BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Mesin teknologi terapan merupakan salah satu teknologi yang sangat dibutuhkan oleh masyarakat dan merambah ke berbagai sektor, tidak hanya masyarakat Indonesia tetapi juga masyarakat dunia dalam memperoleh mesin terapan yang dibutuhkan. Semua aktifitas yang dilakukan dalam sebuah bidang usaha tidak terlepas dari pengaruh teknologi terapan. Berbagai mesin teknologi terapan yang banyak ditawarkan memungkinkan para pengusaha menerapkannya di dalam mengelola bidang usahanya.
Dalam perkembangannya teknologi terapan banyak menggunakan mesin sebagai media pengolah/pengembangan usaha yang menghasilkan teknologi yang modern. Peranan teknologi terapan pada aktifitas manusia saat ini memang begitu besar. Teknologi terapan telah menjadi fasilitator utama bagi kegiatan-kagiatan usaha, yang memberikan peranan besar terhadap usaha manusia yang memudahkan manusia untuk mempercepat proses produksi.
Salah satu bentuk teknologi terapan yaitu “mesin pembangkit listrik micro kincir air terapung”.
Sudah tidak dapat disangkal bahwa pemakaian energi listrik akan selalu meningkat sedangkan pertambahannya tidak cepat. Beberapa pilihan untuk memperoleh energi listrik murah dan mudah sesuatu yang didambakan. Satu dari pilihan tersebut adalah kincir air terapung, mudah dan ramah lingkungan, dapat dibuat dengan bahan setempat (lokal) dan biaya murah.
B. Perumusan Masalah dan Ruang lingkup.
Berdasarkan latar belakang diatas, maka dapat diidentifikasikan masalah yang ada sebagai berikut :
1. Bagaimana merancang dan membuat sebuah mesin teknologi terapan yaitu mesin pembangkit listrik micro kincir air terapung.
2. Bagaimana merancang dan membuat model mesin pembangkit listrik micro kincir air terapung yang user friendly (mudah digunakan) secara cepat dan tepat.
3. Bagaimana merancang dan membuat mesin pembangkit listrik micro kincir air terapung yang bisa digunakan disetiap sungai yang aliran cukup lurus dan pada kedalaman tertentu.
C. Batasan Masalah
Agar tidak terjadinya kerancuan dalam pembahasan maka penulis membatasi permasalahan yang ada yaitu :
1. Merancang dan membuat suatu mesin pembangkit listrik micro kincir air di daerah minang kabau.
2. Merancang dan membuat model atau interface secara cepat dan tepat guna.
D. Rumusan Masalah
Berdasarkan batasan masalah, maka dapat dirumuskan masalah yang akan dibahas adalah “Bagaimana merancang dan membuat Mesin Pembangkit Listrik Micro Kincir Air”
E. Tujuan
Tujuan perancangan dalam pembuatan pembangkit listrik mikro kincir air adalah sebagai berikut :
1. Mendorong masyarakat Minang memanfaatkan potensi air, sebagai sumber tenaga penggerak alat/peralatan.
2. Membuat dan mengembangkan kincir air di Ranah Minang yang kemudian dikembangkan dan digunakan diseluruh indonesia.
F. Manfaat
1. Bagi mahasiswa
Pembuatan mesin pembangkit listrik mikro kincir air mampu menambah wawasan dan kemampuan mahasiswa dalam pembuatan mesin teknologi terapan yang berguna untuk masyrakat.
2. Bagi masyrakat
a) Pemanfaatan kincir air sangat beragam di Minangkabau diketahui dari foto, buku Perkampungan Minang Padang panjang dan video jangka pendek.
b) Kincir air merupakan satu judul pada buku “Matahari Terbit” bacaan di HIS.
c) Pendapat Soewarno Darsoprajitno bahwa, “Kincir-air di buat dan dikembangkan di Minangkabau untuk kepentingan pengairan pertanian perikanan oleh penduduk, sedangkan bendungan dibuat dan dikembangkan di pulau Jawa untuk pengairan sawah oleh Belanda karena keadaan geografis pulau Jawa relatif rata”.
