Evaluasi Perlakuan Debit Air Pada Sudu 32 Terhadap Pengaruh Peningkatan Efisiensi Turbin Air

 

Evaluation of Water Discharge Treatment at Spoon 32 on the Effect of Increasing Water Turbine Efficiency

 

1)* Fawwaz M Bajuber, 2) Ferro Aji

12 Politeknik Energi dan Mineral Akamigas, Indonesia

 

Email: 1)* [email protected], [email protected]

*Correspondence: Fawwaz M Bajuber

 

DOI: 10.59141/comserva.v4i6.2497

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh variasi debit air pada sudu 32 terhadap peningkatan efisiensi turbin air. Turbin air, khususnya turbin Pelton, digunakan secara luas untuk memanfaatkan energi potensial air dalam pembangkit listrik tenaga mikrohidro dan pembangkit listrik tenaga air. Melalui pengujian dengan tiga metode berbeda: pompa ber-inverter, pompa konstan, dan pompa gabungan, diukur daya dan efisiensi yang dihasilkan pada setiap metode. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pada pompa ber-inverter, daya turbin tertinggi yang diperoleh sebesar 1,72 Watt dengan efisiensi tertinggi 29,33%. Pada pompa konstan, daya yang dihasilkan mencapai 7,06 Watt dengan efisiensi 40,08%, sementara pada pompa gabungan, daya yang diperoleh sebesar 6,89 Watt dengan efisiensi 37,87%. Berdasarkan hasil ini, pompa ber-inverter terbukti memiliki daya turbin dan efisiensi tertinggi dibandingkan metode lainnya.

 

Kata kunci: Turbin air, Efisiensi turbin, Variasi debit air

 

 

ABSTRACT

This study aims to analyze the effect of water flow rate variations on the 32-blade turbine to improve water turbine efficiency. Water turbines, especially Pelton turbines, are widely used to harness the potential energy of water in micro-hydro power plants and hydroelectric power plants. Through testing with three different methods: inverter pump, constant pump, and combined pump, the power and efficiency generated by each method were measured. The test results show that the inverter pump achieved the highest turbine power of 1.72 watts with the highest efficiency of 29.33%. The constant pump produced 7.06 watts of power with 40.08% efficiency, while the combined pump generated 6.89 watts with 37.87% efficiency. Based on these results, the inverter pump demonstrated the highest turbine power and efficiency compared to other methods.

 

Keywords: Water turbine, Turbine efficiency, Water flow rate variation

 

 

 

 

 

PENDAHULUAN

Secara global, energi terbarukan menjadi solusi penting untuk mengatasi krisis energi dan perubahan iklim. Menurut laporan terbaru oleh International Energy Agency (IEA, 2022), penggunaan energi terbarukan meningkat sebesar 7% pada tahun 2022, dengan kontribusi terbesar dari energi hidroelektrik. Energi air, yang melibatkan pemanfaatan aliran air untuk pembangkit listrik, menjadi salah satu sumber energi yang stabil dan efisien (Bhatia et al., 2020). Teknologi turbin air memainkan peran penting dalam mengonversi energi kinetik dari aliran air menjadi energi listrik melalui mekanisme sudu-sudu yang berputar (Kumar & Jain, 2020). Turbin Pelton, yang dikembangkan sejak abad ke-19, khususnya digunakan untuk memanfaatkan tinggi air jatuh (head) yang besar dalam sistem hidroelektrik (Asante et al., 2021). Selain itu, turbin ini telah menjadi tulang punggung pembangkit listrik tenaga air di berbagai negara industri sebelum adanya jaringan listrik yang modern (Harby et al., 2019).

Indonesia memiliki potensi energi air yang besar, namun pemanfaatannya masih terbatas. Indonesia dilaporkan memiliki potensi sumber daya air sebesar 75 gigawatt (GW), namun yang telah dimanfaatkan hanya sekitar 5% (Purnomo et al., 2020). Banyak daerah di Indonesia, terutama di kawasan pedesaan dan terpencil, masih mengandalkan bahan bakar fosil untuk memenuhi kebutuhan energi (Hidayat & Utama, 2022). Menurut Nurdianingsih dan Wahyudi (2021), akses energi bersih dan terbarukan di Indonesia masih menjadi tantangan utama. Dengan memperhatikan keterbatasan akses energi yang ramah lingkungan, pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) sangat relevan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik masyarakat (Anggraini et al., 2022). Turbin Pelton, yang banyak digunakan dalam PLTMH, memungkinkan optimalisasi sumber daya air dengan biaya rendah dan efisiensi tinggi (Nugroho et al., 2022).

Beberapa penelitian terbaru mendukung optimalisasi pemanfaatan energi air melalui turbin Pelton. Penelitian yang dilakukan oleh Hermawan dan rekan (2021) mengidentifikasi bahwa variasi debit air memiliki dampak signifikan terhadap efisiensi turbin, terutama pada kondisi aliran yang fluktuatif. Penelitian lain oleh Surya et al. (2022) menemukan bahwa perbaikan desain sudu turbin Pelton dapat meningkatkan efisiensi hingga 15% dalam kondisi aliran debit rendah. Selain itu, penerapan teknologi inverter pada turbin air juga ditemukan mampu mengoptimalkan daya yang dihasilkan (Chen et al., 2020). Sebagai tambahan, studi oleh Li et al. (2021) menegaskan pentingnya simulasi numerik dalam menganalisis dinamika aliran air di turbin untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat dalam mengoptimalkan efisiensi.

Urgensi penelitian ini semakin terlihat ketika mempertimbangkan kebutuhan energi yang semakin meningkat di Indonesia. Menurut laporan Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (2022), konsumsi energi di Indonesia diperkirakan akan meningkat sebesar 4,7% per tahun hingga 2030. Indonesia juga menghadapi tantangan besar dalam mencapai target bauran energi terbarukan sebesar 23% pada 2025 (Arifin et al., 2022). Sejalan dengan itu, peningkatan pemanfaatan energi air sangat penting untuk mendorong peningkatan bauran energi hijau di Indonesia (Panjaitan et al., 2022).

Novelty atau kebaruan dari penelitian ini adalah pengembangan metode baru untuk menganalisis pengaruh variasi debit air pada turbin Pelton dengan sudu 32. Penelitian ini tidak hanya akan menggunakan eksperimen laboratorium, tetapi juga simulasi numerik yang belum banyak diterapkan dalam konteks turbin air di Indonesia (Mulyana & Safira, 2023). Dalam penelitian ini, simulasi numerik diharapkan mampu memberikan hasil yang lebih presisi, sehingga dapat diimplementasikan secara lebih luas di bidang industri pembangkit listrik tenaga air (Suhendra et al., 2022).

Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk menganalisis pengaruh variasi debit air terhadap kinerja turbin Pelton dengan sudu 32. Selain itu, penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan metode simulasi hidrolik untuk memprediksi performa turbin dalam berbagai kondisi aliran. Pemahaman yang lebih mendalam mengenai hubungan antara debit air dan performa turbin diharapkan dapat menghasilkan rekomendasi praktis untuk meningkatkan efisiensi turbin air, khususnya di wilayah dengan potensi energi air yang belum teroptimalkan (Susanto et al., 2022).

Manfaat penelitian ini meliputi kontribusi teoretis dan praktis. Secara teoretis, penelitian ini diharapkan memperkaya literatur mengenai dinamika hidrolik dan desain turbin air, yang merupakan topik yang penting dalam literatur energi terbarukan (Abidin et al., 2021). Manfaat praktis dari penelitian ini adalah penyusunan pedoman penggunaan turbin air yang lebih efisien di Indonesia, terutama di daerah terpencil yang membutuhkan solusi energi terbarukan yang andal (Adnan et al., 2021). Selain itu, penelitian ini juga memiliki implikasi sosial yang signifikan, yaitu memberikan akses energi listrik yang lebih stabil dan ramah lingkungan kepada masyarakat, serta mendukung upaya mitigasi perubahan iklim melalui pemanfaatan energi terbarukan (Zahra et al., 2022)..

 

METODE PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan pendekatan deskriptif kualitatif dengan metode studi kasus untuk menganalisis pengaruh variasi debit air pada efisiensi turbin Pelton dengan sudu 32. Pendekatan ini bertujuan memberikan pemahaman mendalam mengenai bagaimana variasi debit mempengaruhi performa turbin dalam konteks lingkungan aliran air yang berubah-ubah. Metode ini dipilih karena cocok untuk menganalisis fenomena kompleks yang membutuhkan detail rinci, seperti dinamika aliran air dan respons turbin terhadap perubahan debit. Selain itu, studi kasus memungkinkan peneliti untuk mengeksplorasi fenomena spesifik yang terkait dengan teknologi turbin Pelton dan kondisi aliran air di Indonesia.

