ANALISIS PENGARUH PERUBAHAN R O DAN R i PADA TURBIN ULIR ARCHIMEDES SARWAN
Zulkiffli Saleh 1 , Wiwin A Oktaviani 2 , Muhammad Yoga Pratama 3 zulkifflisaleh64@gmail.com win.oktaviani1973@gmail.com
mochyogapratama99@hotmail.com
Dosen Teknik Elektro Fakults Teknik Universitas Muhammadiyah Palembang 1&2
Universitas Muhammadiyah Palembang 3

## Abstrak
Fokus  penelitian  ini  diarahkan  pada  analisis  pengaruh  perubahan  diameter  dalam  rotor  (R i ) dan diameter luar rotor (R o ) terhadap daya yang dihasilkan sistem PLTMH untuk menentukan kondisi optimal  kerja  sistem.  Salah  satu  parameter  signifikan  pada  PLTMH  berbasis  turbin  ulir  Archimedes adalah besaran R o dan R i , perubahan  nilai tersebut akan berpengaruh pada daya keluaran sistem. Dari hasil  pengukuran  dan  perhitungan  data  yang  dilakukan  pada  PLTMH  Sarwan  didapatkan  kecepatan aliran air maksimum sebesar 7,7112 m/dt dan kecepatan aliran air minimum sebesar 2,7463 m/dt, dan Ri optimal sebesar 0,56 m dengan daya terbangkitkan sebesar 4,098 kW
Kata Kunci : PLTMH, turbin ulir Archimedes, Ro dan Ri optimal, diameter turbin

## 1. PENDAHULUAN
Seiring  meningkatnya  perkembangan  kebutuhan  manusia  maka  kebutuhan  energi  semakin meningkat.  Sejalan  dengan  kebutuhan  energi  semakin  meningkat  maka  sumber  energi  yang  ada semakin  menipis  dan  perlu  dilakukan  usaha  untuk  menghindari  ketergantungan  pemanfaatan  sumber energi yang telah menipis tersebut. Salah satu solusinya adalah dengan memanfaatkan energi baru dan terbarukan.  Potensi  Sumber  Energi  Setempat  (SES)  berupa  energi  air  sebenarnya  besar  namun pemanfaatannya cenderung belum maksimal. Berdasarkan fenomena tersebut, maka pemanfaatan SES dapat  dikembangkan  untuk  memenuhi  energi  listrik  di  daerah  yang  belum  mendapat  sumber  energi listrik  dari  PLN  seperti  pada  daerah  pedesaan,  yang  biasanya  terdapat  aliran  sungai  yang  mengalir yang  dapat  dimanfaatkan  untuk  mengembangkan  sistem  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro (PLTMH) (Anggara & Irvani, 2017).
PLTMH  adalah  pembangkit  listrik  yang  menghasilkan  daya  kurang  dari  100  kW dengan menggunakan kapasitas air yang mengalir sebagai sumber energi penggerak . Pengambilan data aliran air  dilakukan  pada  kondisi  aliran  berada  pada  titik  paling  rendah  untuk  dapat  memprediksi  kapasitas aliran  pada  kondisi  puncak. Kapasitas  air  yang  mengalir  ke  turbin  berasal  dari  aliran  sungai  yang diambil sebagian dan kemudian dikembalikan lagi ke sungai , dari ketinggian air tertentu dan debit air yang dibutuhkan akan menggerakkan turbin  yang terhubung dengan generator listrik. Semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang bisa diubah menjadi daya listrik (Dwiyanto, K, & Tugiono, 2016).
Terapan  pembangkitan  skala  PLTMH  melalui  aplikasi  turbin  ulir  Archimedes  ditinjau  pada perubahan diameter dalam rotor (R i ) dan diameter luar rotor (R o ) dan pengaruhnya terhadap daya yang dihasilkan.  Kemampuan  optimal  sistem  dibentuk  dalam  kurva  karakteristik  turbin  untuk  menentukan kondisi optimal kerja sistem. Penelitian ini bertujuan  untuk menganalisis pengaruh perubahan R i dan R o terhadap  daya  yang  dihasilkan  turbin  Archimedes  di  Dusun  Sarwan  untuk  menentukan  kondisi optimal kerja sistem.
Luaran  penelitian  ini  diarahkan  pada  besaran  daya  pembangkitan  yang  dapat  dimanfaatkan untuk  konsumen  pada  daerah  terpencil  di  Sarwan.  Adapun  ruang  lingkup  penelitian  berkisar  pada optimalisasi R i dan R o pada turbin ulir Archimedes.
2. TINJAUAN PUSTAKA
PLTMH  adalah  pembangkit  listrik  yang menggunakan  kapasitas  air  sebagai  kekuatan pendorong turbinnya , misalnya terjunan air dengan memanfaatkan ketinggian titik jatuh air ( head ) dan jumlah  debit  air  maupun  tekanan  air  yang  terbentuk  terhadap  turbin  agar  menghasilkan  energi mekanik (Saputra, Weking, & Jasa, 2017).
a. Prinsip kerja PLTMH
Prinsip  pengoperasian  PLTMH  adalah  dengan  memanfaatkan  tinggi  jatuh  air  terjun  dan  jumlah debit  air  sehingga  mampu  menggerakkan  turbin  yang  akan  menghasilkan  energi  putaran.  Air mengalir  dari  bendungan  atau  embung  yang  telah  dibuat  lalu  diteruskan  ke  saluran  pembawa sampai air masuk ke pipa  pesat dimana air  akan disalurkan ke turbin,  sehingga poros turbin yang berputar  yang  selanjutnya  akan  memutar  generator  dan  menghasilkan  energi  listrik  (Wiranata, Janardana, & Wijaya, 2020).
b. Persamaan-persamaan PLTMH
Berikut ini persamaan PLTMH untuk menentukan besaran daya yang tersedia, kapasitas debit air, tinggi jatuh air, dan efisiensi (Apriani, Saleh, Dillah, & Sofian, 2020):
1. Daya yang tersedia dan efisiensi
Persamaan untuk memprediksi potensi besar daya yang dihasilkan oleh PLTMH.
(1) dengan,
P  = daya nyata (Watt)
𝜌 = massa jenis air (1000 kg/m 3 )
g   = percepatan gravitasi bumi (9,8 m/dt 2 )
Q  = besarnya debit air (m 3 /dt) h   = besarnya tinggi terjun air (m) efisiensi diperoleh dengan persamaan,
(2)
dengan, = efisiensi (%) P Out = daya output /keluaran (Watt) P in = daya Input /masukan (Watt)
2. Kapasitas debit air Untuk  mengetahui  debit  dapat  diukur  menggunakan stopwatch dan  pelampung  dititik  tertentu, dan dapat dihitung melalui persamaan berikut,
(3)
dengan,
Q  = debit (m 3 /dt) A  = luas penampang (m 2 ) V  = kecepatan (m/dt)
c. Persamaan-persamaan untuk simulasi daya  yang dihasilkan oleh  perubahan R i dan R o pada turbin ulir Archimedes. Persamaan yang digunakan untuk mengetahui daya yang dihasilkan dari R o dan R i yang telah ditentukan (Borah, Chowdhury, Gogoi, & Askary, 2016).
