PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA TURBIN MINIATUR

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.   Latar Belakang Masalah

 Dalam kehidupan sehari – hari kita sering sekali menggunakan energy listrik, baik itu dari hal yang paling kecil sampai hal yang paling besar, dari lingkungan keluarga hingga perusahaan yang besar semuanya memerlukan energy listrik. Namun energy litrik yang kita gunakan sekarang adalah energy listrik yang menggunakan tenaga nuklir atau di sebut PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir) yang merupakan energy yang tidak dapat diperbaharui atau terbarukan. Maka oleh karena itu, kita menyadari bahwa jika energy tersebut dapat habis , hendaknya kita menghemat penggunaan listrik dalam aktivitas sehari – hari agar kelak dapat dinikmati juga oleh generasi setelah kita.

Di dunia ini sedikit sekali negara yang menggunakan energy alternative sebagai kebutuhan pokoknya, kebanyakan dari negara di dunia terfokus pada sektor energy, minyak bumi dan gas, yakni dengan mengambil energy dari bahan – bahan fosil yang sangat terbatas jumlah dan lama-kelamaan akan habis. Seiring berkembangnya zaman, disebabkan karena energi fosil yakni nuklir itu dapat habis dan tidak dapat diperbaharui maka dalam hal ini kita perlu energy alternative yang dapat menggantikan energy nuklir yang cepat habis tersebut dengan energy yang alternative yang dapat diperbaharui. Oleh karena itu, karena negara kita  Indonesia tercinta merupakan negara yang kaya akan Sumber Daya Alam (SDA) jangan sampai kita terlena dengan anugerah terindah dari Tuhan ini. Sebagai rasa syukur kita harus memanfaatkan wilayah peraiaran kita sebagai salah satu energy alternatif, seperti wilayah sungai dan air terjun yang merupakan salah satu objek yang tepat untuk memasang PLTA dengan bantuan turbin agar Indonesia tetap kaya hingga tujuh turunan. Sehingga dengan adanya PLTA ini maka kita dapat mengurangi krisis sumber daya alam yang kelak akan terjadi kepada generasi setelah kita, entah kapan itu, namun yang pastinya hal itu akan terjadi jika mulai saat ini kita tidak mencintai alam dan melestarikannya.

1.2.   Rumusan Masalah

Adapun berdasarkan latar belakang di atas dalam hal ini kami akan mengangkat sebuah terapan dari fisika atau Fisika Terapan yang berupa model Pembangkit Listrik Tenaga Air atau yang disingkat dengan PLTA, dengan rumusan masalah sebagai berikut :

-           “ Bagaimana energy alternative yang dapat dikembang di Indonesia agar indonesia tetap menjadi negara yang kaya akan sumber daya alam, energy, minyak bumi dan gas?”

-          “Bagaimana mekanisme dan prinsif kerja dari Miniatur Pembangkit Listrik Tenaga Air tersebut dengan menggunakan turbin?”.

1.3 Tujuan    

1.      Mahasiswa dapat mengetahui dan memahami permasalahan keterbatasan energi listrik di Indonesia?

2.      Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan tentang prinsif kerja dari Miniatur Pembangkit Listrik Tenaga Air dengan menggunakan turbin.

BAB  II

METODETOLOGI PERCOBAAN

2.1.     Pembuatan Alat

            Sebagai contoh model teknologi  sederhana adalah Miniatur PLTA .

            Model PLTA  ini adalah  aplikasi konsep induksi magnetic dan Elektronika dasar 1

 2.2.    Alat dan Bahan

1.      Papan rangkaian (Triplek) ukuran 50 x 50 cm                                                1 buah                          

2.      Model kincir air / Turbin terbuat dari

-          Plastik Fiber diameter 25 cm                                                                    1 buah

-          Sendok makan plastik                                                                               17 buah

-          Lem Plastik dan alat penembak lem                                                      secukupnya

-          Gear kecil diameter 3 cm                                                                          1 buah

3.      Bola lampu/ Lampu LED 2,5 V  sebagai indicator                                         10 buah

4.      Dinamo Sepeda sebagai motor generator                                                       1 buah

5.      Dioda                                                                                                              4 buah

