HALAMAN JUDUL

LAPORAN AKHIR MATA KULIAH

TUGAS MERANCANG

JUDUL RANCANGAN

MODIFIKASI SISTEM KONTROL DEBIT DAN ALIRAN NOZZLE PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO

Disusun oleh:Harist Qashtari//2010Heru Prasetyo//2010Indra Syifa’i//2010

Mohamad Taufiqurrakhman/1006674805/2010Tito Winnerson Sitanggang//2010

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

2013

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat-Nya tim penulis dapat menyelesaikan laporan dengan judul: “Modifikasi Sistem Kontrol Debit dan Aliran Nozzle pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro” yang ditujukan sebagai laporan akhir mata kuliah Tugas Merancang DTM FTUI angkatan 2010.

Karya tulis ini membahas mengenai hasil rancangan yang dibuat oleh tim penulis sendiri, yaitu bagaimana membuat sistem untuk mengontrol nozzle supaya dapat bekerja lebih optimal dan efisien dengan menyesuaikan besar aliran dari sumber serta variabel debit yang dihasilkan.

Dalam pembuatan karya tulis ini, tim penulis sudah berusaha semaksimal mungkin dengan segala kemampuan yang penulis miliki. Tanpa mengurangi rasa hormat, kepada semua pihak yang telah berjasa terhadap penyelesaian karya tulis ini, secara khusus penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara, sebagai dosen pembimbing, yang telah memberikan bimbingan dan dorongan kepada tim penulis.

2. Prof. Ir. Yulianto Sulistyo Nugroho M.Sc., Ph.D, sebagai dosen mata kuliah Tugas Merancang , yang telah memberikan dorongan kepada tim penulis.

3. Orang tua penulis, yang senantiasa memberikan bimbingan dan bantuan moril maupun materil bagi penyelesaian laporan akhir ini.

4. Rekan-rekan penulis dan seluruh pihak yang telah membantu hingga terselesaikannya laporan akhir ini.

Tim penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna karena masih terdapat kekurangan baik dari segi materi, ilustrasi, contoh, dan sistematika penulisan dalam pembuatannya. Oleh karena itu, saran dan kritik dari para pembaca yang bersifat membangun sangat diharapkan. Besar harapan laporan ini dapat diapresiasi sehingga dapat bermanfaat baik bagi tim penulis, pembaca, dan masyarakat pada umumnya.

Depok, Mei 2013

Tim Penulis

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR

Modifikasi Sistem Kontrol Debit dan Aliran Nozzle pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

Harist Qashtari1), Heru Prasetyo1), Indra Syifa’i1), Mohamad Taufiqurrakhman1), Tito Winnerson Sitanggang1)

1)Teknik Mesin 2010, Fakultas Teknik Universitas Indonesia

ABSTRAK:

A. Judul

Modifikasi Sistem Kontrol Debit dan Aliran Nozzle pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

B. Latar Belakang Masalah

Pembangkit Listrik Tenaga Air merupakan sumber listrik bagi masyarakat yang memberikan banyak keuntungan terutama bagi masyarakat pedalaman di seluruh Indonesia. Disaat sumber energi lain mulai menipis dan memberikan dampak negatif, maka air menjadi sumber yang sangat penting karena dapat dijadikan sumber energi pembangkit listrik yang murah dan tidak menimbulkan polusi. Selain itu, Indonesia kaya akan sumber daya air sehingga sangat berpotensial untuk memproduksi energi listrik yang bersumber daya air.

Beberapa waktu yang lalu, masyarakat masih merasakan bahwa ketersediaan listrik mencukupi atau lebih besar dibanding dengan permintaan. Namun saat ini permintaan akan kebutuhan listrik semakin bertambah, hal ini disebabkan oleh :

1) Pertambahan jumlah penduduk yang makin tinggi.

2) Perkembangan yang cukup pesat di sektor jasa dan industri

3) Pembangunan sarana pemerintahan yang semakin meningkat

4) Perkembangan sektor – sektor lainnya yang membutuhkan listrik

Kelangkaan Listrik yang terjadi menuntut langkah – langkah nyata dalam upaya penaggulangannya. Sampai dengan tahun 2006 diperlukan penambahan kapasitas pembangkitan di Indonesia sebesar ± 14.500 MW. Untuk mengatasi besarnya kebutuhan daya pembangkit tersebut, maka perlu segera dilakukan pembangunan pembangkit skala kecil yang relatif cepat dan murah sehingga dapat memberikan pasokan yang lebih cepat dalam memenuhi sebagian kebutuhan energi listrik tersebut. Pembangkit tenaga listrik dengan tenaga air diklasifikasikan atas 4 golongan berdasarkan kriteria besarnya kapasitas energi yang dapat dibangkitkan.

Pembangkit listrik tenaga air dengan kapasitas hingga 99kW diklasifikasikan sebagai Mikro Hidro, yang berkapasitas antara 100kW–999kW diklasifikasikan sebagai PLTA kapasitas rendah, yang berkapasitas antara 1000kW–9999kW diklasifikasikan sebagai PLTA kapasitas sedang, dan yang berkapasitas lebih dari 10.000kW merupakan PLTA kapasitas tinggi. Skala pengembangan masing- masing jenis klasifikasi pembangkitan energi tenaga air didasarkan kepada kepentingan-kepentingan pengembangan wilayah, strategi pembangunan, dan potensi tenaga air yang dimiliki. PLTA mulai dikembangkan di Indonesia secara bertahap pada tahun 1900. Masa itu merupakan era dimana penggunaan bahan bakar minyak merupakan sumber energi utama di dunia. Pengembangan PLTA tidak terlalu diprioritaskan oleh karena itu progresnya berjalan lambat. Sedangkan sekarang, pengembangan PLTA mulai di tinjau ulang karena penggunaan bahan bakar minyak mengahasilkan banyak polusi lingkungan dan persediaan bahan bakar minyak mulai menipis. Beberapa alasan

tambahan bahwa PLTA lebih menguntungkan dibandingkan tipe generator lain adalah :

• Persediaan air cenderung tidak habis dan dapat diperbaharui

• Ramah Lingkungan

• Tidak memerlukan bahan bakar

• Periode mulainya terjadi secara terus menerus

• Pengoperasiannya sederhana dan biaya perawatannya murah

• Hampir tidak ada resiko meledak

C. Perumusan MasalahDari penjabaran latar belakang di atas, dapat kita rumuskan permasalahan

yang ada sebagai berikut:1. Bagaimana membuat pembangkit energi listrik alternatif sederhana

yang dapat diaplikasikan secara langsung oleh masyarakat di sekitar pedesaan ?

2. Apakah ada ide inovatif untuk penerapan teknologi yang dapat mengoptimalisasi pembangkitan energi listrik tenaga mikrohidro secara efisien ?

3. Bagaimana membuat dan menganalisa rancangan sebuah sistem mikrohidro dengan modifikasi kontrol debit dan aliran pada bagian nozzle ?

D. Tujuan1. Merancang suatu system nozzle dengan pressure drop seminimal

mungkin

2. Mengoptimalkan kecepatan turbin air dengan mengatur sudut serang

nozzle

3. Merancang suatu system nozzle yang mempunyai kemampuan untuk

mengubah jalur fluida yang keluar, tergantung dari besarnya debit

fluida yang masuk

4. Merancang suatu system nozzle yang paling efektif dalam

menentukan besarnya fluida yang keluar

E. Kegunaan1. Mengurangi biaya maintainance generator sebab tegangan yang

dihasilkan stabil

2. Mencegah kerusakan pada blade turbin crossflow akibat tumbukan fluida yang tidak merata

F. Tinjauan Pustaka1. Sistem Mikrohidro

Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang mengunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dan instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari istalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.

Biasanya Mikrohidro dibangun berdasarkan kenyataan bahwa adanya air yang mengalir di suatu daerah dengan kapasitas dan ketinggian yang memadai. Istilah kapasitas mengacu kepada jumlah volume aliran air persatuan waktu (flow capacity) sedangan beda ketinggian daerah aliran sampai ke instalasi dikenal dengan istilah head. Mikrohidro juga dikenal sebagai white resources dengan terjemahan bebas bisa dikatakan "energi putih". Dikatakan demikian karena instalasi pembangkit listrik seperti ini menggunakan sumber daya yang telah disediakan oleh alam dan ramah lingkungan. Suatu kenyataan bahwa alam memiliki air terjun atau jenis lainnya yang menjadi tempat air mengalir. Dengan teknologi sekarang maka energi aliran air beserta energi perbedaan ketinggiannya dengan daerah tertentu (tempat instalasi akan dibangun) dapat diubah menjadi energi listrik,

Yang membedakan antara istilah Mikrohidro dengan Miniihidro adalah output daya yang dihasilkan. Mikrohidro menghasilkan daya lebih rendah dari 100 W, sedangkan untuk minihidro daya keluarannya berkisar antara 100 sampai 5000 W. Secara teknis, Mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sumber energi), turbin dan generator.

Air yang mengalir dengan kapasitas dan ketinggian tertentu di salurkan menuju rumah instalasi (rumah turbin). Di rumah turbin, instalasi air tersebut akan menumbuk turbin, dalam hal ini turbin dipastikan akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa berputamya poros turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian ditransmisikan/dihubungkan ke generator dengan mengunakan kopling. Dari generator akan dihasilkan energi listrik yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke rumah-rumah atau keperluan lainnya (beban). Begitulah secara ringkas proses Mikrohidro, merubah energi aliran dan ketinggian air menjadi energi listrik.

G. Metode Pelaksanaan

Pelaksanaan tugas merancang kelompok kami dilakukan dalam lima tahap, sebagai berikut

Tahap I : Survey Lapangan

Kelompok kami melakukan survey terhadap tema tugas merancang yang telah diberikan oleh dosen pembimbing kami yaitu Bapak Ahmad Indra Siswantara. Survey yang kami lakukan bertujuan untuk mengetahui Customer Needs dari alat yang akan dirancang dan bagian-bagian dari alat tersebut yang perlu dikembangkan agar dapat memudahkan dan memenuhi kebutuhan pengguna.

Tahap II : Diskusi Kelompok

Setelah menjalankan tahap pertama, selanjutnya kami melakukan diskusi bersama. Kami menentukan tahap-tahap yang akan dilaksanakan hingga tujuan tugas merancang kami dapat tercapai. Diskusi juga dilakukan bersama dosen pembimbing setiap minggu.

Tahap III : Perancangan

Setelah melakukan beberapa diskusi, kami mulai melakukan perancangan. Perancangan alat ini dikerjakan oleh masing-masing anggota kelompok. Setiap individu akan menghasilkan desain alat yang berbeda dengan sistem yang berbeda. Tujuan dari metode ini agar setiap individu dalam tim kami memberikan ide dan kontribusinya pada tugas merancang ini.

Tahap IV : Analisa Rancangan

Selanjutnya setiap individu melakukan analisa aliran terhadap masing-masing rancangan. Analisa dilakukan dengan menggunakan program CFDSOF untuk mendapatkan data pressure drop dan kecepatan aliran.

Tahap V : Finalisasi Rancangan

Rancangan dengan pressure drop paling kecil akan dijadikan rancangan utama dan selanjutnya dikembangkan lebih lanjut oleh kelompok kami. Selanjutnya kami menentukan material yang digunakan terhadap hasil rancangan.

H. Mekanisme KerjaPada awalnya, kami membuat rancangan serta

analisa aliran secara individu. Lalu, terpilihlah konsep nozzle yang terbaik secara aliran. Kami merancang ulang dengan nozzle 2-ujung seperti pada gambar disamping, dengan 2-runner dibawahnya. Modifikasi dilakukan dengan menambahkan fungsi pengatur debit aliran dan pengatur arah sudut serang dengan tujuan agar produk bekerja secara optimal.

Tuas pengatur debit aliran terpasang pada bagian samping nozzle. Tuas ini mendorong plat logam sebagai

katup penutup nozzle, sehingga saat ditutup, aliran akan terfokus pada satu keluaran nozzle saja. Sistem pengunciannya yaitu dengan 2 buah kunci L yang terbuat dari logam. Saat aliran kencang, aliran mneggunakan kedua nozzle. Lalu, saat aliran kecil, tuas didorong sehingga aliran hanya terfokus pada satu keluaran nozzle saja agar output yang dihasilkan lebih optimal.

Tuas pengatur sudut serang terpasang pada drum silinder yang menutupi runner. Tuas ini berfungsi sebagai penahan arah nozzle yang dapat dibengkokkan. Tuas akan mendorong ujung nozzle, sehingga nozzle akan dapat mengubah sudut serangnya sesuai dengan kebutuhan. Sistem pengunciannya yaitu dengan dibuat ulir pada tuas.

I. Analisa DataDalam analisa rancangan, kami hanya menganalisa aliran air pada nozzle.

Dengan menggunakan software CFD, kami dapat melihat besar serta keseragaman aliran yang terjadi dalam nozzle, bagian masuk maupun saat air keluar.

Gambar pertama menunjukkan simulasi aliran yang terjadi dalam nozzle yang terbuka kedua ujungnya. Dapat terlihat bahwa aliran hanya mengalami loss sedikit, yaitu terjadi pada bagian tepi nozzle (berwarna biru). Tetapi, aliran masih relatif seragam dan hanya mengalami losses sedikit (berwarna merah kekuningan). Input yang kami masukkan yaitu sebsar 10 m/s, tentu dengan perhitungan rasio debit dengan luas permukaan kedua ujung nozzle. Saat aliran lebih kecil, nozzle ditutup sehingga aliran terfokus kepada satu keluaran saja, seperti pada gambar kedua.

J. Kesimpulan