## Studi Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Di Desa Masolo Raya Dalam Inovasi Turbin Pelton Dengan Sumbu Horizontal
Muhamad Suparjo 1) , Ridway Balaka 2) , Kadir 3)
1 Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo
2,3 Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo Jl. H.E.A Mokodompit Kampus Baru Tridharma Anduonohu, Kendari 93232 Email Penulis: Muhamadsuparjo@gmail.com Article Info Abstrak Available online June 10, 2020 Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui seberapa besar daya listrik pada Sungai  Mangga  di  Desa Mosolo  Raya.  Penelitian dilakukan dengan mengukur  debit air dengan  metode tampung, pengukuran kecepatan aliran air, pengukuran  jatuh  tinggi  air  dan  pembuatan  sudu  turbin  Pelton.  Penelitian menunjukkan bahwa nilai debit air terbesar 0.018 m 3 /s pada pengukuran ke 4, dan nilai debit air terkecil adalah 0.015 m 3 / pada pengukuran ke  8,  nilai kecepatan terbesar 7.333 m/s pada pengukuran ke  4 dan nilai kecepatan terkecil 5.920 m/s pada pengukuran ke 8, nilai daya terbesar adalah 1215.984 watt pada pengukuran ke  4  dan  nilai daya  terkecil 981.712  pada  pengukuran  ke  8.  Sehingga  dapat disimpulkan bahwa nilai potensi sungai mangga dengan daya listrik rata -rata yang dihasilkan selama pengukuran adalah sebesar 110.779 watt.
Kata  kunci: Pembangkit listrik, sumbu horizontal, pelton, mikrohidro

## Abstract
The purpose of this research is to find out how much electricity is in the mango river in the  Mosolo  Raya village. The  research  method used  is  to measure  the  flow of water with a storage method, measurement of  water flow velocity, measurement of  water  falls  height and  the  manufacture of  Pelton turbine  blades.  The  results showed  that  the  largest  water  discharge  value  was  0.018182 m 3 /s  on  the  4th measurement, and the  smallest water discharge value was  0.014679 m 3 /s on the 8th  measurement,  the  largest  speed  value  was  7.333225  m/s  on  the  4th measurement  and  the  smallest  speed  value  was  5.920402  m/s  on  the  8th measurement, the largest power value is 1215,984 watts on the 4th measurement and the smallest  power value is 981.7119 on the 8th measurement.  So, it can be concluded that the  potential value of  the  mango river  with  the  average  electric power generated during the measurement is 110,779 Watt .
Keywords: Power plant, horizontal axis, pelton turbine, mini hydro power

