PROPOSAL

MATA KULIAH PROYEK KOMPETISI

PEMANFAATAN MIKROHIDRO SEBAGAI PEMBANGKIT ENERGI

LISTRIK PADA SKALA RUMAH TANGGA

Disusun oleh :

Achmad Syaeful Amri 06/193787/TK/31604Arma Nur Ariska 06/193921/TK/31716Tompi Prasetya 06/193833 /TK/31633Irsyad Hasbi 06/198529/TK/32264Prama RP 06/196297/TK/31993Subhan Hasisi 06/199705/TK/32302Adi Saputra 06/ /TK/Akbar Nugroho 06/198273/TK/32255Zaenuri Ahmad 06/196294/TK/31992Fatkul Anam 06/193860/TK/31660Zuhandri Fahrizal Akhmad 06/198153/TK/32230Arizal E Wicaksono 06/197765/TK/32119Danang Purnomo Adi 05/184724/TK/30653

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2008

HALAMAN PENGESAHAN PROYEK KOMPETISI

1. Judul Kegiatan : Pemanfaatan Mikrohidro Sebagai Pembangkit Energi Listrik Pada Skala Rumah Tangga

2. Ketua Pelaksana Kegiatana. Nama Lengkap : Zaenuri Ahmadb. NIM : 06/196294/TK/31992c. Jurusan : Teknik Mesind. Universitas : Gadjah Mada

3. Anggota Pelaksana Kegiatan : 12 orang4. Dosen Pendamping

a. Nama Lengkap dan Gelar : Dr. Suyitno, S.T., M.Sc.

b. NIP : 132163780

5. Biaya Kegiatan Total a. Jurusan Teknik Mesin : Rp 1.161.000,00b. Sumber Lain : -

6. Jangka Waktu Pelaksanaan : Satu Semester

Yogyakarta, 11 Desember 2008

Menyetujui, Dosen Pendamping Ketua Pelaksana Kegiatan

Dr. Suyitno, S.T., M.Sc. M.Sc., Ph Zaenuri Ahmad NIP.132163780 06/196294/TK/31992

Ketua Jurusan Teknik Mesin dan IndustriFakultas Teknik UGM

Dr.Ir.Suhanan DEA.NIP 13162448

DAFTAR ISI

Halaman Judul........................................................................................................................1

Halaman Pengesahan.............................................................................................................2

Daftar Isi................................................................................................................................3

A. Pendahuluan...............................................................................................................

B. Dasar Teori.................................................................................................................

C. Tujuan .......................................................................................................................

D. Pra Rancangan ...........................................................................................................

E. Pembagian Kerja .......................................................................................................

F. Rencana Anggaran ....................................................................................................

G. Jadwal pelaksaan .......................................................................................................

H. Gambar Pra Rancangan .............................................................................................

PEMANFAATAN MIKROHIDRO SEBAGAI PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK PADA SKALA RUMAH TANGGA

A. Pendahuluan

Kebutuhan energi listrik di Indonesia masih belum mencukupi. Sebagai contoh

adalah pemadaman listrik secara bergilir yang masih saja kita rasakan di berbagai

wilayah di Indonesia. Hal ini menunjukkan bahwasannya pasokan energi listrik yang

disediakan pemerintah melalui perusahaan PLN masih belum mencukupi kebutuhan

masyarakat. Padahal listrik, kini menjadi kebutuhan pokok bagi manusia,

sebagaimana kita ketahui bersama aktivitas kehidupan kita saat ini sangat bergantung

dengan teknologi yang sumber tenaganya berasal dari energi listrik. Misal untuk

keperluan rumah tangga seperti setrika, kulkas, kipas angin, televisi , lampu

penerangan dll. Kemudian untuk keperluan hampir semua aktivitas di industri dan

perkantoran di berbagai bidang, energi listrik merupakan komponen yang paling

dominan.

Merujuk surat keputusan menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM)

No.1122K/30/MEM/2002 tentang Pembangkit Skala Kecil Tersebar (PSK) dan

pemanfaatan energi baru terbarukan, bahwa penyediaan energi listrik bisa dilakukan

tidak hanya dengan suatu pembangkit dalam skala yang sangat besar dan terpusat,

namun juga bisa terpenuhi dengan memanfaatkan sumber-sumber pembangkit listrik

walaupun dalam skala yang kecil (Dirjen Listrik & Pemanfaatan Energi, 2005).

Sebenarnya listrik dapat dihasilkan sendiri meskipun dalam skala yang kecil,

yaitu yang kita sebut sebagai mikrohydro. Salah satu syarat yang dibutuhkan adalah

air yang mengalir kontinyu dan air yang mengalir dengan deras atau setidaknya aliran

air memiliki perbedaan ketinggian. Tapi memang daya yang dihantarkan tidak

sedahsyat energy listrik yang diberikan oleh PLN, namun cukup untuk keperluan

listrik daya rendah seperti lampu rumah.

Pembangkit listrik yang demikian disebut Pembangkit Listrik Tenaga

Mikrohidro. Disebut mikro karena daya yang dihasilkan tergolong kecil (masih dalam

hitungan ratusan kilowatt). Tenaga air ini bisa berasal dari saluran sungai, saluran

irigasi, air terjun alam, atau bahkan sekedar parit asal airnya kontinyu. Prinsip

kerjanya adalah memanfaatkan tinggi terjunnya dan jumlah debit air.

Teknik dari pembangkit listrik ini sangat sederhana, yaitu menggerakkan

turbin dengan memanfaatkan tenaga air. Untuk bisa menggerakkan turbin ini, harus

ada air yang mengalir deras karena perbedaan ketinggian. Jika di suatu daerah tidak

ada air yang mengalir deras, maka dibuat jalur air buatan misalnya bendungan kecil

yang berfungsi sebagai pembelok aliran air. Lalu, air yang mengalir deras akan

sanggup menggerakkan turbin yang disambungkan ke generator, sehingga

dihasilkanlah energi listrik.

Mikrohidro ini bisa dikatakan sebagai teknologi ramah lingkungan karena

tidak menghasilkan limbah atau sisa buangan yang berbahaya. Selain itu, bila

diterapkan pada desa-desa terpencil, mereka akan mengurangi pemakaian bahan bakar

fosil yang tidak bisa diperbaharui seperti minyak tanah atau pemakaian dari hasil

hutan seperti kayu bakar. Dan juga akan meningkatkan kepedulian masyarakat

terhadap hutan, karena bila ingin air terus mengalir, secara tidak langsung hutan harus

dijaga dari penebangan secara liar.

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 ketiggian

tertentu dari 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 ketingglan daerah aliran sampai ke instalasi dikenal dengan istilah

head. Mikrohidro juga dikenal sebagai white resources dengan teluemahan bebas bisa

dikatakan "energi putih". Dikatakan demikian karena instalasi pembangkit listrik

seperti ini mengunakan 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,

Secara teknis, Mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sumber

energi), turbin dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan

dari ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (rumah turbin). Di rumah instalasi air

tersebut akan menumbuk turbin dimana turbin sendiri, dipastikan akan menerima

energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa berputamya

poros turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian ditransmisikan ke generator

dengan mengunakan kopling. Dari generator akan dihaslikan 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.

B. Dasar Teori

Mikrohidro adalah suatu sistem yang memanfaatkan air yang mengalir, atau

dialirkan sedemikian rupa, sehingga dapat menghasilkan energi listrik dalam skala

keperluan rumah tangga. Komponen pada sistem mikrohidro, tidak jauh berbeda

dengan sistem PLTA, yang antara lain adalah:

1. Turbin

2. Altenator atau generator

3. Transmisi roda gigi

Sedangkan untuk mendapatkan hasil atau energi listrik yang optimal bisa

ditambahkan komponen lain seperti nosel ataupun accumulator untuk menyimpan

energi listrik yang dihasilkan.

Prinsip kerja sistem mikrohidro adalah:

Pertama, aliran air diarahkan ke turbin sedemikian rupa sehingga turbin dapat

berputar. Putaran dapat terjadi karena aliran air menabrak sudu-sudu turbin sehingga

energi mekanis dari air diubah untuk menggerakkan turbin. Seiring perputaran turbin

maka poros turbin pun ikut berputar. Putaran dari poros turbin tidak dapat secara

langsung digunakan untuk memutar alternator karena putaran poros harus disesuaikan

dengan spesifikasi alternator. Karena itulah diperlukan adanya transmisi roda gigi,

tidak lain untuk menyesuaikan putaran seperti apa yang diinginkan (sesuai dengan

spesifikasi alternator).

Jika didasarkan pada pemakaian atau tidaknya nosel pada turbin, maka turbin

dapat dibedakan menjadi dua yaitu:

1. Turbin Impulse, dan

2. Turbin Reaksi.

Turbin impulse menggunakan nosel untuk mempercepat aliran, sedangkan turbin

reaksi dapat digunakan tanpa harus membuat nosel. Secara garis besar perbedaan

kedua jenis turbin diatas adalah sebagai berikut:

Jenis Turbin Turbin Impulse Turbin ReaksiKeunggulan Efisien pada head tingi

Tidak terpengaruh oleh pengotor air

Hasil lebih besar Efisiean pada head rendah

Kelemahan Tidak optimal pada head yang rendah

Perawatan susah dan mahal

Dalam dunia keteknikan dikenal banyak jenis turbin diantaranya adalah

Turbin Crossflow Francis, Pelton, Keplan,dan Turgo. Turbin Crossflow atau turbin

bangki dapat bekerja baik pada head yang randah serta debit air yang tidak terlalu

besar. Turbin Crossflow dapat bekerja effektif pada head 1 meter sampai dengan 12

meter. Banyak kemudahan yang bisa didapatkan dari turbin ini tidak hanya

pembuatannya yang mudah dan murah, perawatannya pun tidak mahal dan tidak

susah. Turbin Francis terdiri dari sudu sudu pengarah dan sudu jalan ynag keduanya

terendam dalam air. Turbin jenis ini menggunakan saluran berbentuk rumah keong

untuk mengalirkan air. Karena kerumitannya turbin ini tentu sulit untuk dibuat.

Turbin Kaplan seperti baling-baling kipas angin listrik. Kelengkungan sudu, jumlah

sudu, dan belokan air dalam sudu pada Turbin Kaplan lebih kecil jika dibandingkan

dengan Turbin Francis, karena turbin ini digunakan pada kapasitar aliran yang besar

dengan head yanng kecil.

( Dietzel, 1980)

C. Tujuan

1. Membuat rancangan mikrohidro yang mampu menghasilkan listrik dengan daya

minimal 200 watt.

2. Aplikasi ilmu yang telah dipelajari di bangku kuliah untuk kepentingan

masyarakat umum dalam hal penyediaan sumber energi listrik.

3. Menciptakan sumber energi listrik dalam skala kecil.

4. Memenuhi tugas Proyek Kompetisi.

D. Pra Rancangan

Untuk rancangan, telah ditentukan head sebesar 3 meter dan debit 20 liter/s.

BAGIAN I : TURBIN DAN NOZEL

1. Menentukan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dilakukan dengan menghitung specific speed. Specific speed

ditentukan dengan rumus sebagai berikut:

Ns=3. 65∗n∗√Q

H34

dimana :

Ns = specific speedn = putaran turbin (rpm)Q = Debit aliran air (m3/detik)H = Besar head (m)

Dengan asumsi turbin berputar pada kecepatan 250 rpm, debit 0.02 m/s dan besar

head adalah 3 meter, maka diperoleh:

Ns=3. 65∗250∗√0 .02

334

Ns = 57.35

Jenis Turbin Kecepatan Spesifik

Turbin Pelton 1 Nozel 4-20Turbin Pelton 20 Nozel 20-40Turbin Pelton 3 Nozel 40-70Turbin Francis Low Speed 30-82Turbin Francis Medium Speed 82-250Turbin Francis High Speed 250-350Turbin Kaplan/Propeler 270-1000Turbin Aliran Silang (Crossflow) 42-170

(Sumber: Sunarto, M., 1991, hal.60)

High head Medium head Low head

Impulse turbines Pelton

Turgo

cross-flow

multi-jet Pelton

Turgo

cross-flow

Reaction turbines Francis

Pump-as-turbine

(PAT)

propeller

Kaplan

(Sumber : Presentation Workshop Microhydro Design & Construction with Don Harris and the WNCREI Staff, May 26 & 27, 2007 )

Karena headnya relative kecil, maka dipilih turbin Crossflow

2. Menentukan Daya Teoritis Turbin

Daya teoritis turbin didapat sebagai berikut:

Ne= γ .Q . H75

η .t

dimana:

Ne = daya teoritis turbin (Hp)c = massa jenis air (1000 kg/ m3

Q = Debit aliran air (m3/detik)H = Besar head (m)η.t = efisiensi turbin

Maka diperoleh

Ne=1000⋅0 .02⋅375

⋅0 . 6

Ne = 0.48 Hp

= 0.352 Kw

3. Menentukan Faktor Daya Generator (Ng)

Nilai faktor daya sebuah generator berkisar antara 0.75-0.9 .

Ne=Ne⋅ηgNg=0 .352⋅0 . 8

Kemudian diambil nilai 0.8 sehingga didapat

Ng =0.2816 Kw

4. Menentukan Kecepatan Air Masuk Turbin

Besarnya kecepatan air masuk turbin dihitung dengan rumus:

dimana:

V = Kecepatan air masuk turbin (m/s)Cv = Koefisien kecepatan air, antara 0.96-0.985g = percepatan gravitasi (m/s2)h = head aliran (m)

Harga Cv diambil sekitar 0.96 sehingga didapat

V = 7.361 m/s

5. Menentukan Kecepatan Runner dan Diameter Runner

Rumus untuk menentukan kecepatan tangensial runner adalah:

dimana

φ = speed factor, antara 0.44-0.46, diambil 0.45α = Sudut masuk yang dibentuk oleh kecepatan absolut dan tangensial, diambil 160

maka

U=0 . 45∗7 . 361∗cos16∘

U = 3.184 m/s

Sedangakan diameter runner dicari dengan rumus sebagai berikut:

D=60∗Uπ∗n

dimana

D = diameter runner U = kecepatan tangensial runnern = putaran turbin ditentukan 250 rpm

maka

D=60∗3 .184π∗250

D≈0 .25 m D = 25 cm

6. Menentukan Diameter dalam runner

d = 2/3*D

= 2/3*25 d = 16.67 cm

7. Menentukan Panjang Sudu Turbin

Untuk menentukan panjang runner dapat digunakan rumus sebagai berikut

dimana

n = putaran turbin (250 rpm)Q = debit air (0.02 m3/s)H = head (3m) k = koefisien tebal semburan air terhadap diameter runner, ditentukan (0,075-1,50), dalam perencanaan diambil k=0.075

b=0 .006×250×0 .020 .075×3

B = 0.13 m

= 13 cm

Pada pelaksanaan diambil lebar nozel b = 25 cm

8. Menentukan Dimensi Penampang Nozel

Luas penampang turbin dapat diketehui dengan rumus

A=Qv

dimana

A = luas penampang turbinQ = debit air (0.02 m3/s)v = kecepatan (7.361 m/s)

didapat

A = 2.71 10-3 m2

Lebar nozel adalah sama dengan lebar sudu turbin yaitu 25 cm, sehingga dapat

dicari tinggi penampang nozel yaitu:

t=2 .71⋅10−3⋅1000025

t=1 .08cm

Untuk pelaksanaan diambil nilai t = 1.5 cm

BAGIAN 2: Transmisi

1. Menentukan Jenis Transmisi

Pada perancangan kali ini digunakan jenis transmisi pulley v belt karena ada

beberapa alasan yaitu:

a. Jenis transmisi ini dapat digunakan untuk merubah torsi dan putaran dari

turbin ke altenator

b. Mudah pemasangannya karena hanya perlu pulley dan belt

c. Akan slip jika ada kelebihan beban sehingga mengurangi kemungkinan

kerusakan komponen

d. Harga relatif murah dan mudah didapat di pasaran

e. Efisiensi tinggi

2. Perbandingan jari-jari pulley

Pada pulley berlaku hubungan

T 1∗n1=T2∗n2…………………….. ( 1 )

dan juga

V 1=V 2

n1∗r1=n2∗r2 ………………………. ( 2 )

Sehingga berlaku hubungan

T 1∗r2=T 2∗r1

Dalam perencanaan, jumlah rpm akan dinaikkan menjadi 3 kali sehingga torsi akan

berkurang menjadi sepertigannya (persamaan 1). Hal ini dilakukan karena altenator

hanya perlu torsi yang kecil untuk bekerja.

Untuk itu perbandingan jari-jari pulley adalah pulley dari turbin memiliki jari-jari tiga

kali lebih besar dari pulley untuk altenator. Pada perancangan kali ini di tentukan

besar pulley yaitu ;

D1 = 5 cm D2 = 15 cm

BAGIAN 3: Konstruksi

Secara garis besar, bentuk kerangka konstruksi mikrohidro ini adalah

bentuk kubus. Dengan spesifikasi antara lain :

a. Menggunakan plat profil L

Profil L dipilih dengan pertimbangan kuat, mudah didapat di pasaran, harga

relatife murah, dan mudah di assembly.

b. Assembly kombinasi antara baut dan las

Kombinasi ini dipandang sebagai assembly yang paling tepat.

c. Konstruksi dilapisi dengan cat untuk menghindari korosi

Pengoperasian mikrohidro selalu berada dilingkungan basah sehingga

rentan terhadap korosi, oleh karena itu penggunaan cat diharapkan dapat

mengurangi korosi.

E. Pembagian Kerja

1. Ketua : Zainuri Ahmad

NIM : 06/196294/TK/31992

Bagian Turbin

2. Achmad Syaiful Amri (Koordinator)

NIM : 06/193787/TK/316043. Prama Rustian Prabowo

NIM : 06/196297/TK/31993

4. Danang Purnomo Adi

NIM : 05/184724/TK/306535. Tompi Prasetya

NIM : 06/193833 /TK/31633

Bagian Transmisi

1. Zuhandri Fakhrizal Ahmad

NIM : 06/198153/TK/32230

2. Arma Nur Ariska

NIM : 06/193921/TK/31716

3. Arizal E Wicaksono

NIM : 06/197765/TK/32119

4. Fatkul Anam

NIM : 06/193860/TK/31660

Bagian Konstruksi

1. Akbar Nugroho

NIM : 06/198273/TK/32255

2. Adi Saputra

NIM : 06/193921/TK/31716

3. Subhan Hasisi

NIM : 06/197765/TK/32119

4. Irsyad Hasbi

06/198529/TK/32264

F. Rencana Anggaran Biaya

Rincian Biaya

No Uraian Satuan Biaya Satuan Biaya Total

1 Pipa Galvanis Φ 7.5 cm 1.5 meter 275,000.00 /6 meter Rp 68,750.00

2 Pipa Galvanis Φ 17 cm 25 cm 625,000.00 /6 meter Rp 26,000.00

3 Poros Besi 50 cm 485,000.00 /6 meter Rp 41,000.00

4 Plat almuninum 5 mm 2 x Φ25cm 30,000.00 /buah Rp 60,000.00

5 Pulley besar Φ 15 cm 1 buah 60,000.00 /buah Rp 60,000.00

6 Pulley kecil Φ 5 cm 1 buah 25,000.00 /buah Rp 25,000.00

7 Belt A22 mit 1 buah 40,000.00 /buah Rp 40,000.00

8 Altenator 1 buah 300,000.00 /buah Rp 300,000.00

9 Inverter 1 buah 350,000.00 /buah Rp 350,000.00

10 Besi Profil L 2 X 6 meter 75,000.00 /6meter Rp 150,000.00

11 Bearing 2 buah 30,000.00 /buah Rp 60,000.00

12 Mur baut M10 50 buah 600.00 /buah Rp 30,000.00

13 Cat semprot 1 kaleng 35,000.00 /buah Rp 35,000.00

14 Lem Plastik stell 5 buah 15,000.00 /buah Rp 75,000.00

15 Rivet 36 buah 1,000.00 /buah Rp 36,000.00

JUMLAH Rp 1,161,000.00

G. Gambar Pra Rancangan