Potensi Pemanfaatan Curah Hujan sebagai Sumberdaya Pembangkit Listrik Nanohidro

POTENSI PEMANFAATAN CURAH HUJAN SEBAGAI
SUMBERDAYA PEMBANGKIT LISTRIK NANOHIDRO

EDYANTO

DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Potensi Pemanfaatan
Curah Hujan sebagai Sumberdaya Pembangkit Listrik Nanohidro adalah benar
karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam
bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal
atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.
Bogor, September 2014
Edyanto
NIM G24100019

ABSTRAK
EDYANTO. Potensi Pemanfaatan Curah Hujan sebagai Sumberdaya Pembangkit
Listrik Nanohidro. Dibimbing oleh BREGAS BUDIANTO.
Sumberdaya air menjadi sumber energi alternatif yang saat ini banyak
digunakan oleh berbagai negara berkembang maupun negara maju sebagai sumber
utama pembangkit listrik nasional. Umumnya, pembangkit listrik yang
menggunakan sumberdaya air memerlukan aliran yang besar dari sungai maupun
melalui bendungan. Sedangkan, pemanfaatan curah hujan untuk menghasilkan
energi listrik masih belum banyak dilakukan. Pembangkit listrik nanohidro yang
dikembangkan dalam penelitian ini memanfaatkan curah hujan yang jatuh langsung
ke permukaan bangunan. Alat ini memiliki ukuran kecil dan dapat dipindahpindahkan (portable/moveable) dengan sitem kerja alat yang sederhana sehingga
dapat mempermudah penggunaannya. Akibat besar curah hujan yang berubah-ubah
sepanjang waktu, maka dalam pemanfaatannya air yang jatuh ke permukaan
bangunan dikondisikan terlebih dahulu hingga mencapai batas debit minimum yang
dibutuhkan untuk memutar dan mempertahankan perputaran turbin. Debit

minimum yang dibutuhkan untuk memutar dan mempertahankan turbin adalah
sebesar 5 liter perdetik dan 4 liter perdetik. Pembangkit listrik nanohidro memiliki
efisiensi alat sebesar 5,23% dengan nilai efisiensi generator dan efisiensi turbin
sebesar 40,96% dan 12,76%. Turbin dari pembangkit listrik ini dapat berputar
dengan kecepatan 60 rpm pada ketinggian head aliran 0,4 meter dan debit aliran
sebesar 5 liter perdetik. Dengan kecepatan putar turbin tersebut, pembangkit listrik
nanohidro dapat menghasilkan daya sebesar 2 watt dan dapat menghidupkan lampu
LED 3 watt dengan tingkat penyalaan kriteria terang.
Kata kunci: energi alternatif, pembangkit listrik, curah hujan, nanohidro, efisiensi

ABSTRACT
EDYANTO. Rainfall Potential Utilization as Nanohydro Resources Energy.
Supervised by BREGAS BUDIANTO.
Water resources are be an source energy alternative that are widely used by
many developing countries and developed countries as the main source of national
energy. Generally, a power plant that uses water resources requires a large flow of
the river or through the dam energy to generate electricity, but the applying of
precipitation potencial is not widely done. Nanohydro power plants developed in
this study utilizes precipitation that falls onto the surface of building. This tool has
a small size and can be moved around (portable/moveable) with simple system to

facilitate its use. Due to large precipitation changing over time, then the utilization
of rainfall is conditioned prior to reaching the minimum required discharge limits
to rotate and maintain the turbine rotation. Minimum flow required to rotate and
maintain the turbine is about 4-5 liters per second. Nanohydro power plants have
an efficiency of 5,23% with a tool for value and efficiency of the turbine generator
efficiency of 40,96% and 12,76%. Turbine of the power plant can be spun at a speed
of 60 rpm with 0.4 height and flow rate of 5 liters per second. With the rotational
speed of the turbine, nanohydro power generation can produce power about 2 watt
and can turn on the 3 watt LED lamp with a light level of ignition criteria.
Keywords: alternative energy, power generation, rainfall, nanohydro, efficiency

POTENSI PEMANFAATAN CURAH HUJAN SEBAGAI
SUMBERDAYA PEMBANGKIT LISTRIK NANOHIDRO

EDYANTO

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada

Departemen Geofisika dan Meteorologi

DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

Judul Skripsi : Potensi Pemanfaatan Curah Hujan sebagai Sumberdaya
Pembangkit Listrik Nanohidro
Nama
: Edyanto
NIM
: G24100019

Disetujui oleh

Ir Bregas Budianto, Ass.Dipl
Pembimbing I

Diketahui oleh

Dr Ir Tania June, M.Sc
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
karunia-Nya sehingga penelitian dan penulisan karya ilmiah ini berhasil
diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan
Maret 2014 ini ialah Potensi Pemanfaatan Curah Hujan sebagai Sumberdaya
Pembangkit Listrik Nanohidro.
Terima kasih penulis ucapkan kepada:
1. Bapak Ir Bregas Budianto, Ass.Dipl selaku dosen pembimbing yang telah
membimbing penulis selama penelitian dan penulisan tugas akhir.
2. Bapak Prof Dr Ir Hidayat Pawitan, MS selaku dosen pembimbing
akademik yang telah banyak mengarahkan penulis.
3. Bapak Dr Perdinan, MNRE yang telah banyak memberi saran.
4. Para dosen dan staf Departemen Geomet yang telah banyak memberi ilmu

dan membantu penulis selama kuliah.
5. Ayah, ibu, kakak dan adik serta seluruh keluarga atas segala doa dan kasih
sayangnya.
6. Team PKM 2014 (Furqon, Gigih, Bude, Desul dan Ina), kak Khabib dan
kak Sholah yang telah membantu penulis selama penelitian berlangsung.
7. Seluruh sahabat GFM 47 (Shailla, Em, Murni, Dety, Enggar, Mani, Daus,
Thaisir, Nunung, Fiqih, Aulia, Indy, Aret, Rifqi, Iftah, Haikal, Basit,
Hamzah, Ernat, Icha, Irza, dede Icha, Ryan, Putri, Pipit, Neni, Nani, Onif,
Linda, Hima, Alan, Arisal, Jidin, Fey, Dede, Jeffry, Duwi, Aji, Mail,
Angga, Fitri, Givo, Anggi, Hasby, Disty, Jeny, Niki, Dirgha, Ade, Reza,
Ghalib, Hendy, Lira, Hasan, Bayu, Frimadi, Rony, Andrini dan Rizal) dan
anggota SUIJI atas semangat dan doanya.
8. Direksi CV PI-AREA atas dorongan dan wawasannya.
9. Special thank’s penulis sampaikan kepada Resti Salmayenti, S.Si yang
telah banyak membantu dan memberi saran, semangat serta pengetahuan
selama kuliah maupun penyelesaian tugas akhir.
Semoga karya ilmiah ini dapat memberikan pengetahuan dan bermanfaat bagi
yang memerlukannya.