1. Volume maximum air pada 1 putaran turbin
(4)
dengan,
π = 3,14
R o = diameter outer P   = jarak antar pitch
2. Volume keseluruhan turbin pada 1 putaran turbin ( ) (5) dengan, π = 3,14
R o = diameter outer R i = diameter inner
L = panjang poros turbin
N   = jumlah pitch
3. Volume dalam 1 pitch
(6)
dengan,
N   = jumlah pitch
4. Rasio antara R i dan R o
(7)
dengan,
R o = diameter outer R i = diameter inner
5. Rasio pitch
(8)
dengan,
R o = diameter outer
π   = 3,14
K   = sudut kemiringan P   = jarak antar pitch
6. Rasio volume
(9)
dengan,
R o = diameter outer
π   = 3,14
P   = jarak antar pitch
7. Dari  analisis  dimensi  bisa  diketahui  bahwa  θ  bergantung  pada  nilai  N, p ,  dan  λ.  Jadi  θ  bisa ditulis θ (N. p .λ). Daru persamaan 1, 4, 5 dan 6, V T bisa dinyatakan dengan persamaan:
(10)
dengan,
R o = diameter outer π   = 3,14 K   = sudut kemiringan N   = jumlah pitch
p = rasio antara R i dan R o λ   = rasio pitch θ   = rasio volume
8. Dari persamaan 4, 5,dan 6, nilai optimal pada R i , P dan V T bisa ditentukan dengan,
(11) dengan,
R o = diameter outer
p = rasio antara Ri dan Ro
9. P optimum
(12)
dengan,
R o = diameter outer π = 3,14
K   = sudut kemiringan λ = rasio pitch
10. V T optimum
( ) (13)
dengan,
R o = diameter outer
π = 3,14
K = sudut kemiringan
N = jumlah pitch p = rasio antara R i dan R o λ = rasio pitch θ = rasio volume
V T *  = Laju aliran / Q
11. Nilai  dari  daya  yang  terbangkitkan  turbin  bisa  didapatkan  dengan  menghitung  menggunakan persamaan  (1)  menggunakan  Q  yang  didapat  dari  volume  efektif  pada  turbin  yang  berfokus pada perubahan R i sehingga didapatkanlah daya yang terbangkitkan berdasarkan perubahan R i .

## 3. METODE PENELITIAN
ANALISIS PENGARUH PERUBAHAN R O DAN R i PADA TURBIN ULIR ARCHIMEDES SARWAN OPTIMALISASI Ro DAN Ri PADA TURBIN ULIR ARCHIMEDES Fl ui da K ara kte ris tik tu rb in A rc him ed es Ro Ri Torsi Tekanan air Laju air Tinggi jatuh air Debit air Daya available Daya terbangkiitkan
Gambar 1. Fishbone
Data  yang  dibutuhkan  dalam  penyelesaian  penelitian  ini  adalah  data  tentang  debit  air,  kecepatan  aliran air, tinggi jatuh air, daya yang terbangkitkan, daya available , tekanan air, torsi turbin, R i dan R o .
Menganalisis data yang telah dikumpulkan dan menerapkan atau memanfaatkan sumber energi alternatif sebagai pembangkit listrik. Pengambilan data kecepatan aliran air dan perhitungan daya yang tersedia pada sungai di Dusun Sarwan untuk memantau potensi yang digunakan guna memutar turbin Archimedes  dan  selanjutnya  turbin  akan  memutar  generator  untuk  mengeluarkan  daya  listrik  serta melakukan pengukuran pada turbin untuk di simulasikan menggunakan persamaan untuk menentukan daya yang terbangkitkan.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## a. Daya available
Dengan menggunakan persamaan 3 dapat diketahui berapa daya yang mampu di hasilkan oleh aliran air sungai yang akan digunakan untuk menggerakkan turbin Archimedes.
P = 1000 kg/m 3 . 9,81m/ dt 2 . 0,09535085  . 9,67 =  9,045 kW Q = V.A = 7,96 . 0,01197875 = 0,09535085 m 3 /dt A = Kedalaman sungai . Lebar sungai
= 0,185 . 0,06475 = 0,01197875 m 2
b. Data spesifikasi turbin

## Gambar 2. Turbin ulir Archimedes
Data  diatas  didapatkan  dengan  mengukur  setiap  dimensi  turbin  Archimedes  yang  dilakukan menggunakan  alat  pita  ukur  dan  jangka  sorong,  dibawah  ini  terdapat  spesifikasi  turbin  yang  telah disediakan pada Tabel 1 dimana data turbin ini akan digunakan untuk menghitung daya yang mampu dihasilkan oleh turbin Archimedes.
Tabel 1. Data spesifikasi turbin ulir Archimedes No Nama Jumlah  Satuan Dimensi 1 Panjang total turbin 1 cm 295 2 Panjang rotor 1 cm 235 3 Diameter inner 1 cm 30 4 Diameter outer 1 cm 60 5 Panjang poros 2 cm 30 6 Panjang casing turbin 1 cm 409 7 Lebar casing turbin 1 cm 42,6 8 Jumlah pitch 7 n - 9 Tinggi casing 1 cm 53 10  Jarak antar pitch 1 cm 28,22 11  Kemiringan blade 1 derajat 25
c. Simulasi daya yang dihasilkan berdasarkan perubahan Ri dan Ro
Tabel 2.  Pengaruh Ri dan Ro terhadap daya yang dihasilkan
Dimensi Satuan 1 2 3 4 5 6 7 Ro (m) 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Ri (m) 0,3 0,34 0,38 0,42 0,46 0,52 0,56 V Tmax (m 3 ) 0,318 V c (m 3 ) 0,284 0,257 0,227 0,193 0,156 0,094 0,048 V b (m 3 ) 0,045 p (m) 0,5 0,5666  0,6333 0,7 0,7666  0,8666  0,9333 λ (m) 0,065 θ 1 V T (m 3 ) 0,355 0,402 0,450 0,497 0,545 0,616 0,663 Ri * (m) 0,3 0,34 0,38 0,42 0,46 0,52 0,56 P * (m) 0,101
V T * (m 3 ) 0,0231 4 0,0262 3 0,0293 1 0,0324 0,0354 9 0,0401 2 0,0432 P (kW) 2,195 2,488 2,7813 3,074 3,366 3,806 4,098

## 5. PENUTUP
1. Data aliran air yang dihitung menggunakan bahasa pemograman matlab dengan ordo 25 diperoleh nilai  tertinggi  kecepatan  laju  air  pada  saluran  terdapat  pada  titik  V13  =  7,7112  m/dt  dan  nilai terendah kecepatan laju alir pada saluran terdapat pada titik V614 = 2,7463 m/dt
2. Daya available atau daya yang bisa terbangkitkan dari aliran adalah sebesar 9,045 kW
3. Setelah  dilakukan  perhitungan  dengan  membandingkan  7  nilai  R i terhadap  daya  yang  di  hasilkan didapatlah R i optimal = 0,56 m dan daya yang terbangkitkan sebesar 4,098 kW.

## DAFTAR PUSTAKA
Anggara,  H.,  &  Irvani,  H.  (2017).  Potensi  PLTMH  di  kecamatan  ngantang  kabupaten  malang  jawa timur. Reka Buana , 1 - 7.
Apriani, Y., Saleh,  Z., Dillah, R. K., & Sofian,  I. M. (2020). Analysis of the Local Energy Potential Connection  with  Power  Plants  Based  on  Archimedes  Turbine  10  kW. Robotic  and  control , 162 - 166.
Borah,  S.,  Chowdury,  B.,  Gogoi,  S.,  &  Askary,  Z.  (2016).  A  Theoritical  Study  od  Design  Parameters  of  an Archimedean Screw Turbine. Journal of Material Science and Mechanical Engineering , 32-34. Dwiyanto,  V.,  K,  D.  I.,  &  Tugiono,  S.  (2016).  Analisis  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro (PLTMH). Journal Rekayasa Sipil dan Desain , 407 – 422.
S,  B.,  B,  C.,  S,  G.,  &  Z,  A.  (2016).  A  Theoretical  Study  of  Design  Parameters  of  an  Archimedean Screw Turbine. Journal of Material Science and Mechanical Engineering , 32-34.
Saputra,  I.  B.,  Weking,  A.  I.,  &  Jasa,  L.  (2017).  Rancang  Bangun  Pemodelan  Pembangkit  Listrik Tenaga Mikro Hidro Menggunakan Kincir Overshoot Wheel. Teknologi Elektro , 48 - 54. Wiranata, P. A., Janardana, G. N., & Wijaya, W. A. (2020). Rancang Bangun Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hindro Menggunakan Turbin Cross - Flow. Spektrum , 151 - 160.