Evaluasi Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Aek Sibundong Kecamatan Sijamapolang Kabupaten Humbang Hasundutan Propinsi Sumatera Utara

(1)

EVALUASI KINERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO

HIDRO AEK SIBUNDONG KECAMATAN SIJAMAPOLANG

KABUPATEN HUMBANG HASUNDUTAN PROPINSI SUMATERA

UTARA

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh Colloqium Doqtum/

Ujian Sarjana Teknik Sipil

Disusun Oleh :

080404030

ARDI SURANTA STP

BIDANG STUDI SUMBER DAYA AIR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2014

(2)

ABSTRAK

Saat ini, listrik merupakan salah satu kebutuhan yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Listrik dibutuhkan tidak hanya untuk penerangan, melainkan juga untuk melakukan aktivitas kehidupan sehari-hari yang berhubungan dengan kegiatan sosial dan ekonomi masyarakat. Tak jarang, keberadaan jaringan listrik pada suatu daerah menentukan kemajuan dan perkembangan daerah tersebut. Permasalahan yang ada saat ini adalah terbatasnya suplai tenaga listrik yang mengakibatkan krisis energi listrik, terutama di daerah-daerah terpencil yang tidak terjangkau oleh jaringan listrik PLN. Salah satu solusi untuk pengadaan energi listrik di daerah terpencil tersebut adalah dengan pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mini/Mikro Hidro (PLTMH).

PLTMH adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang menggunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari instalasi, maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kondisi Desa Sibuntuon, Kecamatan Sijamapolang, Kabupaten Humbang Hasundutan yang sudah terdapat jaringan pembangkit listrik tenaga mikro hidro, namun dengan bertambahnya jumlah penduduk membuat kebutuhan akan listrik juga semakin meningkat. Apalagi diikuti tuntutan dan perkembangan teknologi informasi yang membutuhkan suplai energi listrik yang besar.

Studi ini bertujuan untuk menganalisis kinerja PLTMH yang sudah ada, di mana analisis yang dihasilkan akan menunjukkan potensi energi yang ada di Sungai Aek sibundong, sebagai sumber air untuk memutar turbin, apakah daya yang selama ini dimanfaatkan masih dapat ditingkatkan.

Dalam melakukan studi ini dilakukan pengumpulan data primer dan data sekunder. Data primer mencakup pengukuran curah hujan, inventarisasi komponen PLTMH, mulai dari intake, saluran pembawa, hingga rumah pembangkit (power house). Data sekunder meliputi data klimatologi, daerah tangkapan air (catchment area), data penduduk, dll.

Hasil studi menunjukan bahwa perhitungan debit andalan dengan Metode F.J. Mock menghasilkan debit andalan sebesar 6.35 m3/detik dan daya yang dihasilkan sebesar 812.93 kW.

(3)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir.

Penulisan Tugas Akhir ini tidak akan dapat diselesaikan dengan baik oleh penulis tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai pihak, untuk itu penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada :

1. Bapak Ivan Indrawan, ST, selaku Dosen Pembimbing yang berperan penting sebagai orang tua bagi penulis yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membantu, membimbing dan mengarahkan penulis hingga selesainya tugas akhir ini.

2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Syahrizal ST,MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Dr. Ir. A. Perwira Mulia Tarigan, M.Sc, Ibu Emma Patricia, ST. M.Eng, selaku Dosen Pembanding/Penguji yang telah memberikan masukan dan kritikan yang membangun dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

5. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc, selaku koordinator tugas akhir sub jurusan sumber daya air, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan izin dalam mewujudkan skripsi ini.

6. Kedua orang tua saya Thomson Purba dan Kristina br.Sembiring yang telah memberikan bimbingan, dukungan, perhatian dan doanya selama ini serta Kakanda Sri sulastri purba,Kartika Ulina Purba,Lia suryani Purba dan adik saya Prana Hotmartua Purba,Julyandi Manalu.

(4)

7. Abang Ipar saya Kennorton Sinaga dan Reinhard Lumbantoruan yang selalu memotivasi saya dalam pengerjaan tugas akhir ini.

8. Bapak/Ibu staf pengajar serta pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

9. Teman-teman seperjuangan stambuk 2008, rivay, saur, ican, johan, coy, rahmad, sutan,roby,andri, ivan,aran,Mustafa,ivan,nofandi, hafiz, dani, panji,agi, frengki, moy, abang dan kakak stambuk ’05, ’06, ’07, adik stambuk ’09, ’10, ’11, adik-adik kos Manimpan, Chandra,Triboy, Defrin, ovan, dan semuanya yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu terima kasih atas bantuannya selama ini.

Semoga Tuhan membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya atas bantuan dan dukungan yang telah diberikan.

Penulis menyadari bahwa di dalam penelitian dan penulisan Tugas Akhir ini terdapat banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik sehingga dapat menyempurnakan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat bagi para pembaca.

Medan, january 2014 Hormat Saya

(5)

DAFTAR ISI

Daftar Halaman

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... ii

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR GAMBAR ... iv

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR NOTASI ... vi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Umum ... 1

1.2. Latar Belakang ... 3

1.3. Perumusan Masalah ... 5

1.4. Pembatasan Masalah ... 5

1.5. Metodologi penelitian ... 6

1.6.Tinjaun Pustaka singkat ... 8

1.7.Sistematika Penulisan ... 9

BAB II TIJAUAN PUSTAKA ... 10

2.1. Pengertian PLTMH ... 10

2.2. Debit Andalan ... 25

2.3. Komponen PLTMH ... 37

2.3.1. Dam/Bendung pengalih ... 37

2.3.2. Bak Pengendap ... 46

2.3.3. Saluran Pembawa ... 47

2.3.4. Bak Penenang ... 55

2.3.5. Pipa Pesat ... 56

2.3.6. Rumah Pembangkit/Powerhouse ... 66

2.3.7. Turbin dan Generator ... 68

2.3.8. Saluran Pembuang akhir ... 73

2.3.9. Daya energy Listrik ... 73

(6)

2.5. Identifikasi Potensi dan Pengukuran debit ... 77

2.6. Kualitas Air ... 78

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 79

3.1. Umum ... 79

3.2. Kondisi Hydroklimatologi ... 82

3.2.1. Sungai ... 82

3.2.2. Kualitas Air ... 82

3.2.3. Data Curah Hujan ... 83

3.3. Skema Pengerjaan ... 86

3.4 Studi pustaka ... 87

3.5 Pengambilan data ... 87

3.6 Pengolahan Data ... 87

3.7 Analisis data ... 87

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ... 89

4.1. Kondisi Komponen PLTMH ... 89

4.1.1. Dam/bendung ... 89

4.1.2. Saluran Pembawa ... 89

4.1.3. Saluran pembuang/Spillway ... 90

4.1.4. Bak Penenang ... 91

4.1.5. Pipa Pesat ... 91

4.1.6. Rumah Pembangkit ... 92

4.1.7. Jaringan Transmisi ... 93

4.2. Evaluasi Data ... 93

4.2.1. Analisi Curah Hujan ... 94

4.2.2. Perhitungan Metode Empiris Debit Andalan ... 95

4.2.3. Analisis Flow Duration Curve ……….. 110

4.2.4. Daya Yang Dapat Dihasilkan ……… 112

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 113

5.1. Kesimpulan ... 114

(7)

(8)

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

Tabel 1.1. Daftar Air Terjun ... 4

Tabel 2.1. Perhitungan Persentai Luas daerah ... 28

Tabel 2.2. Perhitungan Curah Hujan Rata-rata cara Poligon ... 28

Tabel 2.3. Jenis Dam Intake ... 40

Tabel 2.4. Tipe saluran Pembawa ... 48

Tabel 2.5. Struktur Dasar Saluran ... 50

Tabel 2.6. Bahan-bahan Pipa Penstock ... 59

Tabel 2.7. Koefisien Kekasaran Pipa ... 64

Tabel 2.8. Koefisien Ketajaman sudut Masuk ... 65

Tabel 2.9. Koefisien Bukaan Klep ... 66

Tabel 4.1. Curah Hujan Bulanan ... 83

Tabel 4.2. Perhitungan Curah Hujan Metode FJ.MOCK ... 99

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

Gambar 2.1. Bagan PLTMH ... 11

Gambar 2.2. Desain Tiga Dimensi Komponen Intake ... 11

Gambar 2.3. Bendungan ... 12

Gambar 2.4. Intake ... 13

Gambar 2.5. Saluran Pengalih ... 13

Gambar 2.6. Pintu intake ... 14

Gambar 2.7. Saluran Pembawa ... 15

Gambar 2.8. Bak Penenang ... 16

Gambar 2.9. Sambuingan Pipa Pesat ... 18

Gambar 2.10. Potongan Melintang Pipa Pesat ... 20

Gambar 2.11. Turbin dan Generator ... 21

Gambar 2.12. Power House ... 22

Gambar 2.13. Grafik factor Gesekan pada Pipa ... 64

Gambar 2.14. Efisiensi Pada Skema PLTMH ... 75

Gambar 3.1. Peta Lokasi PLTM Aek Sibundong ... 79

Gambar 3.2. Kondisi Jalan PLTM ... 80

Gambar 3.3. Kondisi sungai dan Letak PLTMH ... 82

Gambar 3.4. Konsep Pengerjaan ... 86

Gambar 4.1. Dam/Bendung Pengalih ... 89

Gambar 4.2. Saluran Pembawa ... 90

Gambar 4.3. Saluran Pembuang ... 90

Gambar 4.4. Saringan ... 91

(10)

Gambar 4.6. Power House dan Generator ... 92

Gambar 4.7. Jaringan Transmisi ... 93

Gambar 4.8. Grafik FDC ... 100

(11)

DAFTAR NOTASI

Q = Debit aliran (m³/s) V = Kecepatan aliran (m/s) A = Luas penampang (m²) P = Daya terbangkitkan (Watt) � = Massa jenis air = 1000 ��/�3 g = percepatan gravitasi = 9,81 �2/� Heff = tinggi efektif (m)

ηtot = efisiensi total.

N = Koefisien kekasaran

L = Panjang penstock (m)

Hgross = Tinggi jatuh air (gross head) (m)

ts = adalah penambahan ketebalan pipa untuk faktor korosi

Pi = tekanan hidrostatik, kNi P mm

D = diameter dalam pipa

Kf = faktor pengelasan

Sf =desain tegangan pipa yang diizinkan

Pt = maksimum turbin output (kW)

H = head efektif (m)

ηt = efisiensi turbin

(12)

Ea = Evapotranspirasi aktual (mm) Eto = Evapotranspirasi potensial (mm) N = jumlah hari hujan dalam sebulan

ΔS = Keseimbangan air dipermukaan tanah

R = Hujan Bulanan

Ea = Evapotranspirasi Aktual

(13)

ABSTRAK

Hasil studi menunjukan bahwa perhitungan debit andalan dengan Metode F.J. Mock menghasilkan debit andalan sebesar 6.35 m3/detik dan daya yang dihasilkan sebesar 812.93 kW.

(14)

BAB I PENDAHULUAN I.1 Umum

Mikrohidro merupakan istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang mengunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dan instalasi yang mendukungnya berupa bangunan sipil. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari instalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.

Saat isu pemanasan global (global warming) semakin gencar didengungkan, energi listrik yang dibangkitkan dari tenaga air menjadi alternatif energi yang dapat menjadi bahagian dari solusi untuk mengurangi dampak pemanasan global tersebut. Dikatakan demikian karena instalasi pembangkit listrik seperti ini menggunakan sumber daya yang telah disediakan oleh alam dan ramah lingkungan. Suatu kenyataan bahwa alam memiliki air terjun atau jenis lainnya yang menjadi tempat air mengalir. Dengan teknologi sekarang maka energi aliran air beserta energi perbedaan ketinggiannya dengan daerah tertentu (tempat instalasi akan dibangun) dapat diubah menjadi energi listrik.

Seperti dikatakan di atas, mikrohidro hanyalah sebuah istilah. Mikro artinya kecil sedangkan hidro artinya air. Dalam prakteknya, istilah ini tidak merupakan sesuatu yang baku namun bisa dibayangkan bahwa mikrohidro pasti mengunakan air sebagai sumber energinya. Yang membedakan antara istilah mikrohidro dengan minihidro adalah output daya yang dihasilkan. Mikrohidro menghasilkan daya lebih rendah dari 100 KW,

(15)

sedangkan untuk minihidro daya keluarannya berkisar antara 100 KW sampai 2 MW (Khairul Amri, 2008).

PLTMH harus memiliki komponen-komponen struktur pembangkit untuk menghasilkan energi listrik. Komponen-komponen tersebut antara lain:

1) Dam atau bendungan pengalih dan bangunan pengambil. Pada banyak kasus, PLTMH lebih banyak menggunakan bendung (weir) untuk meninggikan muka air, daripada penggunaan bendungan (dam) yang dalam hal ini fungsinya untuk storage dan peninggi muka air. (diversion weir and intake).

2) Saluran pembawa (headrace) 3) Bak pengendap (settling basin) 4) Bak penenang (forebay)

5) Pipa pesat (penstock)

6) Turbin dan generator(turbine dan generator) 7) Rumah pembangkit (power house)

8) Saluran pembuang (tail race).

Dalam pemanfaatannya, jaringan PLTMH yang menghasilkan energi listrik disambungkan melalui tiang-tiang listrik dan kabel seperti yang digunakan PLN, untuk kemudian aliran energi listrik disalurkan ke rumah-rumah. Dengan sumber bahan baku yang melimpah dan terbarukan, PLTMH sangat cocok diterapkan di desa-desa terpencil yang mempunyai jaringan irigasi/sungai atau pun air terjun.

(16)

Seiring pertambahan jumlah penduduk di Indonesia maka industrialisasi dan kebutuhan masyarakat akan energi listrik juga semakin meningkat. Hal ini tentu akan memicu PLN yang merupakan sebagai operator energi listrik di negara ini dalam penyediaan listrik tersebut. PLN perlu mencari dan mengembangkan alternatif penyediaan listrik bagi masyarakat. Salah satu alternatif yang sangat berpotensi untuk dikembangkan adalah pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro ( PLTMH ).

Di daerah Sumatra Utara terdapat berbagai daerah yang cukup berpotensi dalam pengembangan sumber daya energi khususnya pengembangan Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro bahkan PLTA skala kecil – menengah. Potensi ini dapat dijumpai di daerah-daerah kabupaten yang berada di jajaran pegunungan Bukit Barisan seperti Dairi, Pakpak barat, Karo, Tapanuli Utara, Tapanuli Tengah dan Humbang Hasundutan. Sehingga PLTMH ini merupakan salah satu alternatif yang cocok dikembangkan oleh PLN dalam penyediaan listrik sehingga kabutuhan eneri listrik untuk masyarakat dapat dipenuhi.

Kabupaten Humbang Hasundutan merupakan salah satu daerah yang memiliki potensi dalam pengembangan pembangkit listrik tenaga minihidro dan mikrohidro, karena Kabupaten Humbang Hasundutan yang merupakan salah satu Kabupaten termuda di Propinsi Sumatera Utara, sebagai hasil pemekaran dari Kabupaten Tapanuli Utara yang secara geografis, terletak di bagian tengah Sumatera Utara, berada pada 2º 13' - 2º 28' Lintang Utara dan 98º 10' - 98º 57' Bujur Timur.

Kabupaten ini berbatasan dengan Kabupaten Toba Samosir di sebelah Utara, dengan Kabupaten Tapanuli Utara di sebelah Timur, dengan Kabupaten Tapanuli Tengah di sebelah Selatan, dan dengan Kabupaten Dairi di sebelah Barat. Memiliki luas wilayah sekitar 233.533 ha dengan jumlah penduduk 154.280 jiwa, dan keadaan tanah berbukit–bukit dan bergelombang dikelilingi dataran. Berdasarkan topografi daerah ini

(17)

berada di jajaran Bukit Barisan dengan ketinggian 330 – 2037 meter di atas permukaan laut.

Diversivikasi energi yang bersumber pada potensi sumber daya alam (SDA) di daerah merupakan strategi kebijakan dalam upaya mengatasi krisis energi di daerah Sumatera Utara, termasuk di lokasi studi Kabupaten Humbang Hasundutan Kecamatan Sijamapolang Desa Sibuntuon yaitu PLTMH Aek Sibundong,dengan memanfaatkan potensi sungai yang mengalir di daerah ini,yaitu sungai Aek Sibundong.PLTMH ini dibangun pada tahun 1987,dimana yang dahulunya masih bagian dari Kabupaten Tapanuli Utara.PLTMH ini direncanakan menghasilkan daya sebesar 750 kwh.

1.3 Maksud dan Tujuan

Secara umum tugas akhir ini bertujuan untuk mengevaluasi kinerja dari PLTM di Desa Sijamapolang Kecamatan Sijamapolang Kabupaten Humbang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara sehingga dapat diukur tingkat keberlanjutannya.Hasil evaluasi kinerja yang diperoleh dapat menjadi rekomendasi apabila daya yang dihasilkan selama ini di lokasi studi masih dapat ditingkatkan

Untuk mencapai tujuan umum tersebut secara khusus tugas akhir ini bertujuan sebagai berikut:

1. Mengevaluasi debit sungai di lokasi studi.

2. Mengevaluasi jenis dan kondisi bangunan-bangunan sipil atau komponen-komponen PLTM pada lokasi studi.

3. Mengevaluasi produksi energi listrik yang dihasilkan pada PLTM di lokasi studi.

1.4 Pembatasan Masalah

Dalam penulisan tugas akhir ini penulis membatasi permasalahannya dalam hal penentuan debit air serta potensi keberlanjutannya dan besarnya energi listrik yang

(18)

mampu dibangkitkan. Dalam hal ini, penulis tidak mengkaji dan memperhitungkan besarnya nilai investasi yang dibutuhkan untuk meningkatkan kapasitas dan kinerja PLTMH, apabila ternyata dari penelitian ini, hal itu memungkinkan untuk dilakukan.

1.5 Metodologi Penelitian

Studi dalam tugas akhir ini tentang penelaahan teori-teori dan konsep-konsep yang mempunyai relevasi dengan pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH). Ini dilakukan dengan mempelajari buku-buku, diktat-diktat, jurnal-jurnal ilimiah dan literatur lainya, serta sumber-sumber yang dapat membantu studi ini. Di mana mikrohidro pada prinsipnya memanfaatkan kapasitas aliran air (debit) dan tinggi jatuh (head).

1.5.1 Kapasitas Aliran Air (debit) dan Tinggi Jatuh (head)

Debit merupakan salah satu parameter penting dalam perencanaan PLTMH. Ukuran debit air akan menentukan besarnya energi yang mampu dihasilkan. Debit juga akan menentukan ukuran dan jenis turbin yang akan digunakan. Pengukuran debit sesaat untuk kalibrasi, dilakukan di beberapa penampang melintang sungai. Dan bisa dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:

� =�.� Pers. 1.1

di mana Q = debit aliran (m³/s) V = kecepatan aliran (m/s), dan A = luas penampang (m²).

Head adalah ketinggian vertical di mana air jatuh. Pengukuran head dapat di lakukan dengan berbagai macam metode yang disesuaikan dengan kondisi yang di hadapi pada saat pengukuran di lapangan.

(19)

1.5.2 Energi Lisrik

Data hasil survei potensi air diolah untuk mengetahui besarnya daya yang dapat dibangkitkan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

�= �.�.�.�eff Pers. 1. 2

di mana P = daya terbangkitkan (Watt), � = massa jenis air = 1000 ��/�3, g = percepatan gravitasi = 9,81 �2/�, Q = debit (�3/�), Heff = tinggi efektif (m).

Sedangkan energi listrik yang dapat dihasilkan dari potensi daya yang ada harus dikalikan dengan efisiensi total (ηtot), sehingga rumusnya menjadi:

P= ρ.g.Q.Heff. ηtot (Pers.I.3)

di mana P = daya terbangkitkan (Watt), ρ = massa jenis air = 1000 ��/�3, g = percepatan gravitasi = 9,81 �2/�, Q = debit (�3/�), Heff = tinggi efektif (m), dan ηtot = efisiensi total.

1.5.3 Bangunan Sipil

Bangunan sipil adalah bagian penting dalam suatu skema PLTMH. Pada umumnya bangunan sipil terdiri dari banguan intake dan pengalih aliran, saluran pembawa head race, bak penenang (headtank), pipa pesat (penstock), rumah pembangkit (power house) dan saluran pembuang (tailrace). Aksesoris bangunan sipil seperti peralatan hidromekanik juga merupakan bagian tak terlepaskan dari komponen sipil suatu PLTMH.

(20)

1.6 Tinjauan pustaka singkat

Masalah yang dihadapi dalam penyedian energi adalah masih banyaknya penggunaan bahan bakar minyak (BBM), sementara kemampuan produksi dan suplai minyak semakin menurun.

Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam penggunaan dan pemilihan sumber energi baru adalah sebagai berikut:

• Ketersediaan sumber energi dan usaha pelestarian.

• Kemampuan manusia untuk menguasai dan mengelola energi.

• Ketersediaan dana untuk menguasai sumber energi.

• Masalah lingkungan.

Di sebagian negara berkembang, termasuk Indonesia, aktivitas pembangunan terkonsentrasi di kota atau wilayah dengan berbagai fasilitas yang mendukungnya. Sementara di daerah perdesaan, pembangunan berjalan lambat karena kurangnya infrastruktur sarana, dan prasarana.

Desa-desa di Indonesia rata-rata membutuhkan listrik relatif kecil (10 – 150 KW) serta lokasinya tersebar. Untuk pelistrikan pedesaan di Indonesia, salah satunya di desa Sijamapolang Kec. Sijamapolang Kab. Humang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara, pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) telah dikembangkan mengingat potensi tenaga air di Indonesia yang melimpah dan besar.

Dari segi teknologi, PLTMH memiliki keuntungan dan kemudahan dibandingkan pembangkit listrik lainnya. Hal tersebut disebabkan antara lain:

• Kontruksinya relatif sederhana

• Teknologi mikrohidro telah matang dan terjamin sebagai teknologi yang dapat dikontrol dan dikelola secara mandiri oleh masyarakat pedesaan.

(21)

• Mudah dalam perawatan dan penyedian suku cadang, karena hampir semua komponen yang dibutuhkan telah dapat diproduksi di dalam negeri.

• Biaya operasi dan perawatan rendah.

1.7 Sistematika Penulisan

Untuk memperjelas tahapan yang dilakukan dalam tugas akhir ini, penulisan tugas akhir ini dikelompokkan ke dalam 5 (lima) bab dengan sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Merupakan rencana yang akan dilakukan yang meliputi tinjauan umum, latar belakang, tujuan penelitian, pembatasan masalah, metodologi penelitian, serta sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Mencakup data kepustakaan yang diperoleh dengan cara menghimpun berbagai literatur yang berhubungan data yang diperlukan.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisikan tentang metode yang dipakai dalam penelitian ini, termasuk pengambilan data, langkah penelitian, analisis data, serta pemilihan lokasi penelitian.

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Berisikan tentang pengolahan dan perhitungan terhadap data-data yang dikumpulkan, dan kemudian dilakukan analisis secara komprehensif terhadap hasil-hasil yang diperoleh.

(22)

Merupakan penutup yang berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari pembahasan bab-bab sebelumnya, dan saran-saran yang dapat dijadikan bahan masukan untuk diterapkan di lokasi studi.

(23)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1Pengertian 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 (m3/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

(24)

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.

(25)

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 batu/beronjong 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.

(26)

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)

(27)

• 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.

(28)

(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 :

(29)

b. Lubang untuk menguras bak dan sedimen,

c. Saringan untuk mencegah masuknya sampah yang mengapung.

(c)

(d)

(30)

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:

(31)

• 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

merenggangkan/memisahkan 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 belos/apar (bellow-expansion-joint) dapat digunakan seperti yang terlihat pada gambar berikut.

(a) (b) Gambar 3.0.Sambungan Pipa Pesat

(32)

• 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 pemuaian/kontraksi 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

(33)

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.

(34)

(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 lemari/rak 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.

(35)

(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

(36)

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 turbin/kincir 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.

(37)

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,

(38)

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

(39)

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).

(40)

Untuk dapat mewakili besarnya CH di suatu wilayah/daerah 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 = ( ∑Ri)/n pers. 3 1

(41)

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 i)pada suatu wilayah A (10.000 ha)

Daerah Luas Daerah a1

(ha)

Tetapan Thiessen* Prosentasi Luas

a1 1000 0.10 10%

a2 3000 0.30 30%

a3 1.500 0.15 15%

a4 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 s/A Volume CH (cm)

daerah a

(42)

a2 10 x 0.30 3.00

a3 8 x 0.15 1.20

a4 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.

(43)

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 d/30 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 – (3/2) 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

(44)

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 s/d 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 :

(45)

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 s/d 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)

(46)

dimana : Vn = Volume simpanan ait tanah periode n ( m3), Vn – 1 = Volume simpanan air tanah periode n – 1 (m3), K = qt/qo = Faktor resesi aliran air tanah (catchment are recession factor ). Faktor resesi aliran tanah (k) berkisar antara 0 s/d 1 , qt = Aliran tanah pada waktu t (bulan ke t) , qo = Aliran tanah pada awal (bulan ke 0), in = 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

(47)

dimana : BF = Aliran dasar (M3/dtk/km), I = Infltrasi (mm), Δ Vn = Perubahan volume aliran tanah (M3), Dro = Limpasan Langsung (mm), WS = Kelebihan air , Ron = Limpasan periode n (M3/dtk/km2)

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 (m3/dtk) , 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

(48)

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.

(49)

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.

(50)

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. Dam/Bendung pengalih intake (Diversion Weir dan Intake)

Bendung berfungsi untuk menaikkan/mengontrol 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 kotoran/lumpur yang mengendap. Perlengkapan lainnya adalah penjebak/saringan 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 :

(51)

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 bendung/dam 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.

(52)

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 keluaran/debit 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

(53)

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.

(54)

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

(55)

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

(56)

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.

(57)

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

(58)

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.

(59)

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.

(60)

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

(61)

Tabel 2.2Tipe-Tipe Saluran Pembawa Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil

Tipe Gambar Keuntungan dan Permasalahan Kekhasan Strukturnya

Saluran terbuka

• Relatif murah

• Mudah mengkonstruksinya

• 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

(62)

• Tingginya tingkat jatuh daun-daunan, dll

• Saluran berbentuk setengah tabung (seperti pipa-pipa yang berbelok-belok)

Pipa tertutup/ saluran tertutup

• Pada umumnya volume

pekerjaan tanahnya besar

• Rendahnya rata-rata sedimen dan daun-dananan yang jatuh di saluran

• Sulitnya merawat dan meninjau

• saluran, termasuk pembersihan

• Tabung yang dipendam

(Hume, PVC or FRPM)

• Box culvert

• Pagar saluran dengan

(63)

Tabel 2.3 Struktur Dasar Saluran Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil.

