## FISIKA KONTEKSTUAL PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
Richardo Barry Astro 1) , Hamsa Doa 1) , Hendro 2)
1) Program Studi Pendidikan Fisika, FKIP, Universitas Flores, Ende, Indonesia
2) Departemen Fisika, FMIPA, Institut Teknologi Bandung, Bandung, Indonesia Corresponding author : Richardo Barry Astro E-mail : richardobarryastro@gmail.com
Diterima 25 Februari 2020, Disetujui 12 April 2020

## ABSTRAK
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  prinsip  dasar  dan  sistem  kerja  pembangkit  listrik  tenaga mikrohidro (PLTMH) dari sudut pandang fisika sebagai upaya penyediaan dan pengembangan sumber belajar  kontekstual.  Penelitian  ini  dilaksanakan  menggunakan  metode  studi  literatur,  observasi,  dan wawancara.  Hasilnya  ditemukan  bahwa  PLTMH  memiliki  tiga  komponen  utama  yakni  air  sebagai sumber energi, turbin, dan generator. Skema konversi energi pada PLTMH yang menggunakan head adalah sebagai berikut: 1) energi potensial air dari reservoir diubah menjadi energi kinetik pada pipa pesat,  2)  energi  kinetik  air  diubah  menjadi  energi  mekanik  oleh  turbin  air,  3)  energi  mekanik  diubah menjadi energi listrik oleh generator. Turbin air berdasarkan prinsip kerja dibagi atas turbin impuls dan turbin reaksi. Turbin impuls memanfaatkan perubahan momentum air sebelum dan setelah menabrak sudu  turbin,  sedangkan  turbin  reaksi  memanfaatkan  perbedaan  tekanan  pada  permukaan  sudu. Generator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.  Ketika rotor generator yang terkopel pada  turbin  berputar,  kumparan  konduktor  akan  memotong  garis  medan  magnet  sehingga  timbul tegangan induksi.
Kata kunci: pembangkit listrik tenaga mikrohidro; konversi energi; turbin, generator.

## ABSTRACT
The research aims to determine the fundamental principles and working systems of Microhydro power plants from a physical standpoint as an effort to provide and develop contextual learning resources. This study was conducted using literature, observation and interview methods. The results found that PLTMH had three main components i.e. water as energy source, turbine, and generator. The energy conversion scheme on PLTMH that uses the head is as follows: 1) The potential energy of water from the reservoir is converted into kinetic energy on the rapid pipeline, 2) water kinetic energy converted into mechanical energy by water turbine, 3) changed mechanical energy into electrical energy by generators. The water turbine based on the working principle is divided into impulse turbines and reaction turbines. The impulse turbine utilizes a change in water momentum before and after crashing the turbine's sudu, while the reaction turbine utilizes pressure differences on the surface of the Sudu. The generators work based on electromagnetic induction principles. When the rotor generator is attached to the turbine spinning, the conductor coil will cut off the magnetic field line so that the induction voltage arises.
Keywords: microhydro power plant; energy conversion; turbine; generator.
PENDAHULUAN Provinsi Nusa Tenggara Timur berdasarkan  data  Kementerian  Energi  dan Sumber  Daya  Mineral  pada  September  2019 memiliki  rasio  elektrifikasi  (RE)  sebesar  74%
(Antaranews.com,  2019b).  Namun  hasil  kajian Universitas Nusa Cendana yang bekerja sama dengan PT PLN pada Oktober 2019 mencatat
NTT memiliki RE sebesar 82,97% (Antaranews.com,  2019a).  Terlepas  dari perbedaan RE yang bersumber dari perbedaan metode kajian, NTT adalah provinsi dengan RE terendah  di  Indonesia.  Penyebab  utama rendahnya RE di NTT jika dibandingkan dengan
rata-rata  Nasional  yakni  sebaran  penduduk yang  tidak  merata  dan  terpencil,  sehingga sangat  sulit  dijangkau  jaringan  listrik  dari Perusahaan  Listrik  Negara.  Solusi  yang diberikan pemerintah dalam upaya meningkatkan RE khususnya di NTT antara lain dengan  bantuan  lampu  tenaga  surya  hemat energi  (LTSHE).  Upaya  lain  yang  dapat dilakukan ialah mendorong kemandirian energi memanfaatkan  energi  baru  terbarukan  yang dapat  dikelola  secara  swadaya,  termasuk pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH). PLTMH  merupakan  sumber  energi terbarukan  yang  dapat  mengubah  energi  air
menjadi  energi  listrik  (Židonis  et  al.,  2015).
