Perkembangan Turbin dan Jenis Cross
y
C
jh
H
T
L
P
u
b
IM
-w
c
rtfo
k
p
m
lisd
a
g
n
e
Perkembangan Turbin Jenis Cross-flow sebagai
Transfer Teknologi dari Jerman dan Pengaplikasian
untuk PLTMH di Indonesia
Ray Gabrilla / 1108120066
a
Universitas Telkom - Indonesia
Fakultas Teknik Elektro
Program Studi Teknik Fisika
Abstrak – Seiring dengan meningkatnya kebutuhan energi di
Indonesia, energi alternatif berupa Pembangkit Listrik Tenaga
Mikro Hidro (PLTMH) dapat menjadi solusinya. Salah satu
komponen yang diperlukan untuk instalasi PLTMH adalah
turbin. Melihat kondisi alam di Indonesia yang memiliki
banyak aliran sungai dan memiliki 2 musim, maka turbin jenis
Cross-flow cocok untuk kondisi di Indonesia. Konstruksinya
yang sederhana dapat memudahkan instalasi dengan head 1 200 m. Walaupun sederhana, efisiensinya sudah mencapai 82 %
karena terdapat 2 kali pemanfaatan energi air.
Pertama kali, turbin ini dikembangkan di Jerman.
Seiring jalannya waktu, turbin ini mengalami perkembangan
sampai sekarang. Adapun jenis yang terbaru adalah turbin
Cross-flow T-15. Untuk mencapai hal tersebut, tentu harus
mengetahui perkembangan teknologi turbin dari tahun ke
tahun agar dapat membantu mengembangkannya. Tidak
hanya di luar negri, turbin jenis ini pun sudah banyak
berkembang di Indonesia karena memang sesuai dengan
kondisi geografisnya.
Kata Kunci – cross-flow, turbin, PLTMH, efisiensi
I. PENDAHULUAN
Turbin merupakan salah satu komponen penting dalam
suatu pembangkit listrik manapun. Turbin terdiri dari
berbagai jenis yang antar jenis turbin tersebut memiliki
efisiensi yang berbeda pula. Salah satu jenis turbin adalah
turbin cross-flow. Seiring jalannya waktu, turbin jenis
cross-flow ini banyak mengalami perkembangan mulai dari
asal penemunya di Jerman sampai dengan saat ini turbin
jenis ini banyak digunakan di PLTMH yang ada di
Indonesia. Hal tersebut disebabkan karena letak geografis
Indonesia cocok dengan konstruksi dari turbin ini yaitu
terdapat banyak aliran sungai. Oleh karena itu agar lebih
memahami tentang seluk beluk turbin ini dibutuhkan suatu
paper tentang perkembangan turbin jenis cross-flow sebagai
pengaplikasian PLTMH di Indonesia. Hal ini dapat dijadikan
sebagai referensi dalam mengembangkan turbin jenis ini.
II. DASAR TEORI
A. Peran Turbin dalam Suatu Pembangkit Listrik
III. METODE PENELITIAN
Adapun metode yang digunakan dalam penulisan karya
ini adalah metode pengolahan data sekunder. Metode ini
yaitu dengan mengumpulkan data dari beberapa literatur
yang berkaitan dengan topik yang dibicarakan. Setelah itu
data tersebut dianalisis dan disimpulkan.
Gambar III.1. Flow chart metode penelitian
M1
Gambar IV.1. Efisiensi turbin konvensional [7]
Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara
effisiensi dengan pengurangan debit akibat pengaturan
pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan debit
terhadap debit maksimumnya. Untuk turbin Cross-Flow
dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensi yang cukup tinggi
sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai
dengan Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang
relatif tetap [7].
Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis
turbin lain, maka turbin Cross-flow yang paling sederhana.
Sudu-sudu Turbin Pelton misalnya, bentuknya sangat pelik
sehigga pembuatannya harus dituang. Demikian juga runner
Turbin Francis, Kaplan dan Propeller pembuatannya harus
melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner Turbin
Cross-flow dapat dibuat dari material baja sedang seperti
ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi
las. Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin
ini semuanya dapat dibuat di bengkel-bengkel umum dengan
peralatan pokok mesin las listrik, mesin bor, mesin gerinda
meja, bubut dan peralatan kerja bangku, itu sudah cukup.
Dari kesederhanaannya itulah maka turbin Cross-flow
dapat dikelompokan sebagai teknologi tepat guna yang
pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek
cerah karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan
kemampuan dan harapan masyarakat.
Disamping itu untuk penggunaannya di Indonesia, turbin
jenis ini sangat cocok dengan letak dan kondisi geografis. Di
Indonesia terdapat banyak aliran sungai dan terdapat 2
macam musim, yaitu hujan dan kemarau. Ketika hujan, maka
debit aliran air di sungai meningkat, begitu pun sebaliknya
ketika musim kemarau. Turbin ini termasuk ke dalam turbin
jenis impuls dimana cara penggunaan dengan memanfaatkan
semprotan aliran air dari penstock. Jadi ketika kemarau
dengan debit aliran sungai yang berkurang pun dapat tetap
jalan karena sebelumnya aliran air ditampung terlebih dahulu
di bak pengendap atau forebay baru dijatuhkan melalui
penstok ke turbin. Sehingga putaran turbin pun masih
berjalan. Beda halnya dengan turbin jenis reaksi dimana cara
penggunaannya yaitu dengan ditanam di dalam aliran sungai.
Ketika air surut, maka terjadi penurunan kerja turbin. Oleh
karena itu efisiensinya pun berkurang karena putaran
turbinnya tidak maksimal sehingga daya yang dihasilkan pun
berkurang.
Dari beberapa penjelasan tersebut penggunaan turbin
jenis Cross-flow merupakan solusi yang tepat untuk
memasok energi di Indonesia dengan memanfaatkan potensi
alam yang terdapat di Indonesia.
IV. ANALISIS
A. Kelebihan Turbin Jenis Cross-flow
Pemakaian
jenis
Turbin
Cross-Flow
lebih
menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air
maupun jenis turbin mikro hidro lainnya. Penggunaan turbin
ini untuk daya yang sama dapat menghemat biaya pembuatan
penggerak mula (runner) sampai 50 % dari penggunaan
kincir air dengan bahan yang sama [7].
Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin
Cross-Flow lebih kecil dibanding kincir air. Diameter kincir
air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas,
tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm
saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih
sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah.
Demikian juga daya guna atau efisiensi rata-rata turbin
ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil
pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin
Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya
guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya
mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow
mencapai 82 % [5]. Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow
ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan
dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu
pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya
dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan
runner.
Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata
memberikan keuntungan dalam hal efektifitasnya yang tinggi
dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner.
Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang
perbandingan efisiensi dari beberapa turbin konvensional.
B. Perkembangan Turbin Jenis Cross-flow Dunia
M2
Berdasarkan penjelasan, dapat dilihat bahwa turbin jenis
Cross-flow merupakan salah satu jenis turbin yang paling
direkomendasikan sehingga banyak digunakan sebagai turbin
untuk instalasi pada PLTMH di Indonesia karena sesuai
dengan kondisi lingkungan di Indonesia. Alangkah baiknya
jika mengetahui perkembangan turbin jenis ini untuk
referensi dalam pengembangan turbin jenis ini ke depannya.
Turbin tipe ini dibuat pertama kali di Eropa. Nama
cross-flow diambil dari sistem aliran air yang menyilang
melintasi runner dalam menghasilkan putaran. Turbin crossflow ini mempunyai arah aliran yang radial atau tegak lurus
dengan sumbu turbin. Turbin air cross-flow adalah sebuah
turbin air radial dimana aliran air masuk dan keluar rotor
melalui lingkaran rotor yang sama.
Turbin air cross-flow pertama kali diperkenalkan oleh
A.G.M.Mitchell (Austria) dan D.Banki (Hungaria) pada awal
abad ini (Mosonyi, 1966) [4]. Penemuan turbin ini sangat
didasarkan pada usaha untuk mencari jenis turbin baru yang
lebih kecil, sederhana dan lebih murah dibandingkan dengan
jenis turbin yang lainnya. Sebagai hasilnya, turbin air crossflow yang hanya memerlukan proses pembuatan yang
sederhana. Turbin air cross-flow sangat terkenal untuk
pembangkit daya ukuran kecil hingga sedang. Untuk
jangkauan daya yang dapat dihasilkan, turbin air cross-flow
telah dapat menggantikan kincir air yang sederhana sampai
dengan turbin impuls dan reaksi yang rumit pembuatannya.
Gambar IV.2. Turbin sederhana di Padasuka [1]
Lalu pada tahun 1984 mulai mengembangkan turbin
jenis cross-flow. Di tahun 1986, Indonesia mulai mendesain
sendiri turbin cross-flow 15 kW yang didanai oleh
pemerintah New Zealand. Itu adalah proyek mikrohidro
pertama yang modern di Indonesia yang dikembangkan oleh
komunitas di Pondok Pesantren Darussalam, Subang.
Pada tahun 1988 – 1993, Indonesia mengadakan Small
Metal Enterprise Development Program by Swisscontact
yang bekerjasama dengan Politeknik ITB. Seiring dengan
berjalannya program tersebut, tahun 1989 ada kerjasama
antara Indonesia dengan Jerman dalam bidang riset dan
pendidikan. Beberapa mahasiswa asal Indonesia mengikuti
pelatihan di GTZ Jerman tentang mikrohidro.
C. Perkembangan Turbin Jenis Cross-flow Di Indonesia
Instalasi PLTMH yang tertua di Indonesia sudah dimulai
sejak tahun 1923 di suatu perkebunan teh di Jawa Barat yang
sampai saat ini alatnya masih digunakan [1]. Alatnya pun
masih sangat sederhana yaitu berupa kincir air yang terbuat
dari kayu yang dipasang di aliran sungai. Pada tahun 1980,
pertama kalinya dikembangkan turbin sederhana di desa
Padasuka, Cianjur [1].
Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit GmbH
(GTZ) merupakan kerjasama antara Pemerintah Indonesia
dan Pemerintah Jerman dalam bidang teknik berdasarkan atas
masalah ekonomis, sosial, politis dan ekologis dan pada saat
ini memfokuskan reformasi ekonomi, kesehatan dan
desentralisasi. GTZ melakukan studi tentang penerapan
jaringan yang berorientasi permintaan di bidang riset dan
pengembangan teknologi. Salah satu program dari GTZ
adalah memberikan pelatihan tentang PLTMH yang
merupakan pengembangan teknologi dari PLTMH yang
sudah ada dengan teknologi baru dari Jerman.
Dalam pelatihan tersebut dipelajari juga tentang turbin
jenis cross-flow T7 yang didesain oleh SKAT-Swiss. Lalu
dimodifikasi dan muncullah tipe T12 [1].
Pada tahun 1990 – 1991, merupakan awal dari
pengembangan PLTMH cross-flow di Indonesia, tetapi
mengalami perbedaan konsep dan belum sepenuhnya dapat
diterima. Tahun 1991 – 1993 merupakan fasa awal dari
proyek PLTMH cross-flow di Indonesia. Tahun 1992, proyek
PLTMH cross-flow berhasil diperkenalkan sebagai metode
transfer teknologi dari Jerman untuk pengembangan dari
M3
PLTMH yang sudah ada di Indonesia. Di tahun ini pun
muncul perusahaan manufaktur turbin jenis cross-flow
pertama di Indonesia, yaitu PT Heksa Prakarsa Teknik yang
bertempat di Kompleks Cimindi Raya AK-4 Cimahi.
Pada tahun 1994, beberapa mahasiswa Indonesia belajar
tentang PLTMH di Swiss. Lalu 2 tahun kemudian, pendanaan
proyek PLTMH meningkat secara signifikan. Di tahun yang
sama pun telah diperkenalkan Electronic Load Control
(ELC) dibawah kerjasama dengan GTZ.
Turbin ini prinsipnya dengan membendung air dan dialirkan
ke pipa pesat yang menuju turbin. Aliran air dari pipa pesat
itu akan menyemprot runner yang kemudian menggerakan
rotor. Walaupun musim kemarau tidak terlalu berpengaruh
karena air sama-sama ditampung dulu lalu di alirkan ke pipa
pesat untuk kemudian menggerakkan turbin. Beda halnya
dengan jenis turbin reaksi yang penyimpanannya di tanam
dalam sungai. Sehingga ketika air surut, maka runner akan
berkurang kecepatan putarnya dan efisiensi turbin pun akan
menurun.
D. Perkembangan Turbin Jenis Cross-flow
Dalam perkembangannya, turbin jenis cross-flow
memiliki beberapa tipe turbin. Berikut adalah tipe-tipe turbin
cross-flow yang pernah dikembangkan.
TABEL I
TIPE-TIPE TURBIN CROSS-FLOW
Tipe
Turbin
Gambar IV.3. Hasil Transfer Teknologi dari Jerman [2]
T-1 XFlow [8]
Setelah mendapatkan banyak ilmu dari Jerman, tahun
1998 Indonesia mulai mengekspor turbin yang pertama
kalinya ke Leyte, Filiphina.
Untuk mewadahi pengembangan PLTMH di Indonesia,
maka pada tahun 1999 didirikanlah Bandung Hydro
Association (BHA).
Setahun kemudian, manufaktur turbin di Indonesia sudah
mulai membaik. Salah satunya adalah dengan adanya
peralatan untuk pengujian keseimbangan turbin. Pemerintah
pun mengapresiasi atas perkembangan ini.
Efek dari membaiknya sistem di Indonesia, maka banyak
bermunculan perusahaan di bidang manufaktur turbin dan
kontrol diantaranya yaitu PT Cihanjuang Inti Teknik di tahun
2001, PT Renerconsys, PT Prowater, John, Linggih, PT Cipto
di tahun 2006 [2]. Dari sanalah perkembangan PLTMH
semakin membaik dan semakin banyak diminati sebagai
energi tepat guna.
Itulah perkembangan turbin jenis Cross-flow di
Indonesia. Pada dasarnya dari tahun ke tahun, penyebaran
turbin di Indonesia selalu menjadi perkembangan. Hal
tersebut disebabkan karena trubin ini cocok dengan letak
geografis Indonesia. Turbin ini termasuk ke dalam jenis
impuls yaitu penggerakan runnernya dengan menggunakan
semprotan dari aliran air. Di Indonesia terdapat 2 musim,
yaitu hujan dan kemarau. Dalam musim hujan tentunya debit
air sungai melimpah, begitu pun sebaliknya ketika kemarau.
T-3 XFlow [8]
Tahu
n
1976
1980
Keterangan
SKAT
-Switzerland
Daya
max 60 Kw
Efisie
nsi 70%
SKAT
-Switzerland
Daya
max 70 Kw
Efisie
nsi 75%
Daya minimal
20 Kw
T-7 XFlow [2]
T-8 XFlow [9]
M4
1985
1995
Turbin X-flow
sebagai bentuk
redesign dari
turbin tipe T-7
dengan ukuran
lebih besar di
Nepal
Gambar
T-9 Xflow
[10]
1992
T-12 Xflow [2]
1996
T-14
D300
[2]
1998
T-15
D500
[2]
2005
Perkembangan
lebih
lanjut
dari turbin Xflow
(Prioneer period)
2001 – 2005
(Survival period)
2006 – 2013
(Booming period)
185 unit
pertahun)
(30-40
unit
Konsumen domestik produk dari perusahaan ini adalah
Dirjen LPE, Dinas Pertambangan & Energi Propinsi Kabupaten, LSM & Perorangan, Perkebunan dan
Pertambangan.
Daya
maksimal 125
Kw
Efisin
si minimum
55%
Daya
30 kW – 200
Kw
Head
6 – 140 m
Debit
225 – 900
liter/detik
Efisie
nsi 76 %
Head
5 – 100 m
Daya
50 – 700 kW
Efisie
nsi 80 %
Gambar IV.4. Peta persebaran produk di domestik dan ASEAN [2]
Disamping digunakan di domestik, produknya pun sudah
digunakan di luar negeri.
E. Pengaplikasian Turbin Jenis Cross-flow di Indonesia
Seiring perkembangan turbin jenis cross-flow di
Indonesia, banyak sekali proyek yang berhasil dikerjakan
oleh engineer-engineer Indonesia terutama dalam
pengaplikasian teknologi turbin jenis cross-flow sebagai hasil
dari transfer energy dari Jerman dan sebagai energi tepat
guna untuk di Indonesia. Sudah banyak konsumen yang lebih
memilih teknologi ini. Akibat permintaan dari konsumen
meningkat akan teknologi ini, maka banyak perusahaan
bermunculan di bidang ini. Salah satu perusahaan pertama
yang mengembangkan teknologi turbin jenis cross-flow di
Indonesia adalah PT Heksa Prakarsa Teknik. Sudah banyak
proyek yang dikerjakan oleh perusahaan ini. Perusahaan yang
berdiri pada tahun 1992 ini telah memproduksi turbin
sebanyak 263 unit sampai tahun 2013 (domestik: 231 unit,
ekspor: 32 unit)[2]. Berikut adalah periode produksi
perusahaan ini
Gambar IV.5. Peta persebaran produk di benua Afrika [2]
Dari sampel data perusahaan tersebut dapat dilihat
bahwa PLTMH ini sudah diminati tidak hanya di Indonesia,
tapi sampai luar negeri. Hampir di seluruh bagian Indonesia
sudah menggunakan teknologi ini. Hal tersebut disebabkan
karena cocok dengan kondisi geografis Indonesia. Sudah
banyak yang memanfaatkan teknologi ini sebagai teknologi
alternatif dengan memanfaatkan potensi yang ada di alam.
Asalkan adanya aliran sungai yang dibendung sudah dapat
menggunakan teknologi ini. Konstruksinya yang sederhana
tapi efisiensinya tinggi. Sehingga pemanfaatan potensi alam
dapat lebih maksimal dengan dana yang minimal. Karena
TABEL II
PERIODE PRODUKSI PT HEKSA
Tahun
1992 – 2000
27 unit (4-6 unit pertahun)
Jumlah Produksi
42 unit (4-6 unit pertahun)
M5
konstruksinya
sederhana,
transportasi
untuk
pengangkutannya pun relatif mudah dibawa ke pedesaan
yang kebanyakan medan jalannya sulit dilalui kendaraan.
Dengan beberapa pertimbangan tersebut maka turbin jenis
cross-flow cocok untuk diaplikasikan di Indonesia.
V. KESIMPULAN
Turbin jenis cross-flow merupakan salah satu bentuk
transfer teknologi dari Jerman di bidang PLTMH di
Indonesia. Dalam proses pengaplikasian turbin ini banyak
menempuh beberapa tahapan sehingga teknologi ini banyak
digunakan di Indonesia. Dibandingkan turbin jenis lainnya,
turbin cross-flow memiliki konstruksi yang sederhana,
efisiensi cukup tinggi, dan cocok dengan kondisi alam dan
musim di Indonesia. Maka dengan hal tersebut dapat
dikatakan bahwa pengaplikasian turbin jenis cross-flow di
Indonesia merupakan energi yang tepat guna karena
memanfaatkan potensi yang ada di alam Indonesia dengan
perubahan musim yang tidak terlalu berpengaruh terhadap
effisiensinya.
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
VI. DAFTAR PUSTAKA
Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan
Konservasi Energi Republik Indonesia, “PLTMH
Project in Indonesia”, November 2011.
Sandy Akbar Nusantara, PT Heksa Prakarsa Teknik PT Rekayasa Energi Terbarukan, “Basic Knowledge of
Microhydro Power”, Juni 2014.
Fundamentals.
Mikrohidro
Installation
Sizing
[Internet]. Diakses tanggal 01 Juli 2014. Tersedia di
http://www.pumpfundamentals.com/
J, Tanto. “USU Institutional Repository – Turbin”.
2010.
Haimerl, L.A. “Cross-flow Turbine”, 1960.
Sunyoto. 2010. “Klasifikasi Turbin Air”. Crayonpedia.
Suwarsono, Agus. Karakteristik Turbin Cross-flow
[Internet]. Diakses tanggal 01 Juli 2014. Tersedia di
http://www.agussuwasono.com.
Local Experience with Micro-Hydro Technology
(SKAT, 1985, 171 p.) [Internet]. Diakses tanggal 15
Juli 2014. Tersedia di http://www.nzdl.org.
Entec AG Consulting & Engineering, “Development
history of entec Cross Flow Turbines”, Januari 2007.
Ir. Sentanu H, “Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro”, November 2013.
M6
C
jh
H
T
L
P
u
b
IM
-w
c
rtfo
k
p
m
lisd
a
g
n
e
Perkembangan Turbin Jenis Cross-flow sebagai
Transfer Teknologi dari Jerman dan Pengaplikasian
untuk PLTMH di Indonesia
Ray Gabrilla / 1108120066
a
Universitas Telkom - Indonesia
Fakultas Teknik Elektro
Program Studi Teknik Fisika
Abstrak – Seiring dengan meningkatnya kebutuhan energi di
Indonesia, energi alternatif berupa Pembangkit Listrik Tenaga
Mikro Hidro (PLTMH) dapat menjadi solusinya. Salah satu
komponen yang diperlukan untuk instalasi PLTMH adalah
turbin. Melihat kondisi alam di Indonesia yang memiliki
banyak aliran sungai dan memiliki 2 musim, maka turbin jenis
Cross-flow cocok untuk kondisi di Indonesia. Konstruksinya
yang sederhana dapat memudahkan instalasi dengan head 1 200 m. Walaupun sederhana, efisiensinya sudah mencapai 82 %
karena terdapat 2 kali pemanfaatan energi air.
Pertama kali, turbin ini dikembangkan di Jerman.
Seiring jalannya waktu, turbin ini mengalami perkembangan
sampai sekarang. Adapun jenis yang terbaru adalah turbin
Cross-flow T-15. Untuk mencapai hal tersebut, tentu harus
mengetahui perkembangan teknologi turbin dari tahun ke
tahun agar dapat membantu mengembangkannya. Tidak
hanya di luar negri, turbin jenis ini pun sudah banyak
berkembang di Indonesia karena memang sesuai dengan
kondisi geografisnya.
Kata Kunci – cross-flow, turbin, PLTMH, efisiensi
I. PENDAHULUAN
Turbin merupakan salah satu komponen penting dalam
suatu pembangkit listrik manapun. Turbin terdiri dari
berbagai jenis yang antar jenis turbin tersebut memiliki
efisiensi yang berbeda pula. Salah satu jenis turbin adalah
turbin cross-flow. Seiring jalannya waktu, turbin jenis
cross-flow ini banyak mengalami perkembangan mulai dari
asal penemunya di Jerman sampai dengan saat ini turbin
jenis ini banyak digunakan di PLTMH yang ada di
Indonesia. Hal tersebut disebabkan karena letak geografis
Indonesia cocok dengan konstruksi dari turbin ini yaitu
terdapat banyak aliran sungai. Oleh karena itu agar lebih
memahami tentang seluk beluk turbin ini dibutuhkan suatu
paper tentang perkembangan turbin jenis cross-flow sebagai
pengaplikasian PLTMH di Indonesia. Hal ini dapat dijadikan
sebagai referensi dalam mengembangkan turbin jenis ini.
II. DASAR TEORI
A. Peran Turbin dalam Suatu Pembangkit Listrik
III. METODE PENELITIAN
Adapun metode yang digunakan dalam penulisan karya
ini adalah metode pengolahan data sekunder. Metode ini
yaitu dengan mengumpulkan data dari beberapa literatur
yang berkaitan dengan topik yang dibicarakan. Setelah itu
data tersebut dianalisis dan disimpulkan.
Gambar III.1. Flow chart metode penelitian
M1
Gambar IV.1. Efisiensi turbin konvensional [7]
Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara
effisiensi dengan pengurangan debit akibat pengaturan
pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan debit
terhadap debit maksimumnya. Untuk turbin Cross-Flow
dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensi yang cukup tinggi
sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai
dengan Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang
relatif tetap [7].
Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis
turbin lain, maka turbin Cross-flow yang paling sederhana.
Sudu-sudu Turbin Pelton misalnya, bentuknya sangat pelik
sehigga pembuatannya harus dituang. Demikian juga runner
Turbin Francis, Kaplan dan Propeller pembuatannya harus
melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner Turbin
Cross-flow dapat dibuat dari material baja sedang seperti
ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi
las. Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin
ini semuanya dapat dibuat di bengkel-bengkel umum dengan
peralatan pokok mesin las listrik, mesin bor, mesin gerinda
meja, bubut dan peralatan kerja bangku, itu sudah cukup.
Dari kesederhanaannya itulah maka turbin Cross-flow
dapat dikelompokan sebagai teknologi tepat guna yang
pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek
cerah karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan
kemampuan dan harapan masyarakat.
Disamping itu untuk penggunaannya di Indonesia, turbin
jenis ini sangat cocok dengan letak dan kondisi geografis. Di
Indonesia terdapat banyak aliran sungai dan terdapat 2
macam musim, yaitu hujan dan kemarau. Ketika hujan, maka
debit aliran air di sungai meningkat, begitu pun sebaliknya
ketika musim kemarau. Turbin ini termasuk ke dalam turbin
jenis impuls dimana cara penggunaan dengan memanfaatkan
semprotan aliran air dari penstock. Jadi ketika kemarau
dengan debit aliran sungai yang berkurang pun dapat tetap
jalan karena sebelumnya aliran air ditampung terlebih dahulu
di bak pengendap atau forebay baru dijatuhkan melalui
penstok ke turbin. Sehingga putaran turbin pun masih
berjalan. Beda halnya dengan turbin jenis reaksi dimana cara
penggunaannya yaitu dengan ditanam di dalam aliran sungai.
Ketika air surut, maka terjadi penurunan kerja turbin. Oleh
karena itu efisiensinya pun berkurang karena putaran
turbinnya tidak maksimal sehingga daya yang dihasilkan pun
berkurang.
Dari beberapa penjelasan tersebut penggunaan turbin
jenis Cross-flow merupakan solusi yang tepat untuk
memasok energi di Indonesia dengan memanfaatkan potensi
alam yang terdapat di Indonesia.
IV. ANALISIS
A. Kelebihan Turbin Jenis Cross-flow
Pemakaian
jenis
Turbin
Cross-Flow
lebih
menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air
maupun jenis turbin mikro hidro lainnya. Penggunaan turbin
ini untuk daya yang sama dapat menghemat biaya pembuatan
penggerak mula (runner) sampai 50 % dari penggunaan
kincir air dengan bahan yang sama [7].
Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin
Cross-Flow lebih kecil dibanding kincir air. Diameter kincir
air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas,
tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm
saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih
sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah.
Demikian juga daya guna atau efisiensi rata-rata turbin
ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil
pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin
Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya
guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya
mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow
mencapai 82 % [5]. Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow
ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan
dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu
pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya
dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan
runner.
Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata
memberikan keuntungan dalam hal efektifitasnya yang tinggi
dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner.
Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang
perbandingan efisiensi dari beberapa turbin konvensional.
B. Perkembangan Turbin Jenis Cross-flow Dunia
M2
Berdasarkan penjelasan, dapat dilihat bahwa turbin jenis
Cross-flow merupakan salah satu jenis turbin yang paling
direkomendasikan sehingga banyak digunakan sebagai turbin
untuk instalasi pada PLTMH di Indonesia karena sesuai
dengan kondisi lingkungan di Indonesia. Alangkah baiknya
jika mengetahui perkembangan turbin jenis ini untuk
referensi dalam pengembangan turbin jenis ini ke depannya.
Turbin tipe ini dibuat pertama kali di Eropa. Nama
cross-flow diambil dari sistem aliran air yang menyilang
melintasi runner dalam menghasilkan putaran. Turbin crossflow ini mempunyai arah aliran yang radial atau tegak lurus
dengan sumbu turbin. Turbin air cross-flow adalah sebuah
turbin air radial dimana aliran air masuk dan keluar rotor
melalui lingkaran rotor yang sama.
Turbin air cross-flow pertama kali diperkenalkan oleh
A.G.M.Mitchell (Austria) dan D.Banki (Hungaria) pada awal
abad ini (Mosonyi, 1966) [4]. Penemuan turbin ini sangat
didasarkan pada usaha untuk mencari jenis turbin baru yang
lebih kecil, sederhana dan lebih murah dibandingkan dengan
jenis turbin yang lainnya. Sebagai hasilnya, turbin air crossflow yang hanya memerlukan proses pembuatan yang
sederhana. Turbin air cross-flow sangat terkenal untuk
pembangkit daya ukuran kecil hingga sedang. Untuk
jangkauan daya yang dapat dihasilkan, turbin air cross-flow
telah dapat menggantikan kincir air yang sederhana sampai
dengan turbin impuls dan reaksi yang rumit pembuatannya.
Gambar IV.2. Turbin sederhana di Padasuka [1]
Lalu pada tahun 1984 mulai mengembangkan turbin
jenis cross-flow. Di tahun 1986, Indonesia mulai mendesain
sendiri turbin cross-flow 15 kW yang didanai oleh
pemerintah New Zealand. Itu adalah proyek mikrohidro
pertama yang modern di Indonesia yang dikembangkan oleh
komunitas di Pondok Pesantren Darussalam, Subang.
Pada tahun 1988 – 1993, Indonesia mengadakan Small
Metal Enterprise Development Program by Swisscontact
yang bekerjasama dengan Politeknik ITB. Seiring dengan
berjalannya program tersebut, tahun 1989 ada kerjasama
antara Indonesia dengan Jerman dalam bidang riset dan
pendidikan. Beberapa mahasiswa asal Indonesia mengikuti
pelatihan di GTZ Jerman tentang mikrohidro.
C. Perkembangan Turbin Jenis Cross-flow Di Indonesia
Instalasi PLTMH yang tertua di Indonesia sudah dimulai
sejak tahun 1923 di suatu perkebunan teh di Jawa Barat yang
sampai saat ini alatnya masih digunakan [1]. Alatnya pun
masih sangat sederhana yaitu berupa kincir air yang terbuat
dari kayu yang dipasang di aliran sungai. Pada tahun 1980,
pertama kalinya dikembangkan turbin sederhana di desa
Padasuka, Cianjur [1].
Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit GmbH
(GTZ) merupakan kerjasama antara Pemerintah Indonesia
dan Pemerintah Jerman dalam bidang teknik berdasarkan atas
masalah ekonomis, sosial, politis dan ekologis dan pada saat
ini memfokuskan reformasi ekonomi, kesehatan dan
desentralisasi. GTZ melakukan studi tentang penerapan
jaringan yang berorientasi permintaan di bidang riset dan
pengembangan teknologi. Salah satu program dari GTZ
adalah memberikan pelatihan tentang PLTMH yang
merupakan pengembangan teknologi dari PLTMH yang
sudah ada dengan teknologi baru dari Jerman.
Dalam pelatihan tersebut dipelajari juga tentang turbin
jenis cross-flow T7 yang didesain oleh SKAT-Swiss. Lalu
dimodifikasi dan muncullah tipe T12 [1].
Pada tahun 1990 – 1991, merupakan awal dari
pengembangan PLTMH cross-flow di Indonesia, tetapi
mengalami perbedaan konsep dan belum sepenuhnya dapat
diterima. Tahun 1991 – 1993 merupakan fasa awal dari
proyek PLTMH cross-flow di Indonesia. Tahun 1992, proyek
PLTMH cross-flow berhasil diperkenalkan sebagai metode
transfer teknologi dari Jerman untuk pengembangan dari
M3
PLTMH yang sudah ada di Indonesia. Di tahun ini pun
muncul perusahaan manufaktur turbin jenis cross-flow
pertama di Indonesia, yaitu PT Heksa Prakarsa Teknik yang
bertempat di Kompleks Cimindi Raya AK-4 Cimahi.
Pada tahun 1994, beberapa mahasiswa Indonesia belajar
tentang PLTMH di Swiss. Lalu 2 tahun kemudian, pendanaan
proyek PLTMH meningkat secara signifikan. Di tahun yang
sama pun telah diperkenalkan Electronic Load Control
(ELC) dibawah kerjasama dengan GTZ.
Turbin ini prinsipnya dengan membendung air dan dialirkan
ke pipa pesat yang menuju turbin. Aliran air dari pipa pesat
itu akan menyemprot runner yang kemudian menggerakan
rotor. Walaupun musim kemarau tidak terlalu berpengaruh
karena air sama-sama ditampung dulu lalu di alirkan ke pipa
pesat untuk kemudian menggerakkan turbin. Beda halnya
dengan jenis turbin reaksi yang penyimpanannya di tanam
dalam sungai. Sehingga ketika air surut, maka runner akan
berkurang kecepatan putarnya dan efisiensi turbin pun akan
menurun.
D. Perkembangan Turbin Jenis Cross-flow
Dalam perkembangannya, turbin jenis cross-flow
memiliki beberapa tipe turbin. Berikut adalah tipe-tipe turbin
cross-flow yang pernah dikembangkan.
TABEL I
TIPE-TIPE TURBIN CROSS-FLOW
Tipe
Turbin
Gambar IV.3. Hasil Transfer Teknologi dari Jerman [2]
T-1 XFlow [8]
Setelah mendapatkan banyak ilmu dari Jerman, tahun
1998 Indonesia mulai mengekspor turbin yang pertama
kalinya ke Leyte, Filiphina.
Untuk mewadahi pengembangan PLTMH di Indonesia,
maka pada tahun 1999 didirikanlah Bandung Hydro
Association (BHA).
Setahun kemudian, manufaktur turbin di Indonesia sudah
mulai membaik. Salah satunya adalah dengan adanya
peralatan untuk pengujian keseimbangan turbin. Pemerintah
pun mengapresiasi atas perkembangan ini.
Efek dari membaiknya sistem di Indonesia, maka banyak
bermunculan perusahaan di bidang manufaktur turbin dan
kontrol diantaranya yaitu PT Cihanjuang Inti Teknik di tahun
2001, PT Renerconsys, PT Prowater, John, Linggih, PT Cipto
di tahun 2006 [2]. Dari sanalah perkembangan PLTMH
semakin membaik dan semakin banyak diminati sebagai
energi tepat guna.
Itulah perkembangan turbin jenis Cross-flow di
Indonesia. Pada dasarnya dari tahun ke tahun, penyebaran
turbin di Indonesia selalu menjadi perkembangan. Hal
tersebut disebabkan karena trubin ini cocok dengan letak
geografis Indonesia. Turbin ini termasuk ke dalam jenis
impuls yaitu penggerakan runnernya dengan menggunakan
semprotan dari aliran air. Di Indonesia terdapat 2 musim,
yaitu hujan dan kemarau. Dalam musim hujan tentunya debit
air sungai melimpah, begitu pun sebaliknya ketika kemarau.
T-3 XFlow [8]
Tahu
n
1976
1980
Keterangan
SKAT
-Switzerland
Daya
max 60 Kw
Efisie
nsi 70%
SKAT
-Switzerland
Daya
max 70 Kw
Efisie
nsi 75%
Daya minimal
20 Kw
T-7 XFlow [2]
T-8 XFlow [9]
M4
1985
1995
Turbin X-flow
sebagai bentuk
redesign dari
turbin tipe T-7
dengan ukuran
lebih besar di
Nepal
Gambar
T-9 Xflow
[10]
1992
T-12 Xflow [2]
1996
T-14
D300
[2]
1998
T-15
D500
[2]
2005
Perkembangan
lebih
lanjut
dari turbin Xflow
(Prioneer period)
2001 – 2005
(Survival period)
2006 – 2013
(Booming period)
185 unit
pertahun)
(30-40
unit
Konsumen domestik produk dari perusahaan ini adalah
Dirjen LPE, Dinas Pertambangan & Energi Propinsi Kabupaten, LSM & Perorangan, Perkebunan dan
Pertambangan.
Daya
maksimal 125
Kw
Efisin
si minimum
55%
Daya
30 kW – 200
Kw
Head
6 – 140 m
Debit
225 – 900
liter/detik
Efisie
nsi 76 %
Head
5 – 100 m
Daya
50 – 700 kW
Efisie
nsi 80 %
Gambar IV.4. Peta persebaran produk di domestik dan ASEAN [2]
Disamping digunakan di domestik, produknya pun sudah
digunakan di luar negeri.
E. Pengaplikasian Turbin Jenis Cross-flow di Indonesia
Seiring perkembangan turbin jenis cross-flow di
Indonesia, banyak sekali proyek yang berhasil dikerjakan
oleh engineer-engineer Indonesia terutama dalam
pengaplikasian teknologi turbin jenis cross-flow sebagai hasil
dari transfer energy dari Jerman dan sebagai energi tepat
guna untuk di Indonesia. Sudah banyak konsumen yang lebih
memilih teknologi ini. Akibat permintaan dari konsumen
meningkat akan teknologi ini, maka banyak perusahaan
bermunculan di bidang ini. Salah satu perusahaan pertama
yang mengembangkan teknologi turbin jenis cross-flow di
Indonesia adalah PT Heksa Prakarsa Teknik. Sudah banyak
proyek yang dikerjakan oleh perusahaan ini. Perusahaan yang
berdiri pada tahun 1992 ini telah memproduksi turbin
sebanyak 263 unit sampai tahun 2013 (domestik: 231 unit,
ekspor: 32 unit)[2]. Berikut adalah periode produksi
perusahaan ini
Gambar IV.5. Peta persebaran produk di benua Afrika [2]
Dari sampel data perusahaan tersebut dapat dilihat
bahwa PLTMH ini sudah diminati tidak hanya di Indonesia,
tapi sampai luar negeri. Hampir di seluruh bagian Indonesia
sudah menggunakan teknologi ini. Hal tersebut disebabkan
karena cocok dengan kondisi geografis Indonesia. Sudah
banyak yang memanfaatkan teknologi ini sebagai teknologi
alternatif dengan memanfaatkan potensi yang ada di alam.
Asalkan adanya aliran sungai yang dibendung sudah dapat
menggunakan teknologi ini. Konstruksinya yang sederhana
tapi efisiensinya tinggi. Sehingga pemanfaatan potensi alam
dapat lebih maksimal dengan dana yang minimal. Karena
TABEL II
PERIODE PRODUKSI PT HEKSA
Tahun
1992 – 2000
27 unit (4-6 unit pertahun)
Jumlah Produksi
42 unit (4-6 unit pertahun)
M5
konstruksinya
sederhana,
transportasi
untuk
pengangkutannya pun relatif mudah dibawa ke pedesaan
yang kebanyakan medan jalannya sulit dilalui kendaraan.
Dengan beberapa pertimbangan tersebut maka turbin jenis
cross-flow cocok untuk diaplikasikan di Indonesia.
V. KESIMPULAN
Turbin jenis cross-flow merupakan salah satu bentuk
transfer teknologi dari Jerman di bidang PLTMH di
Indonesia. Dalam proses pengaplikasian turbin ini banyak
menempuh beberapa tahapan sehingga teknologi ini banyak
digunakan di Indonesia. Dibandingkan turbin jenis lainnya,
turbin cross-flow memiliki konstruksi yang sederhana,
efisiensi cukup tinggi, dan cocok dengan kondisi alam dan
musim di Indonesia. Maka dengan hal tersebut dapat
dikatakan bahwa pengaplikasian turbin jenis cross-flow di
Indonesia merupakan energi yang tepat guna karena
memanfaatkan potensi yang ada di alam Indonesia dengan
perubahan musim yang tidak terlalu berpengaruh terhadap
effisiensinya.
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
VI. DAFTAR PUSTAKA
Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan
Konservasi Energi Republik Indonesia, “PLTMH
Project in Indonesia”, November 2011.
Sandy Akbar Nusantara, PT Heksa Prakarsa Teknik PT Rekayasa Energi Terbarukan, “Basic Knowledge of
Microhydro Power”, Juni 2014.
Fundamentals.
Mikrohidro
Installation
Sizing
[Internet]. Diakses tanggal 01 Juli 2014. Tersedia di
http://www.pumpfundamentals.com/
J, Tanto. “USU Institutional Repository – Turbin”.
2010.
Haimerl, L.A. “Cross-flow Turbine”, 1960.
Sunyoto. 2010. “Klasifikasi Turbin Air”. Crayonpedia.
Suwarsono, Agus. Karakteristik Turbin Cross-flow
[Internet]. Diakses tanggal 01 Juli 2014. Tersedia di
http://www.agussuwasono.com.
Local Experience with Micro-Hydro Technology
(SKAT, 1985, 171 p.) [Internet]. Diakses tanggal 15
Juli 2014. Tersedia di http://www.nzdl.org.
Entec AG Consulting & Engineering, “Development
history of entec Cross Flow Turbines”, Januari 2007.
Ir. Sentanu H, “Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro”, November 2013.
M6