Pengertian PLTMH TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian PLTMH

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro PLTMH, biasa disebut mikro- hidro, adalah suatu pembangkit listrik skala 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. Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro PLTMH Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro PLTMH adalah pembangkit listrik berskala kecil dengan out put antara 1MW – 10 MW yang memanfaatkan aliran air sebagai sumber tenaga. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut dengan clean energi karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTMH memiliki konstruksi yang masih sederhana dan mudah dioperasikan serta mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Dari segi ekonomi, biaya operasi dan perawatannya relatih murah sedangkan investasinya cukup bersaing dengan pembangki listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH lebih mudah diterima masyarakat luas dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya seperti PLTN. Prinsip kerja PLTMH adalah memanfaatkan beda tinggi dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran atau sungai. Air yang mengalir melalui intake dan diteruskan oleh saluran pembawa hingga penstock, akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Turbin air akan memutar generator dan menghasilkan listrik Universitas Sumatera Utara Gambar 2.1. menunjukkan contoh keseluruhan sistem PLTMH. Gambar 2.1 Bagan sebuah PLTMH Penjelasan Komponen – komponen PLTMH 1. Bendung dan Bangunan Penyadap Gambar 2.2. Desain Tiga Dimensi Dan Komponen-Komponen Intake Terkait . Universitas Sumatera Utara 1.1 Pengertian Dan Fungsi Umum 1.1.1.Bendung weir Bendungan berfungsi untuk menaikkan mengontrol tinggi air sungai sehingga air dapat dialihkan kedalam intake. a b Gambar 2.3. Bendungan • Sayap Bendung wings wall Sayap bendung terbuat dari pasangan batu kali, gunanya untuk mencegah erosi tepi sungai dan banjir yang dapat menghancurkan pekerjaan sipil. • Penahan Gerusan Penahan gerusan terbuat dari pasangan batuberonjong gunanya untuk mencegah erosi dasar sungai di hilir bendung. • Pintu Gerusan dan Saluran Penguras flushing gate and flushing canal Pintu penguras dipasang diantara bendung dan intake yang dibutuhkan untuk mencegah terjadinya endapan didaerah intake. Air yang digunakan untuk mengguras dialirkan melalui saluran penguras yang kemudian dialirkan kembali ke sungai pada sisi setelah bendung. • Bangunan Pengalih intake Universitas Sumatera Utara Bangunan pengalih berfungsi untuk mengalihkan air melalui sebuah pembuka di bagian sisi sungai ke dalam sebuah bak pengendap. a b Gambar 2.4. Intake • Saluran Pengalih intake channel Saluran pengalih berfungsi untuk mengalirkan air dari intake ke saluran pembawa. Saluran intake terbuat dari pasngan bau kali dan diengakapi dengan pelimpah samping dan pintu intake. a b Gambar 2.5. Saluran Pengalih Universitas Sumatera Utara • Pintu intake Pintu intake berguna untuk menutup dan membuka saluran intake, menutup saluran biasanya dilakukan pada saat pemeliharaan atau terjadinya renovasi pada saluran. Atau pada saat banjir digunakan untuk mengurangi volume air yang masuk ke saluran. a b Gambar 2.6. Pintu Intake 1.1.2. Saluran Pembawa headrace Merupakan saluran yang mengalirkan air dari saluran intake menuju pipa pesat dengan menjaga ketinggian muka airnya. Tipe Saluran Pembawa biasanya sangat tergantung pada kondisi topografi geologi daerah yang dilewati, dan dapat berupa saluran terbuka, pipa ataupun terowongan. Konstruksi saluran pembawa dapat berupa pasangan batu kali atau hanya berupa tanah yang digali. Jika saluran pembawa panjang perlu dilengkapi dengan saluran pelimpah untuk setiap jarak tertentu karena jika terjadi banjir pada saluran tersebut, maka kelebihan air akan terbuang melalui saluran pelimpah. Universitas Sumatera Utara a b Gambar 2.7. Saluran pembawa 1.1.3. Bak pengendap settling basin Bak pengendap ini biasanya seperti kolam yang dibuat dengan memperdalam dan memperlebar sebagian saluran pembawa dan menambahnya saluran penguras. Fungsimya untuk mengendapkan pasir dan kotoran yang hanyut sehingga air yang masuk keturbin relatif bersih. 1.1.4. Bak Penenang forebay Bak Penenang Forebay terletak diujung saluran pembawa. Fungsi bak penenang secara kasar ada dua jenis yaitu : a. Mengontrol perbedaan debit dalam penstock dan sebuah saluran pembawa karena fluktuasi beban b. Pemindahan sampah terakhir tanah dan pasir, kayu yang mengapung, dll. dalam air yang mengalir. Bak penenang dilengkapi dengan : a. Saluran pelimah untuk air yang berlebih over flow Universitas Sumatera Utara b. Lubang untuk menguras bak dan sedimen, c. Saringan untuk mencegah masuknya sampah yang mengapung. c d Gambar 2.8.Bak Penenang Universitas Sumatera Utara 1.1.5. Pipa pesat penstock Pipa pesat dapat terbuat dari logam atau plastik dengan diameter yang berbeda-beda. Spesifi kasi dan ukuran detil pipa disediakan oleh desainer di dalam gambar desain dan spesifikasi. Beberapa jenis bahan pipa pesat dapat dilihat sebagai berikut: a. Pipa PVC Pipa PVC dapat disambung dengan soket yang di lem atau dengan sealing karet. Pipanya harus terlindung dari sinar matahari; yang paling baik adalah dengan cara ditimbun di dalam tanah lihat bagian ‘penimbunan’ untuk detilnya. Apabila tidak ditimbun, pipa mesti dibungkus dengan material yang bisa melindungi dari sinar matahari misalnya dengan dengan plastik dan di ikat dengan kawat. b. Pipa Baja Pipa besi bisa berupa pipa yang dibuat dari lembaran baja atau pipa bikinan pabrik dengan ukuran sedemikian rupa sehingga mudah untuk diangkut dengan alat transportasi, mudah dipasang dan mudah disambung. Pipa yang terbuat dari gulungan lembaran baja biasanya sudah digulung dibengkel, yang kemudian dilas di lokasi PLTMH. Penyambungan ruas ruas pipa besi dapat dilakukan dengan cara dilas di lokasi atau dengan flange yang di sambung dengan baut. Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam mendisain dan perawatan pipa pesat: Universitas Sumatera Utara • Sambungan Pada Pipa. Sambungan muai Expansion joint harus di pasang pada pipa pesat yang terbuat dari besi jika jarak antara dua angkur blok lebih dari 2 meter. Sambungan muai menjaga pergerakan memanjang pipa yang di sebabkan oleh: • perbedaan suhu, terutama pada saat pipa berisi air dan pada saat pipa kosong dan terkena sinar matahari. • perubahan gaya hidrostatik di dalam pipa yang cenderung merenggangkanmemisahkan pipa atau sambungannya. Sambungan muai biasanya dibuat dari baja ringan. Sambungan muai yang paling umum digunakan adalah sambungan muai sarung sleeve expansion joint yang dilengkapi dengan pack ing ring asbes dan pack ing gland untuk menghentikan kebocoran air. Untuk PLTMH tertentu sambungan muai belosapar bellow-expansion-joint dapat digunakan seperti yang terlihat pada gambar berikut. a b Gambar 3.0.Sambungan Pipa Pesat Universitas Sumatera Utara • Perlindungan Terhadap Karat. Pelindung karat untuk pipa pesat besi juga sangat diperlukan untuk menjaga ketahanan pipa pada korosi. Perlindungan karat pipa besi yang di atas tanah harus di lapisi dengan satu lapisan primer meni besi dan kemudian dua lapisan akhir tar epoxy atau cat besi. Untuk pipa pesat besi yang di timbun dalam tanah, lapisan akhir harus terdiri dari tiga lapisan cat besi. • Balok Angkur. Blok angkur merupakan struktur beton kokoh yang diperlukan untuk menahan gaya yang terjadi di dalam pipa pesat. Blok angkur di bak penenang awal pipa pesat dan di rumah turbin yang masuk ke turbin sangat penting. Tambahan blok angkur juga di perlukan apabila terjadi perubahan arah pipa belokan vertikal dan horizontal dan perubahan reduksi diameter. • Penyangga Pipa Pesat. Pipa pesat yang di pasang di atas tanah harus dilengkapi dengan penyangga sepanjang pipa pesat seperti yang dijelaskan dalam gambar disain di bawah ini. Penyangga ini terbuat pasangan batu kali. Sebagian PLTMH menggunakan profil baja pada kondisi yang curam atau relatif vertikal. Struktur penyangga pipa pesat dibuat agar pipa pesat tersebut tidak sulit untuk bergerak memanjang karena pemuaiankontraksi tetapi dengan gesekan yang minimum. Untuk itu permukaan pipa pesat yang bergesekan dengan penyangganya harus dilapisi dengan aspal bitumen atau material lainnya plastik, baja berpelumas . Saluran kecil sebaiknya Universitas Sumatera Utara dibuat untuk menguras air hujan atau bocor dari permukaan kontak pipa dan penyangga. a 1.1.5. Turbin dan generator turbine and generator Turbin mengubah atau mengkonversikan energi potensial air menjadi energi mekanik berupa putaran poros turbin. Putaran poros turbin ini yang akan diteruskan untuk memutar poros generator.Turbin berfungsi untuk mengkonversi energi aliran air menjadi energi putaran mekanis. Universitas Sumatera Utara a b Gambar 3.3. Turbin dan Generator 1.1.6. Rumah pembangkit power house Rumah pembangkit dibangun untuk menampung dan melindungi peralatan turbin dan generator dinamo dari orang yang tidak berkepentingan dan dari kerusakan yang mungkin timbul akibat cuaca. Di dalam rumah turbin biasanya juga terdapat tempat untuk swith board, transformer jika diperlukan dan area untuk pekerjaan pemeliharaan termasuk lemarirak untuk peralatan dan suku cadang. Tata letak peralatan-peralatan ini menentukan ukuran dari rumah turbin. Perlu pula disediakan ruang yang cukup untuk pembongkaran unit turbin-generator di dalam rumah pembangkit. Area yang di perlukan untuk pekerjaan tersebut sekurang-kurangnya satu setengah 1.5 kali dari area unit turbin ketika beroperasi. Pintu rumah pembangkit harus cukup besar agar komponen terbesar peralatan mekanikal elektrikal dapat masuk ke dalamnya. Universitas Sumatera Utara c Gambar 3.4. Power House 1.1.7. Saluran pembuang tail race. Saluran pembuang mengalirkan air dari turbin kembali ke sungai. Saluran pembuang perlu didesain cukup luas agar air buangan turbin dapat mengalir dengan aman. Dinding pengaman pada sungai dan posisi ketinggian lantai rumah turbin dibuat cukup tinggi, yaitu di atas tinggi muka air maksimum pada saat banjir. Perlu diperhatikan erosi dan endapan dalam saluran pembuang. Erosi dapat berbahaya untuk stabilitas bangunan. Pembangkit tenaga air merupakan 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 mikro hidro adalah bervariasi, tetapi prinsip Universitas Sumatera Utara kerjanya adalah sama, yaitu: Perubahan tenaga potensial air menjadi tenaga elektrik listrik. Perubahan memang tidak langsung, tetapi berturut-turut melalui perubahan sebagai berikut :  Tenaga potensial……. Tenaga kinetik  Tenaga kinetik…….. Tenaga mekanik  Tenaga mekanik……. 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 turbinkincir air. Efisiensi kincir air yang dipilih untuk menangkap energi air tersebut menentukan besarnya energi mekanik atau energi poros guna memutar generator listrik. Umumnya PLTMH yang dibangun jenis run off river dimana head diperoleh tidak dengan membangun bendungan besar, melainkan dengan mengalihkan aliran air sungai ke satu sisi dari sungai dan menjatuhkannya lagi ke sungai pada suatu tempat dimana beda tinggi yang diperlukan sudah diperoleh. Dengan menggunakan pipa, air dialirkan kerumah pembangkit power house yang biasanya dibangun di pinggir sungai. Kemudian air akan menyemprot keluar memutar roda turbin runner, kemudian air tersebut dikembalikan ke sungai asalnya. Energi mekanik putaran poros turbin akan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator. Universitas Sumatera Utara Pembangkit listrik tenaga air dibawah ukuran 300 KW digolongkan sebagai PLTMH.Dalam perencanaan pembangunan sebuah. PLTMH, diperlukan pengetahuan tentang:  Hidrologi  Kelistrikan  Bangunan sipil  Permesinan  Ekonomi untuk studi kelayakan. 1.1.1. Kelebihan dan Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro PLTMH a. Mempunyai beberapa keuntungan yang tidak dapat dipisahkan, seperti berikut ini: 1. Lokasi sumber daya air untuk PLTM dan PLTMH pada umunya berada di wilayah pedesaan dan desa terpencil yang belum terjangkau jaringan listrik. 2. Tenaga utama menggunakan air, yang merupakan sumber energi yang abadi tidak seperti bahan bakar untuk PLTU atau PLTN yang menggunakan bahan bakar fosil atau nuklir. 3. Biaya pengoperasian dan pemeliharan PLTMH sangat rendah jika dibandingkan dengan PLTU atau PLTN. 4. Melayani kebutuhan aktual daya listrik di wilayah pedesaan terpencil yang urnumnya rendah dengan daya beli masyarakat yang juga rendah, Universitas Sumatera Utara 5. PLTMH cukup sederhana untuk dimengerti dan cukup mudah untuk dioperasikan. 6. Perkembangan mutakhir yang telah dicapai pada pengembangan turbin air, telah dimungkinkan untuk memanfaatkan jenis turbin yang sesuai dengan keadaan setempat. 7. Pengembangan PLTMH dengan memanfaatkan arus sungai dapat menimbulkan manfaat lain seperti pariwisata, perikanan, irigasi dan pengendalian banjir. Dan 8. Meningkatkan kegiatan perekonomian sehingga diharapkan dapat menambah penghasilan masyarakat. b. Adapun kelemahan PLTMH diantaranya yang paling menonjol : 1. Sangat tergantung pada aliran sungai secara alamiah. Sedangkan aliran sungai tersebut sangat bervariasi sehingga pada umumnya tenaga andalan atau tenaga mantap akan sangat kecil jika dibandingkan dengan kapasitas totalnya. 2. Tidak mampu menghasilkan tenaga yang besar. 1.2. Debit Andalan Debit andalan adalah debit yang selalu tersedia sepanjang tahun. Dalam penelitian ini debit andalan merupakan debit yang memiliki probabilitas 80. Debit dengan probabilitas 80 adalah debit yang memiliki kemungkinan terjadi di bendung sebesar 80 dari 100 kejadian. Jumlah kejadian yang dimaksud adalah jumlah data yang digunakan untuk menganalisis probabilitas tersebut. Jumlah data Universitas Sumatera Utara minimum yang diperlukan untuk analisis adalah lima tahun dan pada umumnya untuk memperoleh nilai yang baik data yang digunakan hendaknya berjumlah 10 tahun data. Guna mendapatkam kapasitas PLTM, tidak terlepas dari perhitungan berapa banyak air yang dapat diandalakan untuk membangkitkan PLTM. Debit anadalan adalah debit minimum terkecil yang masih dimungkinkan untuk keamanan operasional suatu bangunan air, dalam hal ini adalah PLTM. Debit minimum sungai dianalisis atas dasar debit hujan sungai. Dalam evaluasi kinerja Listrik Tenaga Mikrohidro ini, dikarenakan minimalnya data maka metode perhitungan debit andalan menggunakan metode simulasi perimbangan air dari Dr. F.J.Mock KP.01,1936. Dengan data masukan dari curah hujan di Daerah Aliran Sungai, evapotranspirasi, vegetasi dan karakteristik geologi daerah aliran. Metode ini menganggap bahwa air hujan yang jatuh pada daerah aliran DAS sebagian akan menjadi limpasan langsung dan sebagian akan masuk tanah sebagai air infiltrasi, kemudian jika kapasitas menampung lengas tanah sudah terlampaui, maka air akan mengalir ke bawah akibat gaya gravitasi 1.2.1. Curah Hujan Data jumlah curah hujan CH rata -rata untuk suatu daerah tangkapan air catchment area atau daerah aliran sungai DAS merupakan informasi yang sangat diperlukan oleh pakar bidang hidrologi. Dalam bid ang pertanian data CH sangat berguna, misalnya untuk pengaturan air irigasi , mengetahui neraca air lahan, mengetahui besarnya aliran permukaan run off. Universitas Sumatera Utara Untuk dapat mewakili besarnya CH di suatu wilayahdaerah diperlukan penakar CH dalam jumlah yang cukup. Semakin banyak penakar dipasang di lapangan diharapkan dapat diketahui besarnya rata -rata CH yang menunjukkan besarnya CH yang terjadi di daerah tersebut. Disamping itu juga diketahui variasi CH di suatu titik pengamatan. Menurut Hutchinson, 1970 ; Browning, 1987 dalam Asdak C. 1995 Ketelitian hasil pengukuran CH tegantung pada variabilitas spasial CH, maksudnya diperlukan semakin banyak lagi penakar CH bila kita mengukur CH di suatu daerah yang variasi curah hujannya besar. Ketelitian akan semakin meningkat dengan semakin banyak penakar yang dipasang, tetapi memerlukan biaya mahal dan juga memerlukan banyak waktu dan tenaga dalam pencatatannya di lapangan. 1.2.2. Cara rata-rata aritmatik Cara rata-rata aritamatik adalah cara yang paling mudah diantara cara lainnya poligon dan isohet. Digunakan khususnya untuk daerah seragam dengan variasi CH kecil. Cara ini dilakukan dengan mengukur serempak untuk Penuntun Praktikum Agrohidrologi oleh Ir. M. Mahbub PS Ilmu Tanah Unlam I -2 lama waktu tertentu dari semua alat penakar dan dijumlahkan seluruhnya. Kemudian hasil penjumlahannya dibagi dengan jumlah penakar hujan maka akan dihasilkan rata-rata curah hujan di daerah tersebut. Secara matimatik ditulis persamaan sbb: Rata-rata CH = ∑Rin pers. 3 1 dimana Ri = besarnya CH pada stasiun I, n = jumlah penakar stasiun Universitas Sumatera Utara 1.2.3. Cara Poligon Thiessen polygon Cara ini untuk daerah yang tidak seragam dan variasi CH besar. Menurut Shaw 1985 cara ini tidak cocok untuk daerah bergunung dengan intensitas CH tinggi. Dilakukan dengan membagi suatu wilayah luasnya A ke dalam beberapa daerah-daerah membentuk poligon luas masing-masing daerah ai. Tabel 3. 1Perhitungan prosentasi luas daerah a ipada suatu wilayah A 10.000 ha Daerah Luas Daerah a 1 ha Tetapan Thiessen Prosentasi Luas a 1 1000 0.10 10 a 2 3000 0.30 30 a 3 1.500 0.15 15 a 4 4.500 0.45 45 Jumlah A=10.000 1,00 100 Tabel 3. 2 Perhitungan Curah Hujan rata -rata cara poligon di suatu Wilayah A Stasiun di daerah Kedalaman CH yang terukur cm Ratio sA Volume CH cm daerah a a 1 6 x 0.10 0.60 Universitas Sumatera Utara a 2 10 x 0.30 3.00 a 3 8 x 0.15 1.20 a 4 11x 0.45 4.95 Curah hujan rata-rata wilayah A = 9.75 1.2.4. Metode Meteorological Water Balance Dr. F.J. Mock Metode ini ditemukan oleh Dr. F.J. Mock pada tahun 1973 dimana metode ini didasarkan atas fenomena alam dibeberapa tempat di Indonesia. Dengan metode ini, besarnya aliran dari data curah hujan , karakteristik hidrologi daerah pengaliran dan evapotranspirasi dapat dihitung. Pada dasarnya metode ini adalah hujan yang jatuh pada catchment area sebagian akan hilang sebagai evapotranspirasi, sebagian akan langsung menjadi aliran permukaan direct run off dan sebagian lagi akan masuk kedalam tanah infiltrasi, dimana infiltrasi pertama-tama akan menjenuhkan top soil, kemudian menjadi perkolasi membentuk air bawah tanah ground water yang nantinya akan keluar ke sungai sebagai aliran dasar base flow. Adapun ketentuan dari metode ini adalah sebagai berikut : 1. Data meteorologi Data meterologi yang digunakan mencakup : a. Data presipitasi dalam hal ini adalah curah hujan bulanan dan data curah hujan harian. Universitas Sumatera Utara b. Data klimatologi berupa data kecepatan angin, kelembapan udara, tempratur udara dan penyinaran matahari untuk menentukan evapotranspirasi potensial Eto yang dihitung berdasarkan metode “ Penman Modifikasi “ 2. Evapotranspirasi Aktual Ea Penentuan harga evapotranspirasi actual ditentuakan berdasarkan persamaan : E = Eto x d30 x m ` Pers 3. 1 E = Eto x m 20 x 18-n Pers 3. 2 Ea = Eto – E Pers 3. 3 dimana : Ea = Evapotranspirasi aktual mm, Eto = Evapotranspirasi potensial mm, D= 27 – 32 x n, N = jumlah hari hujan dalam sebulan, m = Perbandingan permukaan tanah tanah yang tidak tertutup dengan tumbuh- tumbuhan penahan hujan koefisien yang tergantung jenis areal dan musiman dalam , m = 0 untuk lahan dengan hutan lebat, M =Untuk lahan dengan hutan sekunder pada akhir musim dan bertambah 10 setiap bulan berikutnya. m = 10 – 40 untuk lahan yang erosi , m = 30 –50 untuk lahan pertanian yang diolah sawah . 3. Keseimbangan air dipermukaan tanah ΔS a. Air hujan yang mencapai permukaan tanah dapat dirumuskan sebagai berikut ΔS = R – Ea Pers 3. 4 Universitas Sumatera Utara dimana : ΔS= Keseimbangan air dipermukaan tanah, R = Hujan Bulanan , Ea = Evapotranspirasi Aktual . Bila harga positif R Ea maka air akan masuk ke dalam tanah bila kapasitas kelembapan tanah belum terpenuhi. Sebaliknya bila kondisi kelembapan tanah sudah tercapai maka akan terjadi limpasan permukaan surface runoff. Bila harga tanah ΔS negatif R Ea , air hujan tidak dapat masuk kedalam tanah infltrasi tetapi air tanah akan keluar dan tanah akan kekurangan air defisit. b. Perubahan kandungan air tanah soil storage tergantung dari harga ΔS. Bila ΔS negatif maka kapasitas kelembapan tanah akan kekurangan dan bila harga ΔS positif akan menambah kekurangan kapasitas kelembapan tanah bulan sebelumnya. c. Kapasitas kelembapan tanah soil moisture capacity. Didalam memperkirakan kapasitas kelembapan tanah awal diperlukan pada saat dimulainya perhitungan dan besarnya tergantung dari kondisi porositas lapisan tanah atas dari daerah pengaliran. Biasanya diambil 50 sd 250 mm, yaitu kapasitas kandungan air didalam tanah per m3. semakin besar porositas tanah maka kelembapan tanah akan besar pula. d. Kelebihan Air water surplus e. Besarnya air lebih dapat mengikuti formula sbb : WS = ΔS - Tampungan tanah Pers 3. 5 Universitas Sumatera Utara dimana : WS = water surplus, S = R- Ea,Tampungan Tanah = Perbedaan Kelembapan tanah. 4. Limpasan dan penyimpanan air tanah Run off dan Ground Water storage . a. Infiltrasi i Infiltrasi ditaksir berdasarkan kondisi porositas tanah dan kemiringan daerah pengaliran. Daya infiltrasi ditentukan oleh permukaan lapisan atas dari tanah. Misalnya kerikil mempuyai daya infiltrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan tanah liat yang kedap air. Untuk lahan yang terjal dimana air sangat cepat menikis diatas permukaan tanah sehingga air tidak dapat sempat berinfltrasi yang menyebabkan daya infiltrasi lebih kecil. Formula dari infiltrasi ini adalah sebagai berikut: i = Koefisien Infiltrasi x WS Pers 3. 6 dimana : i = Infiltrasi Koefisien Infiltrasi i = 0 sd 1,0 , WS = kelebihan air b. Penyimpanan air tanah ground water storage. Pada permulaan perhitungan yang telah ditentukan penyimpanan air awal yang besarnya tergantung dari kondisi geologi setempat dan waktu.Persamaan yang digunakan adalah sumber : PT. Tricon Jaya, Sistim Planing Irigasi Ongka Persatuan Kab. Donggala Hal V-4 Vn = k. Vn – 1 + ½ 1 + k in Pers 3. 7 Universitas Sumatera Utara dimana : Vn = Volume simpanan ait tanah periode n m3, Vn – 1 = Volume simpanan air tanah periode n – 1 m3, K = qtqo = Faktor resesi aliran air tanah catchment are recession factor . Faktor resesi aliran tanah k berkisar antara 0 sd 1 , qt = Aliran tanah pada waktu t bulan ke t , qo = Aliran tanah pada awal bulan ke 0, i n = Infiltrasi bulan ke n mm. Untuk mendapatkan perubahan volume aliran air dalam tanah mengikuti persamaan : ΔVn = Vn - Vn – 1 Pers 3. 8 c. Limpasan Run off Air hujan atau presipitasi akan menempuh tiga jalur menuju kesungai. Satu bagian akan mengalir sebagai limpasan permukaan dan masuk kedalam tanah lalu mengalir ke kiri dan kananya membentuk aliran antara. Bagian ketiga akan berperkolasi jauh kedalam tanah hingga mencapai lapisan air tanah. Aliran permukaan tanah serta aliran antara sering digabungkan sebagai limpasan langsung direc runoff Untuk memperoleh limpasan, maka persamaan yang digunakan adalah : BF = I - Δ Vn Pers 3. 9 Dro = WS – I Pers 3.10 Ron = BF +Dro Pers 3.11 Universitas Sumatera Utara dimana : BF = Aliran dasar M3dtkkm, I = Infltrasi mm, Δ Vn = Perubahan volume aliran tanah M3, Dro = Limpasan Langsung mm, WS = Kelebihan air , Ron = Limpasan periode n M3dtkkm2 d. Banyaknya air yang tersedia dari sumbernya. Persamaan yang digunakan adalah: Qn = Ron x A Pers 3. 12 dimana : Qn = Banyaknya air yg tersedia dari sumbernya, periode n m3dtk , A = Luas daerah tangkapan catchment area Km2. 1.2.5. Metode FDC Untuk kepentingan perancangan PLTMH, sangat penting untuk bisa mendapatkan data debit dari tahun ke tahun sebanyak mungkin sehingga dapat diketahui berapa banyak air baik di musim kemarau atau penghujan yang bisa dipergunakan untuk menggerakkan turbin. Data ini memberikan masukan paling mendasar bagi perancang untuk memilih jenis turbin yang paling efisien dan cocok dengan sumber daya yang ada. Dengan data debit di tangan ditambah dengan data kebutuhan energi listrik konsumen, maka perancang dapat memilih turbin dan generator yang cocok bagi sebuah PLTMH yang berdiri sendiri. Dapat dilihat pada gambar 2.3 Universitas Sumatera Utara Gambar 3. 1 Hidrograf dari data sepanjang 16 tahun Gambar 3. 1 menunjukkan debit air sungai harian yang diukur dalam periode enam belas tahun. Data di atas merupakan data yang ideal. Namun, faktanya lapangan menunjukkan bahwa data yang ideal jarang ada. Gambar 3. 2 Flow Duration Curve Kurva Durasi Debit Air Universitas Sumatera Utara Flow Duration Curve FDC disusun dengan mengelompokkan data debit berdasarkan besar debitnya lalu memplotkannya pada grafik terhadap 100 waktu pengukuran. Sebagai contoh, berdasarkan kurva di atas bahwa selama 23 waktu dalam satu tahun, debit air adalah lebih dari 10 m3 Kurva ini sangat penting sebagai data bagi perancangan PLTMH. Jika tidak didasarkan pada data yang mantap maka hasil rancangannya pun akan sangat spekulatif. Jika tidak ada data yang tersedia, maka diharuskan mengukur dan merekam debit air setiap hari minimal selama satu tahun untuk mendapatkan seperti pada gambar berikut: Gambar 3. 3 Contoh low duration curve dalam satu tahun Flow Duration Curve FDC dihasilkan dari kurva debit aliran sungai dengan mengelompokkan keseluruhan 365 data yang ada. Berdasarkan Flow Duration Curve, perancang memperkirakan kapasitas PLTMH yang mungkin. Proses pendimensian PLTMH tergantung dari debit air dan perkiraan kebutuhan energi listrik dari konsumen. Idealnya energi listrik PLTMH dapat memenuhi permintaan listrik sepanjang tahun. Jika permintaan lebih tinggi dari kapasitas yang tersedia, maka alternatif sumber energi lainnya harus dicari atau usaha-usaha eisiensi energi perlu dipertimbangkan. Universitas Sumatera Utara Jika tidak memungkinkan untuk mendapatkan data dalam jangka waktu tertentu, maka dianjurkan untuk menggunakan jasa keahlian ahli hidrologi yang berpengalaman untuk melakukan analisis tersebut. 1.3. Komponen-komponen Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro Komponen-komponen sebuah PLTMH meliputi: 1.3.1. DamBendung pengalih intake Diversion Weir dan Intake Bendung berfungsi untuk menaikkanmengontrol tinggi air dalam sungai secara signifikan sehingga memiliki jumlah air yang cukup untuk dialihkan ke dalam intake pembangkit mikro hidro di bagian sisi sungai ke dalam sebuah bak pengendap Settling Basin. Sebuah bendung dilengkapi dengan pintu air untuk membuang kotoranlumpur yang mengendap. Perlengkapan lainnya adalah penjebaksaringan sampah. PLTMH umumnya merupakan pembangklit tipe run off river sehingga bangunan bendung dan intake dibangun berdekatan. Dengan pertimbangan dasar stabilitas sungai dan aman terhadap banjir, dapat dipilih lokasi untuk bendung Weir dan intake. Tujuan dari intake adalah untuk memisahkan air dari sungai atau kolam untuk dialirkan ke dalam saluran, penstock atau bak penampungan. Tantangan utama dari bangunan intake adalah ketersediaan debit air yang penuh dari kondisi debit rendah sampai banjir. Juga sering kali adanya lumpur, pasir dan kerikil atau puing-puing dedaunan pohon sekitar sungai yang terbawa aliran sungai. Beberapa hal yang menjadi pertimbangan dalam memilih lokasi Bendung Weir dan Intake, antara lain : Universitas Sumatera Utara a. Jalur daerah aliran sungai Lokasi bendung Weir dan intake dipilih pada daerah aliran sungai dimana terjamin ketersediaan airnya, alirannya stabil, terhindar banjir dan pengikisan air sungai. b. Stabilitas lereng yang curam Oleh karena pemilihan lokasi PLTMH sangat mempertimbangkan head, sudah tentu pada lokasi lereng atau bukit yang curam. Dalam mempertimbangkan lokasi bangunan Bendung Weir dan Intake hendaknya mempertimbangkan stabilitas sedimen atau struktur tanahnya yang stabil. c. Memanfaatkan fasilitas saluran irigasi yang ada di pedesaan. Pemanfaatan ini dapat dipertimbangkan untuk efisiensi biaya konstruksi, karena sudah banyak sungai di pedesaan telah dibangun konstruksi sipil untuk saluran irigasi. d. Memanfaatkan topografi alami seperti kolam dan lain-lain. Penggunaan kealamian kolam untuk intake air dapat memberikan keefektifan yang cukup tinggi untuk mengurangi biaya, disamping itu juga membantu menjaga kelestarian alam, tata ruang sungai dan ekosistem sungai yang perlu diperhatikan adalah keberlanjutan kolam dan pergerakan sedimen. e. Level volume yang diambil Tinggi Dam dan level banjir Karena pembangunan bendungdam inatek pada bagian yang sempit dekat sungai, maka level banjir pada daerah itu lebih tinggi sehingga diperlukan daerah bagian melintang dam yang diperbesar untuk kestabilan. Universitas Sumatera Utara f. Perletakan Intake selalu pada posisi terluar dari lengkungan sungai Pertimbangan ini dilakukan untuk memperkecil sedimen didalam saluran pembawa. Dan sering kali dibuat pintu air intake untuk melakukan pembilasan sedimen yang terendap dari intake. g. Keberadaan penggunaan air sungai yang mempengaruhi keluarandebit air. Jika intake untuk pertanian atau tujuan lain yang mengambil air maka akan mempengaruhi debit sungai.

1.3.1.1. Terdapat beberapa jenis tipe dasar dam intake seperti yang disebutkan

dibawah ini yaitu: 1. Dam beton graviti 2. Dam beton mengapung 3. Dam tanah 4. Dam urugan bath 5. Dam pasangan batu basah 6. Dam batu bronjong 7. Dam batu bronjong diperkuat beton 8. Dam ranting kayu 9. Dam kayu 10. Dam bingkai kayu dengan kerikil Dari jenis-jenis diatas, dam urugan batu fleksibel dan dam batu bronjong, Universitas Sumatera Utara secara umum terkenal digunakan di negara-negara Asia Tenggara karena beberapa keuntungan seperti: a tidak terlalu dipengaruhi oleh kondisi dan tanah dasarnya dan b relatif mudah diperbaiki jika mengalami kerusakan. Bagaimanapun, mereka dapat ditembus oleh banjir karena itu struktur dan penggunaannya harus didahului dengan pengujian yang hati-hati dan konstruksi yang penting seperti struktur sipil dan kondisi dari arus bawah. Tabel 2.2 dapat dijadikan referensi untuk menentukan tipe dasar dam intake untuk PLTA skala kecil. Tabel 2.1Jenis dam Intake Tipe Garis Besar Gambar Kondisi Aplikasinya Dam Beton gravity Beton digunakan untuk mengkonstruksi bangunan secara keseluruhan. Fondasi: Lapisan Batu Kondisi sungai: Tidak dipengaruhi oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen. Kondisi intake: Penampilan yang baik, intake efisien. Universitas Sumatera Utara Dam beton mengapung Bagian infiltrasi yang diperpanjang dari fondasinya dengan diputus, dll. Untuk menyempurnakan penampilannya. Fondasinya: Kerikil Kondisi sungai: Tidak dipengaruhi oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen. Kondisi intake: Penampilan yang baik, intake efisien Dam tanah Tanah earth digunakan untuk bahan utama dan penggunaan dari batu gosong dinding utama tergantung dari kondisi jika diperlukan. Fondasi: bervariasi dari tanah earth sampai lapisan batu Kondisi sungai: Aliran yang tidak deras dan mudah diatasi bila terjadi banjir. Kondisi intake: Efisiensi intake yang baik dikarenakan Universitas Sumatera Utara penampilan yang baik jika dikerjakan dengan hati-hati. Dam urugan batu Kerikil digunakan sebagai bahan utama dari bangunannya. Penggunaan dari dinding utama tergantung dari kondisi jika diperlukan Fondasi: Berbagai jenis tanah earth sampai lapisan batu Kondisi sungai: Sungai dimana dam tanah dapat hanyut jika menggunakan keluaran air yang normal Kondisi intake: Keterbatasan penggunaan sungai karena efisiensi intake yang rendah. Dam pasangan batu basah Pengisian ruang dengan kerikil dan semen, dll. Fondasi: Berbagai jenis tanah earth sampai lapisan batu Kondisi sungai: Tidak dipengaruhi Universitas Sumatera Utara oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen. Kondisi intake: Penampilan yang baik dan intake yang efisien Dam batu bronjong Batu belah dibungkus dengan jaringan logam untuk menyempurnakan kesatuannya Fondasi: Berbagai jenis tanah earth sampai lapisan batu Kondisi tanah: Sungai dimana dam urugan batu bisa hanyut dengan menggunakan keluaran air yang normal Kondisi intake: Keterbatasan penggunaan sungai karena efisiensi intake yang rendah. Universitas Sumatera Utara Dam batu bronjong diperkuat beton Penguatan permukaan batu bronjong dengan beton Fondasi: Berbagai jenis tanah sampai lapisan batu Kondisi sungai: Sungai dimana jarring logam dapat mengalami kerusakan jika aliran sungai terlalu deras Kondisi intake: Dapat diterapkan jika efisiensi intake yang tinggi diperlukan. Dam ranting kayu Dam sederhana dengan menggunakan ranting pohon lokal Fondasi: Berbagai jenis tanah earth sampai lapisan kerikil Kondisi sungai: Pengikisan terjadi jika terdapat banjir. Kondisi intake: Pada bagian dengan volume intake Universitas Sumatera Utara dari aliran stream sampai suplemen untuk sungai di musim kemarau. Dam kayu Dam dengan menggunakan kayu Fondasi: Berbagai jenis tanah earth sampai lapisan batu. Kondisi sungai: Aliran yang tidak deras dengan pergerakan sedimen yang rendah. Kondisi intake: Suatu tingkat dari efisiensi intake dalam keadaan yang aman jika permukaannya dilapisi, dll. Dam bingkai kayu dengan Di dalam frame kayu diisi dengan kerikil untuk meningkatkan stabilitasnya Fondasi: Berbagai jenis tanah earth sampai lapisan batu. Kondisi sungai: Dam Universitas Sumatera Utara kerikil urugan kerikil dapat hanyut jika menggunakan debit air yang normal. Kondisi intake: Keterbatasan penggunaan bagian air sungai karena efisiensi intake yang rendah. 1.3.2. Bak Pengendap Settling Basin Fungsi banguan ini adalah untuk : a. Penyalur yang menghubungkan intake dengan bak pengendap sehingga panjangnya harus dibatasi. b. Mengatur aliran air dari saluran penyalur sehingga harus mencegah terjadinya kolam pusaran dan aliran turbulen serta mengurangi kecepatan aliran masuk ke bak pengendap sehingga perlu bagian melebar. c. Sbagai bak pengendap adalah untuk mengendapkan sedimen dimana untuk detil desainnya perlu dihitung dengan formulasi hubungan panjang bak, kedalaman bak, antara kecepatan pengendap, dan kecepatan aliran. Universitas Sumatera Utara d. Sebagai penimbunan sedimen, sehingga harus didesain mudah dalam pembuangan sedimen. e. Sebagai spillway yang mengalirkan aliran masuk ke bagian bawah dimana mengalir dari intake. 1.3.3. Saluran Pembawa Head Race Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang disalurkan.Ada berbagai macam saluran pembawa, antara lain terowongan, saluran terbuka dan saluran tertutup.Konstruksi saluran pembawa dapat berupa pasangan batu kali atau hanya berupa tanah yang digali.Pada saluran yang panjang perlu dilengkapi dengan saluran pelimpah pada jarak tertentu. Ini untuk menjaga jika terjadi banjir maka kelebihan air akan terbuang melalui saluran tersebut.

1.3.3.1. Tipe dan Struktur Dasar Saluran

Karena secara umum jumlah air yang terangkut kecil, saluran pembawa untuk sebuah pembangkit listrik tenaga air secara mendasar mengadopsi struktur terbuka, seperti sebuah saluran terbuka atau sebuah saluran tertutup. Tabel 2.3 dapat dijadikan referensi untuk menentukan tipe saluran pembawa untuk PLTA skala kecil Universitas Sumatera Utara Tabel 2.2Tipe-Tipe Saluran Pembawa Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil Tipe Gambar Keuntungan dan Permasalahan Kekhasan Strukturnya Saluran terbuka Keuntungan • Relatif murah • Mudah mengkonstruksinya Permasalahan • Kemungkinan aliran sedimen dari lereng di atasnya • Saluran tanah sederhana • Jalur saluran jalur pasangan batu basah atau kering, jalur beton • Pagar saluran Terbuat dari kayu, beton atau tembaga • Jalur saluran berbentuk lembaran Universitas Sumatera Utara • Tingginya tingkat jatuh daun- daunan, dll • Saluran berbentuk setengah tabung seperti pipa-pipa yang berbelok-belok Pipa tertutup saluran tertutup Keuntungan • Pada umumnya volume pekerjaan tanahnya besar • Rendahnya rata-rata sedimen dan daun-dananan yang jatuh di saluran Permasalahan • Sulitnya merawat dan meninjau • saluran, termasuk pembersihan • Tabung yang dipendam Hume, PVC or FRPM • Box culvert • Pagar saluran dengan tutupnya Universitas Sumatera Utara Tabel 2.3 Struktur Dasar Saluran Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil. Tipe Garis Besar Diagram Keuntungan dan Permasalahan Saluran tanah sederhana Keuntungan • Mudah dikonstruksi • Murah • Mudah diperbaiki Permasalahan • Mudah mengalami kerusakan pada dindingnya • Tidak dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya permeable = mudah ditembus air • Sulit untuk membersihkan timbunan sedimennya. Universitas Sumatera Utara Saluran lajur batu dan batu keras Keuntungan • Konstruksinya relative mudah • Dapat dibangun dengan menggunakan bahan-bahan lokal • Ketahanan tinggi terhadap gerusan • Relatif mudah diperbaiki Permasalahan Tidak dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya permeable = mudah ditembus air Saluran pasangan batu basah Keuntungan • Dapat dibangun dengan menggunakan bahan-bahan local • Ketahanan yang tinggi terhadap gerusan • Dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya permeable = Universitas Sumatera Utara mudah ditembus air Permasalahan • Lebih mahal daripada saluran tanah sederhana atau saluran apsangan batu kering saluran lajur batubatu keras • Relatif banyak memerlukan tenaga kerja Saluran beton Keuntungan • Tingkat kebebasan yang cukup tinggi untuk desain potongan melintang Permasalahan • Konstruksi sulit jika diameter dalamnya kecil Masa konstruksinya relative lama Saluran berpagar kayu Keuntungan • Lebih murah bila dibandingkan dengan saluran dari beton • Susunannya fleksibel jika Universitas Sumatera Utara terjadi deformasi tanah kecil. Permasalahan • Penggunaan yang terbatas jika menggunakan fondasi tanah earth • Kurang cocok untuk cross- section yang cukup besar • Sulit untuk memastikan kerapatan air water-tightness yang sempurna • Mudah rusak Saluran Box Culvert Keuntungan • Konstruksi yang mudah bila dibandingkan dengan pipa hume pada lereng curam dengan kemiringan potongan melintang • Periode konstruksi yang relative singkat dapat diterapkan pada potongan melintang yang kecil, Universitas Sumatera Utara jika produk siap pakainya digunakan • Kaya dengan berbagai jenis variasi produk siap pakai Permasalahan • Beban yang berat • Biaya transportasi yang cukup tinggi, jika menggunakan produk siap pakai • Periode konstruksi yang cukup lama, jika dibuat langsung di daerah yang bersangkutan. Saluran pipa hume Keuntungan • Mudah dikonstruksi di daerah tidak terlalu curam • Periode konstruksinya relative singkat • Ketahanan yang tinggi Universitas Sumatera Utara • Dapat diterapkan pada potongan melintang yang kecil • Memungkinkan untuk konstruksi yang tinggi dengan bentangan yang pendek Permasalahan Biaya transportasi yang cukup tinggi dan beban yang berat. 1.3.4. Bak Penenang Headtank Fungsi dari bak penenang adalah sebagai penyaring terakhir seperti settling basin untuk menyaring benda-benda yang masih tersisa dalam aliran air, dan merupakan tempat permulaan pipa pesat penstock yang mengendalikan aliran menjadi minimum sebagai antisipasi aliran yang cepat pada turbin tanpa menurunkan elevasi muka air yang berlebihan dan menyebabkan arus baik pada saluran Pemilihan lokasi bak penenang untuk pembangkit listrik sakal kecil seringkali berada pada punggung yang lebih tinggi, beberapa yang dapat dipertimbangkan antara lain : a. Keadaan topografi dan geologi sungai Universitas Sumatera Utara Sedapat mungkin dipilih lokasi dimana bagian tanahnya relative stabil. Dan jika umumnya terdiri dari batuan keras maka sedapat mungkin dapat mengurangi jumlah pekerjaan penggalian. b. Walaupun ditempatkan pada punggung gunung, dipilih tempat yang relative datar. c. Mengurangi hubungan dengan muka air tanah yamg lebih tinggi. 1.3.5. Pipa Pesat Penstock Penstock dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke sebuah turbin air. Kondisi topografi dan pemilihan skema PLTMH mempengaruhi tipe pipa pesat penstock. Umumnya sebagai saluran ini harus didesaindirancang secara benar sesuai kemiringan head sistem PLTMH. Pipa penstock merupakan salah satu komponen yang mahal dalam pekerjaan PLTMH, oleh karena itu desainnya perlu dipertimbangkan terhadap keseimbangan antara kehilangan energi dan biaya yang diperlukan. Parameter yang penting dalam desain pipa penstock terdiri dari material yang digunakan, diameter dan ketebalan pipa serta jenis sambungan yang digunakan.

1.3.5.1. Bahan Penstock

Saat ini, bahan utama pipa pesat adalah pipa-pipa baja, pipa-pipa ductile dan pipa FRPM fibre reinforced plastic multi-unit. Sedangkan pembangkit tenaga air skala kecil menggunakan pipa-pipa hard vinyl chloride, Universitas Sumatera Utara pipa-pipa howell atau pipa-pipa spiral welded dapat dipertimbangkan karena diameternya kecil dan tekanan internalnya relatif rendah. Material yang digunakan. Faktor-faktor utama yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan material yang digunakan : 1. Besarnya tekanan air yang hams dipikul 2. Topografi dari lokasi penempatannya 3. Volume air yang hams ditampung 4. Metode penyambungan 5. Diameter pipa dan gaya gesek 6. Berat dan tingkat kesulitan dalam pemasangangannya 7. Umur rencana 8. Kondisi iklim dan cuaca 9. Harga dan biaya perawatan 10. Transportasi menuju lokasi Material yang baik untuk digunakan untuk pipa pesat pada mikrohidro diantaranya : 1. Besi ringan Mild steel 2. Unplasticized polyvinyl choloride UPVC Universitas Sumatera Utara 3. High-density polyethylene HDPE 4. Medium-density polyethylene MDPE. Karakteristik pipa-pipa ini diperlihatkan pada Tabel 2.5 Bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil. Universitas Sumatera Utara Tabel 2. 4 Bahan-bahan pipa penstock untuk pembanekit listrik tenaga air Skala kecil Pipa Resin Pipa Besi Pipa HardVinyl pipa Howell Pipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded Karakterisrik • Bahan yang populer untuk pemipaan seperti sering dipakai untuk suplai air dan jaringan saluran • Pada dasarnya resisten terhadap tekanan eksternal tetapi pipa siap pakai • Pipa plastik yang diperkuat dengan fibergaiss • Digunakan untuk • Populer menjadi pilihan untuk pipa penstock dalam pembangkit listrik tenaga air • Sering dipakai untu suplai air, saluran, Irigasi dan pipa industri • Secara umum di k • Sejumlah contoh penggunaan untuk jaringan pemipaan • Pada d Diameter M k i Pipa tebal: 0300 Pi i i 0800 02,000 03,000 mendekati 03 000 02,600 02,500 Tekanan di dalam yang Pipa tebal: 10 Pipa tipis: 6 2.0 — 3.0 Class A: 22.5 133 mendekati 40 15 Universitas Sumatera Utara Hydraulic Property n 0.009 — 0.010 0.010 — 0.011 0.010 — 0.012 umumnya 0.010 — 0.014 umumnya 0.011— 0.015 umumnya - Universitas Sumatera Utara Pipa Resin Pipa Besi Pipa Hard Vinyl pipa Howell Pipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded Kemampuan kerja • Disain dan pengoperasian nya mudah bebannya ringan dan terdapat bebagai • Kemampuan kerja bagus karena beratnya ringan • Kemampuan kerja baik karena beratnya ringan dan tidak perlu pengelasan di • Kurang bagus kemampuan kerjanya dibandingkand engan pipa- pipa FRP • Kurang bagus kemampuan kerjanya dibandingkan denganpipa-pipa FRP • Kurang bagus kemampuan kerjanya dibandingkan denganpipa-pipa FRP Kerapatan terhadap kebocoran • Kerapatan bagus memungkinkan • Tidak ada masalah kebocoran • Tidak ada masalah dengan kebocoran • Tidak ada masalah dengan • Bagus • Tidak ada masalah Universitas Sumatera Utara Untuk mendisain pipa pesat mula-mula tentukan jenis bahan pipa pesat yang direncanakan dan hitung jarak antara saluran penampung menuju turbin dan beda tinggi H uss dari saluran penampung ke turbin. Panjang pipa pesat, didapat dengan menggunakan rumus trigonometri L pipa = 2 2 gross Horizontal H L + Pers. II. 1 Kecepatan optimum dapat dicari dengan menggunakan rumus United State Bureau of Reclamation USBR sebagai hubungan anatara kecepatan dengan head untuk pipa. V = 0,125 gH 2 Pers II. 2

1.3.5.2. Diameter Pipa pesat

Pada umumnya diameter pipa pesat ditentukan berdasarkan pembandingan dengan biaya pipa pesat dan biaya kehilangan head pipa pesat. Karena pipa pesat mengeluarkan biaya yang besar pada pemasangannya, sehhingga dalam menentukan diameter pipa pesat harus berdasarkan perbandingan dengan biaya pipa pesat dan biaya kehilangan head pipa pesat. Untuk memilih diameter terbaik dan tipe pipa pesat hams memperhitungkan faktorfaktor berikut : 1. Biaya pembelian pipa dan biaya tambahan seperti pemasangan, disain, sambungan dan transportasi. Universitas Sumatera Utara 2. Biaya perawatan pipa seperti pembersihan dan pengecatan ulang. 3. Daya yang dapat dihantarkan pipa setelah mengalami kehilangan akibat gesekan 4. Jumlah aliran yang dapat menyuplai turbin untuk menghasilkan listrik terutama pada saat musim kemarau 5. Daya power optimum Secara sederhana, diameter pipa dapat dicari dengan menggunakan persamaan dasar : A = V Q Pers. II. 3 V Q d = 2 . 4 1 π Pers. II. 4 dimana,t = ketebalan minimum pipa,D = diameter pipa

1.3.5.3. Kehilangan Akibat Gesekan Pada Pipa Pesat

Setelah mendapatkan diameter pipa pesat, kita akan menghitung nialai kehilangan head pada pipa pesat dengan mencari harga faktor gesekan fl.Untuk mencari fl digunakan garfik 2.1 dengan cara menghubungkan garis lengkung antara harga kd terhadap nilai 1,2.Qd. Dari tabel 2.6. didapat koefisien untuk beberapa material pipa dengan umur kondisinya. Universitas Sumatera Utara Tabel 2. 5 : koefisien kekasaran pipa dalam mm Gambar 2. 2: grafik factor gesekan pada pipa Material Umur kondisi 5 tahun 5 - 15 tahun 15 tahun Pipa lunak PVC, HDPE, MDPE 0,003 0,01 0,05 Fiberglas Beton 0,06 0,15 1,5 Baja ringan : Baja tak berlapis 0,01 0,1 0,5 Baja galvanis 0,06 0,15 0,3 Besi Baru 0,15 0,3 0,6 Lama - karat rendah 0,6 1,5 3,0 - karat sedang 1,5 3,0 6,0 - karat tinggi 6,0 10,0 20,0 Universitas Sumatera Utara Dari table didapat faktor kehilangan akibat gerakan turbulen aliran pada pipa, diasumsikan pipa pesat tidak membengkok, namun terdapat putaran pada ketajaman sudut masuk K entrance dan bukaan klep K Valve . No. Bentuk ketajaman sudut masuk K Valve 1 1,0 2 0,8 3 0,5 4 0,2 Tabel 2. 6koefisien ketajaman sudut masuk Universitas Sumatera Utara Tabel 2. 7 Koefisien bukaan klep H kehilangan pada turbin = g V . 2 2 K valve + K entrance Kehilangan akibat gesekan H kehilangan akibat gesekan H kehilangan akibat gesekan = h kehilangan pada dinding + h kehilangan pada turbin Kehilangan = gross loss H H x 100 Efisiensi penstock = gross loss gross H H H − 1.3.6. Rumah Pembangkit Power House Sesuai posisinya, rumah pembangkit ini dapat diklasifikasikan kedalam tipe di atas tanah, semi di bawah tanah, di bawah tanah. Sebagian besara rumah pembangkit PLTMH adalah di atas tanah. Untuk pertimbangan desain rumah pembangkit, perlu dipertimbangkan : a. Lantai rumah pembangkit dimana peralatan PLTMH ditempatkan, perlu memperhatikan kenyamanan selama operasi, mengelola, melakukan Tipe Klep Bola Pintu Kupu-kupu K Klep 0,1 0,3 Universitas Sumatera Utara perawatan dimana terjadi pekerjaan pembongkaran dan pemasangan peralatan. b. Memiliki cukup cahaya masuk untuk penerangan di siang hari dan adanya ventilasi udara. c. Kenyamanan jika operator berada didalamnya seperti untuk melakukan pengendalian ataupun pencatatan secara manual pada jenis dan tipe turbin yang digunakan, dan sirkulasi air yang dikeluarkan setelah menggerakkan turbin. Karena itu ada beberapa pertimbangan tipe desain rumah pembangkit sesuai jenis turbin yang digunakan, sebagai berikut :  Rumah pembangkit menggunakan turbin jenis “Turbin Implus” Desain konstruksi rumah pembangkit ini perlu mempertimbangkan jarak bebas antara dasar rumah pembangkit dengan permukaan air buangan turbin afterbay. Pada kasus turbin implus turbin pelton, turgo dan crossflow, air yang dilepas oleh runner turbin secara langsung dikeluarkan kedalam udara di tailrace. Permukaan air di bawah turbin akan bergelombang. Oleh karena itu jarak bebas antara rumah pembangkit dengan permukaan air afterbay harus dijaga paling tidak 30-50 cm. kedalaman air di afterbay harus dihitung berdasarkan suatu formulasi antara desain debit dan lebar saluran di tailrace. Kemudian air di afterbay harus ditentukan lebih tinggi dari pada estimasi air banjir. Juga head antarapusat turbin dan level air pada outlet harus menjadi headloss.  Rumah turbin menggunakan turbin jenis “Turbin Reaction” Universitas Sumatera Utara Hal yang sama dalam desain konstruksi rumah turbin menggunakan jenis reaction Francais, Propeller, adalah prilaku air afterbay. Pada kasus menggunakan turbin tipe reaction, air dikeluarkan kedalam afterbay melalui turbin. Head antara turbin dan level air dapat digunakan untuk membangkitkan tenaga. Dengan demikan desain konstruksinya memperbolehkan posisi tempat pemasangan turbin berada di bawah level air banjir, dan pada desain konstruksinya perlu disediakan tempat untuk menempatkan peralatan seperti pintu tailrace, dan pompa. 1.3.7. Turbin dan generator turbine dan generator Turbin dan generator berfungsi untuk mengubah energi air potensial, tekanan dan kinetik menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran gagang dari roda ini dapat digunakan untuk memutar berbagai macam alat mekanik penggilingan biji, pemeras minyak, mesin bubut, atau untuk mengoperasikan generator listrik. Mesin-mesin atau alat-alat, yang diberi tenaga oleh skema hidro, disebut dengan `Beban Load. Turbin-turbin hidraulik, berhubungan erat dengan generator, fungsi utamanya adalah mengubah energi air menjadi tenaga listrik. Air mengalir melalui turbin, memberi tenaga pada penggerak runner dari turbin dan membuatnya berputar. Corong dari penggerak berhubungan langsung dengan generator, asalkan tenaga mekanik yang penting tersalur pada generator. Jadi, turbin-turbin menempati posisi kunci dalam bidang teknik hidro elektrik dan membentuk suatu Universitas Sumatera Utara bagian besar dan seluruh jumlah biaya proyek. Menurut sejarahnya, turbin hidraulik sekarang ini berasal dari kincir-kincir air pada zaman pertengahan yang dipakai untuk memecah batubara dan keperluan pabrik gandum. Salah satu dari kincir angin tersebut dapat dilihat di Aurangabad India, yang telah berumur 400 tahun. Namun tetap terdapat perbedaan antara kincir dengan turbin, turbin-turbin modem saat ini merupakan kemenangan dan kemajuan teknologi dari cabang-cabang bidang teknik seperti mekanika zat cair, ilmu logam dan mekanika teknik.

1.3.7.1. Jenis-Jenis Turbin

Fourneyron, Jonval, Girard adalah beberapa jenis turbin pada zaman dahulu. Jenisjenis turbin yang dipergunakan di bidang teknik hidroslistrik pada saat ini, adalah a. Turbin Francis b. Turbin Pelton c. Turbin baling-baling dan Kaplan d. Turbin Turgo e. Turbin Crossflow atau Bank. a Turbin Francis Turbin-turbin Francis adalah jenis turbin yang paling banyak dipakai pada PLTA saat ini. Turbn Francis bekerja dengan aliran air yang bertekanan. Jadi Universitas Sumatera Utara untuk turbin Francis itu selalu mengalir penuh pada penggerak yang sama dengan selubung penuh air. Penggerak turbin terdiri dari sebuah pisau melengkung yang dilas pada dua shroud. Deretan pisau bervariasi dari 12 sampai 22 tergantung pada kecepatan spesifik nomor rendah untuk kecepatan-kecepatan spesifik di atas 300 rpm. Cara kerja turbin Francis Air dari pipa pesat masuk ke dalam selubung spiral di bawah tekanan dan mengalir melalui pintu-pintu kecil masuk ke dalam penggerak runner. Setelah mengalir meninggalkan penggerak, air melalui sebuah tube sementara dan saluran buang. Tujuan dari tube sementara adalah untuk mengetahui kecepatan dari tinggi aliran air yang keluar dari penggerak, juga untuk mengusahakan penggerak mempunyai tingkat aliran hilir tanpa mengurangi tinggi air yang bersangkutan. b. Turbin Pelton Turbin ini terdiri dari sebuah piringan-piringan lingkaran pada pinggir- pinggirnya periphery. Pada instalasi pembangkit listrik tenaga air ukuran besar, Turbin Pelton normalnya diperhitungkan memiliki head gross setinggi 150 meter. Namun, untuk instalasi mikro hidro Turbin Pelton dapat digunakan pada head yang lebih rendah. Diameter turbin Pelton berukuran kecil yang berputar dengan kecepatan tinggi dapat menghasilkan 1 kW listrik pada head tidak lebih dan 20 meter. Prinsip kerja dan turbin Pelton adalah mengubah energi kinetik air yang masuk ke jet menjadi gaya rotasi angular dan menghantarkannya ke generator sehingga menghasilkan energi listrik. Turbin Pleton termasuk turbin yang memilki Universitas Sumatera Utara efisiensi yang sangat baik, air yang terbuang setelah memberikan tekanan pada runner hanya menyisakan energi kinetik yang sangat sedikit Dahulu, turbin Pleton pada mikro hidro selalu menggunakan pemancar air tunggal single jet karena kemudahannya dan biayanya lebih murah dibandingkan dengan jet ganda atau lebih dan dua multi jet. Namun sebenarnya multi jet memiliki keuntungan yang lebih banyak dibandingkan dengan single jet, diantaranya : - Dapat menghasilkan putaran yang lebih cepat - Penggerak runner menjadi lebih kecil - Sebagian alirannya dapat dikendalikan tanpa katup berbentuk tombak spear valve - Mengurangi kesempatan penghambat yang dapat mengurangi tekanan. c. Turbin Kaplan dan Baling-Baling Pengaturan umum untuk baling-baling dan turbin Kaplan adalah kurang lebih sama dengan teurbin Francis. Jadi, selubung scroll, cincin stay dan tube sementara dalam keadaan similar seperti dalam selubung-selubung turbin Francis dan menjalankan fungsi yang sama. Perbedaan yang besar yaitu dimana turbin- turbin Francis dicampurkan dengan turbin-turbin aliran. Balin-baling dan Kaplan merupakan turbin aliran aksial. Penggerak turbin ini menyurupai sebauh baling- baling yang terdiri dari pusat pada pinggirnya, dimana baling-baling berbentuk lengkung ditegakkan. Baling-baling bertindak seperti kantiliver-kantiliver didukung hanya pada pusat. Jumlah dayung untuk sebuah baling-baling turbin Universitas Sumatera Utara Kaplan bervariasi dari 3 hingga 8 tergantung pada jangkauan kecepatan spesifik. Baling-baling berbentuk sebuah badan berongga semikonal permukaan luar diman menjadi batas dari pemasukan air. Di dalam poros terdapat corong turbin. d. Turbin Turgo Turbin Turgo merupakan salah satu turbin penggerak yang mirip dengan turbin Pelton. Tetapi, pemancar air jet di disain untuk memberikan tekanan kepada penggerak runner yang memiliki sudut biasanya 20°. Pada turbin ini, air masuk menuju runner melalui satu sisi dan keluar dari sisi yang berbeda. Sebagai akibatnya, aliran dari runner Turgo dapat