## 1. Pendahuluan
Air  merupakan  potensi  sumber  energi  yang besar, karena pada air tersimpan energi potensial (pada  air  jatuh)  dan  energi  kinetik  (pada  air mengalir). Tenaga air ( hydropower) adalah energi yang diperoleh  dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki  air  dapat  dimanfaatkan  dan  digunakan dalam  wujud  energi  mekanis,  diubah  menjadi
energi  listrik.  Pemanfaatan  energi  air  banyak dilakukan  dengan  menggunakan  kincir  air  atau turbin  air  yang  memanfaatkan  adanya  suatu  air terjun atau aliran air di sungai. Indonesia terdapat ratusan  sungai  yang  dapat  dimanfaatkan sebagai salah  satu  sumber  energi  terutama  di  daerah- daerah  perdesaan  yang  masih  belum  dilalui jaringan listrik, yaitu dengan memanfaatkan tenaga air untuk  menjadi tenaga listrik. Untuk membantu
ENTHALPY:  Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Journal homepage: http://ojs.uho.ac.id/index.php/ENTHALPY
memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut, dapat dilakukan  upaya  pembuatan  Pembangkit  Listrik Tenaga Mikro Hidro  (PLTMH). Kabupaten Konawe Kepulauan  khususnya  di  Desa  Mosolo  Raya memiliki potensi sumber daya air yang cukup untuk menggerakkan  turbin  yang  dapat  menghasilkan energi listrik [1].
Wilayah  Kecamatan  Wawonii  Tenggara (WANTRA)  memiliki  potensi  air  yang  mampu dimanfaatkan  untuk  menjadi  pembangkit  listrik tenaga air yakni  Sungai  Mosolo,  Sungai Lampiapi, Air Terjun Tumburano. Jika menunggu realisasi dari rencana  pembangunan  pembangkit  tenaga listrik dari  pemerintah,  bisa  memerlukan  waktu  yang sangat  lama,  sedangkan  kebutuhan  penduduk untuk  energi listrik  sudah sangat mendesak  untuk dipenuhi.  Sehingga salah  satu usaha optimal yang dapat  dilakukan  adalah  dengan  memanfaatkan energi listrik mikro hidro [2].
Sungai  adalah  aliran  air  yang  besar  dan memanjang  yang mengalir secara terus-menerus dari  hulu  (sumber)  menuju  hilir  (muara). Kemanfaatan terbesar sebuah sungai adalah untuk irigasi pertanian, bahan  baku  air minum,  sebagai saluran  pembuangan  air  hujan  dan  air  limbah, bahkan  potensial  untuk  dimanfaatkan  sebagai pembangkit listrik tenaga air [1].
Energi  air  adalah  energi  yang  telah dimanfaatkan secara luas di Indonesia yang dalam skala  besar  telah  digunakan  sebagai pembangkit listrik.  Beberapa perusahaan  di  bidang pertanian bahkan  juga  memiliki  pembangkit  listrik  sendiri yang  bersumber  dari  energi  air.  Di  masa mendatang  untuk  pembangunan  pedesaan termasuk  industri  kecil  yang  jauh  dari  jaringan listrik  nasional,  energi yang  dibangkitkan  melalui sistem  mikro  hidro  diperkirakan  akan  tumbuh secara pesat [3].
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro (PLTMH) dipilih sebagai salah satu energi alternatif yang ramah lingkungan, renewable energy (dapat diperbaharui), tidak konsumtif terhadap pemakaian  air, long  life (tahan  lama)  dan  biaya operasinya  kecil  sesuai  daerah terpencil.  PLTMH juga berpotensi sebagai penguat pola pengelolaan hutan  secara  modern  bagi  masyarakat  untuk merestorasi  lingkungan  dan  sumber  daya hutan. Upaya pengembangan mikro  hidro  adalah upaya konstruktif  untuk  mengajak  masyarakat  peduli terhadap lingkungan [3].
Mikro  hidro  adalah  istilah  yang  digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang menggunakan  energi  air.  Kondisi  air  yang  bisa dimanfaatkan  sebagai  sumber  daya  ( resources )
penghasil  listrik  adalah  memiliki  kapasitas  aliran dan  ketinggian  tertentu  dari  instalasi.  Semakin besar kapasitas  aliran maupun  ketinggiannya dari instalasi  maka  semakin  besar  energi  yang  bisa dimanfaatkan  untuk  menghasilkan  energi  listrik. Berdasarkan  output  yang  dihasilkan  pembangkit listrik tenaga air dibedakan atas:
1. Large hydro lebih dari 100 MW;
2. Medium hydro antara 15-00 MW;
3. Small hydro antara 1-15 MW;
4. Mini hydro Daya diatas 100 kW, tetapi di bawah 1 MW;
5. Micro  hydro Output  yang  dihasilkan  berkisar dari 5 kW sampai 100 kW;  biasanya digunakan untuk  penyediaan  energi bagi  komunitas  kecil atau masyarakat pedesaan yang terpencil atau susah dijangkau;
