## JURNAL PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
DIKEMAS VOL. 4, No. 1 Tahun 2020

## Desain Pembangkit Listrik Mikro Hidro Untuk Memenuhi Kebutuhan Kawasan Wisata Air Terjun Sunggah
Widhiyanuriyawan D. 1 , Sugiarto 2 , Hutoro Arif 3
1,2,3 Universitas Brawijaya Malang Jl. Veteran Malang, +62-341-551611 denny_w@ub.ac.id

## Abstrak
Air Terjun Sunggah terletak di desa Selur, Kecamatan Ngrayun, Kabupaten Ponorogo. Air  terjun  ini  adalah  salah  satu  tujuan  wisata  alam  yang  berpotensi  di  wilayah  Ponorogo selatan.  Ketinggian  air  terjun  ini  sekitar  40  meter  dan  memiliki  pemandangan  yang  eksotis tetapi tidak didukung oleh fasilitas dan infrastruktur seperti listrik yang menutupi area akses dan  juga  pendanaan  pengelolaan  keberlanjutan.  Salah  satu  kegiatan  tim  Program  Doktor Mengabdi  yang  dirilis  Universitas  Brawijaya  adalah  membuat  desain  pembangkit  listrik tenaga  mikrohidro  di  air  terjun  Sunggah.  Data  primer  dan  sekunder  dikumpulkan  untuk menghitung energi potensial yang dihasilkan pada Air Terjun Sunggah seperti laju aliran dan head.  Dari  data  ini  dapat  diperoleh  desain  turbin  dan  listrik  yang  dihasilkan  dalam  sistem mikrohidro.  Selain  itu,  analisis  ekonomi  dibuat  untuk  memprediksi  dana  operasional  dan manajemen. Dari data primer dan sekunder dari laju alir diperoleh laju alir rata-rata di musim hujan adalah 0,5 m 3 /s, laju alir pada musim kemarau 0,05 m 3 /s dan head adalah 40 meter. Hasil desain memperoleh laju alir yang menghasilkan untuk turbin adalah 0,12 m 3 /s mengalir dalam  pipa  penstock  berdiameter  0,3  meter,  dan  head  efektif  34  meter.  Desain  mikrohidro menggunakan tipe turbin crossflow dengan efisiensi 0,75, transmisi mekanis menggunakan tipe vee  belt  dengan  efisiensi  0,8  dan  generator  listrik  AC  Synchronous  Self  Generator  dengan efisiensi 0,85. Dari desain ini, listrik 20.392 kW dihasilkan dari Air Terjun Sunggah. Dalam analisis ekonomi menunjukkan bahwa harga listrik online ke BTS adalah Rp. 400, - / kWh dan jika daya 15 kW dijual online ke BTS maka 5 juta per bulan akan diperoleh.

## Kata kunci: Doktor Mengabdi, wisata air terjun Sunggah, microhidro

## Abstract
Sunggah Waterfall located in the village of Selur, Ngrayun District, Ponorogo Regency. This waterfall is one of the potentially natural touristm destinations in the southern Ponorogo region. The height of the waterfall is about 40 meters and has an exotic view but not supported by  facilities  and  infrastructure  such  as  electricity  that  covered  the  access  area  and  also sustainability management funding. One of the activities of Doktor Mengabdi Program team that  released  by  Universitas  Brawijaya  have  made  a  micro  hydro  power  plant  design  in Sunggah waterfall. The primary and secondary data were collected to calculate the potential
energy that was generated on the Sunggah Waterfall such as flow rate and head. From these data can obtained the design turbine and electricity that generated in microhidro system. In additon, the economic analysis was made to predict operational and management funds.  From primary and secondary data of flowrate were obtained the average flowrate in the rainy season is 0.5 m 3 /s, the flowrate in the dry season is 0.05 m 3 /s and head is 40 meters. The design results obtain the flowrate that generate for turbine is 0.12 m 3 /s flowing in 0.3 meters diameter pipe of  penstock,  and  effective  head  of  34  meters.  The  design  of  microhydro  used  the  crossflow turbine type with an efficiency of 0.75, the mechanical transmission using vee belt type with an efficiency  of  0.8  and  the  electricity  generator  AC  Synchronous  Self  Generator  type  with  an efficiency  of  0.85.  From  this  design,  the  20,392-kW  electric  was  generated  from  Sunggah Waterfall. In economic analysis show that the electricity price online to the BTS is Rp. 400, - /kWh  and  if  the  15-kW  power  is  sold  online  to  the  BTS  so  its  5  million  per  month  will  be obtained.

