## PROTOTYPE TURBIN PELTON SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF MIKROHIDRO DI LAMPUNG

## Dwi Irawan
Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Metro Jl. Ki Hajar Dewantara No. 116 Kota Metro (0725) 42445-42454 Email : dwi_irawan12@yahoo.co.id

## ABSTRAK
Energi  air  dapat  dimanfaatkan  sebagai  pembangkit  listrik  dengan  memanfaatkan  tenaga  potensial  yang tersedia  (potensi  air  terjun  dan  kecepatan  aliran).  Berdasarkan  data Blueprint  Pengelolaan  Energi  Nasional tahun (2005),  besar  potensi  energi  air  di  Indonesia  adalah  75.670  MW  dan  yang  baru  dimanfaatkan  4.200  MW  (5,5%). Untuk potensi Mikrohidro adalah 458,75 MW yang baru dimanfaatkan 84 MW (18%).  Data dari Kementrian Energi dan  Sumber  Daya  Mineral  Republik  Indonesia  (2009),  Sampai  dengan  akhir  tahun  2008,  total  kapasitas  terpasang pembangkit tenaga listrik nasional adalah sebesar 30.527 MW yang terdiri atas pembangkit milik PT PLN (Persero) sebesar  25.451  MW  (83%),  IPP  sebesar  4.159  MW  (14%)  dan  PPU  sebesar  916  MW  (3%).    Kapasitas  terpasang pembangkit  tersebut  mengalami  penambahan  sebesar  25.480  MW  sejak  tahun  2004  atau  meningkat  sebesar  22% selama periode 5 tahun. Tujuan dalam penelitian ini adalah Untuk mengatahui berapa jumlah sudu yang digunakan, Untuk mengetahui berapa daya turbin yang dihasilkan dan Untuk mengetahui efisiensi turbin pelton. Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  Penelitian  Lapangan  ( Field  Research )  dan  Penelitian Kepustakaan  ( Library  Research ).  Penelitian  ini  dilaksanakan  di  Laboratorium  Universitas  Muhammadiyah  Metro pada bulan januari sampai april.
Hasil dalam penelitian ini terlihat bahwa daya paling tinggi pada debit 0,0005 m 3 /det dengan nilai 4,97 Watt pada jumlah sudu 40.  dan Efisiensi paling tinggi pada debit 0,0005 m 3 /det dengan nilai 49 % pada jumlah sudu 40. Jadi jumlah sudu mempengaruhi kinerja turbin Pelton terbukti bahwa jumlah sudu yang paling efektif dalam penelitian ini yaitu pada jumlah sudu 40.
Kata Kunci : Turbin Pelton, Daya, Efisiensi.

## PENDAHULUAN
Energi  listrik  pada  saat  ini  merupakan energy yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari  baik  sekala  rumah  tangga  maupun skala  industri,  sehingga  salah  satu  program pemerintah  Indonesia  melalui  BUMN  PT.  PLN, dicanangkan  bahwa  pada  tahun  2015  semua wilayah  Indonesia  diharapkan  dapat  teraliri  arus listrik.  Menurut Harsono  di  Harian  Kompas,  24 Oktober  2004 ,  besar  potensi  energi  air  di Indonesia adalah 74.976 MW, dan sebesar 70.776 MW terdapat di luar Pulau Jawa, dan yang sudah termanfaatkan  adalah  sebesar  3.105,76  MW. Selain PLTA, pembangkit listrik tenaga minihidro  berkapasitas  antara  200–5.000  kW potensinya  adalah  458,75  MW,  sangat  layak dikembangkan  untuk  memenuhi  kebutuhan energi  listrik  di  daerah  pedesaan  yang  terpencil
ataupun  pedesaan  di  pulau-pulau  kecil  dengan daerah aliran sungai yang sempit.
Energi  potensial  air  dapat  dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik dengan memanfaatkan tenaga  potensial  yang  tersedia  (potensi  air  terjun dan kecepatan aliran). Pembangkit Listrik Tenaga Air  (PLTA)  adalah  salah  satu  teknologi  yang sudah  terbukti  tidak  merusak  lingkungan, menunjang diversifikasi energi sebagai pemanfaatan  energi  terbarukan,  menunjang program  pengurangan  penggunaan  BBM,  dan sebagian  besar  konstruksinya  menggunakan material lokal.
Penggunaan  turbin  air,  khususnya  turbin pelton banyak digunakan. Turbin jenis ini bekerja dengan  memanfaatkan  air  jatuh  /  ketinggian (head). Berbagai penelitian telah dilakukan untuk mempercepat  aliran  dengan  mengatur  dimensi saluran  masuk  (nosel)  turbin  maupun  bentuk sudu.
Kinerja dari suatu turbin pelton dipengaruhi  oleh  ketinggian,  kecepatan  aliran, sudut  sudu,  jumlah  nosel,  ukuran  aliran  dan jumlah  sudu.  Jumlah  sudu  turbin  pelton  adalah salah  satu  variabel  yang  sangat  mempengaruhi putaran  dan  gaya  tangensial  dalam  menentukan daya  dan  efesiensi  sebuah  turbin  pelton. Penambahan  jumlah  sudu  berarti  menambah jumlah  gaya  tangensial  sehingga  resultanya menjadi  lebih  besar, namun  pertambahan jumlah sudu  memungkinkan  adanya  pengurangan  besar nilai dari masing-masing gaya tangensial tersebut secara individual tetapi resultan gayanya menjadi lebih  besar,  jadi  dapat  dikatakan  bahwa  dengan adanya pertambahan jumlah sudu akan menambah  putaran  dan  gaya  tangensial  yang terjadi dan dengan sendirinya meningkatkan daya dan  efesiensi  turbin  pelton,  untuk  itu  maka penelitian  ini  diarahkan  untuk  menentukan jumlah  sudu  yang  ideal  dengan  kecepatan  yang divariasikan  dalam  menghasilkan  daya  turbin yang maksimal.

## LANDASAN TEORI Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air  (PLTA) adalah  suatu  system  pembangkit  listrik  yang biasanya  terintegrasi  dalam  bendungan  dengan memanfaatkan  energi  mekanis  aliran  air  untuk memutar  turbin  yang  kemudian  akan  diubah menjadi tenaga listrik oleh generator.

## Perkembangan Energi dan PLTA
Sebagian  besar  negara  di  dunia  termasuk Indonesia, suplay energi listrik masih mengandalkan bahan bakar fosil yang jumlahnya terbatas  dan  mulai  menipis,  untuk  itu  perlu dicarikan  energi  alternatif  lain  dan  salah  satunya adalah  energi  air.  Potensi  sumber  energi  fosil  di Indonesia  maupun  didunia  diperkirakan  akan habis  dalam  kurun  waktu  tertentu  akibat  adanya petambahan konsumsi serta perkembangan dunia industri  yang  meningkat.  Berdasarkan  data blueprint pengelolaan  energi  nasional  2005-2025 yang  dikeluarkan  oleh  Departemen  Energi  dan Sumber  Daya  Mineral  (DESDM)  pada  tahun 2005,  cadangan  minyak  bumi,  gas  dan  batu  bara di  Indonesia  akan  habis  dalam  kurun  tahun tertentu ditunjukan pada tabel 1
Tabel 1. Cadangan Energi Fosil
Jenis Energi Fosil Cad/Prod Indonesia Dunia Minyak 18 Tahun 40 Tahun Gas 61 Tahun 60 Tahun Batu Bara 147 Tahun 200 Tahun Sumber : DESDM (2005)
Salah  satu  sumber  energi  terbarukan yang  sangat  potensial di  Indonesia  adalah  energi air  dan  apabila  pemanfaatan  energi  tersebut dilakukan  secara  meluas  diseluruh  wilayah Indonesia  maka  peluang  untuk  keluar  dari  krisis energi  akan  semakin  besar.  Pertimbangan konversi  energi  dan  lingkungan  hidup  menuntut kita untuk segera dapat memanfaatkan energi air. Berikut  potensi  energi  terbarukan  di  Indonesia table 2.
Tabel  2.  Potensi  Energi  Terbarukan  di Indonesia Sumber Energi Potensi (MW) Terpasang (MW) Pemanfatan (%) Air 75.670 4.200 5,550 Biomassa 49.810 302,4 0,607 Panas Bumi 27.000 800 2,960 Mikro Hidro 458,75 84 18,30 Energi Cahaya 156,487 8 0,005 Energi Angin 9.286 0,50 0,005 Total 318.711, 75 5.391,9 27,427

## Sumber  :  Blueprint  Pengelolaan  Energi
Nasional (2005 – 2025)

## Turbin Pelton.
Turbin  Pelton  adalah  turbin  impuls  yang dipakai  untuk  tinggi  air  jatuh  yang  besar.  Aliran fluida  kerja  dalam  pipa  akan  keluar  dengan kecepatan  tinggi  air  jatuh  (h)  melalui  nosel. Tekanan air diubah  menjadi kecepatan, pancaran air dalam akan mengenai bagian tengah – tengah sudu  dan  sesuai  dengan  perimbangan  tempatnya air  pancar  akan  belok  dan  ada  kemungkinan membaliknya  air  bisa  diarahkan  tegak  lurus. Untuk itu penampang ember dan sudu – sudunya harus  ditinjau,  agar  mendapatkan  pemindahan
gaya  yang  sebaik  baiknya.  Turbin  Pelton  adalah turbin  dengan  kecepatan  spesifik  yang  relatif rendah dan dengan menggunakan tinggi air jatuh yang  sangat  besar  serta  kapasitas  air  yang  kecil dibandingkan dengan turbin jenis yang lain.
Kelebihan turbin pelton antara lain:
- Daya yang dihasilkan besal
- Kontruksi yang sederhana
- Mudah dalam perawatan
- Teknologi  yang  sederhana  dan  mudah diterapkan didaerah terisolir.
Gambar 1. Turbin Pelton
Bentuk  sudu  turbin  terdiri  dari  dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk  sedemikian sehingga  pancaran  air  akan  mengenai  tengah– tengah  sudu  dan  pancaran  air  tersebut  akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan  pancaran  air  dengan  baik  dan membebaskan  sudu  dari  gaya-gaya  samping. Untuk  turbin  dengan  daya  yang  besar,  sistem penyemprotan  airnya  dibagi  lewat  beberapa nozzle.  Dengan  demikian  diameter  pancaran  air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil.
Instalasi dan Begian Utama Turbin Pelton .
Turbin  pelton  biasanya  berukuran  besar.  Hal  ini dapat  dimaklumi  karena  dioperasikan  pada tekananyang  tinggi  danperubahan  momentum yang  diterima  sudu-sudu  sangat  besar,  dengan sendiri  struktur  turbin  harus  kuat.  Pada  turbin pelton  semua  energi  tinggi  tempet  dan  tekanan ketika  masuk  kesudu  jalan  turbin  telah  telah diubah  menjadi  energi  kecepatan  Seperti  terlihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 2. Runner dan Sudu Turbin Pelton
Turbin  pelton  terdiri  dari  dua  bagian  utama yaitu :
-      Nosel
-      Runner dan Sudu

## NOSEL
Nosel mempunyai beberapa fungsi yaitu: 1. Mengarahkan pancaran air ke sudu turbin.
2. Mengubah tekanan menjadi energi kinetik.
3. Mengatur kapasitas air yang masuk turbin.
Pada  nosel  terdapat  jarum  yang  berfungsi untuk mengatur kapasitas dan mengkonsentrasikan  air  yang  terpancar  di  mulut nosel.  Panjang  jarum  sangat  menentukan  tingkat konsentrasi  air,  makin  panjang  jarum  air  makin terkonsentrasi.
Untuk  turbin  pelton  dengan  daya  kecil, debit  bisa  diatur  dengan  hanya  menggeser kedudukan  jarum  sudu.  Untuk  instalasi  yang lebih  besar  harus  menggunakan  dua  buah  sistem pengaturan atau lebih,
Tujuan  pengaturan  ini  adalah  untuk menghindari  terjadinya  tekanan  tumbukan  yang besar  dalam  pipa  pesat  yang  timbul  akibat penumpukkan nosel secara tiba-tiba ketika beban turbin berkurang dengan tiba-tiba, untuk mengurangi  putaran  turbin  pada  kondisi  atas, pembelokkan  pancaran  akan  berayaun  kedepan jarum nosel terlebihdahulu sehingga pancaran air dari nosel berbelok sebagian.

## Runner dan Sudu
Runner/roda jalan berfungsi sebagai roda yang  memutarkan  poros  dari  tekanan  yang ditimbulkan air.  Runner mempunyai jumlah sudu yang variatif terhadap diameter runner itu sendiri.
Di  bagian  ruuner  terdapat  sudu-sudu yang  berfingsi  sebagai  penampang  tekanan  air dari  nosel  sehingga  air  dapat  dikonsentrasikan menjadi putaran.
Runner  dari  sebuah  turbin  Pelton  harus merupakan  piringan  melengkung  yang  dipasang pada poros vertikal. Pada bagian keliling luar dari runner  terdapat  sejumlah  bucket  (mangkok) secara  sama  baik  bentuk,  ukuran  maupun jaraknya..
Dalam perancangan ini sudu
menggunakan  sendok  makan  yang  di  keeling  ke runner. Runner yang dugunakan dalam perancangan ini ditentukan dengan jumlah bucket 40 buah..

## METODE PENELITIAN
Dalam  penelitian  ini,  data-data  yang diperlukan  dapat  diperoleh  melalui  dua  metode yaitu:
1. Penelitian Lapangan ( Field Research )
Dengan  menggunakan  metode  observasi yaitu  dengan  melakukan  pengamatan  secara langsung  terhadap  objek  yang  diteliti  dalam hal ini limbah jamur tiram.
2. Penelitian Kepustakaan ( Library Research )
Penelitian  ini  di  maksudkan  untuk mengolah  data  yang  telah  diperoleh  di lapangan,  memperoleh  pengetahuan  dan landasan  teori  dari  beberapa  literature  dan hasil  penelitian  orang  lain  yang  mempunyai hubungan  dengan  masalah  yang  diteliti  serta dapat dipertanggungjawabkan kebenarannya.

## Data Lapangan
Tabel 3. data lapangan turbin pelton NO. Parameter Nilai 01 Jumlah Sudu 40 02 Diameter runner (cm) 37 03 Diameter pipa (cm) 1,9 04 Diameter nozzle (cm) 0.5 05 Debit Air divariasikan 30, 28, 26
Prosedur Pengujian.
a. Studi  Pustaka,  studi  jurnal  penelitian  yang relevan
b. menyiapkan alat turbin pelton
c. Mempersiapkan  beberapa  peralatan  dan mesin  yang  diperlukan  dalam  proses pengujian.
d. Hidupkan pompa air
e. Mengukur debit air menggunakan flowmeter dengan variasi : 30 l/m, 28 l/m, 26 l/m.
f. Mengukur putaran turbin dengan menggunakan beban pada neraca pegas yang di  pasang  di  turbin  untuk  menghitung  gaya/ beban turbin pada putaran tertentu.
g. Pengujian
a. Mencatat data
b. Mengumpulkan data
c. Mengolah data
h. Analisis data
i. Perbaikan dan koreksi hasil penelitian

## HASIL DAN PERHITUNGAN Data Penelitian
Proses penelitian dengan melakukan pengujian  terhadap  turbin  air.  Pengujian  ini dilakukan  untuk  mendapatkan  data  putaran  (n), gaya  (F)  dan  perhitungan  terhadap  kecepatan aliran pada saluran (V).
Data  hasil  pengujian  turbin  pelton dari masing-masing  debit  untuk  setiap  Jumlah  sudu, jumlah sudu 40, jumlah sudu 38, jumlah sudu 36, terdapat pada lampiran.
Tabel  4.  data  pengujian  pengaruh  beban  pada jumlah sudu 40
Debit Aliran Putaran Gaya F (N) Q (l/m) Q (m 3 /s) n (Rpm) F1  F2 Σ F 30 0.0005 350 0 0 0 30 0.0005 250 2,6  0,7 1,9 28 0.00046 298 0 0 0 28 0.00046 225 2 0,5  1,5 26 0.00043 246 0 0 0 26 0.00043 190 1,5  0,4  1,1
Tabel  5.  data  pengujian  pengaruh  beban  pada jumlah sudu 38 Debit Aliran Putaran Gaya F (N) Q (l/m) Q (m 3 /s) n (Rpm) F1  F2 Σ F 30 0.0005 304 0 0 0 30 0.0005 243 2.3  0.6  1.7 28 0.00046 266 0 0 0 28 0.00046 223 1.9  0.5  1.4 26 0.00043 228 0 0 0 26 0.00043 180 1.6  0.3  1.3
Tabel  6.  data  pengujian  pengaruh  beban  pada jumlah sudu 36 Debit Aliran Putaran Gaya F (N) Q (l/m) Q (m 3 /s) n (Rpm) F1  F2 Σ F 30 0.0005 280 0 0 0 30 0.0005 233 2.3  0.7  1.6 28 0.00046 242 0 0 0 28 0.00046 193 1.9  0.6  1.3 26 0.00043 204 0 0 0 26 0.00043 153 1.5  0.4  1.1

## PEMBAHASAN

## 1. Hubungan antara Debit dan Daya
Daya  sangat  tergantung  pada  besarnya torsi  dan  putaran.  Besaran  torsi  berbanding terbalik  dengan  putaran  turbin,  dimana  debit  air sangat  berpengaruh  terhadap  torsi  dan  putaran,
semakin  besar  debit  yang  diberikan  akan mempengaruhi  daya  suatu  turbin.  Hubungan antara  debit  (Q)  dan  daya  (P)  untuk  masing- masing  putaran  pada  setiap  Jumlah  sudu  sebagai berikut :
Gambar 3. Grafik Hubungan antara Debit dan Daya pada pada masing-masing jumlah sudu
Dari  gambar  3.  terlihat  bahwa  pada jumlah  sudu  40  daya  paling  tinggi  pada  debit 0,0005  m 3 /det  dengan  nilai  4,97  Watt  dan  yang paling  rendah  dengan  nilai  3,9  Watt  pada  debit 0,00043.  Untuk  jumlah  sudu  38  daya  paling tinggi  pada  debit  0,0005  m 3 /det  dengan  nilai  3,5 Watt  dan  yang  paling  rendah  dengan  nilai  2,6 Watt  pada  debit  0,00043. Dan  pada jumlah  sudu 36  daya  paling  tinggi  pada  debit  0,0005  m 3 /det dengan  nilai  2,58  Watt  dan  yang  paling  rendah dengan  nilai  1,7  Watt  pada  debit  0,00043.  Dari kesemuanya terlihat bahwa jumlah sudu 40 lebih baik dari jumlah sudu 38 dan 36 terlihat dari daya yang dihasilkan oleh turbin .

## 2. Hubungan antara Debit dan Efisiensi
Hubungan  antara  Debit  dengan  Efisiensi pada  ketiga  Jumlah  sudu.  pada  ketiga  variasi sudut sudu dapat dilihat pada gambar 4. berikut:
Gambar 4. Grafik Hubungan antara Debit dan Efisiensi  pada pada masing-masing jumlah sudu
0 2 4 6 0.00043 0.00046 0.0005 D ay a (Watt ) Grafik Q & Pa Sudu 40 Sudu 38 Debit  (m3/det)
0 20 40 60 0.00043 0.00046 0.0005 Efi si e n si (% ) Grafik Q & η Sudu 40 Sudu 38
Debit  (m3/det)
Dari  gambar  4.  terlihat  bahwa  pada jumlah sudu 40 Efisiensi paling tinggi pada debit 0,0005 m 3 /det dengan nilai 49 % dan yang paling rendah  dengan  nilai  38  %  pada  debit  0,00043. Untuk  jumlah  sudu  38  Efisiensi  paling  tinggi pada  debit  0,0005  m 3 /det  dengan  nilai  42 %  dan yang paling rendah dengan nilai 37 % pada debit 0,00043.  Dan  pada  jumlah  sudu  36  Efisiensi paling  tinggi  pada  debit  0,0005  m 3 /det  dengan nilai  40  %  dan  yang  paling  rendah  dengan  nilai 27  %  pada  debit  0,00043.  Dari  kesemuanya terlihat  bahwa  jumlah  sudu  40  lebih  baik  dari jumlah sudu 38 dan 36 terlihat dari Efisiensi yang dihasilkan oleh turbin.

## KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  dan  pengujian  turbin pelton dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Jadi jumlah sudu mempengaruhi kinerja turbin Pelton  terbukti  bahwa  jumlah  sudu  yang paling  efektif  dalam  penelitian  ini  yaitu  pada jumlah sudu 40.
2. Dari  ketiga  Jumlah  sudu  daya  turbin  Pelton yang paling efektif yaitu pada jumlah sudu 40 pada debit 0,0005 m 3 /s 4,97 Watt.
3. Dari ketiga jumlah sudu efisiensi turbin Pelton yang paling efektif yaitu pada jumlah sudu 40
pada debit 0.0005 m 3 /s 4,9 %.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Arismunandar,  W.,  2004.  Pengerak  Mula Turbin, ITB, Bandung.
2. Bono  &  Indarto.,  2008.  Karakterisasi  Daya Turbin Pelton Mikro Dengan Variasi Bentuk Sudu,  Seminar  Nasional  Aplikasi  Sains  dan Teknologi, Yogyakarta
3. Blueprint. 2005. Pengelolaan energi nasional 2005 – 2025. Jakarta.
4. Dietzel,  F.,  1993,  Turbin  Pompa  dan Kompresor,  Erlanga, Jakarta.
5. Kadir  M.Z  &  Bambang,.  2010,  Pengaruh tinggi  sudu  kincir  air  Terhadap  daya  dan efisiensi  yang  dihasilkan,  Seminar  Nasional Tahunan Teknik
Mesin (SNTTM), Palembang.
6. Kementerian  Energi  dan  Sumber  Daya Mineral.  2009.    Master  Plan  Pembangunan Ketenagalistrikan. Jakarta. Republik Indonesia
7. Pudjanarso,    A.  &  Nursuhud.,  D.  2008, Mesin  Konversi  Energi,  Penerbit:  Andi, Yogyakarta.
8. Soenoko, R., Rispinigtati, Sutikno, D. 2011. Prototype  of  a  Twin  Kinetic  Turbine Performance  as  a  Rural  Electrical  Power Generation,  Journal  of  Basic  and  Applied Scientific  Research,  Universitas  Brawijaya Malang.
9. Sornes K., 2010. Small-Scale Water Current Turbines  For  River  Applications.  Zero Emission Resource Organization.
10. Victor, L. Sreeter, E. Benjamin Wylie, 1988. Mekanika  Fluida  edisi  Delapan.  Andi Yogyakarta.
11. Warsito1,  Sri  Wahyu  S.  ,  Wahyudi,  D.  dan Wildan  Khoiron,  2011,  Realisasi  Dan Analisis  Sumber  Energi  Baru  Terbarukan Nanohidro  Dari  Aliran  Air  Berdebit  Kecil. Jurnal  Material  dan  Energi  Indonesia, Volume 01 Nomor 01 Tahun 2011 .