## Unjuk Kerja Turbine Archimedes Screw pada PLTMH dengan Variasi Debit Air dan Kemiringan Poros
Djoko Wahyudi 1 , Dani Hari Tunggal Prasetio 2 , M. Fathuddin Noor 3 , Mustakim 4 1,2,3 Teknik Mesin, Universitas Panca Marga, Probolinggo, Indonesia
4 Teknik Industri, Universitas Panca Marga, Probolinggo, Indonesia Email:djokowahyudi@gmail.com

## A BSTRACT
Air  adalah  salah    satu  sumber  energi,  karena  pada  air  tersimpan  energi  potensial  untuk  kondisi  air  jatuh  serta energi kinetik untuk kondisi air yang mengalir. sesuai dengan kaidah kekekalan energi yang menyatakan bahwa suatu bentuk  energi  tidak  bisa  dimusnahkan  namun  dapat  diubah  bentuk  menjadi  energi  mekanik  dan    elektrik  tentunya dengan menempatkan sebuah generator. Pemanfaatan air menjadi energi listrik bisa berupa Pembangkit Listrik tenaga Air  (PLTA)  ataupun  Pembangkit  Listrik  tenaga  Mikrohidro  (PLTMH). PLTMH  termasuk  sumber  energi  terbarukan serta layak diklaim clean energy sebab ramah lingkungan.
Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk  menganalisa    pengaruh  dari  perbedaan  debit  air  pada  head  rendah  dengan perbedaan  kemiringan  poros  turbin archimedhes  screw serta  berapa  besar  daya  listrik  yang  dihasilkan  oleh turbine Archimedes  screw pada  Dinamo  42  Volt  dengan    perbedaan  debit  air  pada  head  rendah  dengan  variasi  kemiringan poros 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 45°.
Penelitian dilakukan dengan metode eksperimental menggunakan analisis performa turbin ulir ( Archimedes screw ) dengan variasi sudut kemiringan poros untuk mengetahui pengaruh hubungan antara sudut kemiringan poros terhadap daya yang dihasilkan.
Hasil dan pengujian menunjukkan bahwa debit dan kemiringan poros turbin mempengaruhi dari kecepatan poros turbin (rpm), daya (v), Torsi ( 𝛕 ) dan efisiensi turbin (%). Daya turbi Archimedes Screw yang tertinggi dihasilkan pada sudut  poros  turbin  45 ⁰ dengan  daya  generator  11,92  watt  pada  Qp2,  besar  torsi  yang  dihasilkan  0,0123  Nm  sudut turbin 40 ⁰ pada Qp3 dengan efisiensi 9,28% dalam pengujian Qp2.
Keywords: Turbine Archimedes Screw , Debit Air, Poros

