## Implementasi Mikrohidro untuk Penerangan Kincir Air di Sambigede
Siti Sendari*, Mahfud Jiono, Soraya N. Mustika, Aldo Z. A. Zulkarnain , Dian S. Wibowo, Aji J. T. Waridno, Faj’run Ni’am
Universitas Negeri Malang; Jl. Semarang 5 Malang 65145, telp/fax +62341-588077 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Malang
Corresponding email: siti.sendari.ft@um.ac.id

## Abstrak
Mikrohidro atau yang dimaksud dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai  atau  air  terjun  alam  dengan  cara  memanfaatkan  tinggi  terjunan  (head)  dan  jumlah  debit  air.  Pada dasarnya, mikrohidro memanfaatkan energi potensial jatuhan air (head). Salah satu dari bentuk pengaplikasian mikrohidro adalah pemasangan Implementasi Mikrohidro untuk Penerangan Kincir Air di Sambigede. Tujuan dari implementasi  mikrohidro  ini  adalah  untuk  memberikan  penerangan  untuk  kincir  air  yang  memfilter  sampah  di Desa  Sambigede  sekaligus  memberikan  penerangan  di  area  sekitarnya.  Metode  yang  digunakan  dalam implementasi  ini  adalah  dengan  memanfaakan  energi  mekanik  yang  dihasilkan  oleh  kincir  air  yang  kemudian diterapkan pulley dan belt yang terhubung ke generator listrik, generator listrik tersebut akan dapat menghasilkan energi  yang  cukup  untuk  memberikan  penerangan  kincir  air  dan  sekitarnya.  Alasan  mengapa  implementasi  ini diterapkan di Desa Sambigede adalah untuk meningkatkan penerangan kincir air yang tergolong salah satu objek penting di Sambigede dan meningkatkan penerangan di Desa Sambigede yang tergolong minim.
Kata kunci — Pengabdian masyarakat, Mikrohidro, Penerangan desa, Generator listrik

## Abstract
Microhydro  or  what  is  meant  by  Microhydro  Power  Plant,  is  a  small-scale  power  plant  that  uses hydropower as its driving force, such as irrigation canals, rivers or natural waterfalls by utilizing the head and the amount of water discharge. Basically, microhydro utilizes the potential energy of falling water (head). One of the forms  of  microhydro  application  is  the  installation  of  Microhydro  Implementation  for  Waterwheel  Lighting  in Sambigede.  The  purpose  of  implementing  this  microhydro  is  to  provide  lighting  for  the  waterwheel  that  filters waste  in  Sambigede  Village  while  providing  lighting  in  the  surrounding  area.  The  method  used  in  this implementation is by utilizing the mechanical energy produced by the waterwheel which is then applied to a pulley and  belt  connected  to  an  electric  generator,  the  electric  generator  will  be  able  to  produce  sufficient  energy  to provide lighting for the waterwheel and its surroundings. The reason why this implementation is implemented in Sambigede Village is to improve the lighting of the waterwheel which is one of the important objects in Sambigede and to increase the lighting in Sambigede Village which is classified as minimal.
Keywords— Community service, Microhydro, Village lighting, Electric generator

