## Jambura Journal of Electrical and Electronics Engineering (JJEEE)

## Rancang Bangun Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Air Sungai (PLTAS)

## Frengki Eka Putra Surusa
Program Studi Teknik Elektro Universitas Ichsan Gorontalo
Gorontalo, Indonesia kiki.alaska@gmail.com

## Steven Humena
Program Studi Teknik Elektro Universitas Ichsan Gorontalo
Gorontalo, Indonesia steven.humena@gmail.com

## Rivan Laraga
Program Studi Teknik Elektro
Universitas Ichsan Gorontalo Gorontalo, Indonesia rivan.antek@gmail.com Diterima : November  2021 Disetujui : Juli 2022
Dipublikasi : Juli 2022
Abstrak- Indonesia adalah Negara yang memiliki jumlah pulau 16.056, yang tersebar di 34 Provinsi. Terdapat banyak potensi sumber daya alam yang bisa dikembangkan khususnya dalam bidang  kelistrikan.  Untuk  itu  diperlukan  pemanfaatan  aliran air  sungai  sebagai  pembangkit  listrik  tenaga  air  sungai  untuk menunjang  aktifitas  masyarakat  dalam  hal  penerangan. Penelitian ini bertujuan untuk membuat prototype Pembangkit Listrik  Tenaga  Air  Sungai  (PLTAS)  dan  mengetahui  unjuk kerja daya listrik yang dihasilkan. Langkah awal yaitu dengan membuat  desain  prototype  yang  diinginkan,  kemudian mempersiapkan  alat  dan  bahan,  selanjutnya  membuat prototype.  Setelah  prototype  rampung  Langkah  selanjutnya adalah melakukan pengujian. Pengujian prototype dilakukan di sungai  Alale  Desa  Lombongo Kabupaten  Bone  Bolango.  Hasil pengujian  prototype  menghasilkan  tegangan  rata-rata  11,63 volt dc dan arus rata-rata sebesar 0,84 Amper dc dengan debit air  rata-rata  3,64  m3/d.  pengujian  ini  dilakukan  dengan menggunakan beban lampu dc 5 watt sebanyak 7 mata lampu. Prototype  ini  dapat  bekerja  dengan  optimal  sebagai pembangkit  listrik  saat  beroperasi.  Generator  dapat  berputar dengan  baik  mengikuti  rotasi  turbin.  Generator  dapat menghasilkan energi listrik dan pelampungnya bekerja dengan baik.

## Kata kunci : PLTAS; Unjuk Kerja; Sungai Alale
Abstract- Indonesia is a country that has 16.056 islands, which are spread  over  34  provinces.  There  are  many  potential  natural resources that can be developed, especially in the electricity sector. For  this  reason,  it  is  necessary  to  use  river  water  as  a  river hydroelectric power plant to support community activities in terms of  lighting.  This  study  aims  to  make  a  prototype  of  the  River Hydroelectric Power Plant (PLTAS) and determine the performance of the electrical power produced. The first step is to make the desired prototype  design,  then  prepare  tools  and  materials,  then  make  a prototype. After the prototype is complete, the next step is testing. Prototype  testing  was  carried  out  in  the  Alale  river,  Lombongo Village,  Bone  Bolango  Regency.  The  results  of  the  prototype  test produce  an  average  voltage  of  11.63  volts  dc  and  an  average current of 0.84 Ampere dc with an average water flow of 3.64 m3/d. This test was carried out using a 5 watt dc lamp load of 7 lamps. This prototype can work optimally as a power plant while operating. The  generator  can  rotate  properly  following  the  rotation  of  the turbine. The generator can produce electrical energy and the buoy works well.

