BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Evalu{si Kinerja Pembangkit Listfik Tenaga Mikro Hidro Di Desa Buluh Awar Kecamatao Sibolangit Kabupaten Deli Serdatrg Propirsi Sumatera Utara

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro PLTMH

Secara teknis, mikro hidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sumber energi), turbin, dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan melalui pipa pesat (penstock) dengan ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (rumah turbin). Di rumah instalasi, air akan menumbuk turbin yang akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian ditransmisikan ke generator dengan menggunakan kopling. Dari generator akan dihasilkan energi listrik yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke rumah-rumah atau keperluan lainnya (beban). Begitulah secara ringkas proses mikro hidro merubah energi aliran dan ketinggian air menjadi energi listrik.

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) merupakan salah satu alternatif energi yang bisa dibangkitkan dari potensi air yang terdapat di pedesaan, yang menggunakan tenaga air seperti sungai atau air terjun alam, dengan cara memanfaatkan tinggi terjun (head) dalam meter, dan jumlah debit airnya dalam

m /det. Debit air dan tinggi terjun akan disesuaikan dengan jenis turbin untuk menghasilkan energi listrik yang optimal.

Berdasarkan kapasitas pembangkit, Pembangkit Listrik Tenaga Air dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro, dengan kapasitas kurang dari 100kW.

2. Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro, dengan kapasitas 100 kW - 1 MW.

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik tenaga air skala kecil (bisa mencapai beberapa ratus kW). Relatif kecilnya energi yang dihasilkan mikro hidro (dibandingkan dengan PLTA skala besar) berimplikasi pada relatif sederhananya peralatan serta kecilnya areal tanah yang diperlukan guna instalasi dan pengoperasian mikro hidro. Hal tersebut merupakan salah satu keunggulan mikro hidro, yakni tidak menimbulkan kerusakan lingkungan.

Umumnya PLTMH yang dibangun jenis run of river di mana 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 di mana beda tinggi yang diperlukan dapat diperoleh melaiui saluran pipa (penstock) air dialirkan ke power house (rumah pembangkit) yang dibangun dipinggir sungai. Melalui nozzle, air akan menyemprot keluar dan memutar roda turbin (runner), kemudian air tersebut dikembalikan ke sungai asalnya. As turbin dikopel dengan generator sehingga energi mekanik dari putaran poros turbin akan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator. Energi listrik yang dihasilkan generator kemudian dapat disalurkan ke pemakai yaitu masyarakat. Gambaran umum PLTMH ditunjukkan Gambar 2. 1.

PLTMH mempunyai beberapa bagian penting yang mendukung kemampuan kerjanya, seperti dijabarkan pada Tabel 2. 1.

Gambar 2. 1 Bagan komponen-komponen PLTMH.

Tabel 2. 1 Komponen PLTMH dan Fungsinya

Mercu Bendung Bangunan yang berada melintang sungai yang berfungsi untuk membelokkan arah aliran air (Weir)

Bangunan Bangunan yang berfungsi mengarahkan air dari sungai masuk Pengambilan ke dalam Saluran Pembawa (Headrace).

(Intake) Bak Penangkap Pasir (Sand Trap) dapatmenjadi satu

(terintegrasi) dengan bangunan ini.

Saluran Pembawa Bangunan yang berfungsi mengalirkan/membawa air dari Intake ke Forebay. Headrace dapat juga terbuat dari pipa.

(Headrace)

Bak Penampungan Bangunan yang mempunyai potongan melintang(luas

(Forebay) penampang basah) lebih besar dari Headrace yang

berfungsi untuk memperlampat aliran air.

Saringan (Trash Rack) Terbuat dari plat besi yang berfungsi menyaring sampah-

sampah atau puing-puing agar tidak masuk ke dalam bangunan selanjutnya. Trash Rack diletakkan pada posisi melintang di bangunan Intake atau Forebay dengan kemiringan 65 - 75º

Saluran Pembuangan Bangunan yang memungkinkan agar kelebihan air di dalam

(Spillway) Headrace untukmelimpah kembali ke dalam sungai.

Pipa Pesat (Penstock) Pipa bertekanan yangmembawa air dari Forebay ke dalam

Power House.

Rumah Pembangkit Bangunan yang di dalamnya terdapat turbin, generator dan

Power House) peralatan control.

Tailrace Saluran yang berfungsi mengalirkan/membawa air dari turbin kembali ke sungai.

Jaringan Transmisi Terdiri dari tiang, kabel dan aksesoris lainnya (termasuk trafo; jika diperlukan) yang berfungsi mengalirkan energi Komponen penting yang ada antara lain: 1. Intake dan bendung, berada di bibir sungai ke arah hulu sungai. Pada pintu air biasanya terdapat perangkap sampah. Di beberapa sungai, pengambilan air dilakukan tanpa membendung alur sungai, dan biasa disebut free intake.

