udara yang baik akan menjaga temperatur kerja sekitar rumah pembangkit tidak berlebih, sehingga temperatur kerja mesin dapat dijaga dengan baik.
2.6 Perhitungan Debit Andalan
Debit andalan adalah debit yang selalu tersedia sepanjang tahun. Dalam penelitian ini debit andalan merupakan debit yang memiliki probabilitas 70. Debit
dengan probabilitas 70 adalah debit yang memiliki kemungkinan terjadi di bendung sebesar 70 dari 100 kejadian. Jumlah kejadian yang dimaksud adalah
jumlah data yang digunakan untuk menganalisis probabilitas tersebut. Jumlah data 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 andalan
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 studi potensi Listrik Tenaga Mini hidro ini, dikarenakan minimalnya data maka metode
perhitungan debit andalan menggunakan metode simulasi perimbangan air dari Dr. F.J.Mock KP.01, 1986. 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.
2.6.1 Debit Andalan Metode Meteorological Water Balance Dr. F.J. Mock
Metode ini ditemukan oleh Dr. F.J. Mock pada tahun 1973 di mana metode ini didasarkan atas fenomena alam di beberapa 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 ke dalam tanah infiltrasi, di mana 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.
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 aktual ditentuakan berdasarkan persamaan: E = Eto x d20 x m
2. 21 E = Eto x m 20 x 18-n
2. 22 Ea = Eto – E
2. 23 di mana: 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 = 20 –
50 untuk lahan pertanian yang diolah sawah. 3.
Keseimbangan air di permukaan tanah Δ
S
a. Air hujan yang mencapai permukaan tanah dapat dirumuskan sebagai
berikut: ΔS = R – Ea
2. 24 di mana:
Δ
S
= Keseimbangan air di permukaan 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
Δ
S
negatif R Ea, air hujan tidak dapat masuk ke dalam tanah infltrasi tetapi air tanah akan keluar dan tanah akan kekurangan air defisit.
b. Perubahan kandungan air tanah soil storage tergantung dari harga
Δ
S
. Bila
Δ
S
negatif maka kapasitas kelembapan tanah akan kekurangan dan bila harga
Δ
S
positif akan menambah kekurangan kapasitas kelembapan tanah bulan sebelumnya.
c. Kapasitas kelembapan tanah soil moisture capacity. Di dalam
memperkirakan kapasitas kelembaban 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 di dalam tanah per m
3
. 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 2. 25
di mana: WS = water surplus, S = R-Ea, Tampungan Tanah = Perbedaan Kelembaban 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 di
mana air sangat cepat menikis di atas 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
2. 26 di mana : 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: Vn = k. Vn – 1 + ½ 1 + k in
2. 27
di mana: 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 area 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:
Vn = Vn - Vn – 1 2. 28
c. Limpasan Run off
Air hujan atau presipitasi akan menempuh tiga jalur menuju kesungai. Satu bagian akan mengalir sebagai limpasan permukaan dan masuk ke dalam
tanah lalu mengalir ke kiri dan kananya membentuk aliran antara. Bagian ketiga akan berperkolasi jauh ke dalam tanah hingga mencapai lapisan air
tanah. Aliran permukaan tanah serta aliran antara sering digabungkan sebagai limpasan langsung direc run off Untuk memperoleh limpasan, maka
persamaan yang digunakan adalah: BF = I -
Δ Vn 2. 29
Dro = WS – I 2. 30
Ron = BF +Dro 2. 31
di mana: 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 m
3
dtkkm
2
d. Banyaknya air yang tersedia dari sumbernya.
Persamaan yang digunakan adalah: Qn = Ron x A
2. 32
di mana Qn = Banyaknya air yg tersedia dari sumbernya, periode n m
3
dtk, A = Luas daerah tangkapan catchment area km
2
.
2.6.2 Flow Duration Curve 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 2.12.
Gambar 2. 12 Contoh Hidrograf dari data sepanjang 16 tahun sumber : sakidiansyah, 2012
Gambar 2.13 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 2.13 Contoh Flow Duration Curve Kurva Durasi Debit Air sumber : sakidiansyah, 2012
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 2.14 berikut:
Gambar 2. 14 Contoh low duration curve dalam satu tahun. sumber : sakidiansyah, 2012
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.
Jika tidak memungkinkan untuk mendapatkan data dalam jangka waktu tertentu, maka dianjurkan untuk menggunakan jasa keahlian ahli hidrologi yang
berpengalaman untuk melakukan analisis tersebut.
2.7 Daya Energi Listrik