Pada penerapannya PLTMH dapat memberikan dampak positif berantai mulai dari pemanfaatan energi air dalam skala mikro yang bebas polusi hingga upaya pelestarian daerah aliran  sungai  dan  daerah  tangkapan  air  guna menjaga debit air untuk kelangsungan pasokan energi  listrik.  Teknologi  ini  sangat  bermanfaat dan  dapat  diterapkan  pada  daerah-daerah terisolir  yang  memiliki  potensi  dan  dikelola secara swadaya. Namun keterbatasan pengetahuan mengakibatkan belum optimalnya penerapan teknologi PLTMH khususnya di NTT.
Upaya  untuk  meningkatkan  pengetahuan terkait  teknologi  mikrohidro  dapat  dilakukan melalui pembelajaran kontekstual.
Pembelajaran  kontekstual  merupakan sebuah kegiatan mempelajari gejala/fenomena yang  dapat  ditangkap  oleh  panca  indera  dan terjadi disekitar kita. Pelaksanaan pembelajaran dengan model kontekstual dinilai dapat  meningkatkan  keaktifan  siswa  karena menghubungkan  muatan  akademis  dengan gejala atau fenomena yang terjadi di kehidupan sehari-hari (Hakim et al., 2018). Fisika sebagai ilmu  yang  mempelajari  fenomena  alam  dan interaksi  di  dalamnya  sangat  tepat  diajarkan menggunakan  pembelajaran  kontekstual  tidak terkecuali pada topik terkait mikrohidro. Hal ini berangkat dari fakta bahwa teknologi mikrohidro  dikembangkan  dari  konsep-konsep fisika. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui prinsip dasar dan sistem kerja pembangkit listrik tenaga  mikrohidro  dari  sudut  pandang  fisika sebagai upaya penyediaan dan pengembangan sumber belajar kontekstual.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilaksanakan  dengan metode  studi  literatur,  wawancara,  dan observasi.  Studi  literatur  dilakukan  dengan mempelajari  konsep  PLTMH  yang  mencakup konsep  dasar,  komponen,  dan  prinsip  kerja pembangkit  listrik  tenaga  mikrohidro  dalam perspektif fisika. Kegiatan observasi dilaksanakan  pada  pabrik  dan  laboratorium pengembangan mikrohidro CV Cihanjuang Inti Teknik  Cimahi.  Kegiatan  wawancara  dalam penelitian  ini  dilakukan  antara  lain  kepada pakar  mikrohidro  dari  Asosiasi  Hidro  Bandung dan tenaga ahli CV Cihanjuang Inti Teknik.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Sejarah  Perkembangan  Pembangkit  Listrik Tenaga Hidro
Pembangkit listrik tenaga hidro (PLTH)
bermula  dari  kincir  air  yang  terbuat  dari  kayu dan  telah  digunakan  di  Eropa  sekitar  2000 tahun silam dan difungsikan dalam penggilingan  gandum.  Revolusi  industri  di
Eropa  dan  kebutuhan  untuk  mengembangkan perangkat  penghasil  listrik  kecil  menyebabkan pengembangan  kincir  air  menjadi  turbin  listrik. Turbin  hidro  pertama  tercatat  dikembangkan oleh Benoit Foureyron di Prancis sekitar tahun 1820an.  Pada  awal  abad  ke-20  terjadi peningkatan  pemanfaatan PLTH  di Eropa  dan Amerika  Utara  yang  membangun  bendungan serta mengeksploitasi hingga 50% potensi yang secara  teknis  memungkinkan  (Paish,  2002). PLTH di Indonesia telah ada sejak tahun 1882 untuk industri teh (Sentanu, 2011). Berdasarkan Peraturan Menteri Pekerjaan  Umum  dan  Perumahan  Rakyat Republik  Indonesia  Nomor  9  Tahun  2016, pembangkit  listrik  yang  memanfaatkan  air dikelompokkan  menjadi  tiga  berdasarkan besarnya daya yang dihasilkan yakni pembangkit listrik tenaga air berkapasitas lebih dari  10  megawatt  (MW),  pembangkit  listrik tenaga  minihidro  berkapasitas  antara  1  MW sampai  10  MW,  dan  pembangkit  listrik tenaga mikrohidro dengan kapasitas kurang dari 1 MW. Kategori small hydro secara  sederhana  dapat dikelompokkan lagi menjadi beberapa tingkatan, yakni pikohidro berkapasitas kurang dari 1 kW, mikrohidro berkapasitas 1 kW sampai 100 kW, serta minihidro berkapasitas 100 kW hingga 1 MW (Sentanu, 2011).

## Komponen  Pembangkit  Listrik  Tenaga Mikrohidro
Desain  dan  komponen  dari  PLTMH dapat  dibuat  bermacam-macam  disesuaikan dengan karakteristik dan kondisi wilayah tempat PLTMH tersebut akan dibangun. Secara umum komponen  PLTMH  terdiri  atas  bendungan, saluran pembawa, saluran pengendap, saluran penenang, pipa pesat, rumah pembangkit dan saluran pembuangan. Skema PLTMH
ditunjukkan pada Gambar 1.