2. Saluran pembawa, membawa air dari penangkap air ke arah bak pengendap.

3. Bak Pengendap (Bak Penenang), mengendapkan tanah yang terbawa dalam air sehingga tidak masuk ke pipa pesat. Bak Pengendap sama dengan Bak Penenang pada PLTMH kecil. Fungsi banguan ini adalah untuk : a.

Penyalur yang menghubungkan intake dengan bak pengendap sehingga panjangnya harus dibatasi.

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.

Sebagai 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.

Sebagai penimbunan sedimen, sehingga harus didesain mudah dalam pembuangan sedimen.

Sebagai spillway yang mengalirkan aliran masuk ke bagian bawah dimana mengalir dari intake.

4. Saringan, di pangkal bak pengendap dan di ujung pipa pesat terdapat saringan.

Saringan harus selalu diperiksa sehingga sampah tidak menghalangi.

5. Pipa pesat, adalah pipa yang membawa air jatuh ke arah mesin turbin. Di samping itu pipa pesat juga mempertahankan tekanan air jatuh sehingga energi tidak terbuang.

Gambar 2. 2 Contoh bendung, intake, dan saluran pembawa di PLTMH.

Gambar 2. 3 Contoh bak pengendap yang sudah beroperasi, kelebihan air dari saluran pembawa akan melimpah ke samping dan terdapat penyaring sampah.

Gambar 2. 4 Contoh pipa pesat, perhatikan beda ketinggian yang ada.

6. Rumah Pembangkit (power house), adalah rumah di mana semua peralatan mekanik dan elektrik PLTMH berada.

Gambar 2. 5 Contoh Rumah pembangkit 7. Mesin PLTMH atau disebut turbin, berada di dalam rumah pembangkit. Mesin ini yang mengubah tenaga air menjadi mekanik (tenaga putar/gerak).

8. Turbin dengan bantuan sabuk pemutar memutar generator (dinamo besar penghasil listrik) untuk mengubah tenaga putar/gerak menjadi listrik.

Gambar 2. 6 Contoh turbin, perhatikan generator yang berwarna silver dan sabuk pemutar.

9. Panel atau peralatan pengontrol listrik, biasanya berbentuk kotak menempel di dinding, berisi peralatan elektronik untuk mengatur listrik yang dihasilkan generator.

Gambar 2. 7 Contoh pengontrol beban listrik atau electric load controller.

10. Jaringan kabel listrik yang menyalurkan listrik dari rumah pembangkit ke pelanggan.

Gambar 2. 8 Contoh jaringan kabel listrik pada tiang jaringan.

Gambar 2. 9 Contoh jaringan listrik tepatnya pada sambungan rumah.

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 kerjanya adalah sama, yaitu "Perubahan energi potensial air menjadi energi listrik".

Perubahan memang tidak langsung, tetapi berturut-turut melalui perubahan sebagai berikut: energi potensial  energi kinetik

energi kinetik  energi mekanik
energi mekanik  energi listrik
energi potensial adalah energi air karena berada pada ketinggian. Energi kinetik adalah energi air karena mempunyai kecepatan. Energi mekanik adalah energi kecepatan air yang terus memutar kincir/turbin. Energi 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.

Pembangkit listrik tenaga air ukuran 100 KW digolongkan sebagai PLTMH.Dalam perencanaan pembangunan sebuah. PLTMH, diperlukan pengetahuan tentang: Hidrologi

Kelistrikan 

Bangunan sipil

Permesinan  Ekonomi untuk studi kelayakan.
2.1.1 Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)

Pembangunan PLTMH 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,

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

8. Meningkatkan kegiatan perekonomian sehingga diharapkan dapat menambah penghasilan masyarakat.

2.1.2 Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)

Adapun kelemahan dari pembangunan PLTMH di antaranya: 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.

2.2 Tenaga Listrik dan Air

Sebuah skema hidro memerukan dua hal yaitu debit air dan ketinggian jatuh

(head) untuk menghasilkan tenaga yang bermanfaat. Ini adalah sebuah sistem

konversi tenaga, menyerap tenaga dari bentuk ketinggian dan aliran, dan menyalurkan tenaga dalam bentuk daya listrik atau daya mekanik. Tidak ada sistem konversi daya yang dapat mengirim sebanyak yang diserap dikurangi sebagian daya hilang oleh sistem itu sendiri dalam bentuk gesekan, panas, dan suara.

Persamaan konversinya adalah:

Daya yang masuk = Daya yang keluar + kehilangan daya (losess) Pers 2. 1

atau

Daya yang keluar = Daya yang masuk x Efisiensi konversi Pers 2. 2

Persamaan di atas biasanya digunakan untuk menggambarkan perbedaan yang kecil. Daya yang masuk, atau total daya yang diserap oieh skema hidro adalah daya kotor p Daya yang bermanfaat dikirim adalah daya bersih P Semua ffms .

net .

efisiensi dari skema gambar diatas disebut E .

