## SINERGI Polmed : JURNAL ILMIAH TEKNIK MESIN
Homepage jurnal: http://ojs.polmed.ac.id/index.php/Sinergi/index

## PURWARUPA  PEMBANGKIT  LISTRIK  TENAGA  PIKO  HIDRO MENGGUNAKAN TURBIN PELTON
Gilga  Molanda a ,  Eria  Marta a ,  Doni  Situmorang a ,  Estomihi  Lingga a ,  Ria  Batubara a ,  Darwis, A.R a , Rihat Sebayang a
a Teknik Konversi Energi, Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan, Jl. Almamater No.1, Padang Bulan, Kec. Medan Baru, Kota medan, Sumatera Utara 20155, Indonesia E-mail: gilgaelia@students.polmed.ac.id
I N F O A R T I K E L

## Riwayat artikel:
Diajukan pada 20 Juli 2022 Direvisi pada 30 Juli 2022 Disetujui pada 3 Agustus 2022 Tersedia daring pada 15 Agustus 2022

## Kata kunci:
Piko Hidro, Debit, Generator, Turbin Keywords:
Picohydro, Water Discharge, Generator,
Turbine A B S T R A K
Pikohidro  adalah  pembangkit  listrik  dengan  skala  yang  kecil,  yang  mana  daya keluarannya tidak  lebih  dari 5  kW.  Pembangkit ini  memanfaatkan tenaga  (aliran)  air sebagai dan debit air (Q). PLTPH sendiri punya 3 (tiga) material utama yaitu air sebagai sumber energi, turbin dan generator.  Tenaga air merupakan sumber energi terbarukan (renewable energy) yang dimana tenaga air bisa diperbaharui secara alamiah oleh alam. Ditambah lagi Indonesia adalah negara maritim yang mempunyai sumber air yang sangat melimpah.  Dalam  pembangkit  listrik  tenaga  air  diperlukan  volume  air  atau  debit. Memahami  debit  aliran  sungai  yang  digunakan  untuk  pembangkit  listrik  tenaga  air sangat  penting  untuk  mengetahui  jumlah  tenaga  air  yang  tersedia.  Semakin  besar alirannya maka semakin banyak juga energi yang tersedia untuk diubah menjadi energi listrik.  Generator  yang  digunakan  untuk  membangkitkan  listrik  adalah  Generator Permanen Magnet arus AC 220 V dengan daya maksimal 300 Watt dan maksimal putaran 3500 rpm. Purwarupa Pembangkit Listrik Tenaga Piko Hidro ini menggunakan Turbin Pelton dengan sudu setengah pipa siku agar diketahui efisiensinya. Turbin yang diuji memiliki diameter 300 mm dengan 17 buah sudu, sudu menggunakan setengah lingkaran siku berdiameter 50 mm. Turbin diuji menggunakan  nosel dengan diameter 6,25 mm. Head dan debit diatur menggunakan nosel sehingga menghasilkan daya 4.855,0671 W.
A B S T R A C T
Picohydro Power Plant is a small-scale power plant that the power generated is lesser than 5  kW .  Picohydro  has 3 (three)  main  components,  water  as  an  energy  source, turbine and generator. Hydropower is a renewable energy due toe hydropower can be naturally renewed by nature. Indonesia is a maritime country that has abundant water resources. In hydroelectric power plants required volume of water or discharge.  The flow rate of rivers used for hydroelectric power generation is very important to know the amount of hydropower available. The greater the flow, the more energy is available to be  converted  into  electrical  energy.  The  generator  used  to  generate  electricity  is  a permanent magnet generator with AC current of 220 V with a maximum power of 300 watts and a maximum rotation of 3500 rpm . The prototype of this picohydro power plant uses  a  pelton  turbine  with  a  half-pipe  angled  blade  to  determine  its  efficiency.  The diameter of the turbine is 300 mm with 17 buckets, the buckets use a semicircle with a diameter of 50 mm . The turbine was tested using a nozzle with a diameter of 6.25 mm . Head and discharge are regulated using a nozzle to produce 4,855.0671 watts of power. This prototype can produce 16 watts of power.

## 1. PENGANTAR
Inovasi  dalam  banyak  kegiatan  akan  memerlukan  listrik  untuk  menghidupkan  lampu  di  rumah  dan  mendukung  kerja  di  industri. Teknologi Listrik juga merupakan energi yang dapat dengan mudah disalurkan atau ditransmisikan ke masyarakat. Listrik dapat dihasilkan dari sumber tenaga air). Tenaga air merupakan sumber energi terbarukan (renewable energy) yang dimana tenaga air bisa diperbaharui secara alamiah oleh alam. Pembangkit listrik tenaga air tidak menimbulkan polusi dan bahkan menjadi salah satu solusi dalam mengurangi tingginya produksi emisi karbon dan polusi udara yang disebabkan pembangkit listrik berbahan bakar fosil seperti batubara, gas dan minyak bumi. Indonesia adalah negara maritim yang mempunyai sumber air yang sangat melimpah (Muhammad Ibrahim, Iman Dirja dan Viktor Naubnome,  2020).  Dalam  pembangkit  listrik  tenaga  air  diperlukan  volume  air  atau  debit.  Debit  aliran  sungai  yang  digunakan  untuk pembangkit listrik tenaga air sangat penting untuk mengetahui jumlah tenaga air yang tersedia. Semakin besar alirannya maka semakin banyak juga energi yang tersedia untuk diubah menjadi energi listrik (Sulis Yulianto dkk., 2019). Pikohidro adalah pembangkit listrik dengan skala yang kecil yang mana daya keluarannya ≤ 5 kW. Pembangkit listrik tenaga pikohidro ini salah satu pembangkit listrik skala kecil yang dapat dibuat di daerah pedesaan yang debit air yang kontinu dan tinggi jatuh air rendah untuk menggerakkan turbin yang dapat menghasilkan daya listrik (Teuku Mirzan Syahputra dkk. , 2018 ). Cara kerja pembangkit jenis ini ialah air yang jumlahnya tertentu lalu menumbuk bucket hingga turbin berputar, kemudian putaran turbin memutar porors dan juga memutar generator yang pada akhirnya akan membangkitkan  generator  untuk  menghasilkan  listrik  (Nurva  Alipan  dan  Nurhening  Yuniarti,  2018).  Purwarupa  Pembangkit  Listrik Tenaga Pikohidro (PLTPH) menggunakan turbin pelton dan membuat analisis pengaruh debit terhadap daya pada Purwarupa pembangkit listrik tenaga pikohidro menggunakan turbin pelton. Penulis berharap dengan dibuatnya purwarupa pembangkit Listrik Tenaga Pikohidro (PLTPH) bisa menjadi gambaran bagi masyarakat yang ingin membuat PLTPH di daerahnya masing – masing.

## 2. METODE

## 2.1 Komponen yang digunakan
Komponen purwarupa pembangkit listrik tenaga piko hidro menggunakan turbin pelton yaitu: 1.
Bak Air
2. Turbin
3. Generator AC 4. Nozzle
5. Rumah Turbin
6. Pipa 7. Kerangka 8. Pompa 9. Bearing 10. Pulley 11.
V- Belt
12. Lampu (Beban)
13. Poros
14. Kabel Listrik
15. Saklar

## 2.2 Cara kerja Purwarupa pembangkit listrik tenaga piko hidro menggunakan turbin pelton
1. Air dalam bak akan di hisap oleh pompa air kemudian disalurkan menuju turbin air menggunakan pipa yang pada bagian ujungnya telah dipasang nozzle .
2. Energi  potensial  yang  dimiliki  air  akan  diarahkan  untuk  menumbuk  sudu-sudu  turbin  sehingga  menghasilkan  energi mekanik berupa putaran turbin air.
3. Hasil putaran turbin dimanfaatkan untuk menggerakkan generator yang dihubungkan melalui v- belt 4. Putaran yang diterima generator akan menghasilkan daya listrik.
5. Daya listrik yang dihasilkan akan diteruskan menuju panel listrik yang sudah dipasangkan lampu (beban).
6. Panel  listrik  berfungsi  untuk  memutus  dan  menghubungkan  energi  listrik  menuju  beban.  Panel  listrik  jaga  dilengkapi dengan pengukur tegangan keluaran generator ( output ).
7. Daya listrik ini kemudian akan dimanfaatkan sebagai energi untuk menghidupkan lampu.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Pengujian alat
Pengujian dilakukan sebanyak 5 kali. Berikut Hasil pengujian yang sudah dilakukan

## 3.1.1   Pengujian turbin tanpa beban
Pengujian dilakukan dengan cara tidak menghubungkan turbin dengan beban. Pengujian dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1: Pengujian tanpa beban
Debit (L/s) Putaran (rpm) Tegangan (volt) 2.3 2300 90
Pada percobaan turbin tanpa dihubungkan pada beban, di debit 2.3 L/s (0.0023 m 3 /s), putaran yang terukur pada turbin ialah 2300 rpm dan tegangan yang dibangkitkan adalah sebesar 90 volt.

