Abstract—Electrical energy needs in North Sulawesi is increasing.  Along  with  that,  many  a  few  power  plant development  has  done.  Including  Kotamobagu  City  Area which  has  a  lot  of  water  potential  to  be  converted  into electric power.
Minihydro Power Plant (PLTM) development planning in Kobo Kecil village by utilizing water potential of Moayat river. Begin by calculating the water debit and head so it can be estimated that capability of PLTM to be built. Then it is designed  to  manufacture  the  components  of  PLTM,  such as: dam, intake building, waterway, stilling pond, penstock, power  house,  and  spillway.  Where  the  power  house  there are  main  equipments,  such  as:  turbine,  generator,  and transformer.

## Keywords: Generator, Head, Turbine, Water Debit.
Abstrak—Kebutuhan energi listrik di Sulawesi Utara semakin  meningkat.  Seiring  dengan  itu,  banyak dilakukan  beberapa  pembagunan  pembangkit  tenaga listrik.  Termasuk  daerah  Kota  Kotamobagu  yang mempunyai  banyak  potensi  air  untuk  diubah  menjadi tenaga listrik.
Perencanaan  pembangunan  Pembangkit  Listrik Tenaga  Minihidro  (PLTM)  di  desa  Kobo  Kecil  dengan memanfaatkan  potensi  air  sungai  Moayat.  Di  mulai dengan menghitung debit air dan head yang ada sehingga dapat  diperkirakan  kemampuan  PLTM  yang  akan dibangun. Kemudian dirancangkan pembuatan komponen-komponen PLTM, seperti: bendung, bangunan  pengambilan,  saluran  penghantar  air,  bak penenang,  pipa  pesat,  rumah  pembangkit  dan  saluran pelimpah.  Dimana  untuk  gedung  pembangkit  terdapat peralatan  utama,  seperti:  turbin,  generator,  dan transformator.
Kata Kunci: Debit Air, Generator, Ketinggian Jatuh Air, Turbin.

## I. P ENDAHULUAN
Di  era  modern  sekarang  ini  banyak  wilayah  di Indonesia yang secara perlahan terbuka menjadi daerah maju.  Perkembangan  suatu  daerah  menjadi  daerah maju ditandai dengan bertambahnya jumlah penduduk yang tentunya membutuhkan energi listrik yang harus memadai juga. Kebutuhan energi listrik bagi
masyarakat  sekarang  ini  sangat  dibutuhkan  sejalan dengan aktifitas sehari–hari dan kemajuan teknologi.
Perkembangan  ini  tak  lepas  dari  kebutuhan  listrik yang besar, sehingga sering terjadinya pemadaman atau blackout listrik secara tiba–tiba. Guna untuk memenuhi kebutuhan  listrik  di  suatu  wilayah,  maka  wilayah tersebut harus memiliki tambahan suplai energi listrik dari suatu pembangkit. Hal ini secara langsung maupun tidak  langsung  akan  mendongkrak  perekonomian  dan kesejahteraan masyarakat.
Di Sulawesi Utara sendiri untuk pembangkit listrik Sistem  Minahasa  tercatat  memiliki  18  pembangkit listrik  milik  PLN  (Perusahaan  Listrik  Negara)  untuk wilayah  Sulawesi  Utara  dan  Gorontalo.  Terdiri  dari Pembangkit  Minahasa:  PLTD  Bitung,  PLTD  Lopana; PLTA  Tonsea  Lama,  PLTA  Tenggari  1,  PLTA Tenggari  2;  PLTP  Lahendong;  PLTU  2  Amurang; Sewa  pembangkit  kapal  MVPP.  Untuk  Pembangkit Kotamobagu:  PLTD  Kotamobagu;  PLTD  Molibagu; PLTM  Poigar;  PLTM  Mobuya;  PLTM  Lobong.  Dan untuk  Pembangkit  Gorontalo:  PLTD  Telaga;  PLTD Tilamuta;  PLTD  Marisa;  PLTM  Taludaa;  PLTU Molotabu.
Oleh  karena  terjadi  peningkatan  kebutuhan  energi listrik  di  Sulawesi  Utara  khususnya  pada  Sistem Minahasa  maka  pengadaan  pembangkit  listrik  yang efektif dan efisien sangat dibutuhkan untuk memenuhi energi  listrik  yang  diperlukan.  Untuk  itu  juga diperlukan  perencanaan  pembangkit  listrik.  Kami melakukan tugas akhir berupa Perencanaan Pembangkit  Listrik  Tenaga  Minihidro  di  Sungai Moayat Desa Kobo Kecil Kota Kotamobagu.

## A. Energi
Energi  adalah  kemampuan  untuk  melakukan  usaha (kerja)  atau  melakukan  suatu  perubahan.  Energi  tidak dapat  diciptakan  atau  dimusnahkan,  tetapi  dapat dirubah  bentuknya.  Menurut  dari  sumber  di  dapatnya energi terbagi  menjadi  2  antara  lain  seperti  yang disebutkan pada: [8]
1) Energi Tak Terbarukan
2) Energi Terbarukan

## Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Listrik Minihidro Sungai Moayat Desa Kobo Kecil Kota Kotamobagu
Hendra E. Mantiri, Meita Rumbayan, Glanny M.Ch. Mangindaan Teknik Elektro, Universitas Sam Ratulangi Manado, Jl. Kampus Bahu-Unsrat Manado, 95115 elroy_mantiri@ymail.com, glanny_m@unsrat.ac.id, meitarumbayan@unsrat.ac.id
T ABEL I K LASIFIKASI PLTA
Klasifikasi Pembangkit Daya Large Hydro > 100 MW Medium Hydro 15 - 100 MW Small Hydro 1 - 15 MW Mini Hydro 100 kW < x < 1 MW Micro Hydro 5 - 100 kW Pico Hydro < 5 kW
Sumber: Dwiyanto, 2016

## B. Potensi Tenaga Air
Pada  Umumnya,  potensi  tenaga  air  berlainan  bila dibandingkan  dengan  penggunaan  tenaga  yang biasanya berasal dari bahan bakar fosil. [8]

## C. Definisi Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro
Sistem pembangkit minihidro cocok untuk menjangkau  ketersediaan  jaringan  energi  listrik  di daerah  –  daerah  terpencil  dan  pedesaan.  Perbedaan klasifikasi  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air  (PLTA) terletak  pada  besarnya  tenaga  listrik  yang  dihasilkan, (lihat  pada  Tabel  I)  PLTA  ukuran  100  –  1000  kW digolongkan sebagai minihidro.

