Jurnel Teknik Energi, Vol.2 No. 2 Oktober 2012 ISSN:2089-252?

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGAMIKROHIDRO PADA SALURAN SUNGAI OPAK UNTUK MENDUKUNGPEREKONOMIAN MASYARAKAT DUKUH BENDO, DESA WUKIRSARI,

KECAMATAN IMOGIRI, KABUPATEN BANTUL, YOCYAKARTA

SlametoJurusanTeknikKonversiEnergi -PoliteknikNegeri Bandung

Email slameto22646Dyahoo.com

AbslrakEnergi adalah kebutuhan yang yital unluk mqsyqrakot, kelersediqqn energi alternatif di lndonesia khususnyauntuk mikrohidro sekitar 150 MW, semenlara baru digunqkqn sekitqr 81Mll. Di provinsi Yogtakarla misalnyo,nasih sedikit penggunaan energt ahenatif ini, pqdahal wilqyah ini memiliki bdnyak potensi sumber uikrohidro.Studi ini nerupakan studi ulang tahapan wal pembangunan PLTMH. Studi yang dilakukan yaitu berupo surteykelayakan, perancangan dan pembangunan PLTMH di dukuh Bendo, desqWukirsqri, Bantul, Yogtakarlo. Daridatd yang didapatkon sqluran irigasi ini manpu menghasilkan doya sekitor 7 I I Watt, dengan luasan 1,76m',Kecepatan 0,85 m/s dqn debit I ,5 mrh.

Kalq kunci : Bendo, llukirsari, PLTMH, Perancangan dan Pembuqtqn

\

INTISARI

Kincir air adalah merupakan sarana untukmerubah energi air menjadi energi mekanikyang berupa daya mekanik, torsi dan putaranpada poros kincir. Kopling adalah merupakanbagian dari sistem mikrohidro yang berfungsiuntuk memindahkan atau mentransmisikandaya, putaran dan torsi dari poros kincir keporos transmisi. Pada abad ke 19 penggunaankincir air masih tetap dipakai sampai sekarang.Terutama pada daerah atau wilayah yang belumterjangkau listrik PLN atau pada industri yangkeberadaannya didalam hutan sepefti kebun teh,kebun karet dan lain sebagainya

Umumnya penggunaan kincir air hanya terbataspada skala kecil atau sedang saja sedangkanuntuk skala besar turbin airlah menjadi pilihan.Namun demikian kincir air memiliki kelebihankarena biayanya relatif murah, pembuatannyamudah dan yang lebih menarik lagi untukpembangkit listrik pada aliran sungai denganhead sangat rendah penggerak mula yang palingtepat adalah model kincir.

Keberadaan suluran air di dusun Bendo yangtidak pemah surut sepanjang tahun sangat cocokuntuk dibangun mikrohidro, yang dapat

Dari seluruh rangkaian hasil perencanaan,pembualan, pengujian dan kajian, rnaka dapatdisinrpulkan daya yang dihasilkan generatorsinkron 3 kW adalah 3 l0 Watt dengan tegangan180 Volt sampai 230 Volt, dipergunakanpenerangan jalan pada malam hari sebanyak 32titik rrasing-rnasing 8 Watt sedangkan pada

siang hari dipergunakan untuk pemecah/pleteskedelai sebagai bahan baku pembuat tempe.Dari analisa data dan kajian didapat effisiensisebesar 43,8%. Untuk rnenjaga dan mendukungpengoperasian rnikrohidro ini diharapkan peran

dan perhatian dari pemerintah daerah maupunpusat sangat dinantikan, agar dikemudian harimikrohidro ini dapat berkernbang dengan baik

PENDAHULUAN

Seiring dengan perkembangan peradaban

manusia, tingkat kebutuhan energy semakinmeningkat. Pemenuhan energy ini sebagianbesar berasal dari energy fosil yang tidak dapat

diperbaharui hanya sebagian kecil saja yangberasal dari energy terbarukan. Celakanyapenggunaan bahan bakar fosil banyakrr.renimbulkan masalah diantaranya masalah

lingkungan, kesehalan, ekonomi, dll. Rasioelekrifilasi di .Yogyakana haru mencapai

84,48ok, dan seharusnya rasio ini ditinggkatkan

158

Ada beberapa tipe kincir air yaitu :

l. Kincir Air Overshot2. Kincir Air Undershot3. Kincir Air Breastshot4. Kincir Air Tub

dimanfaatkan bagi masyarakat untukmendukung perkembangan perekonomianmasyarakat disekitamya. Adapun kincir yangyang sesuai dengan kondisi saluran air dipilihtipe kincir air undershot

.lurnal Teknik Dnergi,l ol.2 No.2 Oktober 2012

menjadi 100%. Dengan peningkatan rasioelektrifikasi ini membutuhkan adanyapeningkatan bahan bakar. Hal ini akanmeningkatan dampak negative. Sehingga perluadanya konversi ke sebuah energi terbarukanseperti pembangkit listrik tenaga mikrohidroyang ramah lingkungan, murah dan mudahpembangunannya. Sehingga sudah sepantasnyausaha ini mendapat dukungan dari pemerintah.