1)  Bendungan penyadap ( weir ) berfungsi untuk menaikkan dan mengontrol tinggi air dalam sungai  secara signifikan untuk dialihkan  ke sebuah pembuka ( intake ).
2)  Saluran  pembawa  ( head race)  dibuat mengikuti  kontur  bukit  untuk  menjaga elevasi air.
3)  Bak  penenang  ( head tank )  berfungsi mengatur perbedaan keluaran air yang akan masuk  ke  pipa  pesat  sekaligus  digunakan untuk  mengendapkan  partikel-partikel  pasir dari air
4)  Pipa  pesat  ( pentstock )  dihubungkan  pada sebuah elevasi menuju turbin, dan berfungsi untuk  mengoptimalkan  energi  jatuhan  air yang akan memutar turbin.
5)  Rumah pembangkit ( power house ) berfungsi untuk  menempatkan  turbin,  generator,  dan pusat kendali distribusi listrik.
6)  Saluran  pembuang  ( tail race )  berfungsi untuk mengalirkan air yang keluar dari turbin air untuk diteruskan ke sungai.
Gambar 1 . Skema PLTMH (Gunawan et al., 2014)
Prinsip  Dasar  Pembangkit  Listrik  Tenaga Mikrohidro
PLTMH merupakan sistem pembangkit listrik  berskala  kecil  yang  menggunakan  air dalam  debit  yang  kecil  sebagai  sumber penggeraknya.  Air  yang  dapat  dimanfaatkan pada  teknologi  PLTMH  dapat  bersumber  dari saluran  irigasi,  sungai  atau  air  terjun  alam (Bahtiar  et  al.,  2015).  Secara  umum  PLTMH memiliki tiga komponen utama yakni air, turbin air,  dan  generator.  Debit  air  dan head adalah elemen  penting  untuk  menghasilkan  energi berupa energi mekanik maupun listrik (Rompas, 2011).  Proses  konversi  energi  pada  PLTMH yang  menggunakan head dijelaskan  sebagai berikut: 1) energi potensial air berubah menjadi energi kinetik pada pipa pesat, 2) energi kinetik diubah  oleh  turbin  menjadi  energi  mekanik,  3) energi  mekanik  putaran  turbin  dikonversi menjadi energi listrik oleh generator.
Head merupakan  jarak  vertikal  atau beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan  muka  air  yang  keluar  dari  turbin  air (Hatch  Energy,  2008).  Ketinggian head dapat dimodifikasi  dengan  membuat  bendungan sederhana.  Pada  tahap  observasi  lokasi potensial,  pengukuran head dapat  dilakukan secara  dengan  beberapa  cara  antara  lain menggunakan  meteran,  waterpas,  altimeter page  pada  GPS,  maupun  menggunakan  alat pengukur  kemiringan  bidang  seperti  range finder, maupun clinometer yang dikombinasikan dengan pengukuran langsung terhadap kemiringan bidang (Sentanu, 2011).
Semakin  besar  debit  air  yang menerobos  turbin  maka  semakin  besar  pula daya yang dihasilkan. Debit air dipengaruhi oleh curah hujan, keadaan geologi, flora, temperatur, dan sebagainya. Debit air menjadi data pokok dalam  perencanaan  pembangkit  listrik  untuk mengetahui potensi daya yang dapat dihasilkan
dan  penentuan  turbin  yang  sesuai.  Beberapa cara  pengukuran  debit  air  yakni  pengukuran langsung  dan  pengukuran  tidak  langsung. Metode  pengukuran  langsung  dilakukan  untuk aliran  air  yang  tidak  menyebar,  berbentuk terjunan/saluran  irigasi.  Pengukuran  langsung dilakukan  dengan  mencatat  debit  air  yang ditampung dalam sebuah wadah selama selang waktu  tertentu.  Metode  pengukuran  tidak langsung  terutama  dilakukan  untuk  aliran  air yang memiliki bentuk penampang tidak teratur seperti pada selokan dan sungai. Debit air pada pengukuran  tidak  langsung  diperoleh  dari perkalian kecepatan rata-rata aliran pada suatu penampang  dengan  luas  penampang  pada bagian  tersebut  berdasarkan  persamaan Kontinuitas.