## D. Pemilihan Lokasi PLTM
Beberapa faktor yang menentukan dalam pemilihan lokasi  Pembangkit  Listik  Tenaga  Minihidro  adalah sebagai berikut:

## 1) Debit Air
Debit  air  dapat  dihitung  dengan  persamaan  (1) sebagai berikut:
[2] Q = A .V (1)
dimana:  Q = Debit air (m 3 /s) A = Luas bagian penampang basah (m 2 )
V = Kecepatan aliran air rata-rata (m/s)

## 2) Menentukan Tinggi Jatuh Air
Dalam menentukan perhitungan tinggi jatuh efektif adalah menggunakan persamaan (2) sebagi berikut: [6]
h = Head bruto - Head losses (2)
dimana: h / Hefs       = Tinggi jatuh efektif (meter) Head bruto = Perbedaan tinggi elevasi antara Stilling  Pond dan Tail  Race ( Head  bruto =  Elevasi stilling pond – Elevasi tail race ) Head losses = Kehilangan tinggi energi ( Head losses = Head bruto x 10%)
3) Kondisi Geologis dan Keadaan Air
4) Faktor Sosial dan Ekonomi

## E. Komponen PLTM
Berikut  komponen  –  komponen  yang  digunakan untuk  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Minihidro  baik komponen utama maupun bangunan penunjang antara lain:

## 1) Bendung (Weir)
Dalam menentukan kemiringan saluran mengguna- kan persamaan (3) sebagai berikut:(Rumus Chezy)
V = C √R . S (3)
dimana:  V = Kecepatan aliran (m/s)
C = Koefesien Chezy
R = Jari – jari hidrolik (meter)
S = Kemiringan sungai

## 2) Bangunan Pengambilan (Intake)
Kebutuhan  pengambilan  debit  rencana  untuk bangunan  pengambilan  sama  dengan  debit  yang direncanakan  untuk  saluran  penghantar,  yaitu  1,2  x Qrencana. Tetapi dengan adanya kantong lumpur, debit rencana  pengambilan  ditambah  20%  sehingga  debit rencana  pada  bangunan  pengambilan  adalah  1,2  x Qsaluran.  Dimensi  bangunan  pengambilan  di  dapat dengan persamaan (4) sebagai berikut: [1] V = μ . 2g . z (4)
Kehilangan  tinggi  energi  pada  bukaan  mengguna- kan pers. (5), juga diperoleh pers. (6) sebagai berikut:
z = (V/μ) 2 . (1/2g) (5)
Maka,
Q = V . b . a (6)
dimana:  V = Kecepatan pengambilan rencana (m/s)
μ = Koefisien debit air untuk bukaan dibawah permukaan air dengan kehilangan tinggi energi kecil (0,85)
g = Gravitasi (9,81 m 2 /s)
z  =  Kehilangan  tinggi  energi  pada  bukaan (meter)
b  = Lebar bukaan (meter)
a  = Tinggi bukaan (meter)
3) Saluran Penghantar (Waterway)
Kecepatan  aliran  air  pada  saluran  penghantar dihitung menggunakan  persamaan  (7)  sebagai berikut:(Rumus Manning)
V = . R 2/3 . S 1/2 (7)
Kemiringan  saluran  penghantar  menggunakan persamaan (8) sebagai berikut:
S = ( ) ( ) (8)
dimana: V = Kecepatan aliran (m/s)
n  = Koefesien manning
R = Jari – jari hidrolik S  = Kemiringan saluran m = Kemiringan penampang

## 4) Bak Penenang (Stilling Pond)
Untuk  menghitung  kedalaman  air  pada  bak penenang yang arah alirannya tegak lurus dengan arah aliran pipa pesat menggunakan persamaan (9) sebagai berikut: [1]
h = s + D + f (9)
kedalaman  air  diatas  pipa  pesat  menggunakan persamaan (10) sebagai berikut:
s = 0,54 . V . D 0,5 (10)
dimana:  h  = Kedalaman air bak penenang (meter)
s  = Kedalaman air diatas pipa pesat (meter) f = Kedalaman air dibawah pipa pesat (meter) D = Diameter pipa pesat (meter)
V = Kecepatan aliran pipa pesat (m/s)
Untuk menentukan besarnya volume yang ada pada bak  penenang  maka  dapat  menggunakan  persamaan (11) berikut: [2]
V = L .T (11)
dimana:  V = Volume air (m 3 ) L = Luas bak penenang (m 2 ) T = h = Kedalaman air bak penenang (meter)

## 5) Pipa Pesat (Penstock)
Perhitungan  diameter  pipa  berdasarkan  persamaan
(12) adalah sebagai berikut: [5]
D = 0,72 . Q 0,5 (12)
dimana:  D = Diameter pipa pesat (meter)
Q = Debit air (m 3 /s)
Untuk  menentukan  kecepatan  aliran  pipa  pesat menggunakan persamaan (13) sebagai berikut: (Rumus Hanzen – Williams)
V = 0,3545 . C . D 0,63 . s 0,54 (13)
dimana:  V = Kecepatan aliran pipa pesat (m/s)
C = Koefisien Hazen – Williams
s  = Gradient hidrolis (s = )
Besarnya  kehilangan  energi  akibat  gesekan  pada pipa  pesat  menggunakan  persamaan  (14)  sebagai berikut
Hf = , , , , . L (14)
dimana:  Hf = Kehilangan energi L = Panjang pipa (meter)

## 6) Gedung Pembangkit (Power House)
Berikut  ini  ada  beberapa  instalasi  Pembangkit Listrik  Tenaga  Minihidro  dalam  rumah  pembangkit yaitu:

## a. Turbin
Pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbang  kan  parameter  –  parameter  khusus yangmempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu:

## 1.   Berdasarkan Kecepatan Spesifik (Ns)
Kecepatan  spesifikasi  (Ns)  adalah  kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator. Faktor  tersebut  seringkali  diekspresikan  sebagai "kecepatan  spesifik,  Ns",  yang  didefinisikan  melalui persamaan (15) : [4]
Ns = √ / (15)
dimana:  Ns = Kecepatan spesifik turbin (rpm) N = Kecepatan putaran turbin (rpm) Hefs = Tinggi jatuh efektif (m) P = Keluaran daya turbin (Hp)

## 2.   Berdasarkan Head
Pemilihan  pengoperasian  turbin  air  berdasarkan head dan debit air dapat dilihat pada Tabel IX.