masuk tanpa batas oleh cairan yang bercampur dengan jet yang baru masuk.Selanjutnya, turbin turgo dapat memilki diameter runner yang lebih kecil dari pada Pelton namun memilki daya yang sebanding. Turbin Turgo memilki beberapa kerugian. Pertama, turbin Turgo lebih sulit pembuatannya dibandingkan dengan turbin Pelton karena bentuk baling-baling lebih kompleks. Kedua, tampilan turbin Turgo merupakan muatan aksial yang kokohpada runner dimana hares menyediakan kecocokan poros pada ujung lobangnya. e. Turbin Crossflow Turbin Crossflow sering juga disebut dengan turbin Banki, Mitchell atau turbin Ossberger. Turbin Crossflow terdiri dari sebuah tong berbentuk penggerak runnerterbuat dari dua bush piringan yang terhubung dengan lingkaran terdekat oleh beberapa gerigi yang melengkung. Turbin Crossflow memiliki penggerak horizontal pada bawah kotaknya tidak seperti Pelton atau Turgo yang dapat Universitas Sumatera Utara memiliki runner horizontal atau vertikal. Pada operasiannya, pipa berbentuk kotak secara langsung memancarkan air sepanjang runner. Air mendorong gerigi dan memberikan banyak energi kinetik. 1.3.8. Saluran Pembuang Akhir Tail Race Saluran pembuang berfungsi untuk mengalirkan air keluar setelah memutar turbin, dan mengalir kembali ke sungai dan Saluran pembuang akhir tail race direncanakan berbentuk persegi empat dari pasangan batu. A = b x h Pers.II. 5 V = Q A Pers.II. 6 P = b + 2h Pers.II. 7 R = A P Pers.II. 8 Rumus Manning : V = 1 � x S12 x R23 Pers.II. 9 S = [ n x V R23 ]2 Pers.II. 10 1.3.9. Daya Energi Listrik Pada prinsipnya pembangkit tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik dengan menggunakan turbin air dan generator. Daya power teoritis yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkan persamaan empiris berikut Arismunandar dan Kuwahara, 1991 : P = 9,8 x Q x H eff kW Pers.II. 11 Universitas Sumatera Utara Dimana :P = Tenaga yang dihasilkan secara teoritis kW, Q = Debit pembangkit m³det Heff= Tinggi jatuh efektif m, 9,8 = Percepatan gravitasi ms2. Seperti telah dijelaskan bahwa daya yang keluar merupakan hasil perkalian dari tinggi jatuh dan debit, sehingga berhasilnya suatu usaha pembangkitan tergantung dari usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara efektif dan ekonomis. Selain itu pembangkitan tenaga air juga tergantung pada kondisi geografis, keadaan curah hujan dan area pengaliran catchment area Arismunandar dan Kuwahara, 1991. Penentuan tinggi jatuh efektif dapat diperoleh dengan mengurangi tinggi jatuh total dari permukaan air sampai permukaan air saluran bawah dengan kehilangan tinggi pada saluran air. Tinggi jatuh penuh adalah tinggi air yang kerja efektif saat turbin air berjalan Arismunandar dan Kuwahara, 1991. Adapun debit yang digunakan dalam pembangkit adalah debit andalan yang terletak tepat setinggi mercu yaitu debit minimum. Karena pembangkit ini direncanakan beroperasi selama 24 jam sehari semalam Arismunandar dan Kuwahara, 1991. Daya yang masuk atau total daya yang diserap oleh suatu mikrohidro merupakan daya kotor bruto ,P gross. Daya yang biasanya disampaikan adalah daya bersih P net . Keseluruhan efesiensi yang mempengaruhi daya ini dimasukkan dalam e . Universitas Sumatera Utara P gross didapat dari head gross h gross dikalikan dengan debit aliran Q dan dikalikan dengan percepatan gravitasi; yang diambil 9,81. Sehingga, didapat persamaan dasar kekuatan air pada mikrohidro yaitu : Gambar 2. 3 Efiesiensi pada skema PLTMH Energi yang dilepaskan didapat dari berat air yang jatuh dikalikan dengan tinggi jatuh vertikalnya. Berat jatuh didapat dari massa m dikalikan dengan percepatan gravitasi. Sementara tinggi jatuh vertikal merupakan harga h gross. Energi yang dilepas = m x g x h gross Joule Pers.II. 12 Karena berat air merupakan perkalian antara berat jenis p dengan volume air V, sehingga didapat : Energi yang dilepas =V x p x g x h gross Joule Pers.II. 13 Universitas Sumatera Utara Saat air masuk ke turbin dengan debit tertentu, energi yang dilepas dapat dinyatakan dalam kondisi daya power , dimana Power merupakan energi yang dilepas persatuan waktu. P gross = p x Q x g x h gross Jouledetik atau Watt Pers.II. 14 Dengan memasuki harga massa jenis air p air = 1.000 kgm 3 , dan percepatan gravitasi g = 9,8 mdetik 2 . Daya yang dihasilkan pada turbin akan banyak berkurang dari daya kotornya P gross , karena kehilangan akibat gesekan pada pipa pesat penstock dan pada turbin. Daya yang keluar pada generator berkurang lagi akibat kurang efisiennya sistem kerja dan generator. Selanjutnya, pada transmisi power hilang, dengan daya akhir yang mampu dihasilkan dan didistribusikan kepada penggunaan listrik mikrohidro ini hanya mencapai setgengah dari kapasitas daya kotornya P gross . Nilai efisiensi keseluruhan e cenderung berkisar antara 0,4 hingga 0,6. 1.4. Penerapan Teknologi Mikro Hidro Sekarang ini masih menghadapi berbagai kendala, sehingga baru sebagian kecil dari potensi tenaga air yang ada di daerah irigasi dan sungai-sungai kecil diseluruh Indonesia yang sudah dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga mikro hidro. Kendala utama yang perlu diatasi dengan sebaik-baiknya adalah bahwa sampai sekarang teknologi mikro hidro belum dapat mencapai nilai komersial Universitas Sumatera Utara yang baik. Mikro hidro masih disebut secara pesanan, sehingga mikro hidro dengan kehandalan tinggi yang disebut dengan teknologi maju membutuhkan biaya investasi awal yang besar. Sebaliknya, mikro hidro yang dibuat dengan menggunakan teknologi sederhana, walaupun tidak membutuhkan biaya investasi awal yang besar, pada umumnya mempunyai kehandalan rendah dan masih memerlukan biaya pemeliharaan yang tinggi untuk menjamin kelangsungan operasinya. Selain itu, mikro hidro yang kehandalannya rendah sering mengalami gangguan pengopersaian yang dapat merugikan konsumen Endardjo, et all, 1998. Pengembangan rancang bangun mikro hidro standar PU dimaksudkan sebagai upaya standarisasi untuk mengembangkan mikro hidro standar yang mempunyai kehandalan tinggi dengan biaya investasi awal yang layak Endardjo, et all, 1998. 1.5. Identifikasi Potensi dan Pengukuran Debit Air Informasi yang harus didapatkan antara lain adalah: • Debit air sepanjang tahun termasuk debit minimum dan maksimumnya • Layout PLTMH yang optimal yang terdiri dari dambending pengalih intake, saluran pembawa headrace, bak pengendap setteling basin, bak penenang headtank, pipa pesat penstock, rumah pembangkit power house, dan saluran buang tailrace. • Ukuran dan panjang jaringan transmisi dan distribusi listrik dari rumah pembangkit ke konsumen Universitas Sumatera Utara • Perkiraan kebutuhan listrik dari sektor domestik, industri kecil dan fasilitas sosial yang akan tersambung di kemudian hari. 1.6. Kualitas Air Saat dilakukan survey tidak tampak adanya tanda-tanda kehawatiran tentang kualitas air. Hal ini juga ditunjukkan oleh adanya ternak masyarakat yang memakai air sungai ini sebagai saluran irigasi. Universitas Sumatera Utara BAB III GAMBARAN UMUM LOKASI STUDI

1.7. Umum