materi teknik tenaga listrik

Materi Kuliah Teknik Tenaga Listrik

1.      SISTEM TENAGA LISTRIK

1.1.           Elemen Sistem Tenaga

Salah satu cara yang paling ekonomis, mudah dan aman untuk mengirimkan energi adalah melalui bentuk energi listrik. Pada pusat pembangkit, sumberdaya energi primer seperti bahan baker fosil (minyak, gas alam, dan batubara), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energi listrik. Generator sinkron mengubah energi mekanis yang dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik.

Melalui transformator penaik tegangan (step-up transformer), energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Peningkatan tegangan dimaksudkan untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi yang dengan demikian berarti rugi-rugi panas (heat-loss) I²R dapat dikurangi. Ketika saluran transmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut kembali diturunkan menjadi tegangan menengah, melalui transformator penurun tegangan (step-down transformer).

Di pusat-pusat beban yang terhubung dengan saluran distribusi, energi listrik ini diubah menjadi bentuk-bentuk energi terpakai lainnya seperti energi mekanis (motor), penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya.

Satuan listrik :

Arus listrik (I) => ampere

Tegangan listrik (V) = beda potensial => volt

Tahanan (R) = resistansi => ohm

Reaktansi (X)=> ohm

Impedansi (Z)= R ± jX => ohm

Daya (S) = P ± jQ => volt ampere

Daya aktif (P) => watt

Daya reaktif (Q) => volt ampere reaktif

Energi (E) => watt-hour (watt-jam)

Faktor daya (cos j) => tidak ada satuan

1.2.           Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)

Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan bahan bakar minyak, gas alam, atau batubara untuk membangkitkan panas dan uap pada BOILER. Uap ini kemudian dipergunakan untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generator sinkron. Uap yang telah melalui turbin kemudian menjadi uap bertekanan dan bersuhu rendah. Uap ini kemudian dilewatkan melalui kondenser yang menyerap panas uap tersebut sehingga uap tersebut berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler.

1.3.           Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Sebagaimana halnya Pusat Listrik Tenaga Diesel, PLTG merupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal combustion). Bahan baker berupa minyak atau gas alam dibakar di dalam ruang pembakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan baker disemprotkan ke ruang pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas sebagai hasil pembakaran ini kemudian bekerja sebagai fluida yang memutar roda turbin yang terkopel dengan generator sinkron.

1.4.           Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

Pada reactor air tekan (pressurized water reactor) terdapat dua rangkaian yang seolah-olah terpisah. Pada rangkaian pertama bahan baker uranium-235 yang diperkaya dan tersusun dalam pipa-pipa berkelompok, disundut untuk menghasilkan panas dalam reactor. Karena air dalam bejana penuh, maka tidak terjadi pembentukan uap, melainkan air menjadi panas dan bertekanan. Air panas yang bertekanan tersebut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui suatu generator uap yang terbuat dari baja. Generator uap ini kemudian menghasilkan uap yang memutar turbin dan proses selanjutnya mengikuti siklus tertutup sebagaimana berlangsung pada turbin uap PLTU.

1.5.           Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)

Penggunaan tenaga air mungkin merupakan bentuk konversi energi tertua yang pernah dikenal manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetic yang kemudian mendesak sudu-sudu turbin. Bergantung kepada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton, Francis dan Kaplan.

2.      DASAR ELEKTROMEKANIK

2.1.           Konversi Energi Elektromekanik

Konversi energi baik dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator) berlangsung melalui medium medan magnet. Energi yang akan diubah dari satu system ke system lainnya, sementara akan tersimpan pada medium medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi system lainnya. Dengan demikian, medan magnet di sini selain berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi juga sekaligus sebagai medium untuk mengkopel perubahan energi.

Dengan mengingat hukum kekekalan energi, proses konversi energi elektromekanik dapat dinyatakan sebagai berikut (untuk motor):

(Energi Listrik sebagai input) = (Energi Mekanik sebagai output + Energi panas) + (Energi pada medan magnet dan rugi-rugi magnetic)

atau dalam persamaan differensial, konversi energi dari elektris ke mekanis adalah sebagai berikut:

dW_E = dW_M + dW_F

Ini hanya berlaku ketika proses konversi energi sedang berlangsung pada keadaan dinamis yang transient. Untuk keadaan tunak, dimana fluks merupakan harga yang konstan, maka

dW_F = 0

dW_E = dW_M

2.2.           Gaya Gerak Listrik

Apabila sebuah konduktor digerakkan tegak lurus sejauh ds memotong suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B, maka perubahan fluks pada konduktor dengan panjang efektif l adalah:

df = B l ds

Dari Hukum Faraday diketahui bahwa gaya gerak listrik (ggl)

E = df/dt

Maka e = B l ds/dt; dimana ds/dt = v = kecepatan

Jadi, e = B l v

2.3.           Kopel

Arus listrik I yang dihasilkan di dalam suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B akan menghasilkan suatu gaya F sebesar:

F = B I l

Jika jari-jari rotor adalah r, maka kopel yang dibangkitkan adalah

T = F r

Perlu diingat bahwa saat gaya F dibangkitkan, konduktor bergerak di dalam medan magnet da seperti diketahui akan menimbulkan gaya gerak listrik yang merupakan reaksi (lawan) terhadap tegangan penyebabnya. Agar proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik (motor) dapat berlangsung, tegangan sumber harus lebih besar daripada gaya gerak listrik lawan.

Begitu pula, suatu gerak konduktor di dalam medan magnet akan membangkitkan tegangan e = B l V dan bila dihubungkan dengan beban, akan mengalir arus listrik I atau energi mekanik berubah menjadi energi listrik (generator). Arus listrik yang mengalir pada konduktor tadi merupakan medan magnet pula dan akan berinteraksi dengan medan magnet yang telah ada (B). Interaksi medan magnet merupakan gaya reaksi (lawan) terhadap gerak mekanik yang diberikan. Agar konversi energi mekanik ke energi listrik dapat berlangsung, energi mekanik yang diberikan haruslah lebih besar dari gaya reaksi tadi.

2.4.           Mesin Dinamik Elementer

Pada umumnya mesin dinamik terdiri atas bagian yang berputar disebut rotor dan bagian yang diam disebut stator. Di antara rotor dan stator terdapat celah udara. Stator merupakan kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu dan rotor merupakan kumparan jangkar dengan belitan konduktor yang saling dihubungkan ujungnya (lihat gambar) untuk mendapatkan tegangan induksi (ggl).

Jika kumparan rotor diputar dengan arah berlawanan dari arah jarum jam, tegangan akan dibangkitkan dengan arah yang berlawanan pada kedua ujung rotor yang tidak dihubungkan.

Simulasi mesin dinamis (generator) dapat dilihat pada situs ini.

http://www.sciencejoywagon.com/physicszone/lesson/otherpub/wfendt/generatorengl.htm

2.5.           Interaksi Medan Magnet

Kerja suatu mesin dinamis dapat juga dilihat dari segi adanya interaksi antar medan magnet stator dan rotor, yaitu:

F = B I l

Seperti diketahui, arus listrik (I) pada persamaan di atas akan menimbulkan fluks juga di sekitar konduktor yang dilalui. Bila kerapatan fluks akibat arus listrik dinyatakan dengan B_s (pada stator), sedang kerapatan fluks akibat kumparan medan adalah B_r (pada rotor), maka dapat dituliskan:

T = K B_r B_s sin d

Dimana

d adalah sudut antara kedua sumbu medan magnet B_r dan B_s

K adalah konstanta l x r

Sudut d dikenal sebagai sudut kopel atau sudut daya dengan harga maksimum d = 90^o. Dengan menganggap B_r dan B_s sebagai fungsi arus rotor dan arus stator, persamaan kopel menjadi:

T = K I_r I_s sin d

Dengan demikian, kopel terjadi sebagai interaksi antara dua medan magnet atau dua arus.