## 3.   Besar Nilai Efisiensi Turbin
Pemilihan  pengoperasian  turbin  air  berdasarkan nilai efesiensi dapat dilihat pada Tabel X.
Untuk  keluaran  daya  turbin  ditentukan  dengan persamaan (16) yaitu sebagai berikut: [2]
P T = ρ . Q . g . h . η T (16)
dimana:  P T = Keluaran daya turbin (watt) ρ = Densitas air (998 kg/m 3 ) g = Gravitasi (9,81 m 2 /s) h = Tinggi jatuh efektif (m) η T = Efisiensi turbin

## b. Generator
Untuk  menentukan  besarnya  daya  generator menggunakan persamaan (17) sebagai berikut: [2]
P G = ρ . Q . g . h . η G (17)
dimana:  P G = Keluaran daya generator (watt) η G = Efisiensi generator
Untuk  menentukan  keluaran  arus  listrik  dari generator  sinkron  menggunakan  persamaan  (18) sebagai berikut:
I = √  .  . (18) dimana: I = Arus generator sinkron (ampere) P = Keluaran daya generator (watt)
V = Tegangan keluaran generator (volt)
Cos ϕ = Faktor daya (0,9)

## F. Pembangkitan Daya
Efisiensi  keseluruhan  Pembangkit  Listrik  Tenaga Air didapat dari persamaan (19) berikut: [2]
η = ηt . ηg . ηh (19)
dimana : ηt = Efisiensi turbin ηg = Efisiensi generator ηh = Efisiensi hidrolik
Dengan demikian, besarnya keluaran daya didapat persamaan (20) sebagai berikut:
P = ρ . Q . g . h . η (20)
dimana : P = Keluaran daya (watt)

## η = Efisiensi keseluruhan PLTA II. M ETODE P ENELITIAN

## A. Lokasi Penelitian
Sungai  Moayat  adalah  sungai  yang  berada  di  desa Kobo  Kecil,  Kota  Kotamobagu  Timur  (lihat  pada Gambar 1). Topografi di lokasi perencanaan PLTM ini adalah  sungai  dengan  wilayah  yang  berbukit  –  bukit dimana arah hulu sungai Moayat adalah kawasan hutan lindung  yang  berbatasan  dengan  wilayah  Kabupaten Bolaang  Mongondow  Timur  di  sisi  selatan  serta berbatasan  dengan  wilayah  Kabupaten  Minahasa Selatan  di  sisi  barat.  Lokasi  ini  dapat  diakses  dengan mengikuti  jalan  perkebunan  dari  desa  Kobo  Kecil melewati desa Modayag sejauh ±4 km ke arah jembatan gantung.  Kemudian  menuju  hulu  sungai  Moayat dimana  lokasi  Bangunan  Pengambilan  berada  sejauh ±1 km dengan elevasi 370 meter di titik koordinat 00°
42'  28.4"  LU/LS  124°  21'  41.5"  BT.  Untuk  area tangkapan  air  untuk  perencanaan  PLTM  (lihat  pada gambar 2). Jarak Bangunan Pengambilan ke arah lokasi Bak  Penenang  ±1,8  km  dengan  elevasi  368  meter  di titik  koordinat  0°  41.75'  LU/LS  124°  20.53'  BT. kemudian  ±250  meter  ke  arah  gedung  pembangkit dengan elevasi 301 m di titik koordinat 0° 41.86' LU/LS 124°  20.34'  BT  (lihat  pada  gambar  3).  Untuk memperkirakan  arus  sungai,  saya  melakukan  survey dan  beberapa  pengukuran  arus  sungai  di  sekitar jembatan gantung sungai Moayat. Lebar sungai Moayat di lokasi Bendung adalah 11 meter dengan rata – rata tinggi air 0,5570 meter dan kecepatan aliran rata – rata 0,6049  m/s.  Sebagaimana  PLTM  yang  mengandalkan aliran sungai dari hulu, maka arus sungai yang relevan untuk  lokasi  ini  yang  diperkirakan  berdasarkan  data yang  diperoleh  di  lokasi  adalah  3,7062  m³/s.  Lokasi gedung pembangkit bisa diakses dari jalan perkebunan Desa  Kobo  ke  pinggir  sungai.  Dengan  adanya perencanan  pembangunan  PLTM  di  lokasi  tersebut diperkirakan  tidak  akan  banyak  berdampak  pada kawasan hutan lindung yang berada beberapa kilometer ke  arah  hulu.  Tidak  terdapat  pemukiman  di  sekitar rencana lokasi PLTM kecuali kebun milik masyarakat setempat.

