## Journal of Science and Engineering
Full Paper
studi  perencanaan  pembangkit  listrik  tenaga mikrohidro  (PLTMH)  desa  tawa  kecamatan gane barat selatan kabupaten halmahera selatan
M. Yunus Hi. Abbas a* , Achmad P. Sardju b
Universitas Khairun, Ternate, Indonesia
Article history
Received Accepted *Corresponding author Myunus2007@gmail.com Graphical abstract Abstract
Abstract - The problem of the need for electrical energy, especially petroleum as a source of energy is decreasing, so that savings must be anticipated as early as possible. One of the  saving  measures  taken  to  reduce  the  use  of  petroleum  in  order  to  meet  electricity needs  is  to  use  water  energy  as  renewable  energy,  so  in  this  study  PLTMH  is  planned. The  things  that  are  taken  into  account  in  planning  PLTMH  are  conduits,  water  tanks, rapid pipes, powerhouses, turbines and generators. The PLTMH research was conducted in  Tawa  Village,  Gane  Barat  Selatan  District,  South  Halmahera  Regency.  The  results obtained  are  a  water  discharge  of  0.28  m3  /  s  and  a  waterfall  height  of  12  meters,  a diameter of 12 cm of rapid pipe, a length of 19.20 m of rapid pipe. kW, and the generator is sporadically coupled so that the net power of the turbine is equal to the gross power of the generator. The efficiency of the generator is 90%, so that it produces a rise power of 18.88 kW divided by cos φ which is equal to 23.6 kVA
Keywords : PLTMH, Tawa Village, Crossflow Turbine, 3 Phase Synchronous Generator Abstrak
Abstrak-  Masalah  kebutuhan  akan  energi  listrik  terutama  minyak  bumi  sebagai penyediaan sumber energi semakin berkurang, sehingga penghematan harus di antisipasi sedini  mungkin.  Salah  satu  tindakan  penghematan  yang  dilakukan  dalam  mengurangi pemakaian minyak bumi demi memenuhi kebutuhan listrik adalah memanfaatkan energi air sebagai energi terbarukan, maka dalam penelitian ini direncanakan PLTMH. Hal-hal yang  diperhitungkan  dalam  merencanakan  PLTMH  adalah  saluran  penghantar,  bak  air, pipa pesat, rumah pembangkit, turbin dan generator. Penelitian PLTMH dilaksanakan di Desa  Tawa  Kecamatan  Gane  Barat  Selatan  Kabupaten  Halmahera  Selatan.  Hasil  yang diperoleh debit air sebesar 0,28 m3/det dan tinggi terjun air sebesar 12 meter, diameter pipa  pesat  12  cm,  panjang  pipa  pesat  19,20  m  jenis  turbin  yang  digunakan  turbin Crossflow dengan efisiensi 85% sehingga daya bangkit sebesar  20,98 kW, dan generator dikopel seporos sehingga daya bersih turbin sama dengan daya kotor generator. Efisiensi generator sebesar 90%.sehingga menghasilkan daya bangkit sebesar 18,88 kW di bagi cos φ sama dengan 23,6 kVA
Kata Kunci : PLTMH, Desa Tawa, Turbin Crossflow , Generator Sinkron 3 Fasa
© 2018 Penerbit Fakultas Teknik Unkhair. All rights reserved

## 1.0 PENDAHULUAN
Kebutuhan  akan  energi  listrik  semakin  meningkat,  sehingga  menyebabkan  kebutuhan  akan  energi  listrik masyarakat kita belum tercukupi lebih-lebih masyarakat perdesaan yang terisolasi akan kebutuhan listrik.
Pembangkit listrik tenaga mikrohidro adalah suatu bentuk perubahan tenaga air dengan mengandalkan ketinggian  dan  debit  tertentu  menjadi  tenaga  listrik  dengan  menggunakan  turbin  air  dan  generator. Pembangkit  listrik  tenaga  mikrohidro  merupakan  salah  satu  pembangkit  energi  yang  teknologinya  relatif sederhana, karena biaya perawatan yang lebih murah atau ekonomis dibanding pembangkit energi lainnya.
Salah  satu  daerah  yang  memiliki  potensi  air  yaitu  air  terjun  yang  berada  di  Desa  Tawa.  Daerah  ini merupakan  Desa  yang  ada  di  Kecamatan  Gane  Barat  Selatan  Kabupaten  Halmahera  Selatan.  Daerah  yang terletak di pesisir pantai yang memiliki banyak potensi alam. Secara geografis, Desa ini memiliki 129 perumahan rakyat,4 fasilitas umum yakni 3 sekolah dan 1 mesjid dengan total penduduk sebanyak 608 jiwa.
Saat ini listrik dari PLN belum masuk ke desa tawa sehingga masyarakat setempat masih menghidupkan listrik secara mandiri mulai dari menggunakan genset (generator set) dan ada juga yang menggunakan (PLTS) pembangkit listrk tenaga surya
Adanya  potensi  yang  ada  di  Desa  Tawa  berupa  air  terjun  dapat  digunakan  untuk  pengembangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) sehingga hasilnya bisa dinikmati oleh seluruh masyarakat di desa Tawa dalam memenuhi akan kebutuhan listrik.

## 2.0 METODE
Penelitian  menitikberatkan  pada  pengumpulan  data-data  primer  yang  dibutuhkan  dalam  menentukan berapa besar potensi air terjun. Pengambilan data dilakukan dengan cara pengukuran langsung menggunakan peralatan  ukur  sederhana.  Disamping  pengukuran,  juga  dilaksanakan  diskusi  dan  studi  pustaka  untuk membandingkan hasil pengukuran dengan teori dasar.

## Desain Sistem
Pembangkit listrik tenaga mikrohidro sangat bergantung pada tinggi terjun (Head), sehingga dapat kita ketahui  sistem  perencaannya. Pembangkit  listrik  tenaga  mikrohidro  ini  membutuhkan tinggi  terjun (Hefektif) untuk mengawali proses layaknya sebuah pembangkit, kemudian saluran penghantar akan membawa air menuju ke  bak pengendap  untuk  mengendapkan  material-material  seperti  batuan  kecil  dan pasir,  selanjutnya  air  akan terus mengikuti saluran penghantar menuju ke bak penenang untuk menampung air yang akan masuk ke dalam pipa pesat. Air dalam pipa pesat akan memutar turbin dan generator sehingga dapat menghasilkan daya bangkit turbin dan genarator.  Air pembuangan akan dialirkan kembali ke sungai.

## 3.0 HASIL DAN PEMBAHASAN

## Gambaran Umum Lokasi PLTMH
Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro di air terjun yang terletak di Desa Tawa yaitu salah satu  air  terjun  yang  mengalir  keluar  dari  permukaan  batu-batuan.  Secara  administratif  lokasi  ini  merupakan areal  pegunungan  Desa  Tawa,    dalam  pelaksanaan  penelitian  yang  dilaksanakan  maka  tinggi  jatuh  air  dapat dimanfaatkan secara maksimal sehingga dapat mencapai sasaran dengan baik.

## Analisis Data Perhitungan Perhitungan Debit Air  (Q)
Dari hasil pengukuran di peroleh data sebagai berikut:
- Diameter pipa pesat = 12 cm - Luas penampang sungai rata-rata = 1,5 m 2 - Kecepatan air rata-rata = 0,38m/det - Tinggi terjun (h) = 12 m
Sehingga diperoleh debit  air  adalah:
Q    = A . v = 1,5 m 2 x 0,38 m / det = 0,57 m 3 / det
Berdasarkan  hasil  yang  telah  didapat,  untuk  menentukan  besar  debit  air  yang  akan  digunakan  diambil sebesar 50%. Sehingga debit air dalam pipa pesat menjadi 0,28 m 3 /det
Perhitungan konstruksi bak utama ( head tank)
Konstruksi  bak  utama  dengan  dimensi  utama  panjang  4  m,  lebar  4  m,  tinggi  4  m.  Pada  sisi  kiri  bak penenang dibuat saluran penguras untuk membuang endapan berupa pasir dan lumpur.
Gambar 1 Ukuran Bak Utama
Keterangan: V =  P X L X H = 4 X 4 X 4 = 64 m 3
Panjang, tinggi dan lebar bak penenang masing-masing 4 m, sehingga untuk volume bak air yaitu 4 m x 4 m x 4 m = 64 m 3 = 64000 liter.

## Perhitungan Panjang Pipa Pesat
Jarak  horisontal  antara  bak  air  dengan  rumah  pembangkit  berkisar  15  meter,  dengan  tinggi  terjun vertikal yaitu 12 meter.

## Gambar 2 Panjang Pipa Pesat
Panjang pipa pesat dihitung dengan menggunakan rumus Phytagoras: pp   =  √12 2 + 15 2 =  144 + 225 =   369 =  √369 pp   =  19,20 m
Dipilih menggunakan pipa dari plat baja 5 inci yang dirol kemudian dilas luar dalam, dilengkapi dengan flens baja untuk menyambung antara pipa satu dengan yang lain. Diameter  12 cm dan panjang 19,20 m yaitu jarak dari head tank ke power house .
Rumah Pembangkit
12 m 15 m 19,20 m

## Penempatan Rumah Pembangkit
Rumah  turbin  adalah  tempat  diletakkannya  turbin,  generator  dan  peralatan-peralatan  lainnya.  Dalam memilih  tempat  untuk  rumah  turbin  harus  diperhatikan  keadaan  tanah  untuk  pondasi  dan  diusahakan  agar kedudukan pondasi tidak mengurangi tinggi terjun air.
Untuk perencanaan, rumah turbin di tempatkan disisi sungai dengan konstruksi sebagai berikut :
Pondasi = beton Luas bangunan = 4 m x 4 m Tinggi bangunan = 3 m Rangka = kayu Atap = seng

## Saluran Akhir (Tail Race)
Tail race berfungsi untuk membuang air yang tlah melewati turbin kesungai.
dengan luas penampang 1 m x 0,5 m sepanjang 5 m.

## Pemilihan Turbin
Untuk menentukan jenis turbin yang akan digunakan, terlebih dahulu diketahui tinggi terjun efektif dan debit air.

## Perhitungan tinggi terjun air
Tinggi terjun yang direncanakan dalam penelitian ini adalah 12 m dan untuk mendapatkan tinggi terjun efektif maka H kotor = 12 m dan H rugi = 25 % dari H kotor.

## Gambar 3 Tinggi Terjun Air
H kotor   = 12 m H bersih   = H kotor – H rugi H bersih   = 12 –  0,25 X 12 m H bersih   = 12 –  3 m H bersih   =  9 m
Kehilangan tinggi pada belokan pipa
Pipa pesat yang digunakan pada perencanaan PLTMH tidak memilki belokan sehingga tidak ada rugi- rugi pada belokan pipa.
h L3 =  0

## Kehilangan tinggi akibat penyempitan mendadak
Perencanaan diameter pipa pesat yang digunakan pada PLTMH sama, dari atas kebawah sehingga tidak ada rugi-rugi akibat penyempitan medadak.
h L3 =  0 Perhitungan Daya Hydro Perhitungan daya hydro yang dapat dibangkitkan adalah: P hydro =  g .Q.H efektif. ρ =  9,8 x 0,28 x 9 x 1 = 24,69  kW
Perhitungan Daya Turbin
Daya pada turbin yang dapat dibangkitkan dengan efesiensi 85% adalah: P turbin = n turbin x p hydro = 0,85 x 24,69 kW =  20,98 kW

## Menentukan Kecepatan Jenis Turbin
Pemilihan  putaran  turbin  disesuaikan  dengan  putaran  generator  yang  digunakan,  pada  perencanaan PLTMH yang digunakan adalah generator asinkron empat kutub dengan slip 2%, sehingga rotor harus diputar pada kecapatan 1470 rpm apabila difungsikan sebagai generator untuk mendapatkan frekuansi 50 Hz.
Perencanaan  PLTMH  menggunakan  mekanisme  penyesuaian  putaran  dengan  transmisi  sabuk  V, perbandingan kopel antara poros roda tubin dengan poros generator adalah 2:3 sehingga putaran turbin yang dikopel dengan generator adalah:
𝑛 𝑇 = 2 3 𝑥1470
= 980 rpm jadi putaran turbin adaah 980 rpm, dengan demikian kecepatan jenis dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
n s = n x√𝑄 𝐻 3/4 = 980 x√0,28
9 3/4
= 518,567 5,196 = 99,8 rpm Dari perhitungan hasil ternyata yang memenuhi karakteristik adalah: Q = 0,28 m 3 /detik H = 9 m n S = 99,8 rpm Dari data diatas maka dipilih jenis turbin Crossflow atau turbin Banki – Mitchell .

## Penentuan Jenis Generator
Perhitungan Daya Generator
Daya pada generator yang dapat dibangkitkan dengan efisiensi 90% adalah
P Gen = n Gen x P Turbin
= 0.9 x 20,98 kW
=18,88 kW
Faktor daya diambil sebesar 0,8 sehingga kapasitas daya generator adalah:
PS  = 𝑃 𝐺 cos 𝜑 =18,88 kW / 0,8 =23,6 kVA

## 4.0 KESIMPULAN
Debit air yang telah didapat sesuai hasil perhitungan untuk PLTMH di Desa Tawa Kecamatan Gane Barat Selatan Kabupaten  Halmahera  Selatan  adalah  debit  air  0,28  m 3 /det  Tinggi  terjun  air  yang  telah  didapat  sesuai  hasil perhitungan  untuk  PLTMH  adalah  Hbersih  =  9  meter.  Konstruksi  bak  air  dengan  volume  luas  4  m,  saluran  air masuk 70 cm x 30 cm, saluran pembilas 40 cm x 10 cm. Diameter pipa pesat 12 cm dan tebal dinding 30 cm serta panjang pipa pesat yang direncanakan 19,20 meter. Rumah turbin berukuran luas bangunan 4 m x 4 m. Jenis turbin yang digunakan pada perencanaan ini adalah Turbin Crossflow . Daya generator yang dibangkitkan untuk penelitian ini  sebesar  23,6  kVA.  Jenis  Generator  yang  digunakan  pada  PLTMH  di  Desa  Tawa  adalah  Generator  3  pasa. Tegangan Generator 400V / 220V dengan Jumlah Kutub 4 Kecepatan Putar 1500 rpm Frekuensi 50 Hz.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan Terima Kasih dan Penghargaan setinggi-tingginya  kepada Fakultas Teknik yang telah membiayai penelitian ini.

## References
[1]  Faizal Abubakar. (2010). Studi Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga ,Mikrohidro (Pltmh) Di Sungai Gofto Desa Bibinoi Kecamatan Bacan Timur Tengah Kabupaten Halmahera Selatan (P. 62).
[2]  Purnama,  A.  (2018). Studi  Kelayakan  Pembangunan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikrohidro  Studi  Kasus: PLTMH  Minggir  Pada  Saluran  Irigasi  Minggir  Di  Padukuhan  Klagaran  Desa  Sendangrejo  Kecamatan Minggir Kabupaten Sleman . 93–111. Https://Doi.Org/10.31227/Osf.Io/9nkym
[3]  Putra,  I.  G.  W.,  Weking,  A.  I.,  &  Jasa,  L.  (2018).  Analisa  Pengaruh  Tekanan  Air  Terhadap  Kinerja PLTMH Dengan  Menggunakan  Turbin  Archimedes  Screw. Majalah  Ilmiah  Teknologi  Elektro ,
17 (3), 385.
Https://Doi.Org/10.24843/Mite.2018.V17i03.P13
[3]  Sukamta,  S.,  &  Kusmantoro, A.  (2013).  Perencanaan  Pembangkit  Listrik Tenaga  Mikro Hidro  (Pltmh) Jantur   Tabalas Kalimantan
Timur. Jurnal
Teknik Elektro Unnes , 5 (2), 58–63. Https://Doi.Org/10.15294/Jte.V5i2.3555
[4]  Sunarlik, W. (2017). Prinsip Kerja Generator Sinkron. Prinsip Kerja Generator Sinkron , 6.