## Keywords: PLTAS; Work Method; Alale River

## I. P ENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  negara  yang  memiliki  jumlah pulai  16.056  yang  terbesar  di  34  provinsi  [1].  Terdapat banyak  potensi  sumber  daya  alam  (SDA)  yang  bisa  di kembangkan  khususnya  dalam  bidang  kelistrikan.  Hal  ini dapat di manfaatkan sebagai Energi Baru Terbarukan (EBT) untuk  menghasilkan  energi  listrik.  Masyarakat  banyak menggunakan  sumber  daya  listrik  untuk  kebutuhan  sehari- hari karena memiliki fungsi yang beragam. Listrik menopang aktifitas  di  berbagai  bidang,  seperti  pada  bidang  industri, pendidikan, rumah tangga, perkantoran, dan lain sebagainya. Dengan demikian listrik sudah menjadi kebutuhan pokok bagi masyarakat.
Selain  mengandalkan  pembangkit  listrik  berbahan bakar fossil kita harus memanfaatkan energi baru terbarukan yang ada di alam yaitu energi matahari, air, angin dan panas bumi.  Di  negara  kita  sendiri,  masih  banyak  daerah-daerah yang belum  mendapatkan  aliran  listrik  sehingga  pemakaian bahan bakar minyak pada sektor penyedia energi listrik masih sangat besar [2][3].
Sungai tersebar diseluruh Indonesia, ada yang besar dan ada pula yang kecil. Dengan ini membuka peluang besar bagi kita untuk menciptakan energi alternaatif berupa pembangkit listrik  mikrohidro.  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Microhidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik kecil yang menggunakan  energi  air  sebagai  tenaga  penggerak  seperti irigasi, sungai atau air alami menggunakan tinggi jatuh dan volume air [4]. Semakin besar kapasitas aliran dan ketinggian isnstalasi  maka  semakin  besar  tenaga  yang  didapat  untuk menghasilkan  tenaga  listrik[5].  Besarnya  tenaga  air  yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada kecepatan air dan debit air. Kecepatan aliran air akan menghasilkan putaran pada turbin yang akan menghasilkan energi listrik[6][7].
Komponen  utama  PLTMH  dan  bangunan  penunjang terdiri  dari  waduk,  bendungan,  saringan,  intake,  penstock, inlet  value,  power  house,  turbin,  transmisi,  generator  dan transformator [8]. Kelebihan PLTMH adalah potensi air yang melimpah,  teknologi  handal,  ramah  lingkungan  dan
terbarukan. Sedangkan kekurangannya adalah lokasi potensi jauh dari beban, mahalnya alat ganti dan penetapan tarif yang sukar [9].
Turbin air diklasifikasikan  menjadi dua tipe yaitu tipe turbin  impuls  dan  turbin  reaksi  berdasarkan  cara  kerjanya [10][11].  Penyaluran  daya  yang  disebut  system  transmisi berfungsi  untuk  menyalurkan  daya  poros  turbin  untuk memutar  poros  generator,  sehingga  bisa  dikonversikan menjadi  listrik  [12].  Pengukuran  manual  laju  aliran  dapat menggunakan  bola  tenis  yang  dihanyutkan  dengan  jarak tertentu dan berdasarkan waktu tempuh [13][14].
Menurut  data  balai  wilayah  sungai,  Gorontalo  sendiri masih  termasuk  wilayah  yang  sumber  daya  air  melimpah [15].  Dengan memanfaatkan sumber aliran air irigasi untuk memenuhi konsumsi daya listrik skala kecil , terutama pada konsumsi rumah tangga, sebagai inovasi dengan mendesain pembangkit listrik tenaga piko hydro terapung [16].
Komponen  utama  dari  Pembangkit  Listrik  Tenaga Mikrohidro  (PLTMH)  yaitu  intake,  headrace,  forebay, tailrace,  penstock,  turbin,  sistem  peralatan  mekanik,  sistem transmisi  mekanik,  dan  generator.  Peningkatan  kebutuhan daya listrik dan keterbatasan kapasitas generator menyebabkan  operasi  pembangkit  tidak  optimal.  Selain  itu kinerja PLTMH  sangat dipengarui oleh debit  air dan  teknis peralatan  lainnya.  Perlu  adanya  evaluasi  dimulai  dengan perhitungan data parameter teknis peralatan, yang kemudian dibandingkan  dengan  parameter  yang  diperoleh  dari pengukuran. Hasil evaluasi PLTMH tidak beroperasi secara optimal  saat  menangani  beban  daya  skala  kecil,  dimana jumlah  daya  yang  dihasilkan  dengan  perhitungan  teoritis lebih  besar  dari  jumlah  daya  yang  dihasilkan  pada  saat generator beroperasi [17].
Pembangkit  listrik  tenaga  mikrohydro  merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan dan juga termasuk energi  terbarukan.  Pemanfaatan  aliran  air  dari  bendungan bisa dijadikan sebagai sumber energi listrik yaitu pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH). Seberapa besar potensi air untuk menghasilkan energi listrik dapat berpengaruh pada perencanaan  pembangunan  PLTMH  tersebut.  Untuk menghasilkan  daya  listrik  yang  optimal  maka  sebelumnya dilakukan pengukuran debit air dan tinggi terjun [18].
Dengan  pemanfaatan  dari  potensi  energi  air  tersebut maka penulis mengangkat penelitian dengan judul “rancang bangun  prototype  pembangkit  listrik  tanaga  air  sungai (PLTAS)”, dengan tujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari prototype pembangkit tersebut dengan memanfaatkan aliran air sungai sebagai sumber energi untuk menghasilkan listrik penerangan.

