Skripsi  yang  berjudul  “Prototipe  Pembangkit  Listrik  Tenaga Air  Memanfaatkan  Teknologi  Sistem  Pipa  Kapiler”  membahas tentang  analisa  dan  percobaan  tentang  proses  naiknya  fluida dari  bawah  menuju  ke  atas  dan  pembuatan  prototipe pembangkit listrik tenaga air. Proses naiknya fluida ini merujuk pada proses transportasi pada tumbuhan yang terjadi pada akar, batang  dan  daun.  Pada  percobaan  yang  telah  dilakukan  dengan memvariasikan  ketinggian  (75  cm,  90  cm,  105  cm,  120  cm,  135 cm, 150, 165 cm dan 180 cm)  dan diameter pipa (Ф 2 mm, Ф 6 mm,  Ф  8  mm)  maka  didapatkan  hasil  percobaan  berupa  debit, kecepatan  fluida  didalam  pipa  dan  laju  aliran  massa  fluida kemudian  dilakukan  perhitungan  daya  listrik  pada  alternator. Setelah  percobaan  dan  analisa  data  telah  dilakukan  maka dilakukan perancangan prototype pembangkit listrik tenaga air.
Kata  Kunci —Pipa  Kapiler,  Naiknya  Fluida,  Tinggi  Pipa Kapiler, Diameter Pipa Kapiler, Pembangkit Listrik.

## PENDAHULUAN
NERGI listrik merupakan kebutuhan utama bagi manusia. Energi  Listrik  digunakan  dalam  kehidupan  masyarakat yang  hanya  berkapasitas  rendah  sampai  ke  dunia  Industri dalam  jumlah  yang  sangat  besar.Namun  penggunaan  energi listrik  yang  berasal  dari  Pembangkit  Listrik  Negara  (PLN) berbahan  bakar  minyak,  batubara  dan  gas  alam.  Bahan  bakar tersebut  merupakan  energi  fosil  dimana  energi  tersebut merupakan  energi  yang  tidak  dapat  diperbaharui  dan  akan habis jika terus digunakan.
Banyak  sekali  inovasi  yang  dibuat  untuk  menciptakan sumber  energi  yang  dapat  diperbaharui  seperti  Pembangkit Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS),  Pembangkit  Listrik  Tenaga Gelombang Laut (PLTGL), Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTG) dan Pembangkit Listrik Tenaga Suara (PLTS).
Inovasi  sumber  energi  listrik  yang  akan  dibuat  pada  Tugas Akhir ini adalah pembuatan prototipe pembangkit listrik yang memanfaatkan  naiknya  fluida  melalui  pipa  kapiler  di  batang tumbuhan yang aliran airnya berasal dari akar menuju batang, mengalir naik terus menuju daun serta kembali lagi dari daun menuju ke bawah tanah sehingga sifat fluidanya berotasi. Dari peristiwa  naik  dan  turunnya  air  pada  tumbuhan,  maka dibuatkan  protipe  yang  mengacu  pada  proses  naiknya  air  ke atas secara natural. Air yang berada di atas ditampung ke bak kemudian  disalurkan  untuk  menggerakkan  baling  -  baling pada generator sehingga menghasilkan listrik

## METHODOLOGI
Metodologi  yang  digunakan  dalam  pengerjaan  yang berjudul  “Prototipe  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air
Memanfaatkan Teknologi Sistem Pipa Kapiler adalah sebagai berikut

## A. Identifikasi dan Perumusan Masalah
Dimulai dengan mengidentifikasi dan merumuskan masalah mengenai  pengerjaan  yang  akan  dilakukan  dan  juga  batasan masalahnya.  Pengidentifikasian  dan  perumusan  ini  dilakukan untuk  menyederhanakan  masalah  sehingga  memudahkan pengerjaan dan penyelesaian penulisan skripsi.

## B. Studi Literatur
Pengumpulan  bahan  pustaka  seperti  proses  yang  terjadi pada  pipa  kapiler  dan  fluida  cair  yang  bersumber  dari  buku, artikel,  paper  dan  internet  sedangkan  tempat  pencarian literatur  mengenai  desain  prototipe  pembangkit  listrik  tenaga air  memanfaatkan  teknologi  sistem  pipa  kapiler  dibeberapa tempat,  diantaranya  Perpustakaan  Pusat  ITS , Ruang  Baca FTK , Ruang  Baca  Jurusan  Teknik  Sistem  Perkapalan , Laboratorium Mesin Fluida dan Sistem Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK.

