BAB II DASAR TEORI 2.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO 2.1.1 Gambaran Umum Mikrohidro

Air merupakan salah satu sumber energi yang terbarukan yang sudah sejak lama dipergunakan. Pada dasarnya, air memiliki energi potensial pada air jatuh dan energi kinetik pada air mengalir. Pada jaman dulu, air diaplikasikan sebagai alat pemutar kincir air yang digunakan untuk penggilingan dan penggergajian. Dengan berkembangnya teknologi, air sudah dipergunakan sebagai penghasil energi mekanis dan energi listrik.

Tenaga air ialah energi yang diperoleh dari air mengalir dengan mengubah energi mekanik dari air ( energi mekanik tersebut dihasilkan dari konversi energi potensial akibat air yang mengalir dari sebuah ketinggian tertentu menuju ke daerah yang lebih rendah ) yang dimanfaatkan untuk memutar turbin air, kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik.

Mikrohidro ialah ialah pembangkit listrik tenaga air dalam skala kecil, sesuai dengan keputusan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Nmr:1122K/30/MEM ) memiliki kapasitas listrik lebih kecil dari 1 MW ( < 1 MW ).

Sejauh ini, pembangkit listrik tenaga air sebagian besar memanfaatkan air dalam skala besar. Pembangkit listrik tenaga air skala besar membutuhkan bendungan yang luas dan berkapasitas besar. Dengan bertambahnya kebutuhan listrik yang cepat, pemanfaatan air sebagai pembangkit listrik skala kecil berkembang luas. Hal ini disebabkan biaya pembangkitan dan perawatan yang murah. Dan juga tidak memerlukan lahan yang luas dan bendungan yang besar. Sehingga cocok digunakan sebagai sumber listrik di daerah terpencil.

6 2.1.2 Konversi Energi

Sistem konversi energi yang terjadi pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro ialah dengan mengubah energi potensial pada air menjadi energi mekanik kemudian menjadi energi listrik.

Energi Potensial Energi Kinetik Energi Mekanik Energi Listrik Gambar 2.1 : Skema Konversi Energi pada PLTMH

Pada awalnya potensi pada air diubah menjadi energi mekanik pada turbin yang akan memutar generator dan menghasilkan energi listrik. Daya yang dapat dihasilkan oleh suatu pembangkit mikrohidro sangat dipengaruhi oleh ketinggian ( head ) dan debit aliran air. Head mempresentasikan perbedaan ketinggian antara dam ( reservoir ) pada bagian atas dengan tempat perputaran turbin pada bagian bawah. Sedangkan debit air ialah besarnya volume air yang dialirkan setiap satu satuan waktu menuju turbin.

Dalam prosesnya tidak semua potensi energi air dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik, namun terdapat energi yang hilang dalam proses kerjanya yang dapat diakibatkan oleh gesekan, pemanasan maupun efisiensi alat yang digunakan.

Adapun persamaan umum konversi energi pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro ialah :

Potensi Energi air = Energi listrik keluaran + rugi-rugi Potensi energi air [6] ialah

E = mgh 2.1

dimana

7 g ialah percepatan gravitasi ( m/s² ) h ialah ketinggian ( m )

Massa air merupakan perkalian antara massa jenis air ( ρ ) dengan volume air ( V ), sehingga :

E = ρVgh 2.2

dimana

ρ ialah massa jenis air ( kg/m³ ) V ialah volume air ( m³ )

Daya ( P ) ialah besarnya energi persatuan waktu ( E/t ) dan debit ( Q ) ialah besarnya volume persatuan waktu ( V/t ), sehingga persamaan 2.2 dapat dinyatakan:

P = ρQgh 2.3

dimana

P adalah daya (watt) Q adalah debit air (m3_/s)

Adapun daya keluaran yang dapat dihasilkan ialah Daya Keluaran = Potensi daya masukan x efisiensi

= ρQghη W 2.4

dimana

h = ketinggian ( m ) Q = debit air ( m3_{/s )}

8

η

= efisiensi total efisiensi sistem ( turbin, generator, dan sipil ) 2.1.3 Jenis Pembangkit Sistem Mikrohidro

2.1.3.1 Resevoir and Dam Based

Pada sistem pembangkit reservoir, pembangkit menggunakan tempat penampungan air. Jadi aliran air ditampung terlebih dahulu pada kolam tando dan kemudian disalurkan untuk memutar turbin. Dengan menggunakan kolam tersebut, besar debit air yang disalurkan menuju turbin dapat diatur. Selain itu, dengan adanya kolam maka kolam dapat menampung debit air yang melimpah pada musim hujan dan ketika debit air sungai berkurang pada musim kemarau, air yang disimpan pada kolam tando dapat dimanfaatkan.

Penggunaan kolam tando pada pembangkit mikrohidro tergantung pada karakter dan bentuk geografis aliran sungai, kestabilan debit aliran sungai. Pembuatan kolam tando juga mengakibatkan semakin besarnya biaya pembangkitan.

2.1.3.2 Run-off River

Yang dimaksud dengan jenis pembangkit Run-off River ialah pembangkit yang mengikuti debit aliran sungai. Pembangkit ini tidak memiliki reservoir/ kolam tando untuk menampung air sementara, sehingga air akan langsung disalurkan melalui saluran untuk menuju turbin.

Pembangkit ini merupakan jenis pembangkit yang pertama kali diperkenalkan dan diaplikasikan. Pembangkit ini sangat tergantung pada debit aliran air di setiap waktu. Oleh karena itu, ketika debit aliran air sungai sangat kecil pembangkit tidak dapat memproduksi listrik sehingga mengurangi efisiensi energi keluaran pembangkitan.

Keuntungan pembangkit ini ialah biaya pembangunan pembangkitan karena tidak perlu dibangunnya kolam tando. Selain itu dampak terhadap lingkungan juga lebih minim. Sedangkan kekurangan pembangkit ini ialah debit

9

air yang menuju turbin sangat tergantung pada debit aliran air sungai di setiap waktu.

2.1.3.3 Gabungan Reservoir dan Run-off River

Pembangkit ini merupakan gabungan dari dua jenis pembangkit yang telah dijelaskan sebelumnya. Tipe pembangkit ini dapat dilakukan pada pembangkit mikrohidro yang menggunakan lebih dari 1 ( >1) turbin untuk pembangkitannya.

Sebagai contoh PLTMH yang menggunakan 2(dua) buah rumah pembangkitan dimana pada hulu pembangkitan dibangun reservoir untuk penampungan air yang kemudian disalurkan ke rumah pembangkitan 1. Kemudian air keluaran pada rumah pembangkitan 1 kemudian langsung disalurkan ke rumah pembangkitan 2.

2.2 TURBIN AIR

Turbin merupakan salah satu komponen utama pada PLTMH. Turbin berfungsi untuk mengubah energi kinetik pada air jatuh menjadi energi mekanik yang berupa putaran yang akan dihubungkan dengan generator menggunakan gear atau belt sehingga memutar generator dan menghasilkan listrik.

Turbin memiliki beberapa jenis sesuai dengan efektifitasnya masing-masing. Pemilihan jenis turbin yang digunakan pada suatu pembangkit didasarkan pada beberapa hal antara lain ketinggian lokasi air, debit air yang dihasilkan, daya yang ingin dihasilkan dan besarnya putaran turbin yang ingin dihasilkan.

Air yang menumbuk turbin akan melalui sudu. Sudu turbin terdiri dari dua yaitu sudu tetap yang berfungsi untuk mengarahkan air agar tepat menumbuk sudu gerak turbin

Besarnya putaran turbin yang dihasilkan harus disesuaikan dengan putaran yang dibutuhkan generator untuk menghasilkan daya listrik yang diinginkan.

10

Putaran pada turbin dapat lebih kecil dibandingkan generator dengan menggunakan gear atau belt pada shaft turbin dan shaft generator dengan perbandingan sebaiknya tidak melebihi 1:3. Tetapi sangat disarankan untuk menggunakan kecepatan yang sama sehingga generator dan turbin dapat dihubungkan dengan satu poros.

Kalkulasi efisiensi pada turbin dapat diperkirakan dengan persamaan :

Efisiensi Turbin =     

 

T.      _Q     2.5

dimana

T = Torque ( Nm )

ω = Kecepatan sudut ( rad/s ) P = Tekanan air jatuh ( N/m2 ₎ Q = Debit air ( m3/s )

2.2.1 Jenis-jenis Turbin

Turbin air dibedakan menjadi dua jenis menurut prinsip kerjanya, yaitu : 2.2.1.1 Turbin Impuls

Pada nozle, energi potensial air berubah menjadi energi kinetik. Air yang memiliki kecepatan ini akan menghasilkan momentum ( impuls ) pada sudu turbin sehingga menghasilkan putaran. Turbin impuls ialah turbin tekanan sama karena tekanan air ketika keluar nozle sama dengan tekanan atmosferdi sekitarnya. Cara kerjanya ialah dengan mengubah energi kinetik hasil perubahan energi potensial menjadi energi mekanik berupa energi putaran.

11

Cara kerja turbin impuls Beberapa jenis turbin impuls :

1. Turbin Crossflow

Ide salah satu jenis turbin impuls ini dibuat oleh Michell-Banki. Turbin ini beroperasi pada head rendah hingga sedang yaitu 2-200 m dengan debit air 0,1 - 10 m3/s. Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya disesuaikan dengan lebar runner.

Prinsip kerja turbin ini ialah air mengalir membentur sudu turbin sehingga menghasilkan energi mekanik berupa putaran dan kemudian air menuju keluar dan membentur sudu yang lainnya sehingga menghasilkan energi putaran tambahan ( lebih kecil dibandung ketika masuk ).

2 b S s b m ( m u d 2. Turb Turb bekerja oleh Sudu turbin sehingga pa berbelok ke menghindari Turb (sekitar 75-4 mikro dapat Untu untuk penye diperkecil da bin Pelton bin pelton m h pancaran a terdiri dari ancaran air m e kedua ar i terjadi gaya G bin Pelton ad 400 m) den juga diguna uk menghasi emprotan air an ember su Gambar merupakan sa ir yang dise dua bagian menumbuk t ah sudu da a-gaya samp Gambar 2.4: N dalah turbin ngan debit s akan pada ke ilkan daya y r menuju su du lebih kec 12 2.3 : Turbin

alah satu turb mprotkan m yang simetr tepat di bag an berbalik ping. Nozle dan Tu yang cocok ekitar 0,2 h etinggian 20 yang besar udu. Dengan cil. n Crossflow [

bin yang pal melalui nozle

ris. Sudu dib gian tengah arah. Hal urbin Pelton digunakan u hingga 3 m3 m. r dapat digu n demikian u [23] ling efisien. ke sudu tur bentuk sedem sudu dan pa ini dilaku n [20] untuk head y 3_{/s. Tetapi u} unakan bebe ukuran diam Turbin ini rbin. Setiap mikian rupa ancaran air ukan untuk yang tinggi untuk skala erapa nozle meter nozle

13 3. Turbin Turgo

Turbin impuls ini dapat beroperasi pada head sedang dan tinggi berkisar 30 s/d 300 m . Pancaran air dari nozle pada turbin turgo membentur sudu pada sudut 20o_{. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya} dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator karena tidak diperlukannya belt untuk menambah putaran sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya.

Gambar 2.5 : Sudu Turbin Turgo dan Nozle [6]

2.2.1.2 Turbin Reaksi

Pada turbin ini energi yang mekanik yang dihasilkan bukan hanya akibat energi kinetik tetapi diakibatkan juga oleh adanya perbedaan tekanan. Bentuk dari turbin ini memiliki profil khusus yang mengakibatkan terjadinya penurunan tekanan air ketika melalui sudu.

Runner turbin jenis ini sepenuhnya tercelup dalam air dan berda di dalam runah turbin. Kecepatan turbin reaksi relatif lebih tinggi dibandingkan turbin impuls pada debit dan ketinggian yang sama. Hal ini menyebabkan kebanyakan pembagkit yang ada menggunakan turbin reaksi.

d b v d d a U y 2 t d T d 1. Turb Turb dengan prins bertekanan r vertikal. Tur debit antara Turbin dapat digera arah tangen Untuk peng yang dapat d 2. Turb Turb turbinnya b digunakan u Turbin prop diamneter ya bin Francis bin ini merup

sip kerja turb rendah pada rbin francis

0,4 – 20 m3/ ini memilik akkan dan ad nsial air mas gunaan pada digerakkan/d G bin Propeler bin propeler rupa propel untuk keting eler yang dig ang lebih ke pakan salah s bin reaksi di a bagian kelu dapat digun /s. ki memiliki da yang tetap suk sehingg a berbagai k diatur merup Gambar 2.6: dan Kaplan r ini meru ler seperti b ggian rendah gunakan bia cil dibandin 14 satu jenis tur imana air ya uar. Turbin nakan pada sudu penga p. Sudu peng ga menghasi kondisi alira pakan pilihan Skema Turb upakan turb bentuk kipa h sekitar 3 – asanya memi ngkan turbin rbin reaksi. P ang masuk p ini dapat di head sekita arah. Sudu p garah ini ber ilkan putaran an air, pengg n yang lebih bin Francis [ in reaksi a s motor pad – 20 m deng iliki 3-6 sudu francis. Prinsip kerja pada tekanan idesain hori ar 15 – 300 pengarah ini rfungsi untuk n yang pali gunaan sudu tepat [21] aliran aksia da perahu. gan debit 1,5 u. Turbin in anya sesuai n tinggi dan sontal atau m dengan i ada yang k mengatur ing efektif. u pengarah al. Bentuk Turbin ini 5 – 40 m3_. i memiliki

15

Pada turbin ini terdapat pengaturan sudu (adjustable blade) dan pengaturan debit ( guide vane ). Jenis turbin yang sudu dan guide vane-nya dapat diatur merupakan kombinasi yang paling baik untuk rentang debit yang sangat lebar. Turbin sejenis ini disebut turbin kaplan. Kaplan memiliki efisiensi maksimum untuk rentang ketinggian dan debit yang besar.

Gambar 2.7: Turbin Kaplan [17] Berikut pengelompokan turbin berdasarkan ketinggiannya :

Jenis Head tinggi ( > 60 m )

Head sedang

( 20 – 60 m )

Head rendah

( 3 – 20 m )

Turbin Impuls Pelton

Turgo

Cross-Flow Multi-Jet Pelton

Turgo

Cross-Flow

Turbin Reaksi Francis Propeller

Kaplan

16 2.2.2 Kecepatan Spesifik

Kecepatan spesifik ialah kecepatan putar turbin untuk menghasilkan satu satuan daya pada ketinggian efektif satu satuan panjang. Kecepatan spesifik merupakan salah satu faktor karakteristik turbin. Berikut persamaannya [23]:

4 5 H P N Ns=

2.6 dimana :

Ns ialah kecepatan spesifik

N ialah kecepatan putaran turbin (rpm) P ialah daya keluaran turbin (kW) H ialah ketinggian efektif (m)

2.2.3 Efisiensi Turbin

Efisiensi turbin menunjukkan berapa persen (%) kecepatan putar turbin yang terjadi dibandingkan dengan kecepatan maksimum. Efisiensi turbin tergantung dari beberapa faktor antara lain keadaan beban dan jenis turbin. Efisiensi juga dinyatakan dalam beberapa keadaan yaitu : tinggi terjun maksimum, tinggi terjun normal, tinggi terjun minimum dan tinggi terjun rancangan.

Berikut tabel efisiensi beberapa jenis turbin pada berbagai kondisi beban : Jenis

Turbin Ns

% Efisiensi Pada Berbagai Kondisi Beban % Beban Pada Efisiensi Maksimum 0,25 0,5 0,75 1 Max Pelton 22 81 86 87 85 87,1 70 Francis 75 62 83 88 83 88 75 110 60 85 90 84 90,2 80 220 59 83 90 85 91,5 85

17 335 54 82 91 86 91 87,5 410 47 71,5 85 87 91,5 92,5 460 55 74,5 86,5 86 92,5 92 Propeller 690 45 70 84,5 82 91,5 92 800 32 59 78 84 88 96 Kaplan 750 83,5 91 91,5 87 91,6 70

Tabel 2.2: Efisiensi Beberapa Jenis Turbin Pada Berbagai Keadaan Beban [23]

2.2.4 Kavitasi

Kavitasi ialah susunan gelembung uap air yang terjadi pada turbin yang terendam air dimana tekanan lokalnya lebih rendah dibandingkan tekanan uap air. Bila cairan masuk ke daerah tekanan lokal lebih rendah dibandingkan tekanan uapnya, maka sebagian dari cairan tersebut akan menguap dan membentuk gelembung air. Ketika gelembung air ini mengalir menuju tekanan yang lebih tinggi maka gelembung tersebut akan pecah dan cairan di sekitar akan mengalir dengan cepat untuk mengisi rongga akibatnya pecahnya gelombang udara tersebut. Jika tumbukan ini terjadi pada turbin maka akan terjadi lubang-lubang kecil pada sudu-sudu turbin yang lama kelamaan akan merusak turbin dan mengurangi efisiensi turbin. Selain itu, kavitasi ini mengakibatkan terjadinya getaran dan suara berisik.

Pada turbin reaksi yang letak turbinnya terendam air harus diperhatikan tekanan lokalnya agar tidak lebih rendah dibandingkan tekanan uap untuk menghindari terjadinya kavitasi. Untuk desain turbin yang memiliki kecepatan spesifik tinggi juga mempunyai kecepatan dan tekanan yang rendah. Oleh karena itu, diperlukan evaluasi dan pemilihan runner dengan bentuk yang tepat. Selain itu juga dapat didesain dengan memasang runner pada posisi lebih rendah terhadap permukaan air sebelah bawah (tailrace)

Analisis kavitasi pada turbin reaksi akan dijelaskan dengan pertolongan gambar di bawah. Hukum Bernoulli [23] dikerjakan pada titik 1 dan titik 2

18 sebagai berikut: g v p z g v p z 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1+ + = + + γ γ _(2.7) 0 0 2 2 1 1+ = + + + Hatm g v H Hs            (2.8)

Tinggi kecepatan pada Titik 1 berbanding lurus dengan tinggi terjun efektif H. Agar tidak terjadi kavitasi maka tinggi tekanan pada Titik 1 harus lebih besar atau sama dengan tinggi tekanan kavitasi. Oleh karena itu, Persamaan 2.8 dapat ditulis sebagai: Hv Hatm Hb dengan H Hs Hb H Hs Hv Hatm − = − = − − = σ (2.9) dimana:

σ ialah koefisien kavitasi

Hatm ialah tinggi tekanan udara luar Hv ialah tinggi tekanan kavitasi Hs ialah tinggi tekanan isap H ialah tinggi terjun efektif

19

Gambar 2.8: Skema Turbin Untuk Analisis Kavitasi [23]

Nilai Hb menurun dengan naiknya elevasi tempat dengan laju rerata 0,11 m tinggi air untuk setiap 100 m kenaikan elevasi tempat. Pada permukaan air laut rata-rata Hb=10,3m. Dengan pemisalan bahwa fluktuasi tekanan atmosfir ±5%, maka untuk keperluan praktis dapat digunakan rumus empiris [23] mencari Hb:

)} 100 ( 11 , 0 3 , 10 { 95 , 0 x E Hb = − meter (2.10)

dengan E adalah elevasi tempat terhadap permukaan air laut rata-rata. .

2.3 TRANSMISI MEKANIK

Pada dasarnya, apabila putaran generator yang diinginkan sama dengan kecepatan putar turbin, maka tidak diperlukan transmisi mekanik antara turbin dengan genrator. Generator dan turbin dapat langsung didesain memilki poros yang sama.

Tetapi pada umumnya, kecepatan turbin dan generator berbeda. Oleh karena itu, transmisi mekanik sangat diperlukan untuk menghasilkan putaran yang diperlukan generator. Ada beberapa jenis transmisi elektrik, antara lain :

20

Poros turbin dan generator dihubungkan pulley atau flywheel dan belt yang rasionya disesuaikan dengan perbandingan kecepatan turbin dan generator. Transmisi mekanik ini lebih murah harganya tetapi tidak tahan lama. Efisiensinya sekitar 95 – 98 %.

Gambar 2.9: Belt [22] 2. Jenis Gearbox

Poros turbin dan generator dihubungkan menggunakan gear dengan suatu poros parallel pada satu wadah dan bearing yang menyesuaikan dengan rasio kecepatan antara turbin dengan generator. Transmisi mekanik ini lebih mahal tetapi tahan lama. Efisiensinya antara 95% - 97% .

Gambar 2.10: Gearbox[22]

2.4 SURVEY POTENSI SUNGAI

Survey potensi ini adalah hal pertama yang harus dilakukan. Dengan survey ini, dapat diperoleh faktor-faktor awal yang kemudian dipertimbangkan untuk menentukan layak tidaknya dibangun PLTMH. Beberapa hal yang harus disurvei ialah :

• Pengukuran debit air sungai • Pengukuran head sungai

21

• Mengidentifikasi letak beban yang akan disuplai atau jaringan PLN yang terdekat.

2.4.1 Prediksi Debit Air Sungai

Debit aliran air setiap harinya tidak selalu sama. Oleh karena itu, dibutuhkan perhitungan debit air secara berulang-ulang untuk memperoleh nilai debit aliran untuk beberapa selang waktu. Pada penelitian ini, nilai debit air sungai adalah hasil perhitungan oleh pihak Balai Hidrologi Pusat Sumber Daya Air Jawa Barat dan Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air Nasional. Salah satu kegiatan pihak yang bersangkutan adalah melakukan perhitungan debit aliran air sungai tahunan di wilayah Jawa Barat.

Adapun metode perhitungan debit yang dilakukan ialah sesuai dengan persamaan debit, dimana debit aliran sungai merupakan perkalian antara kecepatan dengan luas penampang sungai. Oleh karena itu perlu dilakukan survei langsung ke sungai untuk menghitung kecepatan aliran sungai dan luas penampang.

• Menghitung Kecepatan Aliran Sungai

Ada beberapa cara untuk menghitung kecepatan aliran sungai : o Current Meter

Kecepatan aliran rata-rata di suatu penampang dapat diperoleh dengan menggunakan current meter. Kecepatan rata-rata ini diperoleh dari berbagai titik vertikal aliran sungai sesuai dengan kedalaman, lebar sungai dan sarana yang ada.

1. Pengukuran kecepatan aliran satu titik, dilaksanakan pada titik yang berjarak 0.6 atau 0.2 kedalaman (d) dari permukaan air

a. kedalaman 0.6 d dilakukan apabila kedalaman kurang dari 0.75 m b. kedalaman 0.2 d dilakukan apabila pengukuran 0.6 d tidak dapat

22

2. Pengukuran kecepatan aliran dua titik dilakukan apabila kedalaman air lebih dari 0,75 m. pengukuran dilakukan pada jarak 0.2 d dan 0.8 d, dan kecepatan rata-ratanya diambil dari persamaan:

0.2 0.8 2 V V V = + (2.11) dimana:

V ialah kecepatan aliran rata-rata pada suatu vertical (m/s) V ialah kecepatan aliran pada titik 0.2 d (m/s) _0.2

V ialah kecepatan aliran pada titik 0.8 d (m/s) _0.8

3. Pengukuran kecepatan aliran tiga titik dilaksanakan pada kedalaman 0.2 d, 0.6 d, dan 0.8 d, dan kecepatan rata-ratanya ditentukan dari persamaan:

0.2 0.6 0.8

2 2

V V V

V = + +

(2.12) dengan tambahan V = kecepatan aliran pada titik 0.6 d (m/s) _0.6

4. Pengukuran kecepatan aliran dibanyak titik kedalamn diukur pada kedalaman tiap 1/10 bagian kedalaman dan kecepatan rata-ratanya dapat ditentukan dengan secara grafis

o Float Methode

Metode ini dapat diaplikasikan pada aliran sungai yang lurus, tidak beriak dan tidak banyak halangan. Metode ini menggunakan sebuah benda yang dapat melayang pada aliran sungai. Benda ini ( biasanya menggunakan bola kecil atau gabus ) dialirkan pada lairan sungai sepanjang jarak tertentu. Kemudian dihitung berapa waktu yang dibutuhkan untuk mencapai jarak tersebut. Dengan demikian dapat diperoleh kecepatan aliran air. Percobaan ini sebaiknya dilakukan berulang-ulang pada beberapa sisi sungai dan jarak berbeda-beda, kemudian dihitung kecepatan rata-ratanya.

23

jenis sungai yang sidurvei. Adapun beberapa faktor koreksi antara lain : - Sungai besar, lurus, lambat dan tidak banyak halangan 0.75 - Saluran bersemen, lurus, dan bentuknya teratur 0.85 - Sungai kecil, lurus dan tidak banyak halangan 0,65

- Sungai dangkal dan bergelombang 0.45

- Sungai sangat dangkal dan bergelombang 0.25

Sumber : Manual book on Micro‐hydro Development 

• Menghitung Luas Penampang Sungai

Untuk menghitung luas penampang dapat dilakukan dengan mengalikan lebar sungai dengan kedalaman sungai. Yang menjadi permasalahan ialah nilai kedalaman sungai yang berbeda – beda di setiap titik. Oleh karena itu, nilai kedalaman sungai dihitung pada beberapa titik. Semakin banyak titik perhitungannya semakin akurat nilainya. Setelah diperoleh nilainya, maka luas penampang dapat dirumuskan dengan persamaan [23] :

 

   

(2.13)

dimana

A ialah luas penampang ( m2 ₎ l ialah lebar sungai ( m )

h1,h2...hn ialah kedalaman di beberapa titik ( m ) n ialah banyak titik perhiungan kedalaman sungai 2.4.2 Prediksi Head Air Sungai

Perhitungan nilai head yang tersedia dapat diperkirakann dengan menggunakan software Google Earth. Tetapi nilai head ini tidak dapat dijadikan patokan karena ketelitian dan kepastian nilai yang kurang teliti. Oleh karena itu diperlukan survei lebih lanjut ke lokasi untuk melakukan perhitungan head secara langsung.

24

Ada beberapa metode pengukuran head. Hal ini tergantung pada bentuk topografi lokasi, rentang head sungai dan keadaan lingkungan di sekitar aliran sungai. Untuk pengukuran head sebaiknya menggunakan beberapa metode untuk menghasilkan nilai head yang lebih teliti.

Metode yang akan digunakan penulis untuk menentukan head ialah water-filled-tube and rods. Metode ini cocok dilakukan pada head rendah sampai sedang karena membutuhkan peralatan dan biaya yang relatif mudah, tetapi akurasi cukup bagus. Metode ini pada prinsipnya mengaplikasikan sifat air yang selalu berada pada posisi mendatar pada tekanan yang sama. Peralatan yang dibutuhkan yaitu selang nilon transparan, tongkat, batang pengukur dan catatan.

Prinsip kerjanya memerlukan minimal dua orang untuk berada pada dua titik ketinggian yang berbeda.Cara kerjanya ialah :

1. Apabila perhitungan dilakukan dari atas sampai ke bawah, orang pertama berada pada posisi awal menyesuaikan posisi air dalam selang pada ketinggian tertentu dengan tanah yang diinjak ( agar tidak terganggu aliran air ), sedangkan orang kedua turun sambil membawa selang dan tongkat pengukur sampai posisi tertentu ( tergantung peralatan yang ada ). Kemudian orang kedua menghitung ketinggian air pada selang dari tanah yang diinjak. Nilai ini dikurangi dengan ketinggian air dalam selang terhadap tanah yang diinjak orang pertama.

2. Setelah itu orang pertama turun ke daerah yang lebih rendah dengan membawa tongkat pengukur dan selang. Sedangkan orang kedua tetap pada posisinya dan menyesuaikan posisi air dalam selang pada ketinggian tertentu terhadap tanah yang diinjak ( agar tidak terganggu aliran air ). Setelah mencapai posisi tertentu ( tergantung peralatan yang ada ), orang pertama menghitung ketinggian air pada selang dari tanah yang diinjak. Nilai ini dikurangi dengan ketinggian air dalam selang terhadap tanah yang diinjak orag kedua.

25

3. Langkah-langkah tersebut diulang sampai posisi terendah ( tempat power house yang direncanakan ).

Nilai head ( tinggi jatuh air ) ialah penjumlahan dari head-head yang diperoleh dari setiap tahapan.

Gambar 2.11: Cara Pehitungan Head Sungai [6]

2.4.3 Penempatan Power House

Rumah pembangkit ( power house ) merupakan tempat peralatan elektrikal-mekanik terpasang. Unit turbin beserta sistem transmisi mekanik, generator, panel kontrol, dan ballast load terpasang di dalam bangunan ini.

Pada dasarnya setiap pembangunan mikrohidro berusaha untuk mendapatkan head yang maksimum. Konsekuensinya lokasi rumah pembangkit berada pada tempat yang serendah mungkin. Karena alasan keamanan dan konstruksi, lantai rumah pembangkit harus selalu lebih tinggi dibandingkan permukaan air sungai. Data dan informasi ketinggian permukaan sungai pada waktu banjir sangat diperlukan dalam menentukan lokasi rumah pembangkit.

Selain lokasi rumah pembangkit berada pada ketinggian yang aman, saluran pembuangan air ( tail race ) harus terlindung oleh kondisi alam, seperti

26

batu-batuan besar. Disarankan ujung saluran tail race tidak terletak pada bagian sisi luar sungai karena akan mendapat beban yang besar pada saat banjir, serta memungkinkan masuknya aliran air menuju ke rumah pembangkit.