## II. M ETODE P ENELITIAN
A. Diagram Alir
Proses  pembuatan  alat  yang  dilakukan  seperti  yang ditunjukkan  pada  Gambar  1  diagram  alir.  Diagram  alir  ini adalah  suatu  Langkah  kerja  yang  berisi  Tindakan  untuk menyelesaikan rancang  bangun  prototype  mulai dari desain alat, pemilihan alat bahan, dan selanjutnya tahap pembuatan. Tahap pembuatan begitu menentukan berhasil atau gagalnya suatu  alat.  Karena  itu  jika  melakukan  pembuatan  harus disertai perhitungan yang matang. Pada proses pembuatan itu juga dikerjakan dengan bahan dan alat yang telah ditentukan sehingga  terbentuk  satu  kesatuan  yang  utuh  prototipe PLTAS.  Kemudian  pada  tahap  uji  coba  prototype  PLTAS dengan melakukan berbagai pengukuran, sehingga memperoleh data yang valid. Apabila pengukuran sesuai atau mendapat  hasil  bagus,  maka  prototipe  PLTAS  yang  dibuat berhasil.  Tempat  pembuatan  prototype  pembangkit  listrik tenaga air sungai (PLTAS) berlokasi di laboratorium Teknik Elektro Unisan dan tempat pengujian berada di sungai Alale, Desa  Lombongo,  Kecamatan  Suwawa  Tengah,  Kabupaten Bone Bolango
Gambar 1. Digram Alir
B. Desain Penelitian
Desain kerangka prototype PLTAS ini dibuat dari besi siku ukuran 4x4 mm yang dibentuk persegi, panjangnya 104 cm dan lebarnya 76 cm. Desain ponton ini dibuat dari bahan pipa PVC  ukuran  6  inci  dengan  Panjang  2  meter  dan  memakai penutup  pada  setiap  ujung  dari  pipa  tersebut. Pulley merupakan komponen transmisi yang menghubungkan gerak dari  turbin  ke  generator.  Dalam  hal  ini  salah  satu  pulley digantikan dengan pelek sepeda berukuran diameter 64 cm. Penggunaan  desain  turbin  air  undershot  pada  prototype pembangkit tenaga listrik air sungai ini karena desain turbin ini yang cocok untuk PLTAS. Diameter turbin 61 cm, lebar 25 cm dan jarak antara sudu 13 cm .
Desain  prototype  PLTAS  ini  merupakan  gambar  utuh dari  protoype  yang  rencananya  akan  dibuat,  untuk  lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2 perspektif.

## Gambar 2 perspektif
C. Kebutuhan Alat dan Bahan
Kebutuhan alat dan bahan utama yang digunakan pada proses  pengerjaan  prototype  ini  adalah  Generator,  Pulley, Besi siku, besi plat kasar, pipa PVC, V-belt, Rectifer, Accu, SCC,  avo  meter,  tacho  meter,  kabel,  besi  as,  bor  listrik, lampu, inverter, dll.