6. Pico  hydro daya  yang  dikeluarkan  berkisar ratusan watt sampai 5 kW.
Pembangkit Listrik  Mikro  Hidro adalah  suatu pembangkit yang dapat menghasilkan energi listrik berkisar  5  kW  sampai  100  kW  [4].  Mikro  hidro mendapatkan energi dari  aliran air yang  memiliki perbedaan  ketinggian  tertentu.  Energi  tersebut dimanfaatkan  untuk  memutar  turbin  yang dihubungkan dengan generator listrik. Mikro hidro bisa  memanfaatkan  ketinggian  air  yang  tidak terlalu besar, misalnya dengan ketinggian air 2,5 m bisa dihasilkan  listrik  400 W. Mikro hidro  memiliki tiga  komponen  utama yaitu  air  (sumber  energi), turbin  dan  generator. Air  yang  mengalir  dengan kapasitas  tertentu  disalurkan  dengan  ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (rumah turbin). Di rumah  instalasi,  air  tersebut  akan  menumbuk turbin  dimana  turbin  akan  menerima  energi  air tersebut  dan  mengubahnya  menjadi  energi mekanik  berupa  berputarnya  poros  turbin.  Poros yang berputar tersebut kemudian di pindahkan ke generator. Dari generator akan  dihasilkan  energi listrik  yang  akan  masuk  ke  sistem  kontrol  arus listrik,  sebelum  dialirkan  ke  rumah-rumah  atau keperluan  lainnya  (beban)  [5].  Begitulah  secara ringkas proses  mikro  hidro  meruban energi aliran air  menjadi  energi  listrik.  Energi  yang  digunakan untuk  menggerakkan  turbin  didapatkan  dari  dua cara:
1. Dengan head, memanfaatkan beda  ketinggian permukaan air (energi potensial sungai)
2. Tanpa head, memanfaatkan  aliran  sungai
(energi kinetik sungai)
Dimana head adalah  jarak  vertikal  atau besarnya  ketinggian  jatuhnya  air.  Semakin  besar head umumnya akan semakin baik karena air yang dibutuhkan semakin sedikit dan peralatan semakin
kecil, dan turbin bergerak dengan kecepatan tinggi. Masalahnya  adalah  tekanan  pada  pipa  dan kekuatan  sambungan  pipa  harus  kuat  dan diperhatikan dengan cermat [3].
Debit aliran air adalah banyaknya volume  zat jarak  yang  melalui  suatu  penampang  tiap  satuan waktu . Leonard  Euler  (1707-1783)  menyatakan bahwa  fluida  sebagai  medan  rapat  massa  dan medan  vektor  kecepatan.  Tiap  besaran  yang dipergunakan  untuk  menyatakan  keadaan  fluida akan  mempunyai  nilai  tertentu  pada  tiap  titik dalam ruang dan  pada tiap titik dalam  ruang dan pada  tiap  saat  [6].  Dapat  dihitung  dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Q = v s (1)
Dimana, Q adalah debit air m 3 /s, V adalah volume air (m 3 ), s adalah waktu (s).
Kecepatan  adalah  besarnya  jarak  yang ditempuh  oleh  benda  tiap  satuan  waktu. Kecepatan adalah jenis  besaran  yang  bergantung pada  arah,  sehingga  kecepatan  termasuk  dalam besaran  Vektor  [7].  Dapat  dihitung  dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
V  = Q/πr 2 (2) Dimana,  V  adalah  kecepatan  aliran  air  (m/s),  Q adalah debit air (m 3 /s), r adalah jari-jari (m).
Head adalah ketinggian vertikal dimana  air jatuh. Pengukuran head dilakukan dengan menggunakan selang  plastik,  Pengukuran  dilakukan  di  titik  atas (h 1 )  sampai  di  titik  yang  diperkirakan  tempat dudukan  turbin  [7].  Besarnya head dinyatakan dengan satuan meter (m). Dapat dihitung  dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
H = h 1 + h 2 + h 3 (3) Dimana,  h  adalah head (m),  h 1,2,3 adalah pengukuran tinggi (m).
Daya  listrik  dapat  dihitung  potensi  energi mekanik  dari  desain  turbin  yang  dirancang untuk efisiensi  total dari efisiensi  turbin yaitu 0,87 x 0,76 = 0,66 dan massa jenis 1000 kg/ m 3 [8]. maka daya mekanik yang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
P = ρ. ɳt.g. Q. h                                                    (4) Dimana, P adalah daya (watt), ρ adalah massa jenis air  (kg/m 3 ),  Q  adalah  debit  (m 3 /s) ,  ꬼ t adalah efisiensi turbin (%), h adalah head (m).
2. Metode Penelitian
2.1.  Alat
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  meter  gulung, stopwatch , avometer ,  las karbit, kunci momen, gergaji besi, mistar.

