Perencanaan Pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro

(1)

PERENCANAAN PEMBUATAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

MIKRO HIDRO

TUGAS AKHIR

MUHAMMAD ASY’ARI PERANGIN-ANGIN

02 0404 024

BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK USU

(2)

PERENCANAAN PEMBUATAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

MIKRO HIDRO

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian

pendidikan sarjana teknik sipil

MUHAMMAD ASY’ARI 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

(3)

ABSTRAK

(4)

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 ide–idenya 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.

(5)

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. Teman–temanku 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.

(6)

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

(7)

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

(8)

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

(9)

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

(10)

50% : 50%... 87

Tabel 4.14 Pengujian elastisitas beton quarry Muko : Meurebo

25% : 75%... 89 Tabel 4.15 Pengujian elastisitas beton quarry Kuala Baro : Muko

25% : 75%... 96 Tabel 4.18 Tabel nilai modulus elastisitas rata maksimum berbagai

(11)

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 Grafik 4.8 Nilai tegangan dan regangan vertikal untuk beton

dengan quarry Kuala Baro………. 78

dengan quarry Kuala Baro : Meurebo (75% : 25%)... 80 Grafik 4.10 Nilai tegangan dan regangan vertikal untuk beton

dengan quarry Kuala Baro : Meurebo (50% : 50%)………... 82 Grafik 4.11 Nilai tegangan dan regangan vertikal untuk beton

(12)

dengan quarry Muko : Meurebo (75% : 25%)... 86 Grafik 4.13 Nilai tegangan dan regangan vertikal untuk beton

dengan quarry Kuala Baro : Muko (75% : 25%)... 92 Grafik 4.16 Nilai tegangan dan regangan vertikal untuk beton

dengan quarry Kuala Baro : Muko (50% : 50%)... 94 Grafik 4.17 Nilai tegangan dan regangan vertikal untuk beton

dengan quarry Kuala Baro : Muko (25% : 75%)... 96 Grafik 4.18 Grafik perbandingan nilai Modulus Elastisitas rata-rata

Masing-masing quarry... 113 Grafik 4.19 Grafik perbandingan nilai Modulus Elastisitas rata-rata

Berbagai Variasi Quarry Kuala Baro : Meurebo... 114 Grafik 4.20 Grafik perbandingan nilai Modulus Elastisitas rata-rata

Berbagai Variasi Quarry Muko : Meurebo... 114 Grafik 4.21 Grafik perbandingan nilai Modulus Elastisitas rata-rata

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar 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.

(14)

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.

(15)

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.

(16)

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

(17)

 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

(18)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian PLTMH

(19)

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.

(20)

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.

(21)

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)

(22)

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

(23)

(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

(24)

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.

Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu

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.

Fondasi : berbagai jenis tanah

keluaran air yang normal

(25)

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

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

(26)

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.

(27)

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 ₀_,₃

0 T T CxAxR Q

P 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)

(28)

Bagian lengkung naik (rising limb) hidrograf satuan dihitung dengan persamaan : 4

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

(29)

Untuk 0,32 Qp > Qd 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.

(30)

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.

(31)

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)

(32)

ir : Kemiringan sungai sekarang.

Gamb ar 2.2.2: Poton

gan dari Intak e 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

(33)

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

(34)

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

(35)

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

(36)

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

2

Jari-jari mercu bendung r = H/2

Menghitung tinggi air di atas mercu bendung h1

H1 = h1 +

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

(37)

B = Lebar total bendung (m) P = Tinggi bendung (m)

(38)

2) Saluran Pembawa (Head Race)

(39)

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.

(40)

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

(41)

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

(42)

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

(43)

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.

(44)

Qd= A × R 2/3 × SL1/2 /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.

(45)

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 = v

F Q.

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 = 2 (1+N2)−2xN

H =

N X

A +

B = H x X

T = B + (2 x H x N)

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

H = 

    

2

A

T = B = 2.H

(46)

persamaan Manning :

R = P A

S =

2

667 , 0 

  

 

R nxv

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 :

(47)

Gambar 2.11: Penstock (Pipa Pesat) Bahan Penstock

Saat ini, bahan utama pipa pesat adalah pipa–pipa baja, pipa–pipa ductile dan pipa FRPM (fibre reinforced plastic multi-unit). Sedangkan pembangkit tenaga air skala kecil menggunakan pipa – pipa hard vinyl chloride, pipa–pipa howell atau pipa-pipa spiral

welded dapat dipertimbangkan karena diameternya kecil dan tekanan internalnya relatif

rendah. Material yang digunakan

Faktor-faktor utama yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan material yang digunakan :

1. Besarnya tekanan air yang 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

(48)

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). .

(49)

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

• Dapat digunakan sebagai lapisan pipa besi

(50)

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 yang terbatas dari pipa FRP khusus

• Kurang bagus

• Tidak ada masalah kebocoran pada sambungan

• Tidak ada masalah dengan kebocoran selama cara penyambungannya

mantap

• Tidak ada masalah dengan kebocoran selama cara penyambungannya

mantap

(51)

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 =

2 2

gross Horizontal H

L +

Kecepatan optimum dapat dicari dengan menggunakan rumus United State Bureau of Reclamation (USBR) sebagai hubungan anatara kecepatan dengan head untuk pipa.

gH V =0,125 2

Diameter Pipa pesat

Pada umumnya diameter pipa pesat ditentukan berdasarkan pembandingan dengan biaya pipa pesat dan biaya kehilangan head pipa pesat. Karena pipa pesat mengeluarkan biaya yang besar pada pemasangannya, sehhingga dalam menentukan diameter pipa pesat harus berdasarkan perbandingan dengan biaya pipa pesat dan biaya kehilangan head pipa pesat.

Untuk memilih diameter terbaik dan tipe pipa pesat 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.

(52)

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 :

Ketebalan pipa :

t =

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).

(53)

= 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

(54)

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

(55)

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

entrance valve K K

g V

+

Kehilangan kibat gesekan (Hkehilangan akibat gesekan)

Hkehilangan akibat gesekan = hkehilangan pada dinding + hkehilangan pada turbin

% Kehilangan = gross

loss H

H

x 100 %

Efisiensi penstock = (Hgross - Hloss) Hgross

4). Turbin

Pengertian Turbin

(56)

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

(57)

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.

(58)

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.

(59)

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.

(60)

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

(61)

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

(62)

BAB III

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

(63)

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.

(64)

Debit banjir rencana pada sungai Hutaraja menggunakan data hidrograf banjir rancangan kala ulang 50 tahun dengan menggunakan metode hidrograf satuan

Nakayasu.

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