## Keywords: Doktor Mengabdi, Sunggah Waterfall, touristm, microhydro

## I. PENDAHULUAN
Air  Terjun  Sunggah  di  Desa  Selur Kecamatan  Ngrayun  Kabupaten  Ponorogo merupakan  salah  satu  destinasi  wisata  alam di  wilayah  Ponorogo  bagian  selatan.  Iklim pegunungan yang sejuk  menambah keasrian kawasan  ini.  Pemandangan  alamnya  yang indah,  dikelilingi  hutan  dan  persawahan terasiring yang eksotik mampu memanjakan mata  wisatawan  untuk  berkunjung  ke kawasan wisata air terjun sunggah.
Gambar 1. Keindahan air terjun Sunggah
Namun  keelokan  wisata  alam  tersebut masih  belum  didukung  oleh  sarana  dan prasaran  penunjang  wisata  yang  memadai. Salah satu kendala yang dihadapi masyarakat desa Selur dalam mengembangkan wisata air terjun  Sunggah  adalah  ketersediaan  sumber
energy sebagai pendukung aktifitas kawasan wisata  dan  kebutuhan  pendanaan  yang berkelanjutan untuk mendukung pengembangan  kawasan  wisata  tersebut. Wisata  air  terjun  Sunggah  mulai  dibuka aksesnya  oleh  masyarakat  dan  pemerintah desa  Selur  di  tahun  2014  dalam  upaya mewujudkan  desa  Selur  sebagai  salah  satu tujuan  wisata  di  Kabupaten  Ponorogo. Ketinggian  air  terjun  sunggah  sekitar  30 meter dengan latar belakang bebatuan besar yang dikelilingi oleh pohon dan sawah. Pada musim  penghujan  debit  air  sungai  yang mengalir di atas terjunan bisa mencapai 1000 liter/ detik atau 1 m 3 /detik.
Indonesia  merupakan  negara  yang  kaya sumber  daya  energi  mikrohidro.  Daerah pedesaan terpencil di pegunungan umumnya memiliki  potensi  sumber  energi  air,  dan mikrohidro menjadi salah satu sumber energi air skala kecil yang potensial dikembangkan untuk meningkatkan kualitas kehidupan dan pertumbuhan ekonomi pedesaan.
Ketersediaan  energi  listrik  di  daerah pedesaan, dapat memenuhi kebutuhan rumah tangga,  mendorong  peningkatan  fasilitas kesehatan, pengembangan wisata, pendidikan dan menyediakan pekerjaan baru . Pembangkit  listrik  mikro  hidro  merupakan pembangkit listrik tenaga air dengan skala di
52
bawah 100 kW. Mikrohidro atau Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), adalah suatu  pembangkit  listrik  skala  kecil  yang menggunakan  tenaga  air  sebagai  tenaga penggeraknya  pada  saluran  irigasi,  sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan  tinggi  terjunan  ( head )  dan besarnya  debit  air . Dengan  demikian  di kawasan wisata air terjun Sunggah potensial untuk  dibangun  unit  pembangkit  listrik mikrohidro  (PLTMH)  dalam  memenuhi kebutuhan  energi  kawasan  wisata  sekaligus untuk menghasilkan  dana  pembiayaan pengembangan kawasan wisata yang berkelanjutan sebagaimana yang diharapkan masyarakat Selur.
Pembangkit  listrik  tenaga  air  100% ramah  lingkungan  dan  murah . Jumlah  daya yang  signifikan  dapat  dihasilkan  dari  aliran sungai  di  lokasi  yang  berbeda  dengan kapasitas  yang  berbeda.  Debit  air  adalah jumlah air yang mengalir melalui penampang sungai  per  unit  waktu . Pada  dasarnya, pembangkit listrik mikrohidro diklasifikasikan  menjadi  dua  kategori  yang menentukan  jenis  turbin  yang  digunakan, yaitu  tipe head rendah  dengan  ketinggian jatuh kurang dari 20 meter dan kategori head tinggi dengan ketinggian air jatuh lebih dari 20 meter . Ada beberapa tipe turbin air yang dapat  digunakan  dalam  membangun  unit pembangkit  mikrohidro  seperti  kincir  air, turbin francis, turbin pelton, turbin cross flow dan  lain-lain.  Turbin hidraulik  cross  flow merupakan  salah  satu  pilihan  terbaik  dari pembangkit listrik mikrohidro karena efisiensinya,  manufaktur  murah,  dan  biaya perawatan  yang  rendah . Efisiensi  menjadi pertimbangan  penting  dalam  desain  turbin air.  Turbin  crossflow  merupakan  turbin  air termurah  dan  termudah  untuk  diproduksi. Masalah  utama  turbin  crossflow  adalah efisiensi  maksimum  yang  lebih  rendah dibandingkan  dengan  turbin  pelton  dan francis.  Efisiensi  turbin crossflow berada pada  kisaran  70-85%.  Turbin crossflow memiliki  desain  yang  lebih  sederhana  dan lebih  murah  untuk  diproduksi  disbanding turbin tipe pelton, turgo dan francis .
Tim Doktor Mengabdi LPPM Universitas Brawijaya mengajak masyarakat Selur untuk menyediakan  energi  mandiri  di  kawasan wisata air terjun Sunggah dengan membangun unit pembangkit listrik mikrohidro, sekaligus sebagai sarana menggali dana untuk pengembangan kawasan wisata air terjun berkelanjutan.

