https://journal.uny.ac.id/index.php/jee/

## PENGARUH DEBIT AIR TERHADAP TEGANGAN OUTPUT PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PICO HYDRO
Muhammad Luthfi Hakim 1 , Nurhening Yuniarti 2 , Sukir 3 , Eko Swi Damarwan 4
1,2,3,4 Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta Email: luthfihakim93@uny.ac.id

## ABSTRACT
Renewable  energy  is  an  alternative  energy  for  the  future.  The  potential  for  renewable  energy  in Indonesia  is  huge,  one  of  which  is  the  Hydroelectric  Power  Plant  (PLTS).  Power  values  for  under  500  W  are included  in  the  pico  hydro  category.  The  river  flow  in  every  village  in  Indonesia  has  great  potential  in developing  the  pico  hydro  Power  Plant.  This  study  aims  to  determine  the  effect  of  water  discharge  on  DC voltage  in  pico  hydro  power  plants.  The  installation  in  this  plant  consists  of;  water  inlet  (inlet),  turbine, generator, voltage indicator, and outlet (output). This research was conducted experimentally and carried out in Sungai  Pelang,  Sleman,  Yogyakarta.  The  results  showed  that  the  higher  the  inlet  (outlet)  and  the  value  of  the outlet (outlet) the greater the value of water discharge. The greater the value of water discharge, the greater the voltage generated. Discharge values and elevation differences greatly affect the pico hydro output voltage..
Keywords : Pico hydro, Turbine, Generator, Discharge, and Voltage.

## ABSTRAK
Energi  terbarukan  merupakan  energi  alternatif  untuk  masa  depan.  Potensi  akan  energi  terbarukan  di Indonesia sangat besar, salah satunya adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTS). Nilai daya untuk di bawah 500 W merupakan  masuk  kategori pico hydro.  Aliran  sungai  yang ada disetiap kampung di Indonesia  menjadi potensi  besar  dalam  mengembangkan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  pico  hydro.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui pengaruh debit air terhadap tegangan DC pada pembangkit listrik tenaga pico hidro. Instalasi pada pembangkit ini terdiri dari; saluran masuk air ( inlet ), turbin, generator, indikator tegangan, dan saluran buang air ( output ).  Penelitian  ini  dilakukan  secara  eksperimen  dan  dilaksanakan  di  Sungai  Pelang,  Sleman,  Yogyakarta. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi saluran masuk ( inlet ) dan nilai saluran buang ( outlet ) nilai debit air akan semakin besar. Semakin besar nilai debit air maka semakin besar Tegangan yang dihasilkan. Nilai debit dan perbedaan elevasi sangat berpengaruh terhadap tegangan output pico hydro.
Kata kunci : Pico hydro , Turbin, Generator, Debit, dan Tegangan.

## PENDAHULUAN
Dalam beberapa tahun terakhir, perkembangan  pembangkit    listrik  yang menggunakan sumber energi terbarukan meningkat  untuk  melindungi  lingkungan  dan mengurangi  efek  rumah  kaca  sebagai  akibat dari  penggunaan  bahan  bakar  fosil.  Inisiatif  ini telah  dilakukan  di  negara-negara  maju  dan dijadikan kebijakan untuk memberikan dorongan penelitian dan pengembangan bentuk- bentuk  alternatif  pembangkit  listrik  (Sergio,
2016).  Beberapa  pembangkit  yang  bekerja dengan  sumber  energi  terbarukan  yang  paling umum telah dikembangkan adalah: air, matahari, angin dan dari biomassa.
Saat  ini,  para  peneliti  memberikan masukan tentang pentingnya energi berkelanjutan,  terutama  telah  memaparkan bahwa bahan bakar fosil mahal dan karena efek negatif yang besar terhadap dampak lingkungan.  Energi  terbarukan  menghadirkan solusi  yang  paling  cocok  untuk  mendapatkan koneksi  yang  bagus  antara  energi  terbarukan
dan  pembangunan  berkelanjutan  (Elbatran, 2015). Peran energi terbarukan telah didefinisikan  sebagai  peranan  penting  bagi masalah  lingkungan  global.  Pembangkit  listrik tenaga air adalah contoh tipe efisien dari energi terbarukan  dan  aplikasi potensial untuk pembangkit  listrik  di  masa  depan.  Oleh  karena itu,  pembangkit  listrik  tenaga  air  tidak menghasilkan  emisi  udara  tetapi  dalam  banyak kasus  memiliki  efek  buruk  pada  kualitas  air, habitat  satwa  liar  dan  mencegah  migrasi  ikan, tetapi  baru-baru  ini,  teknologi  baru  seperti sistem  tenaga  vortex  air  gravitasi  dapat mengatasi  masalah  ini. Hydropower saat  ini merupakan  sumber  energi  terbarukan  yang paling  aman,  efisien  dan  andal,  berdasarkan penelitian-penelitian yang dilakukan.
Energi  terbarukan  menjadi  alternatif energi untuk masa depan di seluruh dunia. Sifat dari  energi  terbarukan  yang  bisa  dipakai selamanya  dan  tidak  pernah  habis  menjadi faktor  utama  dipilih  menjadi  energi  masa depan.  Salah  satu  contohnya  adalah  energi listrik  yang  dihasilkan  oleh  Pembangkit  Listrik Tenaga  Air  (PLTA).  PLTA  sebagai  sumber energi terbarukan memberi masyarakat manfaat sebagai  pengganti  bahan  bakar  fosil.  Sumber energi  yang  dihasilkan  oleh  air  memiliki potensi  yang  besar  untuk  dikembangkan  di Indonesia.  Di  negeri  yang  memiliki  wilayah sebagian besar daerah perairan ini sangat cocok dalam  penerapan  energi  listrik  pembangkit tenaga  mikro  hidro.  Menurut  penelitian  yang dilakukan oleh Rumampuk (2013) luas wilayah daratan  Indonesia  ±  2.012.402  km 2 dan  luas perairannya ± 5.877.879 km 2 . Dapat disimpulkan  bahwa  luas  wilayah  indonesia  2/3 nya berupa daerah perairan.
PLTA  tergolong  murah  dan  memiliki sitem kerja yang sederhana. Sehingga belakangan sistem pembangkit ini mulai banyak dikembangkan  di  Indonesia.  Pada  umumnya hasil  output  energi  listrik  yang  dihasilkan  dari PLTA  dapat  digunakan  untuk  menghidupkan penerangan  jalan.  Banyak  referensi  yang  bisa digunakan  dalam  pembuatan  sistem  ini,
sehingga  dari  semua  kalangan  bisa  membuat dan memasang alat ini di sungai-sungai kecil.
Energi  listrik  merupakan  kebutuhan primer  di  Indonesia,  tetapi  penyediaan  energi listrik masih belum merata di Indonesia. Masih banyak  desa-desa  di  pedalaman  yang  belum terjangkau aliran listrik (Juwito, 2012). Sehingga  alternatif  energi  listrik  yang  dapat dikembangkan  di  desa  tersebut  adalah  salah satunya  dengan  membangun  sistem  PLTA sederhana.  Menurut  penelitian  (International Energy Agency, 2014) sejak tahun 2012 tenaga air berkontribusi 16,2% terhadap total pembangkit listrik global.
Berdasarkan  besar  kapasitasnya  PLTA dibagi  menjadi  beberapa  bagian,  diantaranya yang  sering  kita  jumpai  skala  kecil  adalah Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikrohidro  yaitu dengan kapsitas daya sebesar 0.5 – 100 KW dan Pembangkit  Listrik  Tenaga  pico  hydro  yaitu sebesar  <500  W  (Lahimer,  2012).  Pada penelitian  ini  akan  dipilih  Pembangkit  Listrik Tenaga  pico  hydro  sebagai  topik  penelitian, karena aplikasi dari pico hydro adalah untuk head yang  rendah.  Sehingga  sangat  cocok dengan kondisi lapangan penelitian, yaitu di sungai Pelang, Sleman, Yogyakarta.
Tabel  1  menunjukkan  jenis  pembangkit listrik  tenaga  air  berdasarkan  kapasitas  yang dihasilkan  dibagi  menjadi  6  jenis  (Benedicto, 2018).
Tabel  1.  Jenis  pembangkit  listrik  tenaga  air berdasarkan kapasitas yang dihasilkan
Pembangkit Listrik Kapasitas Large-Hydro Lebih dari 100MW Medium-Hydro 15 – 100 MW Small-Hydro 1 – 15 MW Mini-Hydro 100 kW – 1 MW Micro-Hydro Hingga 100 kW Pico-Hydro Dibawah 5kW
Konsep dasar dari desain sederhana  pico hydro dapat dilihat pada Gambar 1.
https://journal.uny.ac.id/index.php/jee/
Gambar 1 Desain sederhana pico hydro.
Sumber  mata  air  memiliki  peran  yang sangat penting dalam sebuah desain pembangkit listrik.  Debit  aliran  dan  perbedaan  elevasi memiliki  peran  dalam  penentuan  hasil  akhir dari  energi  listrik  yang  dihasilkan,  sehingga pemilihan  sumber  air  yang  akan  digunakan sebagai  tempat  pembangkit  listrik  pico  hydro harus melalui perhitungan yang matang.
Sumber  air  akan  dihubungkan  dengan pipa  untuk  menuju  turbin,  Aliran  air  di  dalam pipa  memiliki  potensi  energi  kinetik  untuk memutar turbin.
Jenis turbin yang digunakan pada penelitian ini adalah turbin vortex . Prinsip kerja dari  turbin  ini  adalah  mengubah  tenaga  air menjadi  gaya  rotasi  untuk  menggerakkan generator.  Memilih  turbin  yang  tepat  sangat penting  karena  efisiensi  keseluruhan  sistem bergantung  pada  bagian  ini.  Gambar  2 menunjukkan  desain  pemasangan  dari  turbin vortex . Turbin ditransmisikan dengan generator, sehingga  putaran  yang  dihasilkan  oleh  turbin dapat memutarkan generator.
Gambar 2. Desain Pemasangan Turbin Vortex (Nishi, 2017) Generator  mengubah  energi  mekanik menjadi  listrik,  generator  DC  digunakan  pada penelitian  ini.  Generator  bekerja  berdasarkan prinsip  induksi  elektromagnetik,  yaitu  dengan memutar suatu kumparan dalam medan magnet sehingga  timbul  GGL  (Gaya  Gerak  Listrik) induksi.
Energi listrik yang dihasilkan oleh generator  digunakan  untuk  menghidupkan lampu.  Dalam  Penelitian  ini  beban  yang digunakan sebagai media adalah lampu bohlam. Dalam  tahap  perancangan  penelitian  ini  ada banyak  faktor  yang  menentukan  kelayakan  dan pencapaian sistem. Diantaranya adalah:
a. Jumlah daya yang tersedia dari aliran air di dalam  pipa.  Ini  tergantung  pada  tekanan
air,  jumlah  air  yang  tersedia,  dan  rugi gesekan pada pipa.
b. Jenis turbin dan ketersediaan dan kapasitas generator yang dibutuhkan.
c. Jenis dan kapasitas beban listrik yang akan dipasok oleh sistem pico-hydro.
d. Biaya  pembuatan    dan  pengoperasian sistem.
Beberapa  faktor  yang  memiliki  pengaruh terhadap daya output yang dihasilkan oleh pico hydro adalah  diantaranya;  debit  aliran,  elevasi (perbedaan  ketinggian)  dan  jenis  turbin  yang digunakan.  Debit  aliran  menjadi  fokus  utama pada  penelitian  kali  ini.  Diharapkan  dengan penelitian  adanya  penelitian  ini,  masyarakat  di Yogyakarta  dapat  mengembangkan  potensi
Sumber Air Turbin Generator Beban
sungai  yang  ada  disekitar  Yogyakarta  sebagai alternatif pembangkit tenaga listrik.
Jenis  turbin  yang  biasa  digunakan  untuk perbedaan  elevasi  yang  rendah  adalah  turbin vortex grafitasi.  Prinsip  kerja  dari  turbin  ini adalah  memasukkan  aliran  air  ke  dalam  tangki dan  menggunakan  pusaran  gravitasi  yang dihasilkan  ketika  air  mengalir  dari  bagian bawah  tangki  sehingga  energi  listrik  dapat dihasilkan  (Nishi,  2017).  Keuntungan  dari turbin vortex grafitasi  adalah  menghasilkan listrik  dari  elevasi  dan  laju  aliran  yang  rendah dengan struktur yang relatif sederhana.
Turbin  pico  bekerja  dengan  prinsip  yang sama  dengan  turbin  tenaga  air  lainnya  dan memiliki persamaan tenaga air yang sama yaitu (Purohit, 2008);
Dimana P adalah  tenaga  mekanis  yang dihasilkan  di  poros  turbin  (watt).  η  adalah effisiensi dari turbin (%), ρ adalah massa jenis dari  air  (kg/m 3 ), g adalah  kecepatan  gravitasi bumi  yaitu  ( g =9,81  m/s 2 ) Q adalah  laju  aliran
volume yang melewati turbin (m 3 /s), dan adalah elevasi antara turbin dan lairan air (m).
Hydro  Power dihasilkan  dari  energi dalam sumber daya air yang mengalir bebas dan diubah  menjadi  energi  mekanik.  Energi  ini dapat  digunakan  secara  langsung  atau  dapat dikonversi menjadi listrik menggunakan generator.

## METODE
Ilustrasi  dari  perlengkapan  eksperimen penelitian  ini  dapat  dilihat  pada  Gambar  3. Instalasi  pikohidro  secara  sederhana  dapat dijelaskan pada Gambar 3.
Secara sederhana prinsip kerja alat tersebut adalah energi mekanik yang dihasilkan oleh air akan  memutarkan  turbin,  kemudian  turbin dihubungkan  dengan shaft menuju  generator untuk  diubah  menjadi  energi  listrik.  Kemudian akan terbaca pada indikator besar tegangan DC yang dihasilkan oleh alat tersebut.
Gambar 3. Instalasi Pikohidro
Pada  penelitian  ini  data  yang  akan diambil  adalah  variasi  ketinggian  masuk  air  di saluran  masuk  dan  debit  aliran.  Diharapkan mendapat hasil mengenai pengaruh debit aliran terhadap tegangan output yang dihasilkan. Data yang  akan  diambil  pada  penelitian  ini  dapat
dilihat  pada  Tabel  2. Penelitian  ini  dilakukan  di Sungai Pelang, sleman, Yogyakarta.
1 2 Keterangan:
1. Saluran masuk ( inlet ) 2. Turbin vortex grafitasi
3. Generator
4. Saluran buang ( outlet )
3 4
https://journal.uny.ac.id/index.php/jee/

## Tabel 2. Data Penelitian
Tinggi saluran Buang (cm) Tinggi saluran Masuk (cm) Tegangan DC (V) 25 17 13 10 7 30 17 13 10 7 35 17 13 10
7

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Debit  merupakan  hasil  bagi  antara volume  masuk  dan  waktu.  Debit  air  memiliki peran  yang  sangat  penting  dalam  sebuah pembangkit  listrik  tenaga  pico  hydro,  karena semakin  besar  debit  air  yang  dihsilkan  maka akan  semakin  besar  energi  mekanik  yang dihasilkan untuk memutarkan turbin. Nilai debit pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3.
Dari  tabel  tersebut  dapat  disimpulkan bahwa  semakin  tinggi  saluran  masuk  ( inlet ) nilai  debit  air  akan  semakin  besar.  Begitu  juga ketika  nilai  saluran  buang  ( outlet )  semakin besar  maka  nilai  debit  air  juga  akan  semakin besar.
Tabel 3. Nilai Debit Air Tinggi saluran Buang (cm) Tinggi saluran Masuk (cm) Debit (cm 3 /s) 25 17 27200 13 24960 10 24000 7 13500 30 17 38800 13 36000 10 35200 7 28700 35 17 60600 13 57600 10 48000 7 35000
Gambar  4  menunjukkan  nilai  debit  air pada  setiap  ketinggian  saluran  masuk,  dimana semakin  tinggi  saluran  masuk  air  maka  nilai debit juga akan semakin besar.
Gambar 4. Nilai Debit pada setiap tinggi saluran masuk
Penelitian ini menghasilkan nilai tegangan  DC  pada  setiap  percobaan.  Tegangan tersebut terbaca pada indikator yang ada dalam
generator. Hasil dari pembacaan indikator pada generator dapat dilihat pada Gambar 5.
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 5 7 9 11 13 15 17 19 D e b it (c m 3 /s) Tinggi saluran masuk (cm) Tinggi Saluran Buang (Cm) 25 30
35

## Gambar 5. Nilai Tegangan DC pada Variasi Ketinggian Outlet
Dari  grafik  tersebut  dapat  disimpulkan bahwa  nilai  tegangan  DC  akan  semakin  besar ketika ketinggian saluran masuk ( inlet ) semakin besar.  Nilai  tegangan  DC  akan  semakin  besar pada  ketinggian  saluran  buang  ( outlet )  yang semakin tinggi. Dapat disimpulkan bahwa nilai debit  dan  perbedaan  elevasi  akan  berpengaruh terhadap  tegangan  yang  dihasilkan,  dimana semakin  besar  debit  maka  semakin  besar tegangan  yang  dihasilkan.  Kondisi  tersebut didukung juga oleh faktor teoritis yaitu semakin besar  debit  maka  semakin  besar  energi  yang dihasilkan  oleh  air,  sehingga  energi  mekanik yang  digunakan  untuk  memutar  turbin  juga akan semakin besar.

## SIMPULAN
Dari hasil penelitian tentang pengaruh debit air  terhadap  tegangan  DC  pada  pembangkit listrik  tenaga  pico  hydro  dapat  diambil kesimpulan  bahwa  semakin  tinggi  saluran masuk  ( inlet )  dan  nilai  saluran  buang  ( outlet ) nilai  debit  air  akan  semakin  besar.  Semakin besar  nilai  debit  air  maka  semakin  besar Tegangan  yang  dihasilkan.  Nilai  debit  dan perbedaan  elevasi  sangat  berpengaruh  terhadap tegangan output pico hydro.

## DAFTAR RUJUKAN
A. A. Lahimer, M. A. Alghoul , K. Sopian , N Amin,  N  Asim,  and  M.  I.  Fadhel.  2012. Research  and  development  aspects  of pico-hydro power. Renewable and Sustainable  Energy  Reviews 16  (2012) 5861–5878
A. F. Juwito, S. Pramonohadi, dan T. Haryono. 2012.  Optimalisasi  Energi  Terbarukan pada  Pembangkit  Tenaga  Listrik  dalam Menghadapi  Desa  Mandiri  Energi  di Margajaya. Jurnal Ilmiah Semesta
Teknika . Vol. 15, No. 1, 22-34
A.  H.  Elbatrana,  Mohamed  Walid  Abdel-
Hameda,  O.  B.  Yaakobb,  Yasser  M. Ahmed,  M.  Arif  Ismail.  2015.  Hydro Power  and  Turbine  Systems  Reviews. Jurnal Teknologi (Sciences &
Engineering) 74:5 (2015), 83–90
Benedicto  N.  Fortaleza,  Ronnie  O.  Serfa  Juan and Lean Karlo S. Tolentino. 2018. IoT- based  Pico-Hydro  Power  Generation System  using  Pelton  Turbine. Journal  of Telecommunication, Electronic and Computer  Engineering. e-ISSN:  2289- 8131 Vol. 10 No. 1-4
Purohit  P. Small  hydro  power  projects  under clean development mechan- ism in India:
a  preliminary  assessment . Energy  Policy 2008;36(6):2000–15.
0 20 40 60 80 5 8 11 14 17 20 Tegan gan DC (V ) Inlet (cm ) 25 cm 30 cm 35 cm
https://journal.uny.ac.id/index.php/jee/
Rumampuk, R.. 2013. Hak atas  pengelolaan kawasan  pesisir    di    Provinsi    Sulawesi Utara . Lex et Societatis. I (5): 54-63 .
Sergio Antonio Zarate-Orrego, Gerardo Andrés Torres-Casierra,  Efraín  Baldemar  del Risco-Moreno.  2016. Horizontal  vortex single  chamber  hydroturbine .  Revista
Facultad  de  Ingeniería,  Universidad  de
Antioquia,  International  Energy  Agency,
Key  World Energy Statistics ,  Paris,
France, 2014.
Y. Nishi and T. Inagaki. 2017. Performance and Flow Field of a Gravitation Vortex Type Water  Turbine. International  Journal  of
Rotating Machinery Volume 2017, Article ID 2610508, 11 pages