Emisi gas karbon yang semakin meningkat membuat temperatur rata-rata
permukaan bumi semakin tinggi sehingga menyebabkan terjadinya perubahan
iklim. Pengembangan pemanfaatan energi air menjadi solusi dalam mengurangi
peningkatan temperatur bumi. Indonesia merupakan negara yang kaya akan potensi
energi air, yakni sebesar 94,3 GW. Oleh karena itu, Indonesia berperan penting
dalam membantu menurunkan temperatur rata-rata permukaan bumi. Akan tetapi,
pemanfaatan dari energi air di Indonesia masih tergolong rendah, yaitu sebesar
5.969,15 MW pada tahun 2019. Oleh karena itu, penggunaan energi air di Indonesia
perlu ditingkatkan dengan memanfaatkan energi air sebagai pembangkit listrik
tenaga air berskala piko atau mikro menggunakan jenis turbin Archimedes Screw
Turbine (AST).
AST merupakan turbin yang ramah lingkungan dan digunakan pada head yang
sangat rendah dan debit yang kecil sehingga sesuai dengan karakteristik sungai di
Indonesia. Oleh karena itu, penelitian ini dilakukan untuk merancang AST,
menentukan persamaan perhitungan daya AST secara teoritis, mengetahui debit air
paling efisien yang mampu dialirkan, menganalisis karakteristik torsi, daya dan
efisiensi dari AST terhadap variasi dari kecepatan putaran pada masing-masing
sudu dan sudut inklanasi. Penelitian juga dilakukan untuk mengetahui kinerja AST
terhadap variasi dari gap width. Penelitian ini dilakukan karena penelitian mengenai
AST di Indonesia masih sedikit serta agar didapatkan persamaan teoritis untuk
mengetahui daya AST. Penelitian ini dibatasi oleh beberapa batasan, yaitu panjang
AST yang dirancang dibuat tetap 1 m, sudut inklanasi turbin yang akan dirancang
kurang dari 30° yakni 20°, 22°, 25°, 27°, dan 29°. Kemudian head pada AST
dirancang untuk kurang dari 1 m. Variasi debit air yang digunakan adalah 4 l/s, 6
l/s, dan 8 l/s dengan variasi kecepatan putaran adalah 5 rad/s, 10 rad/s, 14,7 rad/s,
20 rad/s, dan 25 rad/s. Variasi sudu untuk AST adalah satu sudu dan dua sudu.
Sementara variasi dari gap width adalah 0,0018 m, 0,0021 m, 0,0026 m, dan 0,0031
m.
Penelitian ini telah dilakukan dengan menghitung dimensi dari AST dan
merumuskan perhitungan teoritis untuk menngetahui daya AST secara teoritis.
Kemudian dilakukan pemodelan dengan menggunakan Autodesk Inventor
Professional 2020 Student Version. Hasil pemodelan disimulasikan menggunakan
Ansys 19 Fluid Flow CFX dengan keadaan yang mendekati keadaan nyata dan
karakteristik AST dapat diketahui. Daya hasil simulasi dibandingkan dengan daya
teoritis agar keakuratan persamaan teoritis dapat diketahui.
Penelitian ini menghasilkan desain AST satu sudu dan dua sudu dengan parameter
dimensi untuk satu sudu adalah jari-jari luar sebesar 0,107 m, jari-jari dalam sebesar
0,057 m, pitch sebesar 0,26 m, jarak antara sudu dan jalur air sebesar 0,0021 m,
banyaknya ulir adalah 4. Sementara pada sudu 2, AST memiliki jari-jari luar
sebesar 0,106, jari-jari dalam sebesar 0,057 m, pitch sebesar 0,26 m, jarak antara
sudu dan jalur air sebesar 0,0021 m, serta banyaknya ulir berjumlah 4. Kemudian,
persamaan teoritis telah dirumuskan dengan menghasilkan error yang didapatkan
dari membandingkan daya hasil perhitungan teoritis dan daya hasil simulasi
berkisar antara 8% hingga 0,4%. Pada jumlah sudu 1, debit air yang menghasilkan
efisiensi tertinggi adalah sebesar 4 l/s, sementara pada jumlah sudu 2 adalah 8 l/s.
Torsi maksimum untuk sudu 1 senilai 1,03 Nm dan untuk sudu 2 senilai 2,14 Nm
yang berada pada titik optimum, yaitu pada kecepatan putar 14,7 rad/s dan sudut
inclination 29°. Daya turbin maksimum untuk sudu 1 sebesar 15,14 W dan untuk
sudu 2 sebesar 31,46 W yang berada pada titik puncak, yaitu pada kecepatan putar
14,7 rad/s dan sudut inclination 29°. Nilai efisiensi turbin maksimum untuk sudu 1
senilai 80,70% yang terletak pada titik puncak di sudut inclination 27° dan
kecepatan putar 14,7 rad/s. Sementara pada sudu turbin 2, efisiensi maksimum
senilai 82,68% yang terletak pada titik puncak di sudut inclination 29° dengan
kecepatan putar 14,7 rad/s. Kinerja terbaik dari AST dicapai ketika gap width yang
digunakan senilai 0,0021 m.