MAKSUD DAN TUJUAN

Maksud dari studi ini adalah untukmengoptimalkan potensi-potedsi aliran air darisaluran irigasi sungai opak yang belumdimanfaatkan untuk PLTMH. Sedangkantujuannya adalah untuk membantu kemajuanmasyarakat dusun Bendo, Kelurahan Wukirsari,Imogiri, Bantul dengan memanfaatkan listrikuntuk penerangan jalan pada rnalam hari danuntuk pletes kedelai bahan baku tempe padasiang hari serta pada musim kemarau dapatdipergunakan sebagai penggerak pompa untukmengaliri sawah.

DASAR Tf,ORI

H idrodinamika dan HidrolikaHidrodinamika adalah ilmu yang rnempelajarigerakan air dan gaya yang ditimbulkannya,sedangkan hidrolika adalah ilmu terapan darihidrodinamika (Maryono dkk, 2003). Tigapersarnaan dasar dalam hidrolika yaitupersamaan kontinuitas, energi dan momentum.

Persamaan kontinuitas:

dengan: Z :elevasi tinggi tempat, 4 head

IsS-\-:20E9-2527

,"O*^n, L: head kecepatan.

Persamaan momentum

F:PQ(:-Y)

Dengan: F = gaya yang ditimbulkan oleh aliranzat cair (N), p .= rapal massa aliran tkg/m'). Q =debit aliran (m'/s). V = kecepatan aliran (m/s)

Q: At Vt: A2 V2: konstan

Gaya Ditimbulkon oleh Aliran Zat CairJika suatu pancaran zat cair menghantam platdatar dengan luas tampang A, kecepatan aliranV dan rapat massa air p maka pancaran air yangmenghantam plat akan menyebar kesegala arah,dan kecepatan pancaran pada plat dalam arahhorisontal adalah nol. Gaya yang ditimbulkanoleh pancaran air pada plat adalah R. Sebaliknyaplat juga menimbulkan gaya F yang bekerjapada zat cair, yang besamya sama tetapiberlawanan arah dengan R. Untuk plat vertikalyang tetap, maka

R:-F:pAl

Untuk plat miring dengan sudut E, maka Radalah

R:-F:pAlsin 0

Jika plat miring bergerak dengan kecepatan v,

R:-F:PA(l''r:diry0

Untuk plat datar yang bergerak dengankecepatan v, maka menjadi

dengan: Q : debit aliran 1mr/s), A = luastampang aliran (m21, y : kecepatan rerata aliranpada tampang tersebut (m/s), danlndeks I dan 2adalah nomor tampang aliran air yang ditinjau. R:-F:pA(Y v)')

Persamaan Bernoulli Untuk plat datar yangsekeliling roda, makaadalah:

dipasangpersamaar)

diR

z,* !! *vt= :r,*!a*Xy2c/29 (2.2)

R:-F:pAY(Y-v)

Sedangkan jika plat berbentuk lengkung, dengana adalah sudut antara kecepatan pancaran yangmenghantam plat dengan arah horisontal, padalah sudut antara kecepatan pancaran yang

159

v

l

II1

'l

Jurnal Teknik fnergi, Vol.2 No- 2 Oktober 2012

meninggalkan plat dengan arah horisontal, gayayang ditimbulkan adalah:

Komponen gaya horisontal

R-=pAV(Vcosa+Vcosp).

Jika o = 0= 0, makaR" = I p 4 Y2

Artinya gaya pada plat lengkung dimanapancaran membelok l80o adalah duakali gaya yang terjadi pada plat datar.

Komponen gaya vertikal, maka

Jikau=p=0,rnakaR":0

ISS\:2089-2527

Dengan: F=Gaya, a = sudut masuk fluida,dan B : sudut keluar fluida

v

Apabila terdapat suatu seri plat lengkung yangdipasang pada poros roda, maka:

R:-F:pAV(V v) (1 + Cos F)

F

Gambar 3. Pancaran Searah Gerak Plat Lengkung

Dengan: F =Gaya, Vr = kecepatan relatiffluida, B : sudut masuk dan keluar fluida, V =kecepatan masuk fluida.

Perancangan KincitDari gambaran diatas, didapatkanjeniskinciryang tepat adalah tipe undershot denganspesifi kasi sebagai berikut.

- Diameter kincir ( Dr ) : 298 Cm- 'lebal Kincir : 60 Cm- Jumlah Blade : 16 Bh- Daya Terencana = 7 14 Watt- Daya Terbangkitkan : 3 l0 Watt- Putaran Kincir : 7 Rpm

Pilo blok tipe = P 209N

Perancangan TransmisiTransmisi roda gigi rnempunyai beberapakeuntungan diantaranya dapat digunakan untukmentransmisikan daya yang besar, digunakanuntukjarak sumbu poros yang kecil, mempunyaiefisiensi yang tinggi, mempunyai bentuk yangkompak. Selain beberapa keuntungan diatasterdapat beberapa kekurangan diantaranyaadalah membutuhkan manufaktur yang rumitsehingga mahal dibandingkan dengan transmisilainnya, kesalahan dalam pemotongan gigi dapatmenyebabkan getaran dan bunyi selama operasi,membutuhkan pelumasan yang baik.

Gambar I . Pancaran air pada plat datar

Dengan : F=Gaya, R= Resultan gaya, dan V=Kecepatan fluida.

v

160

R:pAY(Vsina-Vsinp).

Jika plat lengkung bergerak dengan kecepatan vsearah dengan pancaran V, setelah menghantamplat pancaran meninggalkan plat dengan lintasanmembentuk sudut p terhadap horisontal, maka:

R=-F:pA(V vl 11 + Cos p1

Garnbar 2. Pancaran pada plat lengkung tetap

L-

Jurnal Tekoik Energi, Vol,2 No.2 Oktober 2012 lSSt:20t9-2527

perhitungan rasio kecepatan digunakanpersamaan, panjang dari sabuk driver per menitsama dengan panjang dari driven per meni1dirumuskan sebagai berikut:

d2

, atau N d

N4 drxd,

d- N, drxdn

Dengan memperhitungkan slip yqng tedadiantaru pulley dan belt maka persamaan diatasmenjadi:

N4 d,x d.

N, drx do(l - s,%)x (l s,%)

fhr.n h*

,,1

.:!-

Srd16

l-F

Gambar 5. Sproket dan rantai

Pulley dan Belt digunakan untukmentransmisikan daya dari penggerak mula kegenerator yang berputar pada kecepatan yangsama atau berbeda. Daya yang di transmisikantergantung pada kecepatan be#, sudut kontak,tegangan, dll. Jika kecepatan 6el meningkat,maka gaya sentrifugal akan rneningkat yangmana akan menarik beljauh dari pulley. Hal iniakanmenurunkan daya yang ditransmisikan.

Transmisi mekanik ini jauh lebih murah darijenis Gearbox, tetapi tidak tahan lama.Efisiensinya berkisar antara 95Yo - 98yo(Khurmi dan Gupta, 2005). Untuk melakukan

Gambar 6. Pulley dan belt bertingkat

t

t-

t.t!:r r'

- li-_

r,

Gambar 7. Caya padapu lleydanbe lt

,,,^{+)= o, o,n

u =0.54- 42'6' 152,6 + v

Daya yang di transmisikan oleh belt adalah:

P:(Tt-Tz)v

161

Gambar 4. Ceal atau roda gigi

Transmisi rantai digunakan untuk meneruskandaya tanpa slip, sehingga dapat menjaminperbandingan putaran yang tetap. Selain itu jugaterdapat beberapa keuntungan diantaranyamampu meneruskan daya besar, keausan kecilpada bantalan, mudah dalam pemasangannya,mempunyai efisiensi yang lebih tinggi sampai98o/o, dapat mentransmisikan daya yang lebihbesar dari belt, mengijinkan perbandingankecepatan 8 sampai l0 dalam satu tingkat.Sedangkan kelemahan dari syslem transmisi iniadalah harga relatif lebih tinggi dari belt,transmisi rantai membutuhkan perawatan yanglebih rnisalnya pelumasan.