Tipe Garis Besar Diagram Keuntungan dan Permasalahan

Saluran tanah sederhana

• Mudah dikonstruksi

• Murah

• Mudah diperbaiki

• Mudah mengalami kerusakan pada dindingnya

• Tidak dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable = mudah ditembus air)

• Sulit untuk membersihkan

(64)

Saluran lajur (batu dan batu keras)

• 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

• Dapat dibangun dengan

menggunakan bahan-bahan local

• Ketahanan yang tinggi terhadap gerusan

• Dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable =

(65)

mudah ditembus air) <Permasalahan>

• Lebih mahal daripada saluran tanah sederhana atau saluran apsangan batu kering (saluran lajur batu/batu keras)

• Relatif banyak memerlukan tenaga kerja

Saluran beton

• Tingkat kebebasan yang cukup tinggi untuk desain potongan melintang

• Konstruksi sulit jika diameter dalamnya kecil

Masa konstruksinya relative lama Saluran

berpagar kayu

• Lebih murah bila dibandingkan dengan saluran dari beton

(66)

terjadi deformasi tanah kecil.

• 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

• 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,

(67)

jika produk siap pakainya digunakan

• Kaya dengan berbagai jenis variasi produk siap pakai

• 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

• Mudah dikonstruksi di daerah tidak terlalu curam

• Periode konstruksinya relative singkat

(68)

• Dapat diterapkan pada potongan melintang yang kecil

• Memungkinkan untuk

konstruksi yang tinggi dengan bentangan yang pendek

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 :

(69)

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 didesain/dirancang 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

(70)

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)

(71)

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).

(72)

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

(73)

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

(74)

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

(75)

Untuk mendisain pipa pesat mula-mula tentukan jenis bahan pipa pesat yang direncanakan dan hitung jarak antara saluran penampung menuju turbin dan beda tinggi (Huss) dari saluran penampung ke turbin.

Panjang pipa pesat, didapat dengan menggunakan rumus trigonometri

Lpipa = L_Horizontal2 +H_gross2 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 2gH 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.

(76)

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 d2 = . 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 k/d terhadap nilai (1,2.Q/d). Dari tabel 2.6. didapat koefisien untuk beberapa material pipa dengan umur kondisinya.

(77)

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

(78)

Dari table didapat faktor kehilangan akibat gerakan turbulen aliran pada pipa, diasumsikan pipa pesat tidak membengkok, namun terdapat putaran pada ketajaman sudut masuk (Kentrance) dan bukaan klep (KValve).

No. Bentuk ketajaman sudut masuk K Valve

1 1,0

2 0,8

3 0,5

4 0,2

(79)

Tabel 2. 7 Koefisien bukaan klep

Hkehilangan pada turbin = g V

. 2

(Kvalve + Kentrance)

Kehilangan akibat gesekan (Hkehilangan akibat gesekan)

Hkehilangan akibat gesekan = hkehilangan pada dinding + hkehilangan pada turbin % Kehilangan =

gross loss 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

(80)

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.

(81)

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

(82)

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

(83)

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

(84)

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-baling-baling berbentuk lengkung ditegakkan. Baling-baling bertindak seperti kantiliver-kantiliver didukung hanya pada pusat. Jumlah dayung untuk sebuah baling-baling turbin

(1)

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Debit Andalan “Metode F.J.Mock”

BULAN DEBIT M3/Det

JAN 10.33

FEB 9.78

MAR 9.23

APR 7.72

MEI 7.20

JUN 7.08

JUL 6.83

AGT 6.75

SEP 6.69

OKT 6.35

NOV 6.14

(2)

Gambar 4.9 Grafik Debit Andalan Metode F.J. Mock

1.9.4. Daya yang Dapat Dihasilkan

Daya listrik yang dapat dibangkitkan dihitung dengan memakai persamaan:

P= ρ.g.Q.Heff.ηtot

di mana: P= daya terbagkitkan (Watt), ρ= masa jenis air = 1000 ��/�3, g = gravitasi = 9.81 � /�2, Q= debit (�3/�), Heff = tinggi effektif (m) dan ηtot= efisiensi total.

Debit rencana diambil pada probabilitas kejadian 80%, sehingga diperoleh Q = 6.35 m3/det, Hnetto diperoleh sebesar 14.5 m. Pada kasus ini, efisiensi turbin dan

generator dipakai adalah 90%. Dengan demikian, maka daya listrik output adalah: P = 1000 kg/m3 x 9.81m2/s x 6.35 m3/s x 0.90 x 14.5 m

= 812.930,175 W = 812,93 KW

Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nop Des Series1 6,35 5,985 7,723 7,196 6,14 6,75 6,83 7,082 6,685 9,227 9,78 10,33

0 2 4 6 8 10 12 D eb it (m 3 /d et)

(3)

Dari data jumlah BPS Tahun 2012,diketahui jumlah rumah di kecamatan Sijamapolang sebanyak 1341 unit.Sedangkan penggunaan listrik hanya sebesar 393 kW.Sehingga diperoleh besar penggunaan listrik per rumah =

393.000 watt :1341 rumah = 293.06 watt/unit rumah. Sehingga jumlah rumah yang dapat dialiri listrik sebanyak: 812930,175 W : 293.06 W/rumah ≈ 2774 rumah.

(4)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil tinjauan dan pembahasan yang telah diuraikan, maka penulis dapat menyimpulkan hal-hal sebagai berikut:

1. Dari analisis data curah hujan dan klimatologi serta topografi (catchment area), mengindikasikan bahwa ada potensi debit sebesar 6.35 m3/det (probabilitas kejadian 80%) dengan head 14.5 m.

2. Dari perhitungan, daya listrik yang dapat dibangkitkan sebesar 812,930175 kW. Daya sebesar ini dapat men-suplai 2774 rumah).

3. Dari hasil perhitungan sekrang,diperoleh daya sebesar 812.93 kwh dimana daya yang dihasilkan sebelumnya adalah 650kwh.Potensi sungai Aek sibundong masih bisa dimanfaatkan dan ditingkatkan untuk menghasilkan daya listrik yang lebih besar lagi.

4. Kondisi saat ini di Kecamatan Sijamapolang, daya terpasang per rumah adalah sebesar 293 W dan jumlah rumah yang yang dipasang instalasi listrik sekitar 1341 unit rumah. Dari hasil ini dapat disimpulkan bahwa jaringan listrik di Kecamatan Sijamapolang masih dapat ditingkatkan, baik dari daya yang terpasang per unit rumah, maupun dari jumlah unit rumah yang dialiri listrik.

(5)

Saran

1. Untuk kemajuan masyarakat Kecamatan Sijamapolang diharapkan kepada instansi terkait maupun PLN agar dapat memperhatikan masyarakat Kecamatan Sijamapolang untuk membantu pelaksanaan pembangunan Pembangit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH).

2. Kondisi bangunan sipil di lapangan saat ini masih dalam kondisi bagus dan layak pakai,hanya diperlukan perawatan agar kondisi bangunan sipil selalu bagus

3. Dari hasil pengamatan dilapangan,kondisi turbin kurang bagus.maka diperlukan perawatan secara berkala dan secara maksimal.

4. Berhubung kondisi akses jalan ke lokasi PLTMH sangat memprihatinkan,ada baiknya Pemerintah setempat ataupun instansi terkait bekerjama sama dengan pengelola untuk memperbaiki jalan tersebut,demi kelancaran pengembangan PLTMH untuk masa yang akan dating.

(6)

DAFTAR PUSTAKA

Agus Sugiono, Pemberdayaan Masyarakat dalam Mengelola Potensi Sumber Daya Air Melalui Pengembangan Pembangkit Listrik Tenaga Mini/Mikro Hidro. Pusat Teknologi Pengembangan Sumberdaya Energi, BPPT, Jakarta.

Hermawan, Yandi. HidrologiuntukInsinyur.ERLANGGA, Jakarta.

M.M.Dandekar, K. N. Sharma.1991. Pembangkit Listrik Tenaga Air. Universitas Indonesia Press.

IMIDAP integrated microhydrodevloment and application program,2008. Pedoman Teknisstandartperalatandankomponenpembangkitlistritenagamikrohidro

(PLTMH)Direktoratjendrallistrikdanpemanfaatanenergidepartemenenergi dan sumberdaya mineral, Jakarta.

Khairul Amri,2008. Kajian Potens Pembangkit Lisrtrik Tenaga Mikro Hidro Di Sungai Air kule Kabupaten Kaur.

Merian,Merry.1998.Analisis Alternatif skema PLTMH dan Desain Rinci PLTM.Tugas Akhir,Institut Teknologi Bandung

Perangin-Angin, Muhammad Asy’Ari. 2008. Perencanaan Pembuatan Pembangkit ListrikTenagaMikrohidro. TugasAkhir, DepartemenTeknikSipil USU.

Ramli Kadir, 2010. Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Di Sungai Marimpa Kecamatan Pinembani. Tugas Akhir, Fakultas teknik Universitas tadulako Palu.

Sasongko, Djoko. TeknikSumberDaya Air. ERLANGGA, Jakarta.

Evaluasi Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Aek Sibundong Kecamatan Sijamapolang Kabupaten Humbang Hasundutan Propinsi Sumatera Utara