## II. METODE
Metode yang sesuai untuk menyelesaikan permasalahan  yang  ada  adalah  melalui metode  kaji  tindak  dengan  melakukan pengkajian  lapangan  dan  mencari  solusi pemecahan masalah melalui praktek langsung.  Pelaksanaan  kegiatan  difokuskan pada upaya penyediaan energi mandiri untuk kawasan wisata air terjun sunggah, mendapatkan pendanaan dari sumber energy yang dibuat dan meningkatkan  nilai  tambah secara  ekonomi  dari  aktifitas  masyarakat Selur  dengan  keberadaan  listrik  Mikrohidro dan  wisata  air  terjun  Sunggah.  Tahap  awal dalam pembangunan unit pembangkit listrik mikrohidro  di  kawasan  wisata  air  terjun adalah  dengan  melakukan  analisa  dan perencanaan  kapasitas  listrik  terbangkit. Pengumpulan  data  yang  diperlukan  berupa data  primer  maupun  data  sekunder.  Data Primer  digunakan  untuk  menghitung  debit terukur  sungai  Sunggah  dan  debit  rencana PLTMH  Sunggah, sedangkan data sekunder diperlukan untuk menghitung debit andalan. Untuk itu perlu  dilakukan pengukuran debit air sungai Sunggah dan debit andalan sungai, tinggi  air  jatuh (head) ,  perhitungan  daya turbin,  daya  listrik  terbangkit  dari  debit rencana  dan  penentuan  tipe  turbin  air  yang akan  digunakan.  Selanjutnya  dibuat  desain pembangkit mikrohidro Sunggah.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil pengukuran dan data sekunder dihasilkan  data-data  sebagai  berikut  :    debit air  sungai  rata-rata  di  musim  basah/ penghujan  adalah  0,5  m 3 /det,  debit  air  rata- rata  di  musim  kering/  kemarau  0,05  m 3 /det, tinggi  jatuh (head) 40  meter.  Dari  data tersebut  ditentukan  debit  desain  dengan
mengasumsikan kondisi aliran air dalam pipa diameter  0,3  meter  sebesar  0,12  m 3 /det  dan head efektif 34 meter. Data lain diasumsikan antara lain turbin yang digunakan tipe cross flow manual regulator dengan efisiensi turbin ηt  =  0,75,  transmisi  mekanik  menggunakan vee  belt  dengan  efisiensi  ηm=  0,8  dan generator listrik yang digunakan adalah tipe AC Sinkron  Generator  Self  –  Regulating Alternator dengan efisiensi ηg= 0,85.
Untuk  mengetahui  daya  listrik  yang dapat dihasilkan PLTMH Sunggah dilakukan perhitungan  daya  listrik  terbangkit.  Daya listrik  dihitung  dalam  kondisi  debit  pipa rencana  teraliri  penuh  (aliran  pipa  penuh). Perhitungan  daya  listrik  dilakukan  dengan rumus:
P = ρ . 9,8. Q . H . ηt.ηm.ηg (kW)
dengan : ρ = densitas air (kg/m3) Q = debit air (m3/detik) H = tinggi terjun air efektif (m) ηt = efisiensi turbin ηm= efisiensi transmisi mekanik ηg = efisiensi generator Maka daya listrik terbangkit sebesar : P = 9,8 x 0,12 x 34 x 0,75 x 0,8 x 0,85 kW = 20,392  kW.  Jadi  kapasitas  listrik  terbangkit dari  PLTMH  Sunggah  sebesar  20,392  kW atau sekitar 20 kW.
Desain  pembangkit  listrik  mikrohidro Sunggah  terdiri  dari  desain  bak  penenang, desain  saluran  pembawa  dan  desain  rumah pembangkit.  Sedangkan  tipe  turbin  yang digunakan  adalah  turbin  tipe cross  flow manual  regulator  dengan  daya  24  kW, panjang runner 200 mm, diameter rotor 200 mm dan efisiensi turbin ηt = 0,75. Transmisi mekanik menggunakan vee belt dengan speed reducer 1  :  2  dan  efisiensi  ηm=  0,8. Generator listrik yang digunakan adalah tipe AC Sinkron  Generator  Self  –  Regulating Alternator dengan rating power 32 kVA/ 25 kW,  frekuensi  50  Hz,  putaran  1500  rpm, tegangan  220  volt  dan  efisiensi  ηg=  0,85.
Kapasitas daya turbin dan generator memang seharusnya  lebih  besar  dari  daya  listrik terbangkit. Untuk menjaga kestabilan tegangan  listrik  perlu  ditambahkan  Digital Electronic Load Control (DLC). Desain bak penenang,  saluran  pembawa  dan  rumah pembangkit  ditampilkan  dalam  gambar  2 sampai 4.
Berdasarkan  hasil  perhitungan  listrik terbangkit dari PLTMH Sunggah sebesar 20 kW.
Dari  20  kW  daya  listrik  terbangkit  tersebut, nantinya dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan  kawasan  wisata  sebesar  2  kW,  3 kW lagi untuk safety daya  dan yang  15 kW dapat  dijual  secara  online  ke  BTS  dengan harga  Rp.  400,-/  kWh.  Dari  15  kW  yang dijual  online  ke  BTS  pengelola  wisata  atau masyarakat  Selur  akan  mendapatkan  sekitar 5  jt  rupiah  per  bulan.  Dan  jika  mampu menjual  15  kW  selama  6  bulan  saja,  maka dana  yang  dihasilkan  dari  penjualan  listrik PLTMH Sunggah mencapai 30 jt per tahun. Dana tersebut tentu sangat bermanfaat untuk mencukupi  kebutuhan  pengelolaan  dan pengembangan kawasan wisata.

