STUDI KELAYAKAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) DI SUNGAI ARTER DESA HURUN KECAMATAN PADANG CERMIN KABUPATEN PESAWARAN LAMPUNG (FEASIBILITY STUDY OF MICRO HYDRO POWER PLANT (MHP) ON ARTER RIVER AT HURUN VILLAGE PADANG CERMIN DISTRICT PESAWAR

MIKROHIDRO (PLTMH) PADA SUNGAI ARTER DESA HURUN

KECAMATAN PADANG CERMIN KABUPATEN PESAWARAN

LAMPUNG

Oleh

EDO TRINANDO

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2013

STUDI KELAYAKAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) DI SUNGAI ARTER DESA HURUN KECAMATAN

PADANG CERMIN KABUPATEN PESAWARAN LAMPUNG

Oleh

EDO TRINANDO

Listrik sangat berperan penting dalam kehidupan manusia. Di negara Indonesia listrik merupakan suatu kebutuhan pokok bagi masyarakat dan industri. Pasokan energi listrik di Indonesia ditargetkan dapat menggunakan 5% berasal dari energi terbarukan, hal itu telah dicantumkan pada peraturan Pemerintah no 3 tahun 2005. Salah satu pembangkit listrik yang berpotensi adalah Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH), yang merupakan satu implementasi dari green energy initiative yaitu mendorong energi terbarukan. Jika potensi PLTMH dapat dikembangkan, maka paling tidak 12.000 MWh atau sebesar 14% dari kebutuhan energi total Indonesia tahun 2005 dapat disumbang dari PLTMH.

Tujuan dari tugas akhir ini: “Studi Kelayakan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) sungai Arter di Desa Hurun Kecamatan Padang Cermin Kabupaten Pesawaran Lampung” adalah untuk merencanakan suatu pembangkit listrik tenaga air skala kecil yang dapat dimanfaatkan dan diaplikasikan sebagai pemenuhan energi listrik di Indonesia terutama untuk masyarakat yang belum bisa menikmati listrik dari PLN.

Prosedur untuk memperoleh data untuk Head bersih menggunakan metode selang plastik serta menggunakan metode perhitungan, sehingga Head bersih didapat sebesar 11,15 m. Untuk menentukan besarnya debit air, metode yang digunakan adalah metode benda apung, serta melakukan beberapa perhitungan dan didapatlah debit air sebesar 66,7 l/s. Dan daya yang dihasilkan sebesar 5,10 Kw. Dari ketiga data maka turbin yang cocok digunakan adalah turbin jenis cross flow.

FEASIBILITY STUDY OF MICRO HYDRO POWER PLANT (MHP) ON ARTER RIVER AT HURUN VILLAGE PADANG CERMIN DISTRICT PESAWARAN

REGION LAMPUNG BY

EDO TRINANDO

Electricity is very important in human life. In Indonesia,electricity is a basic necessity for society and industry. Electrical energy supply in Indonesia is targeted to use the 5% comes from renewable energy, it has been included in the government regulation No. 3 of 2005. One of the power plants that are potentially is Micro Hydro Power (MHP), which is an implementation of the green energy initiative to encourage renewable energy step. If the MHP potential can be developed, then at least 12,000 MWh or 14% of Indonesia's total energy needs in 2005 are contributed by the MHP. The purpose of this final project: " Feasibility Study of micro hydro power plant (MHP) on arter river at hurun village Padang Cermin district Pesawaran region lampung " is to plan a hydroelectric small scale power plant that can be used and applied as a fulfillment of electrical energy in Indonesia, especially for people who can not enjoy electricity.

The Procedures to obtaining data for Head cleaner using a plastic hose method and calculation method, so the net head of 11.15 m obtained. To determine the amount of water flow, the method used is the method of floating objects, as well as doing some calculations and obtained intake capacity of 66.7 l / s. And the resulting power of 5.10 Kw. The data result from the third turbine is suitable types of cross flow turbine.

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR SIMBOL ...viii

DAFTAR GRAFIK ... xi

I. PENDAHULUAN A. LatarBelakang ... 1

B. Tujuan Penelitian ... 3

C. Batasan Masalah ... 4

D. Sistematika Penulisan ... 4

II. TINJAUAN PUSTAKA A. Energi ... 6

1. Sumber Energi Tak Terbaharui ... 6

2. Sumber Energi Terbaharui ... 8

B. PLTMH ... 13

1. Keuntungan PLTMH ... 16

2. Prinsip Kerja PLTMH ... 16

3. Komponen PLTMH ... 17

2. Turbin Kaplan & Propeller ... 21

3. Turbin Pelton ... 22

4. Turbin Turgo ... 23

5. Turbin Crossflow ... 24

D. Klasifikasi Turbin Air ... 30

1. Berdasarkan Model Aliran Air Masuk Runner ... 30

2. Berdasarkan Perubahan Momentum Fluida Kerja ... 32

E. Kriteria Pemilihan Jenis Turbin ... 33

1. Berdasarkan Kecepatan Spesifik ... 34

2. Berdasarkan Head dan Debit ... 36

3. Berdasarkan Nilai Efisiensinya ... 40

F. Daya Yang Dihasilkan Turbin ... 41

III.METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat dan Waktu ... 43

B. Alat dan Bahan 1. Busur Kayu ... 43

2. Meteran ... 43

3. Selang Plastik ... 44

4. Benang Nilon ... 44

C. Metode Pengumpulan Data ... 45

1. Pembuatan Formulir ... 45

2. Data Primer ... 47

D. Metode Pengolahan Data ... 51

E. Diagram Alir ... 52

IV.HASIL DAN PEMBAHASAN A.Kondisi Daerah Studi ... 53

B.Data Primer... 56

1. Debit Sungai (Metode Benda Apung) ... 56

2. Data Head Gross ... 59

3. Diameter Pipa Penstock ... 59

4. Menentukan Head Efektif ... 60

5. Daya ... 63

6. Kecepatan Spesifik ... 63

C.Perancangan Turbin ... 68

1. Runner ... 69

2. Roda Jalan ... 77

3. Pipa Pancar (Nozzle) ... 77

4. Poros ... 78

5. Pasak ... 81

6. Generator ... 82

7. Diameter Pully Generator dan Pully Turbin ... 83

D.Estimasi Biaya ... 85

1. Biaya Penduduk Menggunakan Listrik PLN ... 85

2. Biaya Penduduk Menggunakan Listrik PLTMH ... 86

A. Simpulan ... 87

B. Saran ... 88

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

I.PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Ketergantungan akan energi bahan bakar fosil seperti batu bara, minyak bumi dan gas akan semakin meningkat. Pada beberapa dasawarsa mendatang, kita harus mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil tersebut, karena bahan bakar fosil adalah sumber daya yang terbatas dan suatu saat pasti akan habis (Vienna 1981).

Menurut data Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2005 – 2025 yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005, cadangan minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun dengan rasio perbandingan antara cadangan dan produksi minyak bumi pada tahun tersebut. Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun.Untukmengurangi ketergantungan sumber daya alam yang bersumber dari fosil tersebut maka para ilmuwan mulai mengambil inisiatif energi alternatif yang dapat diperbaharui dan ramah lingkungan, energi alternatif tersebut antara lain energi air, angin, biomassa, matahari dan geothermal. Energi alternatif ini dalam jangka panjang jika diperbaharui sungguh-sungguh maka akan memainkan peranan yang sangat penting dalam memenuhi kebutuhan energi kita.

peraturan Pemerintah nomor 10 tahun 1989 tentang penyediaan pemanfaatan tenaga listrik, menyatakan bahwa penyediaan tenaga listrik dilakukan dengan memanfaatkan seoptimal mungkin sumber energi primer setempat dengan kewajiban mengutamakan pemanfaatan sumber energi terbarukan. Dalam rangka diversifikasi energi dan pemafaatan energi terbarukan tersebut, pasokan tenaga listrik pada tahun 2020 ditargetkan dapat menggunakan minimal 5% berasal dari energi terbarukan.

Salah satu pembangkit listrik skala kecil yang potensial adalah Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH), yang merupakan satu implementasi dari green energy initiative yaitu mendorong energi terbarukan, efisiensi energi dan energi bersih. Program pembangunan PLTMH bertujuan untuk mendorong kegiatan ekonomi masyarakat terutama di lokasi yang potensial namun belum dioptimalkan. PLTMH memiliki beberapa keunggulan dibanding dengan pembangkit listrik jenis lainnya, seperti bersih lingkungan, tidak konsumtif terhadap pemakaian air, lebih awet (tahan lama / long life), biaya operasinya lebih kecil dan sesuai untuk daerah terpencil. Disamping itu perawatan mekanik dan elektrik PLTMH lebih mudah. Dari sisi sosial-ekonomi PLTMH ini dapat dioperasikan oleh masyarakat desa atau lembaga lokal, serta menunjang pengembangan aktivitas ekonomi produktif.

PLTMH adalah salah satu Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) low head dengan kapasitas kurang dari 500 Kilo Watt (kW). Potensi total PLTMH di Indonesia tahun 2002 adalah sebesar 500 Mega Watt (MW), yang sudah dimanfaatkan baru 21 MW. Potensi tersebut sebenarnya masih akan meningkat

lokasi-lokasi baru. Jika potensi PLTMH dapat dikembangkan maka paling tidak 12.000 MWh atau sebesar 14% dari kebutuhan energi total Indonesia tahun 2005 dapat disumbang dari PLTMH. Potensi tenaga air tersebar hampir di seluruh Indonesia dan diperkirakan mencapai 75.000 MW, sementara pemanfaatanya baru sekitar 2,5 % dari potensi yang ada. Jika studi potensi PLTMH dapat diintensifkan, maka presentase sumbangan PLTMH terhadap kebutuhan energi nasional meningkat juga.

Pada pelaksanaan studi kelayakan sumber energi listrik terbarukan dan pemanfaatannya, penulis tertarik untuk mengkaji potensi PLTMH yang dapat dimanfaatkan pada sungai Arter Desa Hurun Kecamatan Padang Cermin Kabupaten Pesawaran Provinsi Lampung.

B. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah :

1. Mengetahui besarnya debit dan head di sungai Arter Desa Hurun Kecamatan Padang Cermin Kabupaten Pesawaran Provinisi Lampung. 2. Menentukan jenis turbin air yang sesuai dengan kondisi head dan debit air

sungai Arter di Desa Hurun.

3. Merancang turbin mikrohidro dengan dimensi dan jumlah sudu sesuai head dan debit air.

Batasan masalah diberikan agar pembahasan dari hasil yang didapatkan lebih terarah. Adapun batasan masalah yang diberikan pada penelitian ini adalah : 1. Pengambilan data debit air dan head dilakukan secara langsung (primer). 2. Studi potensi ini hanya menentukan jenis turbin sampai desain turbin hasil

perancangan.

3. Pemilihan material turbin tidak dibahas dalam penelitian ini. 4. Panjang poros menyesuaikan dimensi turbin.

5. Gesekan air pada tepi sungai pada pengukuran kecepatan laju air diabaikan.

D. Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini merupakan landasan teori secara umum serta hal-hal yang perlu dipertimbangkan dalam merencanakan pembangunan suatu pembangkit listrik tenaga mikrohidro.

BAB III METODE PENELITIAN

Bab ini berisi beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian, prosedur pengujian, dan diagram alir pengujian.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisikan pembahasan serta hasil data yang didapat dari penelitian dan pembahasannya

BAB V PENUTUP

Bab ini berisi kesimpulan dan saran.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Energi

Definisi energi, energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha. Energi merupakan besaran yang kekal, artinya enegi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk yang lain. Pada dasarnya sumber energi di dunia banyak dan tersebar dimana-mana. Tetapi hanya sebagian saja yang dimanfaatkan oleh manusia yaitu energi dari minyak bumi, bahan fosil dan gas alam, sedangkan sumber energi lain seperti sampah dedaunan, kayu, angin, air, matahari, dan gelombang pasang sedikit sekali dimanfaatkan. Menurut dari sumber didapatnya energi, energi terbagi menjadi 2 antara lain :

1. Sumber Energi Tak Terbaharui

Ialah sumber daya alam yang apabila digunakan secara terus-menerus akan habis. Sumber energi ini yaitu yang berasal dari minyak bumi, bahan fosil, dan gas alam. Semua sumber ini memerlukan proses yang panjang untuk mendapatkannya dan kemudian dapat dimanfaatkan, sebagai contoh minyak bumi membutuhkan proses berjuta-juta tahun. Sebaliknya, pengekplotasianya dilakukan terus-menerus dan bisa dibayangkan pasti persediaannya akan menipis dan mungkin akan habis. Hal inilah mengakibat harga minyak bumi dunia melonjak dengan tajam sampai mendekati 100 dolar AS/barel. Menurut data Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2005 – 2025 yang dikeluarkan oleh Departemen

Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005, cadangan minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun. Oleh karena itu sekarang ini para ahli berlomba untuk mencari alternatif sumber energi.

Biasanya sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui berasal dari barang tambang (minyak bumi dan batu bara) dan bahan galian (emas, perak, timah, besi, nikel dan lain-lain). Sumber energi ini banyak digunakan disegala sektor sekarang ini. Dan berikut adalh hasil tambang dan galian.

a. Minyak Bumi

Minyak bumi berasal dari hewan (plankton) dan jasad-jasad renik yang telah mati berjuta-juta tahun.

 Avtur untuk bahan bakar pesawat terbang.  Bensin untuk bahan bakar kendaraan bermotor.  Kerosin untuk bahan baku lampu minyak.  Solar untuk bahan bakar kendaraan diesel.

 LNG (Liquid Natural Gas) untuk bahan bakar kompor gas.  Oli ialah bahan untuk pelumas mesin.

 Vaselin ialah salep untuk bahan obat.  Parafin untuk bahan pembuat lilin.

b. Batu Bara

Batu bara berasal dari turmbuhan purba yang telah mati berjuta-juta tahun yang lalu. Batu bara banyak digunakan sebagai bahan bakar untuk keperluan industri dan rumah tangga. Dimanfaatkan untuk bahan bakar industri dan rumah tangga.

 Biji Besi untuk peralatan rumah tangga, pertanian dan lain-lain.

 Tembaga merupakan jenis logam yang mempunyai warna kekuning-kuningan, lunak dan mudah ditempa.

 Bauksit sebagai bahan dasar pembuatan alumunium.  Emas dan Perak untuk perhiasan.

 Nikel untuk bahan pelapis besi agar tidak mudah berkarat.  Gas alam untuk bahan bakar kompor gas.

 Mangaan untuk pembuatan pembuatan besi baja.

 Besi dan Timah besi berasal dari bahan yang bercampur dengan tanah, pasir dan sebagainya. Besi merupakan bahan endapan dan logam yang berwarna putih. Timah berasal dari bijih-bijih timah yang tersimpan di dalam bumi.

2. Sumber Energi Terbaharui

Konsep energi terbaharui diperkenalkan pada tahun 1970 sebagai bagian dari usaha mencoba bergerak melewati pengembangan bahan bakar nuklir dan fosil. Definisi paling umum adalah sumber energi yang dapat dengan cepat diisi kembali oleh alam, proses berkelanjutan. Di bawah definisi ini, bahan bakar nuklir dan fosil tidak termasuk ke dalamnya. Sumber energi ini belumlah banyak dimanfaatkan oleh banyak orang. Sumber energi ini dapat berasal dari alam

sekitar yaitu angin, air, biogas, biomass dan energi matahari. Beberapa contoh energi terbarukan antara lain :

a. Energi Geothermal

Energi ini merupakan energi pancaran dan radiasi yang dapat digunakan untuk memasak. Geothermal adalah energi yang dihasilkan dengan cara mengambil panas bumi. Ada 3 macam power plants yang digunakan untuk mendapatkan energi dari energi geothermal, yaitu dry steam,flash, dan binary. Dry steam plants mengambil uap panas bumi dan langsung digunakan untuk menggerakan turbin yang memutar generator penghasil listrik. Flash plants mengambil air panas, biasanya bersuhu lebih dari 2000C, dari tanah yang kemudian mendidih pada saat naik ke permukaan dan kemudian dipisahkan antara air panas dan uap panas yang dialirkan ke turbin. Untuk binary plants, air panas mengalir melalui heat exchangers, mendidihkan cairan organik yang memutarkan turbin. Uap panas yang dimampatkan dan sisa dari cairan geothermal, dari ketiga cara diatas disuntikkan lagi ke batuan panas agar menghasilkan panas lagi. Energi geothermal berasal dari penguraian radioaktif di pusat Bumi, yang membuat Bumi panas dari dalam, dan dari matahari, yang membuat panas permukaan bumi.

b. Energi Sustainable

Seluruh energi terbaharui secara definisi juga merupakan energi sustainable, yang berarti mereka tersedia dalam waktu jauh ke depan yang membuat perencanaan bila mereka habis tidak diperlukan. Meskipun

tenaga nuklir bukan energi diperbaharui, namun pendukung nuklir dapat sustainable dengan penggunaan reaktor breeder menggunakan uranium-238 atau thorium atau keduanya. Di sisi lain banyak penentang nuklir menggunakan istilah sustainable sebagai sinonim untuk energi terbaharui, dan oleh karena itu tidak memasukkan nuklir ke dalam energi terbaharui modern (sustaniable).

c. Energi Surya

Karena kebanyakan energi terbaharui pusatnya adalah "energi surya" istilah ini sedikit membingungkan. Namun yang dimaksud di sini adalah energi yang dikumpulkan langsung dari cahaya matahari. Tenaga surya dapat digunakan untuk:

Menghasilkan listrik menggunakan sel surya

 Menghasilkan listrik menggunakan pembangkit tenaga panas surya  Menghasilkan listrik menggunakan menara surya

 Memanaskan gedung, secara langsung  Memanaskan gedung, melalui pompa panas  Memanaskan makanan, menggunakan oven surya.

d. Energi Angin

Karena matahari memanaskan permukaan bumi secara tidak merata, maka terbentuklah angin. Energi kinetik dari angin dapat digunakan untuk menjalankan turbin angin, beberapa mampu memproduksi tenaga 5 MW. Tenaga keluaran adalah fungsi kubus dari kecepatan angin, maka turbin tersebut paling tidak membutuhkan angin dalam kisaran (20 km/jam), dan

dalam praktek sangat sedikit wilayah yang memiliki angin yang bertiup terus menerus. Namun begitu di daerah pesisir atau daerah di ketinggian, tersedia angin yang cukup konstan. Pada tahun 2005 telah ada ribuan turbin angin yang beroperasi di beberapa bagian dunia, dengan perusahaan "utility" memiliki kapasitas total lebih dari 47.317MW. Kapasitas merupakan output maksimum yang memungkinkan dan tidak menghitung "load factor". Ladang angin baru dan taman angin lepas pantai telah direncanakan dan dibuat di seluruh dunia. Ini merupakan cara penyediaan listrik yang tumbuh dengan cepat di abad ke-21 dan menyediakan tambahan bagi stasiun pembangkit listrik utama. Kebanyakan turbin yang digunakan menghasilkan listrik sekitar 25% dari waktu (load factor 25%), tetapi beberapa mencapai 35%. Load factor biasanya lebih tinggi pada musim dingin. Ini berarti bahwa turbin 5 MW dapat memiliki output rata-rata 1,7 MW dalam kasus terbaik.

e. Energi Biomass

adalah sumber renewable energy atau energi terbarukan karena energi ini berasal dari matahari. Melalui proses photosintesa, tanaman menangkap tenaga matahari . Tumbuhan biasanya menggunakan fotosintesis untuk menyimpan tenaga surya, air, dan CO2. Bahan bakar bio adalah bahan bakar yang diperoleh dari biomass - organisme atau produk dari metabolisme mereka, seperti kotoran dari sapi merupakan energi terbaharui. Biasanya bahan bakar bio dibakar untuk melepas energi kimia yang tersimpan di dalamnya. Riset untuk mengubah bahan bakar bio

menjadi listrik menggunakan sel bahan bakar adalah bidang penelitian yang sangat aktif. Dalam hal ini biomass berfungsi sebagai aki tempat penyimpanan energi surya. Biomass yang diproduksi dengan teknik pertanian, seperti biodiesel, ethanol, dan bagasse (seringkali sebuah produk sampingan dari pengkultivasian Tebu) dapat dibakar dalam mesin pembakaran dalam atau pendidih. Pembuatan biomass harus melalui beberapa proses seperti berikut: harus dikembangkan, dikumpulkan, dikeringkan, difermentasi dan dibakar. Seluruh langkah ini membutuhkan banyak sumber daya dan infrastruktur.

f. Energi Air (Hydropower)

Energi dapat digunakan dalam bentuk gerak atau perbedaan suhu. Karena air ribuan kali lebih berat dari udara, maka aliran air yang pelan pun dapat menghasilkan sejumlah energi yang besar. Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Kalau listrik yang dihasilkan tidak terlalu besar, teknologi yang digunakan disebut microhydro, listrik dari cara ini maksimal menghasilkan 100 kW. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak

penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19, turbin air mulai dikembangkan. (Prayitno, 2005)

B. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH).

Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik berskala kecil (kurang dari 200 kW), yang memanfaatkan tenaga (aliran) air sebagai sumber penghasil energy. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut clean energy karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTMH dipilih karena konstruksinya sederhana, mudah dioperasikan , serta mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Secara ekonomi, biaya operasi dan perawatannya relative murah, sedangkan biaya investasinya cukup bersaing dengan pembangkit listrik lainnya. PLTMH biasanya dibuat dalam skala desa di daerah-daerah terpencil yang belum mendapatkan listrik dari PLN. Tenaga air yang digunakan dapat berupa aliran air pada system irigasi, sungai yang dibendung atau air terjun (Ismono, 1999). Pada gambar 1 dapat kita lihat contoh gambar dari PLTMH

Gambar 1. Pembangkit Listrik Mikrohidro (Laymand, 1998) Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang menggunakan energi air. Kondisi air ini biasa dimanfaatkan sebagai

sumber daya (resources) penghasil listrik yang memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari instalasi maka semakin besar energi yang bias dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Biasanya Mikrohidro dibangun berdasarkan kenyataan bahwa air yang mengalir di suatu daerah dengan kapasitas dan ketinggian yang memadai. Istilah kapasitas mengacu kepada volume aliran air per satuan waktu (flow capacity), sedangkan beda ketinggian daerah aliran sampai ke instalasi dikenal dengan istilah head. Mikrohidro juga dikenal sebagai white resources dengan terjemahan bebas bias dikatakan “energi putih”, 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. Secara teknis, mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sebagai sumber energi), turbin dan generator. Mikrohidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu. Pada dasarnya, mikrohidro memanfaatkan energi potensial jatuhan air (head). Semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di samping faktor geografis (tata letak sungai), tinggi jatuhan air dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi. Air dialirkan melalui sebuah pipa pesat kedalam rumah pembangkit yang pada umumnya dibagun di bagian tepi sungai untuk menggerakkan turbin atau kincir air mikrohidro. Energi mekanik yang berasal dari

putaran poros turbin akan diubah menjadi sebuah energi listrik oleh sebuah generator.

Mikrohidro bisa memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar, misalnya dengan ketinggian air 2.5 m dapat dihasilkan listrik 400 watt. Relatif kecilnya energi yang dihasilkan mikrohidro dibandingkan dengan PLTA skala besar, berimplikasi pada relatif sederhananya peralatan serta kecilnya areal yang diperlukan guna instalasi dan pengoperasian mikrohidro. Hal tersebut merupakan salah satu keunggulan mikrohidro, yakni tidak menimbulkan kerusakan lingkungan. Perbedaan antara Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dengan mikrohidro terutama pada besarnya tenaga listrik yang dihasilkan, PLTA dibawah ukuran 200 kW digolongkan sebagai mikrohidro. Dengan demikian, sistem pembangkit mikrohidro cocok untuk menjangkau ketersediaan jaringan energi listrik di daerah-daerah terpencil dan pedesaan.

Berdasarkan output yang dihasilkan, pembangkit listrik tenaga air dibedakan sesuai pada tabel berikut :

Tabel 1. Pembangkit listrik berdasarkan daya

No. Jenis turbin Daya

1. Large-Hydro > 100 MW

2. Medium-Hydro 15 MW – 100 MW

3. Small-Hydro 1 MW – 15 MW

4. Mini-Hydro 100 kW

5. Micro-Hydro 5 kW – 100 kW

6. Pico-Hydro 5 kW

1. Keuntungan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH).

a. Dibandingkan dengan pembangkit listrik jenis yang lain, PLTMH ini cukup murah karena menggunakan energi alam.

b. Memiliki konstruksi yang sederhana dan dapat dioperasikan di daerah terpencil dengan tenaga terampil penduduk daerah setempat dengan sedikit latihan.

c. Tidak menimbulkan pencemaran.

d. Dapat dipadukan dengan program lainnya seperti irigasi dan perikanan. e. Dapat mendorong masyarakat agar dapat menjaga kelestarian hutan

sehingga ketersediaan air terjamin.

2. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH).

Pembangkit listrik tenaga air skala piko pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan generator menghasilkan listrik. Sebuah skema mikrohidro memerlukan dua hal yaitu, debit air dan ketinggian jatuh (head) untuk menghasilkan tenaga yang dapat dimanfaatkan. Hal ini adalah sebuah sistem konversi energi dari bentuk ketinggian dan aliran (energi potensial) kedalam bentuk energi mekanik dan energi listrik (Doland J, 1984).

3. Komponen-Komponen PLTMH

Pada gambar 2 dapat kita lihat bentuk skema dari PLTMH

Gambar 2. Skema PLTMH (Laymand, 1998) Komponen PLTMH secara umum terdiri dari :

a. Bendungan (Weir) dan Intake

Pada umumnya instalasi PLTMH merupakan pembangkit listrik tenaga air jenis aliran sungai atau saluran irigasi langsung, jarang yang merupakan jenis waduk (bendungan besar). Konstruksi bangunan intake untuk mengambil air langsung dapat berupa bendungan (weir) yang melintang sepanjang lebar sungai atau langsung membagi aliran air sungai tanpa dilengkapi bangunan bendungan. Lokasi intake harus dipilih secara cermat untuk menghindarkan masalah di kemudian hari. Pada gambar 3 dapat kita lihat gambar bendungan (weir) dan intake.

b. Bak Pengendap (Settling Basin)

Bak pengendap digunakan untuk memindahkan partikel-partikel pasir dari air. Fungsi dari bak pengendap adalah sangat penting untuk melindungi komponen-komponen berikutnya dari dampak pasir. Pada gambar 4 dapat kita lihat Bak pengendap (Settling Basin).

Gambar 4. Bak Pengendap (Laymand, 1998) c. Saluran Pembawa (Headrace)

Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang disalurkan. Pada gambar 5 dapat kita lihat saluran Pembawa (Headrace).

Gambar 5. Saluran Pembawa (Laymand, 1998) d. Headtank (Bak Penenang)

Fungsi dari bak penenang adalah untuk mengatur perbedaan keluaran air antara sebuah penstock dan headrace, dan untuk pemisahan akhir kotoran

dalam air seperti pasir, kayu-kayuan. Pada gambar 6 dapat kita lihat Bak Penenang (Headtank).

Gambar 6. Bak Penenang (Laymand, 1998) e. Penstock (PipaPesat).

Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penenang (forebay tank). Perencanaan pipa pesat mencakup pemilihan material, diameter penstock, tebal dan jenis sambungan (coordination point). Pemilihan material berdasarkan pertimbangan kondisi operasi, aksesibility, berat, sistem penyambungan dan biaya. Diameter pipa pesat dipilih dengan pertimbangan keamanan, kemudahan proses pembuatan, ketersediaan material dan tingkat rugi-rugi (fiction losses) seminimal mungkin. Ketebalan penstock dipilih untuk menahan tekanan hidrolik dan surge pressure yang dapat terjadi. Pada gambar 7 dapat kita lihat Penstock.

Gambar 7. Penstock (Laymand, 1998) f. Turbin Air

Turbin berfungsi mengubah energi potensial fluida menjadi energi mekanik yang kemudian diubah lagi menjadi energi listrik pada generator. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.

g. Generator

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Berikut gambar dari Generator

C. Turbin Air

Berikut jenis dari turbin air :

1. Turbin Francis

Turbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat. Gambar 9 menunjukkan sketsa dari turbin Francis.

Gambar 9. Turbin Francis ( Haimerl, L.A., 1960)

2. Turbin Kaplan & Propeller

Turbin Kaplan dan Propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari Propeller seperti pada perahu. Propeller

tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu. Gambar 10 merupakan bentuk dari turbin Kaplan.

Gambar 10. Turbin Kaplan ( Haimerl, L.A., 1960)

3. Turbin Pelton

Turbin Pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nozzle. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin ini cocok digunakan untuk head tinggi. Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 m tetapi untuk skala mikro head 20 m sudah mencukupi. Gambar 11 merupakan bentuk dari turbin Pelton.

Gambar 11. Turbin Pelton (Haimerl, L.A., 1960)

4. Turbin Turgo

Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 m s/d 300 m. Seperti turbin Pelton turbin Turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozzle membentur sudu pada sudut 20º. Kecepatan putar turbin Turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan. Pada Gambar 12 menunjukkan bentuk turbin Turgo.

5. Turbin Cross-Flow

Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jenis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960). Pada dasarnya turbin ini bekerja menggunakan tenaga jatuhan air sehingga turbin akan berputar, dan putaran itu akan menggerakkan generator yang akan menghasilkan listrik. Berikut gambar 13 prinsip kerja turbin Cross-Flow.

Gambar 13. Prinsip kerja turbin Cross-Flow (Haimerl, 1960) Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air maupun jenis turbin mikro hidro lainnya. Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat menghemat biaya pembuatan penggerak mula sampai 50 % dari penggunaan kincir air dengan bahan yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena

ukuran Turbin Cross-Flow lebih kecil dan lebih kompak dibanding kincir air. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Untuk Turbin Cross Flow dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensi yang cukup tinggi sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai dengan Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang relatif tetap ( Meier, Ueli,1981).

Turbin Cross-Flow dapat dioperasikan pada debit 20 m3/s hingga 10 m3/s dan head antara 1 s/d 200 m. Turbin Cross-Flow secara umum dapat dibagi dalam dua tipe yaitu ( Meier, Ueli, 1981 )

1. Tipe T1, yaitu Turbin Cross-Flow kecepatan rendah .

2. Tipe T3, yaitu Turbin Cross-Flow kecepatan tinggi.

Kedua tipe turbin tersebut lebih dijelaskan oleh gambar.

Gambar 14. Dua Tipe Turbin Cross-Flow ( Meier, Ueli, 1981 )

Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis turbin lain, maka Turbin Cross-Flow yang paling sederhana. Sudu-sudu Turbin Pelton misalnya, bentuknya sangat pelik sehigga pembuatannya harus dituang. Demikian juga runner Turbin Francis, Kaplan dan Propeller pembuatannya harus melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner Turbin Cross-Flow dapat dibuat dari material baja sedang (mild steel) seperti ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi las. Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin ini semuanya dapat dibuat di bengkel-bengkel umum dengan peralatan pokok mesin las listrik, mesin bor, mesin gerinda meja, bubut dan peralatan kerja bangku, itu sudah cukup. Dari kesederhanaannya itulah maka Turbin Cross-Flow dapat dikelompokan sebagai teknologi tepat guna yang pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek cerah karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan kemampuan dan harapan masyarakat.

Dari beberapa kelebihan Turbin Cross-Flow itulah, maka sampai saat ini pemakaiannya di beberapa negara lain terutama di Jerman Barat sudah tersebar luas, bahkan yang dibuat oleh pabrik Turbin Ossberger sudah mencapai 5.000 unit lebih, sebagaimana diungkapkan oleh Prof. Haimerl (1960) dalam suatu artikelnya.

Selanjutnya Prof. Haimerl (1960) menyatakan pula bahwa setiap unit dari turbin ini dapat dibuat sampai kekuatan kurang lebih 750 kW, dapat dipasang pada ketinggian jatuh antara 10 m sampai 200 m dengan

debit air sampai 3.000 l/s. Cocok digunakan untuk PLTMH, penggerak instalasi pompa, mesin pertanian, workshop, bengkel dan lain sebagainya.

Gambar 16. Model Rakitan Turbin Cross-Flow (Haimerl, L.A., 1960)

Keterangan : 1. Elbow 6. Rangka pondasi 2. Poros katup 7. Rumah turbin 3. Katup 8. Tutup turbin 4. Nozel 9. Poros runner 5. Runner

Komponen -komponen turbin yang penting adalah sebagai berikut : a. Sudu Pengarah

biasanya dapat diatur untuk mengontrol kapasitas aliran yang masuk turbin.

b. Roda Jalan atau Runner Turbin

pada bagian ini terjadi peralihan energi potensial fluida menjadi energi mekanik.

c. Poros Turbin

pada poros turbin terdapat runner dan ditumpu dengan bantalan radial dan bantalan axial.

d. Rumah Turbin

biasanya berbentuk keong atau spiral, berfungsi untuk mengarahkan aliran masuk sudu pengarah.

e. Pipa Hisap

Berfungsi mengalirkan air yang ke luar turbin ke saluran luar. Turbin Cross-Flow menggunakan nozzle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis.

Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energi nya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin.

Gambar 17. Runner Cross-Flow (Cole, 2004)

Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan

reservoir air maka head adalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir air/turbin air. (James J.Doland, 1984).

D. Klasifikasi Turbin air

Dengan kemajuan ilmu Mekanika fluida dan Hidrolika serta memperhatikan sumber energi air yang cukup banyak tersedia di pedesaan akhirnya timbullah perencanaan-perencanaan turbin yang divariasikan terhadap tinggi jatuh ( head ) dan debit air yang tersedia. Dari itu maka masalah turbin air menjadi masalah yang menarik dan menjadi objek penelitian untuk mencari sistim, bentuk dan ukuran yang tepat dalam usaha mendapatkan effisiensi turbin yang maksimum.

Pada uraian berikut akan dijelaskan pengklasifikasian turbin air berdasarkan beberapa kriteria (Dietsel, 1989).

1. Berdasarkan Model Aliran Air Masuk Runner.

Berdasaran model aliran air masuk runner, maka turbin air dapat dibagi menjadi tiga tipe yaitu :

a. Turbin Aliran Tangensial

Pada kelompok turbin ini posisi air masuk runner dengan arah tangensial atau tegak lurus dengan poros runner mengakibatkan runner berputar, contohnya Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.

Gambar 18. Turbin Aliran Tangensial (Haimerl, L.A., 1960) b. Turbin Aliran Aksial

Pada turbin ini air masuk runner dan keluar runner sejajar dengan poros runner, Turbin Kaplan atau Propeller adalah salah satu contoh dari tipe turbin ini. Gambar 19 menunjukkan Model Turbin Aliran Aksial.

Gambar 19. Model Turbin Aliran Aksial (Haimerl, L.A., 1960)

c. Turbin Aliran Aksial - Radial

Pada turbin ini air masuk ke dalam runner secara radial dan keluar runner secara aksial sejajar dengan poros. Turbin Francis adalah termasuk dari jenis turbin ini. Gambar 20 menunjukkan Model Turbin Aliran Aksial – Radial.

Gambar 20. Model Turbin Aliran Aksial- Radial (Sumber : Haimerl, L.A., 1960

2. Berdasarkan Perubahan Momentum Fluida Kerjanya.

Dalam hal ini turbin air dapat dibagi atas dua tipe yaitu : a. Turbin Impuls.

Semua energi potensial air pada turbin ini dirubah menjadi menjadi energi kinetis sebelum air masuk/ menyentuh sudu-sudu runner oleh alat pengubah yang disebut nozel. Yang termasuk jenis turbin ini antara lain : Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow.

b. Turbin Reaksi.

Pada turbin reaksi, seluruh energi potensial dari air dirubah menjadi energi kinetis pada saat air melewati lengkungan sudu-sudu pengarah, dengan demikian putaran runner disebabkan oleh perubahan momentum oleh air. Yang termasuk jenis turbin reaksi diantaranya : Turbin Francis, Turbin Kaplan dan Turbin Propeller.

Gambar 21. Empat Macam Runner Turbin Konvensional (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)

E. Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik.

Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh : turbin Pelton efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin Propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia (Ismono, 1999).

Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (Propeller) dapat mencapai

putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi. Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut (Keller2, 1975) dikelompokkan menjadi:

 Low head power plant  Medium head power plant  High head power plant

Gambar 22. Tingkat head sumber air (Vienna, 1981)

Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu :

1. Berdasarkan Kecepatan Spesifik (Ns)

Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (Propeller) dapat mencapai putaran

yang diinginkan, sementara turbin pelton dan Cross-Flow berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi. Faktor tersebut seringkali diekspresikan sebagai "kecepatan spesifik, Ns", yang didefinisikan:

4 5 . Hefs P N

Ns  (1)

diketahui :

Ns = kecepatan spesifik turbin (rpm) N = Kecepatan putaran turbin (rpm)

Hefs = Tinggi jatuh effektif (m) P = Daya turbin output (kW)

Output turbin ditentukan dengan persamaan (Fox dan Mc Donald, 1995) P = ρ x Q x H x  x g (2)

Dimana :

P = Daya Turbin (Watt) Q = Debit air (�3/ )

ρ = Massa jenis air (kg/m3) g = Gaya grafitasi (m/s2) H = Efektif Head (m)  = Efisiensi turbin

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu berdasarkan data eksperimen. Setiap turbin air memiliki nilai kecepatan spesifik

masing-masing, tabel 2. menjelaskan batasan kecepatan spesifik untuk beberapa turbin kovensional .

Tabel 2. Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional

No Jenis Turbin Kecepatan Spesifik

1. Pelton dan kincir air 10 ≤ Ns ≤ 35

2. Francis 60 ≤≤ Ns 300

3. Cross-Flow 40 ≤ Ns ≤ 200

4. Kaplan dan propeller 250 ≤ Ns ≤ 1000

(Celso Penche, 1998)

Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah. Dengan mengetahui besaran kecepatan spesifik maka dimensi dasar turbin dapat didestimasi (diperkirakan).

2. Berdasarkan Head dan Debit.

Dalam pemilihan jenis turbin, hal spesifik yang perlu diperhatikan antara lain menentukan tinggi head bersihnya dan besar debit airnya. berikut adalah pengertian tentang head dan debit.

a. Head Bersih (Net Head)

Head bersih adalah selisih antara head ketinggian kotor dengan head kerugian di dalam sistem pemipaan pembangkit listrik tenaga mikrohidro tersebut. Head kotor (gross head) adalah jarak vertical antara permukaan air sumber dengan ketingian air keluar saluran turbin (tail race) untuk turbin reaksi dan keluar nozel untuk turbin impuls.

Head kerugian didalam sistem pemipaan yaitu berupa head kerugian didalam pipa dan head kerugian pada kelengkapan perpiaan seperti sambungan , katup, percabangan, difuser, dan sebagainya.

a) Head kerugian aliran didalam pipa (Major Losses) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (Fox dan Mc Donald, 1995)

g D V L f Hf 2 . . 2



(3)

dimana :

V = Kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa (m/s), f = Keofisien kerugian gesek,

g = Percepatan grafitasi ( 9,8 m/s2), L = Panjang pipa (m)

D = Diameter dalam pipa (m) b) Minor losses

Head kerugian aliran didalam sistem kelengkapan pipa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan ( Penche, C, 1998) :

 Inlet loss (ℎ )

g Vp fe He . 2 .

 (4)

dimana :

he = Inlet loss (m)

f e = Keofisien bentuk di inlet biasanya fe= Koefisien 0,5 dalam skema mikrohidro  Valve loss ( hv)

g Vp fv Hv . 2 .  (5) dimana :

hv= Valve loss (m)

fv = Keofisien jenis katup (valve) fv = Koefisien 0.1 (katup butterfly)  Bend loss (loses belokan)= Ho



Hf He Hv



H o_o

o 10   (6)

c) Maka besar total rugi-rugi (losses) yang terjadi adalah:

Rugi-rugi (Losses) = Major Losses + Minor losses (7) d) Sehingga nilai Head bersih setelah dikurangi rugi-rugi adalah

H net = H gross – Losses (8)

Namun karena head kerugian pada kelengkapan pipa kecil maka kerugian ini dapat diabaikan.

Tabel 3. Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan head (Dietsel, 1989)

Jenis Turbin Variasi Head (m)

Kaplan dan Propeller 2 < H <20 Francis 10 < H < 350

Pelton 50 < H < 1000 Crossflow 6 < H < 100

Turgo 50 < H < 250

b. Kapasitas Aliran (Debit)

Debit aliran adalah volume air yang mengalir dalam satuan waktu tertentu. Debit air adalah tinggi permukaan air sungai yang terukur oleh alat ukur pemukaan air. Pengukurannya dilakukan tiap hari, atau dengan pengertian yang

lain debit atau aliran adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu. Dalam sistem satuan SI besarnya debit dinyatakan dalam satuan meter kubik per detik (m3/s). Prinsip pelaksanaan pengukuran debit adalah mengukur luas penampang basah, kecepatan aliran dan tinggi muka air tersebut.

Debit dapat dihitung dengan Persamaan ( Penche, C, 1998) :

Q = A . V (m3/s) (9) Keterangan :

Q = Debit (m3/s)

A = Luas bagian penampang basah (m2)

V = Kecepatan aliran rata-rata pada luas bagian penampang basah (m/s)

Berikut ini pemilihan pengoperasian turbin air berdasarkan head dan debit: a) Head yang rendah yaitu dibawah 40 m tetapi debit air yang besar, maka

Turbin Kaplan atau propeller cocok digunakan untuk kondisi seperti ini.

b) Head yang sedang antara 10 m sampai 200 m dan debit relatif cukup, maka untuk kondisi seperti ini gunakanlah Turbin Francis atau Cross-Flow.

c) Head yang tinggi yakni di atas 200 m dan debit sedang, maka gunakanlah turbin impuls jenis Pelton.

(Laymand, 1998)

Grafik 1. Pemilihan pengoperasian jenis turbin berdasarkan head dan flow

3. Berdasarnya Nilai Efisiensinya

a. 0.8 - 0.85 untuk turbin Pelton b. 0.8 - 0.9 untuk turbin Francis c. 0.7 - 0.8 untuk turbin Cross-Flow d. 0.8 - 0.9 untuk turbin Propeller/Kaplan

Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan effisiensi dari beberapa turbin konvensional. Pada gambar 21 dapat kita lihat grafik efisiensi beberapa turbin.

Grafik 2. Effisiensi beberapa turbin dengan pengurangan debit sebagai variabel (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)

Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara effisiensi dengan pengurangan debit akibat pengaturan pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan debit terhadap debit maksimumnya.

F. Daya Yang Dihasilkan Turbin.

Dari kapasitas air V dan tinggi air jatuh H diperoleh Daya keluaran turbin. Daya keluaran turbin dihitung menggunakan persamaan ( SKAT, 1990) �_� = Q . ρ .g .H (10)

Dimana:

�� = Daya air (kW)

Q = Kapasitas air (m3/s) ρ = Massa jenis air (kg/m3) g = Gaya gravitasi (m/s2) H = Tinggi air jatuh (m). Dan efisiensi turbin:

Pa Pt

T 

 (11)

Maka daya turbin yang diperoleh

T Pa

Pt  . (12) T

H g Q

Pt  .. . . (13) Dimana :

� = Daya Turbin (kW)

��= Efisiensi turbin

Secara sederhana dapat dinyatakan bahwa semakin tinggi jatuh air, dengan kapasitas aliran sama, akan mempuyai energi potensial yang lebih besar dibandingkan dengan tinggi jatuh air yang lebih rendah.

III. METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilakukan di sungai Arter Desa Hurun kecamatan Padang Cermin. Rentang waktu penelitian antara bulan Maret 2013 hingga Juli 2013.

B.Alat dan Bahan

Peralatan dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

1. Busur Kayu

Gambar 23. Busur Kayu

2. Meteran.

Alat ini digunakan untuk mengukur ketinggian (head).

Gambar 25. Selang Plastik

4. Benang Nilon

Alat ini digunakan untuk mengukur ketinggian (head).

1. Pembuatan Formulir

Formulir A.

Formulir B.

Gambar 28. Formulir B Potensi data-data PLTMH

Pengumpulan data awal pada lokasi dengan cara pembuatan furmulir yang berisikan informasi awal dari suatu lokasi yang akan ditinjau seperti yang dicontohkan pada 2 lembar formulir yang dikembangkan oleh kantor PNPM tingkat propinsi seperti diatas.

Metode penelitian yang dilakukan untuk melaksanakan studi potensi PLTMH adalah dengan pengumpulan data-data lapangan yang meliputi :

Data primer adalah data yang didapat dari pengukuran langsung di lokasi sungai Arter di Desa Hurun Kecamatan Padang Cermin, Lampung meliputi beda ketinggian (head), debit aliran air.

Materi penelitian yang terdapat dalam penelitian ini adalah melakukan studi kelayakan pemanfaatan sungai Arter untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) dan desain rancangan pembuatan Turbin Mikrohidro. a. Data Primer Head dan Debit Aliran.

b. Rancangan Turbin mikrohidro.

3. Pengukuran Head

Head yang diukur tersebut merupakan head kotor (head gross), setelah di kurangi dengan faktor gesekan dan faktor kehilangan (losses) lainya ketika air mengalir maka akan menjadi head bersih (head net). Pengukuran head ini menggunakan alat pengukuran sederhana yaitu menggunakan sehelai benang nilon dan selang plastik. Cara kerjanya yaitu :

a. Pengukuran dimulai diatas elevasi perkiraan permukaan air pada posisi forebay yang telah ditentukan.

Gambar 29. Cara mengukur permukaan air dengan posisi forebay (Sutarno, 1993).

b. Pengukuran kedua dan selanjutnya dengan melanjutkan pada titik yang lebih rendah dari pengukuran sebelumnya

Gambar 30. Pengukuran dari titik tertinggi ke titik terendah (Sutarno, 1993).

c. Lanjutkan pengukuran sampai di lokasi turbin akan di tempatkan. Jumlah kan seluruh hasil pengukuran untuk mendapatkan total head kotor.

Gambar 31. Jumlah hasil pengukuran seluruhnya (Sutarno, 1993).

4. Pengukuran Debit Air Primer.

Suatu sungai akan sangat bervariasi alirannya di sepanjang tahun, pengukuran dilakukan pada saat aliran terendah (musim kemarau). Rata-rata aliran terendah digunakan sebagai dasar dalam perencanaa PLTMH. Pengukuran debit aliran secara langsung ketempat penelitian (pengukuran primer).

Rumus dasar menghitung debit ( Penche, C, 1998) : Q = A . V

Dimana :

Q = Debit (m3/s)

A = Luas bagian penampang basah (m2)

V = Kecepatan aliran rata-rata pada luas bagian penampang basah (m/s).

Adapun langkah-langkah menghitung debit air adalah sebagai berikut :

a. Memilih bagian sungai yang relatif lurus dan penampangnya seragam,dan tentukan panjangnya.

membagi dalam beberapa segmen, minimal 3 segmen. Kemudian mengitung luas dari masing-masing segmen tersebut, dan menghitung luas penampang secara keseluruhan.

Gambar 32. Membagi dalam berbagai segmen (Sutarno, 1983).

c. Menjatuhkan benda apung tersebut beberapa meter sebelum garis start yang telah ditentukan.

d. Mengukur waktu yang perlukan benda apung tersebut untuk melewati jarak yang telah ditentukan.

e. Menghitung kecepatannya dengan rumus :

= �� ��

permukaan, nilai perkiraan untuk kecepatan rata-rata aliran sungai tersebut dapat dihitung dengan mengalikan kecepatan aliran permukaan yang mendekati bagian tengah aliran dengan faktor koreksi, dimana:

– Saluran beton, persegi panjang, mulus c = 0.85 – Sungai luas, tenang, aliran bebas (>10 m) c = 0.75 – Sungai dangkal , aliran bebas (<10 m) c = 0.65 – Sungai dangkal (<0.5 m), aliran turbulen c = 0.45 – Sangat dangkal (<0.2 m), aliran turbulen c = 0.25

Menghitung kecepatan dari rata-rata kecepatan aliran sungai tersebut dengan menmggunakan rumus :

� = �� �

g. Menghitung debit air sungai tersebut dengan rumus :

Q = _� ��� 1000 1

D. Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh diolah baik primer maupun data sekunder ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik dan dari perhitungan tersebut dapat diketahui besarnya potensi yang dapat digunakan sebagai PLTMH untuk sungai Arter Desa Hurun.

Gambar 33. Diagram Alir Penelitian Start

Studi Literatur

Pengambilan Data Primer 1. Debit & Head 2. Data Kependudukan

Data Hasil Penelitian

Analisis Data dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Selesai Head Efektif & Debit

Estimasi Biaya PLTMH

Daya out put Perancangan Turbin

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Setelah melakukan pengambilan data dan perhitungan dari data-data yang diperoleh maka dapat disimpulkan :

1. Berdasarkan hasil perancangan turbin air dengan asumsi efesiensi 70% maka potensi sungai Arter Desa Hurun dapat menghasilkan daya listrik 5,107 kW, daya ini jika digunakan untuk 51 rumah maka setiap rumah mendapat pasokan listrik sebesar 100 watt.

2. Berdasarka output yang dihasilkan, pembangkit listrik tenaga air yang bisa digunakan di Desa Hurun tersebut adalah Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), karena besar daya yang dihasilkan 5,10 kW.

3. Pemilihan jenis turbin yang digunakan dipengaruhi oleh debit dan tinggi jatuh air. Berdasarkan pengambilan data pada lokasi dan dilakukan perhitungan berdasarkan rumus yang ada maka didapat debit aliran (Q) 0,0667 m3/s dan head efektif 11,15 m maka jenis turbin air yang tepat untuk digunakan adalah jenis turbin Cross-flow.

10 tahun adalah ± Rp 166.881.852,-

5. Sungai Arter Desa Hurun telah masuk dalam kategori layak didirikan Pembangkit Listrik Mikro Hidro (PLTMH) karena telah memenuhi ±10 % kebutuhan listrik penduduk yang belum dapat menggunakan listrik PLN.

B. Saran

Adapun saran-saran penulis sampaikan adalah :

Kelebihan daya yang dihasikan PLTMH dapat digunakan untuk keperluan rekreasi, pendidikan dan industri kecil seperti ; mesin pemotong rotan, mesin penggiling padi atau penggiling kopi.

