## PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO DI DESA KAYUNI KABUPATEN FAKFAK PROVINSI PAPUA BARAT
Muh. Misbachudin 1) , Desylita Subang 2) , Tri Widagdo 3) , Moch. Yunus 4)
1,2,3,4) Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya Jl. Srijaya Negara Bukit Besar Palembang 30139 Telp: 0711-353414, Fax: 0711-453211 Email:Misbahboshter84549@gmail.com

## ABSTRAK
Energi listrik merupakan alah satu sumber energi yang sangat berperan  penting  dalam kehidupan manusia, baik dalam sektor rumah tangga, pertanian, publik, maupun industri. Penyediaan energi listrik merupakan  salah  satu  infrastruktur  yang  wajib  dipenuhi  agar  kegiatan  masyarakat  di  suatu  daerah dapat berjalan denga baik, sehingga proes perkembangan pun dapat terlihat. Air merupakan salah satu potensi  utama  disetiap  pelosok  daerah,  namun  belum  dimanfaatkan  secara  maksimal,  sementara sampai saat ini kita tau bahwa air merupakan  salah satu energi yang dapat diperbaharui. Sehingga disaat kita  dapat memanfaatkan energi tersebut secara maksimal dan bertanggung jawab, kita tidak perlu  lagi  bergantung  pada  bahan  bakar  fosil  yang  sewaktu-waktu  dapat  mengalami  krisis ketersediaan,  salah  satu  potensi  alam  yang  belum  dimanfaatkan  adalah,  air  terjun  Kayuni  didesa Kayuni Kabupaten Fakfak, provinsi Papua Barat yang mempunyai tingggi jatuh air (Head) 7.5 m dan debitnya 1.61 m 3 per second sehingga dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan energi listrik dengan menggunakan  turbin  air  untuk  pemenuhan  energi  listrik  bagi  penduduk  di  sekitarnya.  Perancangan turbin  diawali  dengan  pemilihan  turbin  berdasarkan  putaran  spesifik  (N)  yang  dihitung  berdasarkan data  head  dan  debit  (Q)  yang  diperoleh,  setelah  diketahui    jenis  turbin    yang  sesuai  maka  dapat dilakukan  perancangan  turbin  (runner),  sudu,  nozel,  penstok  dan  poros  pada  perancangan  ini dihasilkan gambar kerja dari (runner, sudu, nozel, penstok dan poros yang nantinya  desain dari turbin impuls ini dapat  digunakan    dalam  berbagai  kondisi  yang  ada  di pelosok  Indonesia    sehingga pada akhirnya dapat membantu mengurangi krisis energi listrik yang terjadi.
Kata kunci: Micro hidro, head, debit , Runner,  sudu

## ABSTRACT
Electrical energy is one source of energy that plays an important role in human life, both in the household  sector,  agriculture,  public,  and  industry.  The  provision  of  electrical  energy  is  one  of  the infrastructures that must be fulfilled so that community activities in a region can run well, so that the development proes can be seen. Water is one of the main potential in every corner of the region, but not yet maximally utilized, while until now we know that water is one of the renewable energy. So that when we can utilize that energy maximally and responsibly, we no longer need to rely on fossil fuel which at any time can experience the crisis of availability, one of untapped natural potency is, waterfall kayuni, Kayuni Village Fakfak regency, Papua Barat  Province of which has a head fall 7.5 m and its debit 1.61 𝑚 3 Per second so that it can be utilized to generate electrical energy by using water turbines for the fulfillment of electrical energy for the surrounding population. The design of the turbine begins with the selection of turbines based on specific rounds (N) calculated based on head and discharge data (Q) obtained, after known the appropriate turbine type can be designed turbine (runner), blade, nozzle, shaver and shaft in this design The working drawings of the (runner, blade, nozzle, penstock and shaft that later design of this impulse turbine can be used in various conditions that exist in remote areas of Indonesia so that it can ultimately help reduce the energy crisis that happenedri.
Keywords: Micro hydro, head, debit, Runner, blade

## 1.  PENDAHULUAN

## 1.1  Latar Belakang
Kayuni  adalah  salah  satu  desa  yang  belum mendapatkan  fasilitas  listrik  dari  Perusahaan  Listrik Negara  (PLN)  Kabupaten  Fakfak,  karena  kapasitas daya  listrik  dari  PLN  yang  belum  memadai,  serta insfrastruktur  yang  ada  di  Desa  Kayuni  belum mendukung  karena  berada  jauh  dari  pusat  kota, sehingga berakibat pada tidak meratanya
pendistribusian  listrik  dalam  menerangi  sebagian pelosok  desa.  Masyarakat  Desa  Kayuni  selama  ini menggunakan  penerangan  dengan  petromak  atau pelita  dan  mesin  genset,  namun    hanya  sekitar  5% masyarakat  yang  mampu  memiliki  mesin  tersebut. Penggunaan  petromak  atau  pelita  serta  genset  ini mengakibatkan  pengeluaran  masyarakat  menjadi besar pada upaya memperoleh bahan bakar minyak, sekaligus mempengaruhi waktu belajar dimalam hari bagi  pelajar-pelajar  yang  menempuh  pendidikan,
bahkan  mempengaruhi  tingkat  efisiensi    pelayanan publik  yang  pada  dasarnya  membutuhkan  aliran listrik.
Desa Kayuni, Distrik Kramomongga memiliki dua aliran  sungai  yaitu  sungai  Kayuni  dan  sungai Ubadari,  dengan  panjang  total  sungai  sekitar  500 meter  yang  berlokasi  sekitar  100-150  meter  dari perumahan  penduduk.  Kedua  sungai  ini  memiliki elevasi  yang cukup baik sehingga menghasilkan air terjun  dengan  tinggi  terjunan  sekitar  20  meter. Berdasarkan  potensi  sumberdaya  air  yang  terdapat didesa  Kayuni,  didapatkan  ide  untuk  merancang pembangkit  listrik  skala  kecil  ( Mikro  Hidro )  yang diharapkan  dapat  membantu  masyarakat  setempat untuk memenuhi kebutuhan konsumsi listrik di Desa Kayuni.
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikrohidro  adalah suatu  pembangkit  listrik  berskala  kecil  yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjunan (head) dan jumlah debit air. Terutama pada besarnya  tenaga  listrik  yang  dihasilkan.  PLTA dibawah ukuran 200 KW PLTA di bawah ukuran 200 KW  digolongkan  sebagai  Mikrohidro.  Dengan demikian, sistem pembangkit Mikrohidro cocok untuk menjangkau  ketersediaan  jaringan  energi  listrik  di daerah-daerah terpencil dan pedesaan.

## 1.2  Tujuan Penelitian
 Mendapatkan  desain  dan  konstruksi  turbin impuls  pada  head  7,5  m  dan  debit  air  1,  61 m³/s.
 Mengetahui daya yang dihasilkan pada turbin impuls dengan  head 7,5 dan debit 1,61 m³/s.
 Sebagai salah satu solusi pemerataan energi listrik  di  wilayah  Indonesia,  khususnya masyarakat  di  Desa  Kayuni  Kabupaten Fakfak  yang  belum  mendapatkan  pasokan listrik, namun mempunyai potensi alam yang memadai, khususnya air.
 Sebagai salah satu sumber energi terbarukan seperti turbin kaplan.

## 1.3  Manfaat Penelitian
 Dengan  desain  dasar  yang  sesuai  dengan kondisi lapangan sebagai hasil studi perencanaan ini dapat menjadi masukan dan pengetahuan
tentang
perancangan
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro
(PLTMH)  bagi  masyarakat  di  Desa  Kayuni Distrik Kramomongga Kabupaten Fakfak.
 Dapat mengetahui daya yang dihasilkan.
 Dapat  digunakan  sebagai  masukan  dan pertimbangan  bagi  perencanaan    sejenis  di masa yang akan datang.
1.4  Batasan Masalah
 Daya yang dihasilkan turbin dengan pengambilan data debit air dan head secara langsung  pada  PLTMH  di  Sungai  Kayuni Distrik Kramomongga Desa Kayuni
Kabupaten Fakfak .
 Turbin yang digunakan untuk PLTMH adalah Turbin Impuls.
 Sesuai  data  yang  di  ambil  pada  sungai kayuni  memiliki  head  7,5  m  dan  debit  1,61 m³.
 Tidak membahas tentang bangunan pendukung.

## 2.  LANDASAN TEORI

## 2.1  Pandangan Umum  PLTMH
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah  pembangkit  listrik  berskala  kecil,  berkisar antara  100-200  kW,  yang  memanfaatkan  tenaga atau  aliran  air  sebagai  sumber  penghasil  energy. PLTMH  termasuk  sumber  energi  terbarukan  dan layak disebut clean energy karena ramah lingkungan.  Dari  segi  teknologi,  PLTMH  dipilih karena konstruksinya sederhana, mudah dioperasikan  serta  mudah  dalam  perawatan  dan penyediaan  suku  cadang.  Secara  ekonomi,  biaya operasi dan perawatannya relative murah, sedangkan  biaya  investasinya  cukup  bersaing dengan pembangkit listrik lainnya. PLTMH biasanya dibuat  dalam  skala  kecil  untuk  daerah  pedesaan  di daerah-daerah  terpencil  yang  belum  mendapatkan pasokan listrik dari PLN. Tenaga air yang digunakan dapat  berupa  aliran  air  pada  system  irigasi,  sungai yang dibendung atau air terjun (Ismono, 1999).
2.2  Tingi Jatuh Air ( Head )
Head didefinisikan  sebagai  energi  per  satuan berat fluida. Satuan dari head (H) adalah meter atau feet fluida . Di dalam pompa, head diukur dengan cara menghitung beda tekanan total antara pipa isap dan pipa  tekan,  bila  pengukuran  dilakukan  pada ketinggian yang sama.
Tinggi jatuh tergantung kepada geografi lokasi. Pada dasarnya pembangkit mikro hidro digolongkan dalam dua  kategori  yang  menentukan  jenis  turbin  yang akan dipakai yaitu tinggi jatuh rendah  yang dihitung dari titik 0 (nol) sampai 20 meter dan tinggi jatuh yang lebih dari 20 meter
2.3 Debit (Aliran Air)
Debit aliran  sungai  adalah  volume  air  sungai yang mengalir dalam  satuan    waktu tertentu. Debit air  sungai  merupakan  tinggi  permukaan  air    sungai yang  terukur  oleh  alat  ukur  pemukaan  air  sungai. Dalam  sistem  satuan  SI  (satuan  Internasional) besarnya debit dinyatakan dalam satuan meter kubik per detik ( m 3 /s).
Turbin  air  adalah  alat  untuk  mengubah  energi potensial air menjadi menjadi energi mekanik. Energi mekanik  ini  kemudian  diubah  menjadi  energi  listrik oleh  generator.  Untuk  menghasilkan  listrik,  maka sumber  air  yang  digunakan  sebagai  sumber  energi harus  bergerak  seperti  air  terjun  atau  air  mengalir. Ketika air  yang  jatuh dari ketinggian tertentu  akibat gaya  gravitasi, maka di dalam air tersebut memiliki energi    potensial  yang    dapat    digunakan  sebagai sumber  energi  listrik.  Sebelum  dikonversi  menjadi energi  mekanik  oleh  turbin,  energi  potensial  yang digunakan dikonversi terlebih dahulu menjadi energi kinetik. Energi kinetik dari air kemudian memberikan daya  dorong  atau  tekanan  terhadap sudu atau baling-baling  turbin,  sehingga  bentuk  energi  kinetik dari  air  dikonversi  menjadi  energi    mekanik.  Turbin tersebut  digunakan  untuk  menggerakan  rotor generator  yang  kemudian  mengkonversi  energi mekanik menjadi energi listrik dan sistem ini   disebut pembangkit  listrik tenaga air.
Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi . Ada  beberapa  klasifikasi  pembangkit  listrik berdasarkan power  output yang  dihasilkan  seperti terlihat pada tabel dibawah ini :
Tabel 1. Klasifikasi Pembangkit Listrik Klasifikasi Power Output Besar Menengah Kecil Mini Mikro Piko >100 MW 10-100 MW 1-10 MW 100 KW – 1 MW
5 – 100 KW/ <5 KW
Jenis-jenis  turbin  air  dapat  dikategorikan  dalam dua  jenis  turbin  yang  terlihat  pada  diagram  dengan masing-masing jenis turbin terbagi sebagai berikut :
2.5  Turbin Impuls (Aksi)
Secara  umum  turbin impuls merupakan  mesin dengan head yang  tinggi,      dan  laju  aliran  yang rendah, sedangkan turbin  reaksi merupakan mesin dengan head yang rendah dan laju aliran yang tinggi. (Munson, Bruce. 2005) Turbin impuls adalah  turbin  air  yang  cara kerjanya dengan  merubah seluruh  energi air  yang terdiri dari energi potensial-tekanan-kecepatan yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga  menghasilkan  energi    mekanik  dalam bentuk    putaran    poros.    Atau    dengan    kata    lain, energi potensial  air  diubah  menjadi energi  kinetik. Contoh  turbin impuls adalah  turbin Pelton dan turbin Cross Flow . (Luknanto, Joko, 2007)

## 2.6  Turbin Reaksi
Turbin  reaksi  adalah  turbin  yang  cara  kerjanya merubah  seluruh  energi  air  yang  tersedia  menjadi energi  kinetik.  Turbin  jenis  ini  adalah  turbin  yang
paling  banyak  digunakan. Sudu pada  turbin  reaksi mempunyai  profil  khusus  yang  menyebabkan terjadinya  penurunan  tekanan  air  selama  melalui sudu . Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu  sehingga runner dapat  berputar.  Turbin  yang bekerja  berdasarkan  prinsip  ini  dikelompokkan sebagai  turbin  reaksi. Runner turbin  reaksi sepenuhnya  tercelup  dalam  air  dan  berada  dalam rumah turbin

## 2.7  Jenis-jenis Turbin
Jenis-jenis turbin terdiri ari beberapa jenis, yaitu :
 Turbin Pelton
Gambar 1. Turbin Pelton http://turbin-pelton.blogspot.co.id/2010/09/
Turbin Pelton termasuk jenis turbin impuls yang merubah  seluruh  energi  air  menjadi  energi kecepatan  sebelum  memasuki  runner  turbin. Perubahan  energi  ini  dilakukan  didalam nozle dimana air yang semula mempunyai energi potensial yang tinggi diubah menjadi energi kinetis. Pancaran air  yang  keluar  dari nozle akan  menumbuk bucket yang dipasang tetap sekeliling runner dan garis pusat pancaran  air  menyinggung  lingkaran  dari  pusat bucket . Kecepatan  keliling  dari bucket akibat  tumbukan yang  terjadi  tergantung  dari  jumlah  dan  ukuran pancaran serta kecepatannya. Kecepatan pancaran tergantung  dari  tinggi  air  di  atas nozle nya  serta effisiensinya.
 Turbin Turgo

## Gambar 2. Turbin Turgo
http://www.micro-hydro-power.com/Turgo-Inclined- Jet-Turbine.htm
Turbin turgo Dapat  beroperasi  pada head 30 sampai  dengan  300m.  Seperti  turbin pelton turbin turgo merupakan  turbin impulse, tetapi  sudunya berbeda dan keuntungan kerugiannya juga sama.

##  Turbin Cross Flow
Gambar 3. Turbin Cross Flow http://cink-hydro-energy.com/id/turbin-crossflow/
Turbin Cross  Flow adalah  salah  satu  turbin  air dari  jeis  turbin  aksi    ( impulse  turbine ).  Pemakaian jenis  Turbin Cross  Flow lebih  menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air maupun jenis turbin  mikro  hidro  lainnya.  Penggunaan  turbin  ini untuk  daya  yang  sama  dapat  menghemat  biaya pembuatan  penggerak  mula  sampai  50%  dari penggunaan  kincir  air  dengan  bahan  yang  sama. Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran turbin Cross-Flow lebih  kecil  dan  lebih  kompak  dibanding kincir air.
 Turbin Francis
Gambar 4. Turbin Francis http://repository.usu.ac.id/bitstream/handle/1234567 89/38777/Chapter%20II.pdf;jsessionid=16441EF4A B4A10CA5668917E2992E624?sequence=4
Turbin Francis merupakan  salah  satu  turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian  keluar.  Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah  mengarahkan  air  masuk secara tangensial.
Turbin francis bekerja  dengan  memakai  proses tekanan lebih. Pada  waktu air masuk ke roda jalan, sebagian  dari  energi  tinggi  jatuh  telah  bekerja  di dalam sudu pengarah  kemudian  diubah  sebagai kecepatan  air  masuk.  Sisa  energi  tinggi  jatuh dimanfaatkan dalam sudu jalan, dengan adanya pipa isap  memungkinkan  energi  tinggi  jatuh  bekerja  di sudu jalan dengan semaksimum mungkin.
 Turbin Kaplan Propeller
Gambar 5. Turbin Kaplan Propeller http://2.bp.blogspot.com/- uq9hsRX0pvM/VPuRVYYCUoI/AAAAAAAAALU/clU nAJyOP8/s1600/Kaplan_Turbin_Water_turbin.png
Turbin Kaplan termasuk  kelompok  turbin  air reaksi jenis
baling-baling
( propeller ). Keistimewaannya  adalah  sudut  sudu  geraknya ( runner )  bisa  diatur  ( adjustable  blade )  untuk menyesuaikan  dengan  kondisi  aliran  saat  itu  yaitu perubahan debit air.  Pada  pemilihan  turbin didasarkan  pada  kecepatan  spesifiknya.  Turbin Kaplan ini  memiliki  kecepatan  spesifik  tinggi  ( high spesific speed ). Turbin kaplan bekerja pada kondisi head rendah dengan debit besar . Pada perancangan turbin Kaplan ini meliputi perancangan komponen  utama  turbin  Kaplan  yaitu sudu gerak ( runner ), sudu pengarah ( guide vane ), spiral casing , draft  tube dan  mekanisme  pengaturan  sudut  bilah sudu gerak.

## 2.8  Turbin Cross Flow
Gambar 6. Model Turbin Cross Flow http://www.powerpal.co.uk/ppsxfl.html
Turbin Cross  Flow adalah  salah  satu  turbin  air dari jenis turbin aksi  ( impulse turbine ). Prinsip kerja turbin  ini  ditemukan  oleh  seorang  insinyur  Australia yang  bernama  A.G.M.  Michell  pada  tahun  1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini  diberi  nama  Turbin Banki kadang  disebut  juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960). Pemakaian  jenis  Turbin Cross  Flow lebih menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air  maupun  jenis  turbin  mikro  hidro  lainnya. Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat menghemat  biaya  pembuatan  penggerak  mula sampai  50%  dari  penggunaan  kincir  air  dengan bahan  yang  sama.  Penghematan  ini  dapat  dicapai karena ukuran Turbin Cross Flow lebih kecil dan lebih kompak dibanding kincir air. Diameter kincir air yakni
roda  jalan  atau  runnernya  biasanya  2m  ke  atas, tetapi  diameter  Turbin Cross  Flow dapat  dibuat hanya  20cm  saja  sehingga  bahan-bahan  yang dibutuhkan  jauh  lebih  sedikit,  itulah  sebabnya  bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata  turbin  ini  lebih  tinggi  dari  pada  daya  guna kincir  air.  Hasil  pengujian  laboratorium  yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70% sedang  effisiensi turbin Cross Flow mencapai 82% (Haimerl, L.A., 1960). Tingginya effisiensi Turbin Cross Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali,  yang  pertama  energi  tumbukan  air  pada sudu- sudu pada  saat  air  mulai  masuk,  dan  yang  kedua adalah  daya  dorong  air  pada sudu-sudu saat  air akan  meninggalkan runner .  Adanya  kerja  air  yang bertingkat  ini  ternyata  memberikan  keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan  pada  sistim  pengeluaran  air  dari runner .
2.9  Bagian-bagian Utama Turbin Cross flow
Bagian-bagian utama turbin cross flow terdiri dari :
Gambar 7. Bagian-bagian turbin cross flow http://air.eng.ui.ac.id/tikiview_forum_thread.php?co mments_parentId=6061&display=print
Keterangan :
1.  Elbow
2.  Poros katup
3.  Katup
4.  Nozel
5.  Runner
6.  Rangka pondasi
7.  Rumah turbin
8.  Tutup turbin
9.  Rumus Dasar Perencanaan PLTMH
Kita  dapat  menghitung  daya  yang  akan dibangkitkan  dalam  perencanaan  sebuah  PLTMH dengan rumus :
P  = 𝜌 x Q   x   H   x   G (1) Dimana : P  = Daya terbangkit (watt) 𝜌 =  Berat massa jenis air yang mengalir Q = Debit air dalam ( m s ⁄ ) H =   Beda Tinggi (meter)
G      =  Grafitasi (9,81) ( m s ⁄ )
Eff      =      Effisiensi  tergantung  dari  pengukuran menggunakan alat atau pengukuran manual

## 2.10 Perhitungan Geometri Sudu
Gambar 8. Konstruksi Geometri Sudu dan Bentuk Penampang Disk Runner
Untuk  memungkinkan  perencanaan runner dengan  benar, geometri  sudu harus  ditentukan. Dalam  pelaksanaannya,  besar-besaran  berikut ditetapkan  atas  dasar  pertimbangan  hidrolis  dan segitiga-segitiga kecepatan yang dimulai:
𝑅 1 = Jari-jari lingkar luar runner 𝑅 2 = Jari-jari lingkar dalam runner , tempat kedudukan salah satu ujung kerangka sudu
𝛽 1 = Sudut sudu sisi masuk 𝛽 2 = Sudut sudu sisi ke luar
Sumbu penampang  lintang atau garis kerangka sudu merupakan  bagian  dari    lingkaran  seperti lazimnya  pada  turbin  aliran  silang.  Parameter geometris lainnya adalah:
𝑅 𝑏 = J ari-jari kelengkungan sudu 𝑅 𝑝 = Jari-jari lingkaran tusuk 𝛿 = Sudut kelengkungan sudu
Untuk  menyatakan  hubungan  geometris  antara besaran-besaran 𝑅 1, 𝑅 2 , 𝛽 1 , 𝛽 2 ,  dan Γ 𝑏 , Γ 𝑝 , 𝛿 diperlukan  adanya  parameter  tambahan  lain  pada gambar yaitu : 𝜀, 𝜉, ∅, c dan d. a. Jarak (c)
c =   √𝑅 1 2 + 𝑅 2 2 − 2 𝑥 𝑅 1 𝑥 𝑅 2 cos(𝛽 1 +   𝛽 2 ) (2)
b.
Sudu (𝜀)𝜺 = 𝑎𝑟𝑐  sin( 𝑅2  sin(𝛽1+ 𝛽2) 𝑐 ) (3)
c.
SuduT ( 𝜀)𝜀 = 180 −   (𝛽 1 + 𝛽 2 +  𝜀) (4) d. Φ (Teta) Φ =   𝛽 1 + 𝛽 2 −   (180 − 2 𝜀) (5) e. Lebar setengah sudu (d) 𝑑 1 = R1 sin(ϕ)
2 sin(180°−𝜀) (6)
f.
Jari-jari kelengkungan sudu ( 𝛽 ) 𝜎 = 180° 2 (𝛽 1 −  𝜀) (7) g. Jari-jari kelengkungan sudut sudu ( 𝑟 𝑏 ) 𝑟 𝑏 = 𝑑 cos 𝛽1+𝜀 (8) h. Jari-jari lingkaran
tusuk ( 𝑟 𝑝 ) r p = √R b ² + R 1 ² − 2 x R b x R 1 cos β 1 (9)
i.
Jarak antara sudu t = k x 𝐷1
𝑆𝑖𝑛 𝛽1
(10)
j.
Jumlah sudu 𝑁 = 𝜋 𝑥 𝐷1 𝑡 (11)

## 2.11 Proses  perubahan potensial  air menjadi tenaga mekanik
Turbin  air  adalah  alat  untuk  menggubah potensial air menjadi energi kinetik. Energi mekanik ini  kemudian    di  ubah  menjadi  energi  listrik  eleh generator.  Perhitungan  energi  tersebut  dihitung menggunakan persamaan :
Mengitung tenaga potensial air dengan menggunkan persamaan :
𝑃 𝑎 = 𝑚 . 𝑔 . 𝐻
(12)
Menghitung  kecepatan  air  keluar  nozeel  dengan persamaan :
𝑎    =   √2 𝑥 𝑔 𝑥 𝐻
(13)
Menghitung tenaga kinetik dengan persamaan :
𝑃 𝑘 = 1 2 . 𝑚 . 𝑣 𝑎
(14)
Mencari  kecepatan  keliling  roda  turbin  dengan pertamaan :
𝑣𝑑  = 𝜋 𝑥 𝐷 𝑥 𝑛
𝑡 (15)
Mencari kecepatan air keluar sudu :
v d =   √v a ² + v d ² − 2 x v a x v d cos β 1 (16)
Mencari kecepatan kofisien gesek : v𝑎k =  ʄ x vr (17)
Mencari power turbin yang di hasilkan :
Pt  = 1 2 𝑥 𝑚 𝑥 𝑣𝑎² − 1 2 𝑥 𝑚 𝑥 𝑣𝑎𝑘² (18)
Keterangan :
s =  Jarak (m)
t =  Waktu (detik) D = Diameter (m) n = Putaran (Rpm) R = Jari- jari (m) 𝑃 𝑎 =  𝑡𝑒𝑛𝑎𝑔𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟 (Nm/s) Vd = kecepatan keliling roda (m/s) Pt = power air (Nm/s) m = berat massa jenis air ( N/ m)

## 3.  METODE PELAKSANAAN

## 3.1  Tempat dan Waktu Pelaksanaan
Pengambilan  data  untuk  perancangan  turbin Cross  Flow untuk  skala  PLTMH  ini  dilaksanakan  di Desa  Kayuni,  Kabupaten  Fakfak  Provinsi  Papua Barat.

## 3.2  Waktu Pelaksanaan
Waktu  pelaksanaan  penyusunan  proposal  dan pengambilan data hingga proses perancangan turbin Cross  Flow ini  dilakukan  selama    5  bulan  yang dimulai  pada  bulan  Maret  hingga  Juli  2017.  Waktu pelaksanaan  akan  dijelaskan  dalam  tabel  waktu pelaksanaan berikut ini :
Tabel 2. Waktu Pelaksanaan
3.3  Prosedur Perancangan Turbin Cross Flow
Tahap  perencanaan  sebuah  turbin  sangat dipengaruhi  oleh  data  yang  diperoleh  dilapangan, data  tersebut  berupa  potensi  tinggi  jatuh  air  (H), besar debit air  (Q),  kondisi  kontur  atau  tanah  yang ada. Dimensi turbin  yang akan didisain disesuaikan dengan  kapasitas  dan head yang  ada  yang  selalu dirancang  maksimal  sebesar  potensi  yang  tersedia. Dimana  perencanaan  menggunakan  persamaan- persamaan pada bab sebelumnya. Setelah diketahui dimensi  dari  turbin  air  yang  akan  dibuat  kemudian digambar dengan skala tertentu, agar mempermudah dalam proses pembuatan. Dari hasil survei dilapangan didapat hasil pengukuran sebagai berikut :
1. Debit : 1,61 m 3 s ⁄ 2. Head : 7,5 m
3.  Luas penampang : 0, 84 m²
4.  Diameter penstock yang tersedia yaitu  32 cm
3.4  Perencanaan Daya Potensial Air
𝑃        =  𝜌 x g x H x Q
=  1000 x 9,81 x 7,5 x 1,61
𝑃       =  118. 455 Nm s
⁄ Diperoleh daya potensial air 118. 455 Nm s ⁄ = 118. 455 watt
P     =  Daya terbangkit (Watt) 𝜌 =  Berat massa jenis air yang mengalir z Q     = Debit air dalam ( m s ⁄ ) H     =   Beda Tinggi (meter) G     =  Grafitasi (9,81) ( m s ⁄ )

## 3.5  Perencanaan Daya Keluaran Turbin
Gρ  =  e x 𝑃 =  0,85% x 118. 455 Gρ  =  105. 424 watt
Diperoleh  daya  yang  dihasilkan  turbin  adalah  105. 424 watt
Gρ =  Gaya keluaran turbin e     =  Efisiensi turbin
 Perencanaan Runner Turbin
Gambar 9. Runner turbin
- Diameter Runner
Ditentukan  diameter runner ditentukan  dengan lebar = 35 cm dan panjang = 35 cm
- Geometri sudu
𝑅 1 = 150 mm 𝑅 2 = 100 mm 𝛽 1 = 30 ° 𝛽 2 = 90 ° k. Jarak (c)
c  =   √𝑅 1 ² + 𝑅 2 ² − 2 𝑥 𝑅 1 𝑥 𝑅 2 cos(𝛽 1 +   𝛽 2 ) =   √150² + 100² − 2 𝑥 150 𝑥 100  cos(30° +  90°) c  =  217, 94 mm
- Sudu (𝜀)
𝜺 = 𝑎𝑟𝑐  sin( 𝑅
2 sin(𝛽 1 +   𝛽 2 ) 𝑐 ) 𝜺 = 𝑎𝑟𝑐  sin( 100  sin(30° +  90°) 217, 94 ) = 23, 41° - Sudut ( 𝜉)
𝜉 = 180 −   (𝛽 1 + 𝛽 2 +  𝜀) = 180 −   (30° + 90° +  23, 41°) 𝜉 = 36, 59°
- Φ (Teta)
Φ =   𝛽 1 + 𝛽 2 −   (180 − 2 𝜀) = 30° + 90° −   (180 − 2 𝑥 36,59°) = 13. 18 °
- Lebar setengah sudu (d)
𝑑 1 = R 1 sin(ϕ) 2 sin(180° − 𝜀) = 150  sin(13, 18)
2 sin(180° − 36, 59°) 𝑑 1 =  57, 37 mm
- Jari-jari kelengkungan sudu ( 𝛽 )
𝜎 = 180° 2 (𝛽 1 −  𝜀) = 180° 2 (30° −  23, 41) 𝜎 = 73, 18°
- Jari-jari kelengkungan sudut sudu ( 𝑟 𝑏 ) 𝑟 𝑏 = 𝑑 cos 𝛽 1 + 𝜀 = 57, 37
cos(30° + 23, 41)
𝑟 𝑏 = 96, 24 mm
- Jari-jari lingkaran rusuk ( 𝑟 𝑝 )
r p =   √R b ² + R 1 ² − 2 x R b x R 1 cos β 1
=   √96,42² + 150² − 2 x 96, 24 x 150  cos 30° r p =  82, 20 mm
- Jarak antara sudu
t = k x D 1 sin β 1
= 0,077 x 30cm sin 30° t =  4, 62 mm - Jumlah sudu 𝑁 = 𝜋 𝑥 𝐷 1 𝑡 𝑁 = 3, 14 𝑥 30 4, 62 𝑁 =  20 buah

##  Perhitungan Tenaga Turbin
Gambar 10. Segitiga Kecepatan Turbin
Menghitung  tenaga  potensial  air  dengan menggunakan persamaan :
𝑃 𝑎 = 𝑚 . 𝑔 . 𝐻 = 1000 x 9,81 x 7,5 = 73, 575 Nm s ⁄
Menghitung kecepatan air keluar nozeel dengan persamaan:
v 𝑎    =   √2 𝑥 𝑔 𝑥 𝐻
=   √2 𝑥 9, 81 𝑥 7,5 = 12, 13 m s ⁄ Menghitung tenaga kinetik
𝑃 𝑘 = 1 2 . 𝑚 . 𝑣 𝑎 ² = 1 2 𝑥 1000 𝑥 12, 13² = 73, 568 m/s
Mencari kecepatan keliling roda turbin
𝑣𝑑  = 𝜋 𝑥 𝐷 𝑥 𝑛
𝑡 = 𝜋 𝑥 2𝑅 𝑥 𝑛 60 = 𝜋 𝑥 𝑅 1 𝑛 30 = 3, 14 𝑥 0, 15 𝑥 1500 30 = 23, 55 m/s
Mencari kecepatan air keluar sudu :
v d =   √v a ² + v d ² − 2 x v a x v d cos β 1
= √12, 13² + 23, 55² − 2 x 12, 13 x 23, 55  cos 16 °
= √150, 26 = 12, 2474 m/s
Mencari kecepatan kofisien gesek : v𝑎k =  ʄ x vr = 0, 98 x12, 2474 = 12, 005 m/s
Mencari power turbin yang di hasilkan : Pt  = 1 2 𝑥 𝑚 𝑥 𝑣𝑎² − 1 2 𝑥 𝑚 𝑥 𝑣𝑎𝑘² = 1 2 x m  ( va² - vak² )
= 1 2 x 1000 x ( 12,13² -  12, 005² ) = 1508, 43 Nm /s
𝑈 1 = ɸ 1 +  𝜓 𝐶 1 cos 𝛼 1 = 0, 98 1 + 0, 98 12, 13  cos 𝛼 1
U 1 =  5, 81  m s ⁄
Persamaan  untuk  memperoleh  kecepatan  putar turbin :
𝑈 1 = ɸ 1 +  𝜓 𝐶 1 cos 𝛼 1 = 0, 98 1 + 0, 98 12, 13  cos 𝛼 1
U 1 =  5, 81  m s ⁄ 𝑣 = 𝑠 𝑡 = 𝜋 𝑥 𝐷 𝑥 𝑛 𝑡 = 𝜋 𝑥 2𝑅 𝑥 𝑛 60 = 𝜋 𝑥 𝑅 𝑥 𝑛 30 𝑈 1 = 𝜋 𝑥 𝑅 1 𝑛 30
𝑛  = 30 𝑥 23,55 𝜋 𝑥 0,15
=   370 Rpm
v = Kecepatan (m/s) s =  Jarak (m) t =  Waktu (detik) D = Diameter (m) n = Putaran (Rpm) R = Jari- jari (m) 𝑃 𝑎 =  𝑡𝑒𝑛𝑎𝑔𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟 (Nm/s) Vd = kecepatan keliling roda (m/s) Pt = power air (Nm/s) m = berat massa jenis air ( N/ m)
4.  PEMBAHASAN
4.1  Analisis Hasil Perhitungan Teoritis Dalam proses analisa akan dilakukan perbandingan  antara  efisiensi  turbin  yang  diperoleh secara  teoritis  dan  efisiensi  turbin  yang  diperoleh berdasarkan  hasil  pengujian  (eksperimen).  Setelah diketahui perbandingan efisiensi turbin  dari masing- masing  perhitungan  kemudian  dilakukan  analisa faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi turbin baik secara teoritis maupun pengujian (eksperimen).
Adapun  hasil  perhitungan  dijabarkan  dalam tabel 3. dibawah ini :
Tabel 3. Hasil Perhitungan

## 4.2  Pemeliharaan Turbin Air PLTMH
Tujuan  pemeliharaan  adalah  untuk  mencegah terjadinya  gangguan  pada  saatunit  beroperasi, sehingga tidak mengakibatkan kerusakan yang lebih besar  atau  fatal  dan  peralatan  tersebut  mempunyai masa  pakai  yang  lebih  lama,menghasilkan  unjuk
kerja  yang  lebih  baik  serta  tingkat  keselamatan lebihterjamin. Pada umumnya pemeliharaan komponen  turbin  air  dan  alat  bantunya  dilakukan dalam 2 kategori, yaitu :
 Pemeliharaan yang bersifat Rutin.
 Pemeliharaan yang bersifat Periodik.
 Pemeriksaan Rutin
Pemeriksaan yang bersifat rutin ialah pemeliharaan  yang  dilakukan  secara  berulang dengan periode waktu harian, mingguan dan bulanan dengan kondisi sedang beroperasi.
 Pemeliharaan Periodik
Pemeriksaan  yang  bersifat  periodik  ialah pemeriksaan  yang  dilakukan  berdasarkan  lama operasi dari turbin air, yang diklasifikasikan :
- Pemeriksaan sederhana, setiap 8.000 jam.
- Pemeriksaan sedang, setiap 20.000 jam.
- Pemeriksaan serius, setiap 40. 000 jam.
- Pemeriksaan periodik kegiatan yang dilakukan meliputi pembongkaran ( disassembly ), pemeriksaan ( inspection ) dan pengujian ( testin g).

## 4.3  Tindakan Pemeliharaan Turbin
 Pemeriksaan Rumah Turbin.
- Pemeriksaan  bagian  dalam  rumah  turbin, tutup  turbin  dan  pelindungtutup  turbin terhadap kerusakan. Bila ada kelainan harus diperbaiki  atau  diganti.  Pemeriksaan  baut-
baut dudukan rumah turbin. - Pemeriksaan dan pengukuran celah ( clearance ) sisi masuk dan sisikeluar antara tutup turbin dan runner. Bila harga clearance melebihi batas maximal yang telah ditentukan, harus diganti. Pengukuran celah ( clearance ) dilakukan sebelum dan sesudah diperiksa atau diperbaiki.
 Pemeriksaan Distributor Turbin -  Pemeriksaan  sudu-sudu  atur  terhadap kerusakan, bila rusak harusdiperbaiki.
-  Pengukuran  kerapatan  antara  masing  sudu atur  pada  posisi  sudu  atur  menutup  rapat. Bila  diperoleh  celah  yang  melebihi  harga yang  ditentukan  harus  diperbaiki  atau  distel kembali.
-  Pemeriksaan  dan  pengukuran  jarak  antara masing-masing  sudu  aturpada  posisi  sudu atur membuka penuh. Pengukuran kerapatan dan jarak dilakukan sebelum dan sesudah diperiksa atau diperbaiki.
-  Pemeriksaan  dan  pengukuran  celah  antara sudu  atur  dengan  cincindudukan  sudu  atur. Bila  harga  celah  melebihi  toleransi  yang ditentukan,  harus  diperbaiki  (sudu  atur diganti  atau  cincin  dudukan  sudu  atur diganti) Pengukuran celah dilakukan sebelum  dan  sesudah  diperiksa  atau diperbaiki.
 Pemeriksaan Runner.
-  Pemeriksaan  terhadap  kerusakan  (kavitasi, keausan, keretakan). Bila ada kelainan harus diperbaiki atau diganti.
-  Pemeriksaan  dan  pengukuran  celah  antara runner dengan tutup turbin. Bila ada kelainan harus diganti.
-  Pemeriksaan  pasak  dan  baut  antara  poros dan runner.
 Pemeriksaan Poros.
-  Pemeriksaan  dan  pengukuran  celah  antara poros  dan  bantalan.  Bila  harga  celah melebihi  toleransi  yang  ditentukan,  harus diperbaiki atau diganti.
-  Pemeriksaan  atau  pengukuran  kelurusan poros turbin generator ( run outshaft ).
-  Pemeriksaan dan pengukuran getaran poros pada  bantalan.  Bila  getaranmelebihi  batas, harus diperbaiki. Pengukuran getaran dilakukan sebelum dan sesudah inspection

## 5.  KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Perhitungan perancangan yang dilakukan berdasarkan  penelitian  terdahulu  maka  dihasilkan dimensi turbin yang sesuai dengan kondisi topografi di  Desa  Kayuni,  Kabupaten  Fakfak  Provinsi  Papua Barat.  Bagian  kelengkapan  turbin  yang  telah direncakan  pada  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro Hidro  ini  i  selajutnya  dapat  di  rencanakan pembangunannya  dikemudian  hari.  PLTMH  yang akan  dibangun  di  Desa  Kayuni,  Kabupaten  Fakfak Provinsi  Papua  Barat  memiliki  prestasi  yang dihasilkan turbin. diuraikan dalam tabel dibawah ini :
Dari tabel hasil prestasi turbin Dari hasil prestasi turbin  PLTMH  Desa  Kayuni  ini  dapat  disimpulkan bahwa Turbin Cross Flow PLTMH dapat menghasilkan  daya  maksimum  105424  watt; Efisiensi  Turbin  adalah  0,85%.  Generator  yang dipakai pada PLTMH adalah generator Multi Pro YC 905.4  1  Phasa,  ditentukan  dari  kecepatan  putar generator yaitu 1500 Rpm.
Berikut  merupakan  tabel  hasil  prestasi  Turbin yang diuraikab pada tabel berikut :

## 5.2  Saran
Dalam  proses  perencanaan  sebaiknya  perlu diperhitungkan ketersediaan komponen dan material turbin  sehingga  kedepan  dalam  proses  pelaksaan pembuatan tidak akan mengalami persoalan ketidak tersediaan  bahan.  Selanjutnya  untuk  menghasilkan perencanaan  yang  matang  perlu  dilakukan  survei lapangan yang lengkap untuk memvalidasi perhitungan  yang  benar-benar  sesuai  dengan kondisi di lapangan.

## DAFTAR PUSTAKA
 Anonim,  2009,  Modul  Pelatihan  Implementasi
Pembangunan  Mikrohidro  Berbasis  Masya- rakat,IMIDAP-M-011, Dirjen Listrik dan Pemanfaatan  Energi,  Kementerian  Energi  dan Sumber Daya Mineral, Jakarta.
 Anonim,  2009,  Modul  Pelatihan  Implementasi Pembangunan  Mikrohidro  Berbasis  Masya- rakat, IMIDAP-M-011, Dirjen Listrik dan Pemanfaatan  Energi,  Kementerian  Energi  dan
Sumber Daya Mineral, Jakarta.  Anonim, 2010, Buku Rencana
Induk
Pengembangan  Energi  Baru  Terbarukan  2010- 2025  (RIPEBAT),  Kementerian  Energi  dan Sumber Daya Mineral, Jakarta.
 Anonim, 2010, Buku Rencana
Induk
Pengembangan  Energi  Baru  Terbarukan  2010- 2025  (RIPEBAT),  Kementerian  Energi  dan
Sumber Daya Mineral, Jakarta.
 Furze,  2000,  Compendium  of  Small  Hidro, University of Aarhus, Denmark.
 Jorfri  B.  Sinaga  (2009):  Perancangan  turbin  air untuk  sistem  pembangkit  listrik  tenaga  mikro hidro: studi kasus Desa Way Gison, Kecamatan Sekincau,  Kabupaten  Lampung  Barat  Jurnal sains dan inovasi Penerbit : Lembaga Penelitian Universitas Sang Bumi Ruwa: Volume : 5 No : 1 Halaman
:
57-64 https://www.scribd.com/document/346333347/2 63485-PLTMH
 Lal,J, 1979,HydraulicMachine, Metropolitan Book, New Delhi.
 Mockmore,C.A., 1949, The Banki Water Turbine, Bulletin  Series  No.35,  Oregon  State  College,
Corvallis. http://fadhilsttpln07.blogdetik.com/200 9/04/29/penggunaan-turbin-cross-flow-pada- pembangkit-listrik-tenaga-mikrohidro .
 Scales, I,1991, Cross-flow  Turbine Design,  Soft
Technology 35 : 33-39
 Sularso, 2003, Elemen Mesin, Pradnya Paramitha, Jakarta.