BAB II
LANDASAN TEORI
A. Keadaan Geografi
Secara alami Sumbar (Sumatera Barat) berada di pegunungan Bukit Barisan, dataran pantai yang sempit dan gugusan Kepulauan Mentawai. Tanahnya bergunung-gunung dan merupakan kawasan vulkanik dataran tinggi dan pertanian subur. Berada di daerah tropis dan dilintasi oleh garis khatulistiwa.
Keadaan alam yang demikian, maka Sumbar beriklim tropis. Secara umum memiliki curah hujan yang cukup tinggi berkisar antara 1.785 mm sampai dengan 5.615 mm per tahun (Rantau.Net). Curah hujan, menuju kelaut mengalir di batang aia dan merupakan sumber energi.
B. Batang Air
Sungai dalam bahasa Minang disebut batangaia (batang aia). Bila batangaia diberi nama, kata aia tidak digunakan. Contoh Ombilin, bukan batangaia Ombilin, tapi batang Ombilin. Bukan pula sungai batang Ombilin, karena artinya sungai sungai Ombilin. Cara penulisan tersebut memberikan pengertian yang salah.
Di Provinsi Sumatera Barat sangat banyak batang aia (sekitar 230 buah), baik yang kecil maupun yang besar dan arah alirannya. Secara garis besar ke barat dan timur (rantau.net)
Batangaia yang mengalir ke arah pantai barat, relatif pendek, curam dan berarus deras, sehingga tidak banyak mempunyai arti bagi lalu lintas sungai.
Di kawasan timur mengalir batangaia yang merupakan hulu dari batangaia-ba-tangaia besar yang melintasi provinsi Riau dan Jambi. Karena tidak curam, berarus lebih tenang, serta memiliki kedalaman dan lebar, memungkinkan sebagaia prasarana lalu lintas sungai (www.sumbarprov.go.id). Tapi bagian hulu batangaia yang berada di Sumatera Barat, tetap curam dan berarus deras.
Batangaia, baik arah aliran barat maupun timur selain berpotensi untuk pariwisata juga untuk pembangkit listrik.
C. Melestarikan
Kawasan hutan dan daerah resapan adalah sesuatu yang harus dan penting di lestarikan, karena sangat berpengaruh (berkorelasi) kuat dengan ketersediaan/keberadaan air. Bila kawasan hutan dan daerah resapan air tidak dilestarikan, (1) mata air kering, (2) musim kemarau kekeringan dan musim hujan banjir. (3) keberadaan air tanah menurun. Akan berakibat pada air di batangaia berkurang bahkan kering, dearah pertanian kekurangan air, air bersih (untuk diminum, mandi dan cuci) berkurang, energi aliran air akan menurun/hilang.
Petunjuk (indikator) lain tentang penyusutan air adalah kincia aia tidak dapat lagi berputar sebagai alat pengubah energi air. Bila ingin kincia-aia sebagai alat pengubah energi tetap berputar, daerah resapan air jangan diganggu dan harus dipertahankan keberadaannya. Jadi keberadaan kinciaia sebagai pembangkit energi listrik mendorong kelestarian lingkungan.
Energi listrik dapat berasal dari energi terbarukan seperti angin, air, gelombang laut, biogas dll. Energi listrik dapat bersumber dari energi dinamik dan potensial tersimpan pada batang aia. Energi dinamik berasal dari kecepatan aliran sedangkan potensial deri perbedaan ketinggian. Kondisi geografi Sumbar memiliki persyaratan untuk membangkit energi listrik, karena memiliki aliran air di batangaia dan beda ketinggian.
Ketersediaan air di pegunungan dan danau identik dengan ketersediaan energi, oleh karena itu energi banyak (mungkin berlimpah) Sumatera Barat. Setiap orang tahu bahwa sebuah batangaia dapat menghasilkan energi listrik, berasal dari aliran air (energi kinetik) dan perbedaan ketinggian (energi potensial) dan tersedia gratis. Pembangkit energi listrik dari energi kinetik dan potensial dapat dibuat berskala kecil dan menegah dan dapat dikelola masyarakat sering disebut Teknologi Tepat Guna (TTG).
Suatu teknologi diklasifikasikan sebagai TTG bila mengandung beberapa ciri (1) didukung oleh sumber daya alam dan sumberdaya manusia. (2) dapat dipertanggung secata teknis, dapat diserap, dipelihara dan dikembangkan sendiri, (3) mempunyai potensi untuk membuka lapangan kerja baru, (4) produktif, memberikan nilai tambah dan tersedia pasar yang dapat menyerap produk yang dihasilkan.
TTG adalah jenis teknologi yang dikembangkan dan dapat dipergunakan untuk peningkatan kesejahteraan masyarakat. Suatu teknologi disebut TTG, persyaratan yang harus dipenuhi meliputi: teknis, ekomomi dan sosial budaya.
Teknis, yaitu memperhatikan dan menjaga tata kelestarian lingkungan hidup, penggunaan secara maksimal bahan baku lokal, menjamin mutu (kualitas) dan jumlah (kuantitas) produksi, secara teknis efektif dan efisien, mudah perawatan dan operasi, serta relatif aman dan mudah menyesuaikan terhadap perubahan.
Ekonomis, yaitu efektif menggunakan modal, keuntungan kembali kepada produsen, jenis usaha kooperatif yen mendorong timbul industri lokal.
Sosial budaya, memanfaatkan keterampilan yang sudah ada, menjamin perluasan lapangan kerja, menekan pergeseran tenaga kerja, menghidari konflik sosial budaya dan meningkatkan pendapatan yang merata.
Teknologi bila dikaitkan dengan merubah energi air menjadi energi listrik dan dapat dibuat oleh masyarakat setempat (TTG) adalah kincir-air, turbin Banki dan turbin Kaplan dalam skala/bentuk kecil. Berikut ini yang dibahas adalah kincia-aia meliputi Tekno ekonomi, instalasi dan perencanaan.
Pembuatan kincir air, ditujukan untuk membangkit listrik bertenaga kecil sampai menengah. Kincir air dapat dibagun di perkotaan dan di pedesaan yang dilintasi oleh batangaia dengan kedalaman dan kecepatan air yang memadai. Tetapi yang berkembang sekarang adalah berkaitan dengan kelangkaan energi dan ketergantungan kepada PLN.
Berdasarkan pengamatan sementara pemakaian energi oleh masyarakat berkisar 4 sampai 5 jam sehari, dari daya terpasang. Pemakaian energi yang rendah disebabkan oleh pemakaian untuk penerangan semata. Kebutuhan seperti ini dapat dipenuhi dengan pembangkit listrik mikro kincir air
Bila berpikir secara ekonomi, maka pembangkit listrik tenaga kincia-aia dapat dicapai dengan baik, bila (1) suatu rencana yang matang, (2) melibatkan peran serta masyarakat setempat secara aktif sejak awal pembangunan dan (3) keterlibatan aparat setempat sebagai pendorong.
Sesuatu yang menguntungkan dari pembangkit listrik kicia-aia, karena memiliki jaringan transmisi dan distribusi sendiri, dapat diusahakan masyarakat setempat, seperti badan usaha koperasi atau organisasi usaha sesuai keinginan masyarakat. Apapun bentuk dan nama organisasi usaha, organisasi itu harus terbuka (transparan).
Pemilihan teknologi untuk pembangkit listrik kincir terletak pada pemilihan komponen utama yaitu kincir dan generator.
Kincir, pemilihan tergantung pada perbedaan ketinggian, kecepatan dan debit air. Generator, terdapat dua jenis generator, yaitu (1) Generator singkron, bekerja pada kecepatan yang berubah-ubah, cocok untuk daerah terpencil. (2) Generator induksi, bekerja pada kecepatan yang tidak berubah-ubah, cocok untuk daerah yang telah dilalui jaringan listrik. Kincir air yang dibahas berikut adalah kincir air aliran bawah terapung.
Kincir air terapung merupakan pengembangan dari kincia-aia pengangkat air (kincia aliran bawah) untuk mengairi sawah, tabek (kolam), surau/musajik dan MCK. Kincir air ini sangat populer di kabupaten Limopuluahkoto, Batusangka dan Pasaman.
Konsep dasar kincir air terapung adalah memanfaatkan energi alir air menjadi energi/tenaga putar. Alat pengapung digunakan drum kosong. Kincir dipasang pada suatu rangka, yang ditempatkan pada drum kosong. Energi aliran air diubah menjadi energi putar, menggunakan kipas (sudu) yang mendapat daya impuls dari air mengalir. Tenaga putar kincir digunakan untuk memutar generator. Karena putaran kincir rendah sedangkan daya dorong besar, sangat baik diubah dengan sistem puli (pully), sehingga diperoleh putaran tinggi. Generator diletakkan diatas kerangka yang dipasangkan pada drum. Generator yang digunakan adalah generator singkron.
Dari paparan diatas maka instalasi pembangkit listrik terapung diperlukan beberapa komponen yaitu pintu pengambil/pembangkit, saluran pengantar, konstruksi apung dan jaringan penghantar (transmisi).
BAB III
METODE PERANCANGAN
A. Rancangan Kincir Air
Merancang kincir air melibatkan beberapa hitungan seperti menghitung Daya (E) yaitu: Tekanan air, transmisi, putaran rotor dan generator, kecepatan aliran air.
Tekanan Air (P) dihitung berdasarkan masa air (r) yang memberikan dorongan (impuls) terhadap luas penampang kipas (A), jadi P = rA. Kecepatan aliran air adalah jarak j dibagi dengan waktu tempuh pelapung (t), jadi va = j/t. Putaran rotor kincia (n) ditentukan oleh kecepatan putar kincia (vk) dan diameter (Dk) kincia, jadi n = vk´ Dk/p.
Kecepatan putar kincir (vk) ditentukan oleh kecepatan aliran air (va) dikalikan dengan faktor kecepatan keliling rotor (e) jadi vk= e´ va. Energi/Daya (E) adalah tekanan (P) dikalikan dengan putaran rotor (n) kali konsatanta dan dibagi faktor konversi (yaitu 71620), jadi N = P´ 100´ n/71620. Putaran yang dibutuhkan generator disalurkan (ditransmisikan) (i1), diproleh dari putaran kerja gegerator (G) dibagi dengan putaran yang dihasilkan kincia (n), jadi i1 = G/n.
Transmisi (i1)adalah perbandingan diameter puli pertama (d1) dengan diameter puli kedua (d2), jadi i1 = d1/ d2.
Untuk mengetahui kecepatan aliran air va diperoleh dengan menentukan suatu jarak tertentu misal (j). Pada jarak j diukur waktu tempuh (t) dari benda yang mengapung menggunakan jam henti (stop watch). Kecepatan aliran air dapat diubah dengan merubah luas penampang aliran.
B. Ukuran, Bahan dan Biaya
Tiga hal yang harus diperhatikan dalam membuat kincir, yaitu ukuran (dimensi), bahan dan biaya. Sebagai contoh. Kincia terapung diameter rotor 2500 mm, lebar 300 mm. Kipas (sudu-sudu) 12 buah. Kecepatan aliran air minimum 2 m/det. Putaran kerja generator pembangkit 1200 rpm. kedalaman kipas yang terbenam 800 mm, faktor kecepatan keliling rotor adalah 0,5 (M. Firman dkk)
Dari ukuran tersebut diperoleh putaran rotor 9,6 rpm. Sistem transmisi, dua tingkat, berarti empat buah puli untuk memperoleh putaran generator minimal 1200 rpm. Rancangan puli pertama berdiameter 750 mm dan puli kedua 60 mm, sedangkan puli keempat 60 mm, maka puli ke tiga 600 mm. Putaran generator minimal 1200 rpm, maka dihasilkah Daya listrik 1,6 Hp @ 1,2 KW. Bila ingin daya lebih besar, dapat dilakukan dengan merubah dimensi sudu, diameter kincia, diameter puli dan kecepatan aliran air.
Energi listrik yang dihasilkan 1,2 Kw. Berarti, bila setiap rumah memakai 100 watt, maka rumah yang dapat memanfaatkan listrik sebanyak 12 rumah. Bila rumah menggunakan lampu efisiensi tinggi (bukan lampu filamen), ruang tengah 15 watt setara 75 watt (filamen) atau 11 watt setara 60 Watt (filamen). Bila ruang tengah, kamar belajar dan dapur masing-masing 15 watt, maka terdapat 55 watt belum terpakai.
Bila satu rumah pemakaian listrik dengan beban 1100 watt selama 12 jam, satu bulan dibayar ke PLN diperkirakan Rp. 250.000,00. Bagaimana kalau uang tersebut digunakan untuk membuat kincir air terapung? Kekurangan dana dari Pemda?
C. Pembuatan dan Biaya
Bahan yang diperlukan untuk membuat kincir terapung adalah plat untuk kipas-kipas, besi beton, sumbu kincir, rotor kincir, puli transmisi, belt V, generator, besi untuk kerangka, drum dll.
Untuk membuat pembangkit listrik mikro kincir air diperlukan: mesin bubut, mesin bor, mesin milling, gerinda, las listrik, las acetelin. Peralatan: gunting plat, bending plat, palu, gergaji, bor tangan dll.
Biaya membuat pembangkit listrik kincia-air terapung diantaranya: lahan distribusi, bangunan, bahan kincir, drum, generator, pemeliharaan, karyawan yang memelihara, dll.
D. Pemilihan tempat
Tempat kincir air terapung pada lokasi aliran yang cukup lurus dan kedalaman tertentu, tidak boleh kurang. Kincir ditempatkan dekat ke pinggir atau bagian tengah batangaia. Agar kincir selalu pada tempat tertentu diikatkan kepada pancang tonggak (kiri-kanan) pinggir batangaia.
Kincir dapat diapungkan berderet arah aliran atau berjajar melintang batangaia. Karena terapung, kincir sedikit dipengruhi oleh ketinggian atau luapan air.
Agar ilmu kincir air berkembang di Sumatera Barat, sebaiknya Universitas, Sekolah Tinggi Teknologi dan/atau Politeknik berperan serta dalam bentuk penelitian dan pembuatan. Merancang atau pembuatan kincia dijadikan tugas akhir atau kerja praktek. Penelitian/kerja praktek seperti: pembuatan kincir air (jurusan mesin), generator dan distribusi (jurusan elektro) dan tanggapan masyarakat (jurusan sosial). Pemda mudah-mudahan membantu dana untuk penelitian dan pembuatan model kincir air terapung
F. Kelayakan
Bila ingin membuat pembangkit listrik mikro. Kelayak dilihat dari tiga sisi, yaitu (1) layak untuk dibuat (biaya bembuatan), (2) kecepatan aliran air mencapai kecepatan minimal sepanjang tahun untuk memutar kincir, (3) layak pengelolaan (ada yang betanggung jawab). Bila satu dari tiga komponen kelayakan tidak terjadi, maka pembangkit listrik mikro terapung tidak layak dibuat.
G. Perencanaan Kincir Pembangkit Listrik
Langkah-langkah perencanaan kincir: (1) survei lokasi, (2) mengadakan pertemuan dengan masyarakat, (3) mengukur kecepatan aliran air, (4) kedalaman air rata-rata sepanjang tahun (5) merancang dan membuat kincir, (6) merancang saluran distribusi, (7) menetapkan siapa yang mengelola, (8) menetapkan iuran untuk pengelola dan perbaikan kincia, generator dan gaji pengelola.
BAB IV
PENUTUP
A. Kesimpulan
1. Keberadaan kincia air mendorong kelestarian lingkungan hidup.
2. Kincia air terpung dapat dibuat dilokasi dan bahan diproleh lokal.
3. Pembangkit listrik tenaga air, berarti memanfaatkan aliran air yang tersedia gratis untuk energi listrik.
4. Perguruan tinggi meneliti, berarti ilmu tinggal di Sumatera Barat.
5. Pemda setempat diharapkan dapat berpartisipasi membangun kincir air tersebut.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar