Pemodelan Pltmh Skala Kecil

PEMODELAN PLTMH SKALA KECIL DALAM MODEL ALIRAN 2 - TANGKI DENGAN MENGGUNAKAN MATLAB – SIMULINK 7.0.4

A. LATAR BELAKANG Pemodelan merupakan upaya yang sangat penting baik untuk mengetahui perilaku maupun untuk mengatur suatu sistem. Dengan model orang dapat menjelaskan bagaimana suatu sistem berperilaku. Bahkan orang juga dapat meramalkan apa yang akan terjadi pada sistem tersebut tanpa melakukan simulasi pada sistem yang sesungguhnya. Dengan adanya model maka biaya untuk menganalisa dan memperbaiki sistem menjadi sangat murah dan Jidak beresiko tinggi. Pada dasarnya pemodelan dilakukan untuk dua tujuan yang berbeda yaitu pemodelan untuk mengetahui perilaku suatu sistem dan pemodelan untuk perancang suatu system pengatur. Pemodelan untuk merancang suatu sistem pengatur biasanya dilakukan dengan banyak penyederhanaan yang hanya memperhatikan masukan, keluaran dan gangguan yang ada. Parameterparameter lain yang tidak berhubungan langsung dengan ketiga parameter tersebut diabaikan atau dianggap konstan. Pemodelan untuk maksud ini dilakukan melalui analisa dinamik atau melalui

uji eksperimen dengan

mengukur masukan dan keluaran sistem. Pemodelan untuk mengetahui perilaku sistem dibedakan menjadi dua yaitu pemodelan skala dan pemodelan dengan simulasi komputer. Model skala digunakan jika sistem yang dipelajari sangat komplek sehingga sulit dirumuskan secara detail dan teliti. Pemodelan dari sistem yang lebih

sederhana dapat dinyatakan dalam bentuk rumusan matematik. Model ini biasanya diselesaikan dengan simulasi komputer karena melibatkan banyak perhitungan yang harus dilakukan (iterasi). Perkembangan ilmu computer dengan berbagai inovasi telah memberikan kontribusi yang cukup berarti bagi kemajuan perkembangan ilmu pengetahuan yaitu dengan adanya software – software yang dirilis, serta dapat membantu para peneliti, perancang serta praktisi lainnya. Hal ini dapat dilihat dengan adanya beberapa perangkat lunak yang dikembangkan oleh perusahaan – perusahaan untuk dapat digunakan sebagai pembuatan model sebuah penelitian atau rancangan sebelum dilakukan atau diaplikasikan secara nyata. Selain murah karena kita hanya melakukan dengan simulasi computer juga praktis dan efisien walaupun terkadang ada penyimpangan dengan kondisi nyata dilapangan, akan tetapi estimasi – setimasi yang dihasilkan dari pemodelan cukup membantu untuk memberikan gambaran dalam poses nyata. Salah satu software yang banyak digunakan untuk proses pemodelan adalah MATLAB yang dirilis oleh perusahan MATWORK, sebuah perusahaan yang banyak merilis software aplikasi sains. Dalam makalah ini kami membuat sebuah model PLTMH dengan mengasumsikan PLTMH sebagai

model aliran 2 (dua) tangki seri yang

kemudian disimulasikan melalui Matlab Simulink.

B. RUMUSAN MASALAH

Permasalahan yang akan dibahas dalam makalah ini adalah : –

Bagaimana model matematika sebuah PLTMH?

–

Bagaimana model simulasi PLTMH dengan menggunakan Matlab Simulink?

C. TUJUAN Tujuan dari penulisan makalah ini adalah : –

Membuat model simulasi PLTMH skala kecil dengan menggunakan Matlab Simulink serta melihat respon keluarannya.

D. BATASAN MASALAH Mengingat kompleksnya sebuah system PLTMH, sehingga dalam makalah ini kami membatasi subyek pemodelan PLTMH yaitu dengan melihat dan mengasumsikan PLTMH sebagai sebuah model aliran tangki seri dengan dua tangki. E. DASAR TEORI 1. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

Mikrohidro adalah pembangkit listrik tenaga air skala kecil (bisa mencapai beberapa ratus kW). Relatif kecilnya energi yang dihasilkan mikrohidro (dibandingkan dengan PLTA skala besar) berimplikasi pada relatif sederhananya peralatan serta kecilnya areal tanah yang diperlukan guna instalasi dan pengoperasian mikrohidro. Hal tersebut merupakan salah satu keunggulan mikrohidro, yakni tidak menimbulkan kerusakan lingkungan. Mikrohidro cocok diterapkan di pedesaan yang belum terjangkau listrik dari PT PLN. Mikrohidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu. Energi tersebut dimanfaatkan

untuk memutar turbin yang dihubungkan dengan generator listrik. Mikrohidro bisa memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar, misalnya dengan ketinggian air 2,5 m bisa dihasilkan listrik 400 W. Potensi pemanfaatan mikrohidro secara nasional diperkirakan mencapai 7.500 MW, sedangkan yang dimanfaatkan saat ini baru sekitar 600 MW. Meski potensi energinya tidak terlalu besar, namun mikrohidro patut dipertimbangkan untuk memperluas jangkauan listrik di seluruh pelosok nusantara. Sebuah skema hidro memerlukan dua hal yaitu debit air dan ketinggian jatuh (biasa disebut ‘Head’) untuk menghasilkan tenaga yang bermanfaat. Ini adalah sebuah sistem konversi tenaga, menyerap tenaga dari bentuk ketinggian dan aliran, dan menyalurkan tenaga dalam bentuk daya listrik atau daya gagang mekanik. Tidak ada sistem konversi daya yang dapat mengirim sebanyak yang diserap dikurangi sebagian daya hilang oleh sistem itu sendiri dalam bentuk gesekan, panas, suara dan sebagainya. Dalam bentuk persamaan matematis, daya yang dapat dimanfaatkan dari aliran air yaitu : Ps = ρgQH dimana : Ps = daya sumber (W) ρ = kerapatan massa air (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/dt2) Q = debit aliran (m3/dt) H = tinggi terjun (m) Potensi listrik tenaga mikrohidro dinyatakan dengan daya hasil : Ph = ht Ps dimana : Ph = daya hasil (W)

ht = effisiensi total PLTM (%) Skema sederhana pembangunan sebuah PLTMH seperti pada gambar berikut :

a b

c

Skema PLTMH: a. reservoir atau bak penenang, b. Penstock , c. Rumah turbin atau pembangkit Persamaan energi dalam sebuah aliran tertutup di berikan dalam bentuk persamaan Bernouly :

Dengan : H1 : Total energy h1 : head P1

: tekanan

γ

: berat jenis air

V1

: Kecepatan aliran

g

: gravitasi

Dengan mempertimbangkan rugi – rugi aliran maka persamaan Bernouly yang mengatur model aliran adalah :

Dimana hf dinyatakan :

dan f adalah factor gesekan ; (ESHA : 2004) 2. Model Tanki Seri

Apabila sebuah PLTMH dimodelkan sebagai 2 tangki seri maka dapat digambarkan :

Fungsi Transformasi Laplace yang mereprentasikan model aliran pada tangki seri di atas adalah :

Dengan diagram blok :

3. MATLAB MATLAB adalah bahasa canggih untuk pemrograman computer yang diproduksi oleh The Matwork, Inc. Secara umum, MATLAB dapat digunakan untuk : •

Matematika dan Komputasi

•

Pengembangan Algoritma

•

Pemodelan, simulasi dan pembuatan prototype

•

Analysis data, eksplorasi dan visualisasi

•

Pembuatan aplikasi, termasuk pembuatan antar muka grafis.

Prosedur perhitungan, visualisasi dan pemrograman dengan MATLAB sangat mudah dilakukan karena variabelnya dinatakan dalam notasi matematika biasa. Penamaan variable dalam MATLAB dilakukan secara langsung tanpa melalui deklarasi seperti PASCAL, DELPHI dan FORTRAN. Basis data dalam bentuk syntax tidak perlu dinyatakan secara khusus, sehingga memudahkan proses dalam waktu yang lebih singkat (Jamrud : 2008). Untuk pemodelan dalam MATLAB , tool box yang digunakan adalah simulink library yang menyediakan beragam bentuk model sesuai dengan desain model yang diinginkan serta bentuk respon keluaran yang dihasilkan. Dengan menggunakan pemodedalan Simulink ini akan sangat membantu dalam praktek dilapangan walaupun dalam prosesnya ada deviasi atau penyimpangan antara kondisi nyata dan model. F. METODOLOGI Metode yang digunakan dalam penulisan makalah ini adalah metode kepustakaan (library research) untuk melihat sejumlah referensi acuan serta melakukan perancangan model untuk PLTMH sebagai tanki seri dan mensimulasikannya menggunakan Matlab Simulink. Dari proses pemodelan kemudian akan dilihan respon dari parameter – parameter yang terlibat dalam

aliran tangki tersebut sebagai model dari PLTMH.Keseluruhan proses dalam pemodelan seperti dalam diagram alur berikut :

2 TANKI Tidak Ya MODEL PLTMH Eksekusi Model SERI Selesai MATEMATIKA Simulink / respon Model PLTMH

G. DESAIN MODEL 1. Rancangan Model Matematika

2. Desain Model Simulink H. HASIL DAN PEMBAHASAN

I. KESIMPULAN