BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2. 1 Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro ( PLTM )
Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro ( PLTM ) adalah pembangkit
listrik berskala kecil dengan out put antara 1MW – 10 MW yang memanfaatkan
aliran air sebagai sumber tenaga. Semakin tinggi debit (Q) dan jatuh air (head)
maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik.
Di samping faktor geografis yang memungkinkan, tinggi jatuh air (head) dapat
pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi
tinggi.
PLTM termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut dengan clean
energi karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTM 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, PLTM lebih mudah diterima masyarakat luas
dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya seperti PLTN.
Prinsip kerja PLTM adalah memanfaatkan beda tinggi dan jumlah debit
air per detik yang ada pada aliran atau sungai. Air yang mengalir melalui intake
dan diteruskan oleh saluran pembawa hingga penstock, akan memutar poros
turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Turbin air akan memutar generator
dan menghasilkan listrik. Daya yang dibangkitkan generator yang diputar oleh
turbin air adalah :
P = η.g.H.Q
(2.1)
Dimana: P = daya ( kW)
g = percepatan gravitasi η = efisiensi
PLTM mempunyai komponen-komponen penting yang mendukung
kemampuan kerjanya, dapat dilihat pada layout PLTM berikut.
Gambar 2.1.Layout PLTM
1. Bendungan ( weir ) dan Bangunan Sadap • Bendungan ( weir )
Bendungan berfungsi untuk menaikkan / mengontrol tinggi air sungai
sehingga air dapat dialihkan kedalam intake.
• 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 mengguras dialirkan melalui saluran penguras yang kemudian
dialirkan kembali ke sungai pada sisi setelah bendung.
• Bangunan Pengalih ( intake )
Bangunan pengalih berfungsi untuk mengalihkan air melalui sebuah
pembuka di bagian sisi sungai ke dalam sebuah bak pengendap. Pada saat
banjir digunakan untuk mengurangi volume air yang masuk ke saluran
• 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.
2. 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.
3. Saluran Pembawa ( headrace )
Merupakan saluran yang mengalirkan air dari saluran intake menuju pipa
pesat dengan menjaga ketinggian muka airnya. Tipe Saluran Pembawa
biasanya sangat tergantung pada kondisi topografi geologi daerah yang
dilewati, dan dapat berupa saluran terbuka, pipa ataupun terowongan.
Konstruksi saluran pembawa dapat berupa pasangan batu kali atau hanya
berupa tanah yang digali. Jika saluran pembawa panjang perlu dilengkapi
dengan saluran pelimpah untuk setiap jarak tertentu karena jika terjadi
banjir pada saluran tersebut, maka kelebihan air akan terbuang melalui
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 :
a. Saluran pelimah untuk air yang berlebih ( over flow )
b. Lubang untuk menguras bak dan sedimen,
c. Saringan untuk mencegah masuknya sampah yang mengapung.
5. Pipa Penstock
Pipa pesat dapat terbuat dari logam atau plastik dengan diameter yang
berbeda-beda yang berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penenang (
fore bay ) ke turbin.
6. Turbin dan generator ( turbine and generator )
Turbin mengubah atau mengkonversikan energi potensial air menjadi
energi mekanik berupa putaran poros turbin. Putaran poros turbin ini yang
akan diteruskan untuk memutar poros generator.Turbin berfungsi untuk
mengkonversi energi aliran air menjadi energi putaran mekanis.
7. 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
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.
8. 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 karena erosi dapat berbahaya untuk stabilitas
bangunan.
2.1.2 Kelebihan Dan Kekurangan Pembangkit Istrik Tenaga Mini Hidro ( PLTM )
Adapun kelebihan PLTM adalah sebagai berikut:
1) Ramah Lingkungan; Pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air
merupakan pembangkit listrik yang paling ramah lingkungan juga tidak
mencemari dan merusak alam, karena menggunakan air sebagai sumber
tenaganya. Jika dibandingkan dengan PLTU, saat ini sedang menghadapi
masalah pembuangan limbahnya yang berupa batu bara.
2) PLTM juga tidak mengganggu aliran sungai secara signifikan karena air
yang dimanfaatkan tidak akan berubah menjadi sesuatu yang lain dan tentu
masih dapat dipergunakan.
3) Hemat bahan bakar karena PLTM menggunakan sumber tenaga yang
abadi yaitu tenaga air dan tidak seperti bahan bakar untuk PLTU atau
4) Biaya pengoperasian dan pemeliharaan PLTM sangat rendah
dibandingkan dengan pembangkit lainnya seperti PLTU dan PLTN. Pada
PLTU, disamping pengeluaran biaya untuk batubara, perlu
dipertimbangkan pula biaya transportasi bahan bakar tersebut.
5) Pembangkit listrik dengan tenaga air cukup sederhana untuk dimengerti
dan cukup mudah untuk dioperasikan. Ketangguhan sistemnya dapat lebih
diandalkan dibandingkan dengan sumber-sumber daya yang lain.
6) Perkembangan mutakhir yang telah dicapai pada pengembangan turbin
air, telah dimungkinkan untuk memanfaatkan jenis turbin yang sesuai
dengan keadaan setempat.
7) Peralatan pembangkit listrik dengan tenaga air umumnya memiliki
peluang yang besar untuk bisa dioperasikan selam lebih dari 50 thn.
Adapun kelemahan dari pembangunan PLTM di antaranya:
a) Sumber pembangkit listrik tenaga air yang menggunakan air terjun tidak
selalu berada dilokasi yang dikehendaki, kebanyakan posisinya jauh dari
kota sehingga membutuhkan biaya yang sangat besar.
b) Jika konsumen pengguna listrik dalam jumlah besar terlalu jauh dari pusat
pembangkit akan membutuhkan sarana jaringan tower transmisi tegangang
tinggi yang panjang, juga memerlukan sarana traffo peningkat tegangan
yang banyak.
c) Bila kita mengalami musim kemarau panjang, akibatnya cadanagan air
akan sangat berkurang dan berdampak pada penurunan kuantitas produksi
daya listrik yang kita ingin produksi.
d) Daya yang bisa diproduksi tergantung pada ketersediaan air sepanjang
hari.
2.2. Kapasitas Aliran
Debit merupakan salah satu parameter penting dalam perencanaan
menentukan besarnya energi yang dapat dihasilkan. Debit juga akan menentukan
ukuran dan jenis turbin yang akan digunakan. Pengukuran debit aliran sungai
biasanya dilakukan dengan menggunakan alat Current Meter Counter, pengukuran
dilakukan di sepanjang penampang melintang sungai. Current meter adalah
sebuah batang dengan propeller atau baling-baling yang dapat bergerak bebas
berputar dan dihubungkan dengan layar monitor menggunakan kabel untuk
membaca kecepatan aliran air. Setelah kecepatan arus air diketahui selanjutnya
dilakukan pengukuran luas penampang melintang sungai. Dari dua parameter
tersebut, debit air dapat dihitung dengan persamaan berikut.
Q = V . A (
2.2 )
Dimana:
Q = debit aliran (m3/s) V = kecepatan aliran (m/s) A = luas penampang (m2)
2.2.1 Dasar Konversi Energi Air
Dalam pembangkitan listrik tenaga air, energi yang banyak digunakan
adalah energi potensial.
Ep = m . g . H
(2.3)
Dimana : `Ep = Energi Potensial m = Massa
g = Percepatan Gravitasi
H = Tinggi relatif terhadap permukaan bumi
Atau bisa ditulis dengan
dE = dm . g . H
(2.4)
Dimana : dE merupakan energi yang dibangkitkan oleh elemen masa (dm) yang
melalui jarak (h).
Q = dm/dt,
(2.5)
Dimana: dm : elemen masa air dt : elemen waktu
Dari turunan rumus diatas, daya yang dibangkitkan oleh suatu pembangkit adalah
:
P = g . Q . H
(2.6)
Harga efisiensi dari skema PLTM biasanya adalah:
Ekonstruksi sipil = 1,0 – (panjang saluran x 0,002 – 0,005) / Hgross
Epenstock = 0,90 – 0,95 (tergantung pada panjangnya)
Eturbin = 0,70 – 0,85 (tergantung pada tipe turbin)
Egenerator = 0,80 – 0,95 (tergantung pada kapasitas generator)
Esistem control = 0,97
Ejaringan = 0,90 – 0,98 (tergantung pada panjang jaringan)
Etrafo = 0,98
Ekonstruksi sipil dan Epenstock adalah yang biasa diperhitungkan sebagai “Head
Loss (Hloass) / kehilangan ketinggian. Dalam kasus ini, persamaan di atas dirubah
ke persamaan berikut.
Pnet = g x (Hgross – Hloss) x Q x (E0 – Ekonstruksi – Epenstock) (kW) (
2.7 )
Jika dihubungkan dengan efisiensi, maka daya yang dibangkitkan adalah:
P = η . g . Q . H
(2.8)
Dimana : P = daya η = efisiensi
g = Percapatan Grapitasi Q = Debit air
Gambar 2.2 Efisiensi pada skema PLTM
2.3. Perencanaan Umum PLTM
Sebelum membangun PLTM di suatu tempat, ada hal-hal yang perlu
dilakukan dan diketahui terlebih dahulu :
1. Survey Kemampuan dan Survey Kebutuhan.
Dalam rencana pembangunan PLTM, sangat penting terlebih
dahulu untuk menetapkan secara akurat berapa banyak energi yang
diinginkan, untuk tujuan apa, kapan itu diinginkan dan dimana lokasi yang
diinginkan. Apakah calon konsumen energi dapat membeli sumber energi
tersebut, dan berapa harga yang bersedia mereka bayar? Kedua jawaban
dari pertanyaan tersebut sangat dibutuhkan terutama unutuk perhitungan
biaya finansial pembangunan proyek tersebut. Juga penting untuk
mempertimbangkan jumlah dan kemampuan tenaga-tenaga yang akan
dipekerjakan dalam pengoperasian PLTM ini, karena PLTM ini tentu
menggunakan mesin-mesin yang agak rumit yang tidak semua orang tau
2. Study Hidrology Dan Survey Lokasi
Study ini bertujuan untuk mengetahui potensi air yang dimiliki
dimana PLTM akan dibangun. Study ini nantinya akan menunjukkan
bagaimana variasi aliran air sepanjang tahun. Debit air yang kita ambil
sebagai acuan dalam membangun PLTM adalah debit air yang paling
minim. Jumlah air itu menunjukkan berapa banyak daya yang dapat
dibangkitkan, dan kapan bisa dibangkitkan. Studi ini diawali dengan
survey lapangan untuk memperoleh data primer mengenai debit aliran,
head, tofografi, curah hujan. Debit aliran dapat diukur dengan metode
konduktivitas atau metode weir. Berdasarkan data tersebut dapat dihitung
perkiraan potensi daya awal. Data lapangan sebaiknya diambil beberapa
kali pada musim yang berbeda untuk mengetahui gambaran yang tepat
mengenai potensi daya dari aliran tersebut. Pada tahap ini juga kita harus
meninjau beberapa lokasi sepanjang sungai untuk mendapat gambaran
tentang posisi efisien dimana PLTM akan dibangun. Selain itu perlu dicari
data pendukung perencanaan lainya seperti:
• Kondisi air (misalnya keasaman, kekeruhan, kandungan pasir atau
lumpur).
• Keadaan dan kestabilan tanah yang akan mempermudah dalam
penetapan posisi letak infrasrukturnya atau bangunan sipilnya.
• Ketersediaan bahan, transportasi, tenaga terampil ( operator ) yang dibutuhkan dalam pembangunan.
3. Pra Study Kelayakan
Sebelum melakukan suatu kegiatan studi kelayakan, perlu
dilakukan studi potensi atau pra-studi kelayakan. Kegiatan studi potensi
ini adalah kegiatan awal sebagai kajian umum atau penjajakan awal untuk
pengumpulan atau mendapatkan data dan informasi tentang mungkin
tidaknya suatu daerah aliran sungai (sumber air) yang ada dan dapat
dikembangkan atau dimanfaatkan menjadi suatu potensi pembangkit
energi listrik dengan skala minihidro atau yang dikenal sebagai
dapat diperkenalkan sebagai kegiatan Pra Studi Kelayakan (Pra-FS). Dari
hasil kegiatan Pra-FS ini menjadi masukan untuk pengambilan keputusan
apakah studi perlu dilanjutkan atau tidak, dan bila ternyata memiliki
banyak potensi yang layak, dapat membantu memilih suatu prioritas.
Data yang dikumpulkan pada kegiatan Studi Potensi atau Pra-FS ini
meliputi :
a. Data dan Informasi teknis tentang potensi sumber daya air (aliran, debit,
dan head) atau daerah aliran sungai untuk PLTM dimana besaran
kuantitatif dan kualitatif data dan informasinya dapat dipetakan pada
standar potensi kelayakan pembangunan dan pengembangan PLTM.
b. Data dan informasi tentang tingkat elektrifikasi dan potensi
pertumbuhannya, profil sumber energi lokal dan pola penggunaan dan
pemanfaatannya yang ada saat ini, profil kebutuhan dan ketersediaan
(supply-demand) energi listrik, dan potensi serta daya dukung
pembangunan PLTM.
c. Data dan informasi non-teknis tentang profil dan kondisi infrastruktur
sosial ekonomi masyarakat, kapasitas lokal, tingkat partisipasi,
dukungan dan kontribusi masyrakat lokal dan pemerintah setempat
untuk pengembangan PLTM sebagai energi baru terbarukan.
Jika pada kesimpulan akhir study pra FS untuk melanjukan study yang lebih
rinci, maka akan dilanjutkan pada tahap study kelayakan. Studi potensi suatu
lokasi dapat dilanjutkan kepada kegiatan studi kelayakan (SK) bila memenuhi
kriteria-kriteria sebagai berikut :
• Total panjang jaringan transmisi/distribusi dan jarak pembangkit
terhadap penerima daya (titik beban) terjauh untuk sistem off grid
atau jarak pembangkit terhadap titik interkoneksi (gardu penerima
daya) untuk sistem on grid masih memungkinkan.
• Jumlah calon konsumen (orang, rumah, kepala keluarga, instansi, PLN ) tersedia.
• Potensi daya listrik terbangkit mencukupi.
• Tidak menurunkan fungsi sistem keairan yang ada.
• Lokasi pembangkit tidak berada di kawasan cagar alam atau budaya
yang melarang pembangunan fisik permanen di lokasi tersebut (Lihat
Regulasi/peraturan perundang-undangan yang berlaku).
• Kejelasan status penguasaan/kepemilikan dan peruntukan lahan.
4. Study kelayakan
Study kelayakan pembangunan PLTM dapat dibagi menjadi dua
yaitu study kelayakan teknis, dan study kelayakan non teknis atau
sosial-ekonomi. Study kelayakan teknis dilakukan untuk mengetahui
parameter-parameter potensi alam yang sangat menentukan untuk pengambilan
keputusan pembangunan PLTM di suatu lokasi. Study ini juga
memberikan data/ informasi yang diperlukan oleh perancang sistem PLTM
dan pelaksanaan pembangunannya. Studi ini juga diperlukan untuk
mendapatkan data-data yang dibutuhkan sehingga perancang mengetahui
bagaimana teknis pelaksanan pembangunan PLTM di lapangan yang di
sesuaiakan dengan kondisi sekitar dimana lokasi PLTM tersebut akan
dibangun. Study kelayakan teknis meliputi beberapa aspek yang esensial,
yaitu studi kelayakan aspek :
a. Hidrologi
b. Sipil
c. Elektrikal-mekanikal
Study kelayakan non teknis sosial-ekonomi dilakukan untuk
mengetahui hubungan timbal balik antara pembangunan PLTM terhadap
sosial dan ekonomi. Karena dalam pembangunan PLTM perlu
dipertimbangkan efek pembangunan tersebut terhadap masyarakat, apakah
kehadirannya akan mengganggu masyarakat? Begitu juga terhadap bidang
ekonominya, juga perlu dipertimbangkan. Apakah pembangunan PLTM
tersebut menguntungkan secara finansial sehingga layak untuk dibangun?
kelayakan ekonomi. Studi kelayakan non-teknis meliputi studi kelayakan
aspek yang mencakup:
a. Ekonomi/Finansial
b. Sosial Budaya
c. Lingkungan
d. Keberlanjutan
Secara umum hal-hal yang dilakukan pada study ini adalah:
• Analisis potensi daerah,
Aspek ekonomi pedesaan yang harus diperhatikan sebagai sebuah potensi
antaralain:
1. Keberadaan SDA potensial yang bernilai ekonomis,
Seperti misalnya sungai yang bisa mensuplai material bangunan
seperti pasir merupakan SDA yang berpotensi yang dