Download - Contoh Format Penelitian
PENELITIANKINCIR AIR UNDERSHOT TIPE APUNG
KIMAR TURNIP
FAKULTAS TEKNIK UKIPROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
2010
1
Bab 1 : Pendahuluan
1.1. Latar belakang.
Pengembangan air sebagai sumber energi sudah lama dipergunakan, antara
lain untuk menumbuk padi atau menghasilkan listrik dengan menggunakan
kincir air. Pemberian nama kincir air pertama kali oleh Euler pada tahun
1750 dan sampai saat ini masih digunakan. Fourneyron pada tahun 1824
mengembangkan prototype turbin air yang dapat beroperasi pada putaran
lebih tinggi.
Kincir air sebagai pembangkit listrik disebut Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro (PLTM) dengan daya keluaran sampai dengan 100 kW. Prinsip
kerjanya; merubah energi air menjadi energi mekanik melalui putaran
baling-2 kincir. Energi mekanik melalui putaran poros dapat dikonversi
menjadi energi listrik melalui dinamo dengan kopel langsung atau dengan
perantaraan tranmissi sabuk untuk memperoleh putaran dinamo yang lebih
tinggi. Kincir ini biasanya dijumpai pada Daerah Aliran Sungai (DAS)
dengan kecepatan aliran rendah yang cukup banyak dijumpai di Indonesia.
Di Negara Cina sudah mengoperasikan alat ini sebanyak 85000 unit.
1.2. Permasalahan.
Konsumsi energi didaerah pedesaan semakin lama semakin meningkat
sejalan dengan pertumbuhan ekonomi. Penggunaaan minyak tanah sebagai
bahan bakar untuk penerangan masih dominan khususnya daerah yang
belum memperoleh jaringan listrik. Energi alternatif untuk menggantikan
minyak tanah tersebut dapat diperoleh melalui PLTM. Pada daerah tertentu,
dipasang pembangkit Listrik Tenaga Disel (PLTD), akan tetapi alat ini juga
2
menggunakan minyak bakar sebagai bahan bakarnya. Analisis biaya
perbandingan PLTM dan PLTD menunjukkan bahwa dengan PLTM akan
mencapai breakeven point setelah 3 tahun beroperasi. Tabel 1 menunjukkan
konsumsi energi perkapita masyarakat Indonesia.
Tabel 1: Konsumsi per kapita.
Jenis Energi Konsumsi perkapita per hari
1. Listrik
2. Minyak tanah untuk penerangan
3. Kayu bakar
4. Arang
0.284 Wh
0.1 liter
1.5 kg
0.04 kg
Penduduk Indonesia sekitar 80 % bermukim di pedesaan dari jumlah
penduduk 120 juta jiwa. Dari tabel 1 dilihat bahwa penggunaan minyak
tanah 0.1 liter per hari perkapita, maka konsumsi minyak tanah sebesar 0.8 x
120 jt x 0.1 sekitar 9.6 juta liter per hari.
Dengan pertimbangan ini, kebijakan pemerintah dalam diversifikasi energi
adalah membangun PLTM didaerah pedesaan. Departemen Sumber Daya
Energi menjadikan program ini untuk rencana induk jangka panjang 30
tahun dan jangka menengah 5 tahun.
1.3. Tujuan Penelitian.
1. Memilih dan mendisain jenis kincir yang sesuai dengan sumber energi
air.
2. Menguji alat didaerah aliran sungai.
3. Menganalisis unjuk kerja alat.
3
1.4. Batasan Masalah.
Ada berbagai jenis kincir air yang dapat dibangun sperti tipe bulb, overchot,
undershot, poncelet. Untuk penelitian ini dibangun kincir air tipe undershot
skala laboratorium (prototipe) dengan ukuran geometri tertentu pada daerah
aliran sungai dengan kecepatan aliran yang rendah.
4
Bab II. Teori Turbin Mikrohidro
2.1. Perletakan (layout)
2.1.1. Tipe Penstok
Perletakan turbin mikrohidro pada DAS dengan penstok seperti gambar 2.1.
Konstruksi terdiri dari kolam penenang (settling basin) kolam penampung
(forebay tank), saluran pipa pesat (pennstok), rumah turbin-generator (Power
house containing turbine).
Gambar 2.1: Layout Turbin Mikro hidro dengan penstok
Figure 1 shows the main components of a run-of-the-river micro-hydro scheme. This type of scheme requires no water storage but instead diverts some of the water from the river which is channelled along the side of a valley before being 'dropped' into the turbine via a penstock. In figure 1, the turbine drives a generator that provides electricity for a workshop. The transmission line can be extended to a local village to supply domestic power for lighting and other uses.
5
2.1.2. Tipe undershot
Konstruksi kincir air undershot menggunakan pelampung seperti gambar 2.2
terdiri dari komponen: Pelampung (1 & 8) berfungsi untuk mengkondisikan
kincir selalu berada dalam keadaan terapung. Dengan demikian pada
keadaan daerah aliran sungai pasang surut atau naik, posisi rotor selalu
terendam air. Pelampung diberi penguat batang (5). Kipas (2, 3) dapat
disusun paralel dan disatukan dengan batang penguat (10) berfungsi
menangkap air dan merubah energi.
Torsi (T) pada poros dan menghasilkan putaran poros (3). Poros kincir
ditopang oleh bantalan (4 & 6) dapat dihubungkan langsung dengan
generator (9) untuk menghasilkan listrik. Head yang rendah menghasilkan
putaran poros rendah, dengan demikian biasanya dibuat tranmisi sabuk dan
pulley siytem (11) dari poros kincir ke poros dinamo supaya putaran
dinamo/generator menjadi lebih besar. Karena kincir ini menggunakan
pelampung, alat ini disebut kincir tipe apung. Untuk menjaga supaya alat
selalu berada diposisi vertikalnya, maka dipasang tiang pengaman pada
keempat sisi kincir tersebut sehingga kincir dapat bergerak turun dan naik
mengikuti pasang surut aliran sungai.
Gambar 3.1. Kincir air undershot tipe Apung
6
Persamaan konversi energi
Energi kinetic air = ½ m.C2
dimana m = massa air didalam mangkok rotor
C = kecepatan aliran air
Energi kinetik dirobah menjadi energi mekanis berupa putaran poros.
Besarnya energi mekanis diukur dengan prony brake, yaitu
Torsi (T) = (F1 – F2) (D/2)
dimana
F1 = gaya pada sisi kencang
F2 = gaya pada sisi kendor
D = diameter rotor
Daya keluaran pada poros adalah
P = T.ω
dimana ω = 2.π.N/60 =kecepatan sudut
N = putaran poros
Efisiensi turbin
2.2. Klasifikasi Turbin Air
Berdasarkan daya output dan head yang tersedia, turbin air dikelompokkan
sbb:
7
Turbin air adalah pembangkit tenaga dengan memanfaatkan aliran air
untuk menghasilkan tenaga merupa listrik atau mekanik. Tabel 1 adalah
klasifikasi dan kategori pemanfaatan tenaga air
Tabel 1:
Skala besar Lebih dari 100 MW dan biasanya digabungkan dengan jaringan listrik yang luas
Skala menengah
15 - 100 MW – biasanya dihubungkan dengan jaringan
Skala kecil 1 - 15 MW – dihubungkan dengan jaringan
Skala mini 100 kW s/d 1 MW; berdiri sendir dan kadang dihubungkan dengan jaringan
Skala mikro 5kW s/d 100 kW; biasanya untuk kebutuhan lingkungan kecil adan indudtri terpencil
Skala pico s/d 5kW
Table 1: Classification of hydropower by size.kW (kilowatt) - 1000 Watts; MW (megawatt) - 1 000 000 Watts or 1000 kW
In the UK, water mills are known to have been in use 900 years ago. Their numbers grew steadily and by the 19th century, there were over 20,000 in operation in England alone. In Europe, Asia and parts of Africa, water wheels were used to drive a variety of industrial machinery, such as mills and pumps. The first effective water turbines appeared in the mid 19th century and it was not long before they were replacing water wheels in many applications. In contrast to water wheels and the early turbines, modern turbines are compact, highly efficient and capable of turning at very high speed. Hydropower is a well-proven technology, relying on a non-polluting, renewable and indigenous resource, which can integrate easily with irrigation and water supply projects. China alone has more than 85,000 small-scale, electricity producing, hydropower plants.
Sumber : mikrohidroP5
8
2.3. Teori nondimensional
Prototipe dapat dikembangkan menjadi ukuran sebenarnya dilapangan
dengan menggunakan persamaan-2 nondimensional yaitu hubungan antara
berbagai variabel unjuk kerja (daya output, laju aliran dan putaran) dengan
ukuran utama. Persamaannya diperoleh dari turunan rumus-2 untuk
menghasilkan:
Q = f (D)2 atau
Q1
Q2 = f(D1
D2 )2
P = f (D)2 atau P 1
P 2 = f(D1
D2 )2
N = f (1/D) atau N 1
N 2 = f(D2
D1 )
dimanaQ = laju aliranP = daya outputN = putaran
9
Sub 1 = kondisi ril di DASSub 2 = kondisi prototipe di lab.
Bab III. Metoda Penelitian
3.2. Rancangan alat
Konstruksi kincir air undershot seperti gambar 2.2.
3.2. Tempat dan waktu Pelaksanaan
Pembuatan alat dilakukan di lab mesin FT.UKI, mulai dari 3 Maret s/d 7 April 2010. Pengujian dilaksakan pada 9 April 2010 di daerah aliran sungai bekasi.
10
3.2. Metoda Pengujian
3.2.1. Kecepatan aliran sungai.
Mengambil data kecepatan aliran (C) sungai. Pelampung (bahan dari gabus) diletakkan diatas permukaan aliran dan diukur jarak tempuh (X) dan waktu yang diperlukan (t)
Kecepatan aliran (C) = X/t
3.2.2. Torsi pada poros dan putaran
Pada poros turbin dibuat system puli, yang berfungsi sebagai prony barake, untuk mengukur gaya pada sisi kencang (F1) dan gaya pada sisi kendor (F2). Gaya tersebut diukur dengan menggunakan pegas gaya. Pada saat berputar bebas (free run), diukur kecepatan (N) rotor dengan menggunakan tachometer.
3.3. Data pengujian
Tabel 3.1: Data-data pengamatan
Nmr Percob
N F1 F2 C X t
123Dst
dimanaN = putaran poros kincirX = jarak tempuh pelampung 2 metert = waktu yang diperlukan pelampung untuk menempuh 2 meter
11
F1 = gaya pada sisi kencang prony brakeF2 = gaya pada sisi kendor prony brake
Bab IV. Analisis Data dan Hasil
4.1. Pengolahan data
Dari data pengamatan, dihitung variable-2 kinerja berdasarkan rumus-2, yakni kecepatan aliran sungai (C), torsi (T), daya pada poros (P) dan efisiensi (η). Hasilnya diberikan pada tabel 4.1.
Nmr Percob
F1 F2 X T N C T P η
123Dst
4.2. Analisis
1. Diperoleh Prestasi (unjuk kerja) kincir air prototipe dengan geometri
12
tertentu dan kondisi DAS tertentu.2. Prestasi ini dipakai sebagai acuan untuk membangun kondisi kincir dengan ukuran yang lebih besar. 3. Diperoleh analisis biaya perbandingan PLTM kondisi lapangan dan PLTD untuk melihat breakeven point sebagai masukan untuk Departemen Sumber Daya Energi.
13
References and resources
1. Micro-hydro Design Manual, A Harvey & A Brown, ITDG Publishing, 1992.
2. Micro-hydro power: A guide for development workers, P Fraenkel, O Paish, V Bokalders, A Harvey & A Brown, ITDG Publishing, IT Power, Stockholm Environment Institute, 1991.
3. Small hydro Power in China, ITDG Publishing, 1985.
4. Motors as Generators for Micro-Hydro Power, Nigel Smith, IT Publications, 1994.
5. Pumps as Turbines - A users guide, Arthur Williams, ITDG Publishing, 1995.
6. Rural Energy in Peru - Power for Living, ITDG, 1996.
7. Low-cost Electrification - Affordable Electricity Installation for Low-Income Households in Developing Countries, IT Consultants/ODA, 1995.
8. The Micro-hydro Pelton Turbine Manual: Design, Manufacture and Installation for Small-scale Hydropower, Jeremy Thake, ITDG Publishing, 2000.
9. Going with the Flow: Small-scale Water Power, Dan Curtis, CAT 1999
10. Small Hydro as an Energy Option for Rural Areas of Perú by Teodoro Sanches ITDG Latin America http://www.itdg.org.pe/Programas/energia/articulos/shaaeofra.pdf
11. The Role of the Private Sector in the Small-scale Hydropower Field, K. Goldsmith, SKAT, 1995
Internet addresses
14
Pico hydro Website now maintained by University of Nottingham, UKhttp://www.picohydro.org.uk
Micro-hydro website maintained by Wim Klunnehttp://microhydropower.netContains a useful range of information including case studies, manufacturers, consultants, theory, discussion groups, and downloadable books & manuals.
The British Hydropower Associationhttp://www.brit-hydro.cwc.net
International Network on Small Hydro Powerhttp://www.inshp.org
J. Daftar Pustaka
1. Advani, C.T. : Microhydro Power Station. Sogreah Consulting Engineers, 2005
2. Barrow, H.K. : Water Power Engineering. Third edition. Mc-Graw-Hill Bokk Company Ltd. 1995
3. Lembaga Masalah kelistrikan, PLN. Jakarta: Program Kelistrikan Desa dengan PLTM.
4. Lembaga Masalah kelistrikan, PLN. Jakarta : Pembangkit Listrik tenaga Mikrohidro.
5. Massey, B. S.: Mechanics of Fluid. Forth edition. Van Nostrand Reinhold Co.
6. Notodiharjo Marjono. Listrik Tenaga Air di Indonesia. LMK, PLN. Jakarta
7. Skidmore, F.R. : Small Hydroelectric in Chine. Lawrence Livermore Laboratory. 1990
8. Subroto Ibnu : Microhydro Power Plant in Indonesia. Jakarta.
15
16