nd rN, = td.N,

I

^.......a

.tl

I

'a I

I

I

I

Jurnal Teknik Erergi, Vol.2 No.2 Oktober 2012

Dimana Tl = gaya pada sisi ketat (N), T2 :gaya pada sisi kendor (N), d : sudut kontak(rad), r: kecepatan belt (m/s), I = koefisien,sl% : slip pada tingkat pertama, slo% = slippada tingkat kedua. Panjang belt dapatditentukan dengan persamaan seperti gambardibawah ini

ISSN:2089-2i27

a. PerancangangeneratorKapasitas dari generator sinkron yangdihasilkan sebesar 3 10 Watt, generator 4 kutub,putaran 1450 rpm dengan tegangan keluaran220-230 Y, cos/ = 0,9 dan frekuensi output 50

Hz. Karena putarankincir sebesar 7 rpm makaperbandingan transmisi sebesar 207 Rpm

SISTEM Pf,MANFAATAN

Dalam sistern ini PLTMH tidak hanya berfungsisebagai alat untuk menghasilkan listrik saja,namun bisa dipakai untuk berbagai fungsi yanglain. Seperti pornpa air, pembubutan danpemotong kayu, mesin penggiling padi, beras,pletes kedelai dan lain-lain

Garnbar I1. Pola Pikir Sistem

HASIL PERANCANGAN

Dari data hasil perancangan didapatkan hasilsebaga iberikut

'x

t,I

I

fr IGambar 8. Dimensi Pullv dan Belt

L = r(\ + r) + 2* *(r' - r.,)'

-r

q ._/,)t ---

I

!4

Gambar 9. Perbandingan rasio gaya pada 6elr

e =h8oo - 2r:\ r

r,),1' 't80 dan

. r,-r,sln.u=-x

ri

I

Tft-

Gambar 10. Caya sentrifugal

Gaya sentifugal yang bekerja pada belt PQ

F = ml.J0x- = m.rl9.v'

J

r

162

b. Analisis ekonomiUntuk menentukan kelayakan pembangunanPLTMH di perlukan suatu evaluasi secara

ekonomi yaitu :NPV ( Net Present Value )

NpV *R,-(t,+O,+M,t+V,A (l+r)'

Dengan :Ri : pendapatan, Ii = investasi, Oi =biaya operasi, Mi = Biaya pemeliharaan, Vr =nilai residu, r = discount rate, n = jumlah tahunJika nilai NPV bernilai positif berarti bahwapembangunan itu layak dilanj utkan.

rti-

/ ,".t,i:"

el

'r

,.?l

Jurnal Teknik Energi, Vol.2 No.2 Oklober 2012

Cambar 12. PLTMh Kincir Air

Gambdr 13. PLTMh Sebagai Penggerak MesinPemecah./Pletes Kedelai

Tabel l: Hasil PLTMH

DAFTARPUSTAKA

[]. Arismunandar, 2004. Penggerak MulaTurbin. Penertbit ITB, Bandung.

[2]. Featherstone RE, Nalluri C, 1995. CivilEngeneering Hidraulics. Blackwell Science.London

[3]. Maryono ,dan W, Eisenhauer N. 2003.Hirolika Terapan. PT PradnyaParamita,Jakarta

[4]. Maryono, 201 l. Pola Pikir Sistem. edisi I.Magister Sistem Teknik FT-UGM.Yogyakarta.

[5]. Majesty, H. 2004. Micro-HydropowerSystem. Natural Resources Canada

[6]. Sucipto W. 2009. Desain Pengembangandan Peningkatan Efisiensi Kincir Ismun.Tesis. MST, UniversitasGadjahMada

[7]. SantosadanAdji , 2006

[8]. Khurmi, 2001. A Tex Book MachineDesign. Chand and Company. LTD. RamNagar. New Delhi.

[9]. Sularso. Suga Kiyokatsu. 2008. DasarPerencanaan dan Pemilihan Elmen Mesin.Pradnya Paramita. Jakarta.

ISSN:2089-2527

I I 0]. Ismun. 2008. Presentasi PembangkitListrik Tenaga Mikrohidro. UGM.Yoyakarta.

I l]. Zoe Jones, 2005,

Parameter JumlahDaya listrik yang dihasilkan (Watt) 3t0Debit(Q)mr/s 1.5

Diameter kincir (Cm) 298Lebar kincir (Cm) 60Pularan kincir (rpm) '7

Putaran Gencrator (rpm) t450Kapasilas generator (kW) 3

Bebantcrpasang@8Watt 32Penggerak Mcsin Pletes kedelai (set) I

Pcnggcrak Mesin parut kelapa (sct) I

Pcnggerak Mesin pompa air (sct) I

NPV ( Net Present Value ) positif

163

.r"

I

&,