Bogor, September 2014

Edyanto

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Tujuan Penelitian

2

METODOLOGI

2

Waktu dan Tempat

2

Alat dan Bahan

2

Metode Penelitian

3

HASIL DAN PEMBAHASAN
SIMPULAN DAN SARAN

8
16

Simpulan

16

Saran

17

DAFTAR PUSTAKA

18

LAMPIRAN

20

RIWAYAT HIDUP

23

DAFTAR TABEL
1 Nilai hasil pengukuran tegangan dan arus sesaat setiap kumparan

10

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5

6
7
8
9

Konstruksi pembuatan turbin
Konstruksi pembuatan generator
Diagram alir metode penelitian
Skema sistem pembangkit listrik nanohidro yang dikembangkan
Grafik hubungan hasil pengukuran tegangan dan arus terhadap jumlah
lilitan kawat yang digunakan
Grafik hasil pengukuran tegangan (volt) sesaat pada jumlah kumparan
yang berbeda dengan rangkaian seri
Grafik hasil perhitungan arus (mA) sesaat pada jumlah kumparan yang
berbeda dengan rangkaian seri
Grafik proyeksi hubungan head aliran pada sepuluh skenario debit air
terhadap daya yang dapat dihasilkan
Grafik hubungan debit air dan head aliran saat turbin mulai berputar dan
turbin sudah berputar (untuk turbin yang didesain)

3
4
7
8
9
11
12
13
15

DAFTAR LAMPIRAN
1 Hasil pengukuran perubahan panjang pegas terhadap penambahan
volume air
2 Contoh perhitungan
3 Hasil pengamatan perbedaan tingkat penyalaan lampu LED dengan daya
yang berbeda-beda pada kecepatan putar turbin 60 rpm atau debit 5 L/s

20
20
22

PENDAHULUAN

Latar Belakang
Energi dibutuhkan sebagai penunjang kehidupan manusia, salah satu
bentuk energi yang tidak lepas dari aktivitas sehari-hari adalah energi listrik.
Hampir semua sektor terikat dengan listrik, mulai dari sektor industri,
pendidikan, transportasi, hingga kesehatan. Pesatnya laju pertumbuhan
pembangunan perlu didukung dengan kebutuhan listrik yang besar, hal ini
akan berdampak terhadap lingkungan.
Penggunaan bahan bakar fosil sebagai sumber energi untuk
menghasilkan energi listrik menghasilkan berbagai jenis bahan pencemar atau
polutan, hal ini berakibat pada menurunnya kualitas lingkungan. Polutan yang
dihasilkan bahan bakan fosil biasanya dikelompokan menjadi hidrokarbon
(HC), nitrogen oksida (NOx), dan karbon monoksida (CO) yang dapat
menyebabkan terjadinya asap, hujan asam dan pemanasan global serta
perubahan iklim (Astra 2010). Menurut EIA (2007), produksi minyak
Indonesia cenderung mengalami penurunan dari tahun 1980 hingga 2006,
sebaliknya tingkat konsumsi masyarakat terhadap minyak justru mengalami
peningkatan yang signifikan, bahkan melebihi total produksi pada tahun
2004.
Peningkatan jumlah penduduk yang disertai peningkatan gaya hidup
masyarakat Indonesia dapat mempengaruhi konsumsi energi listrik nasional
Indonesia. Berdasarkan data dari PLN Statistic and Electricity, Directorate
General of Electricity, konsumsi energi listrik nasional dari tahun 2000
hingga tahun 2012 terus mengalami peningkatan yang cukup signifikan. Pada
tahun 2012, total produksi energi listrik dari berbagai jenis pembangkit listrik
yang terdiri dari PLTA, PLTP, PLTU batubara, PLTU minyak, PLTU gas,
PLTU biomas, PLTG, PLTGU, PLTD, PLTS dan PLT angin yaitu sebesar
197,328 GWh dengan rata-rata peningkatan produksi energi listrik setiap
tahunnya sebesar 8 GWh (Pusdatin ESDM 2013).
Energi listrik alternatif merupakan energi yang ramah lingkungan
karena tidak mengeluarkan emisi gas pencemar ke udara (Adaganti et al.
2013; Setyaningsih 2011). Istilah ini merujuk kepada sumber energi yang
digunakan untuk menggantikan penggunaan bahan bakar konvensional, yaitu
bahan bakan fosil. Beberapa sumber energi alternatif yang telah dimanfaatkan
dan diaplikasikan pada berbagai bidang, diantaranya adalah energi air, angin,
sinar matahari, biogas, pasang surut dan ombak.
Sumber daya air yang dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit listrik
telah dikembangkan oleh perusahaan-perusahaan dalam skala besar untuk
menghasilkan listrik. Namun, pemanfaatan energi listrik tersebut belum dapat
dinikmati oleh seluruh kalangan masyarakat. Salah satu teknologi
pemanfaatan sumber daya air sebagai pembangkit listrik yang saat ini
berusaha menjangkau wilayah terpencil dan belum teraliri listrik nasional
adalah pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH). PLTMH di Indonesia
umumnya menggunakan tenaga penggerak skala besar seperti saluran irigasi,

2
sungai atau air terjun alam dan membutuhkan biaya operasional yang cukup
tinggi. Besarnya biaya pembuatan dan perawatan merupakan salah satu
kendala dalam penerapan teknologi ini.
Sebagai kawasan tropis yang kondisi atmosfernya di pengaruhi oleh
berbagai macam fenomena iklim, Indonesia merupakan satu-satunya kawasan
unik di daerah ekuator yang disebut Benua Maritim Indonesia (BMI) dengan
potensi curah hujan yang besar (Hermawan 2010). Potensi curah hujan yang
berlimpah ini seharusnya dapat dimanfaatkan, salah satunya sebagai sumber
energi pembangkit listrik. Saat ini, belum banyak sumber energi pembangkit
listrik yang menggunakan energi potensial dari air hujan yang jatuh langsung
ke permukaan bumi (Tinaikar 2013). Padahal, sumber utama input air dalam
berbagai aliran air adalah curah hujan. Sehingga, dalam penelitian ini
dilakukan perancangan sebuah alat pembangkit listrik dengan sumber energi
dari potensi curah hujan dengan memanfaatkan energi potensial curah hujan
yang jatuh pada permukaan bangunan yang dapat diterapkan di saluran air
bangunan.

Tujuan Penelitian
1. Menciptakan pembangkit listrik dengan memanfaatkan energi potensial
curah hujan.
2. Mengetahui efisiensi dan besar daya yang dapat dihasilkan generator yang
dikembangkan.

METODOLOGI
Waktu dan Tempat
Penelitian berlangsung pada bulan Februari 2014 sampai bulan Juli
2014 di Workshop Instrumentasi Departemen Geofisika dan Meteorologi
Institut Pertanian Bogor.

Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Seperangkat personal computer (PC) dengan perangkat lunak microsoft
office 2013
2. Multimeter (DVM).
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Magnet neodymium
2. Pipa PVC diameter 5” dan 4”
3. Kipas (blade) fan DC
4. Kawat email diameter 0,5mm
5. Lampu LED (3,0-3,2volt dan 350mA) 1 watt, 3 watt dan 5 watt.