2.6.           Derajat Listrik

Pada setiap satu kali putaran mesin, tegangan induksi yang ditimbulkan sudah menyelesaikan p/2 kali putaran. Maka untuk mesin 4 kutub, satu kali putaran mekanik mesin (360^o) berarti sama dengan dua kali putaran listrik (720^o). Persamaan umumnya adalah sebagai berikut:

q_e = (p/2) q_m

p = jumlah kutub mesin

q_e = sudut listrik

q_m = sudut mekanik

2.7.           Frekuensi

Dari persamaan di atas, diketahui bahwa untuk setiap satu siklus tegangan listrik yang dihasilkan, mesin telah menyelesaikan p/2 kali putaran. Karena itu frekuensi gelombang tegangan adalah:

f = (p/2) (n/60)

n = rotasi per menit

n/60 = rotasi perdetik

Kecepatan sinkron untuk mesin arus bolak-balik lazim dinyatakan dengan

n_s = 120 (f/p)

Jadi misalnya untuk generator sinkron yang bekerja dengan frekuensi 50 putaran per detik dan mempunyai jumlah kutub p=2, maka kecepatan berputar mesin tersebut adalah:

n_s = (120 x 50)/2 = 3000 rpm.

Sumber lainnya tentang elektromagnetik:

http://www.physics.uiowa.edu/~umallik/adventure/induction.htm

3.      MOTOR INDUKSI

Motor induksi merupakan motor arus bolak balik (ac) yang paling luas penggunaannya. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relative antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.

Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (n_s = 120f/2p). Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga terinduksi arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan ikut berputar mengikuti medan putar stator.

Perbedaan putaran relative antara stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan memperbesar kopel motor, yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi , bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun. Dikenal dua tipe motor induksi yaitu motor induksi dengan rotor belitan dan rotor sangkar.

Gambar motor induksi.

Sumber : http://www.automatedbuildings.com/news/jul01/art/abbd/abbd.htm

3.1.           Medan Putar

Sumber : http://www.tpub.com/doeelecscience/electricalscience2144.htm

Sebelum kita membahas bagaimana rotating magnetic field (medan putar) menyebabkan sebuah motor berputar, marilah kita tinjau bagaimana medan putar ini dihasilkan. Gambar berikut menunjukkan sebuah stator tiga fasa dengan suplai arus bolak balik tiga fasa pula.

Belitan stator terhubung wye (Y). Dua belitan pada masing-masing fasa dililitkan dalam arah yang sama. Sepanjang waktu, medan magnet yang dihasilkan oleh setiap fasa akan tergantung kepada arus yang mengalir melalui fasa tersebut. Jika arus listrik yang melalui fasa tersebut adalah nol (zero), maka medan magnet yang dihasilkan akan nol pula. Jika arus mengalir dengan harga maksimum, maka medan magnet berada pada harga maksimum pula. Karena arus yang mengalir pada system tiga fasa mempunyai perbedaan 120^o, maka medan magnet yang dihasilkan juga akan mempunyai perbedaan sudut sebesar 120^o pula.

Ketiga medan magnet yang dihasilkan akan membentuk satu medan, yang akan beraksi terhadap rotor. Untuk motor induksi, sebuah medan magnet diinduksikan kepada rotor sesuai dengan polaritas medan magnet pada stator. Karenanya, begitu medan magnet stator berputar, maka rotor juga berputar agar bersesuaian dengan medan magnet stator.

Gambar belitan stator tiga fasa.

Pada sepanjang waktu, medan magnet dari masing-masing fasa bergabung untuk menghasilkan medan magnet yang posisinya bergeser hingga beberapa derajat. Pada akhir satu siklus arus bolak balik, medan magnet tersebut telah bergeser hingga 360^o, atau satu putaran. Dan karena rotor juga mempunyai medan magnet berlawanan arah yang diinduksikan kepadanya, rotor juga akan berputar hingga satu putaran. Penjelasan mengenai ini dapat dilihat pada gambar selanjutnya.

Putaran medan magnet dijelaskan pada gambar di bawah dengan “menghentikan” medan tersebut pada enam posisi. Tiga posisi ditandai dengan interval 60o pada gelombang sinus yang mewakili arus yang mengalir pada tiga fasa A,B, dan C. Jika arus mengalir dalam suatu fasa adalah positif, medan magnet akan menimbulkan kutub utara pada kutub stator yang ditandai dengan A’, B’, dan C’.

Gambar putaran motor induksi dan medan putar.

Pada posisi T1, arus pada fasa C berada pada harga positif maksimumnya. Pada saat yang sama, arus pada fasa A dan B berada pada separuh harga negative maksimumnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk secara vertical dengan arah ke bawah, dengan kekuatan medan maksimum terjadi sepanjang fasa C, antara kutub C (utara) dengan C’ (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah yang dihasilkan sepanjang fasa A dan B, dengan kutub-kutub A’ dan B’ menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub A dan B menjadi kutub-kutub selatan.

Pada posisi T2, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak 60 derajat listrik. Pada posisi ini, arus dalam fasa A telah naik hingga harga negative maksimumnya. Arus pada fasa B mempunya arah yang berlawanan dan berada pada separuh harga maksimum positifnya. Begitu pula arus pada fasa C telah turun hingga separuh dari harga maksimum positifnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk ke kiri arah bawah, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa A, antara kutub-kutub A’ (utara) dan A (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah yang timbul sepanjang fasa B dan C, dengan kutub-kutub B dan C menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub B’ dan C’ menjadi kutub-kutub selatan. Di sini terlihat bahwa medan magnet pada stator motor secara fisik telah berputar sebanyak 60^o.

Pada posisi T3, gelombang sinus arus berputar lagi 60 derajat listrik dari posisi sebelumnya hingga total rotasi pada posisi ini sebesar 120 derajat listrik. Pada posisi ini, arus dalam fasa B telah naik hingga mencapai harga positif maksimumnya. Arus pada fasa A telah turun hingga separuh dari harga negative maksimumnya, sementara arus pada fasa C telah berbalik arah dan berada pada separuh harga negative maksimumnya pula. Medan magnet yang dihasilkan mengarah ke atas kiri, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa B, antara kutub B (utara) dan B’ (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah sepanjang fasa A dan C, dengan kutub-kutub A’ dan C’ menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub A dan C menjadi kutub-kutub selatan. Sehingga terlihat di sini bahwa medan magnet pada stator telah berputar 60^o lagi dengan total putaran sebesar 120^o.

Pada posisi T4, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak 180 derajat listrik dari titik T1 sehingga hubungan antara arus-arus fasa adalah indentik dengan posisi T1 kecuali bahwa polaritasnya telah berbalik. Karena fasa C kembali pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa C kembali berada pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa C akan memiliki kekuatan medan maksimum. Meskipun demikian, dengan arus yang mengalir dalam arah yang berlawanan pada fasa C, medan magnet yang timbul mempunyai arah ke atas antara kutub C’ (utara) dan C (selatan). Terlihat bahwa medan magnet sekarang telah berotasi secara fisik sebanyak 180o dari posisi awalnya.

Pada posisi T5, fasa A berada pada harga positif maksimumnya, yang menghasilkan medan magnet ke arah atas sebelah kanan. Kembali, medan magnet secara fisik telah berputar 60^o dari titik sebelumnya sehingga total rotasi sebanyak 240^o. Pada titik T6, fasa B berada pada harga maksimum negative yang menghasilkan medan magnet ke arah bawah sebelah kanan. Medan magnet pun telah berotasi sebesar 60^o dari titik T5 sehingga total rotas adalah 300^o.

Akhirnya, pada titik T7, arus kembali ke polaritas dan nilai yang sama seperti pada Posisi T1. Karenanya, medan magnet yang dihasilkan pada posisi ini akan identik dengan pada posisi T1. Dari pembahasan ini, terlihat bahwa untuk satu putaran penuh gelombang sinus listrik (360^o), medan magnet yang timbul pada stator sebuah motor juga berotasi satu putaran penuh (360^o). Sehingga, dengan menerapkan tiga-fasa AC kepada tigfa belitan yang terpisah secara simetris sekitar stator, medan putar (rotating magnetic field) juga timbul.

3.2.           SLIP

Jika arus bolak balik dikenakan pada belitan stator dari sebuah motor induksi, sebuah medan putar timbul. Medan putar ini memotong batang rotor dan menginduksikan arus kepada rotor. Arah aliran arus ini dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri untuk generator.

Arus yang diinduksikan ini akan menghasilkan medan magnet di sekitar penghantar rotor, berlawanan polaritas dari medan stator, yang akan mengejar medan magnet pada stator. Karena medan pada stator terus menerus berputar, rotor tidak pernah dapat menyamakan posisi dengannya alias selalu tertinggal dan karenanya akan terus mengikuti putaran medan pada stator sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar  Induction Motor

Dari penjelasan di atas, terlihat bahwa rotor pada motor induksi tidak pernah dapat berputar dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan medan putar. Jika kecepatan rotor sama dengan keceparan medan putar stator, maka tidak ada gerak relatif antara keduanya, dan tidak akan ada induksi EMF kepada rotor. Tanpa induksi EMF ini, tidak akan ada interaksi medan yang diperlukan untuk menimbulkan gerak. Rotor, karenanya ahrus berputar dengan kecepatan yang lebih rendah dari kecepatan medan putar stator jika gerak relatif tersebut harus ada antara keduanya.

Persentase perbedaan antara kecepatan rotor dan kecepatan medan putar disebut dengan slip. Semakin kecil slip, semakin dekat pula kecepatan rotor dengan kecepatan medan putar. Persen slip dapat dicari menggunakan Equation (12-1).

dimana

N_S= kecepatan sinkron (rpm) N_R= kecepatan rotor (rpm)

Kecepatan medan putar atau kecepatan sinkron dari suatu motor dapat dicari dengan menggunakan Equation (12-2).

dimana

 

Contoh: Sebuah motor induksi dua kutub, 60 Hz, mempunyai kecepatan pada beban penuh sebesar 3554 rpm. Berapakah persentase slip pada beban penuh?

Solusi:

3.3.           Torque

Torque motor induksi AC tergantug kepada kekuatan medan rotor dan stator yang saling berinteraksi dan hubungan fasa antara keduanya. Torque dapat dihitung dengan Equation (12-3).

dimana

Selama operasi normal, K,   , dan cos  adalah konstan, sehingga torque berbanding lurus dengan arus rotor. Arus rotor meningkat dengan proporsi yang sama dengan slip. Perubahan torque terhadap slip menunjukkan bahwa begitu slip naik dari nol hingga –10%, torque naik secara linier. Begitu torque dan slip naik melebihi torque beban penuh, maka torque akan mencapai harga maksimum sekitar 25% slip. Torque maksimum disebut breakdown torque motor. Jika beban dinaikkan melebihi titik ini, motor akan stall dan segera berhenti. Umumnya, breakdown torque bervariasi dari 200 hingga 300% torque beban penuh. Torque awal (starting torque) adalah nilai torque pada 100% slip dan normalny 150 hingga 200% torque beban penuh. Seiring dengan pertambahan kecepatan dari rotor, torque akan naik hingga breakdown torque dan turun mencapai nilai yang diperlukan untuk menarik beban motor pada kecepatan konstan, biasanya antara 0 – 10%. Gambar berikut menunjukkan karakteristik Torque terhadap slip.

3.4.           Motor Satu Fasa

Jika dua belitan stator dengan impedansi yang tidak sama dipisahkan sejauh 90 derajat listrik dan terhubung secara parallel ke sumber satu fasa, medan yang dihasilkan akan tampak berputar. Ini disebut dengan pemisahan fasa (phase splitting).

Pada motor fasa terpisah (split-phase motor), dipergunakanlah lilitan starting untuk penyalaan. Belitan ini mempunyai resistansi yang lebih tinggi dan reaktansi yang lebih rendah dari belitan utama. Jika tegangan yang sama V_T dikenakan pada belitan starting dan utama, arus pada belitan utama (I_M) tertinggal dibelakang arus pada belitan starting (I_S). Sudut antara kedua belitan mempunyai beda fasa yang cukup untuk menimbulkan medan putar untuk menghasilkan torque awal (starting torque). Ketika motor mencapai 70 hingga 80% dari kecepatan sinkron, saklar sentrifugal pada sumbu motor membuka dan melepaskan belitan starting. Motor satu fasa biasanya digunakan untuk aplikasi kecil seperti peralatan rumah tangga (contoh mesin pompa).

3.5.           Motor Sinkron

Motor sinkron serupa dengan motor induksi pada mana keduanya mempunyai belitan stator yang menghasilkan medan putar. Tidak seperti motor induksi, motor sinkron dieksitasi oleh sebuah sumber tegangan dc di luar mesin dan karenanya membutuhkan slip ring dan sikat (brush) untuk memberikan arus kepada rotor. Pada motor sinkron, rotor terkunci dengan medan putar dan berputar dengan kecepatan sinkron. Jika motor sinkron dibebani ke titik dimana rotor ditarik keluar dari keserempakannya dengan medan putar, maka tidak ada torque yang dihasilkan, dan motor akan berhenti. Motor sinkron bukanlah self-starting motor karena torque hanya akan muncul ketika motor bekerja pada kecepatan sinkron; karenanya motor memerlukan peralatan untuk membawanya kepada kecepatan sinkron.

Motor sinkron menggunakan rotor belitan. Jenis ini mempunyai kumparan yang ditempatkan pada slot rotor. Slip ring dan sikat digunakan untuk mensuplai arus kepada rotor.

Penyalaan Motor Sinkron

Sebuah motor sinkron dapat dinyalakan oleh sebuah motor dc pada satu sumbu. Ketika motor mencapai kecepatan sinkron, arus AC diberikan kepada belitan stator. Motor dc saat ini berfungsi sebagai generator dc dan memberikan eksitasi medan dc kepada rotor. Beban sekarang boleh diberikan kepada motor sinkron. Motor sinkron seringkali dinyalakan dengan menggunakan belitan sangkar tupai (squirrel-cage) yang dipasang di hadapan kutub rotor. Motor kemudian dinyalakan seperti halnya motor induksi hingga mencapai –95% kecepatan sinkron, saat mana arus searah diberikan, dan motor mencapai sinkronisasi. Torque yang diperlukan untuk menarik motor hingga mencapai sinkronisasi disebut pull-in torque.

Seperti diketahui, rotor motor sinkron terkunci dengan medan putar dan harus terus beroperasi pada kecepatan sinkron untuk semua keadaan beban. Selama kondisi tanpa beban (no-load), garis tengah kutub medan putar dan kutub medan dc berada dalam satu garis (gambar dibawah bagian a). Seiring dengan pembebanan, ada pergeseran kutub rotor ke belakang, relative terhadap kutub stator (gambar bagian b). Tidak ada perubahan kecepatan. Sudut antara kutub rotor dan stator disebut sudut torque .

Gambar sudut torque (torque angle)

Jika beban mekanis pada motor dinaikkan ke titik dimana rotor ditarik keluar dari sinkronisasi , maka motor akan berhenti. Harga maksimum torque sehingga motor tetap bekerja tanpa kehilangan sinkronisasi disebut pull-out torque.

4.      GENERATOR AC (ALTERNATOR)

Hampir semua tenaga listrik yang dipergunakan saat ini bekerja pada sumber tegangan bolak balik (ac), karenanya, generator ac adalah alat yang paling penting untuk menghasilkan tenaga listrik. Generator ac, umumnya disebut alternator, bervariasi ukurannya sesuai dengan beban yang akan disuplai. Sebagai contoh, alternator pada PLTA mempunyai ukuran yang sangat besar, membangkitkan ribuan kilowatt pada tegangan yang sangat tinggi. Contoh lainnya adalah alternator di mobil, yang sangat kecil sebagai perbandingannya. Beratnya hanya beberapa kilogram dan menghasilkan daya sekitar 100 hingga 200 watt, biasanya pada tegangan 12 volt.

Sumber lain : http://www.rowand.net/Shop/Tech/AlternatorGeneratorTheory.htm

4.1.           Dasar-dasar Generator AC

Berapapun ukurannya, semua generator listrik, baik ac maupun dc, bergantung kepada prinsip induksi magnet. EMF diinduksikan dalam sebuah kumparan sebagai hasil dari (1) kumparan yang memotong medan magnet, atau (2) medan magnet yang memotong sebuah kumparan. Sepanjang ada gerak relative antara sebuah konduktor dan medan magnet, tegangan akan diinduksikan dalam konduktor. Bagian generator yang mendapat induksi tegangan adalah armature. Agar gerak relative terjadi antara konduktor dan medan magnet, semua generator haruslah mempunyai dua bagian mekanis yaitu rotor dan stator.

ROTATING-ARMATURE ALTERNATOR

Alternator armature bergerak (rotating-armature alternator) mempunyai konstruksi yang sama dengan generator dc yang mana armature berputar dalam sebuah medan magnet stasioner. Pada generator dc, emf dibangkitkan dalam belitan armature dan dikonversikan dari ac ke dc dengan menggunakan komutator (sebagai penyearah). Pada alternator, tegangan ac yang dibangkitkan tidak diubah menjadi dc dan diteruskan kepada beban dengan menggunakan slip ring. Armature yang bergerak dapat dijumpai pada alternator untuk daya rendah dan umumnya tidak digunakan untuk daya listrik dalam jumlah besar.

ROTATING-FIELD ALTERNATORS

Alternator medan berputar mempunyai belitan armature yang stasioner dan sebuah belitan medan yang berputar. Keuntungan menggunakan system belitan armature stasioner adalah bahwa tegangan yang dihasilkan dapat dihubungkan langsung ke beban.

Jenis armature berputar memerlukan slip ring dan sikat untuk menghantarkan arus dari armature ke beban. Armature, sikat dan slip ring sangat sulit untuk diisolasi, dan percikan bunga api dan hubung singkat dapat terjadi pada tegangan tinggi. Karenanya, alternator tegangan tinggi biasanya menggunakan jenis medan berputar. Karena tegangan yang dikenakan pada medan berputar adalah tegangan searah yang rendah, problem yang dijumpai pada tegangan tinggi tidak terjadi.

Armature stasioner, atau stator, pada alternator jenis ini mempunyai belitan yang dipotong oleh medan putar (rotating magnetic field). Tegangan yang dibangkitkan pada armature sebagai hasil dari aksi potong ini adalah tegangan ac yang akan dikirimkan kepada beban.

Stator terdiri dari inti besi yang dilaminasi dengan belitan armature yang melekat pada inti ini.

Sumber : http://www.adtdl.army.mil/cgi-bin/atdl.dll/fm/55-509-1/Ch13.htm

4.2.           Fungsi-Fungsi Komponen Alternator

Secara umum generator ac medan berputar terdiri atas sebuah alternator dan sebuah generator dc kecil yang dibangun dalam satu unit. Keluaran dari alternator merupakan tegangan ac untuk menyuplai beban dan generator dc dikenal sebagai exciter untuk menyuplai arus searah bagi medan putar.

Gambar generator ac dan schematic-nya

Exciter adalah sebuah generator dc eksitasi sendiri dengan belitan shunt. Medan exciter menghasilkan intensitas fluks magnetic antara kutub-kutubnya. Ketika armature exciter berotasi dalam fluks medan exciter, tegangan diinduksikan dalam belitan armature exciter. Keluaran dari komutator exciter dihubungkan melalui sikat dan slip ring ke medan alternator. Karena arusnya adalah arus searah, maka arus selalu mengalir dalam satu arah melalui medan alternator. Sehingga, medan magnet dengan polaritas tetap selalu terjadi sepanjang waktu dalam belitan medan alternator. Ketika alternator diputar, fluks magnetiknya dilalukan sepanjang belitan armature alternator. Tegangan bolak balik pada belitan armature generator ac dihubungkan ke beban melalui terminal.

PRIME MOVER (Penggerak Utama)

Semua generator, besar dan kecil, ac dan dc, membutuhkan sebuah sumber daya mekanik untuk memutar rotornya. Sumber daya mekanis ini disebut prime mover. Prime mover dibagi dalam dua kelompok yaitu untuk high-speed generator dan low-speed generator. Turbin gas dan uap pada PLTG dan PLTU adalah penggerak utama berkecepatan tinggi sementara mesin pembakaran dalam (internal combustion engine), air pada PLTA dan motor listrik dianggap sebagai prime mover berkecepatan rendah.

Jenis prime mover memainkan peranan penting dalam desain alternator karena kecepatan pada mana rotor diputar menentukan karakteristik operasi dan konstruksi alternator.

ROTOR ALTERNATOR

Ada dua jenis rotor yang digunakan untuk alternator medan berputar yaitu turbine-driven dan salient-pole rotor. Jenis turbine-driven digunakan untuk kecepatan tinggi dan salient-pole untuk kecepatan rendah. Belitan pada turbine-driven rotor disusun sedemikian rupa sehingga membentuk dua atau empat kutub yang berbeda. Belitan-belitan tersebut dilekatkan erat-erat di dalam slot agar tahan terhadap gaya sentrifugal pada kecepatan tinggi.

Salient-pole rotor seringkali terdiri dari beberapa kutub yang dibelit terpisah, dibautkan pada kerangka rotor. Salient-pole rotor mempunyai diameter yang lebih besar dari turbine-driven rotor. Pada putaran per menit yang sama, salient-pole memiliki gaya sentrifugal yang lebih besar. Untuk menjaga keamanan dan keselatan sehingga belitannya tidak terlempar keluar mesin, salient-pole hanya digunakan pada aplikasi keceparan rendah.

4.3.           Karakteristik Alternator dan Batasannya

Alternator di-rating berdasarkan tegangan yang dihasilkannya dan arus maksimum yang mampu diberikannya. Arus maksimum tergantung kepada rugi-rugi panas dalam armature. Rugi panas ini (rugi daya I²R) akan memanaskan konduktor, dan jika berlebihan akan merusak isolasi. Karenanya, alternator di-rating sesuai dengan arus ini dan tegangan keluarannya – dalam volt-ampere atau untuk skala besar dalam kilovolt-ampere.

Informasi mengenai kecepatan rotasinya, tegangan yang dihasilkan, batas arusnya dan karakteristik lainnya biasanya ditempelkan pada badan mesin – nameplate.

4.4.           Frekuensi

Frekuensi keluaran dari tegangan alternator tergantung kepada kecepatan rotasi dari rotor dan jumlah kutubnya. Semakin cepat, semakin tinggi pula frekuensinya. Semakin lambat, semakin rendah pula frekuensinya. Semakin banyak kutub pada rotor, semakin tinggi pula frekuensinya pada kecepatan tertentu.

Ketika rotor telah berotasi beberapa derajat sehingga dua kutub berdekatan (utara dan selatan) telah melewati satu belitan, tegangan yang diinduksikan dalam belitan tersebut akan bervariasi hingga selesai satu siklus. Untuk suatu frekuensi yang ditentukan, semakin banyak jumlah kutub, semakin lambat kecepatan putaran. Prinsip ini dapat dijelaskan sebagai berikut, misalkan; sebuah generator dua kutub harus berotasi dengan kecepatan empat kali lipat dari kecepatan generator delapan kutub untuk menghasilkan frekuensi yang sama dari tegangan yang dibangkitkan. Frekuensi pada semua generator ac dalam satuan hertz (Hz), yaitu banyaknya siklus per detik, berkaitan dengan jumlah kutub dan kecepatan rotasi sesuai dengan persamaan berikut:

dimana P adalah jumlah kutub, N adalah kecepatan rotasi dalam revolusi per menit (rpm) dan 120 adalah sebuah konstanta untuk konversi dari menit ke detik dan dari jumlah kutub ke jumlah pasangan kutub. Sebagai contoh, sebuah alternator dua kutub, 3600 rpm mempunyai frekuensi 60 Hz, ditentukan sebagai berikut:

Sebuah generator empat kutub dengan kecepatan 1800 rpm juga bekerja pada frekuensi 60 Hz.

Sebuah generator enam kutub 500 rpm mempunyai frekuensi

Sebuah generator 12 kutub dengan kecepatan 4000 rpm mempunyai frekuensi

4.5.           Pengaturan Tegangan

Sebagaimana yang telah kita lihat, ketika beban pada generator berubah, tegangan terminal pun ikut berubah. Besarnya perubahan tergantung pada desain generator.

Pengaturan tegangan pada sebuah alternator adalah perubahan tegangan dari beban penuh ke tanpa beban, dinyatakan sebagai persentase tegangan beban penuh, ketika kecepatan dan arus medan dc tetap konstan.

Anggap bahwa tegangan tanpa beban generator adalah 250 volt dan tegangan beban penuh adalah 220 volt. Persen regulasi adalah:

Untuk diingat, bahwa semakin kecil persentase regulasi, semakin baik pula regulasinya untuk kebanyakan aplikasi.

4.6.           Prinsip Pengaturan Tegangan AC

Di dalam sebuah alternator, tegangan bolak balik diinduksikan dalam belitan armature ketika medan magnet melewati belitan ini. Besarnya tegangan yang diinduksikan ini tergantung kepada tiga hal yaitu: (1) jumlah konduktor dengan hubungan seri pada setiap belitan, (2) kecepatan (rpm generator) pada mana medan magnet memotong belitan, dan (3) kekuatan medan magnet. Salah satu dari factor ini dapat digunakan untuk pengaturan tegangan yang diinduksikan dalam belitan alternator.

Jumlah belitan, tentu saja tidak berubah tetap ketika alternator diproduksi. Juga, jika frekuensi keluaran harus konstan, maka kecepatan medan putar haruslah konstan pula. Ini mengakibatkan penggunaan rpm alternator untuk pengaturan tegangan keluaran menjadi tidak diperbolehkan.

Sehingga, metode praktis untuk melakukan pengaturan tegangan adalah dengan mengatur kekuatan medan putar. Kekuatan medan elektromagnetik ini dapat berubah seiring dengan perubahan besarnya arus yang mengalir melalui kumparan medan. Ini dapat dicapai dengan mengubah-ubah besarnya tegangan yang dikenakan pada kumparan medan.

4.7.           Operasi Paralel Alternator

Alternator dapat dihubungkan secara parallel untuk (1) meningkatkan kapasitas keluaran dari suatu system melebihi apa yang didapat dari satu unit, (2) berfungsi sebagai daya cadangan tambahan untuk permintaan yang suatu ketika bertambah, atau (3) untuk pemadaman satu mesin dan penyalaan mesin standby tanpa adanya pemutusan aliran daya.

Ketika alternator-alternator yang sedang beroperasi pada frekuensi dan tegangan terminal yang berbeda, kerusakan parah dapat terjadi jika alternator-alternator tersebut secara mendadak dihubungkan satu sama lain pada satu bus yang sama (satu titik hubung). Untuk menghindari ini, mesin-mesin tersebut harus disinkronkan dahulu sebelum disambungkan bersama-sama. Ini dapat dicapai dengan menghubungkan satu generator ke bus (bus generator), dan mensinkronkan generator lainnya sebelum keduanya disambungkan. Generator dikatakan sinkron jika memenuhi kondisi berikut:

1.      Tegangan terminal yang sama. Diperoleh dengan menyetel kekuatan medan bagi generator yang hendak masuk ke dalam rangkaian (disambungkan).

2.      Frekuensi yang sama. Diperoleh dengan menyetel kecepatan prime mover dari generator yang hendak disambungkan.

3.      Urutan fasa tegangan yang sama.

Referensi:

Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya – ZUHAL

http://www.tpub.com/neets/book5/17.htm

http://www.tpub.com/doeelecscience/electricalscience2143.htm

analisa kualitas air bersih di balikpapan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1     Latar Belakang

            Seiring dengan semakin bertambahnya penduduk di kota Balikpapan kebutuhan akan ketersediaan air bersih juga akan semakin meningkat. Penelitian-penelitian di lakukan untuk menemukan solusi dari masalah ini. Air merupakan kebutuhan setiap makhluk hidup yang ada di muka bumi ini sehingga keberadaannya pun harus di jaga baik dari segi kuantitas maupun kualitas air tersebut.

            Dalam memenuhi kebutuhan masyarakat akan air bersih, Pemerintah kota Balikpapan melalui PDAM ( Perusahaan Daerah Air Minum ) dan program-programnya telah berupaya semaksimal mungkin untuk mengatasi masalah publik ini, namun realisasinya masih banyak masyarakat yang mengeluh masalah air bersih. Ada yang mengeluh karna di rumahnya belum ada saluran PDAM, ada pula yang mengeluh karna air dari PDAM keruh, berbau, dan sebagainya. Peningkatan aktivitas industri kayu lapis, dermaga, dokapal, pertanian, permukiman penduduk, transportasi, dan lain-lainnya, selain memberikan dampak positif sebagai tempat pendapatan ekonomi masyarakat,juga memberikan indikasi adanya dampak negative,yaitu seperti berupa limbah cair dan padat (baik organik maupun non organik). Limbah cair seperti minyak hasil pembuangan dari kapal baik yang berlabuh maupun yang melakukan pengedokan kapal, begitu juga limbah cair dan padat yang berasal dari industri kayu lapis, permukiman rumah tangga , dan lain-lainnya yang dapat mencemari sumber air bersih.

            Dari uraian singkat di atas kami tertarik mengangkat masalah ini sebagai bahan penelitian kami yang kami susun dengan judul “ ANALISA KUALITAS  AIR BERSIH DI BALIKPAPAN”.

1.2     Tujuan Penelitian

            Tujuan disusunya penelitian ini yaitu:

§  Sebagai informasi bagi para pembaca, khususnya mahasiswa STT MIGAS Balikpapan.

§  Untuk Mengetahui kualitas air di Balikpapan.

§  Untuk mengetahui kualitas air sumur bor yang di kelola oleh masyarakat.

1.3     Perumusan Masalah

            Berdasarkan latar belakang di atas kami merumuskan masalah tersebut sebgai berikut :

§  Mengkaji tingkat kualitas air PDAM di Balikpapan.

§  Mengkaji tingkat kualitas air Sumur Bor di Balikpapan.

§  Mengkaji aspek-aspek yang berperan terhadap kualitas air bersih di Balikpapan.

§  Mengkaji tingkat kebutuhan air bersih di Balikpapan.

1.4     Hipotesa

            Dalam penelitian ini hipotesa yang kami buat adalah :

§  Kualitas air di Balikpapan masih di bawah standar.

§  Tingkat Kualitas Air Sumur Bor di Balikpapan lebih rendah dibanding dengan kualitas air PDAM Balikpapan.

§  Faktor kegiatan penduduk yang mempengaruhi kualitas air baku.

§  Faktor keterpaksaan membuat masyarakat mengkonsumsi air yang berkualitas buruk/sumur bor.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Air

            Air merupakan sumber kehidupan yang tidak dapat tergantikan oleh apa pun juga. Tanpa air manusia, hewan dan tanaman tidak akan dapat hidup. Setiap makhluk hidup sangat membutuhkan air sebagai kebutuhan pokok. Tidak terkecuali manusia yang membutuhkan air dalam kehidupannya untuk keperluan rumah tangga (minum, memasak, mencuci),  pertanian, perikanan, industri (proses,  bahan baku), pemadam kebakaran, sarana rekreasi, sarana transportasi, energi (steam, air)  dan lain-lain.

2.2 Sumber Air Baku

Air banyak digunakan untuk kebutuhan kehidupan perlu diketahui asal sumbernya, hal ini berguna untuk perencanaan penampungan, perlakuan (penjernihan), pemindahan dan distribusi, sehingga sumber air yang dapat dimanfaatkan untuk mendukung kehidupan dan industri dapat digolongkan sebagai berikut :

2.2.1 Air Tawar.

Air tawar dapat digolongkan menjadi 3 (tiga) yaitu:

2.2.1.1 Air Permukaan.

Merupakan air baku utama bagi produksi air minum di kota-kota besar. Sumber air permukaan dapat berupa air sungai, air danau, mata air, waduk, empang, kolam dan air dari saluran irigasi. Maka kemungkinan air ini dapat mengalir lebih-lebih di musim hujan. Air akan membawa dan melarutkan benda-benda sekitarnya bahkan membawa sisa industri, sehingga mengakibatkan pencemaran.

Kapasitas air permukaan dipengaruhi musim, misalnya saat musim hujan kapasitas akan bertambah dan saat musim kemarau kapasitasnya akan berkurang . Sifat kimiawi dari air permukaan tergantung dari mana asal air tersebut. Khusus untuk air laut yang merupakan sumber air permukaan yang sangat besar (2/3 dari permukaan bumi) dan tidak ada habis-habisnya, sehingga untuk kebutuhan air dimasa yang akan datang air laut merupakan sumber air alternatif yang dapat dimanfaatkan.

2.2.1.2 Air Tanah.

Dalam materi kuliah Utilities di kemukakan bahwa air tanah merupakan sumber air yang berbentuk sumur (deep well), tetapi kadangkala mereka dapat langsung keluar ke atas tanah tanpa pengeboran (air sumber) sehingga air tersebut kandungan mineralnya akan berbeda-beda, tergantung sifat tanah sekitarnya. Sumur dapat berupa sumur dangkal (kedalaman 5 – 20 meter) atau sumur dalam (deep well) dengan kedalaman rata-rata 250 meter.

Air tanah yang bersumber dari mata air biasanya jauh lebih jernih dan bersih bila dibandingkan dengan air sungai dan air laut, terutama mata air didaerah yang jauh dari perindustrian. Sifat kimiawi air tanah sangat dipengaruhi oleh daerah yang dilaluinya atau jenis-jenis batuan yang ada dalam tanah tersebut.

2.2.1.3 Air Hujan.

Air hujan merupakan sumber air yang sangat penting bagi daerah yang tidak memiliki atau hanya memiliki sedikit sumber air tanah maupun air permukaan. Air hujan berasal dari awan yang mengembun dan jatuh diatas bumi. Tentu saja sering kotor dan mengandung gas-gas seperti CO_2, oksigen, nitrogen, debu dan senyawa  lain yang kemudian mengembun dan jatuh ke bumi setelah melalui media udara sehingga dia bersifat asam.

2.2.2 Air Laut.

Air laut merupakan sumber air yang tak terhingga jumlahnya( 2/3 dari permukaan bumi), akan tetapi karena air laut merupakan kumpulan dari berbagai sumber air, dan pengaruh penguapannya, maka kandungan mineralnya amat tinggi terutama garam dapur ( NaCl ) dan karena sifat basa yang amat tinggi maka kesulitan dalam berbagai hal untuk bermacam-macam kebutuhan ( air minum, air industri ).

2.3 Standar air bersih

            Standar mutu air minum atau air untuk kebutuhan rumah tangga ditetapkan berdasarkan peraturan menteri kesehatan republik indonesia nomor : 01 / birhukmas / I / 1975 tentang syarat-syarat dan pengawasan kualitas air minum. Standar baku air minum tersebut disesuaikan dengan standar internasional yang ditetapkan WHO. Standarisasi kualitas ait tersebut bertujuan untuk memelihara, melindungi, dan mempertinggi derajat kesehatan masyarakat, terutama dalam pengolahan air atau kegiatan usaha mengolah dan mendistribusikan air minum untuk masyarakat umum.

Dengan adanya standarisasi tersebut dapat dinilai kelayakan pendistribusian sumber air untuk keperluan rumah tangga. Kualitas air yang digunakan sebagai air minum sebaiknya memenuhi persyaratan secara fisik, kimia, dan mikcrobiologi.Secara fisika air yang berkualitas baik harus memenuhi persyaratan berikut :

a. jernih atau tidak keruh

b. tidak berwarna

c. rasanya tawar

d. tidak berbau

e. temperaturnya normal

f. tidak mengandung zat padatan

Persyaratan kimia

Kualitas air tergolong baik bila memenuhi persyaratan kimia sebagai berikut :

a. pH normal

b. tidak mengadung bahan kimia beracun

c. tidak mengandung garam atau ion-ion logam

d. kesadahan rendah

e. tidak mengandung bahan organik

Persyaratan mikrobiologis

Persyaratan mikrobiologos yang harus dipenuhi oleh air adalah sebagai berikut :

a. Tidak mengandung bakteri patogen, misalnya bakteri golongan coli, salmonellatyphi, vibrio chlotera, dan lain-lain. Kuman-kuman ini mudah tersebar melalui air (transmitted by water).

b.Tidak mengandung bakteri nonpatogen, seperti actinomycetes,      phytoplankton coliform, cladocera, dan lain-lain.

2.4 Kebutuhan Air Bersih Menurut Jumlah Penduduk

            Setiap wilayah atau daerah tentunya memiliki jumlah penduduk yang berbeda-beda, ada yang memiliki jumlah penduduk yang relative padat dan ada pula yang memiliki jumlah penduduk yang relative sedikit. Dari perbedaan jumlah penduduk itu pula kebutuhan terhadap air akan berbeda-beda pula.Perbedaan kebutuhan air tesebut dapat di lihat dari table berikut ini :

Tabel 2.4.1 Kebutuhan air bersih berdasarkan jumlah penduduknya

Jumlah Penduduk (    X 10.000 Jiwa )	Kebutuhan Air ( Liter/Jiwa/Hari )
Kurang dari 1 1 - 5 5 - 10 10 – 30 30 – 100 Lebih dari 100	150 – 300 200 – 350 250 – 400 300 – 450 350 – 500 Lebih dari 400

Sumber : Materi Perkuliahan UTILITIES Smester III STT MIGAS Balikpapan.

Perhitungan air minum di Perkantoran dan Perumahan, dihitung berdasarkan konsumsi harian rata-rata per orang ( secara terperinci ):

- Kantor, pemakaian rata-rata per hari                                    = 100 ltr/karyawan

- Laboratorium, pemakaian rata-rata per hari                          = 150 ltr/karyawan

- Rumah sakit, pemakaian rata-rata per hari                            = 650 ltr/pasien

- Gedung bioskop, pemakaian rata-rata per hari                     = 10 ltr/orang

- Toko (super market), pemakaian rata-rata per hari               = 3 ltr/orang

- Perumahan, pemakaian rata-rata per hari                              = 250 ltr/orang

- Sekolahan, pemakaian rata-rata per hari                               = 50 ltr/murid

- Tempat rekreasi/olahraga                                                      = 10 ltr/orang             

- Tempat peribadaan                                                               = 10 ltr/orang 

- Penginapan/dormitory/mess                                           = 250 ltr/orang

- Pabrik ( karyawan shift pabrik )                                           = 80 ltr/orang

BAB III

METODE PENELITIAN

Bab ini membahas mengenai metode penelitian yang dilakukan dalam penelitian yang meliputi metode pengumpulan data dan metode analisis data.

Penelitian adalah usaha menemukan dan mengembangkan serta menguji suatu pengetahuan yang dilakukan dengan metode ilmiah (Sutrisno Hadi, 2004: 4). Jadi metode penelitian adalah sebagai suatu cara yang harus ditempuh dalam suatu penelitian untuk mencapai tujuan.

Tujuan umum dari penelitian adalah untuk memecahkan masalah yang telah ditetapkan sebelumnya. Dalam setiap melaksanakan langkah tersebut harus dilakukan secara obyektif, rasional dan menghindarkan cara berfikir yang mengarah coba-coba ( trial and error ).Adapun metode penelitian yang kami gunakan yaitu :

3.1 Kualitatif

            Langkah awal yang kami ambil untuk mendapatkan informasi yang berhubungan dengan kualitas air bersih di balikpappan maka kami menggunakan metode  pengumpulan data secara observasi dan documentasi yaitu dengan terjun langsung ke lapangan, dengan demikian kami dapat mengetahui  kualitas air bersih di Balikpapan yang kemudian kami analisis menggunakan metode study  literatur dan penelaahan teori-teori dari buku-buku referensi.

3.2 Populasi dan Sampel

3.2.1 Populasi

Dalam suatu kegiatan baik yang bersifat ilmiah maupun yang bersifat sosial, perlu dilakukan pembatasan populasi dan cara pengambilan sampel. Sampel yang diambil unsur-unsurnya harus representatif artinya dapat mewakili keseluruhan dari populasi.

Populasi adalah keseluruhan obyek penelitian yang terdiri dari manusia dan benda ataupun peristiwa sebagai sumber data yang memiliki  karakteristik tertentu dalam penelitian (Sugiyono, 2002: 55). Populasi adalah keseluruhan wilayah individu, obyek, gejala atau peristiwa untuk suatu generalisasi atau suatu kesimpulan yang dikenakan (Sutrisno Hadi, 2004: 53). Dalam penelitian ini populasinya kami bagi menjadi dua,yaitu popolasi A yaitu masyarakat Balikpapan yang mengkonsumsi air PDAM dan populasi B masyarakat yang mengkonsumsi air sumur bor.

3.2.2 Sampel

Sampel adalah sebagian atau wakil populasi yang diteliti (Arikunto, 2002: 109). Menurut Sutrisno Hadi, tidak ada ketetapan mutlak berapa persen suatu sampel harus diambil dari populasi (Sutrisno Hadi, 2004: 81). Sampel yang digunakan dalam peneitian ini adalah sampel dari dua kelompok populasi yaitu lima rumah warga yang mengkonsumsi air PDAM dan lima rumah warga yang mengkonsumsi air sumur bor.

            Teknik pengambilan sampel dalam penelitian ini menggunakan teknik Simple Random Sampling, yaitu pengambilan sampel dengan cara acak sederhana melalui daftar bilangan random, sehingga setiap elemen populasi mempunyai kesempatan yang sama untuk terpilih menjadi anggota sampel yang akan diteliti (J. Supranto, 2000).

3.3 Sumber Data

            Yang dimaksud dengan sumber data dalam penelitian adalah subjek darimana data dapat diperoleh. Dalam hal ini peneliti mengguanakan dua sumber data yaitu:

3.3.1 Data primer

            Data primer adalah data yang di peroleh langsung dari kegiatan lapangan dalam hal ini berkaitan dengan kondisi air bersih di Balikpapan.

3.3.2 Data sekunder 

            Data Sekunder adalah data yang diperoleh secara tidak langsung dari objek yang diteliti. Data ini diperoleh dari literatur, majalah dan dokumen yang diperlukan untuk penyusunan penelitian ini.

3.4 Metode Pengumpulan Data

Di dalam suatu penelitian, metode pengumpulan data merupakan suatu faktor yang penting, karena perhitungan diperoleh dari data yang didapatkan dalam penelitian.

Metode pengumpulan data yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

3.4.1 Metode Kuesioner ( Angket )

Kuesioner adalah sejumlah pertanyaan tertulis yang digunakan untuk memperoleh informasi dari responden dalam arti laporan tentang pribadinya atau hal-hal yang ia ketahui (Arikunto, 2002: 128).

Dalam penelitian ini kuesioner (angket) yang digunakan sebagai metode utama untuk memperoleh data yang diberikan kepada warga yang mengkonsumsi air PDAM dan warga yang mengkonsumsi air sumur bor.

Metode angket digunakan karena lebih praktis dan dapat dibagikan secara serentak kepada responden. Selain itu instrumen atau angket dapat dijawab oleh responden menurut kecepatannya masing-masing dan bagi semua responden diberi pertanyaan yang sama.

3.4.2 Metode Dokumentasi

Yaitu digunakan untuk mencari data mengenai hal-hal atau variabel yang berupa benda-benda tertulis seperti buku-buku, majalah, dokumen, peraturan-peraturan, notulen rapat, catatan harian dan sebagainya (Arikunto, 2002: 135). Metode ini dipilih untuk memudahkan peneliti dalam memperoleh informasi yang diperlukan, karena data yang diambil berupa kualitas air di Balikpapan..

BAB IV

HASIL PENELITIAN

4.1  Gambaran Umum

4.1.1 Deskripsi Tempat Penelitian

                    Balikpapan adalah salah satu kota di provinsi Kalimantan Timur, Indonesia. Kota ini memiliki luas wilayah 946 kmA dan berpenduduk sebanyak 601.392 jiwa. Letak Astronomis Balikpapan berada antara 1,0 LS - 1,5 LS dan 116,5 BT - 117,5 dengan luas sekitar 50.330,57 Ha atau sekitar 503,3 KmA. Komposisi penduduk Kota Balikpapan sangat heterogen meliputi hampir seluruh suku yang ada di Indonesia, baik dari Sulawesi, Nusa Tenggara, Maluku, Jawa, Sumatera,dan Kalimantan sendiri. Penduduk asli Balikpapan sendiri adalah Pasir Balik yang hampir punah dan terpencar didaerah Kecamatan Balikpapan seberang. Penduduk Kota Balikpapan umumnya berbahasa Indonesia dan sedikit yang mempergunakan bahasa daerah.

                    Kontur tanah di Balikpapan yang berbukit-berbukit membuat tidak seluruhnya masyarakat mendapatkan pasokan air bersih dari PDAM sehingga banyak warga yang mengandalkan sumur bor sebagai pasokan air bersih. Sehingga dalam hal ini peneliti membagi daerah penelitian berdasarkan pasokan air bersih yaitu daerah yang mengkonsumsi air PDAM dan daerah yang mengkonsumsi air sumur bor.

4.1.2 Kawasan Pengkonsumsi PDAM

Peneliti mengambil sampel di kawasan pengkonsumsi PDAM yang beralamatkan di Jl. MT Haryono, RT. 24 Kelurahan Damai, Kecamatan Balikpapan Selatan yang terdiri dari lima rumah warga yang kami ambil secara acak.

4.1.3        Kawasan Pengkonsumsi Air Sumur Bor

            Untuk Populasi B peneliti mengambil sampel di kawasan di kawasan Jl. Joko Tole RT. 44  Kelurahan Sumber Rejo Kecamatan Balikpapan Tengah dimana mayoritas masyarakatnya mengkonsumsi air sumur bor untuk memenuhi kebutuhan akan air bersih.

4.2 Kualitas Air Bersih di Balikpapan

            Sifat fisik air dapat dianalisis secara visual dengan pancaindra. Misalnya keruh atau berwarna dapat langsung dilihat, bau dapat dicium aromanya dan rasa dapat dirasakan dengan lidah. Penilaian tersebut tentu bersifat kualitataif, misalnya bila tercium bau yang berbeda maka rasa airpun berbeda. Atau bila warna berwarna merah maka bau yang dicium sudah dapat tertebak juga. Cara ini dapat digunakan untuk menganalisis ai secara sederhana karena sifat-sifat air saling berkaitan.

Analisis kualitas air dapat dilakukan di laboratorium maupun secara sederhana. Pemeriksaan sederhana mempunyai keuntungan karena murah dan mudah sehingga setiap orang dapat melakukannya tanpa memerlukan bahan-bahan yang mahal.

            Dalam hal ini kami menggunakan analisis sederhana untuk mengetahui kualitas air di Balikpapan. Berdasarkan sumbernya spesifikasi air di Balikpapan kami bagi menjadi dua, yaitu air sumber PDAM dan air sumur bor.

4.2.1 Kualitas Air Baku Waduk Manggar

            Berdasarkan informasi yang kami dapat air waduk manggar Balikpapan Kalimantan Timur masuk katogori golongan III (eutrophic) atau air untuk tambak ikan, sehingga air waduk manggar tidak layak konsumsi secara langsung bagi manusia. Sesuai Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 tentang pengelolaan air, menurutnya konsumsi manusia harus standar I atau oligotrophic.

            Hasil analisa laboratorium ( Lab. PDAM  ) diketahui tidak ada kandungan oksigen terlarut air Waduk Manggar. Selain itu terdapat zat besi (18,27 mgl), bakteri (2.400 mgl) dan feal coliform (2.400 mgl).

4.2.2 Kualitas air PDAM

            Berdasarkan kuisioner yang kami sebarkan pada  masyarakat yang mengkonsumsi air PDAM, mayoritas masyarakat berpendapat bahwa air bersih yang berasal dari PDAM memiliki kualitas yang cukup baik. Namun ada beberapa masyarakat yang menyatakan bahwa air PDAM tekadang kurang memuaskan, kadang kadang  berbau dan sebagainya. Adapun pendapat masyarakat mengenai kualitas air PDAM dapat di lihat dari table berikut.

Tabel 4.2.2.1 data  sampel spesifikasi air PDAM

Spesifikasi Air	A	B	C	D	E
Jernih	√	√	-	√	-
Keruh	-	-	-	-	-
Berwarna	-	-	-	-	√
Berasa	-	-	-	-	√
Berbau	-	√	-	-	√
Temperatur normal ( 20 – 26OC  )	√	√	√	√	√
Kandungan Zat Padatan	√	-	-	√	-
Kandungan Sulfur	-	-	-	-	√

Sumber : Hasil Penelitian air PDAM

           

4.2.3        Kualitas Air Sumur Bor

            Kualitas air sumur bor masih di bawah standar, hal ini banyak di kemukakan oleh masyarakat yang tinggal di Jl. Joko Tole RT. 44 Kelurahan Sumber Rejo Kecamatan Balikpapan Tengah. Mereka menyadari akan kondisi tersebut namun tak banyak yang bisa mereka lakukan untuk mengatasi masalah tersebut. Untuk mengetahui kondisi air sumur bor yang meraka konsumsi dapat kita lihat pada tabel berikut ini:

Tabel 4.2.3.1 Data  sampel spesifikasi air sumur bor

Spesifikasi Air	A	B	C	D	E
Jernih	-	√	-	-	-
Keruh	√	-	√	√	√
Berwarna	√	-	√	√	√
Berasa	√	√	√	-	√
Berbau	-	√	-	√	√
Temperatur normal ( 20 – 26OC  )	√	√	√	√	√
Kandungan Zat Padatan	√	-	-	√	-
Kandungan Sulfur	√	√	√	-	√

Sumber : Hasil Penelitian air sumur bor.

BAB V

PEMBAHASAN PENELITIAN

5.1 Kualitas  Air  yang  Memenuhi  Standar

          Berdasarkan hasil penelitian di atas dapat kita  simpulkan bahwa air yang  memenuhi standar air bersih berdasarkan peraturan menteri kesehatan republik indonesia nomor : 01 / birhukmas / I / 1975 tentang syarat-syarat dan pengawasan kualitas air minum yaitu air PDAM hal ini jelas karna PDAM memiliki system pengolahan air ( Water Treatment Plant ). Namun terkadang kualitas air PDAM turun akibat beberapa faktor yang tak terduga, Seperti Bencana alam, kerusakan berdasarkan peraturan menteri kesehatan republik indonesia nomor : 01 / birhukmas / I / 1975 tentang syarat-syarat dan pengawasan kualitas air minum pada alat pengolahan air, dan sebagainya. Untuk memasok air bersih kepada masyarkat PDAM Balikpapan mengandalkan air baku Waduk Manggar yang kualitasnya tergolong rendah yaitu masuk katogori golongan III (eutrophic) atau air untuk tambak ikan, Sehingga dalam pengolahannya memerlukan teknologi yang tinggi dan biaya yang tinggi pula. Biaya yang tinggi berpengaruh terhadap pendistribusian air, akibatnya pendistribusian air di Balikpapan  tidak merata.

5.2 Rendahnya Kualitas Air Sumur Bor

Kualitas air sumur bor masih di bawah standar air bersih. air sumur di Balikpapan tidak layak konsumsi, karena kandungan zat besinya sangat tinggi, selain itu air berwarna kekuningan, berbau serta kandungan sulfurnya sangat tinggi, hal ini bisa di amati secara kasat mata dimana peralatan dapur yang tebuat dari besi lebih cepat berkarat, terbentuknya lumut-lumut kuning pada bak mandi, serta adanya endapan pada dasar bak mandi merupakan indikasi bahwa air memiliki tingkat kekeruhan yang tinggi. Keadaan ini terjadi karna air sumur yang di kelolah oleh masyarakat tidak di olah terlebih dahulu. Meski air sumur sebagian tidak layak dikonsumsi, penduduk memanfaatkan air sumur ini untuk mencuci piring, mencuci pakaian, dan kebutuhan sehari-hari lainnya.

Banyak penduduk yang terpaksa memanfaatkan air yang kurang bagus kualitasnya. Tentu saja hal ini akan berakibat kurang baik bagi kesehatan masyarakat pada jangka pendek, kualitas yang kurang baik dapat mengakibatkan muntaber, diare, kolera, tipus, atau disentri. Hal ini dapat terjadi pada keadaan sanitasi lingkungan yang kurang baik. Bila air tanah dan air permukaan tercemari oleh kotoran, secara otomatis kuman kuman tersebar ke sumber air yang dipakai untuk keperluan rumah tangga. Dalam jangka panjang, air yang berkualitas kurang dapat mengakibatkan penyakit keropos tulang, korosi gigi, anemia, dan kerusakan ginjal. Hal ini terjadi karena terdapatnya logam logam yang berat yang banyak bersifat toksik (racun) dan pengendapan pada ginjal (Kusnaedi, 2002)

5.3 Faktor Yang Mempengaruhi Kualitas Air

            Kualitas air sangat di pengaruhi oleh lingkungan, sehingga lingkungan yang sangat dekat dengan sumber air baku perlu di jaga. Turunya kualitas air baku di Balikpapan di sebabkan oleh :

·         Pengikisan lahan di derah sumber air baku

·         Aktivitas penduduk  sekitar yang tidak menjaga kualitas air

·         Pencemaran pada anak sungai yang bermuara di waduk manggar.

                         

 

                                                                                                           

BAB VI

PENUTUP

6.1 Kesimpulan

            Berdasarkan data-data yang telah dikemukakan pada bab-bab sebelumnya maka dapat di simpulkan :

1.      Kualitas air PDAM sudah memenuhi standar air bersih, namun dalam pendistribusiannya masih tidak merata sehingga banyak masyarakat yang terpaksa menggunakan air bermutu rendah.

2.      Kualitas air Sumur Bor sangat rendah, dengan kata lain air sumur tidak layak untuk konsumsi.

6.2 Saran

            Dari penelitian yang telah di lakukan maka peneliti memberikan beberapa saran yaitu :

1.      Untuk PDAM :

Perlu meningkatkan pelayanan kepada masyarakat khususnya meningkatkan pendistribusian sehingga tidak ada lagi masyarakat yang tepaksa menggunakan air dengan mutu rendah.

2.      Untuk Masyarakat :

Untuk masyarakat yang terpaksa mengkonsumsi air sumur perlu menggunakan filter atau membuat system pengolahan air terlebih dahulu sebelum di konsumsi meski hanya sederhana namun bisa meningkatkan kualitas air.

                   

BAB VII

DAFTAR PUSTAKA

Algifari. 2000. Analisis Regresi. Edisi II. Yogyakarta: Liberty.

Arikunto, Suharsimi. 2002. Prosedur Penelitian. Jakarta: Rineka Cipta.

Margningrum, Dyah. 2007. Sumber daya air dan lingkungan: potensi, degradasi, dan masa depan‎.jakarta:LIPI

Sudjana. 1996. Metode Statistika. Bandung: Tarsito.

Sugiyono. 2002. Metode Statistika. Bandung: Tarsito.

Warsa,Iketut.2009.Materi Perkuliahan STT-MIGAS BALIKPAPAN_Water.

www.bappedabalikpapan.net/...balikpapan/prasarana-perkotaan-jaringan-air-bersih/

www.ampl.or.id/detail/detail01.php?row=13...airminum..

http://www.tempointeraktif.com

LAMPIRAN

LEMBAR WAWANCARA

Tempat Penelitian          :

Data/Tanggal                  :

1.      Dari mana sumber air yang Bapak/Ibu Konsumsi ?                  

PDAM                                                        Sumur Bor

2.      Bagai mana kondisi air yang Bapak/Ibu Konsumsi ?

Baik                             Cukup Baik                 Kurang Baik               

3.      Apakah air yang Bapak/Ibu Konsumsi Berbau ?

Ya                               Tidak

4.      Apakah air yang Bapak/Ibu Konsumsi Berasa ?

Ya                               Tidak

5.      Apakah air yang Bapak/Ibu Konsumsi keruh ?

Ya                               Tidak

6.      Apakah air yang Bapak/Ibu Konsumsi berwarna ?

Ya                               Tidak

7.      Apakah air yang Bapak/Ibu Konsumsi jernih?

Ya                               Tidak

8.      Apakah air yang Bapak/Ibu Konsumsi mengandung ZAT Padatan ?

Ya                               Tidak

9.      Apakah air yang Bapak/Ibu Konsumsi mengandung sulfur, misalnya di kamar mandi lantai,keran, bak mandi, ember menjadi kuning seperti berkarat ?

Ya                               Tidak

10.  Bagaimana Harapan Bapak/Ibu kedepan mengenai air bersih ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………