## JEPCA
Journal of Electrical Power Control and Automation, 2(1), Juni 2019, 29-32 Program Studi Teknik Listrik Universitas Batanghari

## Studi Awal Pemanfaatan Turbin Screw pada Aliran Sungai Kecil di Kota Jambi
Fadli Eka Yandra 1 , S. Umar Djufri 2 1,2 Teknik Listrik, Fakultas Teknik, Universitas Batanghari Correspondence Email: fadli.eka.yandra@unbari.ac.id
Abstrak. Penggunaan archimedes screw telah bergeser pemanfaatannya dari pompa menjadi sumber energi tenaga air pada head rendah  sebagai  turbin  air.  Kinerja  turbin archimedes  srew dipengaruhi  oleh  beberapa  parameter  antara  lain  tingkat  rendaman turbin,  sudut  kemiringan  turbin, pitch  ratio ,  dan  jumlah  sudu.  Kota  Jambi  yang  berkontur  dataran  rendah  yang  dilewati  daerah aliran  sungai  Batanghari  membuat  potensi  drainasenya  bisa  dimanfaatkan  untuk  menjadi  pembangkit  listrik  tenaga  air  berskala kecil dengan menggunakan turbin screw, karena kontur Kota Jambi yang rendah, berakibat tekanan air kecil walaupun debitnya kadang  besar akibat  luapan sungai  Batanghari,  maka pilihan turbin dengan Head rendah  menjadi solusinya, pada penelitian  ini, dilakukan studi perhitungan potensi aliran drainase yang terdapat di Kota Jambi, apakah bisa dimanfaatkan atau tidak.
Kata kunci: archimedes screw; rendaman turbin; kemiringan turbin; pitch ratio; jumlah sudu; debit air.
Abstract. The use of archimedes screw has shifted its use from pumps to a source of hydropower at low heads as water turbines. Archimedes srew turbine performance is influenced by several parameters including turbine submersion level, turbine tilt angle, pitch ratio, and number of blades. The contour of the lowland Jambi city that is passed by the Batanghari  watershed makes the drainage potential can be utilized to become a small-scale hydroelectric power plant using screw turbines, because the contour of Jambi  City  is  low,  resulting  in  small  water  pressure  although  the  discharge  is  sometimes  large  due  to  the  overflow  of  the Batanghari  river,  then  the  choice  of  turbine  with  a  low  head  is  the  solution,  in  this  study,  a  study  was  made  to  calculate  the potential drainage flow in the city of Jambi, whether it can be used or not.
Keyword: archimedes screw; turbine immersion; turbine tilt; pitch ratio; number of blades; air discharge.

## PENDAHULUAN
Banyaknya  aliran  sungai  kecil  yang  berada  di Kota Jambi, membuat penulis tertarik untuk memanfaatkan  sumber  Energi  Terbarukan  tersebut sebagai  sumber  energi  penerangan  di  daerah  aliran sungai,  agar  aliran  sungai  bisa  menjadi  tempat  yang menarik  dan  bersih.  Untuk  memanfaatkan  sumber energinya,  maka  perlu  dilakukan  perhitungan  debit  air dan  potensi  energi  yang  bisa  dimanfaatkan  pada  aliran sungai  tersebut,  untuk  itu  perlu  dilakukan  kajian  dan pengujian pada sungai-sungai yang berada disekitar Kota Jambi.  Untuk  memanfaatkan  sumber  energinya,  maka perlu dilakukan perhitungan debit air dan potensi energi yang  bisa  dimanfaatkan  pada  aliran  sungai  tersebut, untuk  itu  perlu  dilakukan  kajian  dan  pengujian  pada sungai-sungai yang berada disekitar Kota Jambi.
Pembangkit  listrik  tenaga  air  atau  PLTA  bekerja berdasarkan  perbedaan  ketinggian  (head)  dan  debit  air setiap detiknya [1]. Gambar 1 menunjukkan prinsip kerja pembangkit  listrik  turbin  archimedes  screw,  dimana aliran air melewati kisi-kisi turbin sehingga menggerakkan  poros  turbin  (energi  mekanik)  dan menghasilkan energi listrik melalui generator [2].
Gambar 1 . Skema Pembangkit Listrik Turbin Archimedes Srew [2]
Air  merupakan  salah  satu  sumber  energi,  karena pada  air  tersimpan  energi  potensial  untuk  kondisi  air jatuh dan energi kinetik untuk kondisi air yang mengalir. Sesuai dengan kaidah kekekalan energi yang menyatakan  bahwa  suatu  bentuk  energi  tidak  dapat dimusnahkan  tetapi  dapat  diubah  bentuk  menjadi  energi lain.  Penjelasan  kaidah  kekekalan  energi  tadi  dapat diilustrasikan  pada  air  jatuh  pada  ketinggian  tertentu yang  didalamnya  terkandung  energi  potensial  yang merupakan  proses  alamiah  apabila  dimanfaatkan  untuk memutar  turbin  air  maka  dapat  diubah  menjadi  energy mekanik  dan  elektrik  tentunya  dengan  menempatkan sebuah  generator.  Tenaga  air  merupakan  sumber  energi yang  bersifat  non-depletable  (tidak  dapat  habis)  namun begitu  sumber  air  bias  saja  mengalami  kekurangan intensitas  hal  ini  dipengaruhi  oleh  iklim  yang menyangkut  angka  curah  hujan  serta  kerusakan  alam
Fadli Eka Yandra dan S. Umar Djufri, Studi Awal Pemanfaatan Turbin Screw pada Aliran Sungai Kecil di Kota Jambi
seperti  penggundulan  hutan  dan  pengrusakan  struktur tanah.

## Hidrograph
Debit  air  tidak  dapat  diharapkan  konstan,  selalu berubah  setiap  waktu.  Perubahan  ini  disebabkan  karena perubahan musim, perubhan bentuk penampang saluran/sungai akibat pengikisan  atau  erosi, penggunaak air yang bervariasi (untuk pengairan, industry perikanan, dan  keperluan  lain)  serta  sebab  lain  yang  sulit diramalkan seperti sifat-sifat geografis setempat.
Oleh karena itu perlu didata keadaan sumber daya perwaktu  yang  ditentukan,  dalam  setiap  kurva hydrograph  yang  menunjukkan  hubungan  antara  debit dengan  waktu.  Siklus  waktu  bias  saja  pendek  (siklus harian, mingguan) maupun panjang (bulanan, tahunan).
Untuk memperoleh data yang lebih lengkap, debit suatu  sungai  dapat  diramalkan  dari  besarnya  curah hujan.  Data  curah  hujan  selama  puluhan  tahun  pada daerah  tangkapan  hujan  dapat  diperoleh  dari  Badan Meteorolgi  dan  Geofisika  (BMG).  Hubungan  antara besarnya curah hujan dengan debit  aliran sungai  (run of river)  yang  dihasilkan  dapat  diperkirakan  berdasarkan kerugian  yang  terjadi.  Kerugian-kerugian  tersebut meliputi  penguapan  (evaporasi),  perembesan  (seepage) kedalam tanah, penggunaan air sungai pada daerah hulu, dan  besarnya  kerugian  tersebut  tergantung  dar  kondisi geologi  atau  setidaknya  dapat  diperkirakan.,  keadaan iklim,  tingkat  penghunian  penduduk,  yang  semuanya dapat dicari datanya.

## Daya Hidrolis
Dua komponen obyektif dalam analisis pembangkit tenaga air adalah head dan laju aliaran/debit. Head  adalah  beda  ketinggian  antara  reservoir,  head dalam tenaga air diartikan juga sebagai tinggi air jatuh.
Di ilustrasikan bila sejumlah air seberat 1 kg jatuh dari  ketinggian  H  meter  ke  tempat  yang  lebih  rendah pada kecepatan  nol, maka  kerja  yang dilakukan oleh  air tersebut  adalah  1  kg.1 𝐻 meter  =  1 𝐻 kg.m.  Ketika selama  setiap  detik  jumlah  air 𝑄 berjalan  sepanjang perbedaan  ketinggian 𝐻 ke  arah  grafitasi,  maka  air tersebut  melakukan  kerja  tiap  detik,  atau  membawa keluaran (work per second), Ph dalam joule/s atau watt.
𝑷𝒉 = 𝝆 . 𝑸 . 𝒈 . 𝑯 …………………………… (1)
Dimana :
𝑃 ℎ = power/kerja (Watt)
𝜌 = berat jenis air (998,3 kg/ 𝑚 3 pada suhu 20℃) 𝑄 =  jumlah  air  yang  lewat  tiap  detik  atau  Flowrate ( 𝑚 3/s) g = percepatan gravitasi bumi (9,81 m/ 𝑠 2)
H = perbedaan ketinggian bersih (Net-head) dalam (m)
𝑃 ℎ  merupakan  keluaran  teoritis  tanpa  kerugian ketika  air  jatuh  air  jatuh,  namun  dalam  kenyataannya motor  hidrolis  tidak  dapat  mengkonversi  semua  energi
hidrolis  ke  energi  mekanis  tanpa  adanya  kerugian- kerugian (losses) sehingga keluaran efektif).

## Debit
Debit aliran sungai menurut Bambang Triatmodjo adalah  jumlah  air  yang  mengalir  melalui  tampang lintang  sungai  tiap  satu  satuan  waktu,  yang  biasanya dinyatakan  dalam  meter  kubik  per  detik  (m3/dt).  Debit sungai,  dengan  distribusinya  dalam  ruang  dan  waktu, merupakan  informasi  penting  yang  diperlukan  dalam perencanaan bangunan air dan pemanfaatan sumberdaya air.

## Klasifikasi kecepatan air
Karakteristik  kecepatan  air  di  sungai  tidak  jauh berbeda  dengan  karakteristik  kecepatan  air  di  suatu saluran.  Karena  aliran  di  sungai  pada  umumnya  adalah turbulen  seperti  halnya  aliran  di  saluran,  maka  debit aliran  melalui  saluran  terbuka  dapat  dihitung  dengan rumus berikut:
Q = A V (m³/ѕ) ………………………….. (2)
Kecepatan  aliran  melalui  saluran  terbuka  dapat dihitung  dengan  beberapa  rumus  berikut:  Koefisien Chesy  dapat  dinyatakan  dengan  koefisien  Manning dengan  persamaan 𝐶 =  1 𝑛 𝑅 16,  dimana  n  adalah  nilai koefisien  Manning  yang  merupakan  fungsi  dari  bahan dinding saluran.

## METODE
Metoda  penelitian  yang  penulis  lakukan  berupa pengumpulan  data  cuaca,  daerah  aliran  sungai  Kota Jambi,  debit  air  dan  perhitungan  ketinggian  head. Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang mengunakan energi air. Kondisi air  yang  bisa  dimanfaatkan  sebagai  sumber  daya (resources)  penghasil  listrik  adalah  memiliki  kapasitas aliran  dan  ketinggian  tertentu  dari  instalasi.  Semakin besar  kapasitas  aliran  maupun  ketinggiannya  dari instalasi  maka  semakin  besar  energi  yang  bias dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.
Biasanya Mikrohidro dibangun berdasarkan kenyataan  bahwa  adanya  air  yang  mengalir  di  suatu daerah  dengan  kapasitas  dan  ketinggian  yang  memadai. Istilah  kapasitas  mengacu  kepada  jumlah  volume  aliran air  persatuan  waktu  (flow  capacity)  sedangan  beda ketingglan  daerah  aliran  sampai  ke  instalasi  dikenal dengan  istilah  head.  Mikrohidro  juga  dikenal  sebagai white resources dengan terjemahan bebas bisa dikatakan "energi  putih".  Dikatakan  demikian  karena  instalasi pembangkit  listrik  seperti  ini  mengunakan  sumber  daya yang  telah  disediakan  oleh  alam  dan  ramah  lingkungan. Suatu  kenyataan  bahwa  alam  memiliki  air  terjun  atau jenis lainnya yang menjadi tempat air mengalir. Dengan teknologi sekarang maka energi aliran air beserta  energi perbedaan ketinggiannya dengan daerah tertentu (tempat
Fadli Eka Yandra dan S. Umar Djufri, Studi Awal Pemanfaatan Turbin Screw pada Aliran Sungai Kecil di Kota Jambi
instalasi  akan  dibangun)  dapat  diubah  menjadi  energi listrik.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Daerah aliran sungai Kota Jambi
Peta  berikut  memperlihatkan  daerah  aliran  sungai yang terdapat di Kota Jambi
Gambar 2 . Daerah aliran sungai Kota Jambi Tabel 1 . Lokasi Genangan Akibat luapan sungai Batanghari No. Lokasi / Kecamatan Besaran Waktu Luas (Ha) Tinggi (m) Waktu (hari) Frekuensi (kali/thn) A Banjir karena luapan sungai Batanghari 1 Kec. Pasar Jambi 120 0,5 - 2 4 - 20 2 2 Kec. Jelutung 157 1 - 2 4 - 20 2 3 Kec. Telanaipura 900 1 - 2 4 - 20 2 4 Kec. Jambi Timur – Sungai Tembuku 140 1 - 3 4 - 20 2 5 Kec. Jambi Timur, sungai selincah 750 1 - 4 5 - 30 2 6 Kec. Danau Teluk 1450 1 - 3 5 - 25 2 7 Kec. Pelayangan 98 1 - 3 5 - 25 2 Tabel 2 . Lokasi Genangan Akibat curah hujan No. Lokasi / Kecamatan Besaran Waktu Luas (Ha) Tinggi (m) Waktu (hari) Frekuensi (kali/thn) B Banjir karena genangan rutin 8 Jl. Rd Pamuk (Pertamina) 4.00 0.5 – 1.5 10 6 9 Talang banjar 3.00 0.4 – 0.6 3 6 10 Budiman 3.28 0.4 – 0.6 3 6 11 Terminal Pasar 1.54 0.2 – 0.4 5 10 12 Pasar Jambi 1.24 0.2 – 0.4 5 10 13 Jl. Abdul Rahman Saleh 1.50 0.2 – 1.0 3 5 14 Simpang III Sipin 4.50 0.2 – 0.8 3 4 15 Kel. Rawasari 2.00 0.4 – 0.6 3 4 16 Jalan Siswa 1.50 0.4 – 0.6 5 5 17 Jalan Metu 1.60 0.3 – 0.5 6 9 18 Hotel Aini 3.25 0.5 – 0.7 6 9 19 Jl. Cokroaminoto, Serunai Malam 2.08 0.6 – 1.0 4 7 20 Jl. Sri Sudewi 1.00 1.0 – 1.5 8 17 21 Jl. Sungai Putri 1.42 0.3 – 0.6 5 10
Lokasi genangan dapat dilihat pada peta berikut:
Fadli Eka Yandra dan S. Umar Djufri, Studi Awal Pemanfaatan Turbin Screw pada Aliran Sungai Kecil di Kota Jambi
Dari  tabel  cuaca  diatas  terlihat  bahwa  rata-rata 100mm  perbulannya,  sehingga  drainase  atau  sungai- sungai  kecil  yang  ada  di  Kota  Jambi,  berpotensi  untuk dimanfaatkan aliran airnya.