Pengukuran  kecepatan  aliran  air  pada arah  horizontal  dapat  dilakukan  dengan beberapa cara seperti mengukur waktu tempuh dari  sebuah  benda  yang  mengapung  (metode apung),  dan  dapat  pula  digunakan  alat  ukur kecepatan  air  flow  meter  dan  current  meter. Pada  arah  vertikal  perhitungan  kecepatan  air dapat  dilakukan  menggunakan  persamaan Bernoulli  dengan  memposisikan  permukaan reservoir sebagai titik A dan permukaan ujung pipa  pesat  sebagai  penampang  B.  Luas permukaan  penampang  A  jauh  lebih  besar dibandingkan  dengan  penampang  B  sehingga kecepatan  air  pada  penampang  A  dapat dianggap  nol.  Tekanan  pada  penampang  A sama  dengan  tekanan  pada  penampang  B (tekanan  atmosfer).  Jika  acuan  pengukuran  di titik B maka tinggi penampang B adalah nol dan tinggi  penampang  A  adalah  H  ( head ).  Maka perhitungan kecepatan aliran air di titik B adalah sebagai berikut:

## gH v B 2 
Prinsip sederhana dari PLTMH adalah sebagai  berikut:  pada  sungai  dibangun bendungan sederhana yang akan mengalirkan air  melalui  saluran  pembawa  menuju  bak pengendap,  yang  dalam  banyak  kasus berfungsi  sekaligus  sebagai  bak  penenang. Sebelum  menuju  ke  pipa  pesat,  biasanya dipasang penyaring agar kotoran/sampah yang mengapung tidak merusak turbin. Di dalam pipa pesat,  energi  potensial  air  perlahan  berubah menjadi energi kinetik sehingga air yang keluar dari  pipa  pesat  tersebut  memiliki  kecepatan yang  besar.  Energi  jatuhan  air  tersebut  akan menyebabkan  turbin  berputar  (Paish,  2002). Perputaran  turbin  dapat  digunakan  untuk memutar sebuah alat mekanikal atau mengoperasikan  sebuah  generator  listrik. Putaran  turbin  yang  dihubungkan  dengan generator akan menghasilkan tegangan induksi
yang  dapat  disalurkan  kepada  konsumen. Secara  teori  daya  yang  dihasilkan  oleh pembangkit  listrik  tenaga  hidro  termasuk mikrohidro adalah sebagai berikut (Khomsah & Zuliari, 2015; Ranjan et al., 2019):
gQH P teoritis  
Daya  teoritis  akan  berkurang  setelah melalui  turbin  dan  generator  dengan  nilai efisiensi  tertentu.  Daya  riil  keseluruhan  sistem PLTMH dapat dituliskan sebagai berikut (Hatch Energy, 2008; Paish, 2002):
gQH P riil  
Dengan  P  adalah  daya  terbangkit  pada  poros turbin  (Watt),  ρ  adalah  densitas  air  (kg/m 3 ), Q merupakan debit air (m 3 /s), H adalah ketinggian efektif head turbin  (m),  dan  η  adalah  efisiensi total sistem PLTMH. Efisiensi total sistem yang dimaksud efisiensi keseluruhan sistem PLTMH yang  diperoleh  melalui  persamaan  berikut (Okedu et al., 2020):
System generator turbine pentstoke total         

## Turbin Mikrohidro
Turbin  air  berperan  untuk  mengubah energi air (energi potensial, tekanan, dan energi kinetik)  menjadi  energi  mekanik  dalam  bentuk putaran  poros  turbin  (Uhunmwangho  et  al., 2018).  Berbagai  tipe  turbin  dikembangkan untuk  mengakomodasi  berbagai  kondisi  alam. Terdapat  dua  jenis  turbin  berdasarkan  prinsip kerjanya  yakni  turbin  impuls  dan  turbin  reaksi (Židonis et al., 2015).

## A.  Turbin Impuls
Turbin  impuls  lahir  dari  konsep sederhana tentang perubahan momentum yang terjadi sebelum dan setelah air menabrak sudu- sudu  (roda  turbin).  Sistem  kerja  turbin  impuls ialah  menggunakan  energi  air  dari  jet penyemprot  untuk  menabrak  sudu  dan menyebabkan turbin berotasi (energi mekanik). Sudu pada turbin impuls tidak terendam dan air tetap  pada  tekanan  atmosfer  sebelum  dan setelah  melakukan  kontak  dengan  sudu (Uhunmwangho  et  al.,  2018).  Turbin  berjenis impuls  seperti  Pelton,  Crossflow,  dan  Turgo cenderung  digunakan  pada  kondisi  head sedang  hingga  tinggi  dan  laju  aliran  rendah (Židonis et al., 2015). Desain sudu turbin jenis impuls dibuat sedemikan rupa untuk memperluas bidang kontak dengan air. (a)
(b) (c)
Gambar 2. Turbin impuls: (a) Pelton, (b) Turgo, dan (c) Crossflow (Paish, 2002)
Sudu-sudu  turbin  Pelton  (Gambar  2a) terdiri  atas  dua  bagian  yang  simetris. Pembagian  sudu  turbin  Pelton  demikian memperbesar gaya kontak terhadap semburan air  sehingga  hampir  semua  energi  air  dari nozzle (jet  penyemprot)  mendorong  sudu  dan selanjutnya  air  dibelokkan  jatuh  ke  saluran pembuangan  (Paish,  2002).  Sistem  turbin Turgo (Gambar 2b) memiliki kemiripan dengan turbin Pelton namun dengan posisi nozzle yang dimiringkan secara aksial. Posisi ini memungkinkan  aliran  air  lebih  menyeluruh pada  permukaan  sudu  turbin  (Paish,  2002; Židonis  et  al.,  2015).  Turbin  Turgo  dapat menangani  tingkat  aliran  air  secara  signifikan lebih  tinggi  dibandingkan  turbin  Pelton,  dan memungkinkan untuk operasi yang lebih efisien dalam  rentang head lebih  rendah  (Cobb  & Sharp,  2013).  Turbin  Crossflow  atau  turbin Banki  (Gambar  2c)  merupakan  turbin  aliran radial  yang  bekerja  pada  tekanan  atmosfer sehingga  tidak  memerlukan  penutup  kedap udara  (Khomsah  &  Zuliari,  2015).  Turbin Crossflow  dapat  dioperasikan  pada  debit  dan head  yang  lebih  rendah  dibandingkan  turbin impuls lainnya. Turbin Crossflow menggunakan nozzle  persegi  panjang  yang  lebarnya  sesuai dengan lebar sudu. Performa turbin Crossflow dipengaruhi  oleh  jumlah,  sudut,  bentuk,  dan ketebalan sudu, serta bentuk dan sudut lintasan nozzle (Ranjan et al., 2019).

## B.  Turbin Impuls
Turbin  reaksi  memanfaatkan  tekanan dari aliran air untuk memutari sudunya. Turbin reaksi  sepenuhnya  terendam  air  dalam permukaan tertutup. Sudu turbin dibentuk agar
terjadi  perbedaan  tekanan  pada  turbin. Tekanan  pada  bagian  atas  lebih  besar dibanding  tekanan  di  bagian  bawah  turbin sehingga menyebabkan gaya angkat hidrodinamika  yang  mendorong  sudu  berputar (Paish,  2002;  Uhunmwangho  et  al.,  2018). Turbin reaksi umumnya digunakan pada kondisi head rendah dengan debit besar Contoh turbin reaksi adalah turbin Francis, dan Propeller/Kaplan (Židonis et al., 2015). Sudu  turbin  Propeler  (Gambar  3a) berbentuk  baling-baling  dengan  sisi-sisi  sudu dibentuk  menyerupai  sayap  pesawat  terbang. Turbin  Propeler  didesain  untuk  kondisi  head rendah  dengan  debit  air  besar  (Caxaria  et  al., 2011).  Umumnya  turbin  dengan  sudu  tetap disebut  turbin  Propeler,  dan  jika  sudu  turbin dapat  diatur  dinamakan  turbin  Kaplan  (Hatch Energy,  2008).  Air  masuk  ke  sudu  turbin Kaplan/Propeller secara aksial dan menyebabkan daerah di bawah sudu
mengalami penurunan tekanan akibat kecepatan  alir  yang  tinggi.  Reaksi  atas perbedaan tekanan tersebut menimbulkan gaya angkat.  Berputarnya  sudu  turbin  dipengaruhi oleh komponen tangensial dari gaya angkat.
(a)
(b)
Gambar 3. Sudu turbin reaksi: (a) Kaplan, dan
(b) Francis (Mathew, 2018) Turbin Francis pada dasarnya merupakan  modifikasi  dari  turbin  Propeler (Paish,  2002).  Air  masuk  ke  dalam  sela-sela sudu  turbin  secara  radial  dan  akan  keluar secara  aksial.  Masing-masing  sudu  turbin Francis  (Gambar  3b)  dibentuk  menyerupai sayap  pesawat  terbang  yang  tipis  dan  tajam sehingga memungkinkan aliran air pada kedua sisi sudu berbeda. Sisi dengan aliran air besar akan  kekurangan  tekanan  sehingga  tercipta gaya  angkat  yang  mendorong  sudu  ke  sisi tersebut.  Penampang  bawah  sudu  turbin Francis  sengaja  dibuat  melengkung  agar  air
yang  keluar  dari  sela-sela  sudu  turbin  secara aksial  menabrak  lengkungan  tersebut  dan menghasilkan perubahan momentum (Mathew, 2018).  Dengan  demikian  turbin  Francis merupakan kombinasi antara turbin impuls dan turbin reaksi.
Gambar 4. Grafik hubungan head dan debit air untuk turbin mikrohidro (Paish, 2002) Gambar  4  menunjukkan  turbin  impuls (Pelton dan Turgo) dapat beroperasi pada head medium  dan  tinggi  dengan  debit  air  kecil. Namun  turbin  impuls  lainnya  yakni  Crossflow dapat pula diterapkan pada kondisi head yang sangat  rendah.  Sebaliknya  turbin  reaksi umumnya digunakan pada kondisi head rendah. Turbin  Propeller/Kaplan  dapat  bekerja  optimal pada head rendah dengan debit air yang cukup besar. Adapun turbin Francis dapat beroperasi pada head rendah hingga medium. Hidro turbin terbaik  memiliki  efisiensi  antara  80%  hingga lebih  dari  90%,  dan  akan  berkurang  seiring berkurangnya  ukuran  turbin.  Efisiensi  turbin- turbin  mikrohidro  cenderung  berada  pada kisaran 60% - 80% (Paish, 2002).

## Generator Listrik
Generator  merupakan  bagian  dari pembangkit  listrik  yang  mengubah  energi mekanik  seperti  putaran  turbin  hidro  menjadi energi  listrik.  Umumnya  pembangkit  listrik tenaga  hidro  berskala  kecil  menggunakan generator  AC  karena  daya  yang  dihasilkan dapat  dipakai  untuk  memasok  berbagai peralatan  listrik  AC  (Basar  &  Othman,  2013; ESHA, 2004). Komponen utama dari generator adalah  rotor  dan  stator.  Rotor  merupakan bagian  yang  berputar  dikopel  dengan  poros turbin  sebagai  tenaga  putarnya.  Stator merupakan  bagian  generator  yang  tidak bergerak.
Prinsip dasar generator menggunakan hukum Faraday yang menyatakan bahwa jika terjadi perubahan garis gaya  magnet  pada  sebuah  kumparan  kawat,
maka  akan  timbul  gaya  gerak  listrik  (GGL) induksi pada kawat (Breeze, 2018).
Gambar 5. Komponen generator AC (Sinusoidal Waveforms, n.d.)
Generator  AC  bekerja  berdasarkan prinsip  induksi  elektromagnetik.  Komponen- komponen  generator  AC  (Gambar  5)  meliputi rotor berupa kawat konduktor ( wire loop ), cincin logam  ( slip ring )  yang  terhubung  pada konduktor,  sedangkan  stator  terdiri  atas  dua buah  magnet  permanen  berbeda  kutup  yang saling  berhadapan  dan  sikat  karbon  yang menyentuh slip ring yang berfungsi mengalirkan arus  listrik  dari  konduktor  ke  luar  generator. Ketika rotor yang terkopel pada turbin berputar maka  kawat  konduktor  akan  memotong  flux sehingga timbul GGL pada konduktor tersebut. Generator  generasi  terdahulu  memiliki sebuah  kumparan  yang  berputar  di  dalam medan  magnet  stasioner  yang  berasal  dari magnet  permanen  seperti  pada  Gambar  8. Namun  desain  ini  memiliki  efisiensi  yang rendah  terutama  jika  digunakan  pada pembangkit listrik besar, termasuk pembangkit listrik  tenaga  air  (Breeze,  2018).  Beberapa generasi  generator  menempatkan  magnet permanen  sebagai  rotor  yang  berputar  pada sebuah kumparan konduktor yang diam (stator). Generasi terbaru mengganti magnet permanen pada  rotor  dengan  menempatkan  kumparan elektromagnetik  yang  menghasilkan  medan magnet saat dihubungkan dengan arus DC dari generator  sekunder  ( self-excitation ).  Medan magnet  ini  akan  menginduksi  arus  dalam kumparan  stator.  Pada  generator  1  fasa  yang hanya  memiliki  dua  kutub  magnet  (utara- selatan)  arus  yang  dihasilkan  pada  kumparan adalah  arus  AC  yang  bervariasi  dalam  satu siklus  360°  untuk  setiap  satu  putaran  rotor. Dengan  demikian  untuk  memperoleh  standar frekuensi listrik AC (50 Hz – 60 Hz) maka rotor harus  berputar  dengan  frekuensi  relatif  tinggi, yakni antara 3000 rpm - 3600 rpm ( revolutions per minute ).
Salah  satu  upaya  untuk  dapat meningkatkan  kecepatan  putar  rotor  ialah membuat  sambungan  turbin  dan  rotor  pada generator  melalui  serangkaian  roda  gigi. Namun mekanisme sambungan demikian akan menurunkan  efisiensi  sistem  turbin-generator (Breeze,  2018).  Solusi  yang  dapat  ditempuh ialah  menambahkan  pasangan  kutub  magnet pada  generator  sehingga  rotor  beroperasi dengan  frekuensi  yang  lebih  rendah.  Jika jumlah  kutub  magnet  digandakan  menjadi enam,  maka  akan  ada  tiga  siklus  AC  untuk setiap  putaran  rotor.  Dengan  demikian  rotor hanya perlu berputar pada frekuensi 1000 rpm – 1200 rpm. Semakin banyak pasangan kutub pada  generator  maka  semakin  kecil  frekuensi putar  rotor  yang  diperlukan  (Breeze,  2018). Solusi  lain  untuk  memperkecil  frekuensi  putar rotor  ialah  dengan  menambah  kumparan konduktor  pada  stator  sehingga  dalam  satu putaran  akan  timbul  tegangan  induksi  pada masing-masing kumparan yang besarnya sama namun berbeda fasa. Generator yang memakai tiga kumparan menghasilkan ggl induksi sama besar namun dengan beda fasa sebesar 120° pada  masing-masing  kumparan  yang  dikenal sebagai generator 3 fasa.

## Sistem Transmisi Mekanik
Transmisi  mekanik  adalah  komponen yang  menghubungkan  antara  turbin  dan generator.  Sambungan  antara  turbin  dan generator  menggunakan  prinsip  hubungan roda-roda  yakni:  roda-roda  seporos  pada sambungan  langsung  dan  roda-roda  yang dihubungkan dengan sabuk/roda gigi.
Sambungan langsung umumnya memakai satu poros untuk turbin dan generator seperti pada turbin Pelton dan Turgo. Hubungan turbin dan generator sepusat mengindikasikan kecepatan sudut turbin dan generator sama (ESHA, 2004). Sambungan  memakai  sabuk  maupun roda  gigi  mengindikasikan  adanya  kesamaan kecepatan  tangensial  antara  turbin  dan generator, sedangkan kecepatan sudut keduanya  berbeda.  Untuk  itu  diperlukan transmisi mekanik dengan menyesuaikan rasio gear pada turbin maupun pada generator untuk menghasilkan putaran yang diperlukan generator. Contoh sambungan demikian adalah turbin jenis Crossflow.

## SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
Pembangkit  listrik  tenaga  mikrohidro memiliki tiga komponen dasar yakni aliran air, turbin, dan generator. Energi potensi jatuhan air berubah menjadi energi kinetik pada pipa pesat dan selanjutnya diubah menjadi energi mekanik
oleh turbin. Berdasarkan prinsip kerjanya turbin terbagi  atas  turbin  impul  yang  memanfaatkan konsep  perubahan  momentum  air  sesaat sebelum  dan  setelah  menabrak  sudu,  dan turbin  reaksi  yang  memanfaatkan  perbedaan tekanan  saat  aliran  air  melewati  sudu.  Turbin impuls umumnya diterapkan pada kondisi head tinggi  dengan  debit  aliran  rendah,  sedangkan turbin  rekasi  umunya  dipasang  pada  kondisi head  rendah  dengan  debit  aliran  tinggi. Generator berfungsi mengubah energi mekanik turbin menjadi energi listrik berdasarkan prinsip induksi  elektromagnetik.  Sambungan  antara turbin  dan  generator  menggunakan  konsep roda-roda,  antara  lain  sambungan  langsung seperti  pada  turbin  Pelton  dan  Turgo  dan sambungan  memakai  sabuk/roda  gigi  seperti pada turbin Crossflow.
Teknologi  pembangkit  listrik  tenaga mikrohidro  (PLTMH)  menggunakan  banyak konsep  fisika  sebagaimana  yang  diuraikan pada  makalah  ini.  Dengan  demikian  maka sangat  laik  jika  PLTMH  digunakan  sebagai salah satu pembelajaran kontekstual terutama pada  daerah-daerah  yang  telah  memiliki teknologi  ini  dalam  upaya  meningkatkan pemahaman  dan  penguatan  konsep  fisika. Pembelajaran  fisika  kontestual  PLTMH  juga dapat diterapkan pada daerah dengan potensi energi  air  yang  cukup  namun  memiliki  rasio elektrifikasi yang rendah seperti di NTT dalam upaya peningkatan literasi sains dan mewujudkan kemandirian energi. Saran
Perlu  ada  penelitian  lanjutan  untuk menggali  penerapan  konsep  fisika  PLTMH pada tataran yang lebih teknis dan spesifik.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Insinyur  Sentanu  Hindrakusuma  dari Asosiasi Hidro Bandung dan CV Cihanjuang Inti Teknik  atas  pengetahuan  dan  ilmu  yang dibagikan.

## DAFTAR RUJUKAN
Antaranews.com.  (2019a,  Oktober  28). Rasio elektrifikasi NTT capai 82,97 persen per Oktober 2019 . Diakses pada 2 Februari 2020, dari https://www.antaranews.com/ berita/1135008/rasio-elektrifikasi-ntt- capai-8297-persen-per-oktober-2019 Antaranews.com. (2019b, November 4). Rasio elektrifikasi nasional capai 98,86 persen . Diakses pada 2 Februari 2020 pada https://www.antaranews.com/berita/11
45880/rasio-elektrifikasi-nasional-
capai-9886-persen Bahtiar,  A.,  Hidayat,  D.,  M.,  &  J.M.,  Syakir,  N and  Wibawa,  B.  .  (2015).  Aplikasi Pembangkit  Listrik  Mikrohidro  Untuk Penerangan Lingkungan Masyarakat Di Kecamatan Ciwidey Kabupaten Bandung. Jurnal Aplikasi Ipteks Untuk Masyarakat , 4 (1), 15–17.
