## JEPCA
Journal of Electrical Power Control and Automation, 2(1), Juni 2019, 36-40 Program Studi Teknik Listrik Universitas Batanghari
ISSN 2621-556X (Online) DOI 10.33087/jepca.v2i2.30

## Perancangan Turbin Tife Pelton Untuk Miniatur Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
Wan Azlan Abdullah Teknik listrik, Universitas Batang hari Jambi Jalan.Slamet Riyadi No.1, RT.09, Sungai Putri, Danau Tlk. Kota Jambi. Correspondence Email: wanazlan024@gmail.com
Abstrak . Putaran poros tertinggi terdapat pada penggunaan variasi perbedaan perbandingan: perbedaan perbandingan roda gigi 4 banding  1  yang  menghasilkan  putaran  poros  sebesar:  420  dan  400  rpm.  Sedangkan  putaran  poros  terendah  terjadi  peda  variasi perbedaan  perbandingan  roda  gigi  sebesar  280  rpm.  Debit  air  yang  memutar  turbin  pelton  menghasilkan  tegangan  keluaran generator sebesar 13.15.18 volt. Daya listrik yang di hasilkan dapat mecharger baterai 12 volt 7,0 Ah dan dapat di bebani lampu led  24  watt.  Adapun  saran  dalam  perancangan  alat  uji  turbin  pelton  skala  laboratorium  sebagai  berikut;  jika  mau  menaikkan kapasitas tegangan yang dihasilkan turbin maka sebagusnya kita harus memperbesar diameter turbin kemudian menambah debit air dan menambah rasio putaran gear supaya daya  keluaran generator lebih besar.
Kata kunci : turbin; tife pelton, pembangkit listrik; mikro hidro
Abstract. The highest axle rotation is found in the use of variation comparison differences: The 4-to-1 gear comparison difference which  results  in  a  round  axle  of:  420  and  400  rpm.  While  the  lowest  axle  rotation  occurs  peda  different  variations  of  gear comparison  of  280  rpm.  The  water  discharge  that  rotates  the  Pelton  turbine  generates  a  generator  output  voltage  of  13.15.18 volts.  Power  generated  power  can  be  battery  Mecharger  12  Volts  7.0  Ah  and  can  be  in  the  lamp  burden  24  watts.  As  for  the advice in the design of laboratory scale testing equipment of Pelton scales as follows; If you want to increase the voltage capacity of the resulting turbine so we have to enlarge the diameter of the turbine then increase the water discharge and increase the gear rotation ratio so that the generator output power is greater.
Keywords: turbine; Tife Pelton, power plant; Micro Hydro

## PENDAHULUAN
Air  merupakan  salah  satu  sumber  bagi  kehidupan yang  ada  di  bumi.  Baik  manusia,  hewan  dan  tumbuhan, semua  makhluk  hidup  memerlukan  air  untuk  dapat mempertahankan kelangsungan hidupnya. Sungai mengalir  dari  hulu  ke  hilir  bergerak  dari  tempat  yang tinggi ke tempat yang rendah. Di Provinsi Jambi terdapat banyak  sekali  sungai-sungai  besar  maupun  kecil  yang terdapat di berbagai daerah.
Hal  ini  merupakan  peluang  yang  bagus  untuk pengembangan energi listrik di daerah khususnya daerah yang belum terjangkau energi listrik. Pembangkit Listrik Tenaga  Mikro  Hidro  (PLTMH)  merupakan  alternatif sumber  energi  listrik  bagi  masyarakat.  PLTMH memberikan banyak keuntungan terutama bagi masyarakat pedalaman di seluruh Provinsi Jambi. Di saat sumber  energi  lain  mulai  menipis  dan  memberikan dampak  negatif,  maka  air  menjadi  sumber  energy  yang sangat  penting  karena  dapat  dijadikan  sumber  energi pembangkit  listrik  yang  murah  dan  tidak  menimbulkan polusi.
Pembangkit  listrik  mikro  hidro  mengacu  pada pembangkit  listrik  dengan  skala  di  bawah  100  kW. Banyak  daerah  pedesaan  di  Kota  Jambi  yang  dekat dengan  aliran  sungai  yang  memadai  untuk  pembangkit listrik.  Di  harapkan  dengan  memanfaatkan  potensi  yang ada  di  desa  -  desa  tersebut  dapat  memenuhi  kebutuhan energinya  sendiri  dalam  mengantisipasi  kenaikan  biaya
energi atau kesulitan jaringan listrik di Kota Jambi untuk menjangkaunya.

## Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)
Pembangkit  Listrik  Mikrohidro  atau  dikenal sebagai  Pembangkit    Listrik  Tenaga  Mikrohidro (PLTMH)  merupakan  suatu  sistem  pembangkit  listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya  seperti,  saluran  irigasi,  sungai  atau  air terjun  alam  dengan  cara  memanfaatkan  ketinggian  dan debit  air  [2].  PLTMH  secara  teknis  terdiri  dari  tiga komponen utama yaitu:
1. Air sebagai sumber energi.
2. Turbin  (pengubah  energi  potensial  menjadi  energi gerak / mekanis).
3. Generator  (pengubah  energi  mekanis  menjadi  energi listrik).
Prinsip  dasar  mikrohidro  adalah  memanfaatkan energi  potensial  yang  dimiliki  oleh  aliran  air  pada  jarak ketinggian  tertentu  dari  tempat  instalasi  pembangkit listrik. Sebuah skema mikrohidro membutuhkan dua hal yaitu  debit  air  dan  ketinggian  jatuh  (head)  untuk menghasilkan  tenaga  yang  dapat  dimanfaatkan.  Hal  ini adalah  sebuah  sistem  konversi  energi  dari  bentuk ketinggian dan aliran (energi potensial) ke dalam bentuk energi mekanik dan energi listrik [2].

## Turbin Pelton
Turbin  pelton  merupakan  pengembangan  dari turbin impuls yang  ditemukan  oleh  S.N.Knight  tahun 1872  dan  N.J.  Colena  tahun  1873  dengan  pasang mangkok-mangkok  pada  roda  turbin.  Setelah  itu  turbin impuls  dikembangkan  oleh  orang  amerika  Lester  G  [2]. Pelton  (1880)  yang  melakukan  perbaikan  dengan penerapan mangkok ganda simetris, punggung membelah  membagi  jet  menjadi  dua  paruh  yang  sama yang  dibalikan  menyamping.  Jenis  Turbin  ini  memiliki satu  atau  beberapa  penyemprot  air  untuk  memutar piringan.Tak  seperti  turbin  jenis  reaksi,  turbin  ini  tidak memerlukan  tabung  diffuser.  Ketinggian  air  ( head )  = 200 s.d 2000 meter. Debit air = 4 s.d 15 m3/s.
Pancaran  air  tersebut  yang  akan  menjadi  gaya tangensial F  yang  bekerja  pada  mangkok  roda  jalan. Turbin  pelton  beroperasi  pada  tinggi  jatuh  yang  besar. Tinggi  air  jatuh  dihitung  mulai  dari  permukaan  atas sampai tengah tengah pancaran air [2]. Bentuk mangkok terbelah  menjadi  dua  bagian  yang  simetris,  dengan maksud  adalah  agar  dapat  membalikan  pancaran  air dengan baik dan membebaskan mangkok dari gaya-gaya samping.

## Prinsip dasar
Turbin  pelton  merupakan  turbin  impuls  yang prinsip  kerjanya  mengubah  energi  potensial  air  menjadi energi  kinetik  dalam  bentuk  pancaran  air.  Pancaran  air yang  keluar  dari  mulut nozel diterima  oleh  mangkok- mangkok  pada  roda  jalan  sehingga  roda  jalan  berputar. Dari  putaran  inilah  menghasilkan  energi  mekanik  yang memutar  poros  generator  sehigga  menghasilkan  energi listrik. Seperti gambar dibawah ini.
Gambar 1 . Turbin pelton
Perancangan  turbin  pelton  dimulai  dengan melakukan identifikasi, pertimbangan dan melihat faktor keamanannya  untuk  dapat  menyajikan  hasil  rancangan dengan  baik  begitu  juga  dengan  material  yang  akan digunakan  dalam  perancangan  turbin  pelton.  Dalam perancangan  di  butuhkan  massa  jenis  atau density (ρ) untuk  dapat  menentukan  berat  jenisnya,  massa  jenis merupakan  massa  suatu  benda  per  satuan volume . Sedangkan  berat  jenis  benda  adalah  berat  suatu  benda dalam satuan volume, berat mempunyai arah, berat suatu benda dipengaruhi oleh massa benda dan gravitasi [2].

## Kecepatan Spesifik Turbin
Yang  dimaksud  dengan  kecepatan  spesifik  dari suatu  turbin  ialah  kecepatan  putaran runner yang  dapat dihasilkan daya effektif 1 BHP untuk setiap tinggi jatuh 1 meter atau dengan rumus dapat ditulis [3].
n s =   n .  Ne 1/2 / H efs 5/4
Diketahui:
n s =  kecepatan spesifik turbin n =  Kecepatan putaran turbin ……. rpm H efs =  tinggi jatuh effektif …… m
N e =  daya turbin effektif …… HP

## Menentukan putaran Turbin
Putaran  spesifik  turbin  adalah  kecepatan  turbin model atau bentuk turbin sama, tetapi skalanya berlainan yang bekerja pada satu – satuan head dan satuan debit air yang  menghasilkan  satu  –  satuan  daya.  Penentuan spesifik  ini  berguna  untuk  membandingkan  semua  jenis turbin  air  pada  basis  yang  sama.  Kecepatan  spesifik dapat  di  defenisikan  sebagai  jumlah  putaran  permenit pada  masa  suatu  runner  tertentu  akan  berputar  sehingga di hasilkan satu – satuan daya untuk satu –satuan head.
Jika kecapatan aliran air dinyatakan dengan v Maka;
v = √2𝑔ℎ dengan H = head ( tinggi jatuh air )
Substitusi pesamaan putaran spesifik turbin: rpm.
𝑛 𝑠 = [ 𝑛 𝐻 1/2 ][ √ 𝑁 𝐻 3/2 ] 𝑛 𝑠 = √ 𝑁 𝐻 5/4 𝑁 …….. (rpm)
Dimana:
𝑛 𝑠 = putaran spesifik (rpm) 𝑛 = keceptan putaran turbin (rpm) N = daya trubin (Hp) H = head efektif (m)
Persamaan  ini  digunakan  untuk  menghitung kecepatan  spesifik  trubin.  Kecepatan  spesifik  sangat menentukan tipe yang di rencanakan.

## Generator
Generator  dalam  bentuknya  yang  sederhana sebuah  generator  listrik  terdiri  atas  magnet  dan kumparan.  Bilamana  terdapat  gerakan  relatif  antara kedua  komponen  maka  garis  -  garis  gaya  magnet memotong  belitan  -  belitan  kumparan  dan  gaya  gerak listrik  (ggl)  akan  dibangkitkan.  Sebuah  generator  listrik atau  alternator  modern  terdiri  atas  sistem  electromagnet dan  armatur  yang  terdiri  atas  sejumlah  kumparan  dari konduktor  berisolasi  yang  diletakkan  dalam  alur  (slot) inti besi berlaminasi.seperti gambar dibawah ini.
Gambar 2 . Generator 270 Watt
Hukum Faraday dapat dinyatakan dengan Tegangan  GGL  induksi  yang  dibangkitan  bergantung pada:
1. Jumlah dari lilitan dalam kumparan.
2. Kuat  medan  magnetik,  makin  kuat  medan  makin besar tegangan yang   diinduksikan.
3. Kecepatan  dari  generator  itu  sendiri.  Berdasar  pada keluarannya, terdapat 2 tipe generator yaitu generator tegangan AC dan generator tegangan DC.
Generator AC adalah generator yang menghasilkan  listrik  arus  bolak  balik.  Generator  AC termasuk  jenis  mesin  serempak  (mesin  sikron)  dimana frekuensi  listrik  yang  dihasilkan  sebanding  dengan jumlah  kutub  dan  putaran  yang  dimilikinya.  Generator ini menghasilkan energi listrik bolak – balik ( alternating current , AC) [3].
Adapun  persamaan  atas  Daya  yang  dibangkitkan generator yang diputar oleh Turbin Air adalah:
Ρ = k. η. H. q. [kW] Dimana: P = daya [kW] H = tinggi air terjun (meter) q = debit air [m³/detik] η = efesiensi turbnin bersama generator
k = konstanta
Konstanta  (k)  dihitung  berdasarkan  pengertian bahwa  1  daya  kuda  =  75  kgm/detik  dan  1  daya  kuda  = 0,736  kW  sehingga  apabila  P  ingin  dinyatakan  dalam kW,  sedangkan  tinggi  air  terjun  (H)  dinyatakan  dalam meter dan debit air (q) dalam m³/detik, maka:

## METODE

## Tempat dan Waktu
Perancangan  alat  di  lakukan  di  bengkel  teknik pakultas teknik listrik universitas batanghari jambi.