## B. Data – Data Penelitian
Setiap  penelitian  akan  membutuhkan  data  –  data pendukung guna untuk menyelesaikan tugas akhir.
1) Data Debit Air Melalui Pengukuran Langsung dan Perhitungan
2) Data  Curah  Hujan  Tahun  2010  –  2017  Wilayah Kota  Kotamobagu  Timur  di  Balai  Meteorologi Klimatologi dan Geofisika
3) Data  Jumlah  Pelanggan  dan  Jumlah  Total  Daya Pelanggan  Tahun  2007  –  2017  di  PT.  PLN (Persero) cabang Kota Kotamobagu
4) Data  Elevasi  dan  Titik  Koordinat  Menggunakan Sistem Pemosisi Global (GPS)
Gambar 1. Peta Wilayah Sulawesi Utara (Sumber: Hidayatullah, 2009)
Lokasi Penelitian
Gambar 2. Area Tangkapan untuk Perencanaan PLTM (Sumber: Google Earth, 2015)
Gambar 3. Jalur Perencanaan PLTM dari Arah Timur (Sumber: Google Earth, 2015)

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN

## A. Perhitungan Debit Air
Hasil  perhitungan  debit  air  lihat  pada  Tabel  II. Perhitungan adalah sebagai berikut:
1) Debit Air Sungai
- Luas penampang sungai
: A = Lebar Sungai . Tinggi Air
= 11 . 0,5570
= 6,1270 m 2 - Kecepatan aliran : V = 0,6049 m/s
Debit air sungai    : Q = A .V
= 6,1270 . 0,6049 = 3,7062 m 3/ s
2) Debit Air Rencana
- Luas penampang saluran
: A = b.h + m.h 2 = 1,80 . 0,60 + 0,3333 . 0,60 2 = 1,1998 m 2 - Kecepatan aliran: V = 1,4471 m/s
Debit air rencana : Q = A .V = 1,1998 . 1,4515 = 1,7415 m 3 /s
T ABEL II H ASIL P ERHITUNGAN D EBIT A IR No Perhitungan Nilai 1. Debit air sungai 3,7062 m 3/ s 2. Debit air rencana 1,7415 m 3 /s

## B. Perhitungan Tinggi Jatuh Efektif
Perhitungan head netto atau tinggi jatuh air efektif adalah sebagai berikut:
Tinggi jatuh efektif : h = Head bruto - Head losses = (368 m – 301 m) – ( Head bruto . 10%) = 67 – (67 . 0,1)
= 67 – 6,7
= 60,3 m
C. Analisa perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga
Minihidro Sungai Moayat
Dalam perencanaan ini akan membahas komponen - komponen pembangkit listrik tenaga minihidro, yaitu sebagai berikut:

## 1) Bendung (Weir)
Bendung  ini  berada  di  elevasi  370  meter  dengan titik koordinat 00° 42' 28.4" LU/LS 124° 21' BT. Hasil perhitungan  untuk  perencanaan  Bendung  lihat  pada Tabel III. Perhitungan adalah sebagai berikut:
-  Koefesien  Chezy  (koefesien  saluran  dengan  sedikit rumput liar yang pendek)
: C = 30
- Lebar dasar : b = 11 m - Kedalaman air : h = 0,5570 m - Lebar puncak : B = b = 11 m - Luas penampang saluran  : A = b . h = 11 . 0,5570 = 6,1270 m 2 - Keliling basah saluran : P = b + 2h = 11 + 2 . 0,5570 = 12,1140 m - Jari – jari hidrolis : R = = , , = 0,5058 m - Kecepatan aliran : V = 0,6049 m/s Kemiringan sungai
: S 1/2 = √ = , .  √ ,
S     = 0,0283 1/2
= 0,1682
Catchment Area PLTM
T ABEL III
H ASIL P ERHITUNGAN UNTUK P ERENCANAAN B ENDUNG No Perhitungan Nilai 1. Lebar dasar 11 m 2. Lebar puncak 11 m 3. Kedalaman air 0,5570 m 4. Luas penampang saluran 6,1270 m 2 5. Keliling basah saluran 12,1140 m 6. Jari – jari hidrolis 0,5058 m 7. Kecepatan aliran 0,6049 m/s 8. Kemiringan sungai 0,1682

## 2) Bangunan Pengambilan (Intake)
Bangunan  pengambilan  atau  intake  ini  berada  di elevasi 370 meter dengan titik koordinat lokasi 00° 42' 28.4"  LU/LS  124°  21'  BT.  Perencanaan  bangunan pengambilan  ini  akan  mengalirkan  air  sungai  dalam keadaan  bersih  dari  sedimen,  untuk  itu  akan mempunyai  kelengkapan  saluran  penguras  sedimen didepan intake , seperti saringan sedimen ( screen )  dan kelengkapan penggaruk ( Raking sistem ), juga penempatan  akses  jalan  untuk  pemeliharaan  pintu intake dan jembatan inspeksi, serta akan menggunakan pintu  buka  –  tutup  ( stop-log )  untuk  mengatur banyaknya  debit  air  yang  masuk.  Hasil  perhitungan (lihat  pada  Tabel  IV)  serta  desain  dasar  (lihat  pada Gambar 4) untuk perencanaan Bangunan Pengambilan. Perhitungan adalah sebagai berikut:
- Debit rencana disesuaikan dengan debit pada saluran penghantar: Qrencana = 1,7415 m 3 /s
Debit air pada bangunan pengambilan Qintake  = 1,2 x Qrencana
= 1,2 x 1,7415 = 2,0898 m 3 /s
Kehilangan tinggi energi pada bukaan
: z = (V/μ) 2 . (1/2g)
= (1,4515/0,85) 2 . (1/2 . 9,81) = 2,8984 . 0,0509 = 0,1475
Kecepatan aliran pada bukaan : V = μ . 2g . z = 0,85 . 2 . 9,81 . 0,1486 = 2,4782 m/s
Elevasi dasar bangunan pengambilan diketahui adalah 370  meter.  Elevasi  muka  air  sebelum  pintu pengambilan pada keadaan normal 370,56 m. Sehingga tinggi  dan  lebar  bukaan  pada  bangunan  pengambilan menjadi:
Tinggi bukaan : a = (370,5570 – 370) – z = 0,5570 - 0,1475 = 0,4094 m
T ABEL IV
H ASIL P ERHITUNGAN UNTUK P ERENCANAAN B ANGUNAN P ENGAMBILAN No Perhitungan Nilai 1. Lebar bukaan 2,0559 m 2. Tinggi bukaan 0,4094 m 3. Debit air pada bangunan pengambilan 2,0898 m 3 /s 4. Kehilangan tinggi energi pada bukaan 0,1475 5. Kecepatan aliran pada bukaan 2,4782 m/s Gambar 4. Desain Dasar Bangunan Pengambilan Lebar bukaan
: b = .
= , , .   ,
=  2,0599 m

