09e01177

Muhammad Asyari Perangin-angin : Perencanaan Pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro, 2008. USU Repository 2009

PERENCANAAN PEMBUATAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

MIKRO HIDRO

TUGAS AKHIR

MUHAMMAD ASYARI PERANGIN-ANGIN 02 0404 024

BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK USU

2008


PERENCANAAN PEMBUATAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

MIKRO HIDRO

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian

pendidikan sarjana teknik sipil

MUHAMMAD ASYARI PERANGIN-ANGIN 02 0404 024

Pembimbing I Pembimbing II

Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, MSc Enni Lisda Lubis, ST.MT. NIP:132010748

Diketahui: Ketua Departemen Teknik Sipil

Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP: 130 905 362

BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK USU

2008


ABSTRAK

Perkembangan listrik pedesaan yang belum terjangkau oleh jaringan listrik PLN masih tergantung pada pemakaian mesin diesel. Minat terhadap mesin diesel telah mengalami penurunan akhir-akhir ini, karena biaya operasional terutama harga bahan bakar yang terus meningkat dan kekurangan kekurangan lainnya yang tidak dapat diabaikan, misalnya, pemadaman berkala, biaya kebutuhan pemeliharaan dan kesulitan yang dialami oleh para staf dalam melakukan pengiriman bahan bakar yang disebabkan oleh keadaan jalan desa yang belum memadai dan jarak yang cukup jauh dari agen penyuplai. Stasiun pembangkit listrik tenaga mikro hikdro (PLTMH) merupakan salah satu bentuk energi alternatif yang sangat mungkin untuk dikembangkan di negara - negara dengan sumber air yang tersebar luas, misalnya Indonesia. Untuk melaksanakan pembangunan PLTMH diperlukan suatu perencanaan yang matang sehingga perlu disurvey tentang potensi sungai dan kondisi desa tersebut. Di daerah pedesaan umumnya terdapat saluran irigasi yang utama berfungsi untuk mengairi sawah dan juga berpotensi untuk digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik. Studi awal perencanaan bagian bagian PLTMH dari segi disain dasar peekerjaan sipil meliputi bendung, bangunan pengambilan, kantong lumpur, saluran pembawa dan pipa pesat dari PLTMH yang direncanakan. Berdasarkan hasil pembahasan potensi tenaga air sungai Aek Silang di Desa Hutaraja, Kecamatan Dolok Sanggul Kabupaten Humbang Hansundutan memiliki potensi energi listrik sebesar 2.525,1 kW.


KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan karunianya

kepada penulis sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Tugas akhir

yang telah di selesaikan oleh penulis berjudul Perencanaan Pembuatan Pembangkit

Listrik Tenaga Mikro Hidro", disusun untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi

syarat untuk menempuh ujian sarjana Teknik Sipil pada Jurusan Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara, Medan.

Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan teima kasih

yang sebesar besarnya kepada:

1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan Ketua Departemen Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara Medan dan sebagai pembimbing yang sangat

membantu penulis, baik dalam meluangkan waktu, tenaga, pikiran serta ide

idenya demi terselesainya tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Alferido Malik sebagai pembimbing yang sangat membantu penulis,

baik dalam meluangkan waktu, tenaga, pikiran serta ideidenya demi

terselesainya tugas akhir ini.

3. Ibu Nursyamsi, ST, MT, sebagai co-pembimbing yang turut memberikan

masukan yang membangun demi terselesainya tugas akhir ini.

4. Bapak Ir. Teruna Jaya Sekretaris Departemen Sipil Fakultas Teknik Universitas

Sumatera Utara.

5. Bapak dan Ibu Dosen, serta seluruh staff pengajar Fakultas Teknik Jurusan Sipil

Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis

selama masa perkuliahan.

6. Teristimewa untuk kedua orang tua yang penulis hormati dan sayangi,

Ayahanda Drs. Bustami Hs dan Ibunda Salmiati, yang telah membesarkan,

mendidik, memberikan dorongan baik material, spiritual serta semangat dengan

sabar dan penuh kasih sayang yang tidak dapat dibalas jasa dan

pengorbanannya. Hanya Allah SWT yang dapat membalasnya.


7. Cut Bang Fauzan dan kedua adikku Anhar dan Irhamna Putri, yang telah

memberikan dorongan dan inspirasi bagi penulis untuk menyelesaikan tugas

akhir ini.

8. Asisten Laboratorium Beton USU, Khususnya Bang Arlin, makasih

banyak....kali ya jon.. dan Fakhrul, yang telah membantu penulis dalam

pelaksanaan penelitian ini.

9. Temantemanku Fahmi lemot, makasi untuk komputernya ya bro, Saipul

kibo mekek, kau gak ada duanya bro selalu buat aku ketawa, Verry kop-

kop, thanks buat semangat,kamera n semuanya lek, Rudi alias rudrik, jangan

patah semangat bro, Heru bulu, kau sobatku yang paling unik lek, jangan

pernah balik lagi ke kampungmu itu ya..hehe.., Eral my komting, thanks for

spiritnya, jadi kan siap wisuda kita Sabang?? Ha?ha?ha??, Surya HMK,

gimana dagangan es dinetnya laris lek?? Wakakakaka.. makanya, ngomong

pelan2.. Teman-teman senasib seperjuangan yang di Lab Hidrolika, bona, ai,

memed, iput, mas yud, n awen. Makasih jg buat sohib2 seperjuanganku di

Meulaboh dulu, T.Rengga felamona, Fitra, Dede, julian, munawar, fahmeul,

zulfahmi, hadi, mamby, apit, deni, hery bg den, n ongket. aku yang aku sayang

kalian bro..hiks, serta teman-teman angkatan 02 lainnya yang tidak bisa

disebutkan satu persatu yang telah banyak membantu pelaksanaan penelitian ini.

Semoga persahabatan kita abadi selamanya.

10. Terakhir, makasih buat sabrina yang gada bosen2nya ngingatin aku untuk

ngerjain TA ini walaupun kadang gak pernah aku dengerin,hehe. Thanks berat

ya dah ada untuk itu n ngibur aku wkt aku bener2 butuh dihibur wlaupun

kadang ujung2nya berantem yg gak jelas kenapa ;)

Penulis menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih belum sempurna

karena keterbatasan pengetahuan dn pengalaman, serta referensi yang Penulis

miliki. Oleh karena itu sangat diharapkan saran-saran serta kritikan untuk perbaikan

di masa yang akan datang.

Medan, Februari 2009

M.Asyari P. 02 0404 024


DAFTAR ISI

ABSTRAK i

KATA PENGANTAR ii

DAFTAR ISI.. iv

DAFTAR TABEL.. vii

DAFTAR GRAFIK ix

BAB I. PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang 1

I.2 Permasalahan.. 3

I.3 Tujuan Penelitian 3

I.4 Batasan Masalah. 4

I.5 Metodologi Penelitian..... 4

I.6 Sistematika Penulisan. 5

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Bahan Dasar Beton. 7

II.1.1 Semen. 7

II.1.1.1 Umum. 7

II.1.1.2 Semen Portland.. 8

II.1.1.3 Jenis-jenis semen portland.. 8

II.1.1.4 Pengerasan dan pengikatan semen. 11

II.1.2 Agregat.. 12

II.1.2.1 Umum. 12

II.1.2.2 Jenis Agregat.. 13

II.1.2.2.1 Jenis agregat berdasarkan bentuk 14

II.1.2.2.2 Jenis agregat berdasarkan tekstur....... 16

II.1.2.2.3 Jenis agregat berdasarkan ukuran butir.. 18

II.1.2.2.4 Jenis agregat berdasarkan berat.. 22


II.1.2.3 Sifat dan karakteristik agregat halus.. 23

II.1.2.3.1 Gradasi dan modulus kehalusan. 23

II.1.2.3.2 Kandungan air dan rongga udara 25

II.1.2.3.3 Berat jenis agregat.. 26

II.1.2.3.4 Berat isi agregat.. 28

II.1.2.3.5 Kandungan organik 29

II.1.2.3.6 Kandungan lumpur dan kadar liat.. 30

II.1.2.3.7 Kontaminasi garam-garaman..... 31

II.1.3 Air.. 32

II.1.3.1 Umum. 32

II.2 Sifat-sifat Beton. 33

II.2.1 Sifat-sifat beton segar. 33

II.2.2 Kuat tekan beton 35

II.2.2.1 Ukuran dan bentuk agregat. 35

II.2.2.2 Faktor-faktor air semen.. 36

II.2.2.3 Rongga udara (voids). 37

II.2.2.4 Perawata beton (curing). 37

II.2.3 Modulus elastisitas beton....................... 38

II.3 Faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Beton 40

II.3.1 Faktor air semen. 40

II.3.2 Kualitas agregat halus 40

II.3.3 Kualitas agregat kasar. 41

II.3.4 Nilai Ekonomis 42

BAB III. METODE PENELITIAN

III.1 Bahan Penyusun Beton. 44

III.1.1 Agregat halus 44

III.1.2 Agregat kasar 46

III.1.3 Semen... 48

III.1.3.1 Definisi 48

III.1.3.2 Komposisi kimia.. 48


III.1.3.3 Sifat-sifat semen.. 48

III.1.4 Air 49

III.2 Pelaksanaan Penelitian..... 50

III.2.1 Pemeriksaan bahan penyusun beton 50

III.2.1.1 Agregat halus... 50

III.2.1.2 Agregat kasar... 55

III.2.1.3 Semen.. 57

III.2.2 Penyediaan bahan penyusun beton.. 58

III.2.3 Pembuatan benda uji 59

III.2.4 Pengujian sample 60

III.2.4.1 Pengujian kuat tekan beton (fc). 60

III.2.4.2 Pengujian elastisitas beton. 60

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 Pemilihan Quarry Agregat Halus. 61

IV.2 Nilai Slump.. 61

IV.3 Kuat Tekan Silinder Beton.. 63

IV.3.1 Pola retak pada pengujian kuat tekan.. 66

IV.4 Elastisitas Beton.. 68

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan. 116

V.2 Saran... 117

DAFTAR PUSTAKA. 118

LAMPIRAN

A. Peta Lokasi

B. Pemeriksaan Agregat Halus

C. Pemeriksaan Agregat Kasar


D. Mix Design Campuran Beton

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Distribusi pengujian benda uji silinder.. 5

Tabel 3.1 Susunan besar butiran agregat halus (ASTM, 1991). 45

Tabel 3.2 Susunan besar butiran agregat kasar.. 46

Tabel 3.3 Komposisi kimia Portland semen.. 48

Tabel 3.4 Hasil pemeriksaan analisa ayakan pasir................................ 51

Tabel 3.5 Hasil pemeriksaan kandungan Lumpur. 52

Tabel 3.6 Hasil pemeriksaan kandungan organik.. 52

Tabel 3.7 Hasil pemeriksaan Clay Lump pasir.. 53

Tabel 3.8 Hasil pemeriksaan berat isi pasir... 53

Tabel 3.9 Hasil pemeriksaan berat jenis dan absorpsi pasir.. 54

Tabel 4.1 Sifat agregat halus quarry asal Meulaboh. 61

Tabel 4.2 Nilai slump berbagai jenis beton............................................ 62

Tabel 4.3 Nilai slump berbagai kombinasi quarry. 62

Tabel 4.4 Hasil pengujian kuat tekan silinder untuk

masing-masing quarry... 63

Tabel 4.5 Hasil pengujian kuat tekan silinder untuk kombinasi quarry 64

Tabel 4.6 Pengujian elastisitas beton quarry Muko... 69

Tabel 4.7 Pengujian elastisitas beton quarry Meurebo...................... 72

Tabel 4.8 Pengujian elastisitas beton quarry Kuala Baro... 75

Tabel 4.9 Pengujian elastisitas beton quarry Kuala Baro : Meurebo

75% : 25%.............................................................................. 79


50% : 50%.............................................................................. 81


25% : 75%.............................................................................. 83

Tabel 4.12 Pengujian elastisitas beton quarry Muko : Meurebo

75% : 25%.............................................................................. 85



50% : 50%.............................................................................. 87


25% : 75%............................................................................... 89

Tabel 4.15 Pengujian elastisitas beton quarry Kuala Baro : Muko

75% : 25%............................................................................... 91


50% : 50%............................................................................... 93


25% : 75%............................................................................... 96

Tabel 4.18 Tabel nilai modulus elastisitas rata maksimum berbagai

campuran beton...................................................................... 113


DAFTAR GRAFIK

Grafik 2.1 Pengaruh ukuran agregat kuat tekan beton .... 36

Grafik 2.2 Hubungan antara faktor air semen dengan kekuatan tekan

beton 37

Grafik 2.3 Pengaruh suhu perawatan beton terhadap kokoh tekan beton 38

Grafik 2.4 Hubungan kekuatan tekan beton dan regangan yang terjadi

pada beton pada berbagai jenis beton .... 39

Grafik 2.5 Hubungan kekuatan tekan beton dan elastisitas beton............ 39

Grafik 4.a Grafik perbandingan nilai Tegangan rata-rata

Masing-Masing Quarry ......................................................... 64

Grafik 4.b Grafik perbandingan nilai Tegangan rata-rata

Berbagai Variasi Quarry Kuala Baro : Meurebo................... 65

Grafik 4.c Grafik perbandingan nilai Tegangan rata-rata

Berbagai Variasi Quarry Muko : Meurebo............................ 65

Grafik 4.d Grafik perbandingan nilai Tegangan rata-rata

Berbagai Variasi Quarry Kuala Baro : Muko........................ 65

Grafik 4.6 Nilai tegangan dan regangan vertikal untuk beton

dengan quarry Muko . 72

Grafik 4.7 Nilai tegangan dan regangan vertikal untuk beton dengan quarry Meurebo......................................................... 75


dengan quarry Kuala Baro. 78


dengan quarry Kuala Baro : Meurebo (75% : 25%)............... 80


dengan quarry Kuala Baro : Meurebo (50% : 50%)... 82


dengan quarry Kuala Baro : Meurebo (25% : 75%).. 84



dengan quarry Muko : Meurebo (75% : 25%)........................ 86






dengan quarry Kuala Baro : Muko (75% : 25%).................... 92





Grafik 4.18 Grafik perbandingan nilai Modulus Elastisitas rata-rata

Masing-masing quarry............................................................ 113


Berbagai Variasi Quarry Kuala Baro : Meurebo.................... 114


Berbagai Variasi Quarry Muko : Meurebo............................. 114


Berbagai Variasi Quarry Kuala Baro : Muko......................... 115


BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Salah satu kendala utama dalam pelistrikan pedesaan adalah letaknya yang jauh

dari pusat pembangkitan dengan kondisi akses yang buruk, membuat biaya investasi

menjadi sangat tinggi. Dilain pihak, kebutuhan aktual daya listrik di wilayah seperti itu

umumnya juga rendah dengan daya beli masyarakat yang juga rendah, sehingga investasi

menjadi semakin tidak menarik dan prioritas untuk menjangkau wilayah-wilayah seperti

itu sering dikebelakangkan.

Kegiatan pembangunan pembangkit listrik tenaga Mikro Hidro (PLTMH)

berusaha memberikan kontribusi dalam usaha pelistrikan pedesaan. Dengan

menggunakan sumber energi terbarukan yang tersedia, dengan skala yang sesuai dengan

kebutuhan setempat, PLTMH menawarkan pemecahan bagi daerah-daerah pedesaan

terpencil yang jauh dari jangkauan PLN untuk mendapatkan sumber energi yang handal

dan terjangkau. Dengan tersedianya sumber energi ini, diharapkan dapat meningkatkan

kualitas hidup masyarakat dan memacu kegiatan pembangunan setempat.

Potensi PLTMH di Indonesia saat ini masih cukup banyak yang belum

dimanfaatkan, atau bahkan belum tereksplorasi/terdokumentasi dengan baik.

Upaya pemanfaatan potensi Mikro Hidro ini membutuhkan peran serta dan

keterkaitan dari berbagai pihak, mengingat aspek-aspek yang terkandung didalamnya.


Pada tingkat kebijakan pemerintah daerah dalam era otonomi daerah ini, harus dapat

melihat kegiatan pembangunan PLTMH sebagai bentuk pembangunan masyarakat dalam

bentuk peningkatan SDM lokal, penyediaan sarana dan prasarana kehidupan masyarakat

dan sekaligus memacu dan meningkatkan kapasitas lokal serta kesempatan dalam

menyelenggarakan pembangunan daerahnya.

Cara pandang ini menekankan pada proses yang terjadi selama kegiatan

pembangunan PLTMH dan integrasi follow up kegiatan setelah PLTMH terbangun dan

beroperasi untuk menghasilkan sinergi. Partisipasi sektor swasta maupun dari lembaga-

lembaga swadaya masyarakat menjadi semakin penting mengingat keterbatasan

sumberdaya yang dimiliki pemerintah.

Kesemua hal tersebut mensyaratkan pengetahuan dan penguasaan keterampilan

dalam pengimplementasian suatu kegiatan pembangunan PLTMH secara utuh

menyeluruh.

1.2 Pernyataan dan Batasan

Dalam studi ini penulis ingin mengkaji lebih dalam mengenai perencanan

pembangunan PLTMH dengan harapan penulis mampu merencanakan pembangunan

PLTMH dengan baik dan benar. Dan penulis membatasi permasalahannya dalam hal

penentuan debit banjir, desain bendung, saluran pembawa, pipa pesat (penstock),

headloss sampai dengan energi yang dihasilkan.

1.3 Tujuan dan Manfaat


Salah satu tujuan studi ini adalah menyebarkan pengetahuan dan kemampuan

untuk menyelenggarakan pembangunan PLTMH ke berbagai wilayah di Indonesia

dengan melibatkan komponen pemerintah daerah, perguruan tinggi dan lembaga swadaya

masyarakat.

Diharapkan, salah satu manfaat dari studi ini adalah memberikan kontribusi

signifikan meningkatkan pembangunan masyarakat pedesaan melalui pembangunan

PLTMH di berbagai daerah di Indonesia.

1.4 Metodologi

Studi ini berisi tentang penelaahan teori-teori dan konsep-konsep yang

mempunyai relevansi dengan pembangkit listrik tenaga Mikro Hidro. Ini dilakukan

dengan mempelajari buku-buku, diktat-diktat dan catatan-catatan lainnya serta sumber-

sumber yang dapat membantu studi ini. Selanjutnya bagian-bagian penting yang

berkenaan dengan pekerjaan teknik sipil akan dibahas dan diungkap secara deskriftif dan

kuantitatif.

Contoh-contoh hitungan dan perencanaan PLTMH akan dibahas secara khusus

untuk dapat dideskripsikan guna menggambarkan tahapan dan masalah pembangunan.

1.5 Tinjauan Pustaka Singkat


Masalah yang dihadapi dalam penyediaan energi adalah masih banyaknya

penggunaan bahan bakar minyak (BBM), sementara kemampuan produksi dan suplai

minyak semakin menurun.

Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam penggunaan dan pemilihan sumber

energi baru adalah sebagai berikut:

Ketersediaan sumber energi dan usaha pelestarian.

Kemampuan manusia untuk menguasai dan mengelola energi.

Ketersediaan dana untuk menguasai sumber energi.

Masalah lingkungan.

Di sebagian negara berkembang, juga Indonesia, aktivitas pembangunan

terkonsentrasi di kota atau wilayah dengan berbagai fasilitas yang mendukungnya.

Sementara di daerah pedesaan, pembangunan berjalan lamban karena kurangnya

infrastruktur, sarana dan prasarana.

Desa-desa di Indonesia rata-rata membutuhkan listrik relatif kecil (10 150 KW)

serta lokasinya tersebar. Untuk pelistrikan pedesaan di Indonesia, Pembangkit Listrik

Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) telah dikembangkan mengingat potensi tenaga air di

Indonesia yang melimpah dan besar.

Dari segi teknologi PLTMH memiliki keuntungan dan kemudahan dibandingkan

pembangkit listrik lainnya. Hal tersebut karena:

Konstruksinya relatif sederhana.

Teknologi mikro-hidro telah matang dan terjamin sebagai teknologi yang dapat

dikontrol dan dikelola secara mandiri oleh masyarakat pedesaan.


Mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang, karena hampir semua

komponen yang dibutuhkan telah dapat diproduksi di dalam negeri.

Dapat dioperasikan dan dirawat oleh masyarakat di desa.

Biaya operasi dan perawatan rendah.

1.6 Sistematika Penulisan

Dalam penyusunan studi ini digunakan sistematika penulisan sebagai berikut:

Bab I, Pendahuluan, mencakup tentang pembahasan proposal lebih lanjut.

Bab II, Tinjauan Pustaka, mencakup data kepustakaan yang diperoleh dengan cara

menghimpun berbagai literature yang berhubungan dengan data yang diperlukan.

Bab III, Perhitungan dan Pembahasan

Bab IV, Analisa Finansial

Bab V, Kesimpulan dan Saran


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).

Gambar 2.1. menunjukkan contoh keseluruhan sistem PLTMH.


Gambar 2.1: Bagan sebuah PLTMH

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 tenaga potensial air menjadi tenaga elektrik (listrik) . Perubahan memang

tidak langsung, tetapi berturut-turut melalui perubahan sebagai berikut :

- Tenaga potensial Tenaga kinetik

- Tenaga kinetik .. Tenaga mekanik

- Tenaga mekanik Tenaga listrik

Tenaga potensial adalah tenaga air karena berada pada ketinggian. Tenaga kinetik

adalah tenaga air karena mempunyai kecepatan. Tenaga mekanik adalah tenaga

kecepatan air yang terus memutar kincir / turbin. Tenaga elektrik adalah hasil dari

generator yang berputar akibat berputarnya kincir / turbin.

Prinsip kerja PLTMH yang paling utama adalah memanfaatkan semaksimal

mungkin energi air yang dapat ditangkap oleh peralatan utamanya yang disebut

turbin/kincir air. Efisiensi kincir air yang dipilih untuk menangkap energi air tersebut

menentukan besarnya energi mekanik atau energi poros guna memutar generator listrik.


Umumnya PLTMH yang dibangun jenis run off river dimana head diperoleh tidak

dengan membangun bendungan besar, melainkan dengan mengalihkan aliran air sungai

ke satu sisi dari sungai dan menjatuhkannya lagi ke sungai pada suatu tempat dimana

beda tinggi yang diperlukan sudah diperoleh. Dengan menggunakan pipa, air dialirkan ke

rumah 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

Permesinan

Ekonomi untuk studi kelayakan.

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro ( PLTMH ) mempunyai beberapa

keuntungan yang tidak dapat dpisahkan, seperti berikut ini :

1. Tenaga utama menggunakan air, yang merupakan sumber energi yang abadi tidak

seperti bahan bakar untuk PLTU atau PLTN yang menggunakan bahan baker

fosil atau nuklir.

2. Biaya pengoperasian dan pemeliharan PLTMH sangat rendah jika dibandingkan

dengan PLTU atau PLTN.


3. Melayani kebutuhan aktual daya listrik di wilayah pedesaan terpencil yang

umumnya rendah dengan daya beli masyarakat yang juga rendah,

4. PLTMH cukup sederhana untuk dimengerti dan cukup mudah untuk

dioperasikan.

5. Perkembangan mutakhir yang telah dicapai pada pengembangan turbin air, telah

dimungkinkan untuk memanfaatkan jenis turbin yang sesuai dengan keadaan

setempat.

6. Pengembangan PLTMH dengan memanfaatkan arus sungai dapat menimbulkan

manfaat lain seperti pariwisata, perikanan, irigasi dan pengendalian banjir.

Adapun kelemahan PLTMH diantaranya yang paling menonjol :

1. Sangat tergantung pada aliran sungai secara alamiah. Sedangkan aliran sungai

tersebut sangat bervariasi sehingga pada umumnya tenaga andalan atau tenaga

mantap akan sangat kecil jika dibandingkan dengan kapasitas totalnya.

2. Tidak mampu menghasilkan tenaga yang besar.

2.2 Komponen-komponen Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro

Komponen-komponen sebuah PLTMH meliputi:

1) Diversion Weir dan Intake (Dam/Bendungan Pengalih dan Intake)

Bendungan untuk instalasi PLTMH berfungsi untuk menampung aliran air sungai

dan/atau hanya sekedar untuk mengalihkan air supaya masuk ke dalam intake. Sebuah

bendungan biasanya dilengkapi dengan pintu air untuk membuang kotoran dan endapan

(lihat Gambar 2.2). Perlengkapan lainnya adalah: penjebak/saringan sampah. PLTMH,

umumnya adalah pembangkit tipe run of river, sehingga bangunan intake dibangun


berdekatan dengan bendungan dengan memilih dasar sungai yang stabil dan aman

terhadap banjir.

Gambar 2.2: bendung dan pintu air

(1.i) Tipe-tipe dasar dam intake

Terdapat beberapa jenis tipe dasar dam intake seperti yang disebutkan dibawah ini yaitu:

(1) Dam beton graviti

(2) Dam beton mengapung

(3) Dam tanah

(4) Dam urugan batu

(5) Dam pasangan batu basah

(6) Dam batu bronjong

(7) Dam batu bronjong diperkuat beton

(8) Dam ranting kayu


(9) Dam kayu

(10) Dam bingkai kayu dengan kerikil

Dari jenis-jenis diatas, dam urugan batu fleksibel dan dam batu bronjong, secara

umum terkenal digunakan di negara-negara Asia Tenggara karena beberapa keuntungan

seperti (i) tidak terlalu dipengaruhi oleh kondisi dari tanah dasarnya dan (ii) relatif mudah

diperbaiki jika mengalami kerusakan. Bagaimanapun, mereka dapat ditembus oleh banjir

karena itu struktur dan penggunaannya harus didahului dengan pengujian yang hati-hati

dari konstruksi yang penting seperti struktur sipil dan kondisi dari arus bawah. Tabel 2.1

dapat dijadikan referensi untuk menentukan tipe dasar dam intake untuk PLTA skala

kecil.

Table 2.1: Jenis dam intake yang sering dipakai untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil dan kondisi aplikasinya

Tipe Garis Besar Gambar Kondisi aplikasinya Dam Beton graviti

Beton digunakan untuk mengkonstruksi bangunan secara keseluruhan.

Fondasi : lapisan batu Kondisi sungai : tidak dipengaruhi

oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen

Kondisi intake : penampilan yang baik, intake efisien

Dam beton mengapung

Bagian infiltrasi yang diperpanjang dari fondasinya dengan diputus, dll. Untuk menyempurnakan penampilannya.

Fondasinya : kerikil Kondisi sungai : tidak dipengaruhi

oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen

Kondisi intake : penampilan yang baik, intake efisien


Dam tanah Tanah (earth) digunakan untuk bahan utama dan penggunaan dari batu gosong dan dinding utama tergantung dari kondisi jika diperlukan

Fondasi : bervariasi dari tanah (earth) sampai lapisan batu

Kondisi sungai : aliran yang tidak deras dan mudah diatasi bila terjadi banjir

Kondisi intake : efisiensi intake yang baik dikarenakan penampilan yang baik jika dikerjakan dengan hati hati

Dam urugan batu

Kerikil digunakan sebagai bahan utama dari bangunannya. Penggunaan dari dinding utama tergantung dari kondisi jika diperlukan

Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu

Kondisi sungai : sungai dimana dam tanah dapat hanyut jika menggunakan keluaran air yang normal

Kondisi intake : keterbatasan penggunaan sungai karena efisiensi intake yang rendah

Dam pasangan batu basah

Pengisian ruang dengan kerikil dan semen,dll.


Kondisi sungai : tidak dipengaruhi oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen

Kondisi intake : penampilan yang baik dan intake yang efisien

Dam batu bronjong

Batu belah dibungkus dengan jarring logam untuk menyempurnakan kesatuannya.


Kondisi tanah : sungai dimana dam urugan batu bisa hanyut dengan menggunakan keluaran air yang normal

Kondisi intake : keterbatasan penggunaan sungai karena efisiensi intake yang rendah


Dam batu bronjong diperkuat beton

Penguatan permukaan batu bronjong dengan beton.

Fondasi : berbagai jenis tanah sampai lapisan batu

Kondisi sungai : sungai dimana jaring logam dapat mengalami kerusakan jika aliran sungai terlalu deras

Kondisi intake : dapat diterapkan jika efisiensi intake yang tinggi diperlukan

Dam ranting kayu

Dam sederhana dengan menggunakan ranting pohon lokal.

Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan kerikil.

Kondisi sungai : pengikisan terjadi jika terdapat banjir.

Kondisi intake : pada bagian dengan volume intake yang rendah atau intake dari aliran (stream) sampai suplemen untuk sungai di musim kemarau

Dam kayu Dam dengan menggunakan kayu.

Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu.

Kondisi sungai : aliran yang tidak deras dengan pergerakan sedimen yang rendah.

Kondisi intake : suatu tingkat dari efisiensi intake dalam keadaan yang aman jika permukaannya dilapisi, dll.

Dam bingkai kayu dengan kerikil

Didalam frame kayu diisi dengan kerikil untuk meningkatkan stabilitasnya.

Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu.

Kondisi sungai : dam urugan kerikil dapat hanyut jika menggunakan debit air yang normal

Kondisi intake : keterbatasan penggunaan bagian air sungai karena efisiensi intake yang rendah


Debit banjir rencana (Design Flood)

Di Indonesia, metode unit hidrograf adalah metode yang paling sering digunakan

dalam memperkirakan debit banjir berdasarkan curah hujan (sekitar 70 %). Sedangkan

metode rasional tidak pernah dipakai lagi sejak permulaan tahun 1970-an (Ibnu Kasiro,

dkk, 1989). Hidrograf terdiri dari tiga bagian yang penting yaitu :

a. Bagian lengkung naik (rising limb)

b. Bagian lengkung puncak (crest segment)

c. Bagian lengkung turun (decreasing limb).

Unit hidrograf adalah hidrograf dari aliran permukaan tanah yang terjadi oleh curah hujan

efektif yang tingginya 10 mm pada suatu waktu tertentu ke daerah aliran sungai secara

merata. Unit hidrograf diperkenalkan oleh DR. K. Sherman pada tahun 1932. Pada tahap

permulaan disebut unitgraph dan telah dimodifikasi oleh beberapa ahli hidrologi. Salah

satu diantaranya adalah Universitas Gadjah Mada yang disebut dengan hidrograf satuan

sintetik GAMA I (Dr. Ir. Sri Harto : Hidrograf satuan GAMA I), dan seorang ahli

hidrologi Jepang DR. Nakayasu yang disebut dengan hidrograf satuan sintetik Nakayasu.

Hidrograf satauan sintetik GAMA I digunakan apabila data hidrologi sangat

sedikit dan luas daerah aliran sungainya kurang dari 3.250 km2 dan hanya berlaku di

pulau Jawa. Untuk hidrograf satuan sintetis, hidrograf satuan sintetis Nakayasu

merupakan hidrograf satuan yang mengalami penyimpangan paling kecil terhadap

hidrograf satuan terukur (Sumianti, 2003) yaitu 16,67 % untuk waktu capai puncak, 12,34

% untuk debit puncak dan 26,32 % untuk waktu dasar (Sumianti, 2003).


Hidrograf Satuan Sintetis Nakayasu (HSS Nakayasu)

Analisa ini digunakan untuk menghitung banjir rencana dengan periode ulang

tertentu. Untuk menganalisa debit banjir ini digunakan hidrograf satuan sintetik

Nakayasu dengan persamaan :

).3,0(6,3 3,0

0

TTCxAxR

QP

p +=

Dimana,

QP = Debit puncak banjir (m3/detik)

C = Angka koreksi

A = Luas DAS (km2)

R0 = Hujan satuan (mm)

TP = Waktu dari permulaan hujan sampai puncak banjir (jam)

T0,3 = Waktu yang diperlukan oleh penurunan debit, dari debit puncak sampai

menjadi 30 % dari debit puncak (jam).


Bagian lengkung naik (rising limb) hidrograf satuan dihitung dengan persamaan :

4,2

=

PPa T

tQQ

Dimana,

Qa = Limpasan sebelum mencapai debit puncak (m3/detik)

t = waktu (jam)

Bagian lengkung turun (decreasing limb)

Untuk Qd > 0,3 QP

3,03,0 TTpt

QpxQd

=

Untuk 0,3Qp > Qd>0,32 Qp

3,0.5,13,0.5,0

3,0 TTTpt

QpxQd+

=

Gambar 2.3 :


Untuk 0,32 Qp > Qd

3,0.23,0.5,0

3,0 TTTpt

QpxQd+

=

T0,3 = .tg

Tp = tg + 0,8.tr

tr = 0,5 tg sampaik tg (jam)

dimana untuk

L < 15 km, maka tg = 0,21.L0,7

L > 15 km, maka tg = 0,4 + 0,058.L

Dengan

L = panjang alur sungai (km)

Tg = waktu konsentrasi (jam)

Untuk daerah pengaliran biasa = 2

Untuk bagian naik hidrograf yang lambat dan bagian turun cepat = 1,5

Untuk bagian naik hidrograf yang cepat dan bagian turun yang lambat v = 3.

Selanjutnya perhitungan debit banjir dilakukan dengan tabel, dengan memasukkan nilai

hujan satuan jam-jaman dan memasukkan angka koreksi.

Cara Memutuskan ketinggian dam

Seperti volume dam adalah proposional ke persegi dari tingginya, adalah penting

untuk memutuskan ketinggian dam dalam hal meminimalkan kondisi-kondisi berikut

kedalam pertimbangan.

A. Kondisi yang membatasi ketinggian saluran


Untuk menentukan ketinggian dam, diperlukan pertimbangan mengenai kondisi

topografi dan geologi dari rute saluran yang akan digunakan sebagai tambahan bahan

pertimbangan pada lokasi konstruksi dam. Pemeriksaan yang teliti terutama dibutuhkan

pada sebuah lokasi dimana perhitungan biaya konstruksi saluran air memiliki proporsi

yang besar dari total biaya konstruksi.

Ketinggian dam pada lokasi dimana saluran air dikonstruksi di bawah jalan yang

sudah ada, seringkali ditentukan dengan referensi pada ketinggian jalan yang

bersangkutan.

B. Kemungkinan kenaikan dasar sungai dibagian hilir

Ketinggian dam untuk pembangkit listrik skala kecil pada umumnya rendah, ada

perhatian bahwa fungsi normalnya dapat terganggu oleh naiknya dasar sungai di bagian

hilir.

Oleh karena itu, kenaikan dasar sungai di masa depan harus diperkirakan untuk

memutuskan ketinggian dari dam jika lokasi yang direncanakan terdapat pada kasus

kasus berikut ini.

1) Kemiringan sungai yang tidak terlalu curam dengan tingkat perubahan/pergerakan

sedimen yang cukup tinggi

2) Keberadaan check dam yang tidak terisi penuh, dll. di bagian hilir dari dam intake

yang direncanakan.

3) Keberadaan dari lokasi yang rusak di bagian hilir yang cenderung akan berlanjut

mengalami kerusakan di kemudian hari.

4) Keberadaan bagian sempit di daerah hilir yang akan menghalangi jalannya aliran

sedimen dan/atau sampah kayu.


C. Kondisi untuk memindahkan sedimen dari depan dam dan bak pengendap dengan

metode intake (intake tyrolean dan intake sisi)

Dibawah keadaan normal, ketinggian dari dam harus direncanakan untuk

melebihkan nilai perhitungan dengan metode berikut untuk memastikan kemudahan

dalam memindahkan sedimen dari depan dam dan bak pengendap.

1) Intake sisi

Pada kasus intake sisi, kasus berikut (a) atau (b), yang mana saja lebih tinggi,

diadopsi.

a. Tinggi dam (D1) ditentukan dalam hubungan dengan elevasi dasar dari pintu

pemeriksaan dari dam intake

D1 = d1 + h (2.1)

b. Tinggi dam (D2) ditentukan dengan kemiringan dasar dari bak pengendap

D2 = d2 + h + L (ic ir) (2.2)

Dimana,

d1 : Tinggi dari dasar pintu pemeriksaan ke dasar dari pintu pemasukan air

(biasanya 0.5 1.0 m)

L : Panjang bak pengendap

d2 : Perbedaan antara dasar dari pintu pemeriksaan dari bak pengendap dasar

sungai pada lokasi yang sama (biasanya sekitar 0.5 m)

hi : Kedalam air dari pintu pemasukan air (biasanya ditentukan untuk membuat

kecepatan aliran masuk mendekati 0.5 1.0 m/det)

ic : Kemiringan dari dasar bak pengendap (biasanya sekitar 1/20 1/30)


ir : Kemiringan sungai sekarang.

Gambar

2.2.2: Potongan dari

Intake Sisi dan

Dam Gambar 2.4 : Potongan dari intake sisi dan dam

2) Intake tyrolean Intake tyrolean dimana air diambil dari asumsi dasar bahwa didepan dam diisi

dengan sedimen dan oleh karena itu, ketinggian dam ditentukan dengan kasus D2

(persamaan 2.2) untuk intake sisi.

\

Gambar 2.5: Potongan dari Intake Tyrolean dan Dam D. Pengaruh pada pembangkitan daya listrik

Inlet L

ic

ir d2

d1

hi

Inlet L

ic

ir d2

D2 hi


Pada sebuah lokasi dimana penggunaan ketinggian kecil atau dimana dirancang

untuk mengamankan ketinggian dengan sebuah dam, ketinggian dam secara signifikan

mempengaruhi tingkat pembangkitan energi listrik. Berdasarkan hal tersebut, adalah

perlu untuk menentukan ketinggian dam pada lokasi seperti itu dengan membandingkan

perubahan yang diharapkan dari kedua biaya konstruksi dan pembangkitan energi listrik

karena perbedaan dari ketinggian dam.

E. Pengaruh dari air di bagian belakang

Ketika jalan, tanah pemukiman, pertanian dan jembatan, dll. ada di area yang

elevasinya lebih rendah di bagian hulu dari sebuah lokasi dam intake yang direncanakan,

adalah perlu untuk menentukan ketinggian dam untuk mencegah banjir karena air di

bagian belakang. Terutama sekali pada sebuah lokasi dengan ketinggian dam tinggi,

tingkat pengaruh pada penampakan diatas harus diperiksa dengan menghitung air di

bagian belakang atau metode lainnya.

Lebar bendung

Yang dimaksud dengan lebar bendung adalah jarak antara tembok pangkal

(Abutment) di satu sisi dengan abutment di sisi yang lain, termasuk pilar-pilar dan pintu

pembilas Untuk tidak terlalu banyak mengganggu aliran sungai setelah ada bendung,

maka lebar bendung yang paling ideal adalah sama dengan lebar normal sungai (B = Bn).

Bila ternyata dengan B = Bn mengakibatkan muka air di atas mercu tinggi sekali maka

lebar bendung masih dapat dibesarkan sampai 1,2 lebar normal sungai. Jadi B 1,20 Bn

(Ref. Konstruksi bendung Tetap Departemen Pekerjaan Umum & Tenaga Listrik, Ir.

Sunarno).


Lebar bendung diambil 1,2 kali lebar normal sungai pada debit penuh (Q50 )

sebelum adanya bendung yaitu sebagai berikut

Jadi lebar bendung B = 1,20 Bn = 1,20 (b+m.h total)

Lebar bendung = Lebar rata-rata sungai x 1,2

Lebar efektif bendung

Lebar efektif yang bermanfaat untuk melewatkan debit disebut lebar efektif

bendung yaitu lebar bendung dikurangi pengaruh pintu pembilas dan pilar-pilar termasuk

pangkal bendung (Abutment).

Harga koefisien kontraksi akibat bentuk pilar (kp) dan akibat bentuk tembok sayap (ka)

dapat dilihat pada tabel 2.2. dan tabel 2.3. berikut

No Keterangan Bentuk Pilar Kp

1 Untuk pilar berujung segi empat dengan

sudut-sudut dibulatkan pada pinggirnya

sebesar yang hampir sama dengan 0,1 dari

0,02

Gambar 2.6 : Penampang rata-rata sungai aek silang

W

Bn

b

MA Banjir

h

M = 1,5

1


lebar pilar

2 Untuk pilar berujung bulat

0,01

3 Untuk pilar berujung runcing

0,00

Tabel 2.2 : Harga-harga koefisien kontraksi Kp

No Keterangan Bentuk tembok sayap Ka

1 Untuk pangkal bendung dengan sayap di

hulu tegak lurus terhadap aliran

0,20

2 Untuk pangkal bendung bulat dengan

tembok hulu pada 90 ke arah aliran

dengan 0,5 H1 > r > 0,15 H1

0,10

3 Untuk pangkal bendung bulat dimana r >

0,5 H1 dan tembok hulu tidak lebih dari

45 ke arah aliran

45

0,00


Tabel 2.3 : Harga-harga koefisien kontraksi Ka

Dihubungkan dengan lebar mercu yang sebenarnya (B0), maka lebar effektif bendung

(Be) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut :

Be = B1 2 (nKp + Ka) H1

B1 = B0 2.bpilar

dimana :

n = Jumlah Pilar

Kp = Koefisien Kontraksi Pilar

Ka = koefisien Kontraksi pangkal bendung (abutment)

H1 = Tinggi energi di atas mercu (m)

Dari rumus debit bendung, muka air rencana dapat ditentukan

23

1..32

32 HBegCdQ =

Jari-jari mercu bendung r = H/2

Menghitung tinggi air di atas mercu bendung h1

H1 = h1 + g

V.2

21

H1 = Tinggi energi di atas bendung (m)

h1 = Tinggi air di atas bendung (m)

V1 = Kecepatan air di atas bendung (m/detik)

V1 = 1

/hPBQ

+

Q = Debit banjir rencana (m3/detik)


B = Lebar total bendung (m)

P = Tinggi bendung (m)

Maka, tinggi elevasi muka air maksimum dari dasar hulu bendung

= P + h1


2) Saluran Pembawa (Head Race)

Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air

yang disalurkan (Gambar 2.10). Ada berbagai macam saluran pembawa, antara lain

terowongan, saluran terbuka dan saluran tertutup. Konstruksi saluran pembawa dapat

berupa pasangan batu kali atau hanya berupa tanah yang digali. Pada saluran yang

panjang perlu dilengkapi dengan saluran pelimpah pada jarak tertentu. Ini untuk menjaga

jika terjadi banjir maka kelebihan air akan terbuang melalui saluran tersebut.


Gambar 2.10: Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit

Tipe dan Struktur Dasar Saluran

Karena secara umum jumlah air yang terangkut kecil, saluran pembawa untuk

sebuah pembangkit listrik tenaga air secara mendasar mengadopsi struktur terbuka,

seperti sebuah saluran terbuka atau sebuah saluran tertutup, dll.

Sejumlah contoh dan struktur dasar dapat dilihat masing-masing dalam Tabel 2.4

dan tabel 2.5.


Tabel 2.4: Tipe-Tipe Saluran Pembawa Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil Tipe Gambar Keuntungan dan Permasalahan Kekhasan strukturnya

Saluran terbuka

< Keuntungan > Relatif murah Mudah mengkonstruksinya < Permasalahan > Kemungkinan aliran sedimen

dari lereng diatasnya Tingginya tingkat jatuh daun

daunan, dll.

Saluran tanah sederhana Jalur saluran (jalur

pasangan batu basah atau kering, jalur beton)

Pagar Saluran ( terbuat dari kayu, beton atau tembaga)

Jalur saluran berbentuk lembaran

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

Pipa tertutup / saluran tertutup

< Keuntungan > Pada umumnya volume

pekerjaan tanahnya besar. Rendahnya rata - rata sedimen

dan daun daunan yang jatuh di saluran.

< Permasalahan > Sulitnya merawat dan meninjau

saluran, termasuk pembersihan dan perbaikkannya.

Tabung yang dipendam (Hume, PVC or FRPM)

Box culvert Pagar saluran dengan

tutupnya.


Tabel 2.5: Struktur Dasar Saluran Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil Tipe Garis Besar Diagram Keuntungan dan Permasalahan

Saluran tanah sederhana

< Keuntungan > Mudah dikonstruksi Murah Mudah diperbaiki < Permasalahan > Mudah mengalami kerusakan

pada dindingnya Tidak dapat diterapkan pada

tanah yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable = mudah ditembus air)

Sulit untuk membersihkan timbunan sedimennya.

Saluran lajur (batu dan batu keras)

< Keuntungan > Konstruksinya relatif mudah Dapat dibangun dengan

menggunakan bahan - bahan lokal

Ketahanan tinggi terhadap gerusan

Relatif mudah diperbaiki < Permasalahan > Tidak dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable = mudah ditembus air)

Saluran pasangan batu basah

< Keuntungan > Dapat dibangun dengan

menggunakan bahan - bahan lokal

Ketahanan yang tinggi terhadap gerusan

Dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable = mudah ditembus air)

< Permasalahan > Lebih mahal daripada saluran

tanah sederhana atau saluran pasangan batu kering (saluran lajur batu/batu keras).

Relatif banyak memerlukan tenaga kerja

n=0.030

n=0.025

Plastered : n=0.015 Non Plastered : n=0.020


Saluran beton

< Keuntungan > Tingkat kebebasan yang cukup

tinggi untuk desain potongan melintang.

< Permasalahan > Konstruksi sulit jika diameter

dalamnya kecil Masa konstruksinya relatif lama

Saluran berpagar kayu

< Keuntungan> Lebih murah bila dibandingkan

dengan saluran dari beton. Susunannya fleksible jika terjadi

deformasi tanah kecil. < Permasalahan> Penggunaan yang terbatas jika

menggunakan fondasi tanah (earth)

Kurang cocok untuk cross - section yang cukup besar.

Sulit untuk memastikan kerapatan air (water-tightness)yang sempurna.

Mudah rusak Saluran Box Culvert

< Keuntungan > Konstruksi yang mudah bila

dibandingkan dengan pipa hume pada lereng curam dengan kemiringan potongan melintang

Periode konstruksi yang relatif singkat dapat diterapkan pada potongan melintang yang kecil, jika produk siap pakainya digunakan

Kaya dengan berbagai jenis variasi produk siap pakai..

< Permasalahan> Beban yang berat Biaya transportasi yang cukup

tinggi, jika menggunakan produk siap pakai.

Periode konstruksi yang cukup lama, jika dibuat langsung di daerah yang bersangkutan.

n=0.015

n=0.015

n=0.015


Saluran pipa hume

< Keuntungan > Mudah dikonstruksi di daerah

tidak terlalu curam Periode konstruksinya relatif

singkat Ketahanan yang tinggi Dapat diterapkan pada potongan

melintang yang kecil Memungkinkan untuk konstruksi

yang tinggi dengan bentangan yang pendek

< Permasalahan > Biaya transportasi yang cukup

tinggi dan beban yang berat. Menentukan Potongan Melintang dan Kemiringan (slope) Longitudinal

Ukuran potongan melintang dan kemiringan harus ditentukan supaya debit yang

dibutuhkan turbin dapat diarahkan secara ekonomis ke bak penenang. Pada umumnya

ukuran potongan melintang berhubungan erat dengan kemiringan. Kemiringan saluran

pembawa harus dibuat sehalus mungkin untuk mengurangi kehilangan ketinggian

(perbedaan antara level air pada intake dan bak penenang) tetapi hal ini akan

menyebabkan kecepatan yang lebih rendah dan potongan melintang yang lebih besar.

Selain itu kemiringan yang curam, akan menyebabkan kecepatan aliran yang tinggi dan

bagian yang lebih kecil tetapi juga kehilangan ketinggian yang besar.

Sebelum mulai menghitung dimensi potongan melintang saluran pembawa,

pertama-tama kita harus mengetahui panjang saluran yang akan dibuat serta material

yang digunakan pada saluran apakah saluran akan dilining atau tidak dan apakah

menggunakan saluran talang.

Bagian penampang melintang dari saluran pembawa ditentukan berdasarkan

metode dibawah ini.

n=0.015


Qd= A R 2/3 SL 1/2 /n

Qd : disain debit untuk saluran pembawa (m3/s)

A : luas dari potongan melintang (m2)

R : R=A/P (m)

P : panjang sisi-sisi basah (m) mengacu pada Gambar 2.2.9.

SL : Slope mendatar saluran pembawa (contoh SL= 1/100=0.01)

n : koefisien kekasaran (lihat Tabel 2.3)

Selain dengan menggunakan rumus Manning di atas, dimensi saluran dapat juga dihitung

dengan cara berikut :

a. tentukan harga kecepatan aliran pada saluran pembawa, dimana kecepatan tidak

boleh melebihi kecepatan maksimum dan kurang dari kecepatan minimum yang

diberikan oleh tabel 2.6.

Material Kecepatan Maksimum (m/detik)

Lempung berpasir 0,5

Lempung 0,6 Lanau berlempung 0,7 Lanau 1,8 Pasangan batu 2,0 Beton 2,0

Tabel 2.6 : Kecepatan maksimum aliran pada saluran

Sementara untuk kecepatan minimum, diambil sebesat 0,3 m/detik untuk menghindari

terjadinya sedimentasi.

b. Dari tabel 2.7. tentukan nilai kemiringan sisi saluran (N) bila saluran berbentuk

trapesium dan untuk saluran persegi nilai N = 0. Kemudian tentukan nilai koefisien

kekasaran (n) dari tabel 2.3.


Material Kemiringan sisi saluran (N)

Lempung berpasir 2 Lempung 1,5 Lanau berlempung 1 Lanau 0,58 Pasangan batu 0,58 Beton 0,58

Tabel 2.7 : kemiringan sisi saluran

c. Hitung luas penampang saluran (A) dengan menggunakan persamaan :

A = vFQ.

Q = Debit rencana saluran

F = freeboard yang biasanya bernilai 1,3.

d. Hitung ketinggian saluran (H), lebar saluran bawah (B) dan lebar saluran atas (T).

Gunakan suatu variabel x sebagai bantuan untuk saluran trapesium yang berhubungan

dengan harga N.

X = xNN 2)1(2 2 +

H = NX

A+

B = H x X

T = B + (2 x H x N)

Untuk saluran persegi dengan nilai N = 0, maka X = 2 sehingga

H =

2A

T = B = 2.H

e. Hitung jari-jari hidrolik (R) dan kemiringan dasar saluran (S) dengan menggunakan


persamaan Manning :

R = PA

S = 2

667,0

Rnxv

3) Pipa Pesat (Penstock)

Pipa pesat (lihat Gambar 2.11) berfungsi untuk mengubah energi potensial air di bak

penenang menjadi energi kinetik air di dalam pipa pesat, dan kemudian mengarahkan

energi kinetik tersebut untuk memutar roda gerak turbin air. Penstock atau pipa pesat

merupakan pipa yang mengantarkan air bertekanan menuju turbin. Komponen-komponen

utama dari sebuah pipa pesat dapat dilihat pada gamabar :

Pipa pesat merupakan salah satu biaya terbesar yang dikelurkan dalam pembuatan

mikrohidro. Untuk optimalisasi harga disain pipa pesat sangat diperlukan dengan

memperkecil pengeluaran biaya bahan baku dan perawatan pemakaian.


Gambar 2.11: Penstock (Pipa Pesat)

Bahan Penstock Saat ini, bahan utama pipa pesat adalah pipapipa baja, pipapipa ductile dan pipa

FRPM (fibre reinforced plastic multi-unit). Sedangkan pembangkit tenaga air skala kecil

menggunakan pipa pipa hard vinyl chloride, pipapipa howell atau pipa-pipa spiral

welded dapat dipertimbangkan karena diameternya kecil dan tekanan internalnya relatif

rendah. Material yang digunakan

Faktor-faktor utama yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan material yang

digunakan :

1. Besarnya tekanan air yang harus dipikul

2. Topografi dari lokasi penempatannya

3. Volume air yang harus ditampung

4. Metode penyambungan

5. Diameter pipa dan gaya gesek

6. Berat dan tingkat kesulitan dalam pemasangangannya

7. Umur rencana

8. Kondisi iklim dan cuaca


9. Harga dan biaya perawatan

10. Transportasi menuju lokasi

Material yang baik untuk digunakan untuk pipa pesat pada mikrohidro diantaranya :

1. Besi ringan (Mild steel)

2. Unplasticized polyvinyl choloride (uPVC)

3. High-density polyethylene (HDPE)

4. Medium-density polyethylene (MDPE).

.

Karakteristik pipapipa ini diperlihatkan pada Tabel 2.8 (Bahan pipa penstock untuk

pembangkit listrik tenaga air skala kecil).


Tabel 2.8: Bahan-bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil Pipa Resin Pipa Besi

Pipa Hard Vinyl Chlorid Pipa Howell Pipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded

Karakterisrik Bahan yang populer untuk pemipaan seperti sering dipakai untuk suplai air dan jaringan saluran

Efektif untuk sebuah jaringan pipa dengan debit kecil

Mempunyai banyak jenis pipa-pipa siap pakai

Sering dikubur dalam tanah karena resistensi yang lemah dan koefisien linear expansi yang besar

Pada dasarnya resisten terhadap tekanan eksternal tetapi pipa siap pakai yang tahan tekanan internal ada

Relatif mudah dalam pembuatannya karena mudah dilas

Pada dasarnya digunakan dengan ditanam dalam tanah

Pipa plastik yang diperkuat dengan fibergalss

Digunakan untuk pipa yang terbuka dan dapat dibuat lebih ringan dari pipa FRPM dengan dinding yang lebih tipis dengan syarat tidak ada beban eksternal kecuali salju

Populer menjadi pilihan untuk pipa penstock dalam pembangkit listrik tenaga air

Bahan yang baik untuk disain teknik yang ada

Sering dipakai untuk suplai air, saluran, irigasi dan pipa industri

Secara umum digunakan dengan ditanam meskipun penggunaan di tempat terbuka memungkinkan

Tahanan tinggi terhadap tekanan eksternal maupun internal

Sejumlah contoh penggunaan untuk jaringan pemipaan

Pada dasarnya digunakan untuk ditanam karena untuk menyembunyikan jalur spiral pengelasan

Dapat digunakan sebagai lapisan pipa besi

Diameter Maksimum Pipa (mm)

Pipa tebal: 300 Pipa tipis: 800

2,000 3,000 mendekati 3,000 2,600 2,500

Tekanan di dalam yang diijinkan (kgf/cm2)

Pipa tebal: 10 Pipa tipis: 6

2.0 3.0 Class A: 22.5 133 mendekati 40 15

Hydraulic Property (n)

0.009 0.010 0.010 0.011 0.010 0.012 (umumnya mendekati 0.011)

0.010 0.014 (umumnya mendekati 0.012)

0.011 0.015 (umumnya mendekati 0.012)

-


Pipa Resin Pipa Besi Pipa Hard Vinyl Chlorid Pipa Howell Pipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded

Kemampuan kerja Disain dan pengoperasiannya mudah bebannya ringan dan terdapat bebagai macam variasi pipa

Kemampuan kerja bagus karena beratnya ringan

Kemampuan kerja baik karena beratnya ringan dan tidak perlu pengelasan di lokasi seperti membentuk cincin karet yang digunakan untuk menyambung pipa

Pipa baja digunakan untuk bagian khusus karena persediaan yang terbatas dari pipa FRP khusus

Kurang bagus kemampuan kerjanya dibandingkan dengan pipa-pipa FRP



Kerapatan terhadap kebocoran

Kerapatan bagus memungkinkan sebagai pengikat sambungan

Tidak ada masalah kebocoran pada sambungan

Tidak ada masalah dengan kebocoran selama cara penyambungannya mantap

Tidak ada masalah dengan kebocoran selama cara penyambungannya mantap

bagus Tidak ada masalah


Untuk mendisain pipa pesat mula-mula tentukan jenis bahan pipa pesat yang

direncanakan dan hitung jarak antara saluran penampung menuju turbin dan beda

tinggi (HGross) dari saluran penampung ke turbin.

Panjang pipa pesat, didapat dengan menggunakan rumus trigonometri

Lpipa = 22 grossHorizontal HL +

Kecepatan optimum dapat dicari dengan menggunakan rumus United State Bureau of

Reclamation (USBR) sebagai hubungan anatara kecepatan dengan head untuk pipa.

gHV 2125,0=

Diameter Pipa pesat

Pada umumnya diameter pipa pesat ditentukan berdasarkan pembandingan dengan

biaya pipa pesat dan biaya kehilangan head pipa pesat. Karena pipa pesat

mengeluarkan biaya yang besar pada pemasangannya, sehhingga dalam menentukan

diameter pipa pesat harus berdasarkan perbandingan dengan biaya pipa pesat dan

biaya kehilangan head pipa pesat.

Untuk memilih diameter terbaik dan tipe pipa pesat harus memperhitungkan faktor-

faktor berikut :

1. Biaya pembelian pipa dan biaya tambahan seperti pemasangan, disain,

smabungan dan transportasi.

2. Biaya perawatan pipa seperti pembersihan dan pengecatan ulang.

3. Daya yang dapat dihantarkan pipa setelah mengalami kehilangan akibat

gesekan


4. Jumlah aliran yang dapat menyuplai turbin untuk menghasilkan listrik

terutama pada saat musim kemarau

5. Daya (power) optimum

Secara sederhana, diameter pipa dapat dicari dengan menggunakan persamaan

dasar :

A = VQ

VQd =2..

41

Ketebalan pipa :

t = 40

)80( +D

dimana, t = ketebalan minimum pipa

D = diameter pipa

Kehilangan Akibat Gesekan Pada Pipa Pesat

Setelah mendapatkan diameter pipa pesat, kita akan menghitung nialai kehilangan

head pada pipa pesat dengan mencari harga faktor gesekan (fl).

Untuk mencari fl digunakan garfik 2.1 dengan cara menghubungkan garis lengkung

antara harga k/d terhadap nilai (1,2.Q/d). Dari tabel 2.9. didapat koefisien k untuk

beberpapa material pipa dengan umur kondisinya

Melalui grafik kehilangan akibat gesekan didapat faktor gesekan (fL).

Hkehilangan pada dinding = 52.08,0..

dQLfL pipa

= 52

168,1608,053,429016,0 xxx


= 9,105 m

Material

Umur kondisi

< 5 tahun 5 - 15 tahun > 15 tahun

Pipa lunak PVC, HDPE, MDPE Fiberglas

0,003

0,01

0,05

Beton 0,06 0,15 1,5 Baja ringan : Baja tak berlapis Baja galvanis

0,01 0,06

0,1 0,15

0,5 0,3

Besi Baru Lama - karat rendah - karat sedang - karat tinggi

0,15 0,6 1,5 6,0

0,3 1,5 3,0 10,0

0,6 3,0 6,0 20,0

Tabel 2.9 : koefisien kekasaran pipa k dalam mm


Gambar 2.12 : grafik faktor gesekan pada pipa

Dari tabel didapat faktor kehilangan akibat gerakan turbulen aliran pada pipa,

diasumsikan pipa pesat tidak membengkok, namun terdapat putaran pada ketajaman

sudut masuk (Kentrance). dan bukaan klep (KValve).

No Bentuk ketajaman sudut masuk Kvalve

1

1,0

2

0,8

3 0,5


4

0,2

Tabel 2.10 : koefisien ketajaman sudut masuk

Tipe klep bola pintu Kupu-kupu

K klep 0 0,1 0,3

Tabel 2.11 : koefisien bukaan klep

Hkehilangan pada turbin = )(.2

2

entrancevalve KKgV

+

Kehilangan kibat gesekan (Hkehilangan akibat gesekan)

Hkehilangan akibat gesekan = hkehilangan pada dinding + hkehilangan pada turbin

% Kehilangan = gross

loss

HH x 100 %

Efisiensi penstock = (Hgross - Hloss)Hgross

4). Turbin

Pengertian Turbin

Turbin berfungsi untuk mengubah energi air (potensial, tekanan dan kinetik)

menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran gagang dari roda ini

dapat digunakan untuk memutar berbagai macam alat mekanik (penggilingan biji,

pemeras minyak, mesin bubut, dll), atau untuk mengoperasikan generator listrik.


Mesin-mesin atau alat-alat, yang diberi tenaga oleh skema hidro, disebut dengan

Beban (Load).

Turbin-turbin hidraulik, berhubungan erat dengan generator, fungsi utamanya

adalah mengubah energi air menjadi tenaga listrik. Air mengalir melalui turbin,

memberi tenaga pada penggerak (runner) dari turbin dan membuatnya berputar.

Corong dari penggerak berhubungan langsung dengan generator, asalkan tenaga

mekanik yang penting tersalur pada generator. Jadi, turbin-turbin menempati posisi

kunci dalam bidang teknik hidroelektrik dan membentuk suatu bagian besar dari

seluruh jumlah biaya proyek.

Menurut sejarahnya, turbin hidraulik sekarang ini berasal dari kincir-kincir air

pada zaman pertengahan yang dipakai untuk memecah batubara dan keperluan pabrik

gandum. Salah satu dari kincir angin tersebut dapat dilihat di Aurangabad (India),

yang telah berumur 400 tahun. Namun tetap terdapat perbedaan antara kincir dengan

turbin, turbin-turbin modern saat ini merupakan kemenangan dari kemajuan teknologi

dari cabang-cabang bidang teknik seperti mekanika zat cair, ilmu logam dan

mekanika teknik.

Jenis-Jenis Turbin

Fourneyron, Jonval, Girard adalah beberapa jenis turbin pada zaman dahulu. Jenis-

jenis turbin yang dipergunakan di bidang teknik hidroslistrik pada saat ini, adalah :

a. Turbin Francis

b. Turbin Pelton

c. Turbin baling-baling dan Kaplan

d. Turbin Turgo

e. Turbin Crossflow atau Bank

a. Turbin Francis


Turbin-turbin Francis adalah jenis turbin yang paling banyak dipakai pada

PLTA saat ini. Turbn Francis bekerja dengan aliran air yang bertekanan. Jadi untuk

turbin Francis itu selalu mengalir penuh pada penggerak yang sama dewngan

selubung penuh air.

Penggerak turbin terdiri dari sebuah pisau melengkung yang dilas pada dua

shroud. Deretan pisau bervariasi dari 12 sampai 22 tergantung pada kecepatan

spesifik (nomor rendah untuk kecepatan-kecepatan spesifik di atas 300 rpm).

Cara kerja turbin Francis

Air dari pipa pesat masuk ke dalam selubung spiral di bawah tekanan dan

mengalir melalui pintu-pintu kecil masuk ke dalam penggerak (runner). Setelah

mengalir meninggalkan penggerak, air melalui sebuah tube sementara dan saluran

buang. Tujuan dari tube sementara adalah untuk mengetahui kecepatan dari tinggi

aliran air yang keluar dari penggerak, juga untuk mengusahakan penggerak

mempunyai tingkat aliran hilir tanpa mengurangi tinggi air yang bersangkutan.

b. Turbin Pelton

Turbin ini terdiri dari sebuah piringan-piringan lingkaran pada pinggir-

pinggirnya (periphery). Pada instalasi pembangkit listrik tenaga air ukuran besar,

Turbin Pelton normalnya diperhitungkan memiliki head gross setinggi 150 meter.

Namun, untuk instalasi mikro hidro Turbin Pelton dapat digunakan pada head yang

lebih rendah. Diameter turbin Pelton berukuran kecil yang berputar dengan kecepatan

tinggi dapat menghasilkan 1 kW listrik pada head tidak lebih dari 20 meter.

Prinsip kerja dari turbin Pelton adalah mengubah energi kinetik air yang

masuk ke jet menjadi gaya rotasi angular dan menghantarkannya ke generator

sehingga menghasilkan energi listrik. Turbin Pleton tewrmasuk turbin yang memilki


efisiensi yang sangat baik, air yang terbuang setelah memberikan tekanan pada runner

hanya menyisakan energi kinetik yang sangat sedikit.

Dahulu, turbin Pleton pada mikro hidro selalu menggunakan pemancar air

tunggal (single jet) karena kemudahannya dan biayanya lebih murah dibandingkan

dengan jet ganda atau lebih dari dua (multi jet). Namun sebenarnya multi jet memiliki

keuntungan yang lebih banyak dibandingkan dengan single jet, diantaranya :

- Dapat menghasilkan putaran yang lebih cepat

- Penggerak (runner) menjadi lebih kecil

- Sebagian alirannya dapat dikendalikan tanpa katup berbentuk tombak (spear valve)

- Mengurangi kesempatan penghambat yang dapat mengurangi tekanan.

c. Turbin Kaplan dan Baling-Baling

Pengaturan umum untuk baling-baling dan turbin Kaplan adalah kurang lebih

sama dengan teurbin Francis. Jadi, selubung scroll, cincin stay dan tube sementara

dalam keadaan similar seperti dalam selubung-selubung turbin Francis dan

menjalankan fungsi yang sama. Perbedaan yang besar yaitu dimana turbin-turbin

Francis dicampurkan dengan turbin-turbin aliran. Balin-baling dan Kaplan merupakan

turbin aliran aksial. Penggerak turbin ini menyurupai sebauh baling-baling yang

terdiri dari pusat pada pinggirnya, dimana baling-baling berbentuk lengkung

ditegakkan. Baling-baling bertindak seperti kantiliver-kantiliver didukung hanya pada

pusat. Jumlah dayung untuk sebuah baling-baling turbin Kaplan bervariasi dari 3

hingga 8 tergantung pada jangkauan kecepatan spesifik. Baling-baling berbentuk

sebuah badan berongga semikonal permukaan luar diman menjadi batas dari

pemasukan air. Di dalam poros terdapat corong turbin.

d. Turbin Turgo


Turbin Turgo merupakan sakah satu turbin penggerak yang mirip dengan

turbin Pelton. Tetapi, pemancar air (jet) di disain untuk memberikan tekanan kepada

penggerak (runner) yang memiliki sudut (biasanya 20). Pada turbin ini, air masuk

menuju runner melalui satu sisi dan keluar dari sisi yang berbeda. Sebagai akibatnya,

aliran dari runner Turgo dapat masuk tanpa batas oleh cairan yang bercampur dengan

jet yang baru masuk.Selanjutnya, turbin turgo dapat memilki diameter runner yang

lebih kecil dari pada Pelton namun memilki daya yang sebanding.

Turbin Turgo memilki beberapa kerugian. Pertama, turbin Turgo lebih sulit

pembuatannya dibandingkan dengan turbin Pelton karena bentuk baling-baling lebih

kompleks. Kedua, tampilan turbin Turgo merupakan muatan aksial yang kokohpada

runner dimana harus menyediakan kecocokan poros pada ujung lobangnya.

e. Turbin Crossflow

Turbin Crossflow sering juga disebut dengan turbin Banki, Mitchell atau

turbin Ossberger. Turbin Crossflow terdiri dari sebuah tong berbentuk penggerak

(runner)terbuat dari dua buah piringan yang terhubung dengan lingkaran terdekat oleh

beberapa gerigi yang melengkung. Turbin Crossflow memiliki penggerak horizontal

pada bawah kotaknya (tidak seperti Pelton atau Turgo yang dapat memiliki runner

horizontal atau vertikal). Pada operasiannya, pipa berbentuk kotak secara langsung

memancarkan air sepanjang runner. Air mendorong gerigi dan memberikan banyak

energi kinetik.

5). Daya dan Energi


Daya yang masuk atau total daya yang diserap oleh suatu mikrohidro merupakan daya

kotor ( bruto ),P gross. Daya yang biasanya disampaikan adalah daya bersih ( P net ).

Keseluruhan efesiensi yang mempengaruhi daya ini dimasukkan dalam e0.

P gross didapat dari head gross ( h gross ) dikalikan dengan debit aliran ( Q ) dan

dikalikan dengan percepatan gravitasi; yang diambil 9,81. Sehingga, didapat

persamaan dasar kekuatan air pada mikrohidro yaitu :

P net = h x Q x 9,81 x e0 kW

Dimana : H = head ( meter )

Q = Debit air ( m3/detik )

Dalam pekerjaan mikrohidro diperlukan faktor koreksi. Diantaranya :

Power Output = e saluran x e pipa pesat x e turbin x e generator x e trafo x e transmisi

x power input

Eo = Esaluran Epenstock Eturbin Egenerator Esistem kontrol Ejaringan Etrafo

Biasanya Esaluran : 1.0 - (panjang saluran 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 kapasistas generator)

Ejaringan : 0.90 ~ 0.98 (tergantung pada panjang jaringan)

Etrafo : 0.98

Efisiensi turbin

Efisiensi jaringan

Daya terbangkit

Efisiensi trafo step-up dan step-down

Tenaga potensial penuh Tenaga masuk

Efisiensi generator

Efisiensi penstock

Efisiensi saluran


Gambar 2.13 : Efisiensi pada skema PLTMH

Energi yang dilepaskan didapat dari berat air yang jatuh dikalikan dengan tinggi jatuh

vertikalnya. Berat jatuh didapat dari massa ( m ) dikalikan dengan percepatan

gravitasi. Sementara tinggi jatuh vertikal merupakan harga h gross.

Energi yang dilepas = m x g x h gross Joule

Karena berat air merupakan perkalian antara berat jenis () dengan volume air ( V ),

sehingga didapat :

Energi yang dilepas = V x x g x h gross Joule

Saat air masuk ke turbin dengan debit tertentu, energi yang dilepas dapat dinyatakan

dalam kondisi daya ( power ), dimana Power merupakan energi yang dilepas

persatuan waktu.

P gross = x Q x g x hgross Joule/detik atau Watt

Dengan memasuki harga massa jenis air ( air ) = 1.000 kg/m3, dan percepatan

gravitasi ( g ) = 9,8 m/detik2. Daya yang dihasilkan pada turbin akan banyak

berkurang dari daya kotornya ( P gross ), karena kehilangan akibat gesekan pada pipa

pesat (penstock) dan pada turbin. Daya yang keluar pada generator berkurang lagi

akibat kurang efisiennya sistem kerja dan generator. Selanjutnya, pada transmisi

power hilang, dengan daya akhir yang mampu dihasilkan dan didistribusikan kepada

pengguna listrik mikrohidro ini hanya mencapai setengah dari kapasitas daya

kotornya ( P gross ). Nilai efesiensi keseluruhannya (e0) cenderung berkisar antara 0,4

hingga 0,6.


BAB III

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

Perencanaan Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro


Penulis mengambil contoh perencanaan pembangunan PLTMH Hutaraja yang

memanfaatkan potensi tenaga air sungai Aek Silang di Desa Hutaraja, Kecamatan

Dolok Sanggul Kabupaten Humbang Hasundutan

3.1 Umum

Desain dasar bangunan utama PLTM dimaksudkan untuk

menghitung/memperkirakan bentuk serta dimensi dari bangunan-bangunan utama

PLTM Hutaraja ,dalam hal ini akan dibahas perencanaan bangunan-bangunan sipil

yang menjadi penunujang PLTM Hutaraja yang meliputi, :

Bendung (Weir)

Saluran pembawa (Head race)

Pipa pesat (Penstock)

Desain dasar ini dibuat untuk mendapatkan besaran volume pekerjaan dan perkiraan

biaya konstruksi, sehingga secara garis besar hasil perhitungan-perhitungan sudah

dapat dipergunakan untuk melakukan evaluasi terhadap PLTM, baik teknis maupun

ekonomis.

3.2 Desain dasar pekerjaan sipil

A. Bendung

Bendung PLTM Hutaraja direncanakan sebagai bendung tetap tipe pelimpah

dari pasangan batu lapis beton.

Debit banjir rencana (Design Flood)


Debit banjir rencana pada sungai Hutaraja menggunakan data hidrograf banjir

rancangan kala ulang 50 tahun dengan menggunakan metode hidrograf satuan

Nakayasu. ).3,0(6,3 3,0

0

TTCxAxR

QP

p +=

Pada kasus di Hutaraja, sungai Aek Silang memiliki panjang alur sungai (L) = 31 km

Luas DAS = 218,3 km2

Hutaraja termasuk daerah pengaliran biasa yang memiliki = 2

Maka didapat

tg = 0,4 + 0,058.L

= 0,4 + 0,058.31

= 2,20

Waktu yang diperlukan oleh penurunan debit, dari debit puncak sampai menjadi 30 %

dari debit puncak.

T0,3 = .tg

= 2 x 2,20

= 4,40

Waktu dari permulaan hujan sampai puncak banjir

tr = 0,9. tg

= 0,9 x 2,20

= 1,98

tp = tg + 0,8.tr

= 4,40 + 0,8 x 1,98

= 3,78

Debit puncak banjir (Qp)


).3,0(6,3 3,00

TTCxAxR

QP

p +=

).3,0(6,3 3,0

0

TTCxAxRQ

Pp +=

= )4,478,3.3,0(6,3

3,218 0+

xCxR

= 10,97x Cx R0

Selanjutnya perhitungan debit banjir dilakukan dengan tabel, dengan memasukkan

nilai hujan satuan jam-jaman dan memasukkan angka koreksi. (Lampiran 1)

Sehingga didapat debit banjir rencana kala ulang 50 tahun sebesar 755 m3/detik.

a) Lokasi bendung

Bendung PLTM Hutaraja berada di Palung Aek Silang pada elevasi dasar

sungai + 1266 m, dengan pintu pengambilan (Intake) sebelah kanan aliran. Lebar

rata-rata sungai di sekitar lokasi bendung adalah 15 m, talud (1 : m) adalah 1:1,5.

Gambar rencana bendung dapat dilihat pada lampiran 2

b) Elevasi mercu bendung

Berdasarkan kondisi topografi dan fungsi bendung untuk memperoleh tinggi

jatuh yang direncanakan, maka tinggi bendung/mercu ditetapkan p= 5 m. Sehingga

Elevasi mercu adalah + 1271 m

c) Lebar bendung

Lebar bendung PLTM Hutaraja diambil 1,2 kali lebar normal Aek Silang pada

debit penuh (Q50 ) sebelum adanya bendung yaitu sebagai berikut

- Kedalaman air di sungai h = 2,2 m

- Jagaan/Free Board w =

htot = 3,7 m

1,5 m


Jadi lebar bendung B = 1,20 Bn = 1,20 (b+m.h total)

Lebar bendung = Lebar rata-rata sungai x 1,2

= (15 + 1,5 x 3,7 ) x 1,2

= 24,66 m

Lebar efektif bendung

pilar yang digunakan 2 buah dengan lebar pilar bendung sebesar 1,5 m,

dengan bentuk ujung pilar bulat, dari tabel 2.2. didapat kp = 0,01 , dan dari tabel 2.3.

didapat harga koefisien kontraksi Ka = 0,1.

Dihubungkan dengan lebar mercu yang sebenarnya (B0), maka lebar effektif

bendung (Be) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut :

Be = B1 2 (nKp + Ka) H1

B1 = B0 2.bpilar

= 24,66 2.1,5

= 21,66

Gambar 3.1 : Penampang rata-rata sungai aek silang

W

Bn

b

MA Banjir

h

M = 1,5

1


Be = 21,66 2 (2.0,01+0,1) H1

= 21,66 0,24H1

Dari rumus debit bendung, muka air rencana dapat ditentukan

23

1..32

32 HBegCdQ =

755 = 23

11 ).24,016,23.(8,932

32 HHCd

755 = 1,705 Cd.( 23,16 0,24H1 ).H13/2

Jari-jari mercu bendung r = H/2

Misalkan Cd = 1,08

Dengan cara coba-coba diambil H = 7,15 m

755 = 1,705.1,08 ( 23,16 0,24.6,85 ).6,853/2

755 = 754,941 (OK)

Cek nilai Cd apakah sama harganya dengan harga pemisalan.

Untuk P/H1 = 5/7,15 = 0,699

Dengan menggunakan grafik dari gambar 2.7., 2.8., dan gambar 2.9.

Didapat : dari grafik gammbar 2.7. didapat C0 = 1,13

dari grafik gammbar 2.8. didapat C1 = 0,95

dari grafik gammbar 2.9. didapat C2 = 1,005

Cd = C0 x C1 x C2

= 1,13 x 0,95 x 1,005

= 1,078 = 1,08

Dengan demikian tinggi H1 = 7,15 m, dan jari-jari mercu bendung adalah 7,15/2 =

3,575 m

Menghitung tinggi air di atas mercu bendung h1


H1 = h1 + g

V.2

21

H1 = Tinggi energi di atas bendung (m)

h1 = Tinggi air di atas bendung (m)

V1 = Kecepatan air di atas bendung (m/detik)

V1 = 1

/hPBQ

+

Q = Debit banjir rencana (m3/detik)

B = Lebar total bendung (m)

P = Tinggi bendung (m)

V1 = 1566,24/755

h+

= 30,61/(5+h1)

H1 = h1 + g

V.2

21

7,15 = h1 + 8,9.2

)5(61,30

2

1

+ h

7,15 = h1 + 6,19

)5(61,30

2

1

+ h

dengan cara coba-coba didapat h1 = 6,82 m, jadi tinggi air banjir rencana di atas

mercu adalah 6,82 m

Maka, tinggi elevasi muka air maksimum dari dasar hulu bendung

= P + h1

= 5 + 6,82

= 11,82 m


Maka, lebar efektif bendung Be

Be = 21,66 0,24H1

Be = 21,66 0,24 x 7,15

= 19,95 m

d) Mercu bendung

Bendung PLTMH Hutaraja direncanakan sebagai bendung tetap tipe pelimpah

dari pasangan batu dengan tinggi pelimpah/mercu adalah mercu bulat.

Bentuk mercu pelimpah direncanakan tipe bulat dengan jari-jari tunggal.

Kemiringan permukaan mercu bagian hilir adalah 1 : 1. Untuk menghindari biaya

kavitasi lokal, tekanan minimum pada mercu (pasangan batu) dibatasi sampai - 1 m

tekanan air.

Dari perhitungan didapat :

Jari-jari mercu bendung h = 3,575 m

Tinggi air di atas mercu bendung h1 = 6,82 m

Tinggi energi di atas mercu bendung h1 = 7,15 m

Koefisien debit hd = 0,8

Lebar efektif bendung Be = 19,95 m

H1 = 7.150 M

Ha = 0.330 M

h1 = 6.820 M

Elevasi Mercu = 1271.000 M

El. M. A. atas Mercu = 1277.820 M

El. Tinggi Energi = 1278.150 M


Elevasi Dekser = 1278.820 M

Sketsa profil banjir

1278.150

1277.820 1271.000 1266

Gambar 3.2 : Sketsa profil banjir

B. Saluran Pembawa

Sal

09e01177

Documents