## PERENCANAAN DAN PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO–HIDRO JENIS CROSSFLOW
1 Jumadi, 2 Faisal Amir
1,2) Prodi Pendidikan Teknik Mesin Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Malikussaleh Jl. Cot Tgk. Nie Kec. Muara Batu, Aceh Utara 24355 Email: jumadirusli@gmail.com

## Abstrak
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikrohidro  (PLMTH)  merupakan  salah  satu  tipe  pembangkit  listrik  yang  banyak digunakan di Indonesia. PLMTH adalah pembangkit listrik yang menggunakan energi air sebagai energi utama. Turbin  bekerja  dengan  prinsip  mengubah  gaya  potensial  air  menjadi  gaya  mekanis.  Dalam  hal  ini  fluida  yang digunakan  adalah  fluida  cair  atau  air.  Air  di  sini  digunakan  untuk  menggerakkan  sudu-sudu  turbin  yang tersambung  dengan  poros  turbin  sehingga  menghasilkan  gaya  putar.  Karena  turbin  sendiri  termasuk  ke  dalam salah satu mesin konversi energi,  diperlukan pengetahuan tentang efisiensi turbin  baik  itu hal-hal  yang  mampu menaikkan  maupun  menurunkan  performa  dan  efisiensi  dari  turbin.  Dalam  pembahasan  selanjutnya,  penulis mengambil  subjek  pada  sebuah  instalasi  PLMTH  yang  terdapat  di  Krueng  Kala,  Lhoong,  Aceh  Besar  dengan debit  air  300  liter/detik  dan head air  jatuh  27  meter. Total  kerugian  aliran  yang  terjadi  di  sepanjang penstock , elbow , inlet dan valve yaitu sebesar 6,907 m. Dengan head efektif sebesar 20,093m  maka didapat daya output turbin sebesar 44 kW dan kapasitas generator sebesar 37 kW.
Kata kunci: Efisiensi, generator, penstock, performa, turbin air.

## 1. Pendahuluan
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikrohidro (PLTMH),  biasa  disebut  mikrohidro,  adalah  suatu pembangkit listrik berskala kecil yang menggunakan tenaga  air  sebagai  penggeraknya,  misalnya  saluran irigasi,  sungai  atau  air  terjun  alam,  dengan  cara memanfaatkan tinggi terjunnya ( head , dalam meter) dan jumlah debit airnya (m 3 /detik).
Bentuk  pembangkit  listrik  tenaga mikro- hidro bervariasi,  tetapi  prinsip  kerjanya  sama,  yaitu perubahan  tenaga  potensial  air  menjadi  tenaga elektrik (listrik). Perubahan yang terjadi tidak secara langsung,  tetapi  berturut-turut  melalui  tahapan sebagai berikut :
1. Tenaga potensial diubah menjadi tenaga kinetik
2. Tenaga kinetik diubah menjadi tenaga mekanik
3. Tenaga mekanik diubah menjadi tenaga listrik Tenaga  potensial  adalah  tenaga  air  karena berada  pada  ketinggian.  Tenaga  kinetik  adalah tenaga  air  karena  mempunyai  kecepatan.  Tenaga mekanik  adalah  tenaga  kecepatan  air  yang  terus memutar  kincir  air  atau  sudu-sudu  turbin.  Tenaga elektrik  adalah  hasil  dari  generator  yang  berputar akibat berputarnya kincir air atau sudu-sudu turbin.
Belakangan ini semakin marak digunakannya mikrohidro, pembangkit listrik tenaga air skala kecil
(dibawah  100  kW),  sebagai  sumber  pasokan  listrik di  desa-desa  kecil  dan  terpencil.  PLTA  mikrohidro semakin  dipilih  mengingat  banyaknya  sungai  kecil yang  ada  di  Indonesia.  Potensi  mikrohidro  di Indonesia  ada  458,75  MW  dan  baru  terpasang  84 MW.  Selain  itu,  teknologinya  yang  mudah  pun menjadi  suatu  nilai  tambah  bagi  penduduk  desa dalam  memanfaatkan  aliran  sungai  sebagai  sumber energi primer untuk pembangkit listrik.
Tujuan penelitian ini adalah untuk melakukan  perencanaan   turbin  air  aliran  melintang ( crossflow  turbine )  yang  menjadi  komponen  utama pada sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), serta menganalisa perencanaan komponen  utama  mekanik  Pembangkit  Listrik Tenaga  Mikrohidro,  yaitu  pipa  pesat/ penstock , turbin  aliran  melintang  ( crossflow  turbine ),  dan generator.  Sedangkan  komponen  ekonomi,  sosial, dan sipil tidak dilakukan perhitungan.