Pers 2. 3

P net = P gross x E

Daya kotor adalah head kotor (H yang dikalikan dengan debit air (Q) dan juga

gross )

dikaitkan dengan sebuah faktor gravitasi bumi (g = 9,8m/s ), sehingga persamaan dasar dari pembangkit listrik adalah:

P = g x H x Q x E (kW) Pers 2. 4 net gross o

3 Dimana head dalam meter, dan debit air dalam m /s, dan total E sebagai

berikut:

E0 = E konstruksi sipil x E penstock x E turbin x E generator x E sistem control x E jaringan x E trafo Pers 2. 5

Biasaya:

E konstruksi sipi = 1,0 – (panjang saluran x 0,002 – 0,005) / H gross

= 0,90 – 0,95 (tergantung pada panjangnya)

E penstock E = 0,70 – 0,85 (tergantung pada tipe turbin) turbin

E generator = 0,80 – 0,95 (tergantung pada kapasitas generator)

= 0,97

E sistem control E jaringan = 0,90 – 0,98 (tergantung pada panjang jaringan)

0,98

E trafo =

E sipil dan E adalah yang biasa diperhitungkan sebagai “Head

konstruksi penstock

Loss (H loass ) / kehilangan ketinggian. Dalam kasus ini, persamaan di atas dirubah ke persamaan berikut.

P net = g x (H gross – H loss ) x Q x (E – E konstruksi – E penstock ) (kW) Pers 2. 6

Persamaan sederhana ini harus diingat : ini adalah inti dari semua perencanaan pekerjaan pembangkit listrik. Ini penting untuk menggunakan unit-unit yang benar.

Gambar 2. 10 Efisiensi sistem yang spesifik untuk sebuah skema yang berjalan pada perencanaan aliran listrik.

2.3 Perencanaan Pembangunan PLTMH

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) pada dasamya memanfaatkan energi potensial air. Semakin tinggi jatuh air (head) maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di samping faktor geografis yang memungkinkan, tinggi jatuh air (head) dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi.

Secara umum lay out sistem PLTMH merupakan pembangkit jenis run of , memanfaatkan aliran air permukaan (sungai). Komponen sistem PLTMH

river

tersebut terdiri dari bangunan intake (penyadap) – bendungan, saluran pembawa, bak pengendap dan penenang, saluran pelimpah, pipa pesat, rumah pembangkit, dan saluran pembuangan. Basic lay-out pada perencanaan pembangunan PLTMH dimulai dari:

1. Penentuan lokasi bangunan intake

Pada umumnya instalasi PLTMH merupakan pembangkit listrik tenaga air jenis aliran sungai langsung, jarang yang merupakan jenis waduk (bendungan besar).

Konstruksi bangunan intake untuk mengambil air langsung dari sungai dapat berupa bendungan (intake dam) 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.

Lokasi intake hams memitiki dasar sungai yang relatif stabt), apaiagi bila bangunan intake tersebut tanpa bendungan (intake dam). Dasar sungai yang tidak stabil mudah mengalami erosi sehingga permukaan dasar sungai lebih rendah dibandingkan dasar bangunan intake, hal ini akan menghambat aliran air memasuki

intake.

Dasar sungai berupa lapisan lempeng batuan merupakan tempat yang stabil. Tempat di mana kemiringan sungainya kecil, umumnya memiliki dasar sungai yang relatif stabil. Konstruksi bangunan intake dilengkapi dengan bendungan untuk menjaga ketinggian dasar sungai di sekitar intake. Air dari intake dialirkan ke turbin menggunakan saluran pembawa air berupa kanal dan pipa pesat (penstock).

Penggunaan pipa pesat memerlukan biaya yang lebih besar dibandingkan pembuatan kanal terbuka, sehingga dalam membuat lay out perlu diusahakan agar menggunakan pipa pesat sependek mungkin. Pada lokasi tertentu yang tidak memungkinkan pembuatan saluran pembawa, penggunaan pipa pesat yang panjang tidak dapat dihindari. Air dari intake dialirkan melalui penstock sampai ke turbin. Jalur pemipaan mengikuti aliran air, paralel dengan sungai. Metoda ini dapat dipilih seandainya pada medan yang ada tidak memungkinkan untuk dibuat kanal, seperti sisi sungai berupa tebing batuan. Perlu diperhatikan bahwa penstock harus aman terhadap banjir.

2. Penentuan bentuk aliran sungai

Salah satu permasalahan yang sering terjadi pada instalasi PLTMH adalah kerusakan pada bangunan intake yang disebabkan oleh banjir. Hal tersebut sering terjadi pada intake yang ditempatkan pada sisi luar sungai. Pada bagian sisi luar sungai mudah erosi serta rawan terhadap banjir. Batu-batuan, batang pohon, serta berbagai material yang terbawa banjir akan mengarah pada bagian tersebut. Sementara itu bagian sisi dalam sungai merupakan tempat terjadinya pengendapan lumpur dan sedimentasi, sehingga tidak cocok untuk lokasi intake. Lokasi intake yang baik terletak sepanjang bagian sungai yang relatif lurus, di mana aliran akan terdorong memasuki intake secara alami dengan membawa beban yang kecil.

3. Penentuan lokasi rumah pembangkit (power house)

Pada dasamya setiap pembangunan mikro hidro berusaha untuk mendapatkan

head yang maksimum. Konsekuensinya lokasi rumah pembangkit (power house)

berada pada tempat yang serendah mungkin. Karena alasan keamanan dan konstruksi, lantai rumah pembangkit harus seialu lebih tinggi dibandingkan permukaan air sungai. Data dan informasi ketinggian permukaan sungai pada waktu banjir sangat diperlukan dalam menentukan lokasi rumah pembangkit.

Selain lokasi rumah pembangkit berada pada ketinggian yang aman, saluran pembuangan air (tail race) harus terlindung oleh kondisi alam, seperti batu-batuan besar. Disarankan ujung saluran tail race tidak terletak pada bagian sisi luar sungai karena akan mendapat beban yang besar pada saat banjir, serta memungkinkan masuknya aliran air menuju ke rumah pembangkit.

2.3.1 Perencanaan Sipil

Perencanaan sipil terdiri dari: 1.

Pengerjaan saluran penghantar (head race)

Saluran penghantar berfungsi untuk mengalirkan air dari intake sampai ke bak penenang. Perencanaan saluran penghantar berdasarkan pada kriteria:  Nilai ekonomis yang tinggi  Efisiensi fungsi  Aman terhadap tinjauan teknis  Mudah pengerjaannya  Mudah pemeliharaannya  Struktur bangunan yang memadai  Kehilangan tinggi tekan (head losses) yang kecil 2.

Perencanaan hidrolis

Kecepatan aliran pada saluran penghantar direncanakan sedemikian rupa untuk mencegah sedimentasi akibat kecepatan rendah. Kecepatan aliran yang diizinkan dalam saluran ditetapkan dengan asumsi ukuran butir material sedimen 0,2 - 0,3 mm. Kecepatan aliran yang diizinkan pada perencanaan ini adalah: Kecepatan maksimum: 2 m/det saluran pasangan batu tanpa plesteran.

Kecepatan minimum: 0,3 m/det saluran pasangan batu plesteran; 0,5 m/det
saluran tanpa pasangan/plesteran.

3. Perencanaan bak penenang dan pengendap (head tank)

Perhitungan dimensi bak penenang diiakukan dengan beberapa kriteria, yaitu Volume bak 10-20 kali debit yang masuk untuk menjamin aliran steady di

pipa pesat dan mampu meredam tekanan balik pada saat penutupan aliran di pipa pesat.
sedimen 0,03 m/det.

Bak penenang direncanakan dengan menetapkan kecepatan vertikal partikel

menghindarkan masuknya batu atau benda-benda yang tidak diizinkan terbawa memasuki turbin, karena berpotensi merusak runner turbin.

Pipa pesat ditempatkan 15 cm di atas dasar bak penenang untuk

muka air untuk menjamin tidak terjadi turbulensi dan pusaran yang memungkinkan masuknya udara bersama aliran air di dalam pipa pesat

Pipa pesat ditempatkan pada jarak minimum 4 x D (diameter pipa pesat) dari

benda yang tidak diinginkan memasuki pipa pesat bersama aliran air.

Bak penenang dilengkapi trash rack untuk mencegah sampah dan benda-

kelengkapan untuk perawatan (pembuangan endapan sedimen).

Pipa penguras ditempatkan di bak pengendap dan bak penenang sebagai

kelebihan debit pada saat banjir. Bangunan bak penenang dan saiuran pembawa direncanakan terjaga ketinggian permukaan pada saat banjir sampai maksimum 25% dari debit desain.

Bak penenang dilengkapi pelimpah yang direncanakan untuk membuang

dengan dasar bak berupa coran beton tumbuk (tanpa tulangan) kedap air.

Konstruksi bak penenang dan pengendap berupa pasangan batu diplester

4. Perencanaan pipa pesat (penstock)

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 joint). Pemilihan material berdasarkan pertimbangan kondisi operasi, aksesibilitas, berat, sistem penyambungan, dan biaya. Diameter pipa pesat dipilih dengan pertimbangan keamanan, kemudahan proses pembuatan, ketersediaan material, dan tingkat rugi- rugi (friction losses) seminimal mungkin. Ketebalan penstock dipilih untuk menahan tekanan hidrolik dan surge pressure yang dapat terjadi. Data dan asumsi awal perhitungan pipa pesat meliputi:

1. Material pipa pesat menggunakan plat baja di-roll dan dilas (welded rolled ). Hal ini dipilih sebagai altematif terbaik untuk mendapatkan biaya

steel terkecil. Material yang digunakan adalah mild steel dengan kekuatan cukup.

2. Head losses pada sistem pemipaan (penstock) diasumsikan sekitar 4% terhadap head gross.

3. Diameter minimum pipa pesat dapat dihitung dengan persamaan

2 Pers 2. 7

D = (10,3 n Q L / H gross) 0,1875

di mana: n= Koefisien kekasaran (roughness) untuk welded steel, 0,012, Q =

3 Debit desain (m /s ), L= Panjang penstock (m), H gross = Tinggi jatuh air (gross head) (m).

Tabel 2. 2 Material Pipa Pesat

Material Young's modulus of elasticity, E (N/m

2 ) E9 linear expansion, a (n/m QC) E6 Ultimate tensile strength (N/m

2 ) E6 N

Welded steel 206 12 400 0,012 Polyethylene 0,55 140 5 0,009 Polyvinylchloride (PVC) 2.,75

54 13 3,009 Asbestos cenent n,a 8,1 na 0,011 Cast iron 78,5 10 140 0,014 Dutiie iron 16,7 11 340 0,015 4.

Tebal plat Perhitungan tebal plat dapat menggunakan persamaan

t p = (PiD/2S f K f ) + t s Pers

2. 8 di mana: t s = adalah penambahan ketebalan pipa untuk faktor korosi, P i = tekanan hidrostatik, kNi P mm 2, D= diameter dalam pipa, K

= faktor pengelasan sebesar 0,9 untuk pengelasan dengan inspeksi x-ray, faktor pengelasan sebesar 0,8 untuk pengelasan biasa, S

=desain tegangan pipa yang diizinkan.

5. Waterhammer Pada saat penutupan inlet valve dapat terjadi tekanan gelombang aliran air di dalam pipa yang dikenal sebagai waterhammer. Tekanan bak akibat tertahannya aliran air oleh penutupan katup akan berinteraksi dengan tekanan air yang menuju inlet valve sehingga terjadi tekanan tinggi yang dapat merusak penstock.

6. Tumpuan pipa pesat (saddles support) Tumpuan pipa pesat, baik pondasi anchor block, saddles support, berfungsi untuk mengikat dan menahan penstock. Jarak antar tumpuan (L) ditentukan oleh besamya defleksi maksimum penstock yang diizinkan. Jarak maksimum dudukan pondasi penstok dapat dihitung dengan formula: = 182,61 x {[(D + 0,0147)4 – D.4]/P}0,333 Pers 2. 9

di mana: D = diameter dalam penstock (m), P = berat satuan dalam keadaan penuh berisi air (kg/m).

2.3.2 Perencanaan Elektromekanikal

Perencanaan elektromekanikal terdiri dari: 1.

Pemilihan turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan, dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerjanya, turbin air dibagi menjadi dua kelompok:

1. Turbin impuls (cross-flow, pelton, dan turgo) Untuk jenis ini, tekanan pada setiap sisi sudu bagian turbin yang berputar sama.

2. Turbin reaksi (Francis, Kaplan, dan propeller) Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik. Pada beberapa daerah operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin. Pemilihan jenis turbin pada daerah operasi yang overlaping ini memerlukan perhitungan yang lebih mendalam.

Secara umum hasil survei lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTMH dengan tinggi jatuhan (head) 6 – 60 m, yang dapat dikategorikan pada head rendah dan medium.

Tabel 2. 3 Daerah Operasi Turbin

Jenis Turbin Variasi Head (m)

Kaplan dan Propeller 2 < H < 20 Francis 10 < H < 350 Pelton 50 < H < 1000

6< H <100

Crossflow

Turgo 50 < H < 250 Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu: 1.

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.

2. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.

3. 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.

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik N ,

yang didefinisikan dengan formula Pers 2. 10

N s = N x P t x 0,51 x H

di mana: N = kecepatan putaran turbin (rpm) , P maksimum turbin output

t = (kW), H = head efektif (m).

turbin dihitung dengan formula:

Output P = t 9,8 x Q x H x η t

3 di mana: Q = debit air (m /s), H = head efektif (m), = efisiensi turbin. t

η = 0,8 - 0,85 untuk turbin pelton = 0,8 - 0,9 untuk turbin francis = 0,7 - 0,8 untuk turbin crossfiow = 0,8 - 0,9 untuk turbin propeller dan Kaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air dapat dilihat pada Tabel 2. 4. Tabel 2. 4 Range kecepatan spesifik berbagai jenis turbin

Jenis Turbin Range Kecepatan Spesifik (rpm)

Turbin pelton

12 ≤Ns≤25

Turbin Francis

60 ≤Ns≤300

Turbin Crossflow

40 ≤Ns≤200

Turbin Propeller 250 ≤Ns≤ 1000

Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin maka perencanaan dan pemilihan data eksperimental berbagai jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan spesifik turbin, yaitu: Tabel 2. 5 Rumusan kecepatan spesifik berbagai jenis turbin

Kecepatan spesifik Jenis Turbin Referensi (rpm)

0,243

Turbin pelton (1 jet) Ns = 85.49/H (Siervo & Lugaresi, 1978)

0,854

Turbin Francis Ns = 3763/H (Schweiger & Gregory, 1989)

0,486

Turbin Kaplan Ns = 2283/H (Schweiger & Gregory, 1989)

0,505

Turbin Crossflow Ns = 513.25/H (Kpordze & Wamick, 1983)

0,5

Turbin Propeller Ns = 2702/H (USBR, 1976) Dengan mengetahui besaran kecepatan spesifik maka dimensi dasar turbin dapat diestimasi (diperkirakan).

Pada perencanaan PLTMH ini, pilihan turbin yang cocok untuk lokasi yang tersedia adalah:

1. Turbin propeller tipe open flume untuk head rendah sampai dengan 6 m 2.

Turbin crossflow 1 banki-mithell untuk head 6 m < H < 60 m.

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal dan biaya pembuatan/fabrikasi yang lebih murah dibandingkan tipe lainnya seperti pelton dan francis. Untuk jenis turbin crossflow T-14 dengan diameter runner 0,3 m. Turbin tipe ini memiliki efisiensi maksimum yang baik sebesar 0,74 dengan efisiensi pada debit 40% masih cukup tinggi di atas 0,6. Sementara untuk penggunaan turbin propeller open flume pabrikasi lokal ditetapkan efisiensi turbin sebesar 0,75.

Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit tenaga air skala dibandingkan jenis crossflow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai pihak (lembaga penelitian, pabrikan, import).

Putaran turbin baik propeller open flume head rendah dan turbin crossflow memiliki kecepatan yang rendah. Pada sistem mekanik turbin digunakan transmisi sabuk flat belt dan pulley untuk menaikkan putaran sehingga sama dengan putaran generator 1500 rpm. Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt diperhitungkan 0,98.

Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller open flume menggunakan sabuk V, dengan efisiensi 0.95.

Tabel 2. 6 Putaran Generator Sinkron (rpm)

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi, 50 Hz

2 3000 4 1500 6 1000 8 750

10 600 12 500 14 429

Tabel 2. 7 Run-away speed turbin, N maks/N

Jenis Turbin Putaran Nominal, N (rpm) Runaway speed

Semi Kaplan, single regulated 75-100 2-2.4 Kaplan, double regulated 75-150 2.8-3.2 Small-medium Kaplan 250-700 2.8-3.2 Francis (medium & high head) 500-1500 1.8-2.2 Francis (low head) 250-500 1.8-2.2 Pelton 500-1500 1.8-2

Crossflow

100-1000 1.8-2

2. Pemilihan generator dan sistem kontrol

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Jenis generator yang digunakan pada perencanaan PLTMH ini adalah: 1.

Generator sinkron, sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing).

2. Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal, pada perencanaan turbin propeller open flume.

Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm, 50 Hz, 3 phasa dengan keluaran tegangan 220 V/380 V. Efisiensi generator secara umum adalah:

1. Aplikasi < 10 KVA efisiensi 0,70 - 0,80

2. Aplikasi 10 – 20 KVA efisiensi 0,80 - 0,85

3. Aplikasi 20 – 50 KVA efisiensi 0,85

4. Aplikasi 50 – 100 KVA efisiensi 0,85 - 0,90

5. Aplikasi > 100 KVA efisiensi 0,90 - 0,95 Sistem kontrol yang digunakan pada perencanaan PLTMH menggunakan pengaturan beban sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban.

Apabila terjadi penurunan beban di konsumen, maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast load/dummy load.

Sistem pengaturan beban yang digunakan pada perencanaan ini adalah:

1. Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron

2. Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMA

Sistem kontrol tersebut telah dapat difabrikasi secara lokal, dan terbukti handal pada penggunaan di banyak PLTMH. Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol (switch gear). Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari:

1. Kontrol start/stop, baik otomatis, semi otomatis, maupun manual

2. Stop/berhenti secara otomatis

3. Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan: over-under voltage, over-under frequency ).

4. Emergency shut down, bila terjadi gangguan listrik (misal arus lebih) 3.

Distribusi

Sistem transmisi dan distribusi perencanaan PLTMH tidak menggunakan transformer untuk menaikkan dan menurunkan tegangan. Jarak transmisi dan distribusi sampai dengan maksimum 3 km masih memungkinkan tanpa transformer.

Losses sepanjang transmisi dan distribusi diasumsikan maksimum 5%. Sistem

transmisi menggunakan tegangan 220 V/380 V Untuk mencapai kondisi tersebut,

maka digunakan kabel transmisi utama 3 phasa Twisted AI 4 x 70 mm Kabel .

distribusi digunakan Twisted AI 4 x 35 mm , dan kabel koneksi ke konsumen

menggunakan Twisted AI 2 x 10 mm . Setiap sambungan rumah menggunakan pembatas arus untuk membatasi penggunaan beban berlebih.

2 Untuk instalasi rumah digunakan kabel NYM 2 x 1,5 mm dan NYM 3 x 1,5

mm Setiap intalasi rumah dilengkapi 3 lampu, 1 saklar double, 1 saklar tunggal, dan 1 stop kontak.