## 3) Saluran Penghantar (Waterway)
Jalur  saluran  penghantar  atau  waterway  didapat dengan survei lapangan dan analisa lewat kontur dalam peta.  Perancangan  saluran  penghantar  ini  akan menggunakan  bentuk  trapesium  dengan  dimensi hidrolis  saluran  hantar  yang  akan  dirancang  sesuai dengan debit air untuk keperluan pembangkit. Dimensi struktur  saluran  hantar  akan  memenuhi  faktor keamanan  untuk  kombinasi  sistem  pembebanan  yang paling  tidak  menguntungkan  dan  sesuai  dengan peraturan yang berlaku, yaitu aman terhadap pengaruh kondisi lingkungan diantaranya adalah aman terhadap kemungkinan masuknya/hanyutnya manusia, binatang dan benda lain yang akan mengganggu pengoperasian pembangkit.  Juga  akan  disiapkan  fasilitas  penunjang untuk  kelancaran  aliran  debit  air  seperti  bangunan talang,  siphon,  jembatan,  saluran  pelimpah,  pintu penguras, jalan inspeksi dan bangunan lain yang sesuai dengan  kebutuhan  kondisi  di  lapangan.  Hasil perhitungan  (lihat  pada  Tabel  V)  serta  desain  dasar (lihat  pada  Gambar  5)  untuk  perencanaan  Saluran Penghantar. Perhitungan adalah sebagai berikut:
-  Koefesien  Manning  (koefesien  normal  untuk  beton yang dipoles)  : n = 0,012
- Lebar dasar : b = 1,80 m - Kedalaman air   : h = 0,60 m
- Lebar puncak  : B = b + 2m.h = 1,80 + 2 . 0.3333 . 0,60
= 2,1999 m
- Kemiringan penampang  : m =
= , , = 0,3333
- Luas penampang saluran
: A = b . h + m . h 2 = 1,80 . 0,60 + 0,3333 . 0,60 2
= 1,1998 m 2
- Keliling basah saluran
: P = b + 2h √1 + = 1,80 + 2 . 0,6 1 + 0,3333 = 3,1856 m - Jari – jari hidrolik
: R =
= , ,
= 0,3766 m - Kemiringan saluran : S =
=
,
= 0,0011
Kecepatan aliran saluran penghantar
: V = . R 2/3 . S 1/2
= , . 0,3766 2/3 . 0,0011 1/2
= 83,3333 . 0,5215 . 0,0334 = 1,4515 m/s
T ABEL V
H ASIL P ERHITUNGAN UNTUK P ERENCANAAN S ALURAN P ENGHANTAR
No Perhitungan Nilai 1. Lebar dasar 1,80 m 2. Lebar puncak 2,1999 m 3. Kedalaman air 0,60 m 4. Kemiringan penampang 0,3333 5. Luas penampang saluran 1,1998 m 2 6. Keliling basah saluran 3,1856 m 7. Jari – jari hidrolis 0,3766 m 8. Kemiringan saluran 0,0011 9. Kecepatan aliran 1,4515 m/s

## 4) Bak Penenang (Stilling Pond)
Bak  penenang  atau stilling  pond terletak  sebelum air masuk kedalam saluran pipa pesat yang mempunyai kemiringan  tajam  dan  masuk  menghantam  sudu-sudu baling-baling  turbin.  Bak  penenang  ini  berada  di elevasi  368  meter  dengan  titik  koordinat  0°  41.75' LU/LS 124° 20.53' BT. Perencanaan bak penenang ini akan disediakan bangunan pelengkap seperti bangunan pelimpah, fasilitas pengurasan sedimen, saringan, pintu buka  –  tutup  ( stop-log ),  jembatan  inspeksi  dan bangunan  lain  sesuai  kebutuhan  kondisi  lapangan. Hasil  perhitungan  (lihat  pada  Tabel  VI)  serta  desain dasar  (lihat  pada  Gambar  6)  untuk  perencanaan  Bak Penenang. Perhitungan adalah sebagai berikut:
- Debit air rencana
: Q = 1,7415 m 3 /s - Diameter pipa pesat
: D = 0,9369 m
- Luas penampang pipa pesat
: A = ¼ π D 2
= ¼ . 3,14 . 0,9369 2
= 0,6890 m 2
- Kecepatan aliran saat memasuki pipa pesat
: V =
= , , = 2,5275 m/s
Gambar 5. Desain Dasar Saluran Penghantar
Gambar 6. Desain Dasar Bak Penenang
Kedalaman air diatas pipa pesat
: s = 0,54 . V . D 0,5 = 0,54 . 2,5275 . 0,9369 0,5 = 1,1980 m
Kedalam air dibawah pipa pesat : f = 0,15 m
Kedalaman air bak penenang : h = s + D + f = 1,1980 + 0,9369 + 0,15 = 2,2849 m
Dengan melihat lokasi dan melakukan pengukuran serta  perhitungan  maka  dapat  disimpulkan  bahwa volume tampungan bak penenang adalah 133,2553 m 3 dengan luas bak penenang 58,32 m 2 dan kedalaman bak penenang  2,2849  meter.  Bak  penenang  akan  dibuat berbentuk persegi dengan panjang saluran adalah 10,8 meter  dan  lebar  saluran  5,40  meter,  maka  pehitungan menggunakan persamaan sebagai berikut:
- Lebar bak penenang
: B = 3 . b = 3 . 1,80
= 5,40 m
- Panjang bak penenang : L = 2 . B = 2 . 5,40 = 10,80 m
- Luas bak penenang : A =  L . B
= 10,80 . 5,40 = 58,32 m 2 - Kedalaman air bak penenang : T = h
= 2,2849 m Volume Bak Penenang : V = A . T
= 58,32 . 2,2849
= 133,2553 m 3
5) Pipa Pesat (Penstock)
Kegunanaan  pipa  pesat  atau penstock adalah membawa air dari bak penenang menuju ke arah turbin. Hasil  perhitungan  untuk  perencanaan  Pipa  Pesat  lihat pada Tabel VII. Perhitungan adalah sebagai berikut:
- Debit air rencana : Q = 1,7415 m 3/ s
T ABEL VI H ASIL P ERHITUNGAN UNTUK P ERENCANAAN B AK P ENENANG
No Perhitungan Nilai 1. Kedalaman air bak
penenang 2,2849 m 2. Lebar bak penenang 5,40 m 3. Panjang bak penenang 10,8 m 4. Volume bak penenang 133,2553 m 3
Diameter Penstock : D = 0,72 (Q) 0,5
= 0,71 (1,7415) 0,5
= 0,9369 m
-  Koefesien  Hazen  –  Williams  (koefesien  untuk  pipa besi digalvanis) : C = 120 -  Diameter pipa pesat : D = 0,9369 m -  Debit air rencana : Q = 1,7415 m 3/ s -  Panjang pipa pesat : L = 288 m Besarnya kehilangan energi : Hf = , . , , . , . L = , ( , ) , , .   , , . 288 = , , .   ,
. 288 = 395,4423
-  Koefesien  Hazen  –  Williams  (koefesien  untuk  pipa besi digalvanis) : C = 120 - Diameter pipa pesat : D = 0,9369 m - Gradient hidrolis : s = = ,
= 1,0258 m Kecepatan aliran pipa pesat
: V = 0,3545 . C . D 0,63 . s 0,54 = 0,3545 . 120 (0,9369) 0,63 . (1,0258) 0,54 = 42,54 . 0,9723 . 1,1954
= 49,4482 m/s
T ABEL VII H ASIL P ERHITUNGAN UNTUK P ERENCANAAN P IPA P ESAT No Perhitungan Nilai 1. Diameter Pipa Pesat 0,9369 m 2. Panjang pipa pesat 288 m 3. Besarnya Kehilangan Energi Akibat Gesekan 395,4423 4. Gradient hidrolis 1,0258 m 5. Kecepatan aliran pipa pesat 49,4482 m/s
6) Turbin
Dari  grafik  pemilihan  turbin  berdasarkan  debit  air dan head (lihat pada Gambar 7) dapat diketahui dengan debit yang masuk pada turbin adalah Q = 1,7415 m 3 /s dan h = 60,3 meter, dengan menarik garis dari sumbu x (debit air) dan y ( head netto ) ditunjukan garis kuning didapat wilayah ideal dari turbin standar Francis yaitu daya  keluaran  dibawah  1000  kW.  Dengan  demikian dapat ditentukan untuk pemilihan turbin Francis dapat diterima  dalam  perencanaan  turbin  ini.  Perencanaan turbin  akan  menggunakan  tipe  turbin  Francis  karena sesuai pemilihan jenis sebagai berikut:

## a.  Berdasarkan Kecepatan Spesifik
- Kecepatan putaran turbin : N = 720 rpm
- Tinggi jatuh efektif : Hefs = h
= 60,3 m - Daya output turbin (Hp)  : P = . , ,
= 1243,34 Hp
Kecepatan spesifik turbin  : Ns =
√ /
= √ , , / = . , ,
= , ,
= 151,09 rpm
Maka  menggunakan  turbin  Francis  dengan  kecepatan spesifik 60 ≤ Ns ≤ 300 rpm (lihat pada Tabel VIII).
b.  Berdasarkan Tinggi Jatuh Efektif (Head Netto)
h = Head bruto - Head losses = (368 m – 301 m) – (Head bruto . 10%) = 67 – (67 . 0,1) = 67 – 6,7 = 60,3 m
Maka  menggunakan turbin Francis dengan head  netto 10 ≤ H ≤ 350 (lihat pada Tabel IX).
c. Berdasarkan Besar Nilai Efisiensi Turbin
Maka  menggunakan  turbin  Francis  dengan  efiesiensi turbin 0,9 (lihat pada Tabel X).
Hasil  perhitungan  untuk  perencanaan  Pipa  Pesat lihat pada Tabel XI. Perhitungan keluaran daya turbin adalah sebagai berikut:
- Head netto : h = 60,3 m -  Debit air rencana : Q = 1,7415 m 3/ s -  Efisiensi alat : η Turbin  = 0,9
Keluaran daya turbin
: P T = ρ . Q . g . h . η T = 998 . 1,7415 . 9,81 . 60,3 . 0,9 = 927.160,24 W = 927,16 kW
T ABEL VIII
J ENIS T URBIN BERDASARKAN K ECEPATAN S PESIFIK No Jenis Turbin Kecepatan Spesifik 1. Pelton dan Kincir air 10 ≤ Ns ≤ 35 2. Francis 60 ≤ Ns ≤ 300 3. Cross-Flow 40 ≤ Ns ≤ 200 4. Kaplan dan Propeller 250 ≤ Ns ≤ 1000 Sumber: Dietzel,1983
T ABEL IX J ENIS T URBIN BERDASARKAN HEAD No Jenis Turbin Nilai Head 1. Pelton 50 < H < 1000 2. Francis 10 < H < 350 3. Cross-Flow 6 < H < 100 4. Kaplan dan Propeller 2 < H < 20 5. Turgo 50 < H < 250 Sumber: Dietzel,1983
T ABEL X J ENIS T URBIN BERDASARKAN N ILAI E FESIENSI No Jenis Turbin Nilai Efesiensi 1. Cross-Flow 0,7 - 0,8 2. Pelton 0,8 - 0,85 3. Francis 0,8 - 0,9 4. Kaplan dan Propeller 0,8 - 0,9 Sumber: Dietzel,1983 T ABEL XI H ASIL P ERHITUNGAN UNTUK P ERENCANAAN T URBIN No Perhitungan Nilai 1. Kecepatan spesifik turbin 151,09 rpm 2. Tinggi jatuh efektif 60,3 m 3. Besar nilai efisiensi turbin 0,9 4. Keluaran daya turbin 927,16 kW

