Dengan Hormat, Berdasarkan potensi sumber energi yang dapat diperbaharui (renewable energy) di Indonesia dan usaha penghematan energi serta upaya perlindungan terhadap lingkungan, dengan ini saya sampaikan informasi tentang teknis instalasi sistem pembangkit listrik tenaga air (SPLTA) sederhana dengan menggunakan turbin air poros vertikal sudu bergerak. Energi listrik yang dihasilkan dapat digunakan sebagai penerangan dan kegiatan yang produktif, sehingga mampu meningkatkan kesejahteraan warga. Sistem pembangkit ini sangat bermanfaat bagi masyarakat dan pelaku usaha kecil yang belum mendapatkan aliran listrik dari PLN. Kami berharap penjelasan teknis instalasi sistem pembangkit listrik dengan turbin air poros vertikal sudu bergerak ini dapat memberikan wacana baru untuk menjalin kerjasama dengan prinsip saling menguntungkan sehingga cita-cita untuk mensejahterakan masyarakat dapat terwujud.
1. PENDAHULUAN Peningkatan konsumsi energi mengakibatkan penurunan cadangan energi Nasional, oleh karena itu kita harus efisien dalam penggunaan dan memanfaatkan sumber-sumber energi yang dapat diperbaharui (renewable energy). Potensi energi terbarukan di Indonesia sangatlah besar, satu diantaranya potensi sumber daya air yang besarnya 458,75 MW, dengan kapasitas terpasang 20,8 MW atau 5% dari potensi yang ada (Blueprint Pengelolaan Energi Nasional, 2004). Indonesia memiliki beribu-ribu saluran irigasi yang belum dimanfaatkan sebagai sumber energi, sehingga perlu dibuat turbin air poros vertikal sudu bergerak sebagai penggerak generator untuk menghasilkan listrik yang dapat dimanfaatkan oleh masyarakat yang belum mendapatkan aliran listrik dari PLN.
2. DAYA LISTRIK (ELECTRICAL POWER) Daya listrik yang dapat dibangkitkan pada saluran terbuka dapat ditentukan dengan mengukur kecepatan rerata, debit aliran dan beda tinggi antara upstream level dengan downstream water level, secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut : . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1) Persamaan ini digunakan dengan asumsi efisiensi total dari elektro – mekanik = 0,81 (da Vinci,2001) Dimana : Debit air / discharge dengan satuan ( m3/dt ) : Beda tinggi muka air / tinggi jatuh air ( m ) Pada aliran datar (water flow), potensi sumberdaya air yang tersedia merupakan fungsi pangkat tiga dari kecepatan, dengan asumsi efisiensi total elektrro-mekanik 40 %, daya listrik yang terbangkitkan sebesar : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2) : Daya listrik ( kW ) : Luas penempang basah : Kecepatan Air
RANCANG BANGUN TURBIN AIR Turbin air poros vertikal sudu bergerak sangat cocok digunakan pada saluran irigasi yang tidak memiliki terjunan air, turbin ini memiliki series of blades berjumlah enam, berbentuk segitiga yang dapat berbutar pada titik sudutnya, dan sangat fleksibel sehingga dapat digunakan sebagai turbin poros vertikal maupun turbin poros horisontal dan mampu berputar di dalam air (terbenam). Bentuk turbin dilihat dari atas (poros vertikal), dilihat dari samping (poros horisontal) ditunjukkan pada gambar 1 (a), bentuk dari blade diperlihatkan pada gambar 1 (b). Poros blade terletak pada titik sudut segitiga yang memungkinkan untuk berputar pada porosnya, dan berputar bersama poros utama turbin.
Berdasarkan kajian teori efisiensi akan maksimal jika kecepatan linier disisi luar turbin sama dengan ½ kecepatan air disisi masuk rotor (Lal, J. 1975)
PEMILIHAN BANTALAN Bantalan (bearing) merupakan elemen mesin yang mendukung perpindahan elemen mesin yang lain. Bantalan yang dipilih dalam perencanaan ini adalah Rolling contact bearings yang terdiri dari tiga bagian yaitu : Fixed element, Balls or Rollers dan Moving element. Ada beberapa keuntungan menggunakan Rolling contact bearings diantaranya gesekan kecil, biaya perawatan rendah, dan bersih.