## D. Pengujian
Rancangan  aspek-aspek  yang  akan  diuji  dari  hasil pembuatan  prototype  PLTAS  ini  meliputi  uji  fungsi  kerja prototype yaitu pengujian kinerja dan fungsi prototype.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
A. Pembuatan Kerangka Besi
Pembuatan kerangka prototype PLTAS ini menggunakan  besi  siku  yang  berukuran  40  x  40  mm  yang dipotong  dengan  ukuran  yang  pas,  sehingganya  menjadi beberapa  bagian.  Kemudian  disusun  menjadi  satu  kesatuan kerangka  PLTAS  yang  utuh  sesuai  yang  diinginkan.  Pada Gambar 4 terlihat kerangka PLTAS.

## Gambar 4 kerangka PLTAS
Langkah-langkah untuk membuat prototype adalah sebagai berikut:
1. Memotong besi siku untuk dudukan turbin
2. Memotong besi siku untuk dudukan generator
3. Memotong besi siku untuk dudukan velk sepeda sebagai pengganti pulley
4. Mewarnai kerangka besi dengan cat besi warna hitam

## B. Pembuatan Turbin Air
Bahan  dasar  dari  turbin  air  berupa  besi  plat  dengan ketebalan  bagian  luar  2  mm  dan  bagian  sudu  1,5  mm. kemiringan sudu pada turbin ini adalah 20 derajat dan sudu dibuat sejumlah 14 bilah. Selanjutnya turbin diwarnai dengan cat  besi  berwarna  silver.  Untuk  lebih  jelasnya  dapat  dilihat pada Gamabr 5 berikut ini.

## Gambar 5 pembuatan turbin air

## C. Pembuatan Pipa Ponton
Pembuatan  pipa  ponton  seperti  halnya  membuat  pipa aliran  air  pada  umumnya  tetapi  ini  sedikit  berbeda  karena penerapannya untuk menggabungkan prototype PLTAS. Pipa 6 inci dengan panjang 4 meter di potong menjadi dua bagian yang masing-masing memiliki panjang 2 meter, selanjutnya di beri tutup pipa atau dop pipa di bagian ujung  dari  masing masing  pipa.  Pada  Gambar  6  di  bawah  ini  merupakan penenampakan dari pipa ponton.

## Gambar 6 pipa ponton

## D. Proses Perakitan Prototype PLTAS
Proese  perakitan  prototype  dibutuhkan  ketrampilan tersendiri, dengan memperhatikan keselamatan dan Kesehatan kerja. Berikut ini adalah proses didalam perakitan prototype :
1. Memasang  pillow  blok  pada  kerangka  untuk  poros turbin air di kedua sisi
2. Memasang  turbin  pada  pillow  blok  yang  sudah menyatu dengan kerangka
3. Pada  prototype  dipasang  generator  dikerangka  besi mengikuti desain rancangan
4. Memasang  peleks  sepeda  sebagai  pengganti  pulley untuk transmisi kecepatan dari turbin ke generator
5. Memasang pulley pada turbin dan generator
6. Memasang V-belt pada pulley yang sudah terpasang dari turbin, pelek sepeda serta pada generator untuk menghubungkan transmisi putaran
7. Membuat rangkaian instalasi control pada prototype
8. Setelah  semua  telah  terpasang  maka  prototype  siap untuk  di  uji.  Untuk  pengujian  prototype,  prototype diikat  dengan  tali  tambang  ke  pinggiran  sungai sehingga  menghindari  hanyutnya  prototype.  Pada Gambar 7 berikut ini merupakan Gambar pada saat pengujian.

## Gambar 7 prototype pada saat pengujian

## E. Hasil Pengujian
Pengujian  dilakukan  pada  Tanggal  12  Maret  2021 bertempat di aliran sungai Bone, bendungan Alale Kabupaten Bone  Bolango,  Gorontalo.  Gambar  maps  lokasi  penelitian dapat  dilihat  pada  Gambar  8.  Waktu  pengujian  dilakukan selama 11 jam dengan 22 kali percobaan. Dimulai pada pukul 08.00  pagi  sampai  dengan  jam  20.00  malam.  Interval pengujian  dilakukan  selama  30  menit.  Pengujian  juga dilakukan  dengan  menggunakan  beban  lampu  dc  5  watt sebanyak 7 buah mata lampu.

