BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1Pengertian PLTMH
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro (PLTMH), biasa disebut mikro-hidro, adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai penggeraknya, misalnya saluran irigasi, sungai atau air terjun alam, dengan cara memanfaatkan tinggi terjunnya (head, dalam meter) dan jumlah debit airnya (m3/detik). Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro ( PLTMH )
Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro ( PLTMH ) adalah pembangkit listrik berskala kecil dengan out put antara 1MW – 10 MW yang memanfaatkan aliran air sebagai sumber tenaga. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut dengan clean energi karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTMH memiliki konstruksi yang masih sederhana dan mudah dioperasikan serta mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Dari segi ekonomi, biaya operasi dan perawatannya relatih murah sedangkan investasinya cukup bersaing dengan
pembangki listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH lebih mudah diterima masyarakat luas dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya seperti PLTN.
Gambar 2.1. menunjukkan contoh keseluruhan sistem PLTMH.
Gambar 2.1 Bagan sebuah PLTMH
Penjelasan
Komponen – komponen PLTMH
1. Bendung dan Bangunan Penyadap
1.1 Pengertian Dan Fungsi Umum
1.1.1.Bendung ( weir )
Bendungan berfungsi untuk menaikkan / mengontrol tinggi air sungai sehingga air dapat dialihkan kedalam intake.
(a) (b) Gambar 2.3. Bendungan
• Sayap Bendung ( wings wall )
Sayap bendung terbuat dari pasangan batu kali, gunanya untuk mencegah erosi tepi sungai dan banjir yang dapat menghancurkan pekerjaan sipil.
• Penahan Gerusan
Penahan gerusan terbuat dari pasangan batu/beronjong gunanya untuk mencegah erosi dasar sungai di hilir bendung.
• Pintu Gerusan dan Saluran Penguras ( flushing gate and flushing canal )
Pintu penguras dipasang diantara bendung dan intake yang dibutuhkan untuk mencegah terjadinya endapan didaerah intake. Air yang digunakan untuk mengguras dialirkan melalui saluran penguras yang kemudian dialirkan kembali ke sungai pada sisi setelah bendung.
Bangunan pengalih berfungsi untuk mengalihkan air melalui sebuah pembuka di bagian sisi sungai ke dalam sebuah bak pengendap.
(a) (b)
Gambar 2.4. Intake
• Saluran Pengalih (intake channel )
Saluran pengalih berfungsi untuk mengalirkan air dari intake ke saluran pembawa. Saluran intake terbuat dari pasngan bau kali dan diengakapi dengan pelimpah samping dan pintu intake.
• Pintu intake
Pintu intake berguna untuk menutup dan membuka saluran intake, menutup saluran biasanya dilakukan pada saat pemeliharaan atau terjadinya renovasi pada saluran. Atau pada saat banjir digunakan untuk mengurangi volume air yang masuk ke saluran.
(a) (b) Gambar 2.6. Pintu Intake
1.1.2. Saluran Pembawa ( headrace )
(a) (b) Gambar 2.7. Saluran pembawa 1.1.3. Bak pengendap ( settling basin )
Bak pengendap ini biasanya seperti kolam yang dibuat dengan memperdalam dan memperlebar sebagian saluran pembawa dan menambahnya saluran penguras. Fungsimya untuk mengendapkan pasir dan kotoran yang hanyut sehingga air yang masuk keturbin relatif bersih.
1.1.4. Bak Penenang ( forebay)
Bak Penenang (Forebay) terletak diujung saluran pembawa. Fungsi bak penenang secara kasar ada dua jenis yaitu :
a. Mengontrol perbedaan debit dalam penstock dan sebuah saluran pembawa karena fluktuasi beban
b. Pemindahan sampah terakhir (tanah dan pasir, kayu yang mengapung, dll.) dalam air yang mengalir.
Bak penenang dilengkapi dengan :
b. Lubang untuk menguras bak dan sedimen,
c. Saringan untuk mencegah masuknya sampah yang mengapung.
(c)
(d)
1.1.5. Pipa pesat ( penstock
Pipa pesat dapat terbuat dari logam atau plastik dengan diameter yang berbeda-beda. Spesifi kasi dan ukuran detil pipa disediakan oleh desainer di dalam gambar desain dan spesifikasi. Beberapa jenis bahan pipa pesat dapat dilihat sebagai berikut:
a. Pipa PVC
Pipa PVC dapat disambung dengan soket yang di lem atau dengan sealing karet. Pipanya harus terlindung dari sinar matahari; yang paling baik adalah dengan cara ditimbun di dalam tanah (lihat bagian ‘penimbunan’ untuk detilnya). Apabila tidak ditimbun, pipa mesti dibungkus dengan material yang bisa melindungi dari sinar matahari (misalnya dengan dengan plastik dan di ikat dengan kawat).
b. Pipa Baja
Pipa besi bisa berupa pipa yang dibuat dari lembaran baja atau pipa bikinan pabrik dengan ukuran sedemikian rupa sehingga mudah untuk diangkut dengan alat transportasi, mudah dipasang dan mudah disambung. Pipa yang terbuat dari gulungan lembaran baja biasanya sudah digulung dibengkel, yang kemudian dilas di lokasi PLTMH. Penyambungan ruas ruas pipa besi dapat dilakukan dengan cara dilas di lokasi atau dengan flange yang di sambung dengan baut.
• Sambungan Pada Pipa.
Sambungan muai (Expansion joint) harus di pasang pada pipa pesat yang terbuat dari besi jika jarak antara dua angkur blok lebih dari 2 meter. Sambungan muai menjaga pergerakan memanjang pipa yang di sebabkan oleh:
• perbedaan suhu, terutama pada saat pipa berisi air dan pada saat pipa kosong
dan terkena sinar matahari.
• perubahan gaya hidrostatik di dalam pipa yang cenderung
merenggangkan/memisahkan pipa atau sambungannya.
Sambungan muai biasanya dibuat dari baja ringan. Sambungan muai yang paling umum digunakan adalah sambungan muai sarung (sleeve expansion joint) yang dilengkapi dengan pack ing ring asbes dan pack ing gland untuk menghentikan kebocoran air. Untuk PLTMH tertentu sambungan muai belos/apar (bellow-expansion-joint) dapat digunakan seperti yang terlihat pada gambar berikut.
• Perlindungan Terhadap Karat.
Pelindung karat untuk pipa pesat besi juga sangat diperlukan untuk menjaga ketahanan pipa pada korosi. Perlindungan karat pipa besi yang di atas tanah harus di lapisi dengan satu lapisan primer (meni besi) dan kemudian dua lapisan akhir tar epoxy atau cat besi. Untuk pipa pesat besi yang di timbun dalam tanah, lapisan akhir harus terdiri dari tiga lapisan cat besi.
• Balok Angkur.
Blok angkur merupakan struktur beton kokoh yang diperlukan untuk menahan gaya yang terjadi di dalam pipa pesat. Blok angkur di bak penenang (awal pipa pesat) dan di rumah turbin (yang masuk ke turbin) sangat penting. Tambahan blok angkur juga di perlukan
apabila terjadi perubahan arah pipa (belokan vertikal dan horizontal) dan perubahan (reduksi) diameter.
• Penyangga Pipa Pesat.
dibuat untuk menguras air (hujan atau bocor) dari permukaan kontak pipa dan penyangga.
(a)
1.1.5. Turbin dan generator ( turbine and generator )
(a) (b) Gambar 3.3. Turbin dan Generator
1.1.6. Rumah pembangkit (power house)
Rumah pembangkit dibangun untuk menampung dan melindungi peralatan turbin dan generator (dinamo) dari orang yang tidak berkepentingan dan dari kerusakan yang mungkin timbul akibat cuaca. Di dalam rumah turbin
biasanya juga terdapat tempat untuk swith board, transformer ( jika
diperlukan) dan area untuk pekerjaan pemeliharaan termasuk lemari/rak untuk peralatan dan suku cadang.
Tata letak peralatan-peralatan ini menentukan ukuran dari rumah turbin. Perlu pula disediakan ruang yang cukup untuk pembongkaran unit turbin-generator di dalam rumah pembangkit. Area yang di perlukan untuk pekerjaan tersebut sekurang-kurangnya satu setengah (1.5) kali dari area unit turbin ketika beroperasi. Pintu rumah pembangkit harus cukup besar agar komponen terbesar peralatan mekanikal elektrikal dapat masuk ke dalamnya.
(c)
Gambar 3.4. Power House
1.1.7. Saluran pembuang (tail race).
Saluran pembuang mengalirkan air dari turbin kembali ke sungai. Saluran pembuang perlu didesain cukup luas agar air buangan turbin dapat mengalir dengan aman. Dinding pengaman pada sungai dan posisi ketinggian lantai rumah turbin dibuat cukup tinggi, yaitu di atas tinggi muka air maksimum pada saat banjir. Perlu diperhatikan erosi dan endapan dalam saluran pembuang. Erosi dapat berbahaya untuk stabilitas bangunan.
Pembangkit tenaga air merupakan suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan menggunakan turbin air dan generator.Daya yang keluar dari generator dapat diperoleh dari
perkalian efisiensi turbin dan generator dengan daya yang keluar secara teoritis.
kerjanya adalah sama, yaitu:
"Perubahan tenaga potensial air menjadi tenaga elektrik (listrik)". Perubahan memang tidak langsung, tetapi berturut-turut melalui perubahan sebagai berikut :
Tenaga potensial……. Tenaga kinetik
Tenaga kinetik…….. Tenaga mekanik
Tenaga mekanik……. Tenaga listrik
Tenaga potensial adalah tenaga air karena berada pada ketinggian. Tenaga kinetik adalah tenaga air karena mempunyai kecepatan. Tenaga mekanik adalah tenaga kecepatan air yang terus memutar kincir / turbin. Tenaga elektrik adalah hasil dari generator yang berputar akibat berputarnya kincir / turbin.
Prinsip kerja PLTMH yang paling utama adalah memanfaatkan semaksimal mungkin energi air yang dapat ditangkap oleh peralatan utamanya yang disebut turbin/kincir air. Efisiensi kincir air yang dipilih untuk menangkap energi air tersebut menentukan besarnya energi mekanik atau energi poros guna memutar generator listrik.
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.
1.1.1. Kelebihan dan Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro ( PLTMH )
a. Mempunyai beberapa keuntungan yang tidak dapat dipisahkan, seperti berikut ini:
1. Lokasi sumber daya air untuk PLTM dan PLTMH pada umunya berada di wilayah pedesaan dan desa terpencil yang belum terjangkau jaringan listrik.
2. Tenaga utama menggunakan air, yang merupakan sumber energi yang abadi tidak seperti bahan bakar untuk PLTU atau PLTN yang menggunakan bahan bakar fosil atau nuklir.
3. Biaya pengoperasian dan pemeliharan PLTMH sangat rendah jika dibandingkan dengan PLTU atau PLTN.
5. PLTMH cukup sederhana untuk dimengerti dan cukup mudah untuk dioperasikan.
6. Perkembangan mutakhir yang telah dicapai pada pengembangan turbin air, telah dimungkinkan untuk memanfaatkan jenis turbin yang sesuai dengan keadaan setempat.
7. Pengembangan PLTMH dengan memanfaatkan arus sungai dapat menimbulkan manfaat lain seperti pariwisata, perikanan, irigasi dan pengendalian banjir. Dan
8. Meningkatkan kegiatan perekonomian sehingga diharapkan dapat menambah penghasilan masyarakat.
b. 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.
1.2. Debit Andalan
Debit andalan adalah debit yang selalu tersedia sepanjang tahun. Dalam penelitian ini debit andalan merupakan debit yang memiliki probabilitas 80%. Debit dengan probabilitas 80% adalah debit yang memiliki kemungkinan terjadi di
minimum yang diperlukan untuk analisis adalah lima tahun dan pada umumnya untuk memperoleh nilai yang baik data yang digunakan hendaknya berjumlah 10 tahun data.
Guna mendapatkam kapasitas PLTM, tidak terlepas dari perhitungan berapa banyak air yang dapat diandalakan untuk membangkitkan PLTM. Debit anadalan adalah debit minimum (terkecil) yang masih dimungkinkan untuk keamanan operasional suatu bangunan air, dalam hal ini adalah PLTM.
Debit minimum sungai dianalisis atas dasar debit hujan sungai. Dalam evaluasi kinerja Listrik Tenaga Mikrohidro ini, dikarenakan minimalnya data maka metode perhitungan debit andalan menggunakan metode simulasi perimbangan air dari Dr. F.J.Mock (KP.01,1936). Dengan data masukan dari curah hujan di Daerah Aliran Sungai, evapotranspirasi, vegetasi dan karakteristik geologi daerah aliran.
Metode ini menganggap bahwa air hujan yang jatuh pada daerah aliran (DAS) sebagian akan menjadi limpasan langsung dan sebagian akan masuk tanah sebagai air infiltrasi, kemudian jika kapasitas menampung lengas tanah sudah terlampaui, maka air akan mengalir ke bawah akibat gaya gravitasi
1.2.1. Curah Hujan
Untuk dapat mewakili besarnya CH di suatu wilayah/daerah diperlukan penakar CH dalam jumlah yang cukup. Semakin banyak penakar dipasang di lapangan diharapkan dapat diketahui besarnya rata -rata CH yang menunjukkan besarnya CH yang terjadi di daerah tersebut. Disamping itu juga diketahui variasi CH di suatu titik pengamatan.
Menurut (Hutchinson, 1970 ; Browning, 1987 dalam Asdak C. 1995)
Ketelitian hasil pengukuran CH tegantung pada variabilitas spasial CH, maksudnya diperlukan semakin banyak lagi penakar CH bila kita mengukur CH di suatu daerah yang variasi curah hujannya besar. Ketelitian akan semakin meningkat dengan semakin banyak penakar yang dipasang, tetapi memerlukan biaya mahal dan juga memerlukan banyak waktu dan tenaga dalam pencatatannya di lapangan.
1.2.2. Cara rata-rata aritmatik
Cara rata-rata aritamatik adalah cara yang paling mudah diantara cara lainnya (poligon dan isohet). Digunakan khususnya untuk daerah seragam dengan variasi CH kecil. Cara ini dilakukan dengan mengukur serempak untuk Penuntun Praktikum Agrohidrologi (oleh Ir. M. Mahbub PS Ilmu Tanah Unlam) I -2 lama waktu tertentu dari semua alat penakar dan dijumlahkan seluruhnya. Kemudian hasil
penjumlahannya dibagi dengan jumlah penakar hujan maka akan dihasilkan rata-rata curah hujan di daerah tersebut. Secara matimatik ditulis persamaan sbb:
Rata-rata CH = ( ∑Ri)/n pers. 3 1
1.2.3. Cara Poligon (Thiessen polygon)
Cara ini untuk daerah yang tidak seragam dan variasi CH besar. Menurut Shaw (1985) cara ini tidak cocok untuk daerah bergunung dengan intensitas CH tinggi. Dilakukan dengan membagi suatu wilayah (luasnya A) ke dalam beberapa daerah-daerah membentuk poligon (luas masing-masing daerah ai).
Tabel 3. 1Perhitungan prosentasi luas daerah (a i)pada suatu wilayah A (10.000 ha)
Daerah Luas Daerah a1 (ha)
Tetapan Thiessen* Prosentasi Luas
a1 1000 0.10 10%
a2 3000 0.30 30%
a3 1.500 0.15 15%
a4 4.500 0.45 45%
Jumlah A=10.000 1,00 100%
Tabel 3. 2 Perhitungan Curah Hujan rata -rata cara poligon di suatu Wilayah A
Stasiun di daerah Kedalaman CH yang terukur (cm)
Ratio s/A Volume CH (cm) daerah a
a2 10 x 0.30 3.00
a3 8 x 0.15 1.20
a4 11x 0.45 4.95
Curah hujan rata-rata wilayah A = 9.75
1.2.4. Metode Meteorological Water Balance Dr. F.J. Mock
Metode ini ditemukan oleh Dr. F.J. Mock pada tahun 1973 dimana metode ini didasarkan atas fenomena alam dibeberapa tempat di Indonesia. Dengan metode ini, besarnya aliran dari data curah hujan , karakteristik hidrologi daerah pengaliran dan evapotranspirasi dapat dihitung. Pada dasarnya metode ini adalah hujan yang jatuh pada catchment area sebagian akan hilang sebagai evapotranspirasi, sebagian akan langsung menjadi aliran permukaan (direct run off) dan sebagian lagi akan masuk kedalam tanah (infiltrasi), dimana infiltrasi pertama-tama akan menjenuhkan top soil, kemudian menjadi perkolasi membentuk air bawah tanah (ground water) yang nantinya akan keluar ke sungai sebagai aliran dasar (base flow). Adapun ketentuan dari metode ini adalah sebagai berikut :
1. Data meteorologi
Data meterologi yang digunakan mencakup :
b. Data klimatologi berupa data kecepatan angin, kelembapan udara, tempratur udara dan penyinaran matahari untuk menentukan evapotranspirasi potensial (Eto) yang dihitung berdasarkan metode “ Penman Modifikasi “
2. Evapotranspirasi Aktual ( Ea)
Penentuan harga evapotranspirasi actual ditentuakan berdasarkan persamaan :
E = Eto x d/30 x m ` Pers 3. 1
E = Eto x (m / 20) x (18-n) Pers 3. 2
Ea = Eto – E Pers 3. 3
dimana : Ea = Evapotranspirasi aktual (mm), Eto = Evapotranspirasi potensial (mm), D= 27 – (3/2) x n, N = jumlah hari hujan dalam sebulan, m = Perbandingan permukaan tanah tanah yang tidak tertutup dengan tumbuh-tumbuhan penahan hujan koefisien yang tergantung jenis areal dan musiman dalam % , m = 0 untuk lahan dengan hutan lebat, M =Untuk
lahan dengan hutan sekunder pada akhir musim dan bertambah 10 % setiap bulan berikutnya. m = 10 – 40% untuk lahan yang erosi , m = 30 –50 % untuk lahan pertanian yang diolah ( sawah ).
3. Keseimbangan air dipermukaan tanah (ΔS)
a. Air hujan yang mencapai permukaan tanah dapat dirumuskan sebagai berikut
dimana : ΔS= Keseimbangan air dipermukaan tanah, R = Hujan Bulanan , Ea = Evapotranspirasi Aktual .
Bila harga positif (R > Ea) maka air akan masuk ke dalam tanah bila kapasitas kelembapan tanah belum terpenuhi. Sebaliknya bila kondisi kelembapan tanah sudah tercapai maka akan terjadi limpasan permukaan (surface runoff).
Bila harga tanah ΔS negatif ( R > Ea ) , air hujan tidak dapat masuk kedalam tanah (infltrasi) tetapi air tanah akan keluar dan tanah akan kekurangan air (defisit).
b. Perubahan kandungan air tanah (soil storage) tergantung dari harga ΔS. Bila ΔS negatif maka kapasitas kelembapan tanah akan kekurangan dan bila harga ΔS positif akan menambah kekurangan kapasitas kelembapan tanah bulan
sebelumnya.
c. Kapasitas kelembapan tanah (soil moisture capacity). Didalam memperkirakan kapasitas kelembapan tanah awal diperlukan pada saat dimulainya perhitungan dan besarnya tergantung dari kondisi porositas lapisan tanah atas dari daerah pengaliran. Biasanya diambil 50 s/d 250 mm, yaitu kapasitas kandungan air didalam tanah per m3. semakin besar porositas tanah maka kelembapan tanah akan besar pula.
d. Kelebihan Air (water surplus)
e. Besarnya air lebih dapat mengikuti formula sbb :
dimana : WS = water surplus, S = R- Ea,Tampungan Tanah = Perbedaan Kelembapan tanah.
4. Limpasan dan penyimpanan air tanah (Run off dan Ground Water storage ).
a. Infiltrasi (i)
Infiltrasi ditaksir berdasarkan kondisi porositas tanah dan kemiringan daerah pengaliran. Daya infiltrasi ditentukan oleh permukaan lapisan atas dari tanah. Misalnya kerikil mempuyai daya infiltrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan tanah liat yang kedap air. Untuk lahan yang terjal dimana air sangat cepat menikis diatas permukaan tanah sehingga air tidak dapat sempat berinfltrasi yang menyebabkan daya infiltrasi lebih kecil. Formula dari infiltrasi ini adalah sebagai berikut:
i = Koefisien Infiltrasi x WS Pers 3. 6
dimana : i = Infiltrasi (Koefisien Infiltrasi (i) = 0 s/d 1,0 ), WS = kelebihan air
b. Penyimpanan air tanah (ground water storage).
Pada permulaan perhitungan yang telah ditentukan penyimpanan air awal yang besarnya tergantung dari kondisi geologi setempat dan waktu.Persamaan yang digunakan adalah (sumber : PT. Tricon Jaya, Sistim Planing Irigasi Ongka Persatuan Kab. Donggala Hal V-4)
dimana : Vn = Volume simpanan ait tanah periode n ( m3), Vn – 1 = Volume simpanan air tanah periode n – 1 (m3), K = qt/qo = Faktor resesi aliran air tanah (catchment are recession factor ). Faktor resesi aliran tanah (k) berkisar antara 0 s/d 1 , qt = Aliran tanah pada waktu t (bulan ke t) , qo = Aliran tanah pada awal (bulan ke 0), in = Infiltrasi bulan ke n (mm).
Untuk mendapatkan perubahan volume aliran air dalam tanah mengikuti persamaan :
ΔVn = Vn - Vn – 1 Pers 3. 8
c. Limpasan (Run off )
Air hujan atau presipitasi akan menempuh tiga jalur menuju kesungai. Satu bagian akan mengalir sebagai limpasan permukaan dan masuk kedalam tanah lalu mengalir ke kiri dan kananya membentuk aliran antara. Bagian ketiga akan berperkolasi jauh kedalam tanah hingga mencapai lapisan air tanah. Aliran permukaan tanah serta aliran antara sering digabungkan sebagai limpasan langsung (direc runoff) Untuk memperoleh limpasan, maka persamaan yang digunakan adalah :
BF = I - (Δ Vn ) Pers 3. 9
Dro = WS – I Pers 3.10
dimana : BF = Aliran dasar (M3/dtk/km), I = Infltrasi (mm), Δ Vn = Perubahan volume aliran tanah (M3), Dro = Limpasan Langsung (mm), WS = Kelebihan air , Ron = Limpasan periode n (M3/dtk/km2)
d. Banyaknya air yang tersedia dari sumbernya.
Persamaan yang digunakan adalah:
Qn = Ron x A Pers 3. 12
dimana : Qn = Banyaknya air yg tersedia dari sumbernya, periode n (m3/dtk) , A = Luas daerah tangkapan (catchment area) Km2.
1.2.5. Metode FDC
Gambar 3. 1 Hidrograf dari data sepanjang 16 tahun
Gambar 3. 1 menunjukkan debit air sungai harian yang diukur dalam periode enam belas tahun. Data di atas merupakan data yang ideal. Namun, faktanya lapangan menunjukkan bahwa data yang ideal jarang ada.
Flow Duration Curve (FDC) disusun dengan mengelompokkan data debit berdasarkan besar debitnya lalu memplotkannya pada grafik terhadap 100% waktu pengukuran. Sebagai contoh, berdasarkan kurva di atas bahwa selama 23% waktu dalam satu tahun, debit air adalah lebih dari 10 m3 Kurva ini sangat penting sebagai data bagi perancangan PLTMH. Jika tidak didasarkan pada data yang mantap maka hasil rancangannya pun akan sangat spekulatif.
Jika tidak ada data yang tersedia, maka diharuskan mengukur dan merekam debit air setiap hari minimal selama satu tahun untuk mendapatkan seperti pada gambar berikut:
Gambar 3. 3 Contoh low duration curve dalam satu tahun
Jika tidak memungkinkan untuk mendapatkan data dalam jangka waktu tertentu, maka dianjurkan untuk menggunakan jasa keahlian ahli hidrologi yang berpengalaman untuk melakukan analisis tersebut.
1.3. Komponen-komponen Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro
Komponen-komponen sebuah PLTMH meliputi:
1.3.1. Dam/Bendung pengalih intake (Diversion Weir dan Intake)
Bendung berfungsi untuk menaikkan/mengontrol tinggi air dalam sungai secara signifikan sehingga memiliki jumlah air yang cukup untuk dialihkan ke dalam intake pembangkit mikro hidro di bagian sisi sungai ke dalam sebuah bak pengendap (Settling Basin). Sebuah bendung dilengkapi dengan pintu air untuk membuang kotoran/lumpur yang mengendap. Perlengkapan lainnya adalah penjebak/saringan sampah. PLTMH umumnya merupakan pembangklit tipe run off river sehingga bangunan bendung dan intake dibangun berdekatan. Dengan pertimbangan dasar stabilitas sungai dan aman terhadap banjir, dapat dipilih lokasi untuk bendung (Weir) dan intake.
Tujuan dari intake adalah untuk memisahkan air dari sungai atau kolam untuk dialirkan ke dalam saluran, penstock atau bak penampungan. Tantangan utama dari bangunan intake adalah ketersediaan debit air yang penuh dari kondisi debit rendah sampai banjir. Juga sering kali adanya lumpur, pasir dan kerikil atau puing-puing dedaunan pohon sekitar sungai yang terbawa aliran sungai.
a. Jalur daerah aliran sungai
Lokasi bendung (Weir) dan intake dipilih pada daerah aliran sungai dimana terjamin ketersediaan airnya, alirannya stabil, terhindar banjir dan pengikisan air sungai.
b. Stabilitas lereng yang curam
Oleh karena pemilihan lokasi PLTMH sangat mempertimbangkan head, sudah tentu pada lokasi lereng atau bukit yang curam. Dalam mempertimbangkan lokasi bangunan Bendung (Weir) dan Intake hendaknya mempertimbangkan stabilitas sedimen atau struktur tanahnya yang stabil.
c. Memanfaatkan fasilitas saluran irigasi yang ada di pedesaan.
Pemanfaatan ini dapat dipertimbangkan untuk efisiensi biaya konstruksi, karena sudah banyak sungai di pedesaan telah dibangun konstruksi sipil untuk saluran irigasi.
d. Memanfaatkan topografi alami seperti kolam dan lain-lain.
Penggunaan kealamian kolam untuk intake air dapat memberikan keefektifan yang cukup tinggi untuk mengurangi biaya, disamping itu juga membantu menjaga kelestarian alam, tata ruang sungai dan ekosistem sungai yang perlu diperhatikan adalah keberlanjutan kolam dan pergerakan sedimen.
e. Level volume yang diambil (Tinggi Dam) dan level banjir
f. Perletakan Intake selalu pada posisi terluar dari lengkungan sungai
Pertimbangan ini dilakukan untuk memperkecil sedimen didalam saluran pembawa. Dan sering kali dibuat pintu air intake untuk melakukan pembilasan sedimen yang terendap dari intake.
g. Keberadaan penggunaan air sungai yang mempengaruhi keluaran/debit air.
Jika intake untuk pertanian atau tujuan lain yang mengambil air maka akan mempengaruhi debit sungai.
1.3.1.1. 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 bath
5. Dam pasangan batu basah
6. Dam batu bronjong
7. Dam batu bronjong diperkuat beton
8. Dam ranting kayu
9. Dam kayu
10.Dam bingkai kayu dengan kerikil
secara umum terkenal digunakan di negara-negara Asia Tenggara karena beberapa keuntungan seperti:
a) tidak terlalu dipengaruhi oleh kondisi dan tanah dasarnya dan
b) relatif mudah diperbaiki jika mengalami kerusakan.
Bagaimanapun, mereka dapat ditembus oleh banjir karena itu struktur dan penggunaannya harus didahului dengan pengujian yang hati-hati dan konstruksi yang penting seperti struktur sipil dan kondisi dari arus bawah. Tabel 2.2 dapat dijadikan referensi untuk menentukan tipe dasar dam intake untuk PLTA skala kecil.
Tabel 2.1Jenis dam Intake
Tipe Garis Besar Gambar Kondisi Aplikasinya
Dam Beton gravity
Beton digunakan untuk mengkonstruksi bangunan secara keseluruhan.
Fondasi: Lapisan Batu
Kondisi sungai: Tidak dipengaruhi
Dam beton mengapung
Bagian infiltrasi yang diperpanjang dari fondasinya dengan diputus, dll. Untuk menyempurnakan
penampilannya.
Fondasinya: Kerikil
Kondisi sungai: Tidak dipengaruhi
Kondisi intake: Penampilan yang baik, intake efisien
Dam tanah Tanah (earth) digunakan untuk bahan utama dan penggunaan dari batu gosong 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.
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
oleh
kemiringan,
keluaran air atau tingkat beban sedimen.
Kondisi intake: Penampilan yang baik dan intake yang efisien
Dam batu bronjong
Batu belah dibungkus dengan jaringan logam untuk
menyempurnakan kesatuannya
Fondasi: Berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu
Kondisi tanah: Sungai dimana dam urugan batu bisa hanyut dengan
menggunakan keluaran air yang normal
Dam batu bronjong diperkuat beton
Penguatan permukaan batu bronjong dengan beton
Fondasi: Berbagai jenis tanah sampai lapisan batu
Kondisi sungai: Sungai dimana jarring logam
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.
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
Di dalam frame kayu diisi dengan kerikil untuk meningkatkan stabilitasnya
Fondasi: Berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu.
kerikil urugan kerikil dapat hanyut jika menggunakan debit air yang normal.
Kondisi intake: Keterbatasan
penggunaan bagian air sungai
karena efisiensi intake yang
rendah.
1.3.2. Bak Pengendap (Settling Basin) Fungsi banguan ini adalah untuk :
a. Penyalur yang menghubungkan intake dengan bak pengendap sehingga panjangnya harus dibatasi.
b. Mengatur aliran air dari saluran penyalur sehingga harus mencegah terjadinya kolam pusaran dan aliran turbulen serta mengurangi kecepatan aliran masuk ke bak pengendap sehingga perlu bagian melebar.
d. Sebagai penimbunan sedimen, sehingga harus didesain mudah dalam pembuangan sedimen.
e. Sebagai spillway yang mengalirkan aliran masuk ke bagian bawah dimana mengalir dari intake.
1.3.3. Saluran Pembawa (Head Race)
Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang disalurkan.Ada berbagai macam saluran pembawa, antara lain terowongan, saluran terbuka dan saluran tertutup.Konstruksi saluran pembawa dapat berupa pasangan batu kali atau hanya berupa tanah yang digali.Pada saluran yang panjang perlu dilengkapi dengan saluran pelimpah pada jarak tertentu. Ini untuk menjaga jika terjadi banjir maka kelebihan air akan terbuang melalui saluran tersebut.
1.3.3.1. Tipe dan Struktur Dasar Saluran
Tabel 2.2Tipe-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 di atasnya
• Saluran tanah sederhana
• Jalur saluran (jalur pasangan
batu basah atau kering, jalur beton)
• Pagar saluran (Terbuat dari
kayu, beton atau tembaga)
• Jalur saluran berbentuk
• Tingginya tingkat jatuh
daun-daunan, dll
• Saluran berbentuk setengah
tabung (seperti pipa-pipa yang berbelok-belok)
Pipa tertutup/ saluran tertutup
<Keuntungan>
• Pada umumnya volume
pekerjaan tanahnya besar
• Rendahnya rata-rata sedimen
dan daun-dananan yang jatuh di saluran
<Permasalahan>
• Sulitnya merawat dan meninjau
• saluran, termasuk pembersihan
• Tabung yang dipendam
(Hume, PVC or FRPM)
• Box culvert
• Pagar saluran dengan
Tabel 2.3 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
Saluran lajur (batu dan batu keras)
<Keuntungan>
• Konstruksinya relative 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 local
• Ketahanan yang tinggi terhadap
gerusan
• Dapat diterapkan pada tanah
mudah ditembus air)
<Permasalahan>
• Lebih mahal daripada saluran
tanah sederhana atau saluran apsangan batu kering (saluran lajur batu/batu keras)
• Relatif banyak memerlukan
tenaga kerja
Saluran beton
<Keuntungan>
• Tingkat kebebasan yang cukup
tinggi untuk desain potongan melintang
<Permasalahan>
• Konstruksi sulit jika diameter
dalamnya kecil
Masa konstruksinya relative lama
Saluran berpagar kayu
<Keuntungan>
• Lebih murah bila dibandingkan
dengan saluran dari beton
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 relative
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.
Saluran pipa hume
<Keuntungan>
• Mudah dikonstruksi di daerah
tidak terlalu curam
• Periode konstruksinya relative
singkat
• 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.
1.3.4. Bak Penenang (Headtank)
Fungsi dari bak penenang adalah sebagai penyaring terakhir seperti settling basin untuk menyaring benda-benda yang masih tersisa dalam aliran air, dan merupakan tempat permulaan pipa pesat (penstock) yang mengendalikan aliran menjadi minimum sebagai antisipasi aliran yang cepat pada turbin tanpa menurunkan elevasi muka air yang berlebihan dan menyebabkan arus baik pada saluran
Pemilihan lokasi bak penenang untuk pembangkit listrik sakal kecil seringkali berada pada punggung yang lebih tinggi, beberapa yang dapat dipertimbangkan antara lain :
Sedapat mungkin dipilih lokasi dimana bagian tanahnya relative stabil. Dan jika umumnya terdiri dari batuan keras maka sedapat mungkin dapat mengurangi jumlah pekerjaan penggalian.
b. Walaupun ditempatkan pada punggung gunung, dipilih tempat yang relative datar.
c. Mengurangi hubungan dengan muka air tanah yamg lebih tinggi.
1.3.5. Pipa Pesat (Penstock)
Penstock dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke sebuah turbin air. Kondisi topografi dan pemilihan skema PLTMH
mempengaruhi tipe pipa pesat (penstock). Umumnya sebagai saluran ini harus didesain/dirancang secara benar sesuai kemiringan (head) sistem PLTMH. Pipa penstock merupakan salah satu komponen yang mahal dalam pekerjaan PLTMH, oleh karena itu desainnya perlu dipertimbangkan terhadap
keseimbangan antara kehilangan energi dan biaya yang diperlukan. Parameter yang penting dalam desain pipa penstock terdiri dari material yang digunakan, diameter dan ketebalan pipa serta jenis sambungan yang digunakan.
1.3.5.1. Bahan Penstock
Saat ini, bahan utama pipa pesat adalah pipa-pipa baja, pipa-pipa ductile dan pipa FRPM (fibre reinforced plastic multi-unit). Sedangkan
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 hams dipikul
2. Topografi dari lokasi penempatannya
3. Volume air yang hams ditampung
4. Metode penyambungan
5. Diameter pipa dan gaya gesek
6. Berat dan tingkat kesulitan dalam pemasangangannya
7. Umur rencana
8. Kondisi iklim dan cuaca
9. Harga dan biaya perawatan
10. Transportasi menuju lokasi
Material yang baik untuk digunakan untuk pipa pesat pada mikrohidro diantaranya :
1. Besi ringan (Mild steel)
3. High-density polyethylene (HDPE) 4. Medium-density polyethylene (MDPE).
Tabel 2. 4 Bahan-bahan pipa penstock untuk pembanekit listrik tenaga air Skala kecil
Pipa Resin Pipa Besi
Pipa HardVinyl pipa Howell Pipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded Karakterisrik •Bahan yang
populer untuk
• Sering dipakai
untu suplai air, saluran, Irigasi
Pipa tebal: 0300
Pi i i 0800
02,000 03,000 mendekati
03 000
02,600 02,500
Tekanan di dalam yang
Pipa tebal: 10 Pipa tipis: 6
Hydraulic Property (n)
0.009 — 0.010 0.010 — 0.011 0.010 — 0.012
(umumnya
0.010 — 0.014
(umumnya
0.011— 0.015
(umumnya
Pipa Resin Pipa Besi
Untuk mendisain pipa pesat mula-mula tentukan jenis bahan pipa pesat yang direncanakan dan hitung jarak antara saluran penampung menuju turbin dan beda tinggi (Huss) dari saluran penampung ke turbin.
Panjang pipa pesat, didapat dengan menggunakan rumus trigonometri
Lpipa = LHorizontal2 +Hgross2 Pers. II. 1
Kecepatan optimum dapat dicari dengan menggunakan rumus United State Bureau of Reclamation (USBR) sebagai hubungan anatara kecepatan dengan head untuk pipa.
V = 0,125 2gH Pers II. 2
1.3.5.2. 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 hams memperhitungkan faktorfaktor berikut :
2. Biaya perawatan pipa seperti pembersihan dan pengecatan ulang.
3. Daya yang dapat dihantarkan pipa setelah mengalami kehilangan akibat gesekan
4. Jumlah aliran yang dapat menyuplai turbin untuk menghasilkan listrik terutama pada saat musim kemarau
5. Daya (power) optimum
Secara sederhana, diameter pipa dapat dicari dengan menggunakan persamaan dasar :
dimana,t = ketebalan minimum pipa,D = diameter pipa
1.3.5.3. Kehilangan Akibat Gesekan Pada Pipa Pesat
Tabel 2. 5 : koefisien kekasaran pipa dalam mm
Gambar 2. 2: grafik factor gesekan pada pipa
Material Umur kondisi
< 5 tahun 5 - 15 tahun > 15 tahun Pipa lunak
PVC, HDPE, MDPE 0,003 0,01 0,05
Fiberglas
Beton 0,06 0,15 1,5
Baja ringan :
Baja tak berlapis 0,01 0,1 0,5
Baja galvanis 0,06 0,15 0,3
Besi
Baru 0,15 0,3 0,6
Lama - karat rendah 0,6 1,5 3,0
- karat sedang 1,5 3,0 6,0
Dari table 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 K Valve
1 1,0
2 0,8
3 0,5
4 0,2
Tabel 2. 7 Koefisien bukaan klep
Hkehilangan pada turbin = g V
. 2
2
(Kvalve + Kentrance)
Kehilangan akibat gesekan (Hkehilangan akibat gesekan)
Hkehilangan akibat gesekan = hkehilangan pada dinding + hkehilangan pada turbin
% Kehilangan =
Efisiensi penstock =
gross
1.3.6. Rumah Pembangkit (Power House)
Sesuai posisinya, rumah pembangkit ini dapat diklasifikasikan kedalam tipe di atas tanah, semi di bawah tanah, di bawah tanah. Sebagian besara rumah pembangkit PLTMH adalah di atas tanah. Untuk pertimbangan desain rumah pembangkit, perlu dipertimbangkan :
a. Lantai rumah pembangkit dimana peralatan PLTMH ditempatkan, perlu memperhatikan kenyamanan selama operasi, mengelola, melakukan Tipe Klep Bola Pintu Kupu-kupu
perawatan dimana terjadi pekerjaan pembongkaran dan pemasangan peralatan.
b. Memiliki cukup cahaya masuk untuk penerangan di siang hari dan adanya ventilasi udara.
c. Kenyamanan jika operator berada didalamnya seperti untuk melakukan pengendalian ataupun pencatatan secara manual pada jenis dan tipe turbin yang digunakan, dan sirkulasi air yang dikeluarkan setelah menggerakkan turbin. Karena itu ada beberapa pertimbangan tipe desain rumah pembangkit sesuai jenis turbin yang digunakan, sebagai berikut :
Rumah pembangkit menggunakan turbin jenis “Turbin Implus”
Desain konstruksi rumah pembangkit ini perlu mempertimbangkan jarak bebas antara dasar rumah pembangkit dengan permukaan air buangan turbin (afterbay). Pada kasus turbin implus (turbin pelton, turgo dan crossflow), air yang dilepas oleh runner turbin secara langsung dikeluarkan kedalam udara di tailrace. Permukaan air di bawah turbin akan bergelombang. Oleh karena itu jarak bebas antara rumah pembangkit dengan permukaan air afterbay harus dijaga paling tidak 30-50 cm. kedalaman air di afterbay harus dihitung berdasarkan suatu formulasi antara desain debit dan lebar saluran di tailrace. Kemudian air di afterbay harus ditentukan lebih tinggi dari pada estimasi air banjir. Juga head antarapusat turbin dan level air pada outlet harus menjadi headloss.
Hal yang sama dalam desain konstruksi rumah turbin menggunakan jenis reaction (Francais, Propeller), adalah prilaku air afterbay. Pada kasus menggunakan turbin tipe reaction, air dikeluarkan kedalam afterbay melalui turbin. Head antara turbin dan level air dapat digunakan untuk membangkitkan tenaga. Dengan demikan desain konstruksinya memperbolehkan posisi tempat pemasangan turbin berada di bawah level air banjir, dan pada desain
konstruksinya perlu disediakan tempat untuk menempatkan peralatan seperti pintu tailrace, dan pompa.
1.3.7. Turbin dan generator (turbine dan generator)
Turbin dan generator berfungsi untuk mengubah energi air (potensial, tekanan dan kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran gagang dari roda ini dapat digunakan untuk memutar berbagai macam alat mekanik (penggilingan biji, pemeras minyak, mesin bubut, atau untuk mengoperasikan generator listrik. Mesin-mesin atau alat-alat, yang diberi tenaga oleh skema hidro, disebut dengan `Beban' (Load).
bagian besar dan 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 modem saat ini merupakan kemenangan dan kemajuan teknologi dari cabang-cabang bidang teknik seperti mekanika zat cair, ilmu logam dan mekanika teknik.
1.3.7.1. Jenis-Jenis Turbin
Fourneyron, Jonval, Girard adalah beberapa jenis turbin pada zaman dahulu. Jenisjenis turbin yang dipergunakan di bidang teknik hidroslistrik pada saat ini, adalah
a. Turbin Francis
b. Turbin Pelton
c. Turbin baling-baling dan Kaplan
d. Turbin Turgo
e. Turbin Crossflow atau Bank.
a) Turbin Francis
untuk turbin Francis itu selalu mengalir penuh pada penggerak yang sama dengan 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 dan 20 meter.
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 dan 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
Kaplan bervariasi dari 3 hingga 8 tergantung pada jangkauan kecepatan spesifik. Baling-baling berbentuk sebuah badan berongga semikonal permukaan luar diman menjadi batas dari pemasukan air. Di dalam poros terdapat corong turbin.
d. Turbin Turgo
Turbin Turgo merupakan salah 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 hares menyediakan kecocokan poros pada ujung lobangnya.
e. Turbin Crossflow
memiliki runner horizontal atau vertikal). Pada operasiannya, pipa berbentuk kotak secara langsung memancarkan air sepanjang runner. Air mendorong gerigi dan memberikan banyak energi kinetik.
1.3.8. Saluran Pembuang Akhir (Tail Race)
Saluran pembuang berfungsi untuk mengalirkan air keluar setelah
memutar turbin, dan mengalir kembali ke sungai dan Saluran pembuang akhir (tail race) direncanakan berbentuk persegi empat dari pasangan batu.
A = b x h Pers.II. 5
V = Q / A Pers.II. 6
P = b + 2h Pers.II. 7
R = A / P Pers.II. 8
Rumus Manning : V = 1𝑛 x S1/2 x R2/3 Pers.II. 9
S = [ (n x V) / R2/3 ]2 Pers.II. 10
1.3.9. Daya Energi Listrik
Pada prinsipnya pembangkit tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik dengan menggunakan turbin air dan generator. Daya (power) teoritis yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkan persamaan empiris berikut (Arismunandar dan Kuwahara, 1991) :
Dimana :P = Tenaga yang dihasilkan secara teoritis (kW), Q = Debit pembangkit (m³/det) Heff= Tinggi jatuh efektif (m), 9,8 = Percepatan gravitasi (m/s2).
Seperti telah dijelaskan bahwa daya yang keluar merupakan hasil perkalian dari tinggi jatuh dan debit, sehingga berhasilnya suatu usaha pembangkitan tergantung dari usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara efektif dan ekonomis. Selain itu pembangkitan tenaga air juga tergantung pada kondisi geografis, keadaan curah hujan dan area pengaliran (catchment area) (Arismunandar dan Kuwahara, 1991).
Penentuan tinggi jatuh efektif dapat diperoleh dengan mengurangi tinggi jatuh total (dari permukaan air sampai permukaan air saluran bawah) dengan kehilangan tinggi pada saluran air. Tinggi jatuh penuh adalah tinggi air yang kerja efektif saat turbin air berjalan (Arismunandar dan Kuwahara, 1991).
Adapun debit yang digunakan dalam pembangkit adalah debit andalan yang terletak tepat setinggi mercu yaitu debit minimum. Karena pembangkit ini direncanakan beroperasi selama 24 jam sehari semalam (Arismunandar dan Kuwahara, 1991).
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
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 :
Gambar 2. 3 Efiesiensi 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 Pers.II. 12
Karena berat air merupakan perkalian antara berat jenis (p) dengan volume air ( V), sehingga didapat :
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 = p x Q x g x hgross Joule/detik atau Watt Pers.II. 14
Dengan memasuki harga massa jenis air ( p air ) = 1.000 kg/m3, dan percepatan gravitasi ( g ) = 9,8 m/detik2. Daya yang dihasilkan pada turbin akan banyak berkurang dari daya kotornya ( P gross ), karena kehilangan akibat gesekan pada pipa pesat (penstock) dan pada turbin. Daya yang keluar pada generator berkurang lagi akibat kurang efisiennya sistem kerja dan generator. Selanjutnya, pada transmisi power hilang, dengan daya akhir yang mampu dihasilkan dan didistribusikan kepada penggunaan listrik mikrohidro ini hanya mencapai setgengah dari kapasitas daya kotornya (Pgross). Nilai efisiensi keseluruhan (e0) cenderung berkisar antara 0,4 hingga 0,6.
1.4. Penerapan Teknologi Mikro Hidro
yang baik. Mikro hidro masih disebut secara pesanan, sehingga mikro hidro dengan kehandalan tinggi yang disebut dengan teknologi maju membutuhkan biaya investasi awal yang besar. Sebaliknya, mikro hidro yang dibuat dengan menggunakan teknologi sederhana, walaupun tidak membutuhkan biaya investasi awal yang besar, pada umumnya mempunyai kehandalan rendah dan masih memerlukan biaya pemeliharaan yang tinggi untuk menjamin kelangsungan operasinya. Selain itu, mikro hidro yang kehandalannya rendah sering mengalami gangguan pengopersaian yang dapat merugikan konsumen (Endardjo, et all, 1998).
Pengembangan rancang bangun mikro hidro standar PU dimaksudkan sebagai upaya standarisasi untuk mengembangkan mikro hidro standar yang mempunyai kehandalan tinggi dengan biaya investasi awal yang layak (Endardjo, et all, 1998).
1.5. Identifikasi Potensi dan Pengukuran Debit Air
Informasi yang harus didapatkan antara lain adalah:
• Debit air sepanjang tahun termasuk debit minimum dan maksimumnya
• Layout PLTMH yang optimal yang terdiri dari dam/bending pengalih
(intake), saluran pembawa (headrace), bak pengendap (setteling basin), bak penenang (headtank), pipa pesat (penstock), rumah pembangkit (power house), dan saluran buang (tailrace).
• Ukuran dan panjang jaringan transmisi dan distribusi listrik dari rumah
• Perkiraan kebutuhan listrik dari sektor domestik, industri kecil dan fasilitas
sosial yang akan tersambung di kemudian hari.
1.6. Kualitas Air
