CROS FLOW AS TURBINE POWER PLANT MINIHIDRO (PLTM) VILLAGE TO SELF ENERGY
Kosjoko
Faculty of Engineering, University of Muhammadiyah Jember. Email: Kosjoko@unmuhjember.ac.id

## ABSTRACT
Electrical energy provided by the State Electricity Company (PT PLN) until now still not felt equally by the people, especially the rural communities far from the reach of the electricity grid. Some villages are not reached by electricity from the State Electricity Company has the potential micro hydro or mini micro hydro who  have  used.    Because  of  these  problems  in  doing  an  effort  to  supply  needs electrical energy by making use of the conditions and potentials exist in the area. Renewable  energy  is  energy  generated  from  natural  sources  such  as  solar,  wind and water that can be generated again and these resources will always be available and there is no negative impact on the environment, renewable energy alone can differentiate into many different types of renewable energy will but not all can be used  as  energy  in  remote  regions  and  rural  areas.  (ActeWAGL,  2009).  Suppose that  in  an  area  that  has  the  potential  water  headnya  made  sufficient  for  power generation, then in the area can be installed powerhouse that adjusts to the size of head available. Energy itself has an important role in achieving the objectives of social,  economic  and  environment  for  sustainable  development  as  well  as  a supporter  for  the  national  economy.  Research  leading  to  the  development  of technology has been widely done primarily related to insufficient electrical energy to remote areas or rural.
The research was conducted in line with the advance of the exploitation of natural  energy  usage  in  everyday  life,  especially  water  energy  that  is  often encountered.  The  fundamental  advantage  of  natural  energy  as  electrical  energy generation which amounts are always available and there is no negative impact on the environment, especially in the surrounding communities. Based on the above, and  by  aligning  science  and  technology,  the  authors  are  keen  to  address  the existing  problems.  The  author  intends  to  take  the  title  "Influence  of  Variation Total  Sudu  On  the  Tools  Mini  Hydro  Power  Plant  (micro  power)  To  Support Energy  Independent  Village"  .This  method  in this  study  researchers conducted a survey of the location and potential of micro power plants in Jember district. From the results of the survey at a location that will get the data taken near the  District  Jenggawah  Renteng  plantation  Jember.  Results  of  analysis  In  this study,  researchers  designed  a  micro  power  units  that  already  exist  with  the  re- design of the blade with a capacity of variations in the amount ranging from 1kW to use the scale in Households with usage limits ranging between 100-200 Watts for the public medium. The conclusion of this study can be concluded as follows: With the number of turbine blades 12 can generate power of 700 watts for blade . Although totaling 8 and 10, can generate 640 watts of power.
Keywords: mini-hydro turbines, energy-independent

## 1. PENDAHULUAN
Penyediaan    energi    di    masa    depan    merupakan    permasalahan   yang senantiasa    menjadi  perhatian    semua    bangsa    karena    bagaimanapun      juga kesejahteraan      manusia    dalam    kehidupan  modern    sangat  terkait  dengan jumlah  dan  mutu  energi  yang  dimanfaatkan.    Bagi  Indonesia    yang merupakan salah satu negara sedang berkembang, penyediaan energi merupakan faktor  yang  sangat  penting  dalam  mendorong  pembangunan.  Seiring  dengan meningkatnya  pembangunan  terutama  pembangunan    di  sektor    industri, pertumbuhan   ekonomi   dan  pertumbuhan   penduduk,   kebutuhan  akan  energi terus meningkat.
Pemanfaatan  energi  air  merupakan  langkah  yang  sangat  baik  guna meningkatkan fungsi dari pada energi tersebut yang selama ini hanya di gunakan sebagai kebutuhan sehari-hari dan sebagai irigasi pada sector pertanian tetapi juga bisa digunakan atau di manfaatkan sebagai pembangkit tenaga listrik untuk daerah yang  terpencil  atau  pedesaan  yang  masih  belum  terjangkau  oleh  PLN. Pengembangan riset dan teknologi pada saat ini dengan memanfaatkan tenaga air sebagai  energi  pembangkit  listrik  bertenaga  minihidro  merupakan  langkah  yang sangat  tepat  untuk  memenuhi  kebutuhan  tenaga  listrik  bagi  masyarakat  yang tinggal  di  daerah  terpencil  atau  di  daerah  pedesaan.  Membuat  turbin  mini  hidro sangatlah  komersil  dan  sangat  meluas  dalam  skala  besar,  sehingga  di  perlukan pula minihidro yang terjangkau untuk masyarakat.
Berdasarkan uraian di atas serta dengan menyelaraskan ilmu pengetahuan dan  teknologi,  maka  penulis  tertarik  untuk  mengatasi  masalah  yang  ada.  Penulis bermaksud  untuk  mengambil  judul      “Pengaruh  Variasi  Jumlah  Sudu  Pada  Alat Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mini  Hidro  (PLTM)  Guna  Penunjang  Desa  Mandiri Energi”.