## 3.1.2   Pengujian turbin dengan beban lampu pijar 15 watt (220 – 240 volt)
Pengujian dilakukan dengan beban lampu pijar 15watt (220 – 240 volt) dan dapat dilihat hasil pengukurannya pada tabel 2. berikut:
Tabel 2: Pengujian turbin dengan beban lampu pijar 15 watt (220 – 240 volt)
Debit (L/s) Putaran (rpm) Tegangan (Volt) Arus (ampere) Kondisi Lampu 1.6 1399 46 0,1 Tidak Menyala 1.8 1781 54 0,11 Tidak Menyala 1.9 1801 60 0,11 Redup 2.1 2112 75 0,12 Redup
Beban lampu pijar dengan daya 15 watt, 220 – 240 V, kondisi lampu bertahap dari tidak menyala menjadi redup. Saat debit sebesar 1.6 L/s (0.0016 m 3 /s), daya yang terbangkitkan adalah sebesar 4.6 W yang didapatkan dari hasil perkalian antara arus (I) dan Voltase (V). Di percobaan akhir, saat debit 2.1 L/s (0.0021 m 3 /s), daya yang terbangkitkan adalah sebesar 9 watt dengan keadaan lampu redup. Ini sesuai dengan PLTPH menggunakan system kontrol MPPT yang menerima daya dari generator yang kemudian disimpan di battery dengan system voltase 48 V DC, dari battery voltase ditingkatkan menjadi 220 AC yang bisa dipakai untuk kebutuhan rumah tangga (Khairul Muz aka dkk., 2021). Adapun saran untuk meningkatkan umur komponen yang lebih panjang dari yang direncanakan pada saat unit dipergunakan antara kisaran 0,3 sampai sudah ,45%, dimana material baja karbon JIS S 45 C selain memiliki sifat yang kuat dan banyak dipakai dalam komponen – komponen mesin serta harga material tersebut lebih murah dan terjangkau dibandingkan dengan jenis material lainya (Sulis Yulianto dkk., 2019). Grafik hubungan antara debit dengan daya dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1: Hubungan Debit dan Daya turbin dengan beban lampu pijar 15 watt
3.1.3   Pengujian turbin dengan beban lampu LED 5 watt (100 – 240 volt)
Pengujian dilakukan dengan beban lampu LED 5 watt (100 – 240 volt) dan dapat dilihat hasil pengukurannya pada tabel 3.
Tabel 3: Kondisi Lampu LED 5 Watt (100-240 Volt)
Debit (L/s) Putaran (rpm) Tegangan (volt) Arus (ampere) Kondisi Lampu 1.4 722 35 0,1 Redup 1.6 1387 43 0,1 Menyala 1.7 1577 48 0,1 Menyala terang
Beban  lampu  LED  dengan  daya  5 Watt,  110  – 240  V,  kondisi lampu  bertahap  dari  redup  menjadi  menyala  terang.  Percobaan dimulai dari saat debit sebesar 1.4 L/s (0.0014 m 3 /s), daya yang terbangkitkan adalah sebesar 3.5 W yang didapatkan dari hasil perkalian antara arus (I) dan Voltase (V). Di percobaan akhir, saat debit 1.7 L/s (0.0017 m 3 /s), daya yang terbangkitkan adalah sebesar 4.8  watt dengan keadaan lampu menyala terang. Grafik hubungan antara debit dengan daya dapat dilihat pada gambar 2.
4.6 5.94 6.6 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1.6 1.8 1.9 2.1 Da ya ( W at t) Debit (L/s) Hubungan Q dan P
Linear (Hubungan Q dan P)
Gambar 2: Grafik Hubungan Antara Debit dan Daya Lampu LED 5 watt (100-240 volt)

## 3.1.4   Pengujian turbin dengan beban 2 buah lampu LED 5 Watt (60 – 285 Volt)
Pengujian dilakukan dengan beban 2 buah lampu LED 5 watt (60 – 285 volt) dan dapat dilihat hasil pengukurannya pada tabel 4.
Tabel 4: Pengujian turbin dengan beban 2 buah lampu LED 5 Watt (60 – 285 Volt)
Debit (L/s) Putaran (rpm) Tegangan (volt) Arus (ampere) Kondisi Lampu 1.6 722 33 0,11 Redup 1.9 1387 41 0,12 Menyala 2.3 1577 55 0,13 Menyala Terang
Saat di beri beban 2 buah lampu LED dengan daya masing – masing 5 watt, 60-285 V, kondisi lampu bertahap dari redup menjadi menyala terang. Percobaan dimulai dari saat debit sebesar 1.6 L/s (0.0016 m3/s), daya yang terbangkitkan adalah sebesar 3.63  W yang didapatkan  dari  hasil  perkalian  antara  arus  (I)  dan  Voltase  (V).  Di  percobaan  akhir,  saat  debit  2.3  L/s  (0.0023  m3/s),  daya  yang terbangkitkan adalah sebesar 7.15 watt dengan keadaan lampu menyala terang. Gambar 4 hubungan antara debit dan daya lampu LED 5 watt  (60 –  285  volt).  Pengaruh  jumlah sudu terhadap putaran  yang dihasilkan oleh  turbin  Pelton  dan  generator  sehingga dapat  dilihat tegangan, arus, daya yang dihasilkan yang mempengaruhi nilai torsi dan efisiensi yang didapat pada purwarupa PLTMH. Adapun ju mlah sudu yang dapat menghasilkan efisiensi tertinggi, maka dibuat variasi runner turbin pelton dengan parameter jumlah sudu yang b erbeda dari runner dengan jumlah sudu (I Gusti Ngurah Saputra dkk., 2020). Hal ini juga dipengaruhi dari indikator debit aliran air yang tinggi dapat memutar turbin dengan cepat dengan aliran air akan semakin tinggi sehingga turbin juga akan berputar lebih cepat. Debit air sangat berpengaruh terhadap putaran generator sehingga debit air tinggi maka pengisian akan lebih cepat (Nurva Alipan dan Nurhening Yuniarti, 2020).
Gambar 4: Grafik Hubungan Antara Debit dan Daya lampu LED 5 Watt (60 – 285 Volt)
3.1.5   Pengujian turbin dengan 2 buah lampu LED 5 watt (60 – 285 Volt) diparalelkan dengan sebuah lampu LED 5 watt (100 – 240 Volt)
Pengujian dilakukan dengan 2 buah lampu LED 5 watt (60 – 285 Volt) diparalelkan dengan sebuah lampu LED 5 watt (100 – 240 volt) dan dapat dilihat hasil pengukurannya pada tabel 5
Tabel 5: Kondisi 2 buah lampu LED 5 watt (60 – 285 volt) diparalelkan dengan sebuah lampu LED 5 watt (100 – 240 volt)
3.5 4.3 4.8 0 1 2 3 4 5 6 1.4 1.6 1.7 D ay a (W att ) Debit (L/s) Hubungan Q dan P Linear (Hubungan Q dan P) 3.63 4.92 7.15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1.6 1.9 2.3 D ay a (W att ) Debit (L/s) Hubungan Q dan P
Linear (Hubungan Q dan P)
Debit (L/s) Putaran (rpm) Tegangan (volt) Arus (ampere) Kondisi Lampu 2.5 1613 67 0,1 Lampu 5 watt Redup, Lampu 5 watt 2 Buah Menyala 2.7 1855 73 0,2 Lampu 5 watt  Menyala, Lampu 5 watt 2 Buah Menyala Terang 3.3 2234 80 0,2 Lampu 5 watt Menyala Terang, Lampu 5 watt 2 Buah  Menyala Terang
Beban 2 buah lampu LED dengan daya 5 Watt, 60 – 285 V dan diparalelkan dengan sebuah lampu LED dengan daya 5 Watt, 110 – 240 V Percobaan dimulai dari saat debit sebesar 2.5 L/s (0.0025 m3/s), daya yang terbangkitkan adalah sebesar 6.7 W yang didapatkan dari hasil perkalian antara arus (I) dan Voltase (V). Kondisi lampu pada percobaan pertama ialah pada lampu LED dengan daya 5 Watt, 110 – 240 V redup sementara pada 2 buah lampu LED dengan daya 5 Watt, 60 – 285 V, kondisi lampunya menyala. Di percobaan akhir, saat debit 3.3 L/s (0.0033 m3/s), pada lampu LED dengan daya 5 Watt, 110 – 240 V kondisi lampunya menyala terang, begitu juga pada 2 buah lampu LED dengan daya 5 watt, 60-285 V kondisi lampunya menyala terang. Daya yang terbangkitkan adalah sebesar 16 watt dengan menggunakan rumus perkalian V. I. Gambar 5 hubungan antara debit dengan daya hubungan antara debit dan daya lampu LED 5 Watt (60 – 285 Volt) diparalelkan dengan sebuah lampu LED 5 Watt (100 – 240 Volt). Kuat arus (I) dan tegangan (V) yang kemudian akan dihitung untuk menentukan besaran daya yang dikeluarkan oleh generator turbin dan efisiensi turbin. Semakin besar debit air, maka daya air yang tersedia juga semakin besar. Daya air (input) inilah yang kemudian dimanfaatkan untuk memutar roda air sehingga menghasilkan putaran. Kemudian  putaran  roda  air  akan  diteruskan  ke  generator  melalui  puli  untuk  menghasilkan  daya  listrik.  Daya  listrik  generator  yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh putaran roda air, semakin banyak putaran roda air yang dihasilkan maka kuat arus yang dihasilkan semakin besar pula sehingga daya listrik juga semakin besar (Yasinta Sindy Pramesti, 2018)
Gambar 5: Grafik Hubungan Antara Debit dan Daya lampu LED 5 Watt (60 – 285 Volt) diparalelkan dengan sebuah lampu LED 5 Watt (100 – 240 Volt)

## 4. KESIMPULAN
Piko Hidro adalah pembangkit listrik tenaga air berskala kecil yaitu daya keluarannya tidak  lebih besar dari 5 kW.  Adapun energi potensial air yang dihasilkan pembangkit listrik tenaga piko hidro menjadi energi mekanik ke energi listrik melalui generator. Sebagai pengganti  aliran  air  sungai,  Purwarupa  ini  menggunakan  pompa  air.  Debit  aliran  air  berpengaruh  pada  daya yang  terbangkitkan  pada generator. Semakin besar debit aliran air maka semakin cepat juga putaran turbin yang menyebabkan generator juga semakin cepat memutar dan membangkitkan listrik dengan lebih besar.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan rasa syukur karena berkat dan rahmat yang maha kuasa penulis dapat menyelesaikan artikel ini, serta terima kasih yang  sedalamnya  karena  dukungan  finansial  yang  diberikan  oleh  Direktorat  Akademik  Pendidikan  Tinggi  Vokasi  Direktorat  Jenderal Penididikan  Vokasi  Kementerian  Pendidikan,  Kebudayaan,  Riset,  dan  Teknologi  melalui  Pusat  Penelitian  Pengabdian  Masyarakat, Politeknik Negeri Medan dan Jurusan Teknik Mesin POLMED.

## DAFTAR PUSTAKA
Alipan,  N.,  &  Yuniarti,  N.  (2018).  Pengembangan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Pico-Hydro  Dengan  Memanfaatkan  Alternator  Untuk Membantu Penerangan Jalan Seputaran Kebun Salak. Jurnal Edukasi Elektro 2 , 59-70
Ibrahim,  M.,  Dirja  I.,  &  Naubnome,  V.  (2020).  Rancang  Bangun  Prototipe  PLTPh  Sebagai  Listrik  Penerangan. Jurnal  Energi  dan Manufaktur 13 , 63-69.
Muzaka,  K.,  Prayogo,  G.S.  &  Pamuji,  D.  R.  (2021).  Pemanfaatan  Teknologi  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Pikohidro  di  Desa  Pesucen Kabupaten Banyuwangi. Journal of Social Responsibility Projects by Higher Education Forum 1 , 65-69
Pramesti, Y.S. (2018). Analisa pengaruh sudut sudu terhadap kinerja turbin kinetik poros horisontal dan vertical. Jurnal Mesin Nusantara 1 , 51-59
Saputra, I.G.N., Lie Jasa L., & Arta Wijaya, I.W. (2020). Pengaruh Jumlah Sudu Pada Prototype PLTMH Dengan Menggunakan Turbin Pelton Terhadap Efisiensi Yang Dihasilkan. Jurnal SPEKTRUM 7 , 161-172
6.7 14.6 16 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2.5 2.7 3.3 D ay a (W att ) Debit (L/s) Hubungan Q dan P
Linear (Hubungan Q dan P)
Syahputra, T.M., Syukri, M., & Sara, I.D. (2017). Pembangkit Listrik Tenaga Piko Hydro Dengan Menggunakan Turbin Ulir. Kitektro Jurnal Komputer, Informasi Teknologi dan Elektro 2, 16-22.
Syarif, A., Bow, Y., & Taufik, M.F. (2018). Analisis Kinerja Prototipe Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Turbin Kaplan Sumberdaya Head Potensial. Jurnal Kinetika 9 , 33-40
Yulianto, S., Maghfurah, F., Qadri, M & Syariati, I.A. (2019). Disain Perencanaan Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Tipe Cross Flow Kapasitas 5 kW. Jurnal Universitas Muhammadiyah Jakarta 8, 1-6.