## I NTRODUCTION
Kebutuhan energi  akan semakin tinggi seiring dengan  meningkatnya perkembangan kebutuhan  manusia. Banyak sekali  cara  pemanfaatan  sumber  energi  yang  dilakukan  buat  mengatasi  problema  menipisnya  sumber  energi  yang memanfaatkan  BBM  (Bahan  Bakar  Minyak)  serta  Batubara.  Salah    satu  solusi  adalah  pemanfaatan  energi  baru  serta terbarukan, seperti energi surya (matahari), angin, biomassa, serta air. Potensi tenaga air sebenarnya besar dan  selama ini pemanfaatannya  belum  maksimal.  Maka  dari  itu,  sudah  selayaknya  untuk  dikembangkan  supaya  energi  listrik  wilayah terpencil, serta pedesaan bisa terpenuhi [1][2].
Pemanfaatan  air  menjadi  energi  listrik  bisa  berupa  Pembangkit  Listrik  tenaga  Air  (PLTA)  ataupun  Pembangkit Listrik  tenaga  Mikrohidro  (PLTMH).[3]  Kedua  pembangkit  ini  mempunyai  perbedaan  dari  segi  keluaran  kapasitasnya. Tentunya  PLTMH  mempunyai  kapasitas  keluaran  yang  lebih  kecil  dibandingkan  PLTA.  [3]  Pemilihan  antara  PLTA ataupun PLTMH disesuaikan kebutuhan daerah tersebut serta pula disesuaikan dengan ketersediaan air ditempat tersebut. PLTMH  telah  dimanfaatkan  dibeberapa  daerah  khususnya  daerah  yang  dekat  dengan  wilayah  aliran  Sungai  (DAS), danau, air terjun atau bendungan [4][5].
PLTMH  termasuk  sumber  energi  terbarukan  dan    layak  diklaim clean  energy sebab  ramah  lingkungan.  dari  segi teknologi,  PLTMH  banyak  dipilih  karena  konstruksinya  sederhana,  mudah  dioperasikan,  serta  mudah  dalam  perawatan dan    penyediaan sparepart. Secara  ekonomi,  biaya    operasi  serta  perawatannya  cukup  murah,  sedangkan  biaya investasinya  cukup  bersaing  dengan  pembangkit  listrik  lainnya.  Secara  sosial,  PLTMH  mudah  diterima  masyarakat  luas [6][7].
Pemanfaatan  energi  air  masih  rendah,  akan  tetapi  sistem  konvensi air  skala  kecil  dapat  menggunakan  teknologi sederhana  dan  biaya  pembuatan  yang  relatif  murah.  [8][9]  Oleh  karena  itu,  pada  penelitian  ini  penulis  mencoba memanfaatkan energi air sehingga dapat diterapkan dan tiap-tiap rumah akan bisa memenuhi kebutuhan listrik, terutama di daerah-daerah yang belum terjangkau listrik.

## M ETHOD
Penelitian dilakukan dengan metode eksperimental menggunakan analisis performa turbin ulir ( Archimedes screw ) dengan variasi sudut kemiringan poros untuk mengetahui pengaruh hubungan antara sudut kemiringan poros terhadap daya yang dihasilkan.

## Alat
Alat ukur yang digunakan dalam penelitian adalah tachometer, avometer, mistar, busur derajat.

## Bahan
Bahan  yang digunakan dalam pembuatan alat ujuk kerja turbin adalah  siku 3x3 tebal 1.5, Pipa PVC, Plat (tebal 0,9 mm, lebar 90 cm, panjang 100 cm), Pipa besi diameter 3,5 cm, Engsel, Drum cat dan Baut 10.
Gambar 1. Flowchart Pengujian Turbin Archimedes screw
Metode yang digunakan dalam pengambilan data penelitian ini yaitu:
1. Metode observasi, dimana akan dilakukan pengamatan secara langsung dan pengambilan data alat uji.
2. Metode  analisis,  dimana  hasil  dari  pengambilan  data  penelitan  dianalisa  lebih  lanjut  sehingga  mendapatkan  hasil dari penelitan itu tersebut.
Metode pengolahan data meliputi:
1. Pengukuran debit air.
2. Pengukuran torsi turbin/ kecepatan putar poros.
3. Perhitungan arus yang dihasilkan.
Selesai

## Mulai
Pembuatan Instalasi Turbin Archimedes Screw Pengujian Turbin Perhitugan Analisa Hasil Pengambilan Data Pengujian Laporan hasil Pengujian Kesimpulan dan saran Tidak Ya