## Diagram Alur
Penelitian  ini  dilakukan  sesuai  dengan  diagram alur berikut.

## Persiapan Alat Dan Bahan
Alat
Alat  yang  digunakan  dalam  pembuatan  turbin pelton adalah;
a. Mesin las.
b. Elektroda.
c. Gerinda. d. Palu, meteran e. Sudu. f. Mistar siku. g. Busur. h. Spidol, dan jangka.

## Bahan
Bahan  yang  digunakan  untuk  pembuatan  turbin pelton adalah
a. Pelat 1.2 mm b. Sudu 16 c. As motor d. Klahar motor 5 e. Besi siku

## Perancangan dan Pemilihan Alat
Perancangan  dimulai  dengan  mendata  terlebih dahulu  alat  dan  bahan  yang  sudah  ada  lalu  kemudian dilalukan perhitungan terhadap skala utama turbin pelton Jika  sudah  berhasil  dan  sesuai  dengan  standar  yang direncanakan  kemudian  dilakukan  survey  ketersediaan
bahan  dipasaran  untuk  menyesuaikan  kebutuhan  dari hasil perhitungan yang didapatkan setelah itu dilanjutkan pada  pembuatan  desain  turbin  peltonnya  namun  bila tidak  sesuai  kembali  lagi  pada  perancangan  awal.yang mana percangan dan pemilihan alat.
Peralatan yang digunakan : 1. Trubin pelton yang telah di rangkai
2. 1 buah pompa air
3. Aki  untuk  membangkitkan  listrik  yang  dapat menghasilkan tengangan dan arus
4. Lampu sebagai beban
5. Baskom
6. Pipa PVC 1 inci
7. Multimeter  yang  di  gunakan  untuk  mengukur  arus dan tengangan yang dihasilkan oleh turbin
8. Alat ukur rpm( tachometer )
9. Kran yang digunakan untuk mengatur debit.
10. Generator
11. Gear 12. As motor
13. Klahar motor

## Menentukan Putaran Turbin
Menentukan putaran turbin bisa di lakukan dengan bermacam  variasi  sudu  biasanya  dapat  di  lakukan dengan  16  sudu  trus  melaukan  pengukuran  debit  air dengan kapitas bak penampung 140 liter. Kemudian bisa diukur putaran turbin dengan alat ukur tachometer.

## Menetukan Daya yang di Hasilkan Generator
Untuk  memilih  kemampuan  generator  dalam menghasilkan energi listrik sesuaikan dengan perhitungan  daya  270  watt.  dari  kecepatan  nilai  rata turbin kita biasa menentukan daya yang bisa di hasilkan pada generator .dan juga kita harus bisa membuat turbin berputar  slalu  aktif  dan  daya  yang  di  hasilkan  oleh Generator.  Generator  juga  slalu  stabil,  kemampuan generator dalam menghasilakn listrik biasanya dinyatakan  dalam  Volt  Ampere  (VA)  atau  dalam  kilo Volt Ampere (KVA).

## Data Hasil pengujian
Data  hasil  pengujian  dapat  di  ambil  ketika  alat bekerja  dengan  benar  sesuai  dengan  apa  yang  telah  di rencanakan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Rancang Bangun Turbin Pelton
Rancangan  bangun  turbin  pelton  ini  saya menggunakan  sendok  sebagai  memutarkan  trubin,  dan gearbok  sebagai  transmisi  untuk  menghubungkan  ke generator.

## Penentuan debit Air
Hasil  Pengoperasian  turbin  pelton  air  waduk  di bengkel  listrik  Universitas  Batanghari  jambi:  waduk penampungan  140  liter.    Dengan  sudu  turbin  pelton
berjumlah  sudu  16.  Hasil  pengukuruan  debit  air maksimum yang dilakukan perhitungan sebagai berikut:

## Debit = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑞 = 𝑣 𝑡 v = 70 liter t = 1 menit v = 70 1000 𝑚 3 = 0,07 𝑚 3
t = 1 × 60 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 = 60 detik
q = 𝑣 𝑡 = 0,07 60 = 0.00116𝑚 3 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
Maka rpm yang di dapatkan dari debit 70 liter dan waktu 0.00116 𝑚 3 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 adalah: 70 rpm.
v = 100 liter t = 1,5 menit v = 100 1000 𝑚 3 = 0,1 𝑚 3 t = 1,5 × 60 detik = 90 detik
q = 𝑣 𝑡 = 0,1 90 = 0,00111 𝑚 3 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
Maka  rpm  yang  di  dapatkan  dari  debit  100  liter dan waktu 0,00111 𝑚 3 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 adalah: 100 rpm.
v = 140 liter T = 2 menit v = 140 1000 𝑚 3 = 0,14 𝑚 3 t = 2 × 60 detik = 120 detik q = 𝑣 𝑡 = 0,14 120 = 0,00116𝑚 3 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
Maka  rpm  yang  di  dapatkan  dari  debit  140  liter dan waktu 0,00116 𝑚 3 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 adalah: 105 rpm.

## Menentukan daya keluaran generator
Untuk  mendapatkan  daya  teoritis  pembangkit listrik  mikrohidro  menggunakan  persamaan  sebagai berikut:
p = H .q . µ .k.
Dari hasil yang pengukuran yang di dapat:
q = 70 liter / menit = 0.00116 𝑚 3 / 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
H = 130 cm = 1,3 m Maka: p = k.µ.H.q k = 9,8 × 0,95 × 1,3 m  × 0,00116 𝑚 3 / 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
p = 0,01412 kw. q = 100 liter / menit
= 0,00111 𝑚 3 / detik H = 130 cm = 1,3 m
Maka: p = k.µ. H.q k = 9,8 × 0,95 × 1,3 m × 0,00 111 𝑚 3 / 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
p = 0,01343 kw. q = 140 liter / menit
= 0,00116 𝑚 3 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 H
= 130 cm = 1,3 m Maka: p = k.µ. H.q. k = 9,8 × 0,95 × 1,3m × 0,00116 𝑚 3 / 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 p
= 0,01403 kw.

## Pengujian Putaran dan Tegangan
Gambar 4 . Hasil pengukuran putaran.
Gambar 5 . Daya hasil keluaran generator
Grafik  analisa  dari  rpm  terhadap  tegangan keluaran generator.

## SIMPULAN
Dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Putaran  poros  tertinggi  terdapat  pada  penggunaan variasi perbedaan perbandingan: perbedaan perbandingan  roda  gigi  4  banding  1  yang menghasilkan  putaran  poros  sebesar:  420  dan  400 rpm.  Sedangkan  putaran  poros  terendah  terjadi  peda variasi perbedaan perbandingan roda gigi sebesar 280 rpm.
2. Debit  air  yang  memutar  turbin  pelton  menghasilkan tegangan keluaran generator sebesar 13.15.18 volt.
3. Daya listrik yang di hasilkan dapat mecharger baterai 12 volt 7,0 Ah dan dapat di bebani lampu led 24 watt.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Gorlov,  A.M.1998.  “ Development  Of  The  Helical Reaction  Hydraulic  Turbin .  PIMIME  Department Northeastern University Boston,
[2] Gorlov, A.M. 2010. “ Helical Turbin and Fish Safety . Mechanical  Engineering  Department  Northeastern University, Boston,
[3]   Priatama,  I. 2015.” Kajian Eksperimental Pengaruh Berat  Roda  Gila  ( flywheel )  Terhadap  Unjuk  Kerja Turbin  Pelton  Untuk  Pembangkit  Listrik  Tenaga Mikro  Hidro  (PLTMH).  “Sekripsi  Jurusan  Teknik Mesin Universitas Lampung. Bandar lampung [4]   Rapa’i,  A.  2014.  “Kajian  Eksperimental  Pengaruh Panjang Chord Sudu Terhadap Unjuk Kerja  Turbin Pelton  Untuk  Sistem  Pembangkit  Listrik  Tenaga Mikrohidro (PLTMH). “Sekripsi  Pembangkit Listrik  Tenaga  Mikrohidro  (PLTMH).    Jurusan Teknik  Mesin  Universitas  Lampung.  Bandar lampung .
[5]   A.  Annasa  Musaffa,  2010.  “Pengaruh  Kuat  Medan Magnet  dan  Kecepatan  Rotor  terhadap  Tegangan yang Dihasilkan Generator Arus Bolak-Balik Tugas Akhir,  Fisika  Fakultas  Matematika  dan  Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Surakarta,
5 10 15 20 50 70 85 100 105 V O L