Evaluasi Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Desa Jamur Gele Kecamatan Putri Betung Kabupaten Gayo Lues Provinsi Aceh

8

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1

Pengertian PLTMH
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro (PLTMH), biasa disebut mikro

hidro, adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air
sebagai penggeraknya, misalnya saluran irigasi, sungai atau air terjun alam,
dengan cara memanfaatkan tinggi terjunnya (head, dalam meter) dan jumlah debit
airnya (m3/detik).
Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik
berskala kecil dengan out put antara 1MW – 10 MW yang memanfaatkan aliran
air sebagai sumber tenaga. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak
disebut dengan clean energi karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi,
PLTMH memiliki konstruksi yang masih sederhana dan mudah dioperasikan serta
mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Dari segi ekonomi, biaya
operasi dan perawatannya relatih murah sedangkan investasinya cukup bersaing
dengan pembangki listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH lebih mudah diterima

masyarakat luas dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya seperti PLTN.
Prinsip kerja PLTMH adalah memanfaatkan beda tinggi dan jumlah debit
air per detik yang ada pada aliran atau sungai. Air yang mengalir melalui intake
dan diteruskan oleh saluran pembawa hingga penstock, akan memutar poros
turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Turbin air akan memutar generator

8
Universitas Sumatera Utara

9

dan menghasilkan listrik. Pada Gambar 2.1. menunjukkan contoh Keseluruhan
sistem PLTMH.

Gambar 2.1 Bagan Sebuah PLTMH
Penjelasan:
Komponen-komponen PLTMH
1. Bendung dan Bangunan Penyadap

Gambar 2.2 Desain Tiga Dimensi Dan Komponen-Komponen Intake Terkait.

Universitas Sumatera Utara

10

1.1.

Pengertian Dan Fungsi Umum
1.1.1.Bendung (weir)
Bendungan berfungsi untuk menaikkan / mengontrol tinggi air sungai

sehingga air dapat dialihkan kedalam intake.

•

Sayap Bendung ( wings wall )

(a)

(b)

Gambar. 2.3 Bendungan

•

Sayap Bendung ( wings wall)
Sayap bendung terbuat dari pasangan batu kali, gunanya untuk mencegah
erosi tepi sungai dan banjir yang dapat menghancurkan pekerjaan sipil.

•

Penahan Gerusan
Penahan gerusan terbuat dari pasangan batu/beronjong gunanya untuk
mencegah erosi dasar sungai di hilir bendung.

•

Pintu Gerusan dan Saluran Penguras ( flushing gate and flushing canal )
Pintu penguras dipasang diantara bendung dan intake yang dibutuhkan
untuk mencegah terjadinya endapan didaerah intake. Air yang digunakan

Universitas Sumatera Utara

11

untuk mengguras dialirkan melalui saluran penguras yang kemudian
dialirkan kembali ke sungai pada sisi setelah bendung.
•

Bangunan Pengalih (intake)
Bangunan pengalih berfungsi untuk mengalihkan air melalui sebuah
pembuka di bagian sisi sungai ke dalam sebuah bak pengendap.

(a)

(b)
Gambar. 2.4.Intake

•

Saluran Pengalih (intake channel)

Saluran pengalih berfungsi untuk mengalirkan air dari intake ke saluran
pembawa. Saluran intake terbuat dari pasngan bau kali dan dilengkapi
dengan pelimpah samping dan pintu intake.

(a)

(b)

Gambar 2.5. Saluran Pengalih

Universitas Sumatera Utara

12

•

Pintu intake
Pintu intake berguna untuk menutup dan membuka saluran intake,
menutup saluran biasanya dilakukan pada saat pemeliharaan atau
terjadinya renovasi pada saluran. Atau pada saat banjir digunakan untuk

mengurangi volume air yang masuk ke saluran.

(a)

(b)
Gambar 2.6. Pintu Intake

1.1.2. Saluran Pembawa ( headrace )
Merupakan saluran yang mengalirkan air dari saluran intake menuju pipa
pesat dengan menjaga ketinggian muka airnya. Tipe Saluran Pembawa
biasanya sangat tergantung pada kondisi topografi geologi daerah yang
dilewati, dan dapat berupa saluran terbuka, pipa ataupun terowongan.
Konstruksi saluran pembawa dapat berupa pasangan batu kali atau hanya
berupa tanah yang digali. Jika saluran pembawa panjang perlu
dilengkapi dengan saluran pelimpah untuk setiap jarak tertentu karena
jika terjadi banjir pada saluran tersebut, maka kelebihan air akan
terbuang melalui saluran pelimpah.

Universitas Sumatera Utara

13

(a)

(b)
Gambar 2.7. Saluran Pembawa

1.1.3. Bak pengendap ( settling basin )
Bak pengendap ini biasanya seperti kolam yang dibuat dengan
memperdalam dan memperlebar sebagian saluran pembawa dan
menambahnya saluran penguras. Fungsimya untuk mengendapkan pasir
dan kotoran yang hanyut sehingga air yang masuk keturbin relatif bersih.
1.1.4. Bak Penenang ( forebay)
Bak Penenang (Forebay) terletak diujung saluran pembawa. Fungsi bak
penenang secara kasar ada dua jenis yaitu :
a. Mengontrol perbedaan debit dalam penstock dan sebuah saluran
pembawa karena fluktuasi beban
b. Pemindahan sampah terakhir (tanah dan pasir, kayu yang
mengapung, dll.) dalam air yang mengalir.
Bak penenang dilengkapi dengan :

a. Saluran pelimah untuk air yang berlebih ( over flow )

Universitas Sumatera Utara

14

b. Lubang untuk menguras bak dan sedimen,
c. Saringan untuk mencegah masuknya sampah yang mengapung.

Gambar 2.8. Bak Penenang

Universitas Sumatera Utara

15

1.1.5. Pipa pesat ( penstock )
Pipa pesat dapat terbuat dari logam atau plastik dengan diameter yang
berbeda-beda. Spesifi kasi dan ukuran detil pipa disediakan oleh
desainer di dalam gambar desain dan spesifikasi. Beberapa jenis bahan
pipa pesat dapat dilihat sebagai berikut:

a.

Pipa PVC
Pipa PVC dapat disambung dengan soket yang di lem atau dengan
sealing karet. Pipanya harus terlindung dari sinar matahari; yang paling
baik adalah dengan cara ditimbun di dalam tanah (lihat bagian
‘penimbunan’ untuk detilnya). Apabila tidak ditimbun, pipa mesti
dibungkus dengan material yang bisa melindungi dari sinar matahari
(misalnya dengan dengan plastik dan di ikat dengan kawat).

b.

Pipa Baja
Pipa besi bisa berupa pipa yang dibuat dari lembaran baja atau pipa
bikinan pabrik dengan ukuran sedemikian rupa sehingga mudah untuk
diangkut dengan alat transportasi, mudah dipasang dan mudah
disambung. Pipa yang terbuat dari gulungan lembaran baja biasanya
sudah digulung dibengkel, yang kemudian dilas di lokasi PLTMH.
Penyambungan ruas ruas pipa besi dapat dilakukan dengan cara dilas di
lokasi atau dengan flange yang di sambung dengan baut.

Universitas Sumatera Utara

16

Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam mendisain dan
perawatan pipa pesat:
•

Sambungan Pada Pipa.
Sambungan muai (Expansion joint) harus di pasang pada pipa pesat
yang terbuat dari besi jika jarak antara dua angkur blok lebih dari 2
meter. Sambungan muai menjaga pergerakan memanjang pipa yang di
sebabkan oleh:

•

perbedaan suhu, terutama pada saat pipa berisi air dan pada saat pipa
kosong dan terkena sinar matahari.

•

perubahan

gaya

hidrostatik

di

dalam

pipa

yang

cenderung

merenggangkan/memisahkan pipa atau sambungannya.
Sambungan muai biasanya dibuat dari baja ringan. Sambungan muai
yang paling umum digunakan adalah sambungan muai sarung (sleeve
expansion joint) yang dilengkapi dengan pack ing ring asbes dan pack
ing gland untuk menghentikan kebocoran air. Untuk PLTMH tertentu
sambungan muai belos/apar (bellow-expansion-joint) dapat digunakan
seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Gambar 2.9.Sambungan Pipa Pesat

Universitas Sumatera Utara

17

•

Perlindungan Terhadap Karat.
Pelindung karat untuk pipa pesat besi juga sangat diperlukan untuk
menjaga ketahanan pipa pada korosi. Perlindungan karat pipa besi yang
di atas tanah harus di lapisi dengan satu lapisan primer (meni besi) dan
kemudian dua lapisan akhir tar epoxy atau cat besi. Untuk pipa pesat
besi yang di timbun dalam tanah, lapisan akhir harus terdiri dari tiga
lapisan cat besi.

•

Balok Angkur.
Blok angkur merupakan struktur beton kokoh yang diperlukan untuk
menahan gaya yang terjadi di dalam pipa pesat. Blok angkur di bak
penenang (awal pipa pesat) dan di rumah turbin (yang masuk ke turbin)
sangat penting. Tambahan blok angkur juga di perlukan apabila terjadi
perubahan arah pipa (belokan vertikal dan horizontal) dan perubahan
(reduksi) diameter.

•

Penyangga Pipa Pesat.
Pipa pesat yang di pasang di atas tanah harus dilengkapi dengan
penyangga sepanjang pipa pesat seperti yang dijelaskan dalam gambar
disain di bawah ini. Penyangga ini terbuat pasangan batu kali. Sebagian
PLTMH menggunakan profil baja pada kondisi yang curam atau relatif
vertikal. Struktur penyangga pipa pesat dibuat agar pipa pesat tersebut
tidak sulit untuk bergerak memanjang karena pemuaian/kontraksi tetapi
dengan gesekan yang minimum. Untuk itu permukaan pipa pesat yang
bergesekan dengan penyangganya harus dilapisi dengan aspal bitumen
atau material lainnya (plastik, baja berpelumas). Saluran kecil

Universitas Sumatera Utara

18

sebaiknya dibuat untuk menguras air (hujan atau bocor) dari permukaan
kontak pipa dan penyangga.

Gambar 2.10. Potongan Memanjang dan Melintang Balok Penyangga

1.1.6. Turbin dan generator ( turbine and generator )
Turbin mengubah atau mengkonversikan energi potensial air menjadi
energi mekanik berupa putaran poros turbin. Putaran poros turbin ini
yang akan diteruskan untuk memutar poros generator.Turbin berfungsi
untuk mengkonversi energi aliran air menjadi energi putaran mekanis.

Gambar 2.11 Turbin dan Generator

Universitas Sumatera Utara

19

1.1.7. Rumah pembangkit (power house)
Rumah pembangkit dibangun untuk menampung dan melindungi
peralatan turbin dan generator (dinamo) dari orang yang tidak
berkepentingan dan dari kerusakan yang mungkin timbul akibat cuaca.
Di dalam rumah turbin biasanya juga terdapat tempat untuk swith
board, transformer ( jika diperlukan) dan area untuk pekerjaan
pemeliharaan termasuk lemari/rak untuk peralatan dan suku cadang.
Tata letak peralatan-peralatan ini menentukan ukuran dari rumah turbin.
Perlu pula disediakan ruang yang cukup untuk pembongkaran unit
turbin-generator di dalam rumah pembangkit. Area yang di perlukan
untuk pekerjaan tersebut sekurang-kurangnya satu setengah (1.5) kali
dari area unit turbin ketika beroperasi. Pintu rumah pembangkit harus
cukup besar agar komponen terbesar peralatan mekanikal elektrikal
dapat masuk ke dalamnya.

Gambar 2.12. Power House

Universitas Sumatera Utara

20

1.1.7. Saluran pembuang (tail race).
Saluran pembuang mengalirkan air dari turbin kembali ke sungai.
Saluran pembuang perlu didesain cukup luas agar air buangan turbin
dapat mengalir dengan aman. Dinding pengaman pada sungai dan
posisi ketinggian lantai rumah turbin dibuat cukup tinggi, yaitu di atas
tinggi muka air maksimum pada saat banjir. Perlu diperhatikan erosi
dan endapan dalam saluran pembuang. Erosi dapat berbahaya untuk
stabilitas bangunan.
Pembangkit tenaga air merupakan suatu bentuk perubahan tenaga
dari tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga
listrik, dengan menggunakan turbin air dan generator.Daya yang keluar
dari generator dapat diperoleh dari perkalian efisiensi turbin dan
generator dengan daya yang keluar secara teoritis.
Bentuk pembangkit tenaga mikro hidro adalah bervariasi, tetapi
prinsipkerjanya adalah sama, yaitu:
"Perubahan tenaga potensial air menjadi tenaga elektrik (listrik)".
Perubahan memang tidak langsung, tetapi berturut-turut melalui
perubahan sebagai berikut :
 Tenaga potensial >Tenaga kinetik
 Tenaga kinetik>Tenaga mekanik
 Tenaga mekanik>Tenaga listrik
Tenaga potensial adalah tenaga air karena berada pada
ketinggian. Tenaga kinetik adalah tenaga air karena mempunyai

Universitas Sumatera Utara

21

kecepatan. Tenaga mekanik adalah tenaga kecepatan air yang terus
memutar kincir/turbin. Tenaga elektrik adalah hasil dari generator yang
berputar akibat berputarnya kincir/turbin.
Prinsip kerja PLTMH yang paling utama adalah memanfaatkan
semaksimal mungkin energi air yang dapat ditangkap oleh peralatan
utamanya yang disebut turbin/kincir air. Efisiensi kincir air yang dipilih
untuk menangkap energi air tersebut menentukan besarnya energi
mekanik atau energi poros guna memutar generator listrik.
Umumnya PLTMH yang dibangun jenis run off river dimana
head diperoleh tidak dengan membangun bendungan besar, melainkan
dengan mengalihkan aliran air sungai ke satu sisi dari sungai dan
menjatuhkannya lagi ke sungai pada suatu tempat dimana beda tinggi
yang diperlukan sudah diperoleh. Dengan menggunakan pipa, air
dialirkan kerumah pembangkit (power house) yang biasanya dibangun
di pinggir sungai. Kemudian air akan menyemprot keluar memutar roda
turbin (runner), kemudian air tersebut dikembalikan ke sungai asalnya.
Energi mekanik putaran poros turbin akan diubah menjadi energi listrik
oleh sebuah generator.
Pembangkit listrik tenaga air dibawah ukuran 300 KW
digolongkan

sebagai

PLTMH.Dalam

perencanaan

pembangunan

sebuah. PLTMH, diperlukan pengetahuan tentang:
 Hidrologi
 Kelistrikan
 Bangunan sipil

Universitas Sumatera Utara

22

 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 diwilayah pedesaan dan desa terpencil yang belum terjangkau
jaringanlistrik.
2. Tenaga utama menggunakan air, yang merupakan sumber energi
yangabadi tidak seperti bahan bakar untuk PLTU atau PLTN
yangmenggunakan bahan bakar fosil atau nuklir.
3. Biaya pengoperasian dan pemeliharan PLTMH sangat rendah
jikadibandingkan dengan PLTU atau PLTN.
4. Melayani kebutuhan aktual daya listrik di wilayah pedesaan terpencil
yang umumnya rendah dengan daya beli masyarakat yang juga rendah.
5. PLTMH cukup sederhana untuk dimengerti dan cukup mudah
untukdioperasikan.
6. Perkembangan mutakhir yang telah dicapai pada pengembangan
turbinair, telah dimungkinkan untuk memanfaatkan jenis turbin yang
sesuaidengan keadaan setempat.
7. Pengembangan

PLTMH

dengan

memanfaatkan

arus

sungai

dapatmenimbulkan manfaat lain seperti pariwisata, perikanan, irigasi
danpengendalian banjir. Dan

Universitas Sumatera Utara

23

8. Meningkatkan

kegiatan

perekonomian

sehingga

diharapkan

dapatmenambah 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
aliransungai tersebut sangat bervariasi sehingga pada umumnya
tenaga andalanatau tenaga mantap akan sangat kecil jika dibandingkan
dengan kapasitastotalnya.

2.
2.2

Tidak mampu menghasilkan tenaga yang besar.

Tenaga Listrik dan Air
Sebuah skema hidro memerlukan 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,
danmenyalurkan 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) ............... 2.1
atau
Daya yang keluar = Daya yang masuk x Efisiensi konversi ........................... 2.2
Persamaan di atas biasanya digunakan untuk menggambarkan perbedaan

Universitas Sumatera Utara

24

yang kecil. Daya yang masuk, atau total daya yang diserap oieh skema hidro
adalah daya kotor pffms. Daya yang bermanfaat dikirim adalah daya bersih Pnet.
Semuaefisiensi dari skema gambar diatas disebut E0.
Pnet = Pgross x E0 ......................................................................................... 2.3
Daya kotor adalah headkotor (Hgross) yang dikalikan dengan debit air (Q) dan
jugadikaitkan dengan sebuah faktor gravitasi bumi (g = 9,8m/s2), sehingga
persamaandasar dari pembangkit listrik adalah:
Pnet = g x Hgross x Q x Eo(kW) ..................................................................... 2.4
Dimana head dalam meter, dan debit air dalam m3/s, dan total E0 sebagaiberikut:
E0 = Ekonstruksi sipil x Epenstock x Eturbin x Egenerator x Esistem control x
Ejaringan x Etrafo ................................................................................. 2.5
Biasaya:
Ekonstruksi sipil
= 1,0 – (panjang saluran x 0,002 – 0,005) / Hgross
Epenstock
= 0,90 – 0,95 (tergantung pada panjangnya)
Eturbin
= 0,70 – 0,85 (tergantung pada tipe turbin)
Egenerator = 0,80 – 0,95 (tergantung pada kapasitas generator)
Esistem control
= 0,97
Ejaringan
= 0,90 – 0,98 (tergantung pada panjang jaringan)
Etrafo
= 0,98
Ekonstruksi sipil dan Epenstock adalah yang biasa diperhitungkan sebagai
“HeadLoss (Hloass) / kehilangan ketinggian. Dalam kasus ini, persamaan di atas
dirubah kepersamaan berikut.
Pnet = g x (Hgross – Hloss) x Q x (E0 – Ekonstruksi – Epenstock) (kW) ...... 2.6
Persamaan sederhana ini harus diingat

: ini adalah inti dari

semuaperencanaan pekerjaan pembangkit listrik. Ini penting untuk menggunakan
unit -unityang benar.

Universitas Sumatera Utara

25

Gambar 2. 13 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

dasamyamemanfaatkan energi potensial air. Semakin tinggi jatuh air (head) maka
semakinbesar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di
samping faktorgeografis yang memungkinkan, tinggi jatuh air (head) dapat pula
diperoleh denganmembendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi.
Secara umum lay out sistem PLTMH merupakan pembangkit jenis run
ofriver, memanfaatkan aliran air permukaan (sungai). Komponen sistem
PLTMHtersebut terdiri dari bangunan intake (penyadap) – bendungan, saluran
pembawa, bakpengendap dan penenang, saluran pelimpah, pipa pesat, rumah
pembangkit,

dansaluran

pembuangan.

Basic

lay-out

pada

perencanaan

pembangunan PLTMH dimulaidari:

Universitas Sumatera Utara

26

1.

Penentuan lokasi bangunan intake
Pada umumnya instalasi PLTMH merupakan pembangkit listrik tenaga

airjenis aliran sungai langsung, jarang yang merupakan jenis waduk (bendungan
besar).Konstruksi bangunan intake untuk mengambil air langsung dari sungai
dapat berupabendungan (intake dam) yang melintang sepanjang lebar sungai atau
langsungmembagi aliran air sungai tanpa dilengkapi bangunan bendungan. Lokasi
intakeharus dipilih secara cermat untuk menghindarkan masalah di kemudian hari.
Lokasi intake hams memitiki dasar sungai yang relatif stabt), apaiagi
bilabangunan intake tersebut tanpa bendungan (intake dam). Dasar sungai yang
tidakstabil mudah mengalami erosi sehingga permukaan dasar sungai lebih
rendahdibandingkan dasar bangunan intake, hal ini akan menghambat aliran air
memasukiintake.
Dasar sungai berupa lapisan lempeng batuan merupakan tempat yang
stabil.Tempat di mana kemiringan sungainya kecil, umumnya memiliki dasar
sungai yangrelatif stabil. Konstruksi bangunan intake dilengkapi dengan
bendungan untukmenjaga ketinggian dasar sungai di sekitar intake. Air dari intake
dialirkan ke turbinmenggunakan saluran pembawa air berupa kanal dan pipa pesat
(penstock).Penggunaan pipa pesat memerlukan biaya yang lebih besar
dibandingkan pembuatankanal terbuka, sehingga dalam membuat lay out perlu
diusahakan agar menggunakanpipa pesat sependek mungkin. Pada lokasi tertentu
yang tidak memungkinkanpembuatan saluran pembawa, penggunaan pipa pesat
yang panjang tidak dapatdihindari. Air dari intake dialirkan melalui penstock
sampai ke turbin. Jalur pemipaanmengikuti aliran air, paralel dengan sungai.

Universitas Sumatera Utara

27

Metoda ini dapat dipilih seandainya padamedan yang ada tidak memungkinkan
untuk dibuat kanal, seperti sisi sungai berupatebing batuan. Perlu diperhatikan
bahwa penstock harus aman terhadap banjir.
2.

Penentuan bentuk aliran sungai
Salah satu permasalahan yang sering terjadi pada instalasi PLTMH

adalahkerusakan pada bangunan intake yang disebabkan oleh banjir. Hal tersebut
seringterjadi pada intake yang ditempatkan pada sisi luar sungai. Pada bagian sisi
luarsungai mudah erosi serta rawan terhadap banjir. Batu-batuan, batang pohon,
sertaberbagai material yang terbawa banjir akan mengarah pada bagian
tersebut.Sementara itu bagian sisi dalam sungai merupakan tempat terjadinya
pengendapanlumpur dan sedimentasi, sehingga tidak cocok untuk lokasi intake.
Lokasi intakeyang baik terletak sepanjang bagian sungai yang relatif lurus, di
mana aliran akanterdorong memasuki intake secara alami dengan membawa
beban yang kecil.
3.

Penentuan lokasi rumah pembangkit (power house)
Pada dasamya setiap pembangunan mikro hidro berusaha untuk

mendapatkanhead yang maksimum. Konsekuensinya lokasi rumah pembangkit
(power house)berada pada tempat yang serendah mungkin. Karena alasan
keamanan dankonstruksi, lantai rumah pembangkit harus seialu lebih tinggi
dibandingkanpermukaan air sungai. Data dan informasi ketinggian permukaan
sungai pada waktubanjir sangat diperlukan dalam menentukan lokasi rumah
pembangkit.

Universitas Sumatera Utara

28

Selain lokasi rumah pembangkit berada pada ketinggian yang aman,
saluranpembuangan air (tail race) harus terlindung oleh kondisi alam, seperti
batu-batuanbesar. Disarankan ujung saluran tail race tidak terletak pada bagian
sisi luar sungaikarena akan mendapat beban yang besar pada saat banjir, serta
memungkinkanmasuknya 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

bakpenenang. Perencanaan saluran penghantar berdasarkan pada kriteria:

2.

•

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

Perencanaan hidrolis
Kecepatan aliran pada saluran penghantar direncanakan sedemikian rupa

untukmencegah sedimentasi akibat kecepatan rendah. Kecepatan aliran yang
diizinkandalam saluran ditetapkan dengan asumsi ukuran butir material sedimen
0,2 - 0,3 mm.

Universitas Sumatera Utara

29

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.

Perencanaan bak penenang dan pengendap (head tank)

3.

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.

•

Bak penenang direncanakan dengan menetapkan kecepatan vertikal
partikel sedimen 0,03 m/det.

•

Pipa pesat ditempatkan 15 cm di atas dasar bak penenang untuk
menghindarkan masuknya batu atau benda-benda yang tidak diizinkan
terbawa memasuki turbin, karena berpotensi merusak runner turbin.

•

Pipa pesat ditempatkan pada jarak minimum 4 x D (diameter pipa pesat)
dari muka air untuk menjamin tidak terjadi turbulensi dan pusaran yang
memungkinkan masuknya udara bersama aliran air di dalam pipa pesat

•

Bak penenang dilengkapi trash rack untuk mencegah sampah dan
bendabenda yang tidak diinginkan memasuki pipa pesat bersama aliran air.

•

Pipa penguras ditempatkan di bak pengendap dan bak penenang sebagai
kelengkapan untuk perawatan (pembuangan endapan sedimen).

Universitas Sumatera Utara

30

•

Bak penenang dilengkapi pelimpah yang direncanakan untuk membuang
kelebihan debit pada saat banjir. Bangunan bak penenang dan saiuran
pembawa direncanakan terjaga ketinggian permukaan pada saat banjir
sampai maksimum 25% dari debit desain.

•

Konstruksi bak penenang dan pengendap berupa pasangan batu diplester
dengan dasar bak berupa coran beton tumbuk (tanpa tulangan) kedap air.

4.

Perencanaan pipa pesat (penstock)
Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan

airdari bak penenang (forebay tank). Perencanaan pipa pesat mencakup
pemilihanmaterial, 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
pertimbangankeamanan, kemudahan proses pembuatan, ketersediaan material, dan
tingkat rugirugi(friction losses) seminimal mungkin. Ketebalan penstock dipilih
untuk menahantekanan hidrolik dan surge pressure yang dapat terjadi. Data dan
asumsi awalperhitungan pipa pesat meliputi:
1. Material pipa pesat menggunakan plat baja di-roll dan dilas (welded rolled
steel). Hal ini dipilih sebagai altematif terbaik untuk mendapatkan
biayaterkecil. 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

Universitas Sumatera Utara

31

D = (10,3 n2 Q2 L / H gross) 0,1875 ...................................... 2.7
Di mana:
n
= Koefisien kekasaran (roughness) untuk welded steel, 0,012,
Q
=Debit desain (m3/s),
L= Panjang penstock (m),
Hgross= Tinggi jatuhair (gross head) (m).
Tabel 2.1 Material Pipa Pesat

4. Tebal plat
Perhitungan tebal plat dapat menggunakan persamaan
tp =(PiD/2SfKf) + ts ........................................................................... 2.8
di mana:
ts
Pi
D
Kf

= adalah penambahan ketebalan pipa untuk faktor korosi,
= tekanan hidrostatik, kNi P mm 2,
= diameter dalam pipa,
=faktor pengelasan sebesar 0,9 untuk pengelasan dengan inspeksi
x -ray, faktor pengelasan sebesar 0,8 untuk pengelasan biasa,
Sf = desain tegangan pipa yang diizinkan.
5. Waterhammer
Pada saat penutupan inlet valve dapat terjadi tekanan gelombang aliran air
didalam pipa yang dikenal sebagai waterhammer. Tekanan bak akibat
tertahannya aliran air oleh penutupan katup akan berinteraksi dengan

Universitas Sumatera Utara

32

tekanan air yang menuju inlet valve sehingga terjadi tekanan tinggi yang
dapatmerusak 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:
L = 182,61 x {[(D + 0,0147)4 – D.4]/P}0,333 ..................................... 2.9
di mana:
D= diameter dalam penstock (m),
P= berat satuan dalam keadaanpenuh 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,

danenergi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran
poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik.
Berdasarkanprinsip 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
berputarsama.
2. Turbin reaksi (Francis, Kaplan, dan propeller)
Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik. Pada beberapa
daerahoperasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin.

Universitas Sumatera Utara

33

Pemilihan jenis turbin pada daerah operasi yang overlaping ini
memerlukan perhitungan yanglebih mendalam.
Secara

umum

hasil

survei

lapangan

mendapatkan

potensi

pengembanganPLTMH dengan tinggi jatuhan (head) 6 – 60 m, yang dapat
dikategorikan pada headrendah dan medium.
Tabel 2.2 Daerah Operasi Turbin

Pemilihan

jenis

turbin

dapat

ditentukan

berdasarkan

kelebihan

dankekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang
sangatspesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan
denganmempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi
sistem operasiturbin, yaitu:
1. Faktor tinggi jatuhan air efektif (net head) dan debit yang akan
dimanfaatkanuntuk operasi turbin merupakan faktor utama yang
mempengaruhi pemilihanjenis turbin. Sebagai contoh turbin pelton
efektif untuk operasi pada headtinggi, sementara turbin propeller sangat
efektif beroperasi pada head rendah.
2. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit
yangtersedia.

Universitas Sumatera Utara

34

3. Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator.
Sebagaicontoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator
dengan turbinpada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat
mencapai putaranyang diinginkan, sementara turbin pelton dan
crossflow berputar sangatlambat (low speed) yang akan menyebabkan
sistem tidak beroperasi.
Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai kecepatan spesifik
Ns,yang didefinisikan dengan formula
Ns= N x Pt x 0,51 x H ......................................................................... 2.10
di mana:
N = kecepatan putaran turbin (rpm) ,
Pt = maksimum turbin output (kW),
H = head efektif (m).
Output turbin dihitung dengan formula:
Pt = 9,8 x Q x H x ηt ............................................................................ 2.11
di mana:
Q = debit air (m3/s),
H = head efektif (m),
ηt = efisiensi turbin.
= 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)

tertentuberdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin
air dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Universitas Sumatera Utara

35

Tabel 2.3 Range kecepatan spesifik berbagai jenis turbin

Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin maka perencanaan dan
pemilihanjenis turbin akan menjadi lebih mudah. Beberapa formula yang
dikembangkan daridata eksperimental berbagai jenis turbin dapat digunakan untuk
melakukan estimasiperhitungan kecepatan spesifik turbin, yaitu:
Tabel 2.4 Rumusan kecepatan spesifik berbagai jenis turbin

Dengan mengetahui besaran kecepatan spesifik maka dimensi dasar turbin
dapat diestimasi (diperkirakan).

Universitas Sumatera Utara

36

Pada perencanaan PLTMH ini, pilihan turbin yang cocok untuk lokasi
yang tersediaadalah:
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
secaralokal dan biaya pembuatan/fabrikasi yang lebih murah dibandingkan tipe
lainnyaseperti pelton dan francis. Untuk jenis turbin crossflow T-14 dengan
diameter runner0,3 m. Turbin tipe ini memiliki efisiensi maksimum yang baik
sebesar 0,74 denganefisiensi pada debit 40% masih cukup tinggi di atas 0,6.
Sementara untuk
penggunaan turbin propeller open flume pabrikasi lokal ditetapkan efisiensi
turbinsebesar 0,75.
Penggunaan kedua jenis turbin tersebut untuk pembangkit tenaga air
skalamikro (PLTMH), khususnya crossflow T-14 telah terbukti handal di
lapangandibandingkan jenis crossflow lainnya yang dikembangkan oleh berbagai
pihak(lembaga penelitian, pabrikan, import).
Putaran turbin baik propeller open flume head rendah dan turbin
crossflowmemiliki kecepatan yang rendah. Pada sistem mekanik turbin digunakan
transmisisabuk flat belt dan pulley untuk menaikkan putaran sehingga sama
dengan putarangenerator 1500 rpm. Efisiensi sistem transmisi mekanik flat belt
diperhitungkan 0,98.Sementara pada sistem transmisi mekanik turbin propeller
open flumemenggunakansabuk V, dengan efisiensi 0.95.

Universitas Sumatera Utara

37

Tabel 2.5 Putaran Generator Sinkron (rpm)

Tabel 2.6Run-away speed turbin, N maks/N

2.

Pemilihan generator dan sistem kontrol
Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi

mekanikmenjadi energi listrik. Jenis generator yang digunakan pada perencanaan
PLTMH iniadalah:
1. Generator sinkron, sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation) dengan
penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing).

Universitas Sumatera Utara

38

2.Induction Motor sebagai Generator (IMAG) sumbu vertikal, pada
perencanaanturbin propeller open flume.
Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm, 50 Hz, 3 phasa
dengankeluaran 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

menggunakanpengaturan beban sehingga jumlah output daya generator selalu
sama dengan beban.Apabila terjadi penurunan beban di konsumen, maka beban
tersebut akan dialihkanke 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
terbuktihandal pada penggunaan di banyak PLTMH. Sistem kontrol ini
terintegrasi padapanel 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

Universitas Sumatera Utara

39

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

3.

Distribusi
Sistem

transmisi

dan

distribusi

perencanaan

PLTMH

tidak

menggunakantransformer untuk menaikkan dan menurunkan tegangan. Jarak
transmisi dandistribusi sampai dengan maksimum 3 km masih memungkinkan
tanpa transformer.Losses sepanjang transmisi dan distribusi diasumsikan
maksimum 5%. Sistemtransmisi menggunakan tegangan 220 V/380 V Untuk
mencapai kondisi tersebut,maka digunakan kabel transmisi utama 3 phasa Twisted
AI 4 x 70 mm2. Kabeldistribusi digunakan Twisted AI 4 x 35 mm2, dan kabel
koneksi ke konsumenmenggunakan Twisted AI 2 x 10 mm2. Setiap sambungan
rumah menggunakanpembatas arus untuk membatasi penggunaan beban berlebih.
Untuk instalasi rumah digunakan kabel NYM 2 x 1,5 mm2 dan NYM 3 x
1,5mm2 Setiap intalasi rumah dilengkapi 3 lampu, 1 saklar double, 1 saklar
tunggal, dan1 stop kontak.
4.

Rumah pembangkit
Rumah

pembangkit

yang

merupakan

titik

pusat

pembangkitan

direncanakandengan ukuran 3 x 4 m atau 4 x 4 m tergantung kondisi di lapangan.
Pada rumahpembangkit ini akan ditempatkan peralatan elektrikal - mekanikal
yang terdiri dari:
1. Turbin dan sistem mekanik
2. Generator

Universitas Sumatera Utara

40

3. Panel control
4. Ballast load
5. Tempat peralatan/tools.
Rumah pembangkit dilengkapi dengan pengamanan terhadap petir dan
arusberlebih (lightning arrester). Rumah pembangkit berupa pasangan bata
denganbangunan coran bertulang pada pondasi turbin dan penampungan air di
bawah turbinsebelum keluar ke tail race.
Hal utama yang menjadi perhatian dalam pembangunan rumah
pembangkit adalahaksesibilitas dan sirkulasi udara untuk melepas panas pada
ballast load. Sirkulasiudara yang baik akan menjaga temperatur kerja sekitar
rumah pembangkit tidakberlebih, sehingga temperatur kerja mesin dapat dijaga
dengan baik.
2.4

Analisa Hidrologi
Hidrologi merupakan tahapan awal perecanaan suatu rancang bangunnan

dalam suatu DAS untuk memperkirakan besarnya debit banjir yang terjadi
didaerah tersebut. Pada saat air hujan jatuh ke bumi, sebagian air jatuh langsung
ke permukaan bumi dan ada juga yang terhambat oleh vegetasi (Intersepsi).
Intersepsi memiliki 3 macam, yaitu interception loss, through fall, dan stem flow.
Interception loss adalah air yang jatuh ke vegetasi tetapi belum sampai mencapi
tanah sudah menguap. Through fall adalah air hujan yang tidak langsung jatuh ke
bumi, tetapi terhambat oleh dedaunan terlebih dahulu. Stem flow adalah air hujan
yang jatuh ke vegetasi dan mengalir melalui batang vegetasi tersebut.

Universitas Sumatera Utara

41

Air hujan yang terhambat vegetasi sebagian ada yang menguap lagi atau
mengalami evaporasi ada juga yang kemudian jatuh ke permukaan tanah (through
fall). Air hasil through fall ini mengalir di permukaan dan berkumpul di suatu
tempat menjadi suatu run off seperti sungai, danau, dan bendungan apabila
kapasitas lengas tanah sudah maksimal yaitu tidak dapat menyerap air lagi. Dalam
lengas tanah, ada zona aerasi yaitu zona transisi dimana air didistribusikan ke
bawah (infiltrasi) atau keatas (air kapiler). Semakin besar infiltrasi, tanah akan
semakin lembab dan setiap tanah memiliki perbedaan kapasitas penyimpanan dan
pori-pori tanah yang berbeda-beda. Vegetasi mengalami fotosintesis pada saat
siang hari dan mengalami transpirasi. Peristiwa berkumpulnya uap air di udara
dari hasil evaporasi dan transpirasi disebut evapotranspirasi. Evapotranspirasi
dikontrol oleh kondisi atmosfer di muka bumi. Evaporasi membutuhan perbedaan
tekanan di udara. Potensi evapotranspirasi adalah kemampuan atmosfer
memindahkan air dari permukaan ke udara, dengan asumsi tidak ada batasan
kapasitas.
Analisis hidrologi dalam perencanaan PLTMH ini tentu tidak lepas dari
analisis hidrologi dalam perencanaan PLTMH yang terdiri atas dua pembahasan
yaitu debit banjir sungai dan debit andalan. Debit banjir sungai diperuntukkan
untuk perhitungan dimensi struktur “ DAM”, sedangkan debit andalan digunakan
untuk menggerakkan turbin. Dalam analisis hidrologi dalam perencanaan PLTMH
terdiri atas :

2.4.1Curah Hujan

Universitas Sumatera Utara

42

Data curah hujan yang tercatat diproses berdasarkan areal yang
mendapatkan hujan sehingga didapat tinggi curah hujan rata-rata dan kemudian
diramalkan besarnya curah hujan pada periode tertentu. Berikut dijabarkan
tentang cara menentukan tinggi curah hujan arel.Dengan melakukan penakaran
atau pecatatan hujan, kita hanya mendapat curah hujan di suatu titik tertentu
(point rainfall). Jika di dalam suatu areal terdapat beberapa alat penakar atau
pencatat curah hujan, maka dapat diambil nilai rata-rata untuk mendapatkan nilai
curah hujan areal.
Ada 3 macam cara yang berbeda dalam menentukan tinggi curah hujan
rata-rata pada areal tertentu dari angka-angka curah hujan di beberapa titik pos
penakar atau pencatat.
1.

Rata-rata aljabar

Tinggi rata-rata curah hujan didapatkan dengan mengambil nilai rata-rata
hitung(arithmatic mean)

pengukuran hujan di pos penakar-penakar hujan di

dalam arealstudi.
d1+d2+d3+ … + dn

d =

n

di mana:

di

= ∑ni=1 n ............................................................. 2.12

d = tinggi curah hujan rata-rata,
d1, d2 . . . dn = tinggi curah hujan pada pos penakar 1, 2, . . . , n,
n
= banyak pos penakaran.
Cara ini akan memberikan hasil yang dapat dipercaya jika pos-pos
penakarnya ditempatkan secara merata di areal tersebut, dan hasil penakaran
masing-masingpos penakar tidak menyimpang jauh dari nilai rata-rata seluruh pos
di seluruh areal.

Universitas Sumatera Utara

43

2.

Cara Poligon Thiessen
Cara ini berdasarkan rata-rata timbang (weighted average). Masing-

masing

penakar

mempunyai

daerah

pengaruh

yang

dibentuk

dengan

menggambarkan garis-garis sumbu tegak lurus terhadap garis penghubung di
antara dua buah pos penakar. Gambar (2.14) menunjukkan contoh posisi stasiun 1,
2, dan 3 dari skema poligon Thiessen dalam Daerah Aliran Sungai (DAS).

Gambar 2.14Poligon Thiessen pada DAS
Curah hujan pada suatu daerah dapat dihitung dengan persamaan berikut:

A1. d1 + A 2 . d 2 + ..... + A n . d n
A1 + A 2 + ..... + A n
A . d + A 2 . d 2 + ..... + A n . d n
d= 1 1
A
d=

Dimana :
d
dn
An
A
3.

= tinggi curah hujan rerata daerah (mm),
= hujan pada pos penakar hujan (mm),
= luas daerah pengaruh pos penakar hujan (km2), dan
= luas total DAS (km2).

Cara isohyet

Universitas Sumatera Utara

44

Dalam hal ini kita harus menggambarkan dulu kontur dengan tinggi curah
hujan yang sama (isohyet), seperti terlihat pada Gambar (2.15) berikut.

Gambar 2.15Peta Isohyet
Kemudian luas bagian di antara isohyet-isohyet yeng berdekatan diukur, dan nilai
rata-ratanya dihitung sebagai berikut:
dn − 1 + dn
d0 + d1A d1 + d2
An
A + ...
A
2
2
2
d=
A1 + A2 + ...An

d=
di mana:

∑

di − 1 + di
……………………………………………2.13
Ai
2
∑ Ai
d
= tinggi curah hujan rata-rata areal,
A
= luas areal total = A1 + A2 + A3 + ...+ An, dan
d0, d1, ..., dn = curah hujan pada isohyet 0, 1, 2, ..., n.

Ini adalah cara yang paling teliti untuk mendapatkan hujan areal rata-rata,
tetapi memerlukan jaringan pos penakar yang relatif lebih padat yang

Universitas Sumatera Utara

45

memungkinkan untuk membuat isohyet. Pada waktu menggambar garis-garis
isohyet sebaiknya juga memperhatikan pengaruh bukit atau gunung terhadap
distribusi hujan (hujan orografik).
2.4.2Distribusi Frekuensi Curah Hujan
Untuk menganalisis probabilitas curah hujan biasanya dipakai beberapa
macam distribusi yaitu: (A) Distribusi Normal, (B) Log Normal, (C) Gumbel, (D)
Log Pearson Type III.
A. Distribusi Normal
Distribusi normal atau kurva normal disebut pula distribusi Gauss. Untuk
analisa frekuensi curah hujan menggunakan metode distribusi Normal, dengan
persamaan sebagai berikut:
XT = X + k.Sx ................................................................................... 2.13
Dimana:
XT : Variate yang diekstrapolasikan, yaitu besarnya curah
hujan rencana untuk periode ulang T tahun.
n

X

: Harga rata–rata dari data =

K

: Variabel reduksi

Sx

: Standard Deviasi =

∑X

i

1

n

n

n

1

1

∑ X i2 − ∑ X i
n −1

Universitas Sumatera Utara

46

Tabel 2.7Nilai Variabel Reduksi Gauss

Sumber: Buku Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan hal 37
B.

Distribusi Log Normal
Untuk analisa frekuensi curah hujan menggunakan metode distribusi Log

Normal, dengan persamaan sebagai berikut:
Log XT = Log X + k.Sx Log X .......................................................... 2.14
Dimana:
Variate yang diekstrapolasikan, yaitu besarnya curah hujanrancangan
untuk periode ulang T tahun.

Universitas Sumatera Utara

47

n

∑ log (X )
i

Log X : Harga rata – rata dari data =

SxLog X

: Standard Deviasi =

K

: Variabel reduksi

1

n
n

n

1

1

∑ (LogX i2 − Log∑ X i )
n −1

Tabel 2.8Nilai K untuk Distribusi Log Normal

Sumber: Buku Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan hal 37

C. Distribusi Log Person III
Untuk analisa frekuensi curah hujan dengan menggunakan metode Log
Person Type III, dengan persamaan sebagai berikut:
Log XT = Log X + Ktr. S1 ................................................................. 2.15
Dimana:
Log XT

: Variate diekstrapolasikan, yaitu besarnya curah hujan
rancangan untuk periode ulang T tahun.

Universitas Sumatera Utara

48

n

: Harga rata – rata dari data, Log X =

Log X

∑ (Log X
n

S1

i =1

: Standard Deviasi, S1 =

n

dengan periode ulang T

Cs =

i

∑ Log X
i =1

n
− Log X

)

2

n −1

(

n . ∑ Log X i − Log X
i =1

i

( n − 1 ) ( n − 2 ) . Si

)

3

3

Dimana:
Cs

= Koefisien kemencengan
Tabel 2.9Nilai K untuk distribusi Log Pearson III

Universitas Sumatera Utara

49

Sumber: Buku Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan hal 43

2.4.3 Uji Distribusi Frekuensi Curah Hujan
Untuk mengetahui apakah data tersebut benar sesuai dengan jenis sebaran
teoritis yang dipilih maka perlu dilakukan pengujian lebih lanjut. Untuk keperluan
analisis uji kesesuaian dipakai dua metode statistik sebagai berikut:
1.

Uji Chi Kuadrat
Uji Chi Kuadrat digunakan untuk menguji apakah distribusi pengamatan

dapat disamai dengan baik oleh distribusi teoritis. Perhitungannya dengan
menggunakan persamaan berikut:
k
..............................................................................................................
2.16
(EF - OF) 2
X 2hit = ∑
EF
i =1
dimana:

k
OF
EF

= 1 + 3,22 Log n,
= nilai yang diamati, dan
= nilai yang diharapkan.

Agar distribusi frekuensi yang dipilih dapat diterima, maka harga X2
hitung< X2Cr. Harga X2Cr dapat diperoleh dengan menentukan taraf signifikan α
dengan derajat kebebasan. Batas kritis X2 tergantung pada derajat kebebasan dan
α. Untuk kasus ini derajat kebebasan mempunyai nilai yang didapat dari
perhitungan sebagai berikut:
DK = JK - (P + 1) ......................................................................................... 2.17
Dimana :
DK = derajat kebebasan

Universitas Sumatera Utara

50

JK

= jumlah kelas

P

= faktor keterikatan (untuk pengujian Chi-Square
mempunyai keterikatan

D.

Distribusi Gumbel
Untuk analisa frekuensi curah hujan menggunakan metode E.J. Gumbel,

dengan persamaan sebagai berikut:
XT= X + K.Sx ...................................................................................... 2.18
Dimana:
XT

: Variate yang diekstrapolasikan, yaitu besarnya
curah hujan rencana untuk periode ulang T (tahun).
n

X

: Harga rata – rata dari data =
n

Sx

: Standard Deviasi =

K

: Variabel reduksi

∑X

i

1

n
n

∑ X i2 − ∑ X i
1

1

n −1

Untuk menghitung variabel reduksi E.J. Gumbel mengambil harga:
K =
Dimana:
YT
Yn
Sn

YT − Yn
.................................................................................... 2.19
Sn

: Reduced variate sebagai fungsi dari periode ulang T
: Reduced mean sebagai fungsi dari banyak data (N)
: Reduced standard deviation sebagai fungsi dari banyak data N

Universitas Sumatera Utara

51

Tabel 2.10Standar Deviasi (Yn) untuk Distribusi Gumbel

Tabel 2.11 Reduksi Variat (YTR) sebagai fungsi periode ulang Gumbel

Sumber: Buku Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan hal 52

Tabel 2.12Reduksi Standard Deviasi (Sn) untuk Distribusi Gumbel

Sumber: Buku Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan hal 52

2.4.4 PerhitunganDebitAndalan

Universitas Sumatera Utara

52

Debitandalanadalah

debityangselalu

tersediasepanjangtahun.Dalampenelitianinidebitandalanmerupakandebityangmem
ilikiprobabilitas90%.Debitdenganprobabilitas90%adalahdebityangmemilikikemu
ngkinanterjadidibendungsebesar90%dari100%kejadian.Jumlahkejadianyangdima
ksudadalahjumlahdatayangdigunakanuntukmenganalisisprobabilitastersebut.Juml
ahdataminimumyangdiperlukanuntukanalisisadalahlimatahundanpadaumumnyau
ntukmemperolehnilaiyangbaikdatayangdigunakanhendaknyaberjumlah10tahundat
a.
GunamendapatkamkapasitasPLTM,tidakterlepasdariperhitunganberapaba
nyakairyangdapatdiandalakanuntukmembangkitkanPLTM.Debitandalanadalahde
bitminimum(terkecil)yangmasihdimungkinkanuntukkeamananoperasionalsuatuba
ngunanair,dalamhaliniadalahPLTM.
Debitminimumsungaidianalisisatasdasardebithujansungai.Dalamevaluasik
inerjaListrikTenagaMikrohidroini,dikarenakanminimalnyadatamakametodeperhit
ungandebitandalanmenggunakanmetodesimulasiperimbanganairdariDr.F.J.Mock(
KP.01,1936).DengandatamasukandaricurahhujandiDaerahAliranSungai,evapotra
nspirasi,vegetasidankarakteristikgeologidaerahaliran.
Metodeinimenganggap

bahwaairhujan

yangjatuhpadadaerahaliran(DAS)sebagianakanmenjadilimpasanlangsungdanseba
gianakanmasuktanahsebagaiairinfiltrasi,kemudianjikakapasitasmenampunglengas
tanahsudahterlampaui,makaairakanmengalirkebawahakibatgayagravitasi.

2.5.

DebitAndalanMetodeMeteorologicalWaterBalanceDr.F.J.M
ock

Universitas Sumatera Utara

53

MetodeiniditemukanolehDr.
F.J.Mockpadatahun1973dimanametodeinididasarkanatasfenomenaalamdibebera
patempatdiIndonesia.Denganmetodeini,besarnyaalirandaridatacurahhujan,karakt
eristikhidrologidaerahpengalirandanevapotranspirasidapatdihitung.Padadasarnya
metodeiniadalahhujanyangjatuhpadacatchmentareasebagianakanhilangsebagaiev
apotranspirasi,sebagianakanlangsungmenjadialiranpermukaan(directrunoff)dans
ebagianlagiakanmasukkedalamtanah(infiltrasi),dimana

infiltrasipertama-

tamaakanmenjenuhkantopsoil,kemudianmenjadiperkolasimembentukairbawahta
nah(groundwater)yangnantinyaakankeluarkesungaisebagaialirandasar(baseflow)
.Adapunketentuandarimetodeiniadalahsebagaiberikut:
1. Datameteorologi
Datameterologiyangdigunakanmencakup:
a. Datapresipitasidalamhaliniadalahcurahhujanbulanandandatacurahhu
janharian.
b. Dataklimatologiberupadatakecepatanangin,kelembapanudara,tempr
aturudaradanpenyinaranmatahariuntukmenentukanevapotranspirasi
potensial(Eto)yangdihitungberdasarkanmetode“PenmanModifikasi“
2. EvapotranspirasiAktual(Ea)
Penentuanhargaevapotranspirasiactualditentuakanberdasarkanpersamaan:
E= Etoxd/20xm........................................................................... 2.20
E= Etox(m/20)x(18-n) ................................................................ 2.21
Ea = Eto–E.................................................................................. 2.22

di mana :
Ea
Eto

= Evapotranspirasi aktual (mm),
= Evapotranspirasi potensial (mm),

Universitas Sumatera Utara

54

D
N
m

= 27 – (3/2) x n,
= jumlah hari hujan dalam sebulan,
= Perbandingan permukaan tanah tanah yang tidak tertutup
dengan tumbuh- tumbuhan penahan hujan koefisien yang
tergantung jenis areal dan musiman dalam % ,
= 0 untuk lahan dengan hutan lebat,
= Untuk lahan dengan hutan sekunder pada akhir musim
dan bertambah 10 % setiap bulan berikutnya.
= 10 – 40% untuk lahan yang erosi , m = 20 –50% untuk
lahan pertanian yang diolah ( sawah ).

m
M
m

3. Keseimbanganairdipermukaantanah(ΔS)
a.

Airhujanyangmencapaipermukaantanahdapatdirumuskansebagai

berikut:
ΔS=R–Ea .................................................................................... 2.23
di mana:

ΔS
=Keseimbanganair dipermukaantanah,
R =HujanBulanan,
Ea
=EvapotranspirasiAktual.

Bilahargapositif(R>Ea)makaairakanmasukkedalamtanahbilakapasitaskele
mbapantanahbelumterpenuhi.Sebaliknyabilakondisikelembapantanahsudahtercap
aimakaakanterjadilimpasanpermukaan(surfacerunoff).
BilahargatanahΔSnegatif(R>Ea),airhujantidak
dapatmasukkedalamtanah(infltrasi)tetapiairtanahakankeluardantanahakankekura
nganair(defisit).
b. Perubahankandunganairtanah(soilstorage)tergantungdarihargaΔ
S.BilaΔSnegatifmakakapasitaskelembapantanahakankekuranga
ndanbila
hargaΔSpositifakanmenambahkekurangankapasitaskelembapant
anahbulansebelumnya.
c. Kapasitaskelembapantanah(soilmoisture

capacity).

Universitas Sumat