## D ISCUSSION
Data Hasil Penelitian
Tabel 1. Data Hasil Penelitian pada Debit Air 0,0108 m 3 /s
No Sudut kemiringan poros ( ⁰ ) Debit air (m 3 /s) Putaran poros (RPM) Output Generator (Volt) Arus (ampere) 1 20 0 0,0108 71,6 4 0,85 2 25 0 0,0108 110,6 4 0,85 3 30 0 0,0108 117 5 1,06 4 35 0 0,0108 125 5 1,06 5 40 0 0,0108 104,8 4 0,85 6 45 0 0,0108 190 7 1,48
Tabel 2. Data Hasil Penelitian pada Debit Air 0,0116 m 3 /s
No Sudut kemiringan poros ( ⁰ ) Debit air (m 3 /s) Putaran poros (RPM) Output Generator (Volt) Arus (ampere) 1 20 0 0,0116 134 3 0,63 2 25 0 0,0116 110,9 4 0,85 3 30 0 0,0116 191 5 1,06 4 35 0 0,0116 128,8 5 1,06 5 40 0 0,0116 164,8 4 0,85 6 45 0 0,0116 200,4 7,5 1,59
Tabel 3. Data Hasil Penelitian pada Debit Air 0,0129 m 3 /s No Sudut kemiringan poros ( ⁰ ) Debit air (m 3 /s) Putaran poros (RPM) Output Generator (Volt) Arus (ampere) 1 20 0 0,0129 125,1 3 0,63 2 25 0 0,0129 112 3 0,63 3 30 0 0,0129 184,1 6 1,27 4 35 0 0,0129 161,6 6 1,27 5 40 0 0,0129 108,5 4 0,85 6 45 0 0,0129 199 7 1,48
Tabel 4. Data Hasil Perhitungan Torsi
Debit (m 3 /s) Torsi (Nm) 20 ⁰ 25 ⁰ 30 ⁰ 35 ⁰ 40 ⁰ 45 ⁰ Qp1 0,0108 0,0104 0,0086 0,086 0,0084 0,0106 0,0060 Qp2 0,0116 0,0060 0,0092 0,0056 0,0088 0,0072 0,0061 Qp3 0,0129 0,0071 0,0101 0,0065 0,0077 0,0123 0,0068

## Sudut Turbin Terhadap Kecepatan Putar Poros Turbin
Data yang di peroleh dari hasil perhitungan kinerja turbin Archimedes Screw dengan sudut kemiringan poros 20 ⁰ , 25 ⁰ , 30 ⁰ , 35 ⁰ , 40 ⁰ , 45 ⁰ .
Gambar 2. Grafik Debit Air dan Kecepatan Putar Poros Turbin
Debit  adalah  volume  air  yang  mengalir  didalam  satuan  waktu.  Pada  grafik  antara  debit  dan  kemiringan  sudut turbin dapat dilihat pada tabel bahwa setiap kenaikan sudut turbin berpengaruh terhadap kecepatan poros turbin (RPM). Ini dibuktikan  pada  sudut  turbin  maksimum  45 ⁰ dan  minimum  20 ⁰ .  Pada  Q1  kecepatan  putar  poros  turbin  (rpm) maksimumnya 190 rpm, minimumnya 71,6 rpm dengan besar sudut maksimumnya 45 ⁰ dan minimumnya 20 ⁰ . Pada Q2 kecepatan putar poros turbin (rpm) maksimumnya 200,4 rpm, minimumnya 110,9 rpm dengan besar sudut maksimumnya 45 ⁰ dan minimumnya 25 ⁰ . Pada Q3 kecepatan putar poros turbin (rpm) maksimumnya 199 rpm, minimumnya 112 rpm dengan besar sudut maksimumnya 45 ⁰ dan minimumnya 25 ⁰ . Sehingga dapat disimpulkan bahwa selama kenaikan sudut turbin yang dihasilkan yaitu kecepatan putar poros turbin terus meningkat.
0 50 100 150 200 250 20⁰ 25⁰ 30⁰ 35⁰ 40⁰ 45⁰ P e rp u ta ra n T u rb in (R P M ) Q P1 = 0,0108 Q P2 = 0,0116 Q P3 = 0,0129

## Pengaruh Sudut Turbin Terhadap Torsi
Gambar 3. Grafik Torsi dan Kecepatan putar poros turbin
Torsi adalah besaran untuk menyatakan besarnya gaya yang bekerja pada sebuah benda sehingga mengakibatkan benda  berputar.  Torsi  dipengaruhi  oleh  gaya  yang  dikeluarkan  serta  jarak  antara  sumbu  putaran  dan  letak  gaya.  Ini dibuktikan pada sudut turbin maksimum 40 ⁰ dan minimum 30 ⁰ . Pada Q1 torsi maksimumnya 0,0106 Nm, minimumnya 0,0060  Nm  dengan  besar  sudut  maksimumnya  40 ⁰ dan  minimumnya  45 ⁰ .  Pada  Q2  torsi  maksimumnya  0,0092  Nm, minimumnya  0,0056  Nm  dengan  besar  sudut  maksimumnya  25 ⁰ dan  minimumnya  30 ⁰ .  Pada  Q3  torsi  maksimumnya 0,0123  Nm,  minimumnya  0,0065  dengan  besar  sudut  maksimumnya  40 ⁰ dan  minimumnya  30 ⁰ .  Sehingga  dapat disimpulkan bahwa debit dan kemiringan poros sudut turbin sangat berpengaruh terhadap torsi. Setiap perbedaan sudut dan debit, torsi yang dihasilkan tidak stabil. Hal ini dikarenakan aliran air yang melewati sudut turbin banyak terbuang diantara celah dinding turbin dan aliran air yang menuju ke turbin banyak yang terbuang juga.

## Pengaruh Sudut Turbin terhadap Daya Generator
Gambar 4. Grafik Daya dan Kecepatan Putar Poros Turbin.
Daya adalah energi yang dibawa oleh aliran sebuah fluida (air). Daya sendiri dipengaruhi oleh besaran torsi dan putaran  poros  turbin  yang  diakibatkan  oleh  debit  air.  Ini  dibuktikan  dari  data  hasil  perhitungan.  Pada  sudut  turbin maksimum 45 ⁰ dan minimum 20 ⁰ . Pada Q1 daya maksimumnya 10,36 watt, minimumnya 3,4 watt dengan besar sudut maksimumnya  45 ⁰ dan  minimumnya  20 ⁰ .  Pada  Q2  daya  maksimumnya  11,92  watt,  minimumnya  1,89  watt  dengan
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 20⁰ 25⁰ 30⁰ 35⁰ 40⁰ 45⁰ To rs i ( N m ) Qp1 Qp2 Qp3
0 2 4 6 8 10 12 14 20⁰ 25⁰ 30⁰ 35⁰ 40⁰ 45⁰ D ay a (w at t) Qp1 Qp2 Qp3
besar sudut maksimumnya 45 ⁰ dan minimumnya 20 ⁰ . Pada Q3 daya maksimumnya 10,36 watt, minimumnya 1,89 watt dengan  besar  sudut  maksimumnya  45 ⁰ dan  minimumnya  20 ⁰ .  Sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  selama  kenaikan sudut  turbin  berdampak  pada  kenaikan  daya,  namun  pada  sudut  40 ⁰ mengalami  penurunan.  Hal  ini  disebabkan  oleh ketidak stabilan aliran air  yang  masuk ke  bak penampung. Sedangkan pada sudut 45 ⁰ mengalami  kenaikan  signifikan, dikarenakan aliran air yang masuk ke bak penampung dan aliran air yang masuk ke turbin stabil.

## Pengaruh Sudut Turbin terhadap Efisiensi
Gambar 5. Grafik Efisiensi Turbin Archimedes Screw.
Efisiensi adalah perbandingan antara energi yang dipakai oleh fluida (air) dibagi dengan energi yang diberikan oleh  daya  genetor.  Ini  dibuktikan  dari  data  hasil  perhitungan.  Sudut  turbin  maksimum  pada  sudut  45 ⁰ dan  minimum 25 ⁰ .  Pada  Qp1  efisiensi  maksimumnya  8,66%,  minimumnya  4,34%    dengan  besar  sudut  maksimumnya  45 ⁰ dan minimumnya  20 ⁰ .  Pada  Qp2  efisiensi  maksimumnya  9,28%,  minimumnya  2,24%  dengan  besar  sudut  maksimumnya 45 ⁰ dan  minimumnya  20 ⁰ .  Pada  Qp3  efisiensi  maksimumnya  7,25%,  minimumnya  1,59%  dengan  besar  sudut maksimumnya  45 ⁰ dan  minimumnya  20 ⁰ .  Sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  pada  Qp3  mengalami  kenaikan  cukup signifikan pada sudut 35 ⁰ namun setalah itu mengalami penurunan di sudut 40 ⁰ begitu juga dengan Qp1 dan Qp2 yang mengalami penurunan. sampai 45 ⁰ mengalami kenaikan pada Qp1, Qp2 dan Qp3.

## C ONCLUSION
Berdasarkan  hasil penelitian dan pengujian  menunjukkan  bahwa debit dan kemiringan poros turbin  mempengaruhi dari kecepatan poros turbin (rpm), daya (v), Torsi ( 𝛕 ) dan efisiensi turbin (%). Daya turbi Archimedes Screw yang tertinggi dihasilkan pada sudut poros turbin 45 ⁰ dengan daya generator 11,92 watt pada Qp2, besar torsi yang dihasilkan 0,0123 Nm sudut turbin 40 ⁰ pada Qp3 dengan efisiensi 9,28% dalam pengujian Qp2.

## References
[1] M. Wildan, N. Karim, M. Widyartono, A. Chandra Hermawan, and S. I. Haryudo, “Kajian kemiringan blade dan head turbin archimedes screw terhadap daya keluaran generator AC 1 Phase 3 kW,” J. Tek. , vol. 10, no. 1, pp. 1– 10, 2021.
[2] G.  Dellinger,  S.  Simmons,  W.  D.  Lubitz,  P.  A. Garambois,  and  N.  Dellinger,  “Effect of  slope  and  number  of blades  on  Archimedes  screw  generator  power  output,” Renew.  Energy ,  vol.  136,  pp.  896–908,  2019,  doi: 10.1016/j.renene.2019.01.060.
[3] I.  W.  B.  Saputra,  A.  I.  Weking,  and  L.  Jasa,  “Mikro  Hidro (PLTMH)  Menggunakan  Kincir  Overshot  Wheel,” Makal. Ilm. Tek. Elektro , vol. 16, no. 2, pp. 48–54, 2017.
[4] A. R. I. Susanto, “Analisi Potensi Sumber Daya Air Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Di Bendung Lodoyo Blitar, Skripsi S1,” 2019.
[5] Y.  Apriani,  Z.  Saleh,  R.  K.  Dillah,  and  I.  M.  Sofian,  “Analysis  of  the  local  energy  potential  connection  with power  plants  based  on  archimedes  turbine  10  kW,” J.  Robot.  Control ,  vol.  1,  no.  5,  pp.  162–166,  2020,  doi:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20⁰ 25⁰ 30⁰ 35⁰ 40⁰ 45⁰ Efi si en si (% ) Qp1 Qp2 Qp3
10.18196/jrc.1533.
[6] B.  Yulistiyanto,  H.  Yul,  and  Lisdiyanti,  “Pengaruh  Debit  Aliran  dan  Kemiringan  Poros  Turbin  Ulir  Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro,” Din. Tek. SIPIL , vol. 12, no. 1, pp. 1–5, 2012.
[7] J. Jamaludin, “DEBIT AIR OPTIMUM MODEL SCREW TURBINE PADA PITCH A= 1, 2 Ro DAN A= 2 Ro SEBAGAI  PENGGERAK  GENERATOR  LISTRIK,” J.  Din.  UMT ,  vol.  3,  no.  1,  2018,  doi: 10.31000/dinamika.v3i1.1086.
[8] A. Sidiq, Y. Maulana, and I. Noor, “5015-12129-1-Sm,” vol. 6, no. 1, pp. 39–45, 2021.
[9] I.  Putu  Wahyu  Indra  Wedanta,  W.  Arta  Wijaya,  and  L.  Jasa,  “Analisa  pengaruh  kemiringan  head  dan  variasi sudut blade turbin ulir terhadap kinerja PLTMH,” J. Spektrum , vol. 8, no. 1, pp. 73–84, 2021.