## 2.2.  Bahan
Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah Pipa PVC, Pelek sepeda, Sabuk  V dan pully, Dinamo listrik dan Bearing.

## 2.3.  Prosedur Penelitian
2.3.1. Pengukuran  Debit  Air  Dengan  Metode Tampung
Adapun langkah-langkah pelaksanaan pengukuran dengan metode ini adalah:
1. Siapkan  alat  tampung  yang  sudah  diketahui volumenya, seperti ember ukuran 16 liter.
2. Stopwatch atau  alat  ukur  waktu  yang  lain (arloji/ handphone )  yang  dilengkapi  dengan stopwatch ;
3. Alat tulis untuk mencatat hasil pengukuran yang dilakukan;
4. Kemudian bendung aliran air untuk memudahkan  pengukuran  dan  aliran  air disalurkan  menggunakan  pipa  PVC  ukuran  3 inch;
5. Diperlukan  3  (tiga)  orang  untuk  melakukan pengukuran. Satu orang untuk  memegang alat tampung, satu orang bertugas mengoperasikan stopwatch dan  orang  ketiga  melakukan pencatatan;
6. Proses  ini  dimulai  dengan  aba-aba dari  orang pemegang stopwatch pada saat penampungan air  dimulai,  dan  selesai  ketika  alat  tampung sudah  terisi  penuh.  Waktu  yang  diperlukan mulai dari awal penampungan air sampai terisi penuh dicatat dalam form pengukuran.
7. Ulangi pengukuran sebanyak 8 kali;
8. Hitung debit rata-ratanya.

## 2.3.2 Pengukuran Kecepatan Aliran Air
Adapun
Langkah-langkah pengukuran kecepatan air adalah:
1. Siapkan alat seperti, meter gulung ukuran 50 m, penggaris dan pipa PVC 3 inch .
2. Stopwatch atau  alat  ukur  waktu  yang  lain (arloji/ handphone )  yang  dilengkapi  dengan stopwatch .
3. Siapkan  Alat  tulis  untuk  mencatat  hasil pengukuran yang dilakukan.
4. Kemudian  tentukan  lintasan  dengan  jarak tertentu untuk melakukan pengukuran.
5. Ulangi pengukuran sebanyak 8 kali.
6. Hitung kecepatan rata-ratanya.

## 2.3.3. Pengukuran Jatuh Tinggi Air
Adapun  Langkah-langkah  pengukuran  tinggi jatuh air secara manual adalah:
1. Siapkan alat seperti, selang plastik yang telah di isikan  air,  meter,  batang  kayu  dan  alat  tulis untuk  mencatat  hasil  pengukuran  yang dilakukan.
2. Setelah alat sudah siapkan.
3. Pengukuran  dimulai  diatas  elevasi  perkiraan permukaan  air pada  posisi  forebay  yang telah ditentukan.
4. Pengukuran  kedua  dan  selanjutnya  dengan melanjutkan  pada  titik  yang lebih  rendah  dari pengukuran sebelumnya.
5. Kemudian  dimulai  dari  titik  atas  (bendungan) sampai  di  titik  bawah  tempat  peletakan dudukan  turbin  Pelton  dan Jumlahkan  seluruh hasil  pengukuran  untuk  mendapatkan  total head kotor.

## 2.3.4.  Pembuatan Sudu Turbin Pelton
Adapun  langkah-langkah  dalam  proses pembuatan  sudu  turbin  Pelton  adalah  sebagai berikut:
a. Siapkan alat dan bahan
b. Atur tekanan gas oksigen 40 bar sampai 60 bar dengan  memutar  kran  regulator.  Letakkan benda kerja di atas tanah.
c. Buka sedikit kran gas bahan bakar.
d. menyalakan  korek  api  dan  bakar  ujung  Nosel hingga gas terbakar.
e. Atur  komposisi nyala  api  sesuai  yang dikehendaki.
f. Kemudian Dekatkan ujung Nosel ke benda kerja dengan  ketinggian  sekitar  5  mm  dari  benda kerja  hingga  benda  kerja  meleleh  dan membentuk  lelehan  kawah.  Lakukan  proses pengelasan  sudu-  sudu  turbin  Pelton  untuk berbagai macam keperluan sampai selesai.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Pengambilan  data  penelitian  ini  dengan pengujian  studi  potensi  pembangkit listrik  tenaga mikro  hidro  di  Desa  Mosolo  Raya  dalam  inovasi turbin  Pelton  dengan  beberapa  parameter- parameter yaitu analisis debit air, kecepatan aliran air,  tinggi  jatuh  air  dan  pembuatan  sudu  turbin Pelton. Berikut tabel hasil pengamatan yang telah diukur.
Tabel 1. Data penghitungan waktu pengukuran
Pengukuran Waktu (s) Volume (L) P1 0.93 16 P2 0.90 16 P3 1.02 16 P4 0.88 16 P5 0.91 16 P6 0.99 16 P7 1.05 16 P8 1.09 16

## Tabel 2. Data Pengukuran Tinggi Jatuh Air
Proses pengukuran Hasil pengukuran 1 1 m 2 1,31 m 3 1,57 m 4 1,89 m 5 2,13 m 6 2,44 m Jumlah 10,34 m
Data  perancangan  jenis  turbin  Pelton,  yaitu: diameter runner bagian dalam (29  cm), ketebalan sudu  (0,3 cm),  diameter poros  (40  cm), diameter runner bagian luar (33 cm), jumlah sudu (20 buah). Data  perancangan  sistem  saluran  pembangkit terdiri dari: Pipa  PVC (  3 inch), diameter luar pipa (0,0762  m),  diameter  dalam  pipa  (0,0562  m), panjang bak (3,2 m), lebar bak (2,7 m), tinggi bak (2,9  m),  kedalaman  bak  (2,47),  jarak  sudu  ke dinamo  (63  cm), dan  jarak  intake ke  bak  (14  m). Dari tabel 1  diatas  dapat digambarkan hubungan antara  kecepatan  dan  debit  air  seperti  pada gambar 1 dibawah ini.
Gambar 1. Hubungan kecepatan terhadap debit Berdasarkan  gambar  di  atas  hubungan kecepatan  air  terhadap  debit  tiap  nilai  debit terkecil  sebesar  0.147  m 3 /s  diperoleh  nilai kecepatan  5.920  (m/s)  dan  pada  nilai  debit terbesar  adalah  0.018  m 3 /s  dan  diperoleh  nilai kecepatan sebesar  7.333 m/s.  Sesuai  perhitungan data yang diperoleh menunjukkan  bahwa semakin tinggi kecepatan aliran air maka semakin besar pula
0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 D e bi t (m 3 /s )
Kecepatan air (m/s)
debit air yang dihasilkan, tetapi pada kondisi  pipa penstock yang ukuran sama.
Gambar 2. Hubungan kecepatan terhadap daya
Berdasarkan gambar hubungan kecepatan air terhadap  daya  tiap  nilai  daya  terkecil  sebesar 981712  Watt diperoleh  nilai  kecepatan 5.920402 m/s  dan  pada  nilai  daya  terbesar 1215.984 Watt dan  diperoleh  nilai  kecepatan sebesar 7.333 m/s. Kenaikan daya dipengaruhi oleh kecepatan putaran turbin yang dihasilkan dan debit air yang diterima. Dengan  demikian  semakin  cepat  putaran  turbin semakin  besar  daya  yang  dihasilkan  oleh  dinamo listrik.
Gambar 3. Hubungan daya terhadap debit air
Berdasarkan gambar di atas hubungan antara debit dan  daya  tiap  nilai  debit  terkecil  sebesar  0.0145 m 3 /s  diperoleh  nilai  daya 981.712 Watt dan  pada nilai  debit  terbesar  adalah  0.018  m 3 /s  dan diperoleh  nilai  daya  sebesar  1215.984  Watt. Semakin besar debit air yang diterima turbin pelton maka  semakin  besar  pula  daya  turbin  yang dihasilkan pada kondisi  debit air besar.

