MIKROHIDRO (PLTMH) PADA SUNGAI ARTER DESA HURUN
KECAMATAN PADANG CERMIN KABUPATEN PESAWARAN
LAMPUNG
Oleh
EDO TRINANDO
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
STUDI KELAYAKAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) DI SUNGAI ARTER DESA HURUN KECAMATAN
PADANG CERMIN KABUPATEN PESAWARAN LAMPUNG
Oleh
EDO TRINANDO
Listrik sangat berperan penting dalam kehidupan manusia. Di negara Indonesia listrik merupakan suatu kebutuhan pokok bagi masyarakat dan industri. Pasokan energi listrik di Indonesia ditargetkan dapat menggunakan 5% berasal dari energi terbarukan, hal itu telah dicantumkan pada peraturan Pemerintah no 3 tahun 2005. Salah satu pembangkit listrik yang berpotensi adalah Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH), yang merupakan satu implementasi dari green energy initiative yaitu mendorong energi terbarukan. Jika potensi PLTMH dapat dikembangkan, maka paling tidak 12.000 MWh atau sebesar 14% dari kebutuhan energi total Indonesia tahun 2005 dapat disumbang dari PLTMH.
Tujuan dari tugas akhir ini: “Studi Kelayakan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) sungai Arter di Desa Hurun Kecamatan Padang Cermin Kabupaten Pesawaran Lampung” adalah untuk merencanakan suatu pembangkit listrik tenaga air skala kecil yang dapat dimanfaatkan dan diaplikasikan sebagai pemenuhan energi listrik di Indonesia terutama untuk masyarakat yang belum bisa menikmati listrik dari PLN.
Prosedur untuk memperoleh data untuk Head bersih menggunakan metode selang plastik serta menggunakan metode perhitungan, sehingga Head bersih didapat sebesar 11,15 m. Untuk menentukan besarnya debit air, metode yang digunakan adalah metode benda apung, serta melakukan beberapa perhitungan dan didapatlah debit air sebesar 66,7 l/s. Dan daya yang dihasilkan sebesar 5,10 Kw. Dari ketiga data maka turbin yang cocok digunakan adalah turbin jenis cross flow.
FEASIBILITY STUDY OF MICRO HYDRO POWER PLANT (MHP) ON ARTER RIVER AT HURUN VILLAGE PADANG CERMIN DISTRICT PESAWARAN
REGION LAMPUNG
BY
EDO TRINANDO
Electricity is very important in human life. In Indonesia,electricity is a basic necessity for society and industry. Electrical energy supply in Indonesia is targeted to use the 5% comes from renewable energy, it has been included in the government regulation No. 3 of 2005. One of the power plants that are potentially is Micro Hydro Power (MHP), which is an implementation of the green energy initiative to encourage renewable energy step. If the MHP potential can be developed, then at least 12,000 MWh or 14% of Indonesia's total energy needs in 2005 are contributed by the MHP.
The purpose of this final project: " Feasibility Study of micro hydro power plant (MHP) on arter river at hurun village Padang Cermin district Pesawaran region lampung " is to plan a hydroelectric small scale power plant that can be used and applied as a fulfillment of electrical energy in Indonesia, especially for people who can not enjoy electricity.
The Procedures to obtaining data for Head cleaner using a plastic hose method and calculation method, so the net head of 11.15 m obtained. To determine the amount of water flow, the method used is the method of floating objects, as well as doing some calculations and obtained intake capacity of 66.7 l / s. And the resulting power of 5.10 Kw. The data result from the third turbine is suitable types of cross flow turbine.
DAFTAR ISI
1. Sumber Energi Tak Terbaharui ... 6
2. Sumber Energi Terbaharui ... 8
B. PLTMH ... 13
1. Keuntungan PLTMH ... 16
2. Prinsip Kerja PLTMH ... 16
3. Komponen PLTMH ... 17
2. Turbin Kaplan & Propeller ... 21
3. Turbin Pelton ... 22
4. Turbin Turgo ... 23
5. Turbin Crossflow ... 24
D. Klasifikasi Turbin Air ... 30
1. Berdasarkan Model Aliran Air Masuk Runner ... 30
2. Berdasarkan Perubahan Momentum Fluida Kerja ... 32
E. Kriteria Pemilihan Jenis Turbin ... 33
1. Berdasarkan Kecepatan Spesifik ... 34
2. Berdasarkan Head dan Debit ... 36
3. Berdasarkan Nilai Efisiensinya ... 40
F. Daya Yang Dihasilkan Turbin ... 41
III.METODOLOGI PENELITIAN
C. Metode Pengumpulan Data ... 45
1. Pembuatan Formulir ... 45
2. Data Primer ... 47
D. Metode Pengolahan Data ... 51
E. Diagram Alir ... 52
IV.HASIL DAN PEMBAHASAN A.Kondisi Daerah Studi ... 53
B.Data Primer... 56
1. Debit Sungai (Metode Benda Apung) ... 56
2. Data Head Gross ... 59
3. Diameter Pipa Penstock ... 59
4. Menentukan Head Efektif ... 60
5. Daya ... 63
7. Diameter Pully Generator dan Pully Turbin ... 83
D.Estimasi Biaya ... 85
1. Biaya Penduduk Menggunakan Listrik PLN ... 85
2. Biaya Penduduk Menggunakan Listrik PLTMH ... 86
A. Simpulan ... 87
B. Saran ... 88
DAFTAR PUSTAKA
I.PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Ketergantungan akan energi bahan bakar fosil seperti batu bara, minyak
bumi dan gas akan semakin meningkat. Pada beberapa dasawarsa mendatang,
kita harus mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil tersebut, karena
bahan bakar fosil adalah sumber daya yang terbatas dan suatu saat pasti akan
habis (Vienna 1981).
Menurut data Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2005 – 2025 yang
dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM)
pada tahun 2005, cadangan minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004
diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun dengan rasio
perbandingan antara cadangan dan produksi minyak bumi pada tahun tersebut.
Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan
batubara 147 tahun.Untukmengurangi ketergantungan sumber daya alam yang
bersumber dari fosil tersebut maka para ilmuwan mulai mengambil inisiatif
energi alternatif yang dapat diperbaharui dan ramah lingkungan, energi
alternatif tersebut antara lain energi air, angin, biomassa, matahari dan
geothermal. Energi alternatif ini dalam jangka panjang jika diperbaharui
sungguh-sungguh maka akan memainkan peranan yang sangat penting dalam
peraturan Pemerintah nomor 10 tahun 1989 tentang penyediaan pemanfaatan
tenaga listrik, menyatakan bahwa penyediaan tenaga listrik dilakukan dengan
memanfaatkan seoptimal mungkin sumber energi primer setempat dengan
kewajiban mengutamakan pemanfaatan sumber energi terbarukan. Dalam
rangka diversifikasi energi dan pemafaatan energi terbarukan tersebut, pasokan
tenaga listrik pada tahun 2020 ditargetkan dapat menggunakan minimal 5%
berasal dari energi terbarukan.
Salah satu pembangkit listrik skala kecil yang potensial adalah Pembangkit
Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH), yang merupakan satu implementasi dari
green energy initiative yaitu mendorong energi terbarukan, efisiensi energi dan
energi bersih. Program pembangunan PLTMH bertujuan untuk mendorong
kegiatan ekonomi masyarakat terutama di lokasi yang potensial namun belum
dioptimalkan. PLTMH memiliki beberapa keunggulan dibanding dengan
pembangkit listrik jenis lainnya, seperti bersih lingkungan, tidak konsumtif
terhadap pemakaian air, lebih awet (tahan lama / long life), biaya operasinya
lebih kecil dan sesuai untuk daerah terpencil. Disamping itu perawatan
mekanik dan elektrik PLTMH lebih mudah. Dari sisi sosial-ekonomi PLTMH
ini dapat dioperasikan oleh masyarakat desa atau lembaga lokal, serta
menunjang pengembangan aktivitas ekonomi produktif.
PLTMH adalah salah satu Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) low
head dengan kapasitas kurang dari 500 Kilo Watt (kW). Potensi total PLTMH
di Indonesia tahun 2002 adalah sebesar 500 Mega Watt (MW), yang sudah
lokasi-lokasi baru. Jika potensi PLTMH dapat dikembangkan maka paling
tidak 12.000 MWh atau sebesar 14% dari kebutuhan energi total Indonesia
tahun 2005 dapat disumbang dari PLTMH. Potensi tenaga air tersebar hampir
di seluruh Indonesia dan diperkirakan mencapai 75.000 MW, sementara
pemanfaatanya baru sekitar 2,5 % dari potensi yang ada. Jika studi potensi
PLTMH dapat diintensifkan, maka presentase sumbangan PLTMH terhadap
kebutuhan energi nasional meningkat juga.
Pada pelaksanaan studi kelayakan sumber energi listrik terbarukan dan
pemanfaatannya, penulis tertarik untuk mengkaji potensi PLTMH yang dapat
dimanfaatkan pada sungai Arter Desa Hurun Kecamatan Padang Cermin
Kabupaten Pesawaran Provinsi Lampung.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah :
1. Mengetahui besarnya debit dan head di sungai Arter Desa Hurun
Kecamatan Padang Cermin Kabupaten Pesawaran Provinisi Lampung.
2. Menentukan jenis turbin air yang sesuai dengan kondisi head dan debit air
sungai Arter di Desa Hurun.
3. Merancang turbin mikrohidro dengan dimensi dan jumlah sudu sesuai head
Batasan masalah diberikan agar pembahasan dari hasil yang didapatkan lebih
terarah. Adapun batasan masalah yang diberikan pada penelitian ini adalah :
1. Pengambilan data debit air dan head dilakukan secara langsung (primer).
2. Studi potensi ini hanya menentukan jenis turbin sampai desain turbin hasil
perancangan.
3. Pemilihan material turbin tidak dibahas dalam penelitian ini.
4. Panjang poros menyesuaikan dimensi turbin.
5. Gesekan air pada tepi sungai pada pengukuran kecepatan laju air diabaikan.
D. Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang
masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, batasan masalah,
metode penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini merupakan landasan teori secara umum serta hal-hal yang
perlu dipertimbangkan dalam merencanakan pembangunan suatu
pembangkit listrik tenaga mikrohidro.
BAB III METODE PENELITIAN
Bab ini berisi beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian,
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisikan pembahasan serta hasil data yang didapat dari
penelitian dan pembahasannya
BAB V PENUTUP
Bab ini berisi kesimpulan dan saran.
DAFTAR PUSTAKA
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Energi
Definisi energi, energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha.
Energi merupakan besaran yang kekal, artinya enegi tidak dapat diciptakan dan
dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk yang lain. Pada
dasarnya sumber energi di dunia banyak dan tersebar dimana-mana. Tetapi hanya
sebagian saja yang dimanfaatkan oleh manusia yaitu energi dari minyak bumi,
bahan fosil dan gas alam, sedangkan sumber energi lain seperti sampah dedaunan,
kayu, angin, air, matahari, dan gelombang pasang sedikit sekali dimanfaatkan.
Menurut dari sumber didapatnya energi, energi terbagi menjadi 2 antara lain :
1. Sumber Energi Tak Terbaharui
Ialah sumber daya alam yang apabila digunakan secara terus-menerus akan
habis. Sumber energi ini yaitu yang berasal dari minyak bumi, bahan fosil, dan
gas alam. Semua sumber ini memerlukan proses yang panjang untuk
mendapatkannya dan kemudian dapat dimanfaatkan, sebagai contoh minyak bumi
membutuhkan proses berjuta-juta tahun. Sebaliknya, pengekplotasianya dilakukan
terus-menerus dan bisa dibayangkan pasti persediaannya akan menipis dan
mungkin akan habis. Hal inilah mengakibat harga minyak bumi dunia melonjak
dengan tajam sampai mendekati 100 dolar AS/barel. Menurut data Blueprint
Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005, cadangan minyak
bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan akan habis dalam kurun waktu
18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas
diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun.
Oleh karena itu sekarang ini para ahli berlomba untuk mencari alternatif sumber
energi.
Biasanya sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui berasal dari
barang tambang (minyak bumi dan batu bara) dan bahan galian (emas, perak,
timah, besi, nikel dan lain-lain). Sumber energi ini banyak digunakan disegala
sektor sekarang ini. Dan berikut adalh hasil tambang dan galian.
a. Minyak Bumi
Minyak bumi berasal dari hewan (plankton) dan jasad-jasad renik yang telah mati
berjuta-juta tahun.
Avtur untuk bahan bakar pesawat terbang.
Bensin untuk bahan bakar kendaraan bermotor.
Kerosin untuk bahan baku lampu minyak.
Solar untuk bahan bakar kendaraan diesel.
LNG (Liquid Natural Gas) untuk bahan bakar kompor gas.
Oli ialah bahan untuk pelumas mesin.
Vaselin ialah salep untuk bahan obat.
Parafin untuk bahan pembuat lilin.
b. Batu Bara
Batu bara berasal dari turmbuhan purba yang telah mati berjuta-juta tahun yang
lalu. Batu bara banyak digunakan sebagai bahan bakar untuk keperluan industri
dan rumah tangga. Dimanfaatkan untuk bahan bakar industri dan rumah tangga.
Biji Besi untuk peralatan rumah tangga, pertanian dan lain-lain.
Tembaga merupakan jenis logam yang mempunyai warna
kekuning-kuningan, lunak dan mudah ditempa.
Bauksit sebagai bahan dasar pembuatan alumunium.
Emas dan Perak untuk perhiasan.
Nikel untuk bahan pelapis besi agar tidak mudah berkarat.
Gas alam untuk bahan bakar kompor gas.
Mangaan untuk pembuatan pembuatan besi baja.
Besi dan Timah besi berasal dari bahan yang bercampur dengan tanah, pasir
dan sebagainya. Besi merupakan bahan endapan dan logam yang berwarna
putih. Timah berasal dari bijih-bijih timah yang tersimpan di dalam bumi.
2. Sumber Energi Terbaharui
Konsep energi terbaharui diperkenalkan pada tahun 1970 sebagai bagian
dari usaha mencoba bergerak melewati pengembangan bahan bakar nuklir dan
fosil. Definisi paling umum adalah sumber energi yang dapat dengan cepat diisi
kembali oleh alam, proses berkelanjutan. Di bawah definisi ini, bahan bakar nuklir
dan fosil tidak termasuk ke dalamnya. Sumber energi ini belumlah banyak
sekitar yaitu angin, air, biogas, biomass dan energi matahari. Beberapa contoh
energi terbarukan antara lain :
a. Energi Geothermal
Energi ini merupakan energi pancaran dan radiasi yang dapat digunakan
untuk memasak. Geothermal adalah energi yang dihasilkan dengan cara
mengambil panas bumi. Ada 3 macam power plants yang digunakan
untuk mendapatkan energi dari energi geothermal, yaitu dry steam,flash,
dan binary. Dry steam plants mengambil uap panas bumi dan langsung
digunakan untuk menggerakan turbin yang memutar generator penghasil
listrik. Flash plants mengambil air panas, biasanya bersuhu lebih dari
2000C, dari tanah yang kemudian mendidih pada saat naik ke permukaan
dan kemudian dipisahkan antara air panas dan uap panas yang dialirkan
ke turbin. Untuk binary plants, air panas mengalir melalui heat
exchangers, mendidihkan cairan organik yang memutarkan turbin. Uap
panas yang dimampatkan dan sisa dari cairan geothermal, dari ketiga cara
diatas disuntikkan lagi ke batuan panas agar menghasilkan panas lagi.
Energi geothermal berasal dari penguraian radioaktif di pusat Bumi, yang
membuat Bumi panas dari dalam, dan dari matahari, yang membuat panas
permukaan bumi.
b. Energi Sustainable
Seluruh energi terbaharui secara definisi juga merupakan energi
sustainable, yang berarti mereka tersedia dalam waktu jauh ke depan yang
tenaga nuklir bukan energi diperbaharui, namun pendukung nuklir dapat
sustainable dengan penggunaan reaktor breeder menggunakan
uranium-238 atau thorium atau keduanya. Di sisi lain banyak penentang nuklir
menggunakan istilah sustainable sebagai sinonim untuk energi terbaharui,
dan oleh karena itu tidak memasukkan nuklir ke dalam energi terbaharui
modern (sustaniable).
c. Energi Surya
Karena kebanyakan energi terbaharui pusatnya adalah "energi surya"
istilah ini sedikit membingungkan. Namun yang dimaksud di sini adalah
energi yang dikumpulkan langsung dari cahaya matahari. Tenaga surya
dapat digunakan untuk:
Menghasilkan listrik menggunakan sel surya
Menghasilkan listrik menggunakan pembangkit tenaga panas surya
Menghasilkan listrik menggunakan menara surya
Memanaskan gedung, secara langsung
Memanaskan gedung, melalui pompa panas
Memanaskan makanan, menggunakan oven surya.
d. Energi Angin
Karena matahari memanaskan permukaan bumi secara tidak merata, maka
terbentuklah angin. Energi kinetik dari angin dapat digunakan untuk
menjalankan turbin angin, beberapa mampu memproduksi tenaga 5 MW.
Tenaga keluaran adalah fungsi kubus dari kecepatan angin, maka turbin
dalam praktek sangat sedikit wilayah yang memiliki angin yang bertiup
terus menerus. Namun begitu di daerah pesisir atau daerah di ketinggian,
tersedia angin yang cukup konstan. Pada tahun 2005 telah ada ribuan
turbin angin yang beroperasi di beberapa bagian dunia, dengan perusahaan
"utility" memiliki kapasitas total lebih dari 47.317MW. Kapasitas
merupakan output maksimum yang memungkinkan dan tidak menghitung
"load factor". Ladang angin baru dan taman angin lepas pantai telah
direncanakan dan dibuat di seluruh dunia. Ini merupakan cara penyediaan
listrik yang tumbuh dengan cepat di abad ke-21 dan menyediakan
tambahan bagi stasiun pembangkit listrik utama. Kebanyakan turbin yang
digunakan menghasilkan listrik sekitar 25% dari waktu (load factor 25%),
tetapi beberapa mencapai 35%. Load factor biasanya lebih tinggi pada
musim dingin. Ini berarti bahwa turbin 5 MW dapat memiliki output
rata-rata 1,7 MW dalam kasus terbaik.
e. Energi Biomass
adalah sumber renewable energy atau energi terbarukan karena energi ini
berasal dari matahari. Melalui proses photosintesa, tanaman menangkap
tenaga matahari . Tumbuhan biasanya menggunakan fotosintesis untuk
menyimpan tenaga surya, air, dan CO2. Bahan bakar bio adalah bahan
bakar yang diperoleh dari biomass - organisme atau produk dari
metabolisme mereka, seperti kotoran dari sapi merupakan energi
terbaharui. Biasanya bahan bakar bio dibakar untuk melepas energi kimia
menjadi listrik menggunakan sel bahan bakar adalah bidang penelitian
yang sangat aktif. Dalam hal ini biomass berfungsi sebagai aki tempat
penyimpanan energi surya. Biomass yang diproduksi dengan teknik
pertanian, seperti biodiesel, ethanol, dan bagasse (seringkali sebuah
produk sampingan dari pengkultivasian Tebu) dapat dibakar dalam mesin
pembakaran dalam atau pendidih. Pembuatan biomass harus melalui
beberapa proses seperti berikut: harus dikembangkan, dikumpulkan,
dikeringkan, difermentasi dan dibakar. Seluruh langkah ini membutuhkan
banyak sumber daya dan infrastruktur.
f. Energi Air (Hydropower)
Energi dapat digunakan dalam bentuk gerak atau perbedaan suhu. Karena
air ribuan kali lebih berat dari udara, maka aliran air yang pelan pun dapat
menghasilkan sejumlah energi yang besar. Air merupakan sumber energi
yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi
potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga
air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir.
Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud
energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak
dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang
memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Kalau
listrik yang dihasilkan tidak terlalu besar, teknologi yang digunakan
disebut microhydro, listrik dari cara ini maksimal menghasilkan 100 kW.
penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki
abad 19, turbin air mulai dikembangkan. (Prayitno, 2005)
B. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH).
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah pembangkit
listrik berskala kecil (kurang dari 200 kW), yang memanfaatkan tenaga (aliran) air
sebagai sumber penghasil energy. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan
dan layak disebut clean energy karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi,
PLTMH dipilih karena konstruksinya sederhana, mudah dioperasikan , serta
mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Secara ekonomi, biaya
operasi dan perawatannya relative murah, sedangkan biaya investasinya cukup
bersaing dengan pembangkit listrik lainnya. PLTMH biasanya dibuat dalam skala
desa di daerah-daerah terpencil yang belum mendapatkan listrik dari PLN. Tenaga
air yang digunakan dapat berupa aliran air pada system irigasi, sungai yang
dibendung atau air terjun (Ismono, 1999). Pada gambar 1 dapat kita lihat contoh
gambar dari PLTMH
Gambar 1. Pembangkit Listrik Mikrohidro (Laymand, 1998)
Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit
sumber daya (resources) penghasil listrik yang memiliki kapasitas aliran dan
ketinggian tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun
ketinggiannya dari instalasi maka semakin besar energi yang bias dimanfaatkan
untuk menghasilkan energi listrik. Biasanya Mikrohidro dibangun berdasarkan
kenyataan bahwa air yang mengalir di suatu daerah dengan kapasitas dan
ketinggian yang memadai. Istilah kapasitas mengacu kepada volume aliran air per
satuan waktu (flow capacity), sedangkan beda ketinggian daerah aliran sampai ke
instalasi dikenal dengan istilah head. Mikrohidro juga dikenal sebagai white
resources dengan terjemahan bebas bias dikatakan “energi putih”, dikatakan
demikian karena instalasi pembangkit listrik seperti ini menggunakan sumber
daya yang telah disediakan oleh alam dan ramah lingkungan. Suatu kenyataan
bahwa alam memiliki air terjun atau jenis lainnya yang menjadi tempat air
mengalir. Secara teknis, mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air
(sebagai sumber energi), turbin dan generator. Mikrohidro mendapatkan energi
dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu. Pada dasarnya,
mikrohidro memanfaatkan energi potensial jatuhan air (head). Semakin tinggi
jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi
energi listrik. Di samping faktor geografis (tata letak sungai), tinggi jatuhan air
dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air
menjadi tinggi. Air dialirkan melalui sebuah pipa pesat kedalam rumah
pembangkit yang pada umumnya dibagun di bagian tepi sungai untuk
putaran poros turbin akan diubah menjadi sebuah energi listrik oleh sebuah
generator.
Mikrohidro bisa memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar,
misalnya dengan ketinggian air 2.5 m dapat dihasilkan listrik 400 watt. Relatif
kecilnya energi yang dihasilkan mikrohidro dibandingkan dengan PLTA skala
besar, berimplikasi pada relatif sederhananya peralatan serta kecilnya areal yang
diperlukan guna instalasi dan pengoperasian mikrohidro. Hal tersebut merupakan
salah satu keunggulan mikrohidro, yakni tidak menimbulkan kerusakan
lingkungan. Perbedaan antara Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dengan
mikrohidro terutama pada besarnya tenaga listrik yang dihasilkan, PLTA dibawah
ukuran 200 kW digolongkan sebagai mikrohidro. Dengan demikian, sistem
pembangkit mikrohidro cocok untuk menjangkau ketersediaan jaringan energi
listrik di daerah-daerah terpencil dan pedesaan.
Berdasarkan output yang dihasilkan, pembangkit listrik tenaga air
dibedakan sesuai pada tabel berikut :
Tabel 1. Pembangkit listrik berdasarkan daya
1. Keuntungan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH).
a. Dibandingkan dengan pembangkit listrik jenis yang lain, PLTMH ini
cukup murah karena menggunakan energi alam.
b. Memiliki konstruksi yang sederhana dan dapat dioperasikan di daerah
terpencil dengan tenaga terampil penduduk daerah setempat dengan sedikit
latihan.
c. Tidak menimbulkan pencemaran.
d. Dapat dipadukan dengan program lainnya seperti irigasi dan perikanan.
e. Dapat mendorong masyarakat agar dapat menjaga kelestarian hutan
sehingga ketersediaan air terjamin.
2. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH).
Pembangkit listrik tenaga air skala piko pada prinsipnya memanfaatkan
beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran air saluran
irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga
menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator
dan generator menghasilkan listrik. Sebuah skema mikrohidro memerlukan dua
hal yaitu, debit air dan ketinggian jatuh (head) untuk menghasilkan tenaga yang
dapat dimanfaatkan. Hal ini adalah sebuah sistem konversi energi dari bentuk
ketinggian dan aliran (energi potensial) kedalam bentuk energi mekanik dan
3. Komponen-Komponen PLTMH
Pada gambar 2 dapat kita lihat bentuk skema dari PLTMH
Gambar 2. Skema PLTMH (Laymand, 1998)
Komponen PLTMH secara umum terdiri dari :
a. Bendungan (Weir) dan Intake
Pada umumnya instalasi PLTMH merupakan pembangkit listrik tenaga air
jenis aliran sungai atau saluran irigasi langsung, jarang yang merupakan
jenis waduk (bendungan besar). Konstruksi bangunan intake untuk
mengambil air langsung dapat berupa bendungan (weir) yang melintang
sepanjang lebar sungai atau langsung membagi aliran air sungai tanpa
dilengkapi bangunan bendungan. Lokasi intake harus dipilih secara cermat
untuk menghindarkan masalah di kemudian hari. Pada gambar 3 dapat kita
lihat gambar bendungan (weir) dan intake.
b. Bak Pengendap (Settling Basin)
Bak pengendap digunakan untuk memindahkan partikel-partikel pasir dari
air. Fungsi dari bak pengendap adalah sangat penting untuk melindungi
komponen-komponen berikutnya dari dampak pasir. Pada gambar 4 dapat
kita lihat Bak pengendap (Settling Basin).
Gambar 4. Bak Pengendap (Laymand, 1998)
c. Saluran Pembawa (Headrace)
Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi
dari air yang disalurkan. Pada gambar 5 dapat kita lihat saluran Pembawa
(Headrace).
Gambar 5. Saluran Pembawa (Laymand, 1998)
d. Headtank (Bak Penenang)
Fungsi dari bak penenang adalah untuk mengatur perbedaan keluaran air
dalam air seperti pasir, kayu-kayuan. Pada gambar 6 dapat kita lihat Bak
Penenang (Headtank).
Gambar 6. Bak Penenang (Laymand, 1998)
e. Penstock (PipaPesat).
Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan
air dari bak penenang (forebay tank). Perencanaan pipa pesat mencakup
pemilihan material, diameter penstock, tebal dan jenis sambungan
(coordination point). Pemilihan material berdasarkan pertimbangan
kondisi operasi, aksesibility, berat, sistem penyambungan dan biaya.
Diameter pipa pesat dipilih dengan pertimbangan keamanan, kemudahan
proses pembuatan, ketersediaan material dan tingkat rugi-rugi (fiction
losses) seminimal mungkin. Ketebalan penstock dipilih untuk menahan
tekanan hidrolik dan surge pressure yang dapat terjadi. Pada gambar 7
Gambar 7. Penstock (Laymand, 1998)
f. Turbin Air
Turbin berfungsi mengubah energi potensial fluida menjadi energi
mekanik yang kemudian diubah lagi menjadi energi listrik pada generator.
Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air
menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu
turbin impuls dan turbin reaksi.
g. Generator
Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi
mekanik menjadi energi listrik. Berikut gambar dari Generator
C. Turbin Air
Berikut jenis dari turbin air :
1. Turbin Francis
Turbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang
diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan
rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah.
Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu
pengarah pada turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah
yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk
penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah
yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat. Gambar 9 menunjukkan
sketsa dari turbin Francis.
Gambar 9. Turbin Francis ( Haimerl, L.A., 1960)
2. Turbin Kaplan & Propeller
Turbin Kaplan dan Propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial.
tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu. Gambar 10
merupakan bentuk dari turbin Kaplan.
Gambar 10. Turbin Kaplan ( Haimerl, L.A., 1960)
3. Turbin Pelton
Turbin Pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu
set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari
satu atau lebih alat yang disebut nozzle. Turbin Pelton adalah salah satu
dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin ini cocok digunakan
untuk head tinggi. Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang
simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan
mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke
kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan
membebaskan sudu dari gaya-gaya samping sehingga terjadi konversi
energi kinetik menjadi energi mekanis. Turbin Pelton untuk pembangkit
skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 m tetapi untuk skala
mikro head 20 m sudah mencukupi. Gambar 11 merupakan bentuk dari
Gambar 11. Turbin Pelton (Haimerl, L.A., 1960)
4. Turbin Turgo
Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 m s/d 300 m. Seperti turbin
Pelton turbin Turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda.
Pancaran air dari nozzle membentur sudu pada sudut 20º. Kecepatan
putar turbin Turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya
dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga
menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan. Pada
Gambar 12 menunjukkan bentuk turbin Turgo.
5. Turbin Cross-Flow
Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jenis turbin
aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan
oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada
tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di
Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama
Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl,
L.A., 1960). Pada dasarnya turbin ini bekerja menggunakan tenaga
jatuhan air sehingga turbin akan berputar, dan putaran itu akan
menggerakkan generator yang akan menghasilkan listrik. Berikut
gambar 13 prinsip kerja turbin Cross-Flow.
Gambar 13. Prinsip kerja turbin Cross-Flow (Haimerl, 1960)
Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan
dibanding dengan pengunaan kincir air maupun jenis turbin mikro hidro
lainnya. Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat menghemat
biaya pembuatan penggerak mula sampai 50 % dari penggunaan kincir
ukuran Turbin Cross-Flow lebih kecil dan lebih kompak dibanding
kincir air. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya
2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya
20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit,
itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau
effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air.
Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin
Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir
air dari jenis yang paling unggul sekalipun hanya mencapai 70 %
sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A.,
1960 ). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan
energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi
tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang
kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan
meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata
memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan
kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner. Untuk Turbin
Cross Flow dengan Q/Qmak = 1 menunjukan effisiensi yang cukup
tinggi sekitar 80%, disamping itu untuk perubahan debit sampai dengan
Q/Qmak = 0,2 menunjukan harga effisiensi yang relatif tetap ( Meier,
Turbin Cross-Flow dapat dioperasikan pada debit 20 m3/s hingga 10
m3/s dan head antara 1 s/d 200 m. Turbin Cross-Flow secara umum
dapat dibagi dalam dua tipe yaitu ( Meier, Ueli, 1981 )
1. Tipe T1, yaitu Turbin Cross-Flow kecepatan rendah .
2. Tipe T3, yaitu Turbin Cross-Flow kecepatan tinggi.
Kedua tipe turbin tersebut lebih dijelaskan oleh gambar.
Gambar 14. Dua Tipe Turbin Cross-Flow ( Meier, Ueli, 1981 )
Dari kesederhanaannya jika dibandingkan dengan jenis turbin lain,
maka Turbin Cross-Flow yang paling sederhana. Sudu-sudu Turbin
Pelton misalnya, bentuknya sangat pelik sehigga pembuatannya harus
dituang. Demikian juga runner Turbin Francis, Kaplan dan Propeller
pembuatannya harus melalui proses pengecoran/tuang. Tetapi runner
Turbin Cross-Flow dapat dibuat dari material baja sedang (mild steel)
seperti ST.37, dibentuk dingin kemudian dirakit dengan konstruksi las.
Demikian juga komponen-komponen lainnya dari turbin ini semuanya
dapat dibuat di bengkel-bengkel umum dengan peralatan pokok mesin
las listrik, mesin bor, mesin gerinda meja, bubut dan peralatan kerja
bangku, itu sudah cukup. Dari kesederhanaannya itulah maka Turbin
Cross-Flow dapat dikelompokan sebagai teknologi tepat guna yang
pengembangannya di masyarakat pedesaan memiliki prospek cerah
karena pengaruh keunggulannya sesuai dengan kemampuan dan
harapan masyarakat.
Dari beberapa kelebihan Turbin Cross-Flow itulah, maka sampai
saat ini pemakaiannya di beberapa negara lain terutama di Jerman Barat
sudah tersebar luas, bahkan yang dibuat oleh pabrik Turbin Ossberger
sudah mencapai 5.000 unit lebih, sebagaimana diungkapkan oleh Prof.
Haimerl (1960) dalam suatu artikelnya.
Selanjutnya Prof. Haimerl (1960) menyatakan pula bahwa setiap
unit dari turbin ini dapat dibuat sampai kekuatan kurang lebih 750 kW,
debit air sampai 3.000 l/s. Cocok digunakan untuk PLTMH, penggerak
instalasi pompa, mesin pertanian, workshop, bengkel dan lain
sebagainya.
Gambar 16. Model Rakitan Turbin Cross-Flow (Haimerl, L.A., 1960)
Keterangan : 1. Elbow 6. Rangka pondasi
2. Poros katup 7. Rumah turbin
3. Katup 8. Tutup turbin
4. Nozel 9. Poros runner
5. Runner
Komponen -komponen turbin yang penting adalah sebagai berikut :
a. Sudu Pengarah
biasanya dapat diatur untuk mengontrol kapasitas aliran yang masuk
turbin.
b. Roda Jalan atau Runner Turbin
pada bagian ini terjadi peralihan energi potensial fluida menjadi energi
c. Poros Turbin
pada poros turbin terdapat runner dan ditumpu dengan bantalan radial
dan bantalan axial.
d. Rumah Turbin
biasanya berbentuk keong atau spiral, berfungsi untuk mengarahkan
aliran masuk sudu pengarah.
e. Pipa Hisap
Berfungsi mengalirkan air yang ke luar turbin ke saluran luar.
Turbin Cross-Flow menggunakan nozzle persegi panjang yang lebarnya
sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai
sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis.
Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energi nya
(lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin.
Gambar 17. Runner Cross-Flow (Cole, 2004)
Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang
piringan paralel. Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air
reservoir air maka head adalah beda ketinggian antara muka air pada
reservoir dengan muka air keluar dari kincir air/turbin air. (James
J.Doland, 1984).
D. Klasifikasi Turbin air
Dengan kemajuan ilmu Mekanika fluida dan Hidrolika serta
memperhatikan sumber energi air yang cukup banyak tersedia di pedesaan
akhirnya timbullah perencanaan-perencanaan turbin yang divariasikan terhadap
tinggi jatuh ( head ) dan debit air yang tersedia. Dari itu maka masalah turbin air
menjadi masalah yang menarik dan menjadi objek penelitian untuk mencari
sistim, bentuk dan ukuran yang tepat dalam usaha mendapatkan effisiensi turbin
yang maksimum.
Pada uraian berikut akan dijelaskan pengklasifikasian turbin air berdasarkan
beberapa kriteria (Dietsel, 1989).
1. Berdasarkan Model Aliran Air Masuk Runner.
Berdasaran model aliran air masuk runner, maka turbin air dapat dibagi
menjadi tiga tipe yaitu :
a. Turbin Aliran Tangensial
Pada kelompok turbin ini posisi air masuk runner dengan arah tangensial atau
tegak lurus dengan poros runner mengakibatkan runner berputar, contohnya
Gambar 18. Turbin Aliran Tangensial (Haimerl, L.A., 1960)
b. Turbin Aliran Aksial
Pada turbin ini air masuk runner dan keluar runner sejajar dengan poros
runner, Turbin Kaplan atau Propeller adalah salah satu contoh dari tipe
turbin ini. Gambar 19 menunjukkan Model Turbin Aliran Aksial.
Gambar 19. Model Turbin Aliran Aksial (Haimerl, L.A., 1960)
c. Turbin Aliran Aksial - Radial
Pada turbin ini air masuk ke dalam runner secara radial dan keluar
runner secara aksial sejajar dengan poros. Turbin Francis adalah termasuk
dari jenis turbin ini. Gambar 20 menunjukkan Model Turbin Aliran Aksial –
Gambar 20. Model Turbin Aliran Aksial- Radial (Sumber : Haimerl, L.A.,
1960
2. Berdasarkan Perubahan Momentum Fluida Kerjanya.
Dalam hal ini turbin air dapat dibagi atas dua tipe yaitu :
a. Turbin Impuls.
Semua energi potensial air pada turbin ini dirubah menjadi menjadi energi
kinetis sebelum air masuk/ menyentuh sudu-sudu runner oleh alat pengubah
yang disebut nozel. Yang termasuk jenis turbin ini antara lain : Turbin Pelton
dan Turbin Cross-Flow.
b. Turbin Reaksi.
Pada turbin reaksi, seluruh energi potensial dari air dirubah menjadi energi
kinetis pada saat air melewati lengkungan sudu-sudu pengarah, dengan
demikian putaran runner disebabkan oleh perubahan momentum oleh air. Yang
termasuk jenis turbin reaksi diantaranya : Turbin Francis, Turbin Kaplan dan
Gambar 21. Empat Macam Runner Turbin Konvensional (Sumber : Haimerl,
L.A., 1960)
E. Kriteria Pemilihan Jenis Turbin
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan
kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat
spesifik.
Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan
untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan
jenis turbin, sebagai contoh : turbin Pelton efektif untuk operasi pada head
tinggi, sementara turbin Propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah.
Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang
tersedia (Ismono, 1999).
Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator.
Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator dengan
putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow berputar
sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi.
Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut (Keller2, 1975)
dikelompokkan menjadi:
Low head power plant
Medium head power plant
High head power plant
Gambar 22. Tingkat head sumber air (Vienna, 1981)
Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan
mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem
operasi turbin, yaitu :
1. Berdasarkan Kecepatan Spesifik (Ns)
Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator.
Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator dengan
yang diinginkan, sementara turbin pelton dan Cross-Flow berputar sangat lambat
(low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi. Faktor tersebut
seringkali diekspresikan sebagai "kecepatan spesifik, Ns", yang didefinisikan:
4
Output turbin ditentukan dengan persamaan (Fox dan Mc Donald, 1995)
P = ρ x Q x H x x g (2)
Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu berdasarkan
masing-masing, tabel 2. menjelaskan batasan kecepatan spesifik untuk beberapa turbin
kovensional .
Tabel 2. Kecepatan Spesifik Turbin Konvensional
No Jenis Turbin Kecepatan Spesifik
1. Pelton dan kincir air 10 ≤ Ns ≤ 35
2. Francis 60 ≤≤ Ns 300
3. Cross-Flow 40 ≤ Ns ≤ 200
4. Kaplan dan propeller 250 ≤ Ns ≤ 1000
(Celso Penche, 1998)
Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin maka perencanaan dan pemilihan
jenis turbin akan menjadi lebih mudah. Dengan mengetahui besaran kecepatan
spesifik maka dimensi dasar turbin dapat didestimasi (diperkirakan).
2. Berdasarkan Head dan Debit.
Dalam pemilihan jenis turbin, hal spesifik yang perlu diperhatikan antara lain
menentukan tinggi head bersihnya dan besar debit airnya.
berikut adalah pengertian tentang head dan debit.
a. Head Bersih (Net Head)
Head bersih adalah selisih antara head ketinggian kotor dengan head kerugian
di dalam sistem pemipaan pembangkit listrik tenaga mikrohidro tersebut.
Head kotor (gross head) adalah jarak vertical antara permukaan air sumber
dengan ketingian air keluar saluran turbin (tail race) untuk turbin reaksi dan
keluar nozel untuk turbin impuls.
Head kerugian didalam sistem pemipaan yaitu berupa head kerugian didalam
pipa dan head kerugian pada kelengkapan perpiaan seperti sambungan , katup,
a) Head kerugian aliran didalam pipa (Major Losses) dapat ditentukan
dengan menggunakan persamaan (Fox dan Mc Donald, 1995)
V = Kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa (m/s),
f = Keofisien kerugian gesek,
g = Percepatan grafitasi ( 9,8 m/s2),
L = Panjang pipa (m)
D = Diameter dalam pipa (m)
b) Minor losses
Head kerugian aliran didalam sistem kelengkapan pipa dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan ( Penche, C, 1998) :
Inlet loss (ℎ )
fe= Koefisien 0,5 dalam skema mikrohidro
hv= Valve loss (m)
fv = Keofisien jenis katup (valve)
fv = Koefisien 0.1 (katup butterfly)
Bend loss (loses belokan)= Ho
Hf He Hv
H oo
o 10 (6)
c) Maka besar total rugi-rugi (losses) yang terjadi adalah:
Rugi-rugi (Losses) = Major Losses + Minor losses (7)
d) Sehingga nilai Head bersih setelah dikurangi rugi-rugi adalah
H net = H gross – Losses (8)
Namun karena head kerugian pada kelengkapan pipa kecil maka kerugian
ini dapat diabaikan.
Tabel 3. Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan head (Dietsel, 1989)
Jenis Turbin Variasi Head (m)
Kaplan dan Propeller 2 < H <20
lain debit atau aliran adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang
melewati suatu penampang melintang sungai per satuan waktu. Dalam sistem
satuan SI besarnya debit dinyatakan dalam satuan meter kubik per detik (m3/s).
Prinsip pelaksanaan pengukuran debit adalah mengukur luas penampang basah,
kecepatan aliran dan tinggi muka air tersebut.
Debit dapat dihitung dengan Persamaan ( Penche, C, 1998) :
Q = A . V (m3/s) (9)
Keterangan :
Q = Debit (m3/s)
A = Luas bagian penampang basah (m2)
V = Kecepatan aliran rata-rata pada luas bagian penampang
basah (m/s)
Berikut ini pemilihan pengoperasian turbin air berdasarkan head dan debit:
a) Head yang rendah yaitu dibawah 40 m tetapi debit air yang besar, maka
Turbin Kaplan atau propeller cocok digunakan untuk kondisi seperti
ini.
b) Head yang sedang antara 10 m sampai 200 m dan debit relatif cukup,
maka untuk kondisi seperti ini gunakanlah Turbin Francis atau
Cross-Flow.
c) Head yang tinggi yakni di atas 200 m dan debit sedang, maka
(Laymand, 1998)
Grafik 1. Pemilihan pengoperasian jenis turbin berdasarkan head dan flow
3. Berdasarnya Nilai Efisiensinya
a. 0.8 - 0.85 untuk turbin Pelton
b. 0.8 - 0.9 untuk turbin Francis
c. 0.7 - 0.8 untuk turbin Cross-Flow
Kurva di bawah ini akan lebih menjelaskan tentang perbandingan effisiensi
dari beberapa turbin konvensional. Pada gambar 21 dapat kita lihat grafik
efisiensi beberapa turbin.
Grafik 2. Effisiensi beberapa turbin dengan pengurangan debit sebagai
variabel (Sumber : Haimerl, L.A., 1960)
Dari kurva tersebut ditunjukan hubungan antara effisiensi dengan pengurangan
debit akibat pengaturan pembukaan katup yang dinyatakan dalam perbandingan
debit terhadap debit maksimumnya.
F. Daya Yang Dihasilkan Turbin.
Dari kapasitas air V dan tinggi air jatuh H diperoleh Daya keluaran turbin.
Daya keluaran turbin dihitung menggunakan persamaan ( SKAT, 1990)
Dimana:
Secara sederhana dapat dinyatakan bahwa semakin tinggi jatuh air, dengan
kapasitas aliran sama, akan mempuyai energi potensial yang lebih besar
III. METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilakukan di sungai Arter Desa Hurun kecamatan Padang
Cermin. Rentang waktu penelitian antara bulan Maret 2013 hingga Juli
2013.
B.Alat dan Bahan
Peralatan dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Busur Kayu
Gambar 23. Busur Kayu
2. Meteran.
Alat ini digunakan untuk mengukur ketinggian (head).
Gambar 25. Selang Plastik
4. Benang Nilon
Alat ini digunakan untuk mengukur ketinggian (head).
1. Pembuatan Formulir
Formulir A.
Formulir B.
Gambar 28. Formulir B Potensi data-data PLTMH
Pengumpulan data awal pada lokasi dengan cara pembuatan furmulir yang
berisikan informasi awal dari suatu lokasi yang akan ditinjau seperti yang
dicontohkan pada 2 lembar formulir yang dikembangkan oleh kantor PNPM
tingkat propinsi seperti diatas.
Metode penelitian yang dilakukan untuk melaksanakan studi potensi
Data primer adalah data yang didapat dari pengukuran langsung di
lokasi sungai Arter di Desa Hurun Kecamatan Padang Cermin, Lampung
meliputi beda ketinggian (head), debit aliran air.
Materi penelitian yang terdapat dalam penelitian ini adalah melakukan
studi kelayakan pemanfaatan sungai Arter untuk Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro (PLTMH) dan desain rancangan pembuatan Turbin Mikrohidro.
a. Data Primer Head dan Debit Aliran.
b. Rancangan Turbin mikrohidro.
3. Pengukuran Head
Head yang diukur tersebut merupakan head kotor (head gross), setelah
di kurangi dengan faktor gesekan dan faktor kehilangan (losses) lainya
ketika air mengalir maka akan menjadi head bersih (head net).
Pengukuran head ini menggunakan alat pengukuran sederhana yaitu
menggunakan sehelai benang nilon dan selang plastik. Cara kerjanya
yaitu :
a. Pengukuran dimulai diatas elevasi perkiraan permukaan air pada
Gambar 29. Cara mengukur permukaan air dengan posisi forebay
(Sutarno, 1993).
b. Pengukuran kedua dan selanjutnya dengan melanjutkan pada titik
yang lebih rendah dari pengukuran sebelumnya
Gambar 30. Pengukuran dari titik tertinggi ke titik terendah (Sutarno, 1993).
c. Lanjutkan pengukuran sampai di lokasi turbin akan di tempatkan.
Jumlah kan seluruh hasil pengukuran untuk mendapatkan total
Gambar 31. Jumlah hasil pengukuran seluruhnya (Sutarno, 1993).
4. Pengukuran Debit Air Primer.
Suatu sungai akan sangat bervariasi alirannya di sepanjang tahun,
pengukuran dilakukan pada saat aliran terendah (musim kemarau).
Rata-rata aliran terendah digunakan sebagai dasar dalam perencanaa PLTMH.
Pengukuran debit aliran secara langsung ketempat penelitian
(pengukuran primer).
Rumus dasar menghitung debit ( Penche, C, 1998) :
Q = A . V
Dimana :
Q = Debit (m3/s)
A = Luas bagian penampang basah (m2)
V = Kecepatan aliran rata-rata pada luas bagian penampang basah (m/s).
Adapun langkah-langkah menghitung debit air adalah sebagai berikut :
a. Memilih bagian sungai yang relatif lurus dan penampangnya
membagi dalam beberapa segmen, minimal 3 segmen. Kemudian
mengitung luas dari masing-masing segmen tersebut, dan
menghitung luas penampang secara keseluruhan.
Gambar 32. Membagi dalam berbagai segmen (Sutarno, 1983).
c. Menjatuhkan benda apung tersebut beberapa meter sebelum garis
start yang telah ditentukan.
d. Mengukur waktu yang perlukan benda apung tersebut untuk
melewati jarak yang telah ditentukan.
e. Menghitung kecepatannya dengan rumus :
= �� ��
permukaan, nilai perkiraan untuk kecepatan rata-rata aliran sungai
tersebut dapat dihitung dengan mengalikan kecepatan aliran
permukaan yang mendekati bagian tengah aliran dengan faktor
koreksi, dimana:
Menghitung kecepatan dari rata-rata kecepatan
aliran sungai tersebut dengan menmggunakan
rumus :
� = �� �
g. Menghitung debit air sungai tersebut dengan rumus :
Q = � ��� 1000 1
D. Metode Pengolahan Data
Data yang diperoleh diolah baik primer maupun data sekunder ke dalam
rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk
tabulasi dan grafik dan dari perhitungan tersebut dapat diketahui besarnya
potensi yang dapat digunakan sebagai PLTMH untuk sungai Arter Desa
Gambar 33. Diagram Alir Penelitian Start
Studi Literatur
Pengambilan Data Primer
1. Debit & Head
2. Data Kependudukan
Data Hasil Penelitian
Analisis Data dan Pembahasan
Kesimpulan dan Saran
Selesai Head Efektif & Debit
Estimasi Biaya PLTMH
Daya out put
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Setelah melakukan pengambilan data dan perhitungan dari data-data yang
diperoleh maka dapat disimpulkan :
1. Berdasarkan hasil perancangan turbin air dengan asumsi efesiensi 70%
maka potensi sungai Arter Desa Hurun dapat menghasilkan daya listrik
5,107 kW, daya ini jika digunakan untuk 51 rumah maka setiap rumah
mendapat pasokan listrik sebesar 100 watt.
2. Berdasarka output yang dihasilkan, pembangkit listrik tenaga air yang bisa
digunakan di Desa Hurun tersebut adalah Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro (PLTMH), karena besar daya yang dihasilkan 5,10 kW.
3. Pemilihan jenis turbin yang digunakan dipengaruhi oleh debit dan tinggi
jatuh air. Berdasarkan pengambilan data pada lokasi dan dilakukan
perhitungan berdasarkan rumus yang ada maka didapat debit aliran (Q)
0,0667 m3/s dan head efektif 11,15 m maka jenis turbin air yang tepat
10 tahun adalah ± Rp 166.881.852,-
5. Sungai Arter Desa Hurun telah masuk dalam kategori layak didirikan
Pembangkit Listrik Mikro Hidro (PLTMH) karena telah memenuhi ±10 %
kebutuhan listrik penduduk yang belum dapat menggunakan listrik PLN.
B. Saran
Adapun saran-saran penulis sampaikan adalah :
Kelebihan daya yang dihasikan PLTMH dapat digunakan untuk keperluan
rekreasi, pendidikan dan industri kecil seperti ; mesin pemotong rotan, mesin
DAFTAR PUSTAKA
Arter A, Meier U., 1990, Hydraulics Engineering Manual, H. Harrer, St. Gallen, Switzerland.
Doland J. James. 1984. Hydro Power Engineering, A Textbook for Civil Engineers. The
Ronald Press company. New York.
Dietsel, F.1989. Turbin pompa. Erlangga. Jakarta
Fox, Robert W. dan Alan T Mcdonald.1995. introduction to Fluid Mechanics 3rdedition. John
Willey & Sons. USA.
Haimerl, L.A.(1960). The Cross Flow Turbine. Jerman Barat
Ismono H.A., 1999. Perencanaan Turbin Air Tipe Cross Flow Untuk Pembangkit Listrik
Tenaga Mikrohidro di Institud Teknologi Nasional Malang. Skripsi.
Keller2, (1975). Hydraulic Machine. New Delhi : Metropolitan Book Co Private Ltd
Mockmore C.A., Merryfield fred, 1949. The Banki Water Turbine. Bulletin Series No. 25
Engineering Experimental Station, Oregon State System of Higher Education,
Oregon State College, Corvalis.
Penche, Celso. (1998). Guide on How to Develop a Small Hydropower Plant. European
Small Hydropower Association (ESHA). German
Prayitno, 2005 . Diktat Kuliah Turbin Air . MST – UGM, Yogyakarta
SKAT,1990. Hydraulic Engineering Manual, Harnessing Water Power On a Small scale.
Sungai. USU Repository.
Sularso, Kiyokatsu S,.1987. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Penerbit
Pradnya Paramita. Jakarta.
Vienna dan Radler S. 1981 . Triebwasserweg und spezifische Probleme von
Hochdruckanlagen. In: Kleinwasserkraftwerke, Projektierung und Entwurf.
University for Soil Culture, Intitute for Water Management.
Laymad, 1998. On How Develop A Small Micro Hydropower Site
Http://europa.eu..int/en/com/dg17/dg17home.htm ,20 April 2013.