## Gambar 8. Maps Lokasi Penelitian
Dari  hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  tegangan tertinggi  terdapat  pada  pukul  09.00  pagi  hari  dengan  nilai tegangannya adalah 12,24 Vdc. Sedangkan untuk debit airnya adalah 3,46 m3/det. Tegangan terendah terdapat pada pukul 17.30 dengan nilai tegangannya adalah 9,38 dan debit airnya adalah 3,09 m3/det. Secara keseluruhan rata-rata debit air dari
hasil  pengujian  adalah  3,64  m3/detik,  tegangan  generator rata-rata  adalah  11.63,  arus  adalah  0,84  A  dc  putaran generator  rata-rata  adalah  419,73  RPM  dan  putaran  turbin rata-rata adalah 37,46 RPM.

## F. Pembahasan
Hasil  pengukuran  keluaran  generator  pada  prototype pembangkit listrik tenaga air sungai (PLTAS) menunjukkan hasil tegangan yang naik-turun bergantung pada debit air dan beban  yang  terpasang,  semakin  besar  debit  air  makan semakin  besar  juga  tegangan  yang  dikeluarkan  oleh generator.
Pengujian PLTAS selama 11 jam dengan beban lampu 5 watt dc sebanyak 7 mata lampu  dengan rata-rata debit air 3.64  m 3 /d,  lebih  efisien  menggunakan  beban  lampu  DC karena  dapat  bertahan  selama  11  jam.  Parameter  yang mempengaruhi output daya dari Prototipe Pembangkit Listrik Tenaga Air Sungai (PLTAS) yaitu debit air, karena semakin besar debit air yang dihasilkan maka akan mempengaruhi laju putaran  generator  yang  akan  mengubah  energi  mekanik menjadi energi listrik
Prototype dapat bekerja dengan optimal saat beroperasi. Generator  dapat  berputar  dengan  baik  mengikuti  rotasi turbin.  Generator  dapat  menghasilkan  energi  listrik  dan pelampung  dapat  bekerja  dengan  baik  mengikuti  laju  dan tingginya aliran air.

## IV. K ESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  prototype  Pembangkit  Listrik Tenaga  Air  Sungai  (PLTAS)  dapat  disimpulkan  bahwa:  1). Dalam proses pembuatan prototype pembangkit listrik tenaga air sungai (PLTAS) berjalan dengan lancar dan sesuai dengan proses  perencanaan  yang  sudah  direncanakan  sebelumnya; 2). Kinerja prototype dari pembangkit listrik tenaga air sungai (PLTAS)  secara  keseluruhan  bekerja  dengan  baik;  3). Tegangan  rata-rata  yang  dihasilkan  oleh  pembangkit  listrik tenaga  air  sungai  (PLTAS)  di  Sungai  Alale  Bone,  Desa Lombongo,  Kecamatan  Suwawa  Tengah  pada  tanggal  12 Maret  2021  yaitu 11, 63  volt dc,  arusnya  adalah 0,84  A  dc pada debit air rata-rata adalah 3,64 m3/detik.

## R EFFERENSI
[1] BPS  (Badan  pusat  statistik),  “Badan  pusat  statistik,” 2018.  https://databoks.katadata.co.id/datapublish/2019/ 06/12/jumlah-pulau-di-indonesia-berkurang- menjadi-16-ribu (accessed Nov. 07, 2019).
[2] C.  E.  Fahmi  Arif  Maulana,  Mohammad  Ramdani, “Prototipe  kontrol  aliran  air  berbasis  mikrokontroler untuk pembangkit listrik tenaga mikrohidro prototype,” e-Proceeding Eng. , vol. 4, no. 2, pp. 1434–
1440, 2017.
[3] BPPT:  Indonesia  Energi  Outlock  (2018)  :  energi berkelanjutan untuk transportasi darat. In development (vol. 134). https://doi.org/10.1360/zd-201343-6-1064.
[4] V.  Dwiyanto,  D.  I.  Kusumastuti,  and  S.  Tugiono,  “ Analisis  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro (PLTMH) studi kasus,” J. Rekayasa Sipil dan Desain , vol. 4, no. 3, pp. 407–422, 2016, [Online].Available:https://www.neliti.com/id/publicatio ns/127987/analisis-pembangkit-listriktenaga-mikro- hidro- pltmh-studi-kasus-sungai-air-anak.
[5] R.  S.  Fandi  S.M  Tambunan,  “Analisis  kelayakan pembangunan  pembangkit  listrik  tenaga  mikro  hidro (PLTMH) di desa Nyomplong, Bogor,” 2014.
[6] Sihombing,  E.  S.  2009.  “pengujian  sudu  lengkung prototype turbin terapung pada aliran sungai.”
[7] Singh,  D.  2009.  “microhydro  power  resources assesment handbook”. September, 69.
[8] D.  L.  Sihaloho,  “Rancang  Bangun  Alat  Uji  Model Sistem  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro  ( PLTMH  )  Menggunakan  Turbin  Aliran  Silang,” Universitas Lampung, 2017
[9] M. R. Ekocahya, “Rancang Bangun Pengaturan Katup Aliran  Debit  Air  (Water  Flow  Control)  Pada Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikrohidro  (PLTMH) Berbasis Fuzzy Logic Control,” 2016.
[10]  S. Ointu, “Studi kelayakan pembangunan pembangkit listrik tenaga mikro hidro (pltmh), berdasarkan potensi yang ada di desa pinogu kecamatan pinogu kabupaten bone bolango,” Universitas Ichsan, 2019.
[11]  I.  A.  Sunardi,  “Pembuatan  prototype  pembangkit listrik  tenaga  pikohidro,”  Universitas  Negeri Yogyakarta, 2017.
[12]  E. Yuniarti, “Rancangan Parameter Turbin Crossflow Generator Sikron Pada Pltmh,” Berk. Tek. , vol. 2, no. 4, pp. 1–8, 2012.
[13]  A.  Norhadi,  A.  Marzuki,  L.  Wicaksono,  and  R. Addetya  Yacob,  “Studi  Debit  Aliran  pada  Sungai Antasan Kelurahansungai Andai Banjarmasin Utara,”
J.  Poros  Tek. ,  vol.  7,  no.  1,  pp.  1–53,  2015,  doi: 10.1016/j.apnu.2015.08.018.
[14]  Dimyati,  A.  M.  2003.  “studi  kelayakan  potensi pemabgkit  listrik  tenaga  mikrohidro  di  desa  setren kecamatan  slgoimo  kabupaten  wonogiri.”  15(02):  1– 10.
[15]  B.  wilayah  sungai  (BWS),  “Daerah  Aliran  Sungai BWS Sulawesi
II.” http://sda.pu.go.id/bwssulawesi2/data/daerah-  aliran- sungai/ (accessed Mar. 18, 2021).
[16]  Suparman,  Hadi  Suyono,  R.N.H.  2017.  “desain pembangkit  listrik  tenaga  piko  hidro.  jurnal eecis .”11(2), 82-88.
[17]  Humena, S. Surusa, F.E.P. Pratiwi, A. I dan Kombu, R.  Evaluasi  Kinerja  PLTMH  Polohungo  40  kW Tehadap  Small  Scale  Power  Load  (SSPL).  Jurnal Teknik. Vol. 19. No. 1. Fakultas Teknik. Universitas Negeri Gorontalo. 2021.
[18]  Ointu,  S.  Surusa,  F.  E.  P.  dan  Zainuddin,  M.  Studi Perencanaan Pembangunan Pembangkit Listrik
Tenaga  Mikrohidro  (PLTMH)  Berdasarkan  Potensi Air yang Ada di Desa Pinogu. Journal of Electrica and Electronic Engineering (JJEEE). JAMBURA. Vol. 2. No.  2. Electrical  Engineering.  State  University  of Gorontalo . 2020.