## 2. Metode Penelitian
Pada  penelitian  ini  digunakan  metode pengumpulan  data  yang  diharapkan  dapat  dijadikan pedoman  dalam  penyusunan  jurnal.  Adapun  data tersebut diperoleh melalui studi literatur dan analisis hasil  studi  lapangan  yang  hanya  terbatas  pada perencanaan  mekanis  turbin crossflow berupa perencanaan komponen utama mekanik Pembangkit
Listrik Tenaga Mikrohidro, yaitu
pipa pesat/ penstock ,  turbin  aliran  melintang  ( crossflow turbine ),  dan  generator.  Beberapa  data  diperoleh bersumber dari buku manual pembangunan PLTMH, Microhydro  Design  Manual. Selain  itu  beberapa informasi juga penulis peroleh dari buku, koran dan internet.

## 2.1 Diagram  Alir  untuk  Perencanaan  Turbin

## Crossflow
Pembangkit  tenaga  air  adalah  suatu  bentuk perubahan  tenaga  dari  tenaga  air  dengan  ketinggian dan  debit  tertentu  menjadi  tenaga  listrik,  dengan menggunakan  turbin  air  dan  generator.  Daya  yang keluar  dari  generator  dapat  diperoleh  dari  perkalian efisiensi  turbin  dan  generator  dengan  daya  yang keluar secara teoritis.
Bentuk pembangkit tenaga mini-hidro adalah bervariasi, tetapi prinsip kerjanya adalah sama, yaitu perubahan  tenaga  potensial  air  menjadi  tenaga elektrik  (listrik).  Perubahan  tersebut  tidak  terjadi secara  langsung,  tetapi  berturut-turut  melalui perubahan  sebagai  berikut  Tenaga  potensial  diubah menjadi  tenaga  kinetik,  kemudian  tenaga  kinetik dirubah  menjadi  tenaga  mekanik  dan  tenaga mekanik baru menjadi tenaga listrik.
Tenaga  potensial  adalah  tenaga  air  karena berada  pada  ketinggian.  Tenaga  kinetik  adalah tenaga  air  karena  mempunyai  kecepatan.  Tenaga mekanik  adalah  tenaga  kecepatan  air  yang  terus memutar  kincir/turbin.  Tenaga  elektrik  adalah  hasil dari  generator  yang  berputar  akibat  berputarnya kincir/turbin.
Prinsip  kerja  PLTMH  yang  paling  utama adalah  memanfaatkan  semaksimal  mungkin  energi air  yang  dapat  ditangkap  oleh  peralatan  utamanya yang  disebut  turbin/kincir  air.  Efisiensi  kincir  air yang  dipilih  untuk  menangkap  energi  air  tersebut menentukan  besarnya  energi  mekanik  atau  energi poros guna memutar generator listrik.
Gambar 2.1. Bagan Sebuah PLTMH

## 3. Hasil dan Pembahasan
Hasil  dan  tujuan  dari  penelitian  ini  hanya sebatas kaji unjuk kerja dan perencanaan pembangkit listrik tenaga mikro hidro.
Pengukuran  debit  aliran  dilakukan  di  dua titik  atau  lokasi  yaitu  300  meter  ke  arah  hulu  dari terjunan,  dan  200  meter  ke  arah  hilir  dari  terjunan. Pengukuran  menggunakan mid area method dengan tiga titik pengukuran.
Tidak Elemen mekanis lainnya: - Generator Selesai Mulai Pengumpulan data: - Studi literatur
- Data lapangan
Dimensi turbin: - Diameter
- Jarak sudu
- Jumlah sudu
- Lebar turbin Kecepatan turbin Memilih jenis turbin Kecepatan spesifik turbin
Interval pengukuran          : 60 detik Persamaan current meter : V = 49,53 . N+0,82 cm/s Jumlah titik yang diukur   : 3 titik Hasil pengukuran pada 2 lokasi: 1. Lokasi pengukuran : 300 meter ke arah hulu Lebar sungai : 3,2 meter
2. Lokasi pengukuran : 200 meter ke arah hilir
Lebar sungai : 3,6 meter
Dari  hasil  pengukuran  debit  aliran  diperoleh debit  aliran  sesaat  sebesar  2,14  m 3 /detik  dan  1,8 m 3 /detik.  Sebagai  dasar  untuk  perancangan,  maka diambil  debit  rancangan  sebesar  1  m 3 /detik  dengan asumsi  debit  ini  selalu  terpenuhi  sepanjang  tahun. Pada  perencanaan  PLTMH  ini  besarnya  tinggi jatuhan  kotoran  (H)  sesuai  dengan  data  peta topografi  lokasi  adalah  7  m.  Berdasarkan  kapasitas air yang dibutuhkan dalam perencanaan, yaitu Q = 1 m 3 /s,  maka  diameter  pipa  pesat  (D p )  dapat ditentukan sebesar = 0,70 m.
Secara perhitungan, kecepatan spesifik didapat  sebesar  N s =  33,22  rpm,  maka  kecepatan putaran turbin sebesar N  = 143 rpm.
Berdasarkan  debit  dan  tinggi  terjunan  yang tersedia,  jenis  turbin  yang  akan  digunakan  dapat ditentukan  dengan  grafik  klasifikasi  turbin,  maka PLTMH  ini  lebih  cocok  menggunakan turbin crossflow .
Setelah  diketahui  jenis  turbin  yang  akan dirancang  maka  dimensi turbin  juga dapat dihitung, antara  lain:  Diameter  luar,  D 1 =  0,70  m.  Diameter dalam, D 2 = 0,462 m.  Jarak  lingkaran bagian dalam dan  luar  turbin,  a  =  0,119  m.  Lebar  untuk  turbin crossflow , L = 0,67 m. Jarak antar sudu dalam rotor turbin crossflow , t = 0,109 m.    Kelengkungan sudu, r = 0,114 m. Jumlah sudu, n = 20 buah. Daya output turbin  sebesar  =  48,02  kW,  dengan  memperhatikan akses  daya  maka  dapat  membangkitkan  generator sebesar = 40 kW.
Diameter  pipa  pesat  =  0,70  m,  kecepatan putaran    turbin  sebesar  =  143  rpm  sehingga diperoleh  kecepatan  spesifik  sebesar  =  33,22  rpm. Maka  berdasarkan  grafik  klasifikasi  turbin,  turbin yang sesuai digunakan adalah turbin crossflow . Dimensi  poros  dan  bantalan  juga  dapat dihitung, dan didapat sebesar:
Diameter poros
=  0,060 m
Diameter Bore Bantalan =  60  mm Diameter Luar Bantalan = 151 mm Lebar Bantalan =  70  mm
4. Kesimpulan dan Saran
4.1 Kesimpulan
Dari hasil pembahasan dan perhitungan pada perencanaan  dan  perancangan  Pembangkit  Listrik Tenaga  Mikro  Hidro  jenis crossflow maka  dapat diambil beberapa kesimpulan: 1. perencanaan  dan  perancangan  PLTMH  jenis crossflow
2. daya  output  turbin  sebesar  =  48,02  kW,  dengan memperhatikan akses daya maka dapat membangkitkan generator sebesar = 40 kW
3. diameter pipa pesat = 0,70 m, kecepatan putaran turbin  sebesar  =  143  rpm  sehingga  diperoleh kecepatan  spesifik  sebesar  =  33,22  rpm.  Maka berdasarkan grafik klasifikasi turbin, turbin yang sesuai digunakan adalah turbin crossflow .

## 4.2 Saran
Untuk  penelitian lanjutan yang harus dilakukan adalah membuat sebuah pengujian dengan memvariasikan beberapa jenis kaca dan menghitung kenyaman termal dengan menggunakan AC sebagai perbandingan.

## Daftar Pustaka
Anonim, Manual  Book  of  Solar  ray  Collector ©PHYWE  SYSTEME  GMBH&  Co.KG. Gottingeny, Germany.
Anonim, Gambaran  UmumKondisi  Aceh, Rencana Pembangunan  Jangka  Panjang  Aceh  (RPJP Aceh) Tahun 2005-2025.
Anonim, Geografis  Aceh, Bappeda  Aceh,  Banda Aceh Athienitis,  A, Design  of  Advanced  Solar  Homes Aimed At Net-Zero Annual Energy
Consumtion in Canada, Jurnal Solar Sel. Brilianz,  Ltd,  2006, Innovation  in  the  Aplication  of Light, England.
Duffie,  J.A.  dan  Beckman,  W.A.  ,  1991, Solar Engineering  of  Thermal  Processes ,  John Willey and Sons Inc, Wisconsin.
Musunuri,R.K.  Sanchez,D.  Rodrigues,  R,  2007,
Solar  Thermal  Energy, University  of  Gavle,
Germany.
Muharto,  dkk, Efektifitas  Penyerapan  Panas  Sinar Matahari  Oleh  Air  yang  Mengalir  Dalam Pipa, ITS, Sukolilo, Surabaya . Sudirham,  S, Mengenal  Sifat  Material, www.buku- e.lipi.go.id