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.
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
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.