3.3. SISTEM TRANSMISI Turbin air poros vertikal sudu bergerak yang memiliki putaran rendah memerlukan speed increaser untuk mendapatkan putaran standar pada generator yang besarnya 1500 rpm. Speed increaser dapat digunakan belt drive yang murah dan sederhana. Sistem transmisi dua tingkat diperlihatkan pada gambar 2.
driver driver
1 2 3 4
driven x
driven
(Gambar 2. Sistem Transmisi Dua Tingkat Kecepatan)
4. GENERATOR Generator merupakan suatu alat / piranti yang dapat mentransformasikan (mengubah) energi mekanik menjadi energi listrik, secara praktis biasanya menggunakan generator AC 3 phase, dengan mempertimbangkan harga dan ketersediaan dipasar, motor induksi dapat digunakan sebagai generator (MISG). Gambar 3. merupakan motor induksi 3 phase yang dapat digunakan sebagai generator dan sering dikenal sebagai IMAG.
Gambar 3. Motor Induksi 3 Fase
5. EFISIENSI TURBIN Hasil penelitian lapangan menunjukkan bahwa efisiensi dari turbin air poros vertikal sudu bergerak 45% (kahana, 2009), efisiensi total 40%, sehingga daya listrik pada sistem instalasi pembangkit listrik tenaga air dengan menggunakan turbin poros vertikal sudu bergerak dapat diprediksikan yang hasilnya ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Prediksi Daya Listrik Terbangkitkan NO KECEPATAN
Tabel 1. menunjukkan bahwa untuk meningkatkan daya listrik diperlukan peningkatan kecepatan aliran, hal ini dapat dilakukan dengan memperkecil luas penampang saluran. Selain mengubah luas tampang saluran, dapat memperbesar ukuran sudu (blade) turbin.
6. SISTEM KENDALI Sistem kendali diperlukan untuk menjaga kualitas listrik yang dihasilkan sistem pembangkit. Frekuensi dan tegangan listrik yang stabil merupakan cermin dari kualitas listrik yang dihasilkan. Pengaturan putaran turbin dan putaran generator dilakukan secara manual dengan mengubah posisi sudu pengarah, pengaturan tegangan dengan mengubah nilai kapasitas dari kapasitor yang dipararel dengan IMAG. Alternatif lain untuk mengatur putaran turbin dan putaran generator dengan mengurangi atau menambahkan beban keluaran pada generator sehingga terjadi keseimbangan antara masukan dan keluaran pada unit pembangkit.
Dengan Hormat,
BalasHapusBerdasarkan potensi sumber energi yang dapat diperbaharui (renewable energy) di Indonesia dan usaha penghematan energi serta upaya perlindungan terhadap lingkungan, dengan ini saya sampaikan informasi tentang teknis instalasi sistem pembangkit listrik tenaga air (SPLTA) sederhana dengan menggunakan turbin air poros vertikal sudu bergerak.
Energi listrik yang dihasilkan dapat digunakan sebagai penerangan dan kegiatan yang produktif, sehingga mampu meningkatkan kesejahteraan warga. Sistem pembangkit ini sangat bermanfaat bagi masyarakat dan pelaku usaha kecil yang belum mendapatkan aliran listrik dari PLN.
Kami berharap penjelasan teknis instalasi sistem pembangkit listrik dengan turbin air poros vertikal sudu bergerak ini dapat memberikan wacana baru untuk menjalin kerjasama dengan prinsip saling menguntungkan sehingga cita-cita untuk mensejahterakan masyarakat dapat terwujud.
1. PENDAHULUAN
BalasHapusPeningkatan konsumsi energi mengakibatkan penurunan cadangan energi Nasional, oleh karena itu kita harus efisien dalam penggunaan dan memanfaatkan sumber-sumber energi yang dapat diperbaharui (renewable energy). Potensi energi terbarukan di Indonesia sangatlah besar, satu diantaranya potensi sumber daya air yang besarnya 458,75 MW, dengan kapasitas terpasang 20,8 MW atau 5% dari potensi yang ada (Blueprint Pengelolaan Energi Nasional, 2004).
Indonesia memiliki beribu-ribu saluran irigasi yang belum dimanfaatkan sebagai sumber energi, sehingga perlu dibuat turbin air poros vertikal sudu bergerak sebagai penggerak generator untuk menghasilkan listrik yang dapat dimanfaatkan oleh masyarakat yang belum mendapatkan aliran listrik dari PLN.
2. DAYA LISTRIK (ELECTRICAL POWER)
Daya listrik yang dapat dibangkitkan pada saluran terbuka dapat ditentukan dengan mengukur kecepatan rerata, debit aliran dan beda tinggi antara upstream level dengan downstream water level, secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :
. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1) Persamaan ini digunakan dengan asumsi efisiensi total dari elektro – mekanik = 0,81 (da Vinci,2001)
Dimana : Debit air / discharge dengan satuan ( m3/dt )
: Beda tinggi muka air / tinggi jatuh air ( m )
Pada aliran datar (water flow), potensi sumberdaya air yang tersedia merupakan fungsi pangkat tiga dari kecepatan, dengan asumsi efisiensi total elektrro-mekanik 40 %, daya listrik yang terbangkitkan sebesar :
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2)
: Daya listrik ( kW )
: Luas penempang basah
: Kecepatan Air
RANCANG BANGUN TURBIN AIR
BalasHapusTurbin air poros vertikal sudu bergerak sangat cocok digunakan pada saluran irigasi yang tidak memiliki terjunan air, turbin ini memiliki series of blades berjumlah enam, berbentuk segitiga yang dapat berbutar pada titik sudutnya, dan sangat fleksibel sehingga dapat digunakan sebagai turbin poros vertikal maupun turbin poros horisontal dan mampu berputar di dalam air (terbenam). Bentuk turbin dilihat dari atas (poros vertikal), dilihat dari samping (poros horisontal) ditunjukkan pada gambar 1 (a), bentuk dari blade diperlihatkan pada gambar 1 (b). Poros blade terletak pada titik sudut segitiga yang memungkinkan untuk berputar pada porosnya, dan berputar bersama poros utama turbin.
80 cm
(Gambar 1a. Penampang atas turbin) (Gambar 1.b. Desain blade turbin air)
3.1. DIMENSI TURBIN POROS VERTIKAL SUDU BERGERAK
Berdasarkan kajian teori efisiensi akan maksimal jika kecepatan linier disisi luar turbin sama dengan ½ kecepatan air disisi masuk rotor (Lal, J. 1975)
PEMILIHAN BANTALAN
BalasHapusBantalan (bearing) merupakan elemen mesin yang mendukung perpindahan elemen mesin yang lain. Bantalan yang dipilih dalam perencanaan ini adalah Rolling contact bearings yang terdiri dari tiga bagian yaitu : Fixed element, Balls or Rollers dan Moving element. Ada beberapa keuntungan menggunakan Rolling contact bearings diantaranya gesekan kecil, biaya perawatan rendah, dan bersih.
3.3. SISTEM TRANSMISI
Turbin air poros vertikal sudu bergerak yang memiliki putaran rendah memerlukan speed increaser untuk mendapatkan putaran standar pada generator yang besarnya 1500 rpm. Speed increaser dapat digunakan belt drive yang murah dan sederhana. Sistem transmisi dua tingkat diperlihatkan pada gambar 2.
driver driver
1 2 3 4
driven
x
driven
(Gambar 2. Sistem Transmisi Dua Tingkat Kecepatan)
4. GENERATOR
Generator merupakan suatu alat / piranti yang dapat mentransformasikan (mengubah) energi mekanik menjadi energi listrik, secara praktis biasanya menggunakan generator AC 3 phase, dengan mempertimbangkan harga dan ketersediaan dipasar, motor induksi dapat digunakan sebagai generator (MISG). Gambar 3. merupakan motor induksi 3 phase yang dapat digunakan sebagai generator dan sering dikenal sebagai IMAG.
Gambar 3. Motor Induksi 3 Fase
5. EFISIENSI TURBIN
Hasil penelitian lapangan menunjukkan bahwa efisiensi dari turbin air poros vertikal sudu bergerak 45% (kahana, 2009), efisiensi total 40%, sehingga daya listrik pada sistem instalasi pembangkit listrik tenaga air dengan menggunakan turbin poros vertikal sudu bergerak dapat diprediksikan yang hasilnya ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Prediksi Daya Listrik Terbangkitkan
NO KECEPATAN
(m/s) LUAS BLADE
(m2) DEBIT MINIMAL
(m3/s) OUTPUT POWER (watt)
1 1,0 0,2 0,2 40
2 1,5 0,2 0,3 135
3 2,0 0,2 0,4 320
4 2,5 0,2 0,5 625
5 3,0 0,2 0,6 1080
Tabel 1. menunjukkan bahwa untuk meningkatkan daya listrik diperlukan peningkatan kecepatan aliran, hal ini dapat dilakukan dengan memperkecil luas penampang saluran. Selain mengubah luas tampang saluran, dapat memperbesar ukuran sudu (blade) turbin.
6. SISTEM KENDALI
Sistem kendali diperlukan untuk menjaga kualitas listrik yang dihasilkan sistem pembangkit. Frekuensi dan tegangan listrik yang stabil merupakan cermin dari kualitas listrik yang dihasilkan.
Pengaturan putaran turbin dan putaran generator dilakukan secara manual dengan mengubah posisi sudu pengarah, pengaturan tegangan dengan mengubah nilai kapasitas dari kapasitor yang dipararel dengan IMAG.
Alternatif lain untuk mengatur putaran turbin dan putaran generator dengan mengurangi atau menambahkan beban keluaran pada generator sehingga terjadi keseimbangan antara masukan dan keluaran pada unit pembangkit.