Post on 10-Nov-2020
PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO
HIDRO DENGAN TURBIN PELTON SEBAGAI ALAT PERAGA
MATA KULIAH ENERGI BARU DAN TERBARUKAN
Oleh
Didik Taranata Kusuma
NIM: 612007038
Skripsi
Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektronika
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Februari 2015
Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Dengan Turbin Pelton
Sebagai Alat Peraga Mata Kuliah Energi Baru Dan Terbarukan
Oleh :
Didik Taranata Kusuma
NIM : 612007038
Skripsi ini telah diterima dan disahkan
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
dalam
Konsentrasi Teknik Elektronika
Program Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Disahkan oleh :
Pembimbing I Pembimbing II
Deddy Susilo, M.Eng. Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng.
Tanggal : Tanggal :
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
Saya, yang bertanda tangan dibawah ini:
NAMA : Didik Taranata Kusuma
NIM : 612007038
JUDUL SKRIPSI : Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
Dengan Turbin Pelton Sebagai Alat Peraga Mata
Kuliah Energi Baru Dan Terbarukan
Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata
ditemukan unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi
apapun sesuai aturan yang berlaku.
Salatiga, 16 Februari 2015
Didik Taranata Kusuma
Materai Rp,
6000,-
Tanda Tangan
INTISARI
Seiring dengan perkembangan peradaban manusia, tingkat kebutuhan energi
manusia juga semakin meningkat. Pemenuhan energi ini sebagian besar berasal dari
pembakaran bahan bakar fosil yang berumur jutaan tahun dan tidak dapat diperbaharui.
Solusi dari masalah ini adalah dikembangkannya energi alternatif, salah satunya yaitu
dari tenaga air skala kecil dapat berupa aliran sungai, irigasi, dan air terjun atau biasa
disebut Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH).
Tujuan dari skripsi ini adalah untuk merealisasikan suatu alat miniatur PLTMH
sebagai alat peraga mata kuliah energi baru dan terbarukan, Fakultas Teknik Elektronika
dan Komputasi Universitas Kristen Satya Wacana. Cara kerjanya dengan menggerakkan
turbin pelton untuk memutar generator menggunakan sumber dari pompa air, keluaran
dari generator berupa tegangan dan arus ditampilkan dalam display 7 segment. debit air
didapatkan dari hasil pembacaan sensor flowmeter oleh mikrokontroler.
Turbin menggunakan 12 buah sudu pelton, masing-masing sudu berukuran lebar
37 mm dan kedalaman 14 mm. Turbin berdiameter luar 20 cm dengan diameter nozzle 8
mm. Sistem mempunyai daya PLTMH pada keluaran nozzle sebesar 18 W, dengan debit
maksimal yang dapat dihasilkan adalah 0.45 x 10-3 m3/s. Tegangan keluaran pada
generator tanpa beban adalah 41.2 VDC, sedangkan daya keluaran menggunakan beban
yaitu berupa regulator untuk pengisian aki kering 12 V 7.2 A adalah 5.814 W,
sedangkan untuk daya menggunakan beban lampu pijar 100 W adalah sebesar 5 W.
ABSTRACT
Along with the development of human civilization, the level of human need
upon energy have also increased. Fulfillment of this energy mostly comes from the
unrenewable fossil fuels. The solution of this problem is alternative energy, one of
which is coming from energy of the small scale water streams, such as small river flow,
irrigation, and waterfalls or what we usually call with the Micro-hydro power plants.
The purpose of this thesis is to realize a demo tool Micro-hydro power plants for
the studying new and renewable energy resources at Electronics and Computer
Engineering Faculty, Satya Wacana Christian University. The demo tool works by
rotating turbine pelton to drive a generator, using water pump to circulate the water. The
output voltage and current of the generator were shown in 7 segment display. The value
of flow rate was available from the result of water flow sensor readings by the
microcontroller.
Turbine uses 12 pieces of cup, each other have a width of 37 mm and depth of
14 mm. Outer diameter of the turbine is 20 cm, with nozzle diameter is 8 mm. The
power of micro-hydro coming from the nozzle is 18 W, with maximum flow rate of
0.45 x 10-3 m3/s or 27 liter/minute. Output of the generator without load is 41.2 VDC.
Meanwhile the power output of the generator with load of regulator for battery charging
is 5.814 W and power output of the generator with load a 100 W lamp is 5 W.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan
karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta
penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik
Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.
Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada
berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini :
1. Allah SWT atas semua kasih karunia yang tak terkira sehingga penulis dapat
mengentaskan diri dari kampus ini.
2. “Sendiko Dawuh”, Bapak Muslihan dan Ibu Lasmi terima kasih untuk
segalanya, kalianlah sumber semangat terbesar dalam hidupku.
3. Bapak Deddy Susilo, M.Eng. dan Bapak Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng.
selaku pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan,
arahan dan ide-ide cemerlang yang menginspirasi penulis selama
mengerjakan skripsi ini.
4. Adik-adikku Siena Wahlul Arzaqi dan Muhammad Mukhtar Abdul
Mannaan, kalianlah penghibur dan semangatku.
5. Lestari Utami Larasati S.E. yang “gemesin” terima kasih atas doa dan
semangatnya.
6. Seluruh staff dosen, staff TU, karyawan dan laboran FTEK, terima kasih
atas semua perhatian bantuannya.
7. Para penghuni Lab XT selama penulis mengerjakan skripsi, Robot, Icha,
Anhika, Rendy, Rion, Agus, Man, Nofan, Coy, Lemu, Kunto, Cyntia,
Bopak, Asto, Mas Deka, Mas Ari, Mas Trisno, Mas Dito, Dhani, Christo,
Astu, Martino.
8. “Mahasisa” angkatan 2007, kita yang terakhir tahun ini!!!
9. Teman-teman kontrakan Jln. Domas no.50, teman-teman nongkrong dan
teman-teman lainnya.
10. Bapak keamanan kampus dan staff kampus, terima kasih atas semua
perhatian dan pengertiannya.
11. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis
mengucapkan terima kasih.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga
skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.
Salatiga, Februari 2015
Penulis
DAFTAR ISI
INTISARI ...................................................................................................................... i
ABSTRACT ..................................................................................................................ii
KATA PENGANTAR ................................................................................................. iii
DAFTAR ISI ................................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. vii
DAFTAR TABEL ......................................................................................................viii
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................... 1
1.2 Spesifikasi Sistem............................................................................. 2
1.3 Sistematika Penulisan ....................................................................... 2
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................... 3
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro .......................................... 3
2.2 Turbin Air ........................................................................................ 4
2.3 Generator ....................................................................................... 10
2.4 Pengatur Tegangan ......................................................................... 10
2.5 Mikrokontroler ATMega16 ............................................................ 10
2.6 Akumulator .................................................................................... 12
2.7 Sensor Flowmeter ........................................................................... 13
2.8 Display ........................................................................................... 13
BAB III PERANCANGAN SISTEM .................................................................... 14
3.1 Cara Kerja Sistem ........................................................................... 15
3.2 Perancangan Perangkat Keras ......................................................... 15
3.2.1 Pompa Air ........................................................................... 15
3.2.2 Turbin Pelton ....................................................................... 17
3.2.3 Nozzle .................................................................................. 18
3.2.4 Rumah Turbin ..................................................................... 18
3.2.5 Generator ............................................................................. 19
3.2.6 Sensor Flowmeter ................................................................ 19
3.2.7 Mikrokontroler ATMega16 .................................................. 19
3.2.8 Modul Regulator dan Display.............................................. 20
3.2.9 Meja Alat ............................................................................ 22
3.3 Perancangan Perangkat Lunak ........................................................ 23
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ............................................................... 24
4.1 Pengujian Sensor Flowmeter .......................................................... 24
4.2 Pengujian Modul pompa Air .......................................................... 26
4.3 Pengujian Output Generator ........................................................... 26
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 30
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 31
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema PLTMH ....................................................................................... 3
Gambar 2.2 Gambar 2.2 Turbin Francis ...................................................................... 5
Gambar 2.3 Turbin Propeller / Kaplan ........................................................................ 6
Gambar 2.4 Perbandingan Jenis Turbin Berdasarkan Debit Air dan Head ................... 6
Gambar 2.5 Turbin Pelton .......................................................................................... 7
Gambar 2.6 Kecepatan Zat Cair yang Keluar Dari Dasar Sebuah Wadah .................... 8
Gambar 2.7 Persamaan Kontinuitas ............................................................................ 9
Gambar 2.8 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega16 .......................................... 11
Gambar 2.9 Aki ........................................................................................................ 12
Gambar 2.10 Sensor Flowmeter .................................................................................. 13
Gambar 3.1 Diagram Alat ......................................................................................... 14
Gambar 3.2 Untai Pengatur Debit Air ....................................................................... 15
Gambar 3.3 Realisasi Pengatur Debit Air .................................................................. 16
Gambar 3.4 Sudu Turbin .......................................................................................... 17
Gambar 3.5 Sketsa Piringan dan Penghubung Turbin pelton ..................................... 17
Gambar 3.6 Realisasi Turbin Pelton .......................................................................... 18
Gambar 3.7 Nozzle ................................................................................................... 18
Gambar 3.8 Rumah turbin ........................................................................................ 18
Gambar 3.9 Generator .............................................................................................. 19
Gambar 3.10 Sensor Flowmeter .................................................................................. 19
Gambar 3.11 Untai Regulator LM2596-Adj ............................................................... 20
Gambar 3.12 Konfigurasi Display LCD Debit Air dan
Display Tegangan & Arus Pompa Air ................................................... 21
Gambar 3.13 Untai regulator LM7805 ....................................................................... 21
Gambar 3.14 Realisasi Bagian Display ....................................................................... 21
Gambar 3.15 Meja Alat .............................................................................................. 22
Gambar 3.16 Diagram Alir Perangkat Lunak .............................................................. 23
Gambar 4.1 Pengujian Flowmeter ............................................................................. 24
Gambar 4.2 Pengujian Keluaran Generator Pada Beban Regulator ........................... 27
Gambar 4.3 Pengujian Keluaran Generator Pada Beban Lampu Pijar ........................ 27
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Konfigurasi Penggunaan PIN ATMega16 .................................................. 20
Tabel 4.1 Pengujian Modul Pompa Air ...................................................................... 26
Tabel 4.2 Pengujian Output Generator Tanpa Beban .................................................. 27
Tabel 4.3 Pengujian Output Generator Dengan Beban
Regulator Pengisian Aki ............................................................................. 28
Tabel 4.4 Pengujian Output Generator Dengan Beban
Lampu Pijar 100 W ..................................................................................... 28