## SIMPULAN
Drainase  yang  ada  di  Kota  Jambi  cukup memenuhi  sarat  untuk  dimanfaatkan  sebagai  sumber energi  listrik  dengan  menggunakan  turbin  screw  karena debit yang kecil dan head yang rendah.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  A.  Nurdin,  “Optimalisasi  Transmisi  PLTA  –  Pico Hydro sebagai Penunjang Konversi EnergiMekanik Menjadi  Listrik,”  Universitas  Sebelas  Maret,
Surakarta, 2016.
[2]  J. Rohmer, D. Knittel, G. Sturtzer, D. Flieller, and J. Renaud,  “Modeling  and  experimental  results  ofan Archimedes  screw  turbine,”  Renewable  Energy,
vol. 94, pp. 136–146, 2016.
[3]  M.  Stefanizzi  and  B.  Fortunato,  “Experimental investigation and performance prediction modelingof The investigation 15th International and Experimental  performance  prediction  modeling  of asingle  stage  centrifugal  pump  operating  as  turbine a  single  stage  cent,”  Energy  Procedia,  vol.  126,pp. 589–596, 2017.
[4]  N.  Dellinger  and  M.  Dufresne,  “Computational fluid dynamics modeling for the design ofArchimedes Screw Generator,” vol. 118, 2018.
[5]  H.  B.  Harja,  H.  Abdurrahim,  S.  Yoewono,  and  H.
Riyanto,
“Penentuan Dimensi Sudu dan SudutKemiringan Turbin Pada Turbin Ulir
Archimedes,” vol. 36, no. 1, 2014.
[6]  C.  Rorres,  “The  Turn  of  The  Screw:  Optimal Desibn of an  Archimedes  Screw,”  no. January, pp. 72–80, 2000.
[7]  W.  D.  Lubitz,  M.  Lyons,  and  S.  Simmons, “Performance  Model  of  Archimedes  Screw HydroTurbines with Variable Fill Level,” Journal of Hydraulic Engineering, vol. 140, no. 10, p.04014050, 2014
[8]  G.  Dellinger,  A.  Terfous,  and  P.  Garambois, “Experimental  investigation  and  performance analysisof Archimedes screw generator,” vol. 1686,
no. March, 2016.
[9]  K.  Songin,  “Experimental  Analysis  of  Archimedes Screw Turbines,” 2017.
[10] A.  D.  Nugroho  and  D.  A.  Himawanto,  “Kajian Teoritik Pengaruh Geometri Dan Sudut Kemiringan Terhadap  Kinerja  Turbin  Archimedes  Screw,”
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan
Kedirgantaraan  (SENATIK),  vol.  III,  pp.  2337– 3881, 2017.
[11] B.  Yulistiyanto,  H.  Yul,  and  Lisdiyanti,  “Pengaruh Debit  Aliran  dan  Kemiringan  Poros  Turbin UlirPada  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro-hidro,” Dinamika Teknik Sipil vol. 12, no. 1, pp. 1–5, 2012.
[12] T. Saroinsong, R. Soenoko, S. Wahyudi, and M. N. Sasongko, “Performance of three- bladedArchimedes  screw  turbine,”  ARPN  Journal of  Engineering  and  Applied  Sciences,  vol.  11,  no. 15, pp.9491–9495, 2016.
[13] S.  R.  Waters,  “Analysing  the  performance  of  the Archimedes Screw Turbine within tidal
rangetechnologies,”  no.  November,  pp.  1–171, 2015.