MAKALAH PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Memanfaatkan Tekanan Air dan Panel Surya pada Tempat Wudhu Masjid untuk Penghematan Daya Listrik Oleh: Fitriana Khorunnisa Rizal Rezianto Sonia Mei Wulandari Silveria Mutia Ulfa (5301420009) (5301420022) (5301420023) (5301420029) TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2022 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), merupakan penghasil tenaga listrik dengan skala kecil mengguankan tekanan air sebagai penggerak contoh saluran irigasi, sungai atau air terjun alam denggan cara memenfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air. Mikro dalam istilah berarti kecil dan hidro yang memiliki arti air (sebagai sumber energi) turbin dan generator. Mikrohidro mendapatkan tekanan air dari aliran air yang mempunyai perbedaan ketinggian tertentu. Semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energy potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Bukan hanya faktor geografis atau tata letak ketinggian melainkan juga memperhatikan besar aliran air, dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi. Mikrohidro dapat memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar, misalnya dengan ketinggian air 2,5 meter dapat menghasilkan listrik 400 watt. Relative kecil energi yang dihasilkan mikrohidro dibandingkan dengan PLTA skala besar, berimplikasi pada relatif sederhananya peralatan serta kecilnya areal yang digunakan instalasi dan pengoperasian mikrohidro. Kelebihan menerapkan mikrohidro untuk mendapatkan daya listrik yaitu mikrohidro ramah lingkungan atau tidak menimbulkan kerusakan lingkungan. Mikrohidro dengan PLTA memiliki perbedaan utama yaitu dari tenaga listrik yang dihasilkan, PLTA dibawah ukuran 200 KW digolongkan sebagai mikrohidro. Syarat untuk diimpelentasikan mikrohidro sebagai pembagkit listrik yaitu: potensi energy air yang melimpah dan terdapat beda tinggi air di suatu wilayah atau alur sungai, baik berupa terjun, alur sungai yang curam atau aliran air sungai yang bias dibendung, maka PLTMh dapat dibangun. Berdasarkan uraian tersebut makalah ini dibuat untuk memberikan gambaran mengenai pembangkit listrik tenaga mikrohidro yang di implementasikan pada aliran air tempat wudhu pada setiap masjid, meskipun nantinya hasil tenaga yang dihasilkan sangat kecil, tetapi tetap mempertimbangkan syarat adanya PLTMh yaitu ketinggian air agar adanya tekanan yang maksimal pada generator untuk menghasilkan energy yang maksimal juga. 1.2 Perumusan Masalah Dengan beberapa permasalahan yang diambil diatas maka didapatkan perumusan masalah dalam makalah ini yaitu: Menghasilkan daya listrik dengan memanfaatkan tekanan pada aliran air tempat wudhu pada masjid. 1.3 Tujuan dan Manfaat Tujuan dari makalah ini yaitu untuk memasksimalkan pembuatan energy listrik dengan memanfaatkan tekanan disekitar, yaitu menafaatkan tekanan arus air tempat wudhu masjid. Manfaat dari makalah ini adalah: 1. Menimimalisir pemakaian energy listrik PLN untuk kegiatan yang konstan dalam kehidupan sehari-hari. 2. Mengetahui apakah efisien dari penerapan PLTMh pada tempat wudhu. 3. Membuat tempat wudhu setiap masjid ramah terhadap energi listrik 4. Menghemat pengeluaran dari energy listrik PLN. BAB II PEMBAHASAN 2.1 Definisi PLTMH Mikrohidro berasal dari kata mikro dan hidro. Mikro artinya kecil sedangkan hidro artinya air. Pembangkit Lisrik Tenaga Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang menggunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik adalah yang memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu serta instalasi. Pembangkit listrik kecil yang dapat menggunakan tenaga air dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan/head (dalam meter) dan jumlah debit airnya (m3 /detik). Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari instalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. PLTMH umumnya merupakan pembangkit listrik jenis run of river dimana head diperoleh tidak dengan cara membangun bendungan besar, melainkan dengan mengalihkan aliran air sungai ke satu sisi dari sungai tersebut selanjutnya mengalirkannya lagi ke sungai pada suatu tempat dimana beda tinggi yang diperlukan sudah diperoleh. Pembangkit listrik tenaga air dibawah 200 kW digolongkan sebagai PLTMH. Mikrohidro dibangun berdasarkan adanya air yang mengalir di suatu daerah dengan kapasitas dan ketinggian yang memadai. Istilah kapasitas mengacu kepada jumlah volume aliran air persatuan waktu (flow capacity) sedangan beda ketinggian daerah aliran sampai ke instalasi dikenal dengan istilah head. Mikrohidro juga dikenal sebagai white resources dengan terjemahan bebasnya yaitu ”energi putih”. Sebab instalasi pembangkit listrik seperti ini mengunakan sumber daya yang disediakan oleh alam dan ramah lingkungan. Suatu kenyataan bahwa alam memiliki air terjun atau jenis lainnya yang menjadi tempat air mengalir. Dengan perkembangan teknologi sekarang maka energi aliran air beserta energi dari pengaruh perbedaan ketinggian dengan daerah tertentu (tempat instalasi yang akan dibangun) akan dapat diubah menjadi energi listrik. Persamaan konversinya adalah: Daya yang masuk = Daya yang keluar + Kehilangan (Loss) atau Daya yang keluar = Daya yang masuk × Efisiensi konversi. Persamaan tersebut biasanya digunakan untuk menggambarkan perbedaan yang kecil. Daya yang masuk, atau total daya yang diserap oleh skema hidro, adalah daya kotor (Pgross). Daya yang manfaatnya dikirim adalah daya bersih (Pnet). Semua efisiensi dari konstruksi dan instalasi dari PLTMH disebut Eo. Pnet = Pgross ×Eo kWatt Daya kotor adalah head kotor (Hgross) yang dikalikan dengan debit air (Q) dan juga dikalikan dengan sebuah faktor percepatan grafitasi (g = 9.8), sehingga persamaan dasar dari pembangkit listrik adalah: Pnet = g ×Hgross × Q ×Eo kWatt Dimana: Head dalam meter Debit air dalam m3/s. Dan Eo terbagi sebagai berikut : Eo = Ekonstruksi sipil × Epenstock × Eturbin × Egenerator × Esistem kontrol × Ejaringan × Etrafo Biasanya : - Ekonstruksi sipil Epenstock Eturbin Egenerator generator) Esistem control Ejaringan Etrafo : 1.0 - (panjang saluran × 0.002 ~ 0.005)/ Hgross : 0.90 ~ 0.95 (tergantung pada panjangnya) : 0.70 ~ 0.85 (tergantung pada tipe turbin) : 0.80 ~ 0.95 (tergantung pada kapasisitas : > 0.97 : 0.90 ~ 0.98 (tergantung pada panjang jaringan) : 0.98 Gambar 1. Skematik Perhitungan Efisiensi PLTMH Ekonstruksi sipil dan Epenstock biasa diperhitungkan sebagai ‘Head Loss (Hloss) /kehilangan ketinggian’. Dalam kasus ini, persamaan diatas dirubah ke persamaan berikut. Pnet= g ×(Hgross-Hloss) ×Q ×(Eo – Ekonstruksi sipil - Epenstock) kW Persamaan sederhana ini adalah inti dari semua desain pekerjaan pembangkit listrik. Ini penting untuk menggunakan unit-unit yang benar. 2.2 Alat dan Bahan Perancangan alat rancang bangun mini mikrohidro sebagai pembangkit sederhana dengan memanfaatan arus air kran wudu otomatis menggunakan metode turbin air vertical, dengan alat-alat yang dibutuhkan dalam penelitian. Tabel 1 menunjukkan beberapa alat bantu yang terdapat pada penelitian ini. Tabel 1 Peralatan dalam Penelitian No. 1 2 3 4 5 6 7 8 Nama Alat Solder Obeng Tang Potong Tang Jepit Cutter Gergaji Bor Multimeter Bahan yang digunakan untuk merancang mesin purwarupa sistem evakuasi dan peringatan gas beracun berbasis mikrokontroller ditunjukkan pada tabel 2. Tabel 2 Bahan dalam Penelitian No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nama Bahan Arduino Uno Turbin Generator Sensor Ultrasonic Motor Servo Modul Step up Relay Joul thief Batterai Kabel, PCB Modul Charger USB 2.3 Implementasi Sistem Implementasi Sistem adalah langkah yang dilakukan untuk menyelesaikan sebuah desain sistem yang ada dalam dokumen desain sistem yang disetujui dan menguji, memulai, serta menggunakan sistem yang baru atau sistem yang diperbaiki untuk menggantikan sistem yang lama. Tahapan dalam membuat suatu sistem haruslah dijelaskan terlebih dahulu langkah atau tahapan dari sistem yang akan dirancang, sehingga dapat tercapai sistem yang diharapkan atau yang diinginkan. Tahapan yang dilakukan dalam pembuatan sistem ini terdiri dari : 1. Persiapan Pada tahap ini dilakukan persiapan, yaitu menganalisa masalah yang ada dan yang akan diproses, masalah yang penulis bahas dalam hal ini adalah masalah mengenai rancang bangun mini mikrohidro sebagai pembangkit sederhana dengan pemanfaatan air kran wudu otomatis 2. Pembuatan Program Pada tahap ini merupakan proses untuk penyusunan atau pembuatan program, dengan tujuan supaya alat yang akan dibuat dapat bekerja seperti yang diinginkan atau diharapkan. Pada kasus ini penulis menggunakan software Arduino IDE versi 1.8.5 untuk membuat program dan juga memrogramnya. 3. Pengujian Program Pada tahap ini, pengujian program bertujuan intuk mengetahui apakah program yang telah dibuat sudah dapat berjalan atau di running pada software Arduino IDE yang ditandai dengan tersambungnya arduino dengan alat. 4. Pengujian Alat Pada tahap ini pengujian alat bertujuan untuk mengetahui apakah alat yang telah dibuat sudah sesuai dengan fungsi yang diinginkan atau diharapkan, yaitu sebagai pembangkit mini mikrohidro. 5. Analisa Pada tahap ini akan dilakukan proses analisis mengenai data yang diperoleh dari generator seperti berapa tegangan yang dihasilkan ketikaorang berwudu, berapa lama lampu bertahan dengan kondisi baterai yang ada. 2.4 Pengujian Sistem / Alat Setelah seluruh bagian hardware dan program dari sistem telah sepenuhnya selesai dibuat, langkah selanjutnya yaitu melalakukan tahap pengujian alat dengan tujuan apakah alat sudah sesuai dengan rancangan yang telah diterapkan. Pengujain alat dimulai dari menghubungkan alat ke laptop untuk menjalankan yang sudah dibuat, selanjutnya pembacaan dari alat seperti sensor ultrasonic, kemudian dari generator mengeluarkan tegangan atau tidak. Tabel 3 Hasil Pengujian Generator Tanpa Beban Dan Debit Air No Percobaan ke-1 Percobaan ke-2 Percobaan ke-3 Percobaan ke-4 Percobaan ke-5 Tegangan Debit Volume Waktu (V) (L/dtk) (L) (menit) 7,23 0,15 9 1 7,03 0,14 8,8 1 6,80 0,14 8,6 1 6,50 0,13 8 1 6,23 0,12 7,5 1 Gambar 2 Grafik Hasil Pengujian Generator Tanpa Beban Dan Debit Air Dari hasil percobaan tersebut dapat dikatakan semakin banyaknya debit air generator, maka energi listrik yang dihasilkan akan semakin besar. Hal ini sesuai dengan energi potensial yang dimilikinya. Makin besar energi potensial benda berarti semakin besar pula energi listriknya. Tabel 4 Hasil Pengujian Generator Dengan Beban No Percobaan ke-1 Percobaan ke-2 Percobaan ke-3 Percobaan ke-4 Percobaan ke-5 Tegangan Arus (V) (A) 2,78 0,03 2,50 0,02 2,20 0,01 2,01 1,88 - Percobaan selanjutnya generator disambungkan ke beban yaitu pengisian pada baterai, percobaan ini dilakukan 5x dengan rata-rata orang berwudu 1 menit. Tabel 5 Hasil Pengujian Modul Step up Tegangan No (V) 1 2 3 4 5 2,78 2,68 2,66 2,62 2,56 Tegangan sesudah Arus step up (A) (V) 0,15 0,02 0,14 0,02 0,14 0,01 0,13 0,01 0,12 - Dari tabel diatas modul step up sudah di kalibrasi sehingga menghasilkan tegangan yang diinginkan. Gambar 3 Grafik Hasil Pengujian Modul Step Up Tabel 6 Hasil Pengujian Baterai Tegangan Tegangan Tegangan Lama waktu No Awal Batrai Hasil Wudu (V) (V) (V) (menit) 1 3,76 2,56 2,57 1 2 3,69 2,44 2,45 1 3 3,68 2,45 2,46 1 4 3,59 2,46 2,47 1 5 3,58 2,47 2,47 1 Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui apakah generator dapat mengisi baterai atau tidak, tegangan awal didapat dari tegangan generator setelah melewati modul step up. Hasil dari tabel dapat dilihat bahwa dalam 1 menit orang berwudu dapat mengisi baterai 0,01 V. Tabel 7 Hasil Pengujian Tegangan, Arus dan Daya Pada Baterai No 1 2 3 Tegangan Arus Daya Baterai (A) (Watt) (V) 5.03 0,05 0,25 4.89 0,05 0,24 4.65 0,04 0,18 Gambar 4 Grafik Hasil Pengujian Tegangan, Arus dan Daya Pada Baterai Ketika sensor 2 atau sensor atas mendeteksi obyek maka sensor akan mengirimkan sinyal dan relay akan berubah posisinya menjadi normally close sehingga lampu menyala, kemudian saat yang bersamaan sensor bawah atau sensor 1 mendeteksi gerakan maka servo akan membuka kran. Dari hasil pengujian kedua sensor tersebut bekerja dengan baik sesuai perintah, ketika sensor 1 mendeteksi obyek di bawahnya melebihi batas ketentuan yaitu 10 cm, maka secara otomatis servo tidak aktif, dan akan aktif ketika mendeteksi obyek <10cm bisa diliat gambar diatas, kemudian juga ketika sensor 2 mendeteksi obyek dibawahnya melebihi batas ketentuan yaitu 30 cm maka lampu mati dan akan menyala jika sensor mendeteksi obyek <30 cm. Tabel 8 Hasil Uji Sensor 1 No. 1 2 3 4 5 Jarak (cm) 170 20 14 9 3 Keterangan Servo mati Servo mati Servo mati Servo aktif Servo aktif Tabel 9 Hasil Uji Sensor 2 No. 1 2 3 4 5 Jarak (cm) 170 20 14 9 3 Keterangan Lampu mati Lampu aktif Lampu aktif Lampu aktif Lampu aktif BAB III PENUTUP 3.1.KESIMPULAN Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah salah satu sumber energi terbarukan yang mempunyai potensi begitu besar untuk dikembangkan di Negara Indonesia. PLTMH, merupakan penghasil tenaga listrik dengan skala kecil yang mengguankan tekanan air sebagai penggerak contoh saluran irigasi, sungai atau air terjun alam denggan cara memenfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air. Tenaga mikrohidro dalam pembahasan makalah ini yaitu berupa implementasi pada aliran air tempat wudhu pada setiap masjid, meskipun nantinya hasil tenaga yang dihasilkan sangat kecil, tetapi tetap mempertimbangkan syarat adanya PLTMh yaitu ketinggian air agar adanya tekanan yang maksimal pada generator untuk menghasilkan energy yang maksimal juga. Dengan adanya sumber listrik dan inovasi ini, diharapkan dapat melancarkan air yang digunakan dalam tempat air wudhu serta meminimalisir penggunaan listrik di masjid ataupun mushola. DAFTAR PUSTAKA Wahyuni, R. (2015). Pemanfaatan Mikrohidro Sebagai Solusi Mengatasi Krisis Energi Di Indonesia. (Universitas Tanjungpura) Diakses pada 19 Maret 2022. https://www.academia.edu/19815978/makalah_PLTMH Apriansyah, Fajar (2016). “Rancang Bangun Pembangkit Listrik Mikrohidro (PLTMH) Pada Pipa Saluran Pembuangan Air Hujan Vertikal”. Skripsi, S.T, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom. Bandung. Admin. (2017). “Berbagai Manfaat Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)”. Makasar: BP2LHK Makasar. Rizki, A. N. (2018). “Rancang Bangun Mini Mikro Hidro Sebagai Pembangkit Sederhana Dengan Pemanfaat Arus Air Kran Wudu”, p. 15. Barus, S. et al. (2020). “Rancang Bangun Pemanfaatan Aliran Tandon Air Gedung Bertingkat Sebagai Pembangkit Listrik Mikro Hidro”, Social Sciences Engineering & Humanoria, pp. 545–557.