air yang besar, sehingga pembangkit listrik tenaga air skala mikro merupakan salah satu sumber energi yang dapat dikembangkan. Ketika pada siang hari saluran irigasi digunakan masyarakat desa untuk mengairi sawah dan kolam ikan. Namun ketika pada malam hari saat penduduk desa sudah tidak memanfaatkan aliran air lagi untuk mengairi sawah atau untuk kolam ikan mereka,sumber air tersebut dapat dimanfaatkan untuk menjadi sumber energi penggerak turbin.Turbin tipe cross flow ini akan mengkonversikan energi kinetik air menjadi energi mekanis pada putaran poros turbin. Daya mekanis poros turbin selanjutnya digunakan memutar alternator yang menghasilkan dayalistrik kemudian disimpan dalam batterai/aki untuk selanjutnya dinaikkan tegangannya dengan inverter sehingga dapat digunakan penduduk desa tersebut untuk kebutuhan energi listrik sehari-hari mereka.
1
Dari sinilah penulis mendapatkan ide untuk membuat sebuah miniatur pembangkit listrik sederhana yang dapat dikembangkan untuk pembangkitan listrik rumah tangga di pedesaan terpencil sehingga rumah tangga yang berada di pedesaan dapat menghasilkan energi listrik untuk diri mereka sendiri dan bekerja secara unkontinu karena pengecasan dilakukan di malam hari saat sumber air tidak dipergunakan.
I.2 Alasan Pemilihan Judul Untuk miniatur pembangkit tenaga listrik mikrohidro (PLTMH)
yang
penulis tertarik akan cara kerja pembangkit listrik sederhana yang langsung dapat dipergunakan dan dapat menjadi alat untuk pengembangan ilmu pengetahuan dan dapat berguna untuk pengabdian masyarakat dan sejalan dengan program studi Teknik Konversi Energi Mekanik, sehingga pada kesempatan ini penulis memilih judul dalam tugas akhir ini yaitu : “ Rancang Bangun Miniatur Pembangkit Listrik Tenaga Air Mikrohidro (PLTMH) Secara Tidak Kontinu Kapasitas 334 Watt ”.
I.3 Tujuan Penulisan Tujuan penulisan dalam tugas akhir ini adalah untuk mengetahui bagaimana cara: 1. Proses pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) secara tidak kotinu yang sederhana dan dapat langsung dimanfaatkan sebagai energi listrik rumah tangga; 2. Untuk mengetahui cara bekerjanya sudu turbin dengan tenaga jatuh air.
I.4 Batasan Masalah Penulis membatasi masalah untuk mengetahui cara kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro dengan prinsip kerja yang sangat sederhana. 2
I.5 Manfaat Manfaat yang dapat diambil dalam rancang bangun ini adalah : 1. Sebagai salah satu perwujudan ilmu sesuai dengan program studi Teknik Konversi Energi Mekanik yaitu mengubah energi air menjadi energi listrik; 2. Sebagai alat pembantu untuk mengetahui proses bekerjanya sistem pembangkit listrik tenaga listrik yang disimulasikan; 3. Sebagai pengembangan ilmu pengetahuan bila alat ini dikembangkan lagi agar lebih sempurna dan berguna untuk masyarakat khususnya daerah terpencil.
I.6 Metodologi Penulisan Dalam menyelesaikan tugas akhir ini metode penulisan yang digunakan oleh penulis ialah metode penelitian di lapangan, yaitu penulis mencari informasi dari pembuatan alat dari bengkel kelistrikanan dari media internet sebagai sumber referensi.
I.7 Sistematika Penulisan BAB I
Diuraikan mengenai pendahuluan, yang berisikan latar belakang, alasan pemilihan judul, tujuan penulisan, batasn masalah, manfaat, metodologi penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II
Di jelaskan mengenai dasar teori / landasan teori tentang PLTMH.
BAB III
Berisikan tentang perancangan, alat, bahan dan cara kerja alat yang dijelaskan dengan blok diagram.
BAB IV
Berisi tentang data yang diperoleh dari hasil pengukuran dengan alat ukur.
3
BAB V
Penutup yang berisikan kesimpulan dan saran.
4