4. Rumah pembangkit

Rumah pembangkit yang merupakan titik pusat pembangkitan direncanakan dengan ukuran 3 x 4 m atau 4 x 4 m tergantung kondisi di lapangan. Pada rumah pembangkit ini akan ditempatkan peralatan elektrikal - mekanikal yang terdiri dari:

1. Turbin dan sistem mekanik

2. Generator

3. Panel control

4. Ballast load 5. Tempat peralatan/tools.

Rumah pembangkit dilengkapi dengan pengamanan terhadap petir dan arus berlebih (lightning arrester). Rumah pembangkit berupa pasangan bata dengan bangunan coran bertulang pada pondasi turbin dan penampungan air di bawah turbin sebelum keluar ke tail race.

Hal utama yang menjadi perhatian dalam pembangunan rumah pembangkit adalah aksesibilitas dan sirkulasi udara untuk melepas panas pada ballast load. Sirkulasi udara yang baik akan menjaga temperatur kerja sekitar rumah pembangkit tidak berlebih, sehingga temperatur kerja mesin dapat dijaga dengan baik.

2.3.3 Standar Nasional Indonesia untuk PLTMH Standar Nasional Indonesia (SNI) untuk PLTMH ditunjukkan pada.

Tabel 2. 8 Standar Nasional Indonesia untuk PLTMH SNI 03-7014.1-2004 Proteksi bangunan terhadap petir - Bagian 1: Prinsip umum SNI 03-7016-2004 Tata cara pengambilan contoh dalam rangka pemantauan kualitas air pada suatu daerah

Dengaliran sungat SNI 03-7017.1-2004 Lift traksi listrik pada bangunan gedung-Bagian 1: Pemeriksaan dan pengujian serah terima

SNI 04-0227-2003 Tegangan standar SNI 04-3869-2003 Karakteristik insulator tonggak saluran SNI 04-3892. 1.1-2003 Tusuk kontak dan kotak kontak untuk keperluan rumah tangga dan sejenisnya - Bagian 1-1:

Persyaratan umum (bentuk dan ukuran) SNI 04-6186.25-2003 Relai listrik - Bagian 25: Uji emisi elektromagnet pada relai pengukuran dan periengkapan proteksi SNI 04-6267.446-2003 Istilah teknik ketenagalistrikan - Bagian 446: Relai istrik SNI 04-6282.1-2003 Periengkapan hubung-bagi dan kontrol tegangan rendah - Bagian 1: Ketentuan umum SNI 04-6292.1-2003 Peranti listrik rumah tangga dan sejenisnya -

Keselamatan -Bagian 1 : Persyaratan umum SNI 04-6292.2.14-2003 Peranti listrik rumah tangga dan sejenisnya -

Keselamatan - Bagian 2-14: Persyaratan khusus untuk mesin dapur SNI 04-6292.2.2-2003 Peranti listrik rumah tangga dan sejenisnya -

Keselamatan - Bagian 2-2: Persyaratan khusus untuk pembersih vakum dan peranti pembersih sedot air SNI 04-6292.2.25-2003 Peranti listrik rumah tangga dan sejenisnya -

Keselamatan - Bagian 2-25: Persyaratan khusus untuk oven gelombang micro termasuk oven gelombang mikro kombinasi

SNI 04-6292.2.41-2003 Peranti listrik rumah tangga dan sejenisnya - Keselamatan - Bagian 2-41: Persyaratan khusus untuk pompa

SNI 04-6292.2.60-2003 Peranti listrik rumah tangga dan sejenisnya - Keselamatan - Bagian 2-60: Persyaratan khusus untuk bak rendam pusaran air

SNI 04-6292.2.69-2003 Peranti listrik untuk rumah tangga dan sejenisnya - Keselamatan - Bagian 2-69: Persyaratan khusus untuk pembersih vakum kering dan vakum basah, ermasuk sikat bertenaga, untuk penggunaan ndustri dan komersial

SNI 04-6292.2.7-2003 Peranti listrik rumah tangga dan sejenisnya - Keselamatan - Bagian 2-7: Persyaratan khusus untuk mesin cuci

SNI 04-6292.2.80-2003(2) Peranti listrik rumah tangga dan sejenisnya - Keselamatan - Bagian 2-80:Persyaratan khusus untuk kipas angin

SNI 04-6292.2.8-2003 Peranti listrik rumah tangga dan sejenisnya - Keselamatan - Bagian 2-8: Persyaratan khusus untuk alat cukur, alat pangkas rambut dan peranti sejenis

SNI 04-6545.7-2003 Keselamatan listrik dalam sistem distribusi tegangan rendah sampai dengan 1000 V a.b dan 1500 V a.s - Periengkapan untuk pengujian, pengukuran atau pemantauan terhadap pengukuran yang bersifat proteksi - Bagian 7: Urutan fase

SNI 04-6545.8-2003 Keselamatan listrik dalam sistem distribusi tegangan rendah sampai dengan 1000 V a.b dan 1500 V a.s - Periengkapan untuk pengujian, pengukuran atau pemantauan terhadap Dengukuran yang bersifat proteksi - Bagian 8: Gawai monitoring isolasi untuk siste