Basar,  M.  F.,  &  Othman,  M.  M.  (2013).  An Overview of the Key Components in the Pico  Hydro  Power  Generation  System Faculty  of  Engineering  Technology.
Latest Trends in Renewable Energy and Environmental Informatics ,  206– 213.
Breeze, P. A. (2018). Hydropower Generators.
In Hydropower (1st  ed.,  pp.  47–52). Academic Press.
Caxaria,  G.  A.,  de  Mesquita  e  Sousa,  D.,  &
Ramos,  H.  M.  (2011).  Small  Scale Hydropower:  Generator  Analysis  and Optimization for Water Supply Systems. Proceedings of the World Renewable Energy Congress – Sweden, 8–13 May, 2011, Linköping, Sweden , 57 ,  1386– 1393.
Cobb,  B.  R.,  &  Sharp,  K.  V.  (2013).  Impulse (Turgo and Pelton) turbine performance characteristics and their impact on pico- hydro installations. Renewable Energy ,
50 , 959–964.
ESHA.  (2004).  Guide  on  How  to  Develop  a Small  Hydropower  Plant. European Small Hydropower Association ,  296. Diakses  pada  10  Februari  2020,  dari http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/do wnload?doi=10.1.1.172.1731&rep=rep 1&type=pdf Gunawan, A., Oktafeni, A., & Khabzli, W. (2014). Pemantauan Pembangkit Listrik Tenaga  Mikrohidro  (PLTMH). Jurnal Rekayasa Elektrika , 10 (4), 28–36. Hakim, S., Wahyudi, W., & Verawati, N. N. S. P. (2018). Pengaruh Model Pembelajaran Contextual  Teaching  and  Learning (CTL)  Berbantuan  LKS terhadap  Hasil Belajar  Fisika  Siswa  SMA  Attohiriyah Bodak. Lensa : Jurnal Kependidikan Fisika , 6 (1), 1. Hatch Energy. (2008). Low Head Hydro Market Assessment (Vol. 1, Issue March). Khomsah,  A.,  &  Zuliari,  E.  A.  (2015).  Analisa Teori :  Performa  Turbin  Cross  Flow Sudu  Bambu  5  ”  sebagai  Penggerak Mula  Generator  Induksi  3  Fasa. Seminar Nasional Sains Dan Teknologi Terapan , 1 , 79–88. Mathew, S. (2018). How does Francis Turbine work? diakses pada 11 Februari 2020,
dari  Learn  Engineering  The  Virtual University https://www.learnengineering. org/how- does-francis-turbine-work.html Peraturan  Menteri  Pekerjaan  Umum  dan Perumahan Rakyat Republik Indonesia Nomor  9  Tahun  2016  tentang  Tata Cara Pelaksanaan Kerjasama Pemerintah  dan  Badan  Usaha  dalam Pemanfaatan  Insfrastruktur  Sumber Daya Air untuk Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Air. Jakarta: Kementerian PUPR. Okedu,  K.  E.,  Uhunmwangho,  R.,  &  Odje,  M. (2020).  Harnessing  the  potential  of small hydro power in Cross River state of  Southern  Nigeria. Sustainable Energy Technologies and Assessments ,
37 (December 2019), 100617. Paish,  O.  (2002).  Small  hydro  power: Technology and current status. Renewable and Sustainable Energy Reviews , 6 (6), 537–556. Ranjan, R. K., Alom, N., Singh, J., & Sarkar, B. K.  (2019).  Performance  investigations of  cross  flow  hydro  turbine  with  the variation of blade and nozzle entry arc angle. Energy Conversion and Management , 182 (May 2018), 41–50.
Rompas, P. T. D. (2011). Analisis Pembangkit
Listrik Tenaga Mikrohidro (Pltmh) Pada Daerah Aliran Sungai Ongkak
Mongondow Di Desa Muntoi
Kabupaten Bolaang Mongondow . 16 (2).
Sentanu, H. (2011). Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro. Seminar on Electric,
Informatics and It’s Education
. Sinusoidal Waveforms .  (n.d.).  Electronics Tutorials.  Diakses  pada  21  February 2020, dari https://www.electronicstutorials. ws/accircuits/sinusoidal-waveform.html Uhunmwangho,  R.,  Odje,  M.,  &  Okedu,  K.  E. (2018).  Comparative  analysis  of  mini hydro turbines for Bumaji Stream, Boki,
Cross River State, Nigeria. Sustainable Energy Technologies and Assessments ,
27 (September 2017), 102–108. Židonis,  A.,  Benzon,  D.  S.,  &  Aggidis,  G.  A.
(2015). Development of hydro impulse turbines and new opportunities. Renewable and Sustainable Energy
Reviews , 51 , 1624–1635.