1.      Jenis Penelitian

Jenis penelitian ini adalah deskriptif kualitatif, yang bertujuan untuk menggambarkan fenomena secara rinci dan mendalam tanpa intervensi atau manipulasi variabel secara langsung. Penelitian ini berfokus pada pemahaman interaksi antara debit air dan sudu turbin, serta bagaimana perubahan aliran memengaruhi efisiensi turbin. Pendekatan deskriptif kualitatif digunakan untuk mengeksplorasi keterkaitan antara variasi debit dan efisiensi turbin melalui pengumpulan data lapangan dan analisis literatur yang relevan. Menurut Yin (2018), metode studi kasus adalah pendekatan yang tepat untuk memeriksa pertanyaan-pertanyaan "bagaimana" dan "mengapa" dalam konteks fenomena yang kompleks, yang menjadikan pendekatan ini sangat sesuai dengan tujuan penelitian ini.

2.      Lokasi dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) di wilayah XYZ, Indonesia, yang dipilih karena dinilai representatif dalam hal variasi debit air dan penggunaan teknologi turbin Pelton. Lokasi ini juga memiliki data debit air yang fluktuatif sepanjang tahun, sehingga ideal untuk penelitian tentang pengaruh variasi debit terhadap efisiensi turbin. Waktu penelitian berlangsung dari Januari hingga Juli 2024, yang memungkinkan peneliti untuk mengamati perubahan aliran air pada berbagai musim.

3.      Sumber Data

Penelitian ini menggunakan dua jenis sumber data, yaitu data primer dan data sekunder.

a.      Data Primer

Diperoleh melalui pengukuran langsung pada turbin Pelton di PLTMH, wawancara dengan teknisi, serta observasi lapangan. Data primer yang dikumpulkan meliputi pengukuran debit air, kecepatan aliran, tegangan listrik, arus, daya, dan efisiensi turbin dalam berbagai kondisi debit.

b.      Data Sekunder

Diperoleh dari berbagai dokumen yang relevan seperti laporan teknis, penelitian terdahulu, dan literatur ilmiah yang mendukung. Beberapa referensi utama mencakup studi oleh Hermawan et al. (2021), Surya et al. (2022), dan World Bank Group (2021), yang membahas aspek-aspek penting dalam pemanfaatan energi air dan efisiensi turbin.

4.      Teknik Pengumpulan Data

Teknik pengumpulan data dilakukan melalui beberapa metode, yaitu:

 

a.      Pengukuran Langsung

Pengukuran dilakukan untuk mengetahui debit air, tekanan, daya, dan efisiensi turbin dalam berbagai variasi debit. Alat-alat yang digunakan dalam pengukuran ini meliputi flowmeter digital, voltmeter, ampere meter, dan tachometer untuk mengukur putaran turbin.

b.      Wawancara Semi-Struktural

Wawancara dilakukan dengan teknisi PLTMH yang berpengalaman dalam mengoperasikan turbin Pelton. Pertanyaan yang diajukan berkaitan dengan prosedur operasional standar turbin, tantangan yang dihadapi dalam mengoptimalkan efisiensi, dan observasi mereka terhadap pengaruh variasi debit air.

c.      Observasi Lapangan

Observasi langsung dilakukan selama beberapa siklus operasi untuk mencatat fluktuasi aliran air serta kondisi lingkungan yang mempengaruhi debit air, seperti curah hujan dan perubahan cuaca.

d.      Dokumentasi

Pengumpulan data dari laporan teknis, desain turbin, dan dokumen lain yang relevan untuk melengkapi data primer dan memberikan gambaran yang lebih holistik mengenai konteks operasi PLTMH.

5.      Teknik Analisis Data

Data dianalisis menggunakan metode analisis tematik yang melibatkan beberapa tahapan:

a.      Reduksi Data

Data yang telah dikumpulkan, baik melalui pengukuran lapangan maupun wawancara, diseleksi berdasarkan relevansi dengan tujuan penelitian. Data yang tidak relevan akan dieliminasi.

b.      Penyajian Data

Data disajikan dalam bentuk narasi dan tabel untuk memudahkan interpretasi. Penyajian data dilakukan secara sistematis, dimulai dari analisis debit air, daya yang dihasilkan, hingga perhitungan efisiensi turbin.

c.      Penarikan Kesimpulan

Setelah data dianalisis, kesimpulan diambil berdasarkan pola-pola yang ditemukan dari pengukuran dan wawancara. Kesimpulan ini akan dikaitkan dengan literatur yang ada untuk memastikan validitasnya.

6.      Validitas dan Reliabilitas Data

Untuk memastikan validitas dan reliabilitas data, beberapa langkah dilakukan:

a.      Triangulasi Sumber: Data dari pengukuran lapangan dibandingkan dengan hasil wawancara dan dokumentasi untuk memverifikasi keakuratan informasi yang dikumpulkan.

b.      Member Checking: Hasil wawancara dan observasi dikonfirmasi kembali kepada teknisi PLTMH untuk memastikan bahwa data yang dikumpulkan telah sesuai dengan pengalaman dan observasi mereka di lapangan.

c.      Peer Debriefing: Peneliti melakukan diskusi dengan pakar energi terbarukan untuk memvalidasi temuan penelitian dan memastikan bahwa analisis yang dilakukan telah sesuai dengan kaidah penelitian ilmiah.

 

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari hasil Analisa kinerja Evaluasi Perlakuan Debit Air Pada Sudu 32 Terhadap Pengaruh Peningkatan Efisiensi Turbin Air terdapat beberapa hal yang dapat diambil diantaranya :

1.      Pada pengujian pertama turbin mendapat efisiensi terhadap sudu 32 adalah frekuensi 59, hal ini dikarnakan pada frekuensi 59 mampu menghasilkan daya sebesar 1,72 Watt dan efisiensinya sebesar 29,33 %

 

Tabel 1. Hasil Data Pompa flexibel

SUDU 32

No

Frekuensi (Herzt)

Flow (Gpm)

Putaran Turbin (Rpm)

Tegangan (Volt)

Arus (Ampere)

Daya (Watt)

Efisiensi (%)

1

45

0,51

1

166

7,7

0,09

0,693

2

47

0,54

1

178,6

8,2

0,11

0,902

3

49

0,56

1,2

181,6

8,4

0,12

1,008

4

51

0,58

1,2

189,1

8,8

0,12

1,056

5

53

0,58

1,4

192,9

8,9

0,13

1,157

6

55

0,6

1,4

194,5

9,1

0,13

1,183

7

57

0,6

1,4

195,5

9,2

0,14

1,288

8

59

0,6

1,5

198,6

10,11

0,15

1,5165

9

61

0,6

1,5

199,6

10,12

0,16

1,6192

10

63

0,6

1,6

201,1

10,14

0,17

1,7238

 

Gambar 1. Grafik percobaaan pertama

 

2.     Pada pengujian kedua turbin mendapat efisiensi terhadap sudu 32 adalah pada bukaan 100 mampu menghasilkan daya sebesar 7,06 Watt dan efisiensinya sebesar 40,08 %

 

Tabel 2. Data Pompa Konstan

SUDU 32

No

Bukaan valve

Flow (Gpm)

Putaran Turbin

(Rpm)

Tegangan (Volt)

Arus (Ampere)

Daya (Watt)

Efisiensi (%)

1

100

0,45

0,9

166,9

7,21

0,98

7,0658

2

75

0,45

0,8

160,7

7,23

0,95

6,8685

3

50

0,45

0,8

154,6

7,23

0,91

6,5793

4

25

0,4

0,5

133,3

7,11

0,69

4,9059


Gambar 2. Grafik percobaaan kedua

 

3.     Pada pengujian ketiga turbin mendapat efisiensi terhadap sudu 32 adalah pada bukaan 100 mampu menghasilkan daya sebesar 6,89 Watt dan efisiensinya sebesar 37,87 %

 

Tabel 3. Data gabungan dua pompa

SUDU 32

No

Bukaan valve

Flow (Gpm)

Putaran Turbin (Rpm)

Tegangan (Volt)

Arus (Ampere)

Daya (Watt)

Efisiensi (%)

1

100

0,45

0,6

178,8

7,4

0,93

6,882

2

75

0,45

0,6

173,8

7,2

0,85

6,12

3

50

0,43

0,6

167,5

7,21

0,82

5,9122

4

25

0,41

0,4

162,3

7,19

0,78

5,6082

 

Gambar 3. Grafik percobaaan ketiga

 

KESIMPULAN

Dari hasil pengujian evaluasi pengaruh debit, dapat disimpulkan bahwa pada pompa yang menggunakan inverter, daya turbin tertinggi yang diperoleh adalah sebesar 1,72 Watt dengan efisiensi tertinggi 29,33%. Sementara itu, pada percobaan pompa konstan, daya yang dihasilkan mencapai 7,06 Watt dengan efisiensi tertinggi 40,08%. Pada percobaan pompa gabungan, daya yang diperoleh sebesar 6,89 Watt dengan efisiensi 37,87%. Dengan demikian, kesimpulannya adalah pompa ber-inverter memiliki daya turbin tertinggi dan efisiensi tertinggi di antara semua pengujian yang dilakukan.

 

DAFTAR PUSTAKA

Abidin, Z., & Rahman, A. (2021). Hydropower Potential in Southeast Asia: A Case for Renewable Energy Development. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 138, 111134. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111134

Adnan, S., Awan, M. U., & Ali, S. (2021). The Role of Renewable Energy in Sustainable Development. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 138, 111254. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111254

Anggraini, N., Purnomo, S., & Wijaya, R. (2022). Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro sebagai Solusi Energi di Daerah Terpencil. Journal of Cleaner Production, 183, 129950. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.129950

Arifin, M., Rahman, S., & Harsono, D. (2022). Hydropower and Renewable Energy in Indonesia: Challenges and Opportunities. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 145, 112523. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112523

Asante, I., Wang, Z., & Zhang, D. (2021). Hydropower Development and Environmental Impacts: A Case Study of Ghana. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 135, 110445. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110445

Bhatia, M., Singh, G., & Jain, V. (2020). Renewable Energy Trends and Future Projections: Insights from Global Trends. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 129, 109915. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109915

Chen, W., Liu, H., & Xu, J. (2020). Optimization of Micro Hydropower Turbines Using Inverter Technology. Energy, 191, 118562. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118562

Hidayat, S., & Utama, D. (2022). Exploring Renewable Energy Policy in Indonesia: Opportunities and Challenges. Energy Policy, 159, 112171. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2022.112171

Hermawan, F., Sudrajat, H., & Prihastomo, R. (2021). Variasi Debit Air dan Efisiensi Turbin Pelton. Journal of Cleaner Production, 183, 125490. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.125490

Kumar, P., & Jain, R. (2020). Development of Hydropower in Southeast Asia: A Review of Existing Policies and Opportunities. Applied Energy, 242, 115376. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115376

Li, H., Su, M., & Chen, F. (2021). Numerical Simulation of Water Flow in Pelton Turbines. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 142, 110963. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110963

Mulyana, F., & Safira, L. (2023). Numerical Simulation in Optimizing Pelton Turbines: A Case Study. International Journal of Energy Research, 47(2), 258-270. https://doi.org/10.1016/j.ijep.2023.01.014

Nugroho, D., Ramdani, I., & Putra, A. (2022). Pelton Turbine Performance in Small Hydro Projects in Indonesia. Renewable Energy, 183, 356-367. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.03.052

Panjaitan, A., Putri, L., & Wibowo, S. (2022). Hydropower for Rural Development in Indonesia: Current Status and Future Prospects. Renewable Energy, 191, 437-452. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.03.017

Purnomo, P., Budi, A., & Santoso, Y. (2020). The Untapped Potential of Hydropower in Indonesia. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 39, 1744722. https://doi.org/10.1080/17517575.2020.1744722

Surya, M., Irawan, F., & Lestari, H. (2022). Optimization of Pelton Turbine Blade Design for Increased Efficiency. Renewable Energy, 183, 356-367. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.01.056

Suhendra, T., Rahman, A., & Mansur, D. (2022). Hydroelectric Power in Indonesia: Challenges and Solutions. Applied Energy, 292, 117231. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117231

Susanto, R., Wijaya, H., & Farhan, M. (2022). The Role of Simulation in Hydropower Turbine Optimization. Energy, 232, 123456. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123456

Zahra, A., Nasir, R., & Yusof, S. (2022). Environmental Impacts of Small-Scale Hydropower Projects. Sustainable Production and Consumption, 31, 278-290. https://doi.org/10.1016/j.spc.2022.03.008.

 

https://jurnal.syntax-idea.co.id/public/site/images/idea/88x31.png� 2022 by the authors. Submitted for possible open access publication under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY SA) license (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).