## IV. KESIMPULAN
Ketersediaan sumber energi untuk mendukung  aktifitas  kawasan  wisata  air terjun  Sunggah  sangat  dibutuhkan.  Sumber energi  tersebut  selain  digunakan  untuk memenuhi  kebutuhan  kawasan  wisata  juga dapat  digunakan  sebagai  sumber  dana pembiayaan  pengembangan  kawasan  wisata berkelanjutan.  Dengan  melihat  debit  air sungai  Sunggah  yang  mencapai  1  m 3 /  detik saat musim penghujan tentu dapat dijadikan alternatif  untuk  membangun  pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) memanfaatkan sebagian air yang mengalir ke terjunan.  Dari  perhitungan  desain  PLTMH Sunggah  dihasilkan  daya  listrik  terbangkit sebesar  20,392  kW.  Daya  listrik  terbangkit tersebut  dapat  digunakan  untuk  memenuhi kebutuhan listrik di kawasan wisata sekaligus dapat dijual online ke BTS dengan harga Rp.
400,-/ kWh. Jika daya yang 2 kW digunakan untuk memenuhi kebutuhan kawasan wisata, 3,392  kW  untuk savety daya  dan  15  kW dijual online ke BTS, maka akan didapatkan dana  penjualan  listrik  sebesar  5  juta/  bulan. Jika  PLTMH  beroperasi  penuh  selama  6 bulan per tahun maka akan didapatkan dana
sebesar  30  jt/  tahun.  Dana  tersebut  tentu sangat  berguna  untuk  memenuhi  kebutuhan pengembangan kawasan wisata berkelanjutan.
Gambar 2. Denah bak penenang PLTMH sunggah
Gambar 3. Saluran pembawa PLTMH sunggah

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Rektor  Universitas  Brawijaya  dan  Ketua LPPM  Universitas  Brawijaya  yang  telah menyetujui pelaksanaan kegiatan Pengabdian  Kepada  Masyarakat  melalui program  Doktor  Mengabdi  tahun  2019 dengan  sumber  dana  Penerimaan  Negara Bukan Pajak Universitas Brawijaya

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Anonimous, 2017, Kabupaten
Ponorogo  Dalam  Angka  tahun  2017, BPS Kabupaten Ponorogo
[2] Anonimous,  2018,  Profile  Desa  Selur 2018, Pemerintah Desa Selur Kecamatan Ngrayun Kabupaten Ponorogo [3] Arismunandar  A  and  Susumu  K  2000
Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik Jilid I . Jakarta: PT Pradnya Paramita.
[4] Bhatti,  T.S.,  R.C.  Bansal  and  D.P. Kothari,  2004.  Small  Hydro  Power Systems.  1st  Edn.,  Dhanpat  Rai  and Sons Delhi, India. Res. J. App. Sci. Eng.
Technol., 8 (7): 821-828
[5] Dwiyanto  V.,    Dyah  Indriana  K.  dan Subuh Tugiono, 2016, Analisis Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro Hidro  (PLTMH)  Studi  Kasus  :  Sungai Air  Anak  (Hulu  Sungai  Way  Besai), JRSDD, Edisi September 2016, Vol. 4, No.  3,  Hal:407  –  422  (ISSN:2303- 0011).
[6] Ibnu Asrafi, M.Yerizam, Sairul Effendi,  and  Agung  Mataram,  2019, Micro  Hydro  Electric  Power  Plant
Gambar 4. Desain rumah pembangkit (power house) PLTMH Sunggah
56
(MHEP)  Prototype  A  Study  Of  The Effect  Of  Blade  Numbers  Toward Turbine Rotational Velocity, Journal of Physics:  Conf.  Series  1198,  IOP Publishing,
doi:10.1088/1742-
6596/1198/4/042001.
[7] Jiandong,  T.,  Z.  Naibo,  W.  Xianhuan, H.  Jing  and  D.  Huishen,  1995.  Mini hydropower. 1st Edn., John Wiley and Sons, Chichester, England
[8] Kurniawan,  A,  2009 Pedoman  Studi Kelayakan  Teknis. Jakarta:  Integrated Microhydro Development and Application Program.
[9] Mismail,  B., 1992. Pelistrikan Desa di
Indonesia . Depok: Pusat Antar Universitas-Studi Ekonomi, Universitas Indonesia Kampus Baru.
[10] Patty,  O.F.  1995.  Tenaga  Air.  Jakarta: Penerbit Erlangga.
[11] Ram Adhikari  and David Wood, 2018, The  Design  of  High  Efficiency Crossflow  Hydro  Turbines:  A  Review and Extension, MDPI Journal, 11, 267;
doi:10.3390/en11020267.
[12] Saket,  R.K.  and  K.S.  Anand  Kumar, 2006.  Hybrid  micro  hydro  power generation using municipal waste water and its
reliability evaluation. Proceeding of the Greater Mekong Sub region Academic and Research Network  (GMSARN)  International Conference on Sustainable Development: Issues and Prospects for the Greater Mekong Sub Region. Asian
Institute  of  Technology,  Bangkok,
Thailand, pp: 13-20.
[13] Sinagra  M,  V.  Sammartano,  C.  Aricò, A. Collura, T. Tucciarelli, 2013, Cross- Flow  turbine  design  for  variable operating  conditions,  Procedia  Eng  : 12th  International  Conference  on
Computing  and  Control  for  the  Water Industry (CCWI), 70, 1539–1548.
[14] https://www.kabardesa.com/2016/11/1 5/1395/air-terjun-sunggah-ngrayun-
pesona-wisata-terpendam-di-desa-selur (diunduh 2 April 2019)
[15] http://satudarahnetku.blogspot.com/20 17/08/profil-lengkap-objek-wisata-air- terjun.html (diunduh 2 April 2019)