RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK CADANGAN MENGGUNAKAN POMPA AIR Abdul Muis Mahasiswa Program Studi D3 Jurusan Teknik Eletro Politeknik Negeri Bengkalis E-mail:
[email protected]
Zainal Abidin Dosen Jurusan Teknik Elektro Jurusan Teknik Eletro Politeknik Negeri Bengkalis E-mail : -
Stephan Dosen Jurusan Teknik Elektro Jurusan Teknik Eletro Politeknik Negeri Bengkalis E-mail : -
ABSTRAK Tenaga air telah di manfaatkan orang-orang zaman dahulu yang terutama untuk menumbuk gandum atau di manfaatkan untuk keperluan lainnya. Dengan besarnya keuntungan tersebut, banyak negara membangun PLTA untuk memenuhi kebutuhan listrik mereka. Karena terlalu membutuh tenaga listrik maka penulis merancang dan membentuk bak sebagai tempat penampung air menggunakan plat besi berbentuk persegi. Selain itu dalam pembentukan turbin menggunakan lingkar sepeda dan sudu-sudu terbuat dari potongan plat besi yang sudah dirancang. Adapun tujuan pembuatan alat ini mempermudahkan ketika sumber PLN mengadakan pemadaman bergilir. Fungsi dari pembangkit ini sebagai pembangkit cadangan dimana penggerak mulanya Pompa Air yang menyemburkan sudu-sudu turbin dan berputar karna mendapatkan daya potensial dari pompa air berupa semburan air. Sudu-sudu turbin tersebut secara otomatis menggerakkan pulley penggerak atau pulley turbin dan pulley turbin dikopelkan dengan pulley yang digerakan yaitu pulley pada generator dengan menggunakan karet belting. Maka generator tersebut menghasilkan gerak gaya listrik (GGL) dan menghasilkan tegangan sebesar 8.5 volt/Ac. Kata Kunci : Pompa Air, Air, Pulley, Turbin.
A. PENDAHULUAN
Tenaga air telah di manfaatkan orang-orang zaman dahulu yang terutama untuk menumbuk gandum atau di manfaatkan untuk keperluan lainnya.baru paa pertengahan tahun 1779 insinyur prancis Bernard Forest de Blidon. Mempublikasikan buku yang berjudul Architecture Hidraulque. Hidropower di indonesia lebih di kenal dengan sebutan pembangkit listrik tenaga air (PLTA) tergolong tidak menghasilkan limbah secara langsung. Dengan besarnya keuntungan tersebut, banyak negara membangun PLTA untuk memenuhi kebutuhan listrik mereka. Data 2006 menunjukan bahwa kapasiatas PLTA yang tersebar seluruh dunia hampir 20% kebutuhan energi listrik dunia berasal dari PLTA Salah satu materi yang akan penulis kembangkan adalah simulasi pembangkit listrik tenaga air dengan menggunakan Jenis pompa sebagai gerak awal untuk menggerakan generator 1 kv. Dalam Tugas Akhir ini batasan masalah yang diangkat dalam pembuatan alat ini adalah : semburan air, penentuan pulley yang sesuai RPM turbin dengan Generator, bentuk kontruksi atau mekanik alat tersebut dengan memperhatian faktor keselamatannya dan menentukan sudu-sudu pada turbin penggerak generator
Pada Tugas Akhir ini membahas mengenai perancangan, pembuatan dan aplikasi pembangkit listrik cadangan menggunakan pompa air adalah sistem kerja rancang bangun pembangkti listrik cadangan menggunakan pompa air, menjelaskan cara kerja air untuk memutar turbin, menjelaskan bagaimana generator AC bisa berputar dengan tenaga air, mencari jumlah sudu-sudu pada tubin dan sifatsifat Motor 1 phasa. Tujuan dari proyek akhir ini adalah merencanakan, membuat kontruksi alat serta mengaplikasikan ke generator AC. Dan Sebagai pembangkit listrik cadangan ketika PLN mengadakan pemadaman bergiliran, meningkatkan kreatifitas masyarakat dalam mencari Sumber energy atau Pembangkit Listrik Alternatif B. METODELOGI Langkah- langkah yang dilakukan pada penelitian Tugas Akhir ini dapat dijelaskan secara rinci sebagai berikut: 1. Tinjauan Pustaka Tahap ini adalah tahap dilakukannya pengumpulan data untuk digunakan sebagai dasar teori sehingga dapat menunjang pembuatan tugas akhir. 2. Perancangan dan Pembuatan simulasi pembangkit listrik tenaga air
Jurnal Ilmiah Mahasiswa Volume 1, No 1, Des, 2012 hlmn 76-82
Tahap ini adalah membuat kontruksi simulasi pembuatan pembangkit tenaga air sesuai dengan yang terdapat pada literatur. 3. Pengujian Prototype Dalam pengujian ini simulasi tersebut dioprasikan dengan beban dan melihat perubahan putaran ketika di tambah beban serta berapa hasil tegangan yang dihasilkan oleh generator tersebut. 4. Pengambilan data dan analisa simulasi pembangkit listrik tenaga air Setelah semua rangkaian terpasang dan dibuat dengan baik maka dilakukan testing kerja dan pengujian dari sistem yang telah didesain kemudian dianalisa performansi dan efisiensinya. 5. Penyusunan Laporan dan Buku Tugas Akhir C. TINJAUAN PUSTAKA Air merupakan sumber energy yang murah dan relative mudah didapat, karena pada air tersimpan energy potensial (pada air jatuh). Tenaga air adalah energi yang di peroleh dari semburan Submersible Pump. Energy yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energy mekanis maupun energy listrik. Pemanfaatan energy air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya Submersible Pump yang menyemburkan. Hal ini yang akan menghasilkan energy listrik, proses selanjutnya energy listrik akan didistribusikan ke lampu, submersible pump dan yang membutuhkan. Melihat potensi tenaga air yang cukup besar sebagai energi listrik terbarukan yang bisa di kembangkan oleh Indonesia. PLTA merupakan pembagkit listrik yang di gerakan oleh air dengan menggunakan turbin sebagai penggerak generator. Persebaran PLTA di Indonesia pada awalnya di kembangkan di Sumatra terdapat dikecamatan laut tawar, Kabupaten Aceh tenggah Nanggroe Darussalam. Disini penulis menggembangkan rancang bangun pembangkit listrik cadangan menggunakan pompa air. Dimana pompa Air ini akan menyemburkan air kesudu-sudu turbin sampai mendapatkan putaran yang maksimal sehingga bisa memutarkan generator 5 kW Dalam pembuatan rancang bangun pembangkit listrik cadangan menggunakan
pompa air yang sangat rumit adalah kontruksinya dan kita harus mampu mendesain sebelum kita membuat kontruksinya disini penulis membuat baling-baling tersebut menggunakan lingkar sepeda. sudu-sudu tersebut di pasang pada lingkar sepeda dan penentuan jumlah sudu-sudu ini tidak boleh terlalu banyak di karenakan akan menghambat semburan air sehingga tidak memaksimalkan putaran generator. Rancang bangun yang akan penulis buat ini menggunakan pompa air sehingga pompa menyemburkan air ke sudu-sudu sehingga generator berputar dan menghasilkan tegangan, didalam Tugas Akhir ini siklus air hanya terdapat didalam bak. Dalam pengujian pengambilan data ini di aplikasikan ke lampu pijar dan peralatan lainnya. Pada pembuatan alat ini penulis menggunakan turbin jenis turbin pelton. Jenis Turbin pelton bekerja dengan memakai proses tekanan lebih. Pada waktu air masuk ke roda jalan. Sebagaian dari energi tinggi jatuh telah bekerja didalam sudu pengarah diubah sebagai kecepatan arus masuk. Sisa energi tinggi jatuh dimanfaatkan atau bekerja di sudu jalan, denagan adanya pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja disudu jalan dengan semaksimum mungkin. D. PEMBAHASAN Dalam pambuatan alat ini ada beberapa tahapan pelaksanaan, perencanaan, persiapan, dan pengerjaan alat serta pengujian alat sehingga hasil yang di peroleh hasil yang diinginkan. Tahapan-tahapan tersebut antara lain: 1. Perencanaan Perencanaan merupakan yang terpenting dalam pembuatan sebuah alat tersebut. Tanpa perencanaan tidak mungkin alat terealisasikan secara sempurna. Perencanaan alat harus diawali dengan desain dengan tujuan dapat diperhitungkan secara detail baik dari bahan, alat, biaya, dan lama pembuatan. Untuk meningkatkan keberhasilan dari pembuatan alat tersebut diharapkan mengetahui latar belakang, fungsi, manfaat, serta tujuan dari alat ini sehingga keberhasilannya tercapai. Dalam proyek akhir ini generator diputarkan menggunakan pompa air yang menyemburkan air dan memutarkan turbin sehingga pulley 77
Jurnal Ilmiah Mahasiswa Volume 1, No 1, Des, 2012 hlmn 76-82
penggerak akan ikut berputar memutarkan generator dengan dibantu karet balting, sehingga generator menghasilkan listrik. 2. Proses pengerjaan alat 1. Pembuatan Kerangka Rangka merupakan bagian pendukung pada pembangkit listrik cadangan menggunakan pompa air yang akan dibuat pada tugas akhir ini, rangka berfungsi untuk kedudukan roda kincir serta komponenkomponen mesin yang lain, adapun cara pembuatan rangka adalah sebagai berikut : 1) Bahan-bahan yang digunakan Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: a) Besi siku ukuran 1 m b) Elektroda las 2) Alat-alat yang digunakan Peralatan yang digunakan dalam pembuatan rangka adalah sebagai berikut : a) Gergaji besi b) Ragum duduk c) Mesin las d) Penggores e) Meter f) Penggaris siku g) Mesin gerinda 2. Pembuatan Turbin Turbin merupakan komponen utama dalam alat pembangkit listrik cadangan menggunakan pompa air tersebut, yang berfungsi untuk menggerakkan poros utama dan memutarkan generator. Bahan pembuatan turbin beraneka jenis, disini penulis akan membuat sudu-sudu dari sendok besi karna sifatnya mudah dilas pada roda turbin. Dalam pembuatan sudu turbin perhatikan susunan sudu agar bisa menampung debit air serta tekanan semburan yang mengalir semaksimal mungkin sehingga turbin berputar secepat mungkin. 1) Bahan-bahan yang digunakan Bahan yang digunakan untuk pembuatan turbin air ini antara lain adalah sebagai berikut: a) Roda sepeda ukuran diameter 20.
b) Besi plat 1.8 mm 2) Alat-alat yang digunakan Adapun alat yang digunakan untuk pembuatan turbin air ini antara lain adalah sebagai berikut: a) Las listrik b) Martil c) Gergaji besi 3) Langkah-langkah pembuatan turbin air. Pembuatan turbin air ini ada beberapa tahapan pengerjaan yaitu sesuai bentuk dari desain. Pertama mencari roda sepeda berukuran diameter 20. Selanjutnya mencari sendok besi lalu ditempelkan di bagian tepi roda dengan menggunakan mesin las listrik.
Gambar 1. Turbin Pelton
c. Pembuatan bak air Pembuatan bak air berfungsi untuk sirkulasi ari yang disemburkan menggunakan pompa air untuk memutarkan turbin. Bahan pembuatan bak air ini beraneka jenis, disini penulis ingin membuat bak air menggunakan plat besi karna bersifat tahan akan lama. 1) Bahan-bahan yang digunakan Bahan yang digunakan untuk pembuatan bak air ini antara lain sebagai berikut: a) Plat besi berukuran 1m persegi b) Elektroda las 2) Alat yang digunakan Alat yang digunakan untuk pembuatan bak air ini antara lain sebagai berikut: a) Meter tangan b) Mesin Las c) Penggores besi d) Gergaji besi e) Penggaris siku 78
Jurnal Ilmiah Mahasiswa Volume 1, No 1, Des, 2012 hlmn 76-82
3) Langkah-langkah pembuatan bak air Pembuatan bak air ini ada beberapa tahapan pengerjaan yaitu sesuai bentuk desain. Pertama mengukur plat, selanjutnya memotong, lalu menggabungkan plat-plat menjadi kotak persegi dengan 5 sisi. Ukuran bak 1 meter persegi. Dengan ukuran 1 meter persegi ini supaya sirkulasi ari tidak keluar, jika ukuran bak terlalu kecil maka air yang disemburkan akan cepat keluar. 2. Pengujian Sebelum langkah pengujian dilakasanakan, maka terlebih dahulu dilakukan langkah pemeriksaan untuk tiap tahap yang telah dilalui. Jika salah satu tahapan ada kesalahan, Maka dilakukan perbaikan pada langkah sebelumnya. Setelah semua langkah datas terlaksanakan dengan baik, maka langkah selanjutnya adalah pengujian. a. Perlengkapan penggujian Dalam pengujian ini penulis menggunakan peralatan-peralatan diantara nya adalah sebagai berikut : 1) Multimeter 2) Tachometer 3) Tang 4) Tespen 5) Mesin robin 6) Penggaris dan jangkar b. Metode pengambilan Data Sebelum tahap pengujian penulis melakukan komunikasi dengan dosen pembimbing supaya dalam pengujian ini tidak terjadi kesalahan dalam pengujian. Adapun penulis melakukan pengujian alat ini lokasi nya di Laboratorium Listrik Dasar. Setelah melakukan komunikasi maka penulis menyediakan peralatan yang akan digunakan dalam pengujian alat tersebut. Sistem alat ini menggalami masalah dan banyak perubahan dalam bidang pengoprasian dan bentuk turbin serta banyak nya sudu-sudu yang terpasang pada alat tersebut. Adapun tahap-tahap dalam pengujian ini adalah : 1) Menggisi bak air terlebih dahulu. 2) Uji coba generator 1 Kw yang dilakukan diluar yaitu di toko
generator dengan hasil yang bagus menggunakan penggerak motor tiga fhasa. 3) Setelah pengujian generator maka genarator tersebut diletakan keposisi alat yang sudah disediakan 4) Awal uji coba alat ini dilakukan dengan metode submersible pump kemudian submersible pump ini dihubungkan ke sumber listrik dari PLN kemudian penulis melakukan pengujian ulang alat dengan mesin robin. 5) Setelah submersible pump tersuplay maka secara otomatis pompa tersebut menyemburkan air ke sudu–sudu pada turbin kemudian memutarkan pulley penggerak. 6) Setelah pully penggerak berputar maka penulis mencatat berapa kelajuan putaran pada pully tersebut dengan menggunakan Tachometer dalam satuan ( rpm/m ) 7) Setelah selesai melakukan penggukuran pada pulley penggerak maka penulis menkopelkan pulley penggerak dengan pulley yang digerakan yaitu generator dengan memasang tali karet atau bealting. 8) Setelah dikopelkan kegenerator selanjutnya penulis menggukur rpm pada pulley penggerak dan pulley yang di gerakan 9) Setelah selesai penulis mencatat hasil out put pada generator tersebut. c. Hasil Pengujian Dari pengujian yang telah dilakukan didapat hasil yang sangat tidak diinginkan dari yang telah direncanakan. Berikut hasil yang didapat : No. 1 2 3 4 5
Table 1. Hasil Pengujian Rpm Rpm Tegangan N1 N2 (Volt) 45 190 6.3 55 197 6.5 68 253 7.3 63 242 7.1 80 280 8.5
d. Perbandingan Pulley Perbandingan pulley dalam alat ini sangat penting karena bisa menentukan perbandingan putaran. Dalam menentukan 79
Jurnal Ilmiah Mahasiswa Volume 1, No 1, Des, 2012 hlmn 76-82
perbandingan pulley maka mengguanakan persamaan :
Untuk menentukan jumlah sudu pada turbin air didapat dari persamaan
= ………………………………… (4.1)
Dimana : D1: Pulley yang digerakan D2: Pulley penggerak n1 : putaran pada generator (rpm) n2 : putaran pada turbin generator (rpm) diketahui : D1 = 52.5 cm D2 = 13 cm n1 = 1500 rpm n2 =………..? maka
N = 8 buah
Dalam Perencanaan Pulley ini maka kita harus tahu berapa rpm yang kita inginkan: Misalkan Nt = 1500 rpm Maka :
= 52.5 52.5
= 1500.13 = 19500
= =
=
=
= 371,42 rpm g didapat adalah :
……………………………………… (4.2)
= 4,03 Pembuktiannya adalah nilai dari 371,42 rpm
=
= = 1499 rpm
Dari hasil analisa diatas maka putaran name plat pada Motor sesuai dengan analisa yaitu 1500 rpm e. Menentukan sudu-sudu turbin
= =4 Jadi penulis dapat menyimpulkan bahwa Perbandingan Pulley adalah 4:2 Dalam Perencanaan Pulley ini maka kita harus tahu berapa rpm yang kita inginkan: Misalkan Nt = 750 rpm Maka :
=
= 13
….………………………………..………… ………(4.3) Dimana : N = jumlah sudu Dt = diameter turbin t = jarak antar sudu (m) N=
= = =8 Jadi penulis dapat menyimpulkan bahwa Perbandingan Pulley adalah 8:2 Perencanaan kecepatan dengan Perbandingan Pulley dimisalkan 4:2 Ns = 3000 rpm Dt = 4 cm Dm= 2 cm Nt …………..? Maka :
= 80
Jurnal Ilmiah Mahasiswa Volume 1, No 1, Des, 2012 hlmn 76-82
= Maka Perencanaan kecepatan dengan Perbandingan Pulley dimisalkan 8:2 Ns = 3000 rpm Dt = 8 cm Dm= 2 cm Nt …………..? Maka :
= =
Pembuktian Jika Rpm 1500 apakah tegangan pada motor perbanding dua dengan tegangan sesungguhnya : = 3000 rpm = 1500 rpm = 220 V = …………….? Maka :
= = =
Jadi Penulis ambil kesimpulan bahwa dengan perbandingan pulley 4:2 putaran dan tegangan dari motor sesuai dengan perbandingan dan name plat Pembuktian Jika Rpm 750 apakah tegangan pada motor perbanding dua dengan tegangan sesungguhnya : Diketahui : = 3000 rpm = 750 rpm = 220 V = …………….?
:
= = =
Jadi Penulis ambil kesimpulan bahwa dengan perbandingan pulley 8:2 putaran dan tegangan dari motor sesuai dengan perbandingan dan name plat E. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan Berdasarkan dari data yang diperoleh dalam pengujian maka penulis dapat menyimpulkan bahwa : a. Tugas Akhir yang kami buat ini penggunaan turbin dan perbandingan pulleynya tidak sesuai dengan analisa menggunakan Motor b. Harus menggetahui bentuk turbin dan berapa yang harus dipergunakan dalam peletakan sudu-sudu tersebut karena banyak atau sedikit sudu-sudu tersebut mempenggaruhi dalam kecepatan putaran. c. pada Tugas Akhir ini belum bisa dikatakan sebagai pembangkit listrik cadangan, karna hasil yang diharapkan tidak tercapai penuh. d. Hasil dari tugas Akhir ini hanya mendapat RPM 280 dan tegangan yang didapat 6.3-8.5 volt/Ac dari Output pada generator. e. Hasil yang diharapkan pada Tugas Akhir ini yaitur dengan RPM 1500 dan teangan dihasilkan 220 Volt/Ac. 2. Saran Dalam hal ini penulis memberikan saran. Diharapkan kepada mahasiswa untuk kedepannya supaya bisa melanjutkan Tugas Akhir ini, supaya mendapat hasil yang lebih sempurna, dan bisa diaplikasikan dengan OutPut yang diinginkan. Dalam pembuatan tugas akhir penulis mengharapkan kepada mahsiswa yang akan melaksanakan tugas 81
Jurnal Ilmiah Mahasiswa Volume 1, No 1, Des, 2012 hlmn 76-82
akhir harus saling tolong menolong dalam pembuatan alat supaya tidak ada terjadi salah paham dan tidak selasai dalam pembuatan tugas akhir ini. Dalam pengujian data penulis mengharapkan kepada mahasiwa yang ingin melakukan pengujian data sebaiknya harus didampingi dengan dosen pembimbing supaya tidak terjadi kesalahan dalam pengambilan data. Sehiingga ketika waktu siding Tugas Akhir data yang diberikan sesuai dengan data pada dosen pembimbing.
F. DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, Wiranto, Penggerak Mula Turbin, Institut Teknologi Bandung, Bandung, 1982. Edie sudianto sihombing, pengujian sudu lengkung prototipe turbin air terampung pada aliran sungai. USU 2009 Harry Sosrohadisewojo, Kumpulan Kuliah, Penggunaan Motor Listrik. syafrima,pembuatan prototipe turbin air untuk pengujian laboratarium fluida teknik mesin politeknik bengkalis .2010
http://www.google/sistempembangkitlistrik.(tgl 24januari-2012. 11.00 wib), mata kuliah teknik tenaga listrik. http://www.youtube.com/Selfrunningfree energymachine.(tgl -20-november-2011. 02.00 wib).
82