3
Metode Penelitian
Tahap Penentuan Desain
Tahap desain ialah tahap merancang arsitektur dan bentuk alat. Bentuk
alat yang diinginkan adalah mudah dibawa serta ukuran dan bentuk yang
efisien dan mudah digunakan diberbagai situasi dan kondisi sumber energi
(sumberdaya air).
Tahap Pembuatan Alat
Langkah 1. Pembuatan Turbin. Turbin di buat menggunakan kipas fan DC
sebanyak enam buah yang disatukan menjadi sebuah turbin dalan satu
kesatuan. Untuk membuat struktur turbin kuat, maka digunakan sebuah as
dari batang logam antara enam kipas. Turbin yang sudah dibuat, dipasang
pada pipa PVC 4” sebagai media untuk menempelkan magnet. Magnet
neodymium sebanyak 308 buah diletakkan dalam dua lapis magnet dengan
posisi 22 kolom dan 7 baris di sepanjang pipa.

Gambar 1 Konstruksi pembuatan turbin
Langkah 2. Pembuatan Generator. Generator digunakan untuk memanen
energi listrik dari energi poternsial hujan. Pembuatan generator diawali
dengan pembuatan kumparan. Kumparan dibuat dengan melilitkan kawat
email pada seng yang sudah dipotong dan dibentuk. Sebelum membuat
kumparan dilakukan uji coba untuk menentukan jumlah lilitan optimal yang
dapat menghasilkan tegangan dan arus maksimum. Uji coba dilakukan
dengan melilitkan kawat email sebanyak 20 lilitan dan dihitung tegangan dan
arusnya, selanjutnya lilitan ditambah menjadi 40 lilitan dan dilakukan

4
pengukuran lagi, hal tersebut terus dilakukan hingga tidak terjadi peningkatan
nilai tegangan maupun arus. Kumparan dibuat sebanyak 22 buah dengan
jumlah lilitan optimal. Kumparan dipasang pada pipa PVC 5” dan di satukan
dengan pipa 4” tempat dipasangnya turbin dan magnet. Semua kumparan
disambungkan dengan cara seri untuk mengoptimalkan pemanenan energi
sesuai perpindahan fase magnet, sehingga didapatkan dua bagian kawat
sebagai media pengaliran arus lisrik yang dihasilkan.

Gambar 2 Konstruksi pembuatan generator
Tahap Uji Coba
1. Uji coba kumparan
Setiap kumparan dilakukan pengukuran tegangan dan arus. Kemudian
dilanjutkan pengukuran tegangan dan arus saat kumparan pertama
disambungkan secara seri dengan kumparan kedua, dan seterusnya hingga
kumparan ke-22.
2. Uji coba alat
Tahap uji coba dilakukan di saluran air hujan (Departemen Geofisika dan
Meteorologi IPB). Alat diletakkan di bawah pipa saluran air hujan.
Kinerja alat diuji dengan menggunakan lampu LED 1, 3, 5, 7, dan 9 watt.

5
Tahap Pengukuran Efisiensi Alat
Perhitungan nilai efisiensi alat diperoleh melalui dua jenis efisiensi,
yaitu efisiensi turbin dan generator dan ditunjukkan dengan persamaan
(Murehwa et al. 2012):
ηA = ηT x ηG x
%
Keterangan:
ηA : efisiensi alat (%)
ηT : efisiensi turbin
ηG : efisiensi generator
A. Perhitungan nilai efisiensi turbin. Efisiensi turbin diperoleh dengan rumus
berikut (Elliott 1989; Valenzuela and Mainak 2003):
P
ηT =
x
%
P a
Keterangan:
Pk : daya yang dihasilkan ketika turbin sudah berputar (watt)
Pmaks : daya maksimal yang dapat dihasilkan (watt)
Sebelum mendapatkan efisiensi turbin, perlu dihitung nilai daya yang
dihasilkan ketika turbin sudah berputar dan daya maksimum yang dapat
dihasilkan dengan rumus (Martin and Shrivastava 2013; Tinaikar 2013):
P = F xs
P a = Qxgx xh
Keterangan:
Fk : gaya kinetis (Newton)
s : kelG : keliling generator (m)
Q : debit air (m3/s)
g : percepatan gravitasi (9,8 m/s2)
⍴ : massa jenis air (Kg/m3)
h : head aliran (meter)
Untuk mendapatkan besarnya nilai daya ketika turbin sudah berputar,
diperlukan nilai gaya kinetis, dimana (Elliott 1989):
F = Δx x F ega
F

ega

= m. g

Keterangan:
Fpegas : gaya pegas tiap 1 cm (Newton/cm)
Δxk : perubahan panjang pegas ketika turbin sudah berputar (cm)
m : massa (Kg)

6
B. Perhitungan nilai efisiensi generator. Efisiensi generator diperoleh dengan
rumus berikut (Elliott 1989; Valenzuela and Mainak 2003):
PAC
ηG =
x
%
P
Keterangan:
PAC : daya arus AC (watt)
Untuk menghitung efisiensi generator diperlukan nilai daya arus AC.
Nilai ini diperoleh dari rumus (Budiman et al. 2012; Kuecken 1979):
PAC = i x V
V= ixR
Keterangan:
V : tegangan (volt)
i : arus (ampere)
R : hambatan (Ω)
C. Perhitungan debit untuk menggerakkan turbin. Terdapat dua jenis debit
yang dibutuhkan yaitu debit saat turbin mulai berputar dan saat turbin
telah berputar. Besar debit untuk menggerakkan turbin saat mulai berputar
dihitung dengan rumus berikut (Elliott 1989; Taufik 2012):
gx xh
Q =
F xs
F = Δx x F ega
Keterangan:
Fs : gaya statis (Newton)
Qs : debit untuk menggerakkan turbin ketika turbin mulai berputar (L/s)
Δxs : perubahan panjang pegas ketika turbin mulai berputar (cm)

Sedangkan rumus untuk menghitung debit yang dibutuhkan saat turbin
telah berputar adalah (Elliott 1989; Taufik 2012):
gx xh
Q =
F xs
Keterangan:
Qk : debit untuk menggerakkan turbin ketika turbin sudah berputar (L/s)
D. Perhitungan daya optimal yang dapat dihasilkan alat. Untuk menentukan
besar daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik nanohidro dapat
dihitung melalui persamaan berikut (Warsito et al. 2011):
P i a = Q x g x h x x ηT x ηG
Keterangan:
Poptimal : daya optimal yang dapat dihasilkan (watt)

7
Mulai

Penentuan desain

Pembuatan turbin dan kumparan
No
Uji coba kumparan
Yes
Pembuatan generator
No
Uji coba alat
Yes
Gaya pegas (Fpegas) = m x g
Gaya Kinetis (Fk) = Δx x F

Daya maksimal
(Pmaks) =
Qxgx⍴xh

ega

Arus (i)

Hambatan (R)

Tegangan (V) = i x R

Daya turbin sudah
berputar (Pk) = F x s

Daya arus AC (PAC) = i x V

Efisiensi turbin (ηT)
P
%
= k x

Efisiensi generator
P
(ηG) = PAC x
%

Pmaks

Efisiensi alat (ηA) = ηT x ηG x
Debit
aliran (Q)

k

%

Daya optimal (Poptimal) = Q x g x h x ηT x ηG
Selesai
Gambar 3 Diagram alir metode penelitian

Head
aliran (h)

8

HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Sistem Kerja Pembangkit Listrik Nanohidro
Pembangkit listrik nanohidro merupakan teknologi pemanen energi
yang berasal dari sumber daya air. Pembangkit listrik ini memiliki ukuran
yang lebih kecil dibandingkan pembangkit listrik tenaga mikrohidro
(PLTMH), sehingga daya yang dihasilkan dari teknologi ini juga lebih kecil
daripada PLTMH. Penerapan dari pembangkit listrik nanohidro juga lebih
mudah dan tidak memerlukan tempat yang luas.

Curah hujan

Pengkondisian

Energi potensial

Energi kinetik
Turbin dan
generator
Energi listrik
Aliran keluar

Baterai

Gambar 4 Skema sistem pembangkit listrik nanohidro yang dikembangkan
Dari gambar 4 menjelaskan bahwa sistem kerja pembangkit listrik
bersumber dari hujan yang kemudian dialirkan ke penampungan sebagai titik
pengkondisian lalu dialirkan ke turbin dan generator. Pada umumnya, turbin
dan generator pembangkit listrik terpisah satu sama lain (Vineesh and
Immanuel 2012). Akan tetapi hal ini tidak terjadi pada pembangkit listrik
nanohidro, turbin dan generator pada alat ini menjadi satu kesatuan sehingga
sistem kerja dan ukurannya lebih sederhana. Adanya titik pengkondisian pada
alat ini berfungsi sebagai pengatur debit aliran. Apabila curah hujan yang
turun kecil maka tidak menjadi kendala, karena debit air yang kecil akan
ditampung terlebih dulu dan terakumulasi, setelah memenuhi batas debit
minimum yang diperlukan untuk memutar turbin maka tampungan air
tersebut akan dialirkan ke turbin dan generator. Jika curah hujan yang terjadi
besar dan sesuai dengan batas minimum yang dibutuhkan, maka aliran

9
tersebut tidak perlu dikondisikan melainkan langsung dialirkan. Debit air
yang dialirkan keluar dari titik pengkondisian memiliki energi potensial yang
dapat menggerakkan turbin sehingga energi tersebut berubah menjadi energi
kinetik yang selanjutnya perputaran turbin tersebut dapat menginduksi
generator di bagian luarnya dan kemudian menghasilkan energi listrik
(Tumbelaka dan Mohammad 2011).
Dengan ukuran yang lebih kecil dan sistem yang lebih sederhana
dibandingkan PLTMH, maka pembangkit listrik nanohidro memiliki
kemudahan untuk dipindah-pindahkan (portable/moveable) sesuai dengan
keperluan. Kelebihan ini jelas mempermudah pengguna dalam pemenuhan
kebutuhan akan energi listrik dengan memanfaatkan sumber daya air yang
tersedia disekitar. Selain itu, pembangkit listrik nanohidro tidak memerlukan
memerlukan dam, waduk atau bendungan. Hanya menggunakan
pengkondisian sederhana untuk memanfaatkan debit aliran langsung yang
kecil dan berubah-ubah (Taufik 2012).
Analisis Jumlah Lilitan Optimal
80

0.5
Tegangan

0.45

70

Arus

0.4

60
50

0.3

40

0.25

0.2

30

0.15
20
0.1
10

0.05

0

0
0

20

40

60

80
100
Jumlah lilitan

120

140

160

Gambar 5 Grafik hubungan hasil pengukuran tegangan dan arus terhadap
jumlah lilitan kawat yang digunakan
Gaya gerak listrik (GGL) induksi merupakan fungsi dari kecepatan
gerak magnet, medan magnet dan jumlah lilitan (Polyanin and Alexei 2010).
Semakin tinggi kecepatan gerak magnet yang diikuti semakin kuat medan
magnet serta jumlah lilitan yang semakin banyak dapat menghasilkan GGL
yang semakin besar, begitu juga sebaliknya. Jumlah lilitan kawat yang
tergulung di dalam kumparan menentukan besar tegangan dan arus. Semakin
banyak jumlah lilitannya akan semakin meningkatkan tegangan dan arus hasil
induksi, tetapi kondisi ini memiliki batas kejenuhan. Ketika batas kejenuhan
tercapai, maka penambahan jumlah lilitan dapat menurunkan nilai tegangan
dan kumparan. Batas kejenuhan tersebut dipengaruhi oleh kecepatan gerak

Arus (mA)

Tegangan (volt)

0.35

10
magnet dan medan magnet. Selain itu, ukuran kawat juga mempengaruhi nilai
tegangan dan arus yang dihasilkan. Ukuran kawat yang besar dapat
menghasilkan arus yang lebih tinggi dibandingkan kawat yang kecil.
Sedangkan ukuran kawat yang kecil dengan jumlah lilitan yang lebih banyak
dapat menghasilkan tegangan yang lebih tinggi dibandingkan ukuran kawat
yang besar (Budiman et al. 2012).
Grafik pada gambar 5 menunjukkan nilai tegangan dan arus yang
dihasilkan oleh suatu kumparan kawat dengan jumlah lilitan yang berbeda.
Pada grafik terlihat bahwa peningkatan jumlah kawat menyebabkan
peningkatan tegangan dan juga arus secara linear. Setiap penambahan 20
lilitan, maka rata-rata terjadi peningkatan tegangan sebesar 0,27 volt dan
peningkatan arus sebesar 0,0018 mA. Namun peningkatan nilai tersebut
hanya terjadi hingga jumlah lilitan sebanyak 120, nilai tegangan dan arus
mengalami penurunan yang signifikan setelah jumlah lilitan melampaui 120
lilitan. Dari grafik tersebut maka diketahui bahwa jumlah lilitan optimal yang
menghasilkan nilai tegangan dan arus maksimum adalah 120 lilitan. Jumlah
lilitan ini diterapkan untuk pembuatan 22 kumparan untuk generator.
Analisis Nilai Tegangan dan Arus yang Dihasilkan Pembangkit Listrik
Nanohidro
Tabel 1 Nilai hasil pengukuran tegangan dan arus sesaat setiap kumparan
Kumparan ke- Tegangan (volt) Arus (mA)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

0.2-0.4
0.2-0.5
0.2-0.6
0.2-0.7
0.2-0.8
0.3-0.4
0.2-0.4
0.03-0.08
0.2-0.4
0.2-0.3
0.2-0.3
0.2-0.4
0.05-0.08
0.05-0.08
0.3-0.5
0.2-0.4
0.3-0.5
0.2-0.4
0.2-0.4
0.3-0.5
0.2-0.4
0.04-0.08

20-60
30-90
30-90
30-90
20-60
30-90
10-20
30-90
30-90
30-90
30-90
30-90
10-20
10-20
30-90
20-60
30-90
20-60
20-60
30-90
20-60
10-20

11

Besarnya tegangan dan arus sesaat yang dihasilkan oleh setiap
kumparan yang digunakan pada alat pembangkit listrik nanohidro ini diukur
dan ditampilkan pada tabel 1. Pengukuran dilakukan saat turbin berputar,
namun perputaran turbin tersebut tidak menggunakan tenaga potensial air
hujan melainkan menggunakan tangan. Pada tabel terlihat bahwa 18 dari 22
kumparan yang digunakan dapat menghasilkan tegangan masing-masing
berkisar 0.2 hingga 0.8 volt dan arus yang dihasilkan saat turbin diputar
sekitar 20-90 mA. Empat kumparan lainnya cenderung menghasilkan
tegangan dan arus yang bernilai kecil, berkisar 0.03-0.08 dan 10-20.
Tegangan dan arus yang dihasilkan kecil dapat disebabkan oleh posisi
penempatan kumparan yang tidak sesuai dengan perubahan fase magnet
sehingga energi hasil induksi yang berasal dari magnet tidak dapat dipanen
secara efisien.
Rangkaian penggabungan kumparan sangat menentukan peningkatan
tegangan dan arus yang dihasilkan. Kumparan yang digabung secara seri akan
meningkatkan nilai tegangan bahkan terkadang berlipat ganda atau
merupakan penjumlahan nilai tegangan antara kumparan yang satu dengan
yang lainnya, namun hal ini tidak terjadi pada nilai arus. Rangkaian seri hanya
sedikit meningkatkan nilai arus dan peningkatan tersebut akan cepat
mencapai tingkat kejenuhan. Sebaliknya, kumparan yang digabung secara
paralel akan meningkatkan nilai arus secara signifikan tetapi hal ini tidak
terjadi pada nilai tegangan (Mackichan 2010).
5
4.5
4

Tegangan (volt)

3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Jumlah kumparan

Gambar 6 Grafik hasil pengukuran tegangan (volt) sesaat pada jumlah
kumparan yang berbeda dengan rangkaian seri
Gambar 6 menunjukkan nilai tegangan sesaat yang keluar dari
generator nanohidro saat satu kumparan digabungkan secara seri dengan
kumparan lainnya, hingga tergabung 22 kumparan. Pada grafik terlihat bahwa
semakin banyak kumparan yang digabungkan secara seri, maka nilai

12

Arus (mA)

tegangan yang dihasilkan juga akan semakin tinggi. Satu kumparan
menghasilkan 0.2-0.4 volt, saat digabungkan dengan satu kumparan lainnya,
maka terjadi penigkatan sekitar 0.2-0.3 volt, hingga saat 22 kumparan
digabung menghasilkan 4.6 volt.
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Jumlah kumparan perfase

Gambar 7 Grafik hasil perhitungan arus (mA) sesaat pada jumlah kumparan
yang berbeda dengan rangkaian seri
Hasil perhitungan besar arus sesaat yang dihasilkan oleh alat nanohidro
terlihat pada gambar 7. Sama halnya dengan nilai tegangan, hasil pengukuran
arus juga mengalami peningkatan seiring dengan digabungnya atau
dihubungkannya antara satu kumparan dengan kumparan lainnya. Satu
kumparan menghasilkan arus berkisar 5-10 mA, dan setiap penambahan satu
kumparan, umumnya terjadi peningkatan arus berkisar 5 mA. Nilai arus
mencapai optimal saat 22 kumparan telah digabungkan secara seri sehingga
arus sesaat yang dihasilkan mencapai 110-115 mA.
Analisis Efisiensi Pembangkit Listrik Nanohidro
Nilai efisiensi pembangkit listrik nanohidro didapatkan dari besar
efisiensi generator dan efisiensi turbin. Dari hasil pengukuran arus dan
hambatan yang dilakukan yakni 0,16 A dan 40 Ω, diketahui nilai tegangan
sebesar 6,4 volt . Karena sistem menghasilkan daya arus bolak-balik yang
disebut arus AC, maka nilai tegangan tersebut menghasilkan daya arus AC
sebesar 1,024 watt. Untuk menghitung efisiensi generator dibutuhkan nilai
daya turbin kinetik yang diperoleh dari besaran sebesar 0,98 Newton/cm
dengan nilai perubahan panjang pegas yang berputar 8 cm sehingga
menghasilkan gaya kinetik 7,84 Newton. Daya turbin kinetik juga
dipengaruhi bentuk fisik turbin berupa keliling generator yang berukuran
0,319 meter, sehingga menghasilkan daya turbin kinetik sebesar 2,5 watt.
Nilai efisiensi generator (ηG) dihitung dari nilai daya arus AC dan daya turbin
kinetik yaitu diketahui sebesar:

13
watt
x
%=
, %
, watt
Sama halnya dengan efisiensi generator, untuk mengetahui efisiensi
turbin yang dikembangkan diperlukan nilai daya turbin kinetik yaitu sebesar
2,5 watt dengan daya maksimal yang bisa dihasilkan saat turbin berputar
sebesar 19,6 watt, sehingga diperoleh besar efisiensi turbin (ηT) adalah:
, watt
ηT =
x
%=
, %
, watt
Efisien turbin yang dihasilkan kecil dapat disebabkan karena pengaruh
sudut turbin yang tidak dapat memanen energi potensial air dengan efektif
(momentum dari sudut kemiringan turbin relatif masih rendah). Hal ini terjadi
karena turbin yang digunakan merupakan kipas van DC yang sudah ada
dengan desain sudut kemiringan rendah yang dirancang untuk merubah energi
listrik menjadi energi kinetik supaya dapat menghasilkan angin yang kencang
atau besar. Sedangkan alat yang dikembangkan memanen energi potensial air
menjadi energi kinetik kemudian menjadi energi listrik. Oleh karena itu,
untuk meningkatkan nilai efisiensi turbin diperlukan desain atau bentuk
turbin yang lebih tepat dengan sudut kemiringan yang lebih besar (momentum
yang lebih besar).
Tinggi atau rendahnya efisiensi alat tergantung pada kinerja sistem dari
turbin dan generator. Dari hasil perhitungan didapatkan efisiensi turbin
12,76% dan efisiensi generator 40,96%, sehingga efisiensi dari alat ini (ηA)
menjadi:
ηA = ,
x ,
x
%= , %
ηG =

,

Daya (watt)

Analisis Daya Optimal yang dapat Dihasilkan Pembangkit Listrik
Nanohidro

20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0.1 0.3 0.5
0.7 0.9 1.1
1.3 1.5 1.7
1.9 2.1 2.3
2.5 2.7 2.9
3.1 3.3 3.5
3.7 3.9
Head aliran (m)

Skenario debit (L/s)

18-20

16-18

14-16

12-14

10-12

8-10

6-8

4-6

2-4

0-2

Gambar 8 Grafik proyeksi hubungan head aliran pada sepuluh skenario
debit air terhadap daya yang dapat dihasilkan

14
Kinerja alat dapat dilihat dari daya optimal yang dihasilkan, hal ini
menunjukkan berapa besar daya listrik yang bisa dimanfaatkan. Nilai ini
dipengaruhi oleh efisiensi dari alat tersebut dan debit serta head aliran air
yang dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik.
Gambar 8 menunjukkan nilai daya optimal yang dapat dihasilkan oleh
pembangkit listrik nanohidro terhadap perbedaan head aliran pada sepuluh
skenario nilai debit yang berbeda. Perhitungan dilakukan pada sebuah gedung
kuliah Institut Pertanian Bogor dengan asumsi luas atap bangunan sebesar
678 meter2 yang terbagi menjadi dua sisi. Namun nilai debit yang digunakan
pada perhitungan ini hanya debit dari salah satu sisi bagian bangunan dengan
luas atap 339 meter2.
Dari grafik terlihat bahwa semakin tinggi head aliran, maka daya yang
dihasikan akan semakin tinggi. Setiap penambahan jarak 0,1 meter dengan
nilai debit yang sama akan meningkatkan daya yang dihasilkan sebesar 0,5
watt. Peningkatan daya yang terjadi disebabkan oleh meningkatnya energi
potensial air hujan yang jatuh melalui pipa dengan jarak yang semakin jauh
serta akibat adanya faktor percepatan gravitasi (Tinaikar 2013).
Selain melihat pengaruh ketinggian terhadap daya yang dihasilkan,
besar debit air yang keluar dari pipa juga mempengaruhi daya. Debit
dipengaruhi oleh massa air, dan massa air merupakan faktor penentu terhadap
besarnya energi yang akan dihasilkan. Pada grafik terlihat bahwa kenaikan
nilai debit akan mempengaruhi besar daya. Dari sepuluh skenario yang
dilakukan dengan nilai debit 0-20 liter perdetik, peningkatan debit sebesar 1
liter perdetik menyebabkan peningkatan daya sebesar 0,1 watt pada
ketinggian head aliran yang sama. Jika pada skenario tersebut juga
diperlakukan peningkatan ketinggian, dimana setiap peningkatan ketinggian
sebesar 0,1 meter akan menghasilkan pertambahan daya sebesar 0,5 watt
hingga 2 watt untuk setiap peningkatan ketinggian antara 0,1-4 meter. Jadi,
daya optimal yang dapat dihasilkan alat sangat dipengaruhi oleh besarnya
debit air dan ketinggian antara alat nanohidro dengan head aliran.
Analisis Pergerakan Turbin Pembangkit Listrik Nanohidro
Untuk menggerakkan turbin dibutuhkan debit tertentu, karena turbin
membutuhkan energi tertentu yang dapat mendorong turbin bergerak. Dari
hasil perhitungan, diketahui gaya statis dan gaya kinetis yang dibutuhkan
untuk memutar turbin masing-masing sebesar 16,66 Newton dan 7,84
Newton, nilai ini dipengaruhi oleh gaya tarik magnet yang berada di
sekeliling turbin dengan kumparan kawat yang di dalamnya terdapat lapisan
seng (coil). Dengan head aliran 0,4 meter, maka diketahui debit minimum
yang diperlukan untuk memutar dan mempertahankan perputaran turbin yaitu
sebesar 1,4 liter perdetik dan 0,4 liter perdetik. Namun perhitungan debit
minimum tersebut tidak sesuai dengan debit minimum hasil uji coba. Dari
hasil uji coba yang dilakukan, diperoleh debit minimum sebesar 5 dan 4 liter
perdetik untuk mulai menggerakkan turbin dan menjaga agar turbin terus
bergerak. Jika debit yang terjadi lebih rendah dari nilai tersebut, maka
kecepatan perputaran turbin akan berkurang dan berhenti. Dari hasil tersebut
diketahui adanya perbedaan antara debit perhitungan dengan debit hasil uji

15
coba, perbedaan tersebut berkisar 3,5 kali hasil perhitungan debit minimum
untuk mulai menggerakkan turbin dan 6,7 kali hasil perhitungan debit
minimum untuk mempertahankan perputaran turbin. Hal ini dapat terjadi
karena disebabkan oleh pengaruh gaya gesek pada poros turbin yang semakin
besar ketika aliran air melewati poros dan penyangga turbinnya. Selain itu,
ketidakseimbangan perputaran turbin juga menjadi salah satu faktor penyebab
terjadinya hal tersebut (Ladino 2004).
Dari hasil uji coba juga diketahui debit aliran 5 liter perdetik
menghasilkan kecepatan putar turbin sebesar 60 rotasi permenit (rpm) pada
head aliran 0,4 meter. Kecepatan putaran ini dapat menghidupkan lampu LED
1 watt, 3 watt ,5 watt , 7 watt dan 9 watt dengan tingkat penyalaan lampu
masing-masing terang, cukup terang, redup, sangat redup dan tidak nyala.
Secara umum, daya yang dihasilkan oleh alat tidak jauh berbeda dengan hasil
perhitungan sebelumnya yaitu sebesar 1 watt pada debit aliran atau kecepatan
putar turbin dan ketinggian head aliran yang sama. Untuk meningkatkan daya
yang dapat dihasilkan generator dapat dilakukan dengan penambahan debit
aliran yang mempengaruhi kecepatan putar turbin menjadi semakin tinggi
sehingga dapat menghasilkan nilai tegangan dan arus yang lebih tinggi pula
kemudian mengalirkan daya yang semakin besar (Warsito et al. 2011).
Analisis Debit Air dan Head Aliran Optimal
22.00
20.00

Saat turbin mulai berputar

18.00

Saat tubin sudah berputar

Debit (L/s)

16.00
14.00
12.00

Titik optimal

10.00
8.00
6.00
4.00
2.00
0.00
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2

Head aliran (m)

Gambar 9 Grafik hubungan debit air dan head aliran saat turbin mulai
berputar dan turbin sudah berputar (untuk turbin yang didesain)
Pergerakkan turbin sangat ditentukan oleh besarnya debit aliran dan
ketinggian head aliran. Semakin besar debit yang mengalir dan semakin
tinggi head alirannya maka energi potensial yang dimiliki air akan semakin
besar sehingga semakin mudah memutar turbin dan mempertahankan
perputaran tersebut (Martin and Shrivastava 2013). Gambar 9 menunjukkan
hubungan nilai debit dengan head aliran yang dapat menyebabkan turbin
mulai berputar dan mempertahankan perputaran turbin. Pada grafik terlihat

16
hubungan dan pola yang sama antara nilai debit dan head aliran yang
dibutuhkan baik untuk menggerakkan turbin maupun untuk mempertahankan
agar turbin tetap berputar. Saat nilai head aliran rendah atau mendekati nol,
maka dibutuhkan debit aliran yang tinggi melebihi 10 liter perdetik untuk
dapat menggerakkan turbin pembangkit listrik nanohidro, namun saat nilai
head aliran semakin tinggi mencapai satu meter, maka turbin dapat bergerak
saat debit aliran rendah atau berkisar 2-6 liter perdetik. Namun saat head
aliran semakin tinggi, melebihi satu meter, maka nilai debit yang dibutuhkan
untuk menggerakkan turbin cenderung menurun tetapi tidak signifikan,
berkisar antara 1,94 liter perdetik dan menjadi 0,48 liter perdetik saat head
aliran mencapai empat meter. Jadi, untuk menggerakkan dan
mempertahankan perputaran turbin dibutuhkan head aliran optimal berkisar
antara 0,3-0,6 meter dan debit aliran optimal berkisar antara 3-6 liter perdetik.
Analisis Potensial Pemanfaatan Curah Hujan
Berdasarkan hasil proyeksi sebelumnya, dapat disimulasikan dengan
curah hujan sebesar 10mm yang jatuh selama satu jam pada suatu atap
bangunan (rumah) yang memiliki luas 130 meter2 pada ketinggian head aliran
3 meter dan debit aliran 5 liter perdetik maka dapat menghasilkan daya
sebesar 2,08 kilowatt. Jika bangunan atau rumah tersebut berada di kota
Bogor dengan rata-rata curah hujan tahunan sebesar 3500mm (Pemprov Jabar
2013), maka pembangkit listrik tersebut dapat menghasilkan daya sebesar 728
kilowatt pertahun. Apabila area tersebut terdapat 1000 unit rumah dengan luas
atap bangunan yang sama maka daya yang dapat dihasilkan sebesar 728
megawatt pertahun.

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Pembangkit listrik nanohidro dapat memanfaatkan curah hujan yang
jatuh ke permukaan atap bangunan sebagai sumber energi pembangkit listrik.
Akibat besar curah hujan yang jatuh berubah-berubah sepanjang waktu, maka
dalam pemanfaatannya diperlukan titik pengkondisian untuk mendapatkan
debit air yang sesuai dengan batas minimum perputaran turbin. Energi
potensial yang dimiliki air hujan dikonversi menjadi energi kinetik dan
kemudian menghasilkan energi listrik yang dapat dimanfaatkan oleh
pengguna. Pembangkit listrik ini memiliki efisiensi alat sebesar 5,23%
dengan nilai efisien generator dan turbin sebesar 40,96% dan 12,76%
Untuk menggerakkan dan mempertahankan perputaran tubin dari alat
ini diperlukan debit aliran minimum masing-masing sebesar 5 liter perdetik
dan 4 liter perdetik dengan ketinggian head aliran 0,4 meter. Apabila batas
minimum tersebut tidak terpenuhi maka turbin tidak akan berputar atau
perputaran akan melambat dan kemudian berhenti. Debit aliran dan
ketinggian head aliran sangat menentukan perputaran turbin, kedua hal ini

17
memiliki hubungan yang sama. Semakin besar debit aliran dan semakin tinggi
head aliran akan menghasilkan perputaran turbin yang semakin cepat, begitu
pula dengan sebaliknya. Pada ketinggian head aliran 0,4 meter dan debit
aliran 5 liter perdetik atau setara dengan kecepatan putar turbin 60 rpm dapat
menghasilkan daya sebesar 2 watt.
Saran
Jarak antara magnet dengan kumparan perlu dibuat lebih presisi dan
lebih dekat sehingga energi yang dihasilkan dari proses induksi akan menjadi
lebih tinggi. Untuk meningkatkan tegangan yang dihasilkan maka kawat
email pada kumparan dapat diganti dengan kawat yang lebih kecil dan
kemudian jumlah lilitan ditambah lebih banyak. Proses induksi dari magnet
ke kumparan dapat dimaksimalkan dengan mengganti seng pada kumparan
dengan besi sehingga tegangan dan arus yang diperoleh menjadi lebih
optimal.

18

DAFTAR PUSTAKA
[EIA] Energy Information Administration Official Energy Statistics from US
Government. 2007. Indonesia Country Analysis Briefs [Internet].
[diacu 18 Juli 2014] http://www. eia.doe.gov.
[Pemprov Jabar] Pemerintah Provinsi Jawa Barat. 2013. Kota Bogor
[Internet]. [diacu 3 Oktober 2014] http://www.jabarprov.go.id.
[Pusdatin ESDM] Pusat Data dan Informasi Energi dan Sumber Daya
Mineral. 2013. Handbook of Energy and Economic Statistics of
Indonesia. Jakarta: Ministry of Energy and Mineral Resources
Republic of Indonesia.
Adaganti S Y, Basavaraj M K, Gururaj P D, Shivappa S. 2014. Effect of
hydrothermal explosion pretreatment on the composition and structure
of Calliandra calothyrsus shrub – a lignocellulosic biomass.
International Journal of Renewable and Sustainable Energy 3(1): 1-5.
Doi: 10.11648/j.ijrse.20140301.11.
Astra I M. 2010. Energi dan dampaknya terhadap lingkungan. Jurnal
Meteorologi dan Geofisika 11(2): 127-135.
Budiman A, Hasyim A, Arief R H. 2012. Desain generator magnet permanen
untuk sepeda listrik. Jurnal Emitor 12(1): 59-67. ISSN: 1411-8890.
Elliott Thomas C. 1989. Standard Hanbook of Power Plant Engineering.
New York: McGraw-Hill Co.
Hermawan Eddy. 2010. Pengelompokkan pola curah hujan yang terjadi di
beberapa kawasan P. Sumatera berbasis hasil analisis teknik spektral.
Jurnal Meteorologi dan Geofisika 11 (2): 75-84.
Kuecken John A. 1979. How to Make Home Electricity from Wind, Water and
Sunshine. United States: Tab Books Inc.
Ladino Andres Felipe Rey. 2004. Numerical simulation of the flow field in a
friction-type turbine (tesla turbine). [Diploma Thesis]. Colombia:
National University of Colombia, School of Engineering.
Mackichan Barry. 2010. Investigations in series and parallel circuit
combinations. School Science and Mathematics 60(8): 646-652. Doi:
10.1111/j.1949-8594.1960.tb08462.x.
Martin S and K K Shrivastava. 2013. Feasibility of rainwater harvesting in
high rise building for power generation. International Journal of
Engineering Trends and Technology 4(3): 522-527. ISSN: 2231-5381.
Murehwa G, Davison Z, Wellington T, Samson M. 2012. Energy efficiency
improvement in thermal power plants. International Journal of
Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE) 2(1): 2025. ISSN: 2278-3075.
Polyanin A D and Alexei I C. 2010. A Concise Handbook of Mathematics,
Physics, and Engineering Sciences. Chernoutsan: CRC Press.
Setyaningsih Wahyu. 2011. Potensi lapangan panasbumi gedongsongo
sebagai sumber energi alternatif dan penunjang perekonomian daerah.
Jurnal Geografi 8(1): 11-14.
Taufik Mohammad. 2012. Studi pengembangan model fisika pembangkit
listrik nano hidro. Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan

19
dan Penerapan MIPA. Yogyakarta: FMIPA Universitas Negeri
Yogyakarta.
Tinaikar Aashay. 2013. Harvesting energy from rainfall. International
Journal of Renewable and Sustainable Energy 2(3): 130-132. Doi:
10.11648/j.ijrse.20130203.18.
Tumbelaka B Y dan Mohammad T. 2011. Optimization model of nanohydropower generation design. Prosiding Seminar Nasional Fisika
2011. Serpong: Pusat Penelitian Fisika-LIPI.
Valenzuela J and Mainak M. 2003. Commitment of electric power generators
under stochastic market prices. Operations Research 51(6): 880-893.
ISSN: 1526-5463.
Vineesh V and A Immanuel S. 2012. Design of micro hydel power plant.
International Journal of Engineering and Advanced Technology
(IJEAT) 2(2): 136-140. ISSN: 2249-8958.
Warsito, Sri W S, Dwahyudi, Wilda N K. 2011. Realisasi dan analisis sumber
energi baru terbarukan nanohidro dari aliran air berdebit kecil. Jurnal
Material dan Energi Indonesia 1(1): 15-21.

20

LAMPIRAN
Lampiran 1 Hasil pengukuran perubahan panjang pegas terhadap
penambahan volume air
No
Volume Air (mL)
ΔV (mL)
x (cm)
Δx (cm)
1
95
0
17,2
0
2
105
10
18,2
1
3
115
10
19,2
1
4
125
10
20,2
1
5
135
10
21,2
1
6
145
10
22,2
1
7
155
10
23,2
1
8
165
10
24,2
1
9
175
10
25,2
1
10
185
10
26,2
1
Rata-rata Δ = 10 mL/1 cm
Δ panjang pegas ketika turbin mulai berputar (statis) = 17 cm
Δ panjang pegas ketika turbin sudah berputar (kinetis) = 8 cm
Lampiran 2 Contoh perhitungan
Dari hasil pengukuran pembangkit listrik yang dikembangkan,
diketahui besar arus = 160 mA atau 0,16 A dan hambatan = 40 Ω
V= ixR
V= , Ax
Ω
= , volt
P= ixV
PAC = , A x , volt
= ,
watt

Dengan diketahui data-data sebagai berikut:
Rata-rata ΔV= 10 mL/cm = 10-2 Kg/cm, hasil ini menunjukkan setiap
penambahan massa sebesar 10-2 Kg maka akan terjadi penambahan panjang
sebesar 1 cm.
m = 10-2 Kg/cm
x = 9 cm
Δxs = 17 cm
Δxk = 8 cm
dG = 4” =10,16 cm
F = m. g
F ega = m. g
= − Kg/cm x , m⁄s
= , N/cm
Catatan:

21
Pegas yang digunakan adalah karet gelang dan objek bendanya adalah air
F = Δx x F ega
=
cm x , N/cm
= , N
F = Δx x F ega
= cm x , N/cm
= , N

KelG = s = x dG
= , x , cm
= , cm = ,
m

Keterangan:
dG: diameter generator (m)

= ,

=

P= Fxs
P = F xs
, Nx ,
Nm = ,

m
watt

P = F xs
= , Nx ,
m
= , Nm = , watt

,

P=Qxgx xh
F xs= Q xgx xh
Nm = Qs x , m⁄s x
Kg/m x , m
,
Nm = Qs x
Kg/s
Qs = ,
m /s = , L/s

Keterangan:
Qs : debit yang dibutuhkan untuk menggerakkan turbin ketika turbin mulai
berputar (L/s)
F xs= Q xgx xh
, Nm = Qk x , m⁄s x
Kg/m x , m
, Nm = Qk x
Kg/s
Qk = ,
m /s = , L/s

Keterangan:
Qk : debit yang dibutuhkan untuk menggerakkan turbin ketika turbin sudah
berputar (L/s)
Dari hasil uji coba, satu putaran turbin ditunjukkan dengan
berkedipnya lampu LED sebanyak 11 kali dalam satu detik dengan debit
sebesar 5 liter per detik pada head aliran setinggi 0,4 meter. Sehingga :
P a = Qxgx xh
P a = . − m ⁄s x , m⁄s x
Kg/m x , m

22
=

, watt

Kemudian diperoleh efisiensi turbin (ηT) sebagai berikut:
P
ηT =
x
%
P a
, watt
x
%
ηT =
, watt
= ,
x
%
=
, %

Selanjutnya diperoleh efisiensi generator (ηG) sebagai berikut:
PAC
ηG =
x
%
P
,
watt
x
%
ηG =
, watt
= ,
x
%
=
, %

Jadi, diperoleh efisiensi alat (ηA) sebagai berikut:
ηA = ηT x ηG x
%
ηA = ,
x ,
x
= , %

%

Sehingga untuk menentukan besar daya yang dihasilkan oleh
pembangkit listrik nanohidro dapat dihitung melalui persamaan berikut:
P i a = Q x g x h x x ηT x ηG
−
= .
m ⁄s x , m⁄s x , m x
Kg/m x ,
x ,
= ,
watt
Lampiran 3 Hasil pengamatan perbedaan tingkat penyalaan lampu LED
dengan daya yang berbeda-beda pada kecepatan putar turbin 60
rpm atau debit 5 L/s
Daya lampu LED (watt)

3

5

Kecepatan putar turbin (rpm)
Tingkat penyalaan

7

9

11

Sangat
redup

Tidak
nyala

60
Terang

Cukup
terang

Redup

23

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Singkawang, Kalimantan Barat, pada tanggal 26
Nopember 1991, anak ketiga dari empat bersaudara dari pasangan Bapak
Suyanto dan Ibu Melly. Penulis lulus dari SMA N 1 Cikarang Pusat tahun
2010 dan melanjutkan pendidikan di Departemen Geofisika dan Meteorologi
Institut Pertanian Bogor melalui jalur mahasiswa undangan (USMI) dan
dinyatakan lulus pada bulan September 2014. Selama kuliah, penulis
menerima beasiswa Bidikmisi sebagai angkatan penerima pertama.
Selama menjalani perkuliahan, penulis aktif dalam berbagai organisasi
kepanitiaan dan mengikuti berbagai pelatihan. Penulis pernah menjadi
anggota Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam (BEM FMIPA) dan asisten praktikum mata kuliah
Hidrometeorologi dan Analisis Meteorologi. Selain aktif dalam kegiatan
kampus, penulis juga aktif di beberapa kegiatan di luar kampus, diantaranya
IPB Goes to Field dengan tema Pemetaan Irigasi dan Kesuburan Tanah di
Kabupaten Nganjuk, Youth for Climate Camp 2013 dari DNPI dan JICA, serta
Six University Initiative Japan-Indonesia (SUIJI) 2014 di Kabupaten Tegal.
Penulis cukup aktif pada kegiatan sosial seperti Bina Cinta Lingkungan
(BCL) di desa lingkar kampus dan merupakan salah satu pendiri dari
organisasi yang bergerak dibidang lingkungan tersebut yang bernama
“sekolah sampah” atau Trashsure Foundation. Selain itu, penulis juga
memiliki jiwa enterpreneurship dan berhasil mendirikan usaha yang bergerak
dibidang entertainment, pendidikan dan lingkungan yang diberi nama CV PIAREA, pada usaha ini penulis berposisi sebagai direktur. Semangat dan
ketertarikan penulis pada bidang teknik bersama Ir Bregas Budianto, Ass Dipl
menghasilkan karya yang diapresiasi oleh Bussiness Innovation Center (BIC)
Kementerian Riset dan Teknologi (Kemenristek) yang kemudian dimuat
dalam buku “106 Inovasi” dan menerima dana hibah dalam Program
Kreativitas Mahasiswa (PKM) dari Direktorat Pendidikan Tinggi (Dikti)
dengan dua judul bertemakan pembangkit listrik tenaga air dan angin. Dalam
PKM tersebut, dengan karya yang diciptakan penulis berhasil lolos pada event
terbesar mahasiswa Indonesia yang bernama Pekan Ilmiah Mahasiswa
Nasional (PIMNAS) 2014 yang diselenggarakan oleh Dikti.