6.      Kapisitor elektrolit ( 470 uF)                                                                          1 buah

7.      Solder                                                                                                              1 buah

8.      Timah                                                                                                          secukupnya

9.      Kabel kawat                                                                                                secukupnya   

10.  Pipa paralon diameter 2 cm dan panjang 6 cm                                               1 buah                                                          

11.  Model rumah dari bahan stik es krim                                                              1 buah

12.  Model ruangan pembangkit litrik dari stik es krim                                         1 buah

13.  Model lapangan sepak bola.                                                                            1  buah

14.  Model Pagar rumah dari steofoam                                                               secukupnya

15.  Model jalan raya  dengan 1 buah pertigaan                                                secukupnya

2.3.       Prosedur Pembuatan Alat

Adapun langkah percobaan atau cara membuat miniatue pembangkit listrik tenaga air ini adalah sebagai berikut :

·         Model Turbin

1.      Potonglah cocofiber atau plastic fiber menjadi lingkaran yang berdiamater 25 cm.

2.      Pada bagian pusat lingkaran plastic fiber, buatlah lubang yang pas dengan ukuran gear , dimana gear berfungsi sebagai penghubung ke dynamo.

3.      Selanjutnya susunlah sendok plastic 17 buah sendok sedemikian rupa agar terlihat seperti baling – baling yang titik pusatnya adalah gear. Gunakan lem tembak sebagai perekat sendok dengan gear.

4.      Setelah sudah selesai pemasangan sendok, tempelkan potongan pipa paralon dengan diameter 2 cm dengan panjang 6 cm pada gear kemudian rekatkan dengan lem tembak.

5.      Terkahir berikan warna pada turbin agar lebih indah dengan menggunakan cat minyak.( dalam hal ini turbin diwarnai dengan warna biru).

6.      Kemudian pasanglah turbin pada bagian cincin putar dynamo, usahakan diameter pipa sama dengan diameter cincin dynamo agar turbin dapat terpasang kuat.

·         Model Properti

1.      Potonglah triplek dengan ukuran sisinya 60 cm berbentuk persegi.

2.      Kemudian Memasang 4  kaki triplek yang  tinggi 20 cm  dengan menggunakan paku seperti kita membuat meja kecil.

3.      Membuat model jalan raya yang sesuai dengan peletakan model lapangan sepak bola, rumah dan ruangan pembangkit listrik.

4.      Membuat model rumah dari stik es krim yang ukurannya menyesuaikan tempat.

5.      Membuat model lapangan sepak bola dari kertas buffalo, agar tidak cepat rusak atau luntur.

6.      Membuat model ruangan pembangkit listrik tenaga air yang ukurannya menyesuaikan dengan posisi dynamo sepeda.

7.      Membuat model pagar yang mengelilingi lapangan bola, rumah dan ruangan pembangkit listrik.

8.      Menghiasi bagian yang kosong pada bidang dengan menaburkan  krikil kecil sebagai model batuan atau tanah.

9.      Memberikan keterangan pada model rumah,jalan raya, turbin, lapangan sepak bola dan ruangan pembangkit listrik. Agar lebih jelas  lihatlah  pada gambar berikut ini :

Gambar.1  Model Properti yang digunakan

Gambar 2. Model Lapangan Sepak Bola

Gambar.3 Bidang Miniatur

Gambar 4. Model Turbin

Gambar 5. Model Rumah

Gambar.6  Model ruangan Pembangkit Listrik

 

·         Rangkaian listrik yang diterapkan

1.     
Siapkan empat buah diode semikonduktor seperti gambar berikut :

Gambar 7. Diode yang digunakan

 

2.      Susunlah diode tersebut menjadi jembatan diode yang fungsinya sebagai penyearah arus bolak –balik dari dynamo sepeda.

3.      Kemudian, hubungkan dengan menggunakan kabel penghubung yang terbuat dari kawat menuju ke satu buah kapasitor yang bermuatan 440 uF secara seri.

4.      Kemudian hubungkan kapasitor menuju ke lampu LED secara parallel sebanyak 6 buah fungsi dari rangakaian parallel  agar arus dari dynamo dapat terbagi mengalir menuju masing – masing lampu LED.

5.      Agar kabel penghubung lebih kuat menempel pada ujung komponen, maka gunakanlah timah yang disolder sebagai perekat,

6.      Kemudian, setelah rangakaian sudah terpasang denga rapid an benar. Berikutnya hubungkanlah ujung diode menuju ke kutub positif dan negative dynamo (pengkutuban dalam Arus AC dapat diabaikan).

7.      Putarlah dynamo secara cepat dan lihatlah apakah lampu LED dapat menyala, jika sudah menyala saat diputar maka dapat dinyatakan bahwa rangkaian sudah benar , kemudian rapikan letak kabel penghubung dengan direkatkan menggunakan lakban hitam, dan adapun rangakaian yang diterapkan dalam miniature ini  seperti gambar berikut ini :

Gambar 8.  Rangakaian  elektronika yang diterapkan

R

Keterangan :

-         
R1, R2, R3, R4, R5, R6, dan R7 berperang sebagai Lampu LED yang disusun parallel

-         

Gambar 10. Bagian bawah minaitur yang tersimpan sejumlah kabel penghubung sebagai pengganti tiang listrik.

Arus yang digunakan adalah arus AC (Alternating Current)

8.      Langkah terakhir adalah pasang turbin kedalam cincin dynamo yang berfungsi sebagai model generator kemudian pastikan turbin dalam kondisi terpasang kuat dengan dynamo. Kemudian putarlah dynamo dengan depat dan lampu LED pun akan menyala.

Gambar 11. Turbin yang dihubungkan dengan dynamo sebagai model generator

2.4  Cara Menggunakan

                       Rangkaian disusun seperti pada gambar di bawah ini  :

Gambar 12.  Rancangan Miniatur PLTA

  Keterangan Gambar :  

-       Model kincir dianalogikan sebagai turbin air digerakan dengan engkol pemutar yang terbuat dari bahan plastic fiber.

-       Dinamo sepeda sebagai model generator dimanfaatkan untuk membangkitkan arus

-       Bola lampu digunakan sebagai indikator.

Cara menggunakan miniatur PLTA ini dengan cara memutar secara cepat turbin hingga lampu LED dapat menyala, atau dengan cara menembakan air secara deras menuju  turbin sehingga turbin dapat berputar secara cepat dan lampu LED pun akan menyala. Maka kita dapat melihat bahwa alat yang telah dirancang ini dapat berfungsi dengan baik. Namun jika belum berhasil maka cek apakah ada bagian yang putus atau kurang pas.

   2.5.      Prinsif Kerja                                     

            Adapun prinsif kerja dari miniatur ini menggukan prinsif kerja dari penerapan fisika yakni tentang induksi magnetic dan elektronika tentang rangkaian parallel. Adapun prinsif kerja pada miniature ini terbagi atas 2 yakni :

1.      Dinamo Sepeda sebagai model generator

Generator (dinamo) merupakan alat yang prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik. Alat ini pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday. Generator dapat dibedakan menjadi dua rnacam, yaitu generator AC dan generator DC.

Dinamo sepeda merupakan generator kecil yang dapat menghasilkan arus listrik yang kecil pula. pada Dinamo sepeda prinsip kerjanya yaitu energi gerak di ubah menjadi energi listrik .Dinamo sepeda ini hanya menyalakan lampu depan dan belakang terangnnya lampu di tentukan oleh cepatnya roda berputar yang mengakibatkan di namo juga cepat dan arus listrik juga akan besar pula . Dinamo sepeda intinya adalah sebuah magnet yang dapat berputar dan sebuah kumparan tetap. Bila roda sepeda di putar dan pada dinamo akan memutar sehingga roda akan memutar magnet, biasanya dinamo dapat menghasilakan tegangan 6 sampai 12 Volt. Jadi dengan adanya dinamo pada sepeda dapat memudahkan kita bila menggunakan sepeda bila malam hariTenaga yang digunakan untuk memutar rotor adalah roda sepeda. Jika roda berputar, kumparan atau magnet ikut berputar. Akibatnya, timbul GGL induksi pada ujung-ujung kumparan dan arus listrik mengalir.

·        
Cara Kerja Dinamo

Gambar.13.  Bagian dalam dari dinamo sepeda

     Prinsip kerja atau cara dinamo sama dengan generator yaitu mengubah energy gerak menjadi energy listrik. Cara kerjanya dynamo yakni memutar kumparan di dalam medan magnet atau memutar magnet di dalam kumparan. Bagian dinamo yang berputar disebut rotor. Bagian dinamo yang tidak bergerak disebut stator. Makin cepat gerakan roda sepeda, makin cepat magnet atau kumparan berputar. Makin besar pula GGL induksi dan arus listrik yang dihasilkan. Jika dihubungkan dengan lampu, nyala lampu makin terang. GGL induksi pada dinamo dapat diperbesar dengan cara putaran roda dipercepat, menggunakan magnet yang kuat (besar), jumlah lilitan diperbanyak, dan menggunakan inti besi lunak di dalam

Gambar. 14 Penerapan pada dynamo sepeda yang sering dilihat.

·         Formulasi dari dynamo sepeda

Menurut Faraday, besar ggl induksi pada kedua ujung kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi kumparan. Artinya, makin cepat terjadinya perubahan fluks magnetik, makin besar ggl induksi yang timbul.Adapun yang dimaksud fluks nmgnetik adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang. Penggunaan konsep ggl induksi di antaranya digunakan pada generator dan transformator. Arus listrik dapat terjadi karena perubahan garis-garis gaya/fluks magnet pada suatu kumparan/lilitan. Menurut Faraday, perubahan fluks magnet pada suatu kumparan akan menghasilkan gaya gerak listrik Induksi (GGL Induksi).

            Besarnya GGL Induksi ini dapat dirumuskan menggunakan persamaan umum sebagai berikut.

                        ε = - N [dφ/dt]…………..(1)

            Dimana :

            ε = ggl Induksi (volt)

            N = jumlah lilitan

            dφ/dt = Laju perubahan fluks magnet (Wb/s)

Tanda negatif (-) pada Hukum Faraday Tersebut dipakai untuk menunjukkan arah arus listrik induksi yang sesuai dengan Hukum Lenz yang menyatakan bahwa arah arus induksi dalam suatu penghantar menghasilkan medan magnet yang melawan perubahan garis gaya yang menimbulkannya.

Gambar.15  Penerapan Induksi elektromagnetik di dalam sebuah dynamo.

Induksi elektromagnetik banyak digunakan untuk mengubah energi kinetik menjadi energi listrik sepeti dalam dinamo sepeda. Dinamo dibedakan dalam dinamo arus bolak balik dan dinamo arus searah. Dinamo pada dasarnya terdiri dari sebuah kumparan yang berputar dalam medan magnet. Kedua ujung kawat dihubungkan menggunakan dua buah cincin tembaga yang disekat satu sama lain. Pada masing-masing cincin diletakan karbon yang akan menjadi penghubung rangkaian dalam dinamo dengan luar dinamo. Adapun persamaan yang digunakan dalam induksi elektromagnetik dari sebuah dynamo dengan persamaan khusus dari persamaan 1 yakni:

…………………(2)

Dimana : Gerak gaya listrik (Volt)

               Jumlah lilitan pada kumparan

            Induksi Magnetik (Tesla)

                                                Kecepatan Sudut (rad/s)

                                                Besar sudut antara engkol kumparan saat diputar(^O)

GGL yang timbul dari dinamo bersifat bolak balik, sehingga arus yang timbul juga arus bolak-balik. Arus bolak balik atau alternating current sering disingkat sebagai AC. Dinamo arus bolak balik dapat diubah menjadi dinamo arus searah. Pengubahan dilakukan dengan menggunakan dua cincin belah yang disekat satu sama lain. Cincin belah tersebut disebut komutator. Komutator antara lain digunakan dalam motor listrik (elektromotor).

2.      Prinsip Elektronika dalam Miniatur Pembangkit Listrik Tenaga Air

Gambar.17.  Rangkaian yang diterapkan dalam miniatur PLTA dimana R dianalogika sebagai lampu LED.

Persamaan yang terdapat dalam rangakain secara elektronika:

-          Untuk arus yang mengalir  didapat dengan hukum ohm secara umum yakni:

V =I.R atau I = ………(3)

Dimana : I = kuat arus (A); V = Tegangan (Volt) ; dan R = Hambatan (Ohm)

-          Karena hambatan yang diterapkan disusun secara parallel maka menggunakan persamaan :

…………(4)

-          Dalam rangakaian yang digunakan terdapat jembatan dioda yang merupakan rangkaian penyearah .

-          Dalam rangkaian terdapat kapasitor yang merupakan penghambat atau komponen pasif agar arus yang masuk ke dalam rangakaian tidak terlalu besar sehingga dapat menghidupkan lampu LED. Adapun persamaan yakni :

C = Q/V; ……..(5)

Dimana : Q = muatan listrik didapat dari Q = I/t ; V = tegangan dynamo

-          Besar nilai kapasitor yang digunakan adalah 470 uF.

-          Untuk nilai tegangan atau beda potesial pada sebuah dynamo sepeda adalah 6 – 12  volt.

-          Adapun besar kuat arus yang telah kami ukur dengan multimeter digital sebesar 0,25 A.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

            Berdasarkan paparan tentang minaitur pembangkit listrik di atas dapat diambil beberapa simpulan yang dikaitkan dengan tujuan pembuatan alat ini:

1.      Di Indonesia yang merupakan negera yang berpotensi besar untuk membangun beberapa pembangkit listrik tenaga air. Hal ini terlihat dari potensi air yakni berupa air terjun dan sungai yang begitu deras, apalagi dengan ditambahnya Kalimantan selatan sebagai pulau seribu sungai. Sehingga hal ini tidak menutup kemungkinan untuk membuat Indonesia lebih maju lagi dengan menggunakan energy alternative yang berasal dari alam ciptaan Tuhan YME.

2.      Dynamo sepeda merupakan salah satu genarato arus AC yang sering dijumpai, konsep yang diterapkan dalam dynamo sepeda adalah mengubah energy gerak menjadi energy listrik dengan persamaan :

Energy gerak = Energi Listrik

Ek Rotasi =  V.I.t

Dalam miniature ini dynamo sepeda di analogikan sebagai generator yang dipasangkan sebuah turbin agar dapat berputar jika dialiri arus sungai atau air

3.     
Dalam miniature PLTA menggunakan prinsip dari elektronika yakni jembatan diode yang berfungsi sebagai penyearah atau mengubah arus AC menjadi arus DC dengan menggunakan diode semikonduktor sebanyak empat buah dan satu buah kapasistor sebagai penghambat agar arus yang masuk tidak terlalu besar.

4.       Adapun kendala yang kami hadapi dalam membuat miniatur pembangkit listrik tenaga air ini yakni ;Kesulitan dalam membuat model turbin, adapun turbin yang kami pakai adalah model turbin tanpa karet penghubung atau gear penghubung seperti turbin yang sebenarnya, sehingga hal ini membuat turbin kurang maksimal berfungsi, karena langsung dipasang pada cincin dinamo, lalu pada saat turbin dipasang pada cincin lampu tidak menyala disebabkan karena faktor model turbin yang kurang cocok, bukannya hanya itu saja, penyebab lainnya adalah rangkaian yang terlalu banyak cabang sehingga membuat arus terlalu terbagi-bagi, dan perlu putaran yang cepat pada dinamo agar lampu LED bisa menyala.

3.2  Saran

Dalam hal ini kami sebagai tim pembuat miniature PLTA  memberikan saran yakni untuk ke depannya semoga alat yang kami buat ini dapat bermanfaat di masa yang akan datang khususnya bagi para generasi penerus dan perlu diingat bahwa alat ini masih jauh dari yang namanya kesempurnaan, Oleh karena kami memohon kritik yang membangun dalam penyempurnaan alat ini berikutnya.

DAFTAR PUSTAKA

Arsyad, Azhar. 2003. Media Pembelajaran.  Jakarta : Raja Grafindo Persada di posting oleh m_win_afgani di http://muhammad_win-afgani.blogspot.com/2008/02/mediapembelajaran.html
 
Hilman, Asep ;  Penggunaan Media Pendidikan dalam PBM ;   Kelompok KORPRI Direktorat Pendidikan Menengah Umum  ;  1992.

Kanginan, Marthen. 2006. Fisika Untuk SMA Kelas XI 2B KTSP2006. Jakarta : Erlangga