## 4. Kesimpulan
Dari hasil  pengamatan dan evaluasi yang telah dilakukan  selama  proses  penelitian  PLTMH diketahui  potensi  daya  listrik  rata-rata  yang dihasilkan  pada  sungai  mangga  adalah  sebesar 110,779 Watt.

## 5. Saran
Dalam penelitian ini peneliti menyarankan perlu dilakukan  lagi  evaluasi  terhadap  alternatif optimalisasi  PLTMH pada sungai  air  mangga agar dapat diketahui efisiensi dari alternatif optimalisasi tersebut.

## Daftar Pustaka
[1]   S.  A.  M. Kelian,  "Kajian  Potensi  Pembangkit Listrik  Tenaga  Mikrohidro  DiSungai  Wae Bobot  Kecamatan  Werinama  Kabupaten Seram Bagian Timur," Jurnal  Simetrik, vol.  7 No.1, pp. 8-10, 2017.
[2]   Gunawan and B. E. D. Santoso, "Studi Potensi Tenaga Air Sebagai Energi Primer Pembangkit Mikro  Hidro  Di  Kabupaten  Pekalongan," Prosiding  Seminar  Nasional  Sains  Dan Teknologi  Ke-2  Tahun  2011  Fakultas  Teknik Universitas  Wahid  Hashim  Semarang, pp. A.31-A.32, 2011.
[3]   I.  Hanggara and  H.  Irvani,  "Potensi  PLTMH (Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro)  Di Kecamatan  Ngantang  Kabupaten  Malang Jawa Timur," Jurnal Reka Buana, vol. 2 No.2, pp. 149-152, 2017.
[4]   P.  T.  Rompas,  "Analisis  Pembangkit  Listrik Tenaga  MikroHidro  (PLTMH)Daerah  Aliran Sungai  Ongkak Mongondow  Di Desa Muntoi Kabupaten  Bolaang  Mongondow," Jurnal Penelitian Saintek, vol. 16 No.2, pp. 160-164, 2011.
[5]   Sulistiyono,  A.  Sugiri  and  Y.  Eka  R,  "Studi Potensi Pembangkit Listrik Tenaga
MikroHidro (PLTMH) Di Sungai Cikawat Desa Talang  Mulia  Kecamatan  Padang  Cermin Kabupaten  Pesawaran  Provinsi  Lampung," Jurnal FEMA, no. 1 No.1, pp. 48-51, 2013.
[6]   Suyanta,  E.  Puspitasari  and  Maskuri,  "Studi Potensi  Dan  Pemanfaatan  Aliran  Air  Sungai Untuk  PLTMH  Menggunakan  Kincir  Sudut Bersirip," Jurnal Ilmiah Teknologi FST Undana, vol. 12 No.2, pp. 33-35, 2018.
[7]   S.Sukamta and A.Kusmantoro, "Perencanaan Pembangkit  Mikro  Hidro  (PLTMH)  Jantur Tabalas  Kalimantan  Timur," Jurnal  elektro, vol. 5 No.2, pp. 5-60, 2013.
1 4 7 10 K e ce pa ta n (m /s ) Daya (watt) 0.01 0.013 0.016 0.019 D e bi t (m 3 /s ) Daya (watt)
[8]   Zuhal,  Dasar  Tenaga  Listrik,  Bandung: Penerbit ITB, 1991.