DAFTAR PUSTAKA

Arter A, Meier U., 1990, Hydraulics Engineering Manual, H. Harrer, St. Gallen, Switzerland.

Doland J. James. 1984. Hydro Power Engineering, A Textbook for Civil Engineers. The Ronald Press company. New York.

Dietsel, F.1989. Turbin pompa. Erlangga. Jakarta

Fox, Robert W. dan Alan T Mcdonald.1995. introduction to Fluid Mechanics 3rdedition. John Willey & Sons. USA.

Haimerl, L.A.(1960). The Cross Flow Turbine. Jerman Barat

Ismono H.A., 1999. Perencanaan Turbin Air Tipe Cross Flow Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro di Institud Teknologi Nasional Malang. Skripsi.

Keller2, (1975). Hydraulic Machine. New Delhi : Metropolitan Book Co Private Ltd

Mockmore C.A., Merryfield fred, 1949. The Banki Water Turbine. Bulletin Series No. 25 Engineering Experimental Station, Oregon State System of Higher Education, Oregon State College, Corvalis.

Penche, Celso. (1998). Guide on How to Develop a Small Hydropower Plant. European

Small Hydropower Association (ESHA). German

Prayitno, 2005 . Diktat Kuliah Turbin Air . MST – UGM, Yogyakarta

SKAT,1990. Hydraulic Engineering Manual, Harnessing Water Power On a Small scale. Swiss Center for Appropiate technology.

Sungai. USU Repository.

Sularso, Kiyokatsu S,.1987. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Penerbit Pradnya Paramita. Jakarta.

Vienna dan Radler S. 1981 . Triebwasserweg und spezifische Probleme von Hochdruckanlagen. In: Kleinwasserkraftwerke, Projektierung und Entwurf. University for Soil Culture, Intitute for Water Management.

Laymad, 1998. On How Develop A Small Micro Hydropower Site

Http://europa.eu..int/en/com/dg17/dg17home.htm ,20 April 2013.

f. Kecepatan benda apung tersebut merupakan kecepatan dari aliran permukaan, nilai perkiraan untuk kecepatan rata-rata aliran sungai tersebut dapat dihitung dengan mengalikan kecepatan aliran permukaan yang mendekati bagian tengah aliran dengan faktor koreksi, dimana:

– Saluran beton, persegi panjang, mulus c = 0.85 – Sungai luas, tenang, aliran bebas (>10 m) c = 0.75 – Sungai dangkal , aliran bebas (<10 m) c = 0.65 – Sungai dangkal (<0.5 m), aliran turbulen c = 0.45 – Sangat dangkal (<0.2 m), aliran turbulen c = 0.25

Menghitung kecepatan dari rata-rata kecepatan aliran sungai tersebut dengan menmggunakan rumus :

� = �� �

g. Menghitung debit air sungai tersebut dengan rumus : Q = _� ��� 1000 1

D. Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh diolah baik primer maupun data sekunder ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik dan dari perhitungan tersebut dapat diketahui besarnya potensi yang dapat digunakan sebagai PLTMH untuk sungai Arter Desa Hurun.

52

E. Diagram Alir Metode Penelitian

Gambar 33. Diagram Alir Penelitian Start

Studi Literatur

Pengambilan Data Primer 1. Debit & Head 2. Data Kependudukan

Data Hasil Penelitian

Analisis Data dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Selesai Head Efektif & Debit

Estimasi Biaya PLTMH

Daya out put Perancangan Turbin

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Setelah melakukan pengambilan data dan perhitungan dari data-data yang diperoleh maka dapat disimpulkan :

1. Berdasarkan hasil perancangan turbin air dengan asumsi efesiensi 70% maka potensi sungai Arter Desa Hurun dapat menghasilkan daya listrik 5,107 kW, daya ini jika digunakan untuk 51 rumah maka setiap rumah mendapat pasokan listrik sebesar 100 watt.

2. Berdasarka output yang dihasilkan, pembangkit listrik tenaga air yang bisa digunakan di Desa Hurun tersebut adalah Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), karena besar daya yang dihasilkan 5,10 kW.

3. Pemilihan jenis turbin yang digunakan dipengaruhi oleh debit dan tinggi jatuh air. Berdasarkan pengambilan data pada lokasi dan dilakukan perhitungan berdasarkan rumus yang ada maka didapat debit aliran (Q) 0,0667 m3/s dan head efektif 11,15 m maka jenis turbin air yang tepat untuk digunakan adalah jenis turbin Cross-flow.

88

4. Biaya penghematan jika penduduk memakai PLTMH dalam kurun waktu 10 tahun adalah ± Rp 166.881.852,-

5. Sungai Arter Desa Hurun telah masuk dalam kategori layak didirikan Pembangkit Listrik Mikro Hidro (PLTMH) karena telah memenuhi ±10 % kebutuhan listrik penduduk yang belum dapat menggunakan listrik PLN.

B. Saran

Adapun saran-saran penulis sampaikan adalah :

Kelebihan daya yang dihasikan PLTMH dapat digunakan untuk keperluan rekreasi, pendidikan dan industri kecil seperti ; mesin pemotong rotan, mesin penggiling padi atau penggiling kopi.

DAFTAR PUSTAKA

Arter A, Meier U., 1990, Hydraulics Engineering Manual, H. Harrer, St. Gallen, Switzerland.

Doland J. James. 1984. Hydro Power Engineering, A Textbook for Civil Engineers. The Ronald Press company. New York.

Dietsel, F.1989. Turbin pompa. Erlangga. Jakarta

Fox, Robert W. dan Alan T Mcdonald.1995. introduction to Fluid Mechanics 3rdedition. John Willey & Sons. USA.

Haimerl, L.A.(1960). The Cross Flow Turbine. Jerman Barat

Ismono H.A., 1999. Perencanaan Turbin Air Tipe Cross Flow Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro di Institud Teknologi Nasional Malang. Skripsi.

Keller2, (1975). Hydraulic Machine. New Delhi : Metropolitan Book Co Private Ltd

Mockmore C.A., Merryfield fred, 1949. The Banki Water Turbine. Bulletin Series No. 25 Engineering Experimental Station, Oregon State System of Higher Education, Oregon State College, Corvalis.

Penche, Celso. (1998). Guide on How to Develop a Small Hydropower Plant. European Small Hydropower Association (ESHA). German

Prayitno, 2005 . Diktat Kuliah Turbin Air . MST – UGM, Yogyakarta

SKAT,1990. Hydraulic Engineering Manual, Harnessing Water Power On a Small scale. Swiss Center for Appropiate technology.

Patty, O.F., 1995, Tenaga air, Jakarta : Erlangga.

Sudianto,Edis. 2009: Pengujian Sudu Lengkung Prototipe Turbin Air Terapung Pada Aliran Sungai. USU Repository.

Sularso, Kiyokatsu S,.1987. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Penerbit Pradnya Paramita. Jakarta.

Vienna dan Radler S. 1981 . Triebwasserweg und spezifische Probleme von Hochdruckanlagen. In: Kleinwasserkraftwerke, Projektierung und Entwurf. University for Soil Culture, Intitute for Water Management.

Laymad, 1998. On How Develop A Small Micro Hydropower Site Http://europa.eu..int/en/com/dg17/dg17home.htm ,20 April 2013.