## C. Penentuan Spesifikasi Teknis Komponen
Pada tahapan ke tiga ini, sebelum melakukan percobaan dan pembuatan  alat  maka  dilakukan  penentuan  spesifikasi komponen untuk dapat menunjang percobaan dan perancangan yang akan dilakukan.

## D. Pembuatan Model Percobaan
Pembuatan  prototype  percobaan  ini  mengacu  pada  proses naiknya fluida pada tumbuhan mulai dari akar lalu menuju ke batang  dan  naik  ke  atas  menuju  ke  daun.  Proses  transportasi tumbuhan  ini  disebabkan  oleh  tekanan  akar,  daya  kapilaritas batang  dan  daya  hisap  daun.  Tiga  proses  inti  inilah  maka dibuatkan perancangan sebuah alat yang mengacu pada proses transportasi  tumbuhan  tersebut  sehingga  fluida  dapat  naik  ke atas  secara  natural  tanpa  adanya  energi  tambahan  seperti pompa.

## E. Percobaan
Pelaksanaan dilakukan di dalam ruangan sehingga suhunya merupakan  suhu  ruang  27 0 C.  Langkah  -  langkah  percobaan sebagai berikut
1. Mempersiapkan  alat  ukur  seperti  penggaris,  busur, stopwatch , tachometer dan multitester.
2. Variasi jumlah dan volume dari bak hisap, bak penampung fluida.
3. Variasi ukuran panjang dan diameter pipa kapiler.
4. Karakteristik dari fluida yang digunakan.

## Prototipe Pembangkit Listrik Tenaga Air Memanfaatkan Teknologi Sistem Pipa Kapiler
Yogo Pratisto, Hari Prastowo, Soemartoyo WA
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
e-mail : yogopratisto@gmail.com, hariprastowo@gmail.com
E

## Gambar 1 Alat Percobaan

## F. Pengumpulan Data Percobaan
Setelah dilakukan percobaan maka percobaan yang berhasil karena  fluida  naik  ke  atas  secara  natural  diambil  data  -  data percobaan seperti
1. Diameter pipa kapiler
2. Ketinggian pipa kapiler
3. Jenis fluida
4. Debit fluida
5. Jumlah dan ketinggian bak hisap
Dari  data  -  data  tersebut  maka  didapatkan  alat  percobaan yang  terbaik  untuk  digunakan  dalam  perancangan  alat Pembangkit Listrik Tenaga Air.

## G. Analisa Data Percobaan
Pada  tahapan  analisa  data  percobaan,  data-data  yang  telah dikumpulkan  dan  prototipe  yang  sudah  dirancang  nantinya akan dianalisa sesuai teori yang ada.

## H. Perancangan Alat
Setelah percobaan selesai maka dilakukan perancangan alat Pembangkit Listrik. Desain peralatan sebagai berikut

## I. Pengumpulan Data Perancangan
Setelah  dilakukan  perancangan  alat  Pembangkit  Listrik Tenaga Air maka diambil data - data percobaan seperti 1. Jumlah model percobaan yang dibutuhkan
2. Daya yang dihasilkan

## J. Analisa Data Perancangan
Pada tahapan analisa data perancangan, data-data yang telah dikumpulkan  dan  prototipe  yang  sudah  dirancang  nantinya akan dianalisa sesuai teori yang ada.

## Tabel 1 Aliran fluida percobaan

## K. Kesimpulan dan Saran
Pada  tahapan  kesimpulan  ini  diharapkan  dapat  menjawab tujuan  dari  percobaan  yang  telah  dilakukan.  Kemudian diberikan  pula  saran  sesuai  desain  yang  ada.  Maka  dengan saran  tersebut  diharapankan  dapat  memperbaiki  penelitian serupa selanjutnya.

## ANALISA DATA

## A. Analisa Alat Percobaan
Alat  percobaan  yang  fluidanya  dapat  naik  ke  atas  dan kembali  lagi  ke  bawah  secara  natural  tanpa  adanya  pompa berdasarkan percobaan “Helon Fountain” (Lihat Gambar 1).
Pada  perancangan  percobaan  diatas,  botol  A,  B  dan  C disusun  seperti  diatas  dengan  volume  botol  A  dan  B  sebesar 1,5 liter sedangkan botol C sebesar 0,75 liter. Botol A sebagai reservoir  sehingga  botol  A  berhubungan  dengan  udara  luar dengan tekanan 1 atm. Botol B berisi air dengan volume fluida air  1  liter  dan  udara  0,5  liter  sedangkan  botol  C  berisi  udara dengan  volume  1,5  liter.  Aliran  fluida  di  perancangan percobaan ini sebagai berikut (Lihat Tabel 1)
B. Pengambilan  Data  Ketinggian  Selang,  Diameter  Selang, Jenis  Fluida,  Debit,  Kecepatan  Fluida  di  Pipa  dan  Laju Aliran Massa
Proses  pengambilan  data  untuk ketinggian  selang menggunakan  penggaris  dan  waktu  menggunakan stopwatch . Jenis  fluida  yang  digunakan  adalah  air  dan  oli  (massa  jenis 1000  kg/  m 3 dan  massa  jenis  oli  1200  kg/  m 3 ).  Setiap pengambilan  pada  alat  percobaan  dilakukan  secara  teliti  dan berulang  –  ulang  agar  mendapatkan  hasil  data  yang  akurat. Sedangkan untuk mendapatkan debit menggunakan persamaan berikut
Fluida diisi ke botol A
(0,1 liter)
Fluida dari A ke C
Fluida masuk ke C dan udara dari C masuk ke B Fluida dari B menuju A AC BC AB
Tabel 2 Pada Diameter 2 mm
Tabel 3 Pada Diameter 6 mm Tabel 4 Pada Diameter 8 mm Dimana, Q = debit (m 3 /s) V = volume (m 3 ) t = waktu (sekon)
Kemudian dilakukan perhitungan kecepatan fluida di dalam pipa kapiler. Persamaannya sebagai berikut
Dimana, v = kecepatan fluida di dalam pipa (m/s) Q = debit (m 3 /s) A = luas penampang pipa (m 2 ) = πr 2
Setelah  mengetahui  nilai  dari  kecepatan  di  dalam  pipa kapiler  yang  berhubungan  dengan  debit  fluida  dan  luas permukaan  pipa  kemudian  dilakukan  perhitungan  laju  aliran massa  fluida.  Perhitungan  ini  dilakukan  untuk  mengetahui berapa  banyak  massa  yang  mengalir  pada  kecepatan  tertentu yang  akan  menabrak  sudu  pada  turbin.  Laju  aliran  massa merupakan  hasil  perkalian  antara  massa  fluida  (air  atau  oli), luas  penampang  pipa  dan  kecepatan  fluida  di  dalam  pipa sehingga persamaan laju aliran massa fluida sebagai berikut =
dimana,
= laju aliran massa fluida  (kg/s) ρ = massa jenis (kg/m 3 ) A = luas permukaan pipa
(m 2 )
v = kecepatan fluida (m/s)
data percobaan dan analisa data sebagai berikut (Lihat Tabel 2, 3, dan 4).
Tabel 5 Pada Diameter 2 mm pada Fluida Oli
Tabel 6 Pada Diameter 6 mm pada Fluida Oli
Tabel 7 Pada Diameter 8 mm pada Fluida Oli
Untuk  percobaan  dan  analisa  pada  fluida  jenis  oli  dengan viskositas dan massa jenis fluida yang lebih besar daripada air adalah sebagai berikut (Lihat Tabel 5-7 )
Setelah  data  percobaan  maka  didapatkan  hasil  hubungan antara ketinggian pipa dengan debit, kecepatan dan laju aliran massa sebagai berikut (Lihat Grafik 1 dan 2).

## C. Perhitungan Daya Listrik
Setelah  mengetahui pengaruh ketinggian terhadap diameter pipa,  debit,  kecepatan  dan mass  flowrate maka  selanjutnya dilakukan  perhitungan  daya  listrik  yang  mengacu  pada  jurnal “Pengaruh  Jarak  dan  Ukuran  Nozzle  pada  Putaran  Sudu terhadap  Daya  Listrik  Turbin  Pelton”  oleh  Dr.  Sri  Purnomo Sari,  S.T,  M.T  dan  Rendi  Yusuf.  Data  sebagai  berikut  (Lihat Tabel 8)
Sebelum  dilakukan  perhitungan  daya,  maka  dilakukan pengukuran tinggi minimum dari tinggi input (h input) menuju ke tinggi output (h out). Maka didapatkan,
a. Jarak  nozzle  terhadap  sudu  turbin  peleton  adalah  9 cm.
b. Diameter sudu turbin peleton adalah 20 cm, maka jari
– jarinya sebesar 10 cm.
c. Tebal daun sudu sebesar 1 cm
d. Bak penampung air mempunyai ketinggian 10 cm
e. Bak  penampung  air  dari  turbin  mempunyai ketinggian 5 cm.
Total minimum ketinggian sebesar 200 cm sehingga h out min = h in + 35 cm h out min = 66 + 35
h out min = 101 cm
Grafik 1 Hubungan Tinggi dan Debit pada Air
Grafik 2 Hubungan Tinggi dan Debit pada Oli
Jadi  tinggi  minimum output sebesar  101  cm.  jika  kurang dari 101 cm maka tinggi output pada variasi percobaan untuk fluida air maupun oli tidak dapat digunakan.
Dari  data  tersebut  maka  dilakukan  pengkalibrasian  data mulai  dari  diameter  2  mm,  6  mm  dan  8  mm  serta  variasi ketinggian 75 cm sampai 180 didapatkan data bahwa diameter dan  ketinggian  yang  sesuai  adalah  8  mm  dan  ketinggian  105 cm.  sehingga  jumlah  pipa  kapiler  yang  dibutuhkan  sebagai berikut (Lihat Tabel 9)

## D. Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Air
Setelah  melakukan  percobaan  dan  analisa  data  serta spesifikasi  alat  pada  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air  maka desain  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air  sebagai  berikut  (Lihat Gambar 2)

## KESIMPULAN
Kesimpulan  yang  dapat  diambil  pada  Tugas  Akhir  yang berjudul  “Prototipe  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air Memanfaatkan Teknologi Sistem Pipa Kapiler” adalah 1. Ketinggian, diameter dan jeni pipa kapiler
2. menggunakan  diameter  yang  berukuran  kecil  (2  mm,  6 mm,  8  mm)  sehingga  debit  yang  dihasilkan  kecil.  Debit terbesar  pada diameter  8  mm  sebesar  16,4  x  10 -6 Liter/m 3
dengan tinggi 105 cm. namun pada diameter lebih dari 10 mm, fluida tidak dapat naik.
Tabel 8 RPM dan Daya pada Turbin Pelton
Tabel 9 RPM, Daya dan Total setelah dikalibrasi

## Gambar 2 Pembangkit Listrik
3. Pipa  kapiler  yang  cocok  untuk  pembuatan  pembangkit listrik  tenaga  air  menggunakan  diameter  8  mm  dengan ketinggian  105  cm.  Jumlah  pipa  kapiler  mempengaruhi debit,  kecepatan  fluida  di  pipa  kapiler, mass  flowrate , RPM dari turbin dan daya dari generator.
4. Pipa  yang  digunakan  adalah  33  buah,  debit  16,4  x  10 -6
Liter/m 3 , kecepatan fluida di dalam pipa 0,33 m/s dan mass flowrate 1,6 x 10 -2 serta ukuran dimensi pembangkit listrik 4 meter x 2 meter dengan hasil 5 watt.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Thamrin,  Abdul  Jamal.  Rahasia  Penerapan  Rumus  – Rumus Fisika SMA. Gitamedia Press. 2005
[2]. K  Adi  Gunawan,  Roeswati.  Tangkas  Fisika  -  IPA  SMU. Kartika. 2010
[3]. Purnomo,  Sari;  Yusuf  Rendi.  Pengaruh  Jarak  dan  Nozzle Pada Putaran Sudu Terhadap Daya Listrik Turbin Pelton”.
[4]. Fitriani, Alivia. Transpirasi pada Tumbuhan. http://blog.uad.ac.id/aliviaff/. 24 Januari 2014.
[5]. Hanafie,  Jahja;  Hans  de  Tongh.  Teknologi  Pompa Hidraulik Ram. 1979
60 110 160 210 0,00E+00 1,00E-05 2,00E-05 3,00E-05 Ti n gg i (c m ) Debit (m 3 /s)
Perbandingan Tinggi Output (H out) dan Debit (Q) pada Air Ф 2 mm Ф 6 mm Ф 8 mm 70 90 110 130 150 0,00E+00 5,00E-06 1,00E-05 1,50E-05 tingg i o u tp u t (h o u t) Debit (m3/s) Perbandingan Tinggi Output (Hout) dan Debit (Q) pada Oli Ф 2mm Ф 6mm
Ф 8mm
[6]. Heron. Heron Fountain by Adam. http://www.youtube.com/watch?v=n0DPKFCqTNY. 28
Desember 2013