$NI 04-6950-2003 Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) dan Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) -Nilai ambang batas medan listrik dan medan magnet

SNI 04-6951. 1-2003 Metode uji listrik untuk kabel listrik - Bagian 1: Uji istrik untuk kabel, kabel senur dan kawat berinsulasi dengan tegangan sampai dengan 450/750 V

SNI 04-6951. 2-2003 Metode uji listrik untuk kabel listrik - Bagian 2: Uji uahan parsial SNI 04-6951.3-2003 Metode uji listrik untuk kabel listrik - Bagian 3:

Metode uji untuk pengukuran luahan parsial pada panjang kabel tegangan terekstrasi SNI 04-6952.2-2003 Gawai penghubung - Persyaratan keselamatan unit penjepit tipe sekrup dan tipe tanpa sekrup untuk konduktor tembaga listrik - Bagian 2: Persyaratan khusus konduktor 35 mm2 s.d. 300 mm2

SNI 04-6953-2003 Pembangkit listrik hidro skala kecil SNI 04-6954.1-2003 Transformator tenaga - Bagian 1: Umum SNI 04-6955.1-2003 Koordinasi insulasi untuk periengkapan pada sistem tegangan rendah - Bagian 1: Prinsip, pensyaratan dan pengujian

SNI 04-6956.1-2003 Pemutus sirkit arus sisa tanpa proteksi arus lebih terpadu untuk pemakaian rumah tangga dan sejenisnya (RCCB) - Bagian 1: Umum

SNI 04-6957-2003 Pemutus sirkit untuk periengkapan (PMS - P) SNI 04-6958-2003 Pemanfaat tenaga listrik untuk keperluan rumah

SNI 04-6959.1-2003 Perlengkapan-kendali lampu - Bagian 1: Persyaratan umum dan keselamatan

SNI 04-6959.2.3-2003 Perlengkapan-kendali lampu Bagian 2-3: Persyaratan khusus ballas elektronik disuplai a.b. untuk lampu fluoresen

SNI 04-6960-2003 Saturan udara - Persyaratan dan pengujian untuk spanser SNI 04-6961-2003 Proteksi terhadap kejut listrik - Aspek umum untuk instalasi dan periengkapan SNI 04-6970.1-2003 Material isolasi keramik dan gelas - Bagian 1:

Definisi dan klasifikasi SNI 04-6970.3-2003 Material isolasi keramik dan gelas - Bagian 3:

Spesifikasi untuk material individu SNI 04-6971-2003 Insulator untuk saluran udara dengan tegangan nominal diatas 1000 V - Unit insulator keramik atau gelas untuk sistem arus bolak-balik -Karakteristik unit insulator jenis kap dan pin

SNI 04-6972-2003 Penyajian dan spesifikasi data keandalan untuk komponen elektronik

2.3.4 Manfaat PLTMH

Manfaat PLTMH sebagai berikut: 1.

Meningkatkan taraf hidup masyarakat

Dengan adanya energi listrik untuk penerangan di malam hari, akan meningkatkan taraf hidup masyarakat, karena dengan penerangan tersebut dapat meningkatkan kerja masyarakat desa dalam meningkatkan pendapatan. Di samping itu juga akan menambah waktu belajar anak sekolah di malam hari. Informasi dari media televisi akan menambah pengetahuan bagi masyarakat dan dengan pengetahuan yang berguna dapat mengubah cara hidup yang lebih baik sesuai dengan pemanfaatan masyarakat itu sendiri.

2. Pengembangan potensi wilayah

Energi listrik yang mencukupi untuk terbentuknya suatu industri merupakan sasaran utama bagi peningkatan sumber daya manusia, sehingga dengan bertumbuhnya industri seperti tersebut di atas sekaligus juga akan menambah keterampilan masyarakat tersebut dalam bidang yang ditekuninya, yang pada akhimya akan menjadikan daerah industri yang berwawasan potensi daerah. Dengan potensi daerah yang sudah terbentuk akan dapat mengembangkan wilayah sesuai dengan potensi tersebut.

3. Penurunan harga produksi

Mengingat sumber daya air dapat diperoleh secara alami maka energi listrik yang didapatkan dan tenaga air adalah energi listrik yang murah, sehingga dalam suatu proses produksi akan mendapatkan hasil yang lebih murah apabila energi industri tersebut didapat dari proses menggunakan bahan bakar minyak. Dengan memanfaatkan tenaga air sekaligus juga menghemat energi yang diproduksi oleh pembangkit lain. Semakin banyak energi murah ini digunakan untuk industri-industri kecil maka akan dapat menekan harga produksi kerajinan.

4. Terbentuknya usaha kelistrikan yang baru

BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Evalu{si Kinerja Pembangkit Listfik Tenaga Mikro Hidro Di Desa Buluh Awar Kecamatao Sibolangit Kabupaten Deli Serdatrg Propirsi Sumatera Utara