## 7) Generator
Dengan  daya  mekanik  generator  yang  adalah sebesar  822,49  kW,  maka  jenis  generator  yang  akan digunakan  pada  PLTM  ini  adalah  generator  sinkron yang  dilengkapi  dengan AVR ( Automatic  Voltage Regulator )  untuk  pengaturan  tegangan.  Besar  nilai efisiensi  generator  adalah  0,8  dengan  jumlah  pole  4 kutub  dan  kecepatan  putar  generator  1500  rpm frekuensi 50 Hz. Hasil perhitungan untuk perencanaan Generator  lihat pada Tabel XII. Perhitungan besarnya keluaran daya dari generator adalah sebagai berikut:
- Head netto
: h = 60,3 m
- Debit air rencana : Q = 1,7415 m 3/ s - Efisiensi alat
: η Generator = 0,8
Keluaran daya generator
: P G = ρ . Q . g . h . η G = 998 . 1,7415 . 9,81 . 60,3 . 0,8 = 822.489,43 W
= 822,49 kW
Perhitungan  keluaran  arus  listrik  dari  generator sinkron adalah sebagai berikut:
- Keluaran daya generator         : P = 822.489,43 W - Tegangan keluaran generator : V = 360 V - Faktor daya : Cos ϕ = 0,9
Arus generator sinkron : I = √  .  .
= . , √ , = 1465,643 A
T ABEL XII H ASIL P ERHITUNGAN UNTUK P ERENCANAAN G ENERATOR No Perhitungan Nilai 1. Efisiensi generator 0,8 2. Tegangan keluaran generator 360 V 3. Faktor daya 0,9 4. Keluaran daya generator 822,49 kW 5. Arus generator sinkron 1465,64 A
T ABEL XIII H ASIL P ERHITUNGAN UNTUK P ERENCANAAN S ALURAN
P EMBUANGAN A KHIR No Perhitungan Nilai 1. Lebar dasar 1,80 m 2. Lebar puncak 2,1999 m 3. Kedalaman air 0,60 m 4. Kemiringan penampang 0,3333 5. Luas penampang saluran 1,1998 m 2 6. Keliling basah saluran 3,1856 m 7. Jari – jari hidrolis 0,3766 m

## 8) Gedung Pembangkit (Power House)
Kegunaan  gedung  pembangkit  atau  power  house adalah  untuk  melindungi  peralatan  elektrikal  dan mekanikal  selain  turbin  dan  generator,  adapula  trafo, kontrol  panel,  dan  lainnya.  Gedung  pembangkit  ini berada di  elevasi  301  meter  dengan  titik  koordinat  0° 41.86'  LU/LS  124°  20.34'  BT.  Perancangan  bentuk, ukuran, serta bahan-bahan yang akan digunakan untuk rumah  pembangkit  akan  disesuaikan  menurut  bentuk pondasi  turbin  air  dan  generator  ataupun  keadaan geografis  di  lokasi.  Desain  dasar  instalasi  Bak Penenang  sampai  Rumah  Pembangkit  lihat  pada Gambar 8)

## 9) Saluran pembuangan akhir (Tail race)
Perhitungan  yang  digunakan  untuk  perencanaan dimensi  saluran  pembuangan  akhir  sama  dengan perhitungan  untuk  perencanaan  dimensi  saluran pembawa.  Hasil  perhitungan  untuk  perencanaan  Pipa Pesat lihat pada Tabel XIII.

## D. Kapasitas Desain dan Produksi Energi
Hasil  perhitungan  untuk  perencanaan  Pipa  Pesat lihat pada Tabel XIV. Perhitungan pembangkitan daya dan energi produksi adalah sebagai berikut:
- Head netto
: h = 60,3 m - Debit air rencana   : Q = 1,7415 m 3/ s - Efisiensi alat : η = η Turbin . η Generator . η Hidrolis = 0,9 . 0,8 . 0,9 = 0,648 - Jumlah Jam per Tahun : T = 24 Jam . 365 Hari = 8760 Jam
Gambar 8. Desain Dasar Instalasi Bak Penenang sampai Rumah
Pembangkit Daya terbangkit : P =  ρ . Q . g . h . η = 998 . 1,7415 . 9,81 . 60,3 . 0,648
= 666.216,44 W = 666,21 Kw
Energi produksi tahunan
: P =  ρ . Q . g . h . η . T
= 998 . 1,7415 . 9,81 . 60,3 . 0,648 . 8760
= 5.836.056.015 W
= 5.836.056,01 kW = 5.836,05 MW = 5,83 GWh

## IV. K ESIMPULAN DAN S ARAN

## A. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  analisa  perhitungan  dan perencanaan yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1) Debit air sungai adalah 3,7062 m 3/ s dan debit air rencana adalah 1,7415 m 3 /s. Dengan tinggi jatuh efektif adalah 60,3 meter.
2) Hasil pehitungan bendung adalah luas penampang 6,1270  m 2 ,  keliling  basah  penampang  12,1140 meter,  jari  –  jari  hidrolis  0,5058  meter.  Dengan kecepatan  air  0,6049  m/s  maka  kemiringan bendung adalah 0,1682.
3) Kebutuhan  pengambilan  debit  air  rencana  untuk bangunan  pengambilan  adalah  2,0898  m 3 /s, dengan  kehilangan  tinggi  energi  pada  bukaan 0,1475, dan kecepatan aliran pada bukaan 2,4782 m/s.  Dimensi  bangunan  pengambilan  adalah tinggi  bukaan  0,4094  meter  dan  lebar  bukaan 2,0599 meter.
4) Saluran  penghantar  akan  memiliki  kecepatan aliran 1,4515 m/s dengan luas penampang saluran 1,1998 m 2 , keliling basah 3,1856 meter, jari – jari hidrolik  0,3766  meter,  dan  kemiringan  saluran 0,0011.
T ABEL XIV K APASITAS D ESAIN DAN P RODUKSI E NERGI No Perhitungan Nilai 1. Efisiensi total 0,648 2. Tegangan keluaran generator 360 V 3. Faktor daya 0,9 4. Keluaran daya terbangkit 666,21 kW 5. Energi produksi tahunan 5,83 GWh
5) Bak  penenang  akan  memiliki  kedalaman  air 2,2849  meter  dengan  kedalaman  air  diatas  pipa pesat  adalah  1,1980  meter  dan  kedalaman  air dibawah pipa pesat 0,15 (menghindari pertikel – partikel akibat sendimentasi)  serta  diameter pipa pesat  0,9369  meter.  volume  tampungan  bak penenang  adalah  133,2553  m 3 dengan  luas  bak penenang  58,32  m 2 .  Bak  penenang  akan  dibuat berbentuk persegi dengan panjang saluran adalah 10,8 meter dan lebar saluran 5,40 meter.
6) Pipa  pesat  akan  berdiameter  0,9369  meter, kecepatan  aliran  pipa  pesat  adalah  49,4482  m/s, luas  penampang  saluran  0,6890  m 2 ,  panjang saluran  pipa  pesat  288  meter,  kehilangan  energi adalah sebesar 395,4423, dan gradient hidrolisnya adalah 1,0258 meter.
7) Turbin  akan  menggunakan  tipe  francis  dengan kecepatan  spesifik  turbin  adalah  151,09  rpm, tinggi jatuh efektif 60,3 meter, dengan besar nilai efisiensi  turbin  adalah  0,9,  dan  keluaran  daya turbin adalah 927,16 kW.
8) Keluaran  daya  mekanik  generator  yang  adalah sebesar  822,49  kW,  jenis  generator  yang  akan digunakan  adalah  generator  sinkron  yang dilengkapi  dengan  AVR,  untuk  keluaran  arus generator  sinkron  adalah  1465,64  A.  Besar  nilai efisiensi generator adalah 0,8 dengan jumlah pole 4 kutub dan kecepatan putar generator 1500 rpm frekuensi 50 Hz.
9) Besar  nilai  efisiensi  keseluruhan  adalah  0,648 maka daya terbangkit adalah 666,21 kW, dengan kapasitas  desain  dan  produksi  tahunan  adalah 5.836,05 MW atau 5,83 GWh.

## B. Saran
1) Untuk  memperbesar  daya  yang  dihasilkan  dapat digunakan  beberapa  unit  pembangkit  sehingga bisa menjadi suatu PLTA.
2) Diperlukan  penelitian  lebih  lanjut  mengenai perencanaan  PLTM  sungai  Moayat  ini  dengan menggunakan metode yang lain.
3) Usaha pemeliharaan lingkungan dari semua pihak agar  kelestarian  lingkungan  sekitar  PLTM  tetap terjaga  sehingga  debit  yang  tersedia  di  sungai tetap terjaga.
4) Keseriusan  dari  pihak  pengembang  untuk mengembangkan manfaat sungai Moayat sebagai salah  satu  upaya  guna  memenuhi  kebutuhan listrik khususnya di Kota Kotamobagu.

## V. K UTIPAN
[1] Abdulsalam R, Binilang  A,  Halim  F. Analisis  Potensi  Sungai Atep  Oki  Serta  Desain  Dasar  Bangunan  Sipil  Untuk Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air .  Program  ST,  Teknik  Sipil, Universitas Sam Ratulangi. Manado. 2014.
[2] Arismunandar  A,  Kuwahara  S. Buku  Pegangan  Teknik Tegangan Tenaga listrik Jilid I: Pembangkitan dengan Tenaga Air . PT Pradnya Paramita. Jakarta. 2000.
[3] Dietzel,  Fritz. Turbine,  Pompa,  dan  Kompressor .  Penerbit: Erlangga. Jakarta. 1983.
[4] Dwiyanto  V. Analisis Pembangkit  Listrik  Tenaga Mikrohidro (PLTMH)  Studi  Kasus:  Sungai  Air  Anak  (Hulu  Sungai  Way Besai). Program S-1, Teknik Sipil, Universitas Lampung. 2016.
[5] Gordon,  Penman. Quick  Estimating  Techniques  for  Small Hydro Potential. J. of Power Dam Constr . pp 46-55. 1979.
[6] Haryani T. Wardoyo W. Hidayat A. Perencanaan Pembangkit Listrik  Tenaga  Mikrohidro  di  Saluran  Irigasi  Mataram . Program S-1, Teknik Sipil, ITS. Surabaya. 2015.
[7] Hidayatullah  T. Analisis  Pembangunan  Pembangkit  Listrik Minihidro mobuya 3x1000 kW Di Sulawesi Utara. Program S-
1, Teknik Elektro – FTI, ITS. Surabaya. 2009.
[8] Kadir  A. Energi  Sumber  Daya,  Inovasi,  Tenaga  Listrik,  dan
Potensi Ekonomi. Edisi Kedua. Universitas Indonesia. 1995.
[9] Layman's Guidebooks. On How To Develop a Small Hydro Site. Journal Of Energy Saving . Vol. 1, No. 4, pp 67-70. 1998.
Penulis  bernama  Hendra  Elroy  Mantiri, anak pertama dari keluarga Mantiri-Wonua. Lahir  dari  pasangan  suami-istri,  Fredrik Mourits  Mantiri  (Ayah)  dan  Mariana Meiske  Wonua  (Ibu),  di  Manado  pada tanggal  3  April  1995.  Penulis  telah menempuh Pendidikan secara berturut-turut di  TK  GMIM  LIDYA  TATELU  (2000- 2001),  SD  GMIM  59  TATELU  (2001- 2007),  SMP  N  1  DIMEMBE  (2007-2010), SMA FRATER DON BOSCO MANADO (2010-2013). Pada tahun 2013  penulis  memulai  Pendidikan  di  Fakultas  Teknik  Universitas Sam  Ratulangi  Manado  di  Jurusan  Teknik  Elektro,  dengan mengambil  konsentrasi  Minat  Teknik  Tenaga  Listrik  pada  tahun 2015.  Dalam  menempuh  Pendidikan  penulis  juga  pernah melaksanakan Kerja Praktek yang bertempat di PT. MAXI UTAMA ENERGY  pada  9  Januari  2017.  Penulis  selesai  melaksanakan Pendidikan di Fakultas Teknik Universitas Sam Ratulangi Manado, Jurusan  Teknik  Elektro  pada  bulan  Juni  2018.  Begitu  pula  selama menempuh pendidikan di Fakultas Teknik Universitas Sam Ratulangi Manado,  penulis  juga  aktif  dalam  organisasi  mahasiswa  yaitu Himpunan  Mahasiswa  Elektro  (HME)  Fakultas  Teknik  Unsrat Manado.