## 1.  PENDAHULUAN
ikrohidro  atau  yang  dimaksud  dengan Pembangkit  Listrik  Tenaga Mikrohidro (PLTMH),  adalah  suatu  pembangkit  listrik skala  kecil  yang  menggunakan  tenaga  air  sebagai tenaga  penggeraknya  seperti,  saluran  irigasi,  sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air (Anonim, 2008). Mikrohidro  merupakan  sebuah  istilah  yang  terdiri dari  kata  mikro  yang  berarti  kecil  dan  hidro  yang
berarti  air.  Secara  teknis,  mikrohidro  memiliki  tiga komponen  utama  yaitu  air  (sebagai  sumber  energi), turbin dan generator.
Salah  satu  sumber  listrik  yang  dapat dikembangkan  adalah  dengan  menggunakan  energi terbarukan,  salah  satunya  adalah  menggunakan tenaga  mikrohidro  dalam  bentuk  Pembangkit  Listrik Tenaga  Mikrohidro/PLTMH  (Mahmud  et  al.,  2012). Penggunaan  teknologi  hidroelektrik  yang  pertama adalah dengan menggunakan kincir air di Sungai Fox Wisconsin  pada  tahun  1882  untuk  dua  pabrik  kertas
M
dan  rumah  (Singh,  2009).  Energy  yang  dihasilkan dari  PLTMH  berasal  dari  gerakan  air  karena perbedaan elevasi dan debit yang cukup (Kougias et al.,  2014).  Mikrohidro  mendapatkan  energi  dari aliran  air  yang  memiliki  perbedaan  ketinggian tertentu.  Pada  dasarnya,  mikrohidro  memanfaatkan energi  potensial  jatuhan  air  (head).  Semakin  tinggi jatuhan  air  maka  semakin  besar  energi  potensial  air yang  dapat  diubah  menjadi  energi  listrik  (Anonim, 2008).  Di  samping  faktor  geografis  (tata  letak sungai),  tinggi  jatuhan  air  dapat  pula  diperoleh dengan  membendung  aliran  air  sehingga  permukaan air  menjadi  tinggi  (Anonim,  2003).  Air  dialirkan melalui  sebuah  pipa  pesat  kedalam  rumah pembangkit  yang  pada  umumnya  dibagun  di  bagian tepi sungai untuk menggerakkan turbin atau kincir air mikrohidro.  Energi  mekanik  yang  berasal  dari putaran  poros  turbin  akan  diubah  menjadi  energi listrik  oleh  sebuah  generator.  Mikrohidro  bisa memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar, misalnya  dengan  ketinggian  air  2.5  meter  dapat dihasilkan  listrik  400  watt.  Beberapa  keuntungan yang  terdapat  pada  pembangkit  listrik  tenaga  listrik mikrohidro adalah sebagai berikut (O, 1995) :
a. Dibandingkan  dengan  pembangkit  listrik  jenis yang  lain,  PLTMH  ini  cukup  murah  karena menggunakan energi alam.
b. Memiliki konstruksi yang sederhana dan dapat dioperasikan di daerah terpencil dengan tenaga terampil  penduduk  daerah  setempat  dengan sedikit latihan.
c. Tidak menimbulkan pencemaran.
d. Dapat  dipadukan  dengan  program  lainnya seperti irigasi dan perikanan.
e. Dapat  mendorong  masyarakat  agar  dapat menjaga kelestarian hutan sehingga ketersediaan air terjamin.
Besarnya  daya  hidrolik  (P h )  yang  merupakan potensi  sumber  daya  energi  air  pada  suatu  wilayah, ditentukan melalui persamaan (U, 2001):
(1)
Persamaan (1) digunakan apabila PLTMH menggunakan turbin. Jika menggunakan kincir maka persamaan (1) berubah menjadi persamaan (2).
(2) Keterangan:
P h = daya hidrolik (kW)
Q = debit air (m 3 /s)
= massa jenis air (= 1000 kg/m 3 ) g  = gravitasi bumi (= 9,81 m/s 2 ) h  = tinggi jatuh air (m) V = kecepatan air menumbuk sudu (m/s)
Jika efisiensi pipa pesat ( h pp ) dan efisiensi turbin ( h tb ) diketahui, maka besarnya daya mekanik turbin dapat ditentukan dari persamaan [6]:
(kW) (3)
Apabila  antara  turbin/kincir  dengan  generator terdapat  perangkat  sistem  transmisi  mekanik  ( h tm ), dan  efisiensi  generator  ( h g )  diketahui,  maka  dapat ditentukan  besarnya  daya  keluaran  elektrik  dari generator, melalui persamaan:
(kW) (4) (kW) (5)
Dalam hal ini, h total adalah efisiensi total sistem mulai dari turbin sampai dengan generator h total = h pp × h tb × h tm × h ng
Generator listrik adalah mesin yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik dari sumber energi mekanik.  Prinsip  kerja  dari  generator  listrik  adalah induksi  elektromagnetik  (Gertshen  et  al.,  1996). Dimana  Induksi  elektromagnetik  adalah  gejala timbulnya  arus  listrik  pada  penghantar  listrik  akibat dari  adanya  perubahan  medan  magnet  di  sekeliling penghantar (Abdullah, 2017).
Data  dari  BPS  Indonesia  pada  tahun  2018 mengatakan  bahwa  di  Jawa  Timur  terdapat  5.520 jumlah  desa  yang  masih  bergantung  pada  listrik negara (PLN) dan 2.646 jumlah desa mandiri (tanpa bergantung  PLN),  serta  9  desa  tanpa  listrik  sama sekali untuk sumber penerangan jalan utama desa [9]. Hal  tersebut  tentu  menggugah  pikiran  masyarakat untuk  mewujudkan  desa  listrik  mandiri  dengan implementasi  mikrohidro  untuk  Desa  Sambigede yang memiliki potensial perairan yang cukup baik.
Belt  adalah  bahan  fleksibel  yang  melingkar tanpa  ujung,  yang  digunakan  untuk  menghubungkan secara  mekanis  dua  poros  yang  berputar.  Sabuk digunakan sebagai sumber penggerak, penyalur daya yang efisien atau untuk memantau pergerakan relatif. Sabuk  dilingkarkan  pada  katrol.  Dalam  sistem  dua pulley,  belt  dapat  mengendalikan  pulley  secara normal  pada  satu  arah  atau  menyilang.  Belt digunakan  sebagai  sumber  penggerak  contohnya adalah  pada  konveyor  di  mana  belt  secara  kontinu membawa  beban  dari  satu  titik  ke  titik  lain (Wikipedia, 2021).
Maka  dari  itu  dibuatlah  Implementasi Mikrohidro  untuk  Penerangan  Kincir  Air  di Sambigede. Tujuan dari implementasi mikrohidro ini adalah  untuk  memberikan  penerangan  untuk  kincir air  yang  memfilter  sampah  di  Desa  Sambigede sekaligus memberikan penerangan di area sekitarnya. Terdapat contoh implementasi mikrohidro/pikohidro, kincir  air,  generator  listrik  DC  sebelumnya  yang
(kW) h Q 1 9,8 h Watt g Q × × = × × × = r h P (kW) V Q 1/2 h Q 1 9,8 2 + × × = h P
r
h pp tb tb P P × × = h h tb g tm out P P × × = h h h g Q P total out × × × = h
ISSN: 1978-1520
melatar  belakangi  ide  pengabdian  masyrakat  di berbagai  daerah,  ide  mikrohidro  tersebut  muncul  di desa-desa kecil yang memiliki aliran sungai kecil dan membutuhkan  aliran  listrik  karena  susahnya menghubungkan  aliran  listrik  (Supardi  et  al.,  2015), dengan  itu  muncul  gagasan  untuk  menerapkan teknologi mikrohidro ini di Desa Sambigede.

## 2.  METODE
Pelaksanaan  implementasi  ini  tediri  dari pembantuan  pemasangan  kincir  air  filter  sampah, pengukuran kecepatan putaran kincir air, perhitungan pulley dan belt ,  belanja bahan, pembuatan pulley dan belt, pembuatan tiang lampu penerangan, pemasangan  tiang  lampu  di  lokasi,  pemasangan generator  dan  rangkaian  listrik(baterai,  kabel, inverter, regulator , dll.) dan lampu.

## Pemasangan Kincir Air
Dalam  hal  itu  anggota  yang  hadir  ikut membantu  membawa  kincir  air  dari  kendaraan menuju  lokasi  pemasangan.  Pemasangan  kemudian dilanjutkan  dengan  meletakkan  kincir  tersebut  di tumpuan  yang  telah  dibuat  sebelumnya  oleh kelompok desa. Setelah mengunci kincir air tersebut di  tumpuan,  kincir  air  telah  bekerja  dengan  sesuai yang diinginkan (lihat Gambar 1).

## Gambar 1. Pemasangan Kincir Air
Gambar 2. Observasi kincir air

## Observasi Lebih Lanjut
Tahap  kedua  adalah  observasi  oleh  anggota. Dalam  observasi  tersebut  anggota  menghitung kecepatan  kincir  air  menggunakan  tachometer dengan  cara  disorotkan  ke bearing kincir  air
sekaligus  menghitung  dimensi  kincir  air  dan  lebar pengairannya (lihat Gambar 2).
Perhitungan Pulley dan Belt Tahap  ketiga  ada  perhitungan pulley dan belt . Dikarenakan  putaran  dari  kincir  air  yang  tidak memungkinkan  untuk  menghidupi  generator,  maka digunakan prinsip metode pulley dan belt.
Gambar 3. Mekanisme pulley dan belt .
Persamaan pulley dan belt didapat  dari persamaan  (6)  untuk  mendapatkan  diameter pulley yang dibutuhkan dengan persamaan (7).
(6)
(7)
Dimana l adalah rumus dasar Velocity Ratio, d adalah diameter pulley ditambah  tebal belt ,  dan  N  adalah Velocity  Ratio .  Dengan  persamaan  (2),  perbadingan pulley driver dan driven dapat diperoleh dengan rasio 13:3  dengan  menggunakan  2 coupling dan  6 pulley . Dengan coupling dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3).
(3)
d 2 dan  d 3 adalah  2  buah pulley ter- coupling, begitu juga  dengan pulley d 4 dan  d 5 [(Khurmi  &  Gupta, n.d.).  Dari  metode coupling dan belt tersebut, generator dapat menghasilkan 1800 RPM lebih yang semula hanya sekitar 20-30 RPM.
Pembuatan Pulley dan Belt
Pada  alat  ini  terdapat  sebuah  generator  dc berdaya maksimal sebesar 500 watt. Untuk mencapai daya  maksimal  generator  dibutuhkan  kecepatan maksimal  kurang  lebih  sebesar  1800  rpm.  Tetapi untuk titik aman generator digunakan putaran kurang lebih sebesar 700 – 900 rpm. Untuk membuat putaran tersebut  dibutuhkan  sebuah  Coupling  menggunakan pulley  dan  van  belt  dengan  dimensi  pulley  yang terpasang  pada  generator  sebesar  3  inch  dan  yang terpasang pada kincir air sebesar 16 inch.
Rangkaian  penyetabil  tegangan  atau  voltage regulator  dipasangkan  pada  rangkaian  kelistrikan untuk  mencegah  terjadinya  lonjakan  tegangan  saat debit  air  naik  yang  menyebabkan  kincir  berputar semakin  cepat.  Rangkaian  inverter  dc  to  ac  300watt dipasangkan  pada  rangkaian  kelistrikan  untuk mengubah  Arus  keluaran  generator  yang  semula berbentuk  DC  12V  menjadi  Arus  AC  220V  sebagai
suplai listrik bagi lampu penerangan. Sebelum listrik dari  inverter  terhubung  ke  lampu  penerangan dipasang  sebuah  MCB  1A  sebagai  pengaman  jika terjadi korsleting pada lampu penerangan.

## Pembuatan Tiang Lampu Penerangan
Tahap  keenam  adalah  pembuatan  tiang  lampu sebagai fondasi pencahayaan lampu guna menerangi tempat sekitar kincir air dan generator. Tiang lampu penerangan ini memiliki tinggi ± 3 meter dan terbuat dari besi hollow.

## Gambar 4. Tiang lampu penerangan
Untuk  pemasangan  tiang  akan  ditempatkan  di sebelah  generator.  Dengan  didekatkannya  tiang dengan  generator  maka  dapat  mengurangi  biaya untuk kabel penghubung lampu dengan generator.
Gambar 5. Generator Permanent Neodymium Magnet 300

## watt

## Pemasangan Generator di Lokasi
Generator  yang  akan  digunakan  bertipe  M2- 50-G.  Generator  ini  memiliki  keluaran  daya  listrik sebesar 500 watt dengan tegangan sebesar 315V DC. Kecepatan  putaran  generator  mencapai  2500  rpm. Generator yang digunakan ditunjukkan pada Gambar
3.  Generator  terhubung  dengan  kincir  menggunakan belt  dan  rasio  pulley  yang  telah  ditentukan  dengan titik  poros  antara  generator  dan  kincir  air  sejauh 75cm.  Uji  coba  menggunakan  rasio  pulley  tersebut dapat  menghasilkan  putaran  sekitar  812  rpm  pada generator  yang  menghasilkan  tegangan  keluaran sebesar  15V  DC  yang  kemudian  distabilkan  dengan rangkaian  Regulator  menjadi  12volt.  Dengan  debit air  sungai  normal  kincir  air  dapat  memberikan  torsi yang cukup untuk menggerakkan generator sehingga generator  dapat  menghasilkan  daya  listrik  kurang lebih  sebesar  380  watt.  Untuk  daya  listrik  yang dihasilkan  generator  tersebut  dapat  digunakan  untuk menyalakan  bohlam  220V  20watt  kurang  lebih sebanyak 18 buah sebagai penerangan jalan.

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah  metode-metode  telah  sepenuhnya dijalankan,  maka  Implementasi  Mikrohidro  untuk Penerangan  Kincir  Air  dapat  terealisasikan  dengan baik.  Hasil  yang  didapatkan  yaitu  putaran  kincir  air sebagai  energi  mekanik  terhadap  generator menghasilkan  daya  listrik  yang  cukup  untuk penerangan. Walaupun putaran kincir air tidak terlalu kencang, namun dengan adanya bantuan pemasangan pulley  maka  dapat  menggerakkan  generator  untuk menghasilkan listrik.
Untuk keluaran tegangan listrik dari generator dapat  menghasilkan  sebesar  50V  dengan  putaran maksimal  sebesar  1240  rpm.  Tegangan  ini  bisa berubah-ubah tergantung dari putaran generator. Dan pergerakan  keluaran  pada  generator  bergerak  secara linier ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 6. Keluaran tegangan generator
Uji  coba  penggunaan  rasio  pulley  menghasilkan putaran  sekitar  812  rpm  pada  generator  yang menghasilkan  tegangan  keluaran  sebesar  15V  DC yang kemudian distabilkan menggunakan  rangkaian Regulator  menjadi  12  Volt.  Dengan  debit  air  sungai normal, kincir air dapat memberikan torsi yang cukup untuk  menggerakkan  generator  sehingga  generator dapat menghasilkan daya listrik kurang lebih sebesar 380 Watt.
ISSN: 1978-1520

## 4.  SIMPULAN
Maka  dapat  disimpulkan  untuk  menyalakan lampu  DC  pada  sekitar  kincir  air  dapat  di  lakukan secara  teori.  Dengan  teori  tersebut  lampu  DC  yang dialiri listrik dari generator yang ditenagai oleh kincir air dapat menyala. Dengan adanya teori tersebut desa akan  terbantu  dengan  adanya  listrik  tambahan  yang menambah  penerangan  pada  tempat  yang  masih gelap dan sulit dijangkau. Kekurangan pada teori ini karena  menggunakan  motor  DC  dengan  harga  yang cukup murah maka tidak dapat memaksimalkan teori yang akan diimplementasikan. Akan tetapi dikarenakan  keadaan  tidak  terduga  kincir  air mengalami  kerusakan  dan  tidak  dapat  meng- implementasikan  teori  yang  diinginkan.  Dengan demikian  progam  kerja  ini  dapat  diteruskan  oleh selanjutnya agar dapat menyelesaikan program kerja ini  sampai  tuntas.  Serta  dapat  membangun  Desa Sambigede menjadi lebih baik.

## DAFTAR RUJUKAN
Abdullah, M. (2017). Fisika Dasar II. In Fisika Dasar II . Institut Teknologi Bandung.
Anonim. (2003). Pedoman pengelolaan
pengoperasian  dan  pemeliharaan  PLTMH Leuwi  Kiara,  Kabupaten  Tasikmalaya .  Dinas Pertambangan Dan Energi Bandung. Anonim.  (2008). Manual  pembangunan  pembangkit listrik tenaga Mikrohidro . IBEKA-JICA.
Gertshen,  C.,  Kneser,  H.  O.,  &  Vogel,  H.  (1996). Fisika:  Listrik  Magnet  dan  Optik .  Jakarta: Pusat Pembinaan Dan Pengembangan Bahasa.
Khurmi, R., & Gupta, J. (n.d.). A textbook of machine design  (S.1.  Units) .  Eurasia  Publishing  House (PVT.) LTD.
Kougias,  I.,  Patsialis,  T.,  Zafirakou,  A.,  &
Theodossiou,  N.  (2014).  Exploring  the potential  of  energy  recovery  using  micro hydropower  systems  in  water  supply  systems. Water Utility Journal , 7 .
Mahmud,  K.,  Tanbir,  M.  A.  T.,  &  Islam,  M.  A. (2012).  Feasible  micro  hydro  potentiality exploration in hill tracts of Bangladesh. Global Journal of Research Engineering , 12 (9-F). O, P. (1995). Tenaga Air . Erlangga.
Singh,  D.  (2009).  Micro  hydro  power  resource assessment  handbook. Asian  and  Pacific Centre  for  Transfer  of  Technology  Of  the United  Nations  –  Economic  and  Social Commission for Asia and the Pacific (ESCAP). Supardi,  A.,  Prasetya,  D.  A.,  &  Aklis,  N.  (2015).
Karakteristik keluaran generator induksi 1 fase pada  sistem  pembangkit  pikohdro. Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT)3 .
U, W. (2001). Sumber daya energi alternatif . Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Brawijaya.
Wikipedia.  (2021). Belt  (mechanical) .  Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Belt(mechanical)