## 1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan pembuatan pembangkit listrik tenaga minihidro ini yaitu :
1.  Untuk memanfaatkan aliran sungai yang ada di sekitar kita dijadikan PLTM
2.  Masyarakat mampu membuat energi dengan listrik secara mandiri.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1.  Turbin Air
Turbin air adalah mesin penggerak yang merubah energi potensial menjadi energi mekanis dengan air sebagai fluida kerjanya. Air mengalir dari tempat yang lebih  tinggi  menuju  tempat  yang  lebih  rendah,  energi  potensial  air  berangsur angsur  berubah  menjadi  energi  kinetik  dalam  proses  aliran  di  dalam  pipa.  Di dalam turbin, energi kinetik air di ubah menjadi energi mekanik. Pengelompokan dan  penamaan  turbin  secara  umum  dapat  di  lihat  dari  fluida  kerjanya,  seperti turbin air fluida kerjanya adalah air begitu pula untuk fluida kerja lainnya seperti uap,  gas,  dan  angin.  Dalam  penelitian  ini  hanya  di  bahas  turbin  air  dengan  tipe cross flow.

## 2.2.  Turbin Cross flow
Turbin  Crossflow  Salah  satu  jenis  turbin  impuls  ini  juga  dikenal  dengan nama Turbin Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga di sebut Turbin  Osberger  yang  merupakan  perusahaan  yang  memproduksi  turbin crossflow. Turbin crossflow dapat di operasikan pada debit 20 lt/s hingga 10 m³/s dan head antara 1m s/d 200 m. (Gambar 2.1).
Gambar 2.1.Turbin Cros Flow (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)
Turbin  crossflow  menggunakan  nozle  persegi  panjang  yang  lebarnya  sesuai dengan  lebar  runner.  Pancaran  air  masuk  turbin  dan  mengenai  sudu  sehingga terjadi  konversi  energi  kinetik  menjadi  energi  mekanis.  Air  mengalir  keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang di pasang pada sepasang piringan pararel.

## 2.3 Kincir Air (Water Wheel)
Suatu  konstruksi  yang  pembuatanya  paling  banyak  di  tiru  dalam pembuatan  pembangkit  tenaga  listrik,  kincir  air  bekerja  dengan  cara memanfaatkan tinggi air jatuh (H) dan kapasitas air (V).
Ada  beberapa  jenis  kincir  air  yang  sering  di  gunakan  dalam  ilmu pembangkit tenaga listrik, di antaranya.
1. Kincir Air Overshot
Kincir  air  overshot  (Gambar  2.2)  bekerja  bila  air  yang  mengalir  jatuh  ke dalam bagian sudu-sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar.  Kincir air  overshot  adalah  kincir  air  yang  paling  banyak  digunakan di bandingkan dengan jenis kincir air yang lain.
Gambar 2.2. Kincir air Overshot (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)
2.   Kincir Air Undershot
Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak  mempunyai  tambahan  keuntungan  dari  head.  Tipe  ini  cocok  dipasang pada  perairan  dangkal  pada  daerah  yang  rata.  Tipe  ini  disebut  juga  dengan ”Vitruvian”.  Di  sini  aliran  air  berlawanan  dengan  arah  sudu  yang  memutar kincir.(Gambar 2.3).

## 2.5 Aplikasi Pembangkit Listrik Minihidro (PLTM)
Secara singkat prinsip kerja dari suatu pembangkit listrik tenaga minihidro (PLTM) tergantung dengan :
a. Debit air
b. Ketinggian jatuh (head)
c. Efisiensi
Dengan  demikian  dapat  diformulasikan  secara  sederhana,  daya  (P)  yang dibangkitkan dari suatu pembangkit PLTM adalah (Dipl dkk 1996) :
P = 9,8 × Q × H × η   (1)
Dimana :
P : daya yang di hasilkan turbin (kW)
V : kapasitas air (m³/detik)
Q : Debit air (m³/s) g : grafitasi (9,8) H : tinggi air jatuh (m) η : efisiensi turbin
Selain itu diperlukan perhitungan luas penampang aliran untuk mengetahui kecepatan aliran melalui luas penampang yang dialirkan adalah,(Dipl dkk 1996):
A n = I n × d n (2)
Dimana :
In = Jarak antar segmen (m) Dn = Kedalaman sungai (m)
Untuk menghitung kecepatan aliran air, (Dipl dkk 1996):
V f = Jarak t (3)
Dimana :
t   = Waktu (s) Kecepatan benda apung, (Dipl dkk 1996):
V a = V f × C (4)
Dimana :
C = Faktor Koreksi, untuk sungai dangkal 0,45 Untuk mencari Debit air, (Dipl dkk 1996)  :
Q = V a × A × 1000   (5)
Dimana :
Q = Debit (m³/s) A = Luas Penampang Sungai (m 2 )
Untuk  mendapatkan  suatu  turbin  yang  baik  dibutuhkan  perhitungan kecepatan dengan persamaan, (Dipl dkk 1996):
υ 1 = C 2 g h (6)
Dimana :
C = 0.98 (untuk kecepatan air) g = 9.8 h = head (m)
Untuk  menghitung  kecepatan  keliling  aliran  air  masuk  menggunakan persamaan (Sinaga, UNDIP) :
u 1 = 0,48 × υ 1 (7)
Dimana :
𝓊 1 = Kecepatan aliran aliran air (m/s)
= Kecepatan aliran air (m/s)
Untuk mengitung diameter luar turbin bagian dalam menggunakan persamaan :
D 1 = u₁ × 60 π ×n (8)
Untuk  mendapatkan  berapa  banyak  sudu  yang  digunakan  sebelumnya dilakukan perhitungan berapa ketebalan pancaran air dan jarak antara sudu turbin yang akan digunakan, dapat dihitung dengan persamaan (Sinaga, UNDIP) :
s = 0,087 × 1
(9)
Dimana :
s = Tebal pancaran air (m)
Sedangkan jarak antar sudu dapat dihitung, (Sinaga, UNDIP)  :
t = s sin β
(10)
Dimana :
t = Jarak antar sudu (m)
Untuk  menghitung  jumlah  sudu  yang  akan  digunakan,  menggunakan persamaan, (Sinaga, UNDIP)  :
n = π D₁ t (11)
Dimana :
n = Jumlah sudu
Selain  itu  diperlukan  perhitungan  untuk  kelengkungan  sudu  atau  radius sudu, (Sinaga, UNDIP)  :
y = 0.326 x r
(12)
r = setengah dari diameter luar turbin
Untuk  menghitung  daerah  lebar  sudu  turbin  menggunakan  persamaan, (Sinaga, UNDIP)  :
L = Q c ×4,43 ×  H × t (13)
Dimana :
Q = Debit air (m³/s) c = 0.98 (untuk kecepatan air)
H = head (m) t = Jarak antara sudu (m)
Dalam  pemilihan  turbin  ditentukan  oleh  tinggi  head  yang  ada,  sehingga tabel 2.1.menunjukan pilihan jenis turbin yang akan digunakan. Selain itu gambar 2.4 menunjukan pemilihan turbin berdasarkan debit dan head yang ada.
Tabel 2.1 Jenis turbin sesuai head
Sumber : (Dipl dkk 1996)
Gambar 2.4. Jenis turbin sesuai debit air  (Dipl dkk 1996)

## 3. METODE PENELITIAN
Dalam penelitian ini peneliti melakukan survey lokasi dan potensi PLTM di kabupaten  Jember. Dari hasil survey di dapatkan lokasi yang  dipakai uji coba Turbin  tersebut  di  Kecamatan  Jeggawah  dekat  perkebunan  Renteng  Kabupaten Jember.  Dalam  penelitian  ini  peneliti  merancang  unit  PLTM  yang  sudah  ada dengan desain ulang variasi jumlah sudu dengan kapasitas berkisar 1KW untuk di gunakan skala Rumah Tangga  dengan batasan penggunaan berkisar antara  100 – 250 Watt.  Berikut adalah sungai yang digunakan PLTM Gambar 3.1
Gambar. 3.1 Sungai yang di gunakan PLTM
4.3 Data uji dengan pengurangan jumlah sudu
No Spesifikasi Satuan Nilai 1 Kecepatan Aliran Air 0,66 m/dt 2 Daya P 828,25 Watt 3 Kecepatan Keliling Aliran Masuk 2,08 m/dt 4 Diameter Turbin D1 65 - 75 cm 5 Jumlah Sudu n 12 Sudu 6 Radius sudu r 6,5 cm 7 Lebar Sudu L ± 77cm
Tabel 4.2.Variabel Data Hasil Survei
No Variabel Satuan Nilai 1 Lebar Sungai Ls 0,9 m 2 Kedalaman Sungai Dn 0,4 m 3 Debit Air Q 106,92 lt/dt
Tabel 4.3 Data uji dengan pengurangan jumlah sudu.
Gambar. 4.1 Pemasangan Alternator
Data Awal Data Variasi 1 Data Variasi 2 1 Kecepatan Aliran Air 0,66 m/dt 0,66 m/dt 0,66 m/dt 2 Daya P 828,25 Watt 828,25 Watt 828,25 Watt 3 Kecepatan Keliling Aliran Masuk 2,08 m/dt 2,08 m/dt 2,08 m/dt 4 Diameter Turbin D1 65 - 75 cm 65 - 75 cm 65 - 75 cm 5 Jumlah Sudu n 12 Sudu 10 Sudu 8 Sudu 6 Radius sudu r 6,5 cm 6,5 cm 6,5 cm 7 Lebar Sudu L ± 77cm ± 77cm ± 77cm Nilai Data Satuan Spesifikasi No
Gambar. 4.2. Diagram sudu 8
Gambar. 4.3. Diagram sudu 10 8 84 210 100 470 640 0 100 200 300 400 500 600 700 530 860 1400 Putaran (Rpm) Tegangan (volt) Daya (watt) 8 82 210 100 460 640 0 100 200 300 400 500 600 700 600 900 1400 Putaran (Rpm) Tegangan (volt) Daya (watt)
Gambar. 4.4. Diagram sudu 12

## Kesimpulan
Dari hasil penelitian ini dapat di simpulkan sebagai berikut :
1. Dengan jumlah sudu turbin 12 dapat menghasilkan daya 700 watt .
2. Sedangkan untuk sudu yang berjumlah 8 dan 10, dapat menghasilkan daya 640 watt

## Saran
1. Perlu penelitian yang lebih lanjut dengan menggunakan variasi sudut sudu
2. Diperlukan penelitian lanjutan untuk jumlah sudu yang bervariasi .
3. Diperlukan model sudu yang berbentuk beda dari yang kami teliti.
4. Menbuat turbin jenis lain terbuat dari material Polimer komposit.

## DAFTAR PUSTAKA
Anagnostopoulos,  J.S., dan Papantonis,  D.E.,  2006, A numerical  methodology for design optimization  of Pelton turbine runners,  HYDRO.
Bono.  Gatot  Suwoto.  Mulyono.  2006.  Rekayasa  Bentuk  Sudu  Turbin  Pelton Sistem  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro-Hidro.  Jurnal  Rekayasa  Mesin Vol. 3 No. 1, hal: 131-136
130 500 700 0 100 200 300 400 500 600 700 800 600 900 1500 Putaran (Rpm) Tegangan (volt) Daya (watt)
Bono.,Indarto.  [2008].  “Karakterisasi  Daya  Turbin  Pelton  Mikro  Dengan Variasi  Bentuk  Sudu”.Seminar  Nasional  Aplikasi  Sains  dan  Teknologi IST AKPRIND Yogyakarta
Bono,.Suwoto,  G.,  [2011].  “Karakterisasi  Daya  Turbin  Pelton  Sudu  Setengah
Silinder  Dengan  Variasi  Perbandingan  Lebar  Sudu  Dengan  Diameter Nosel  Pada  Harga  Perbandingan  Jet  Sebesar  18”.Prosiding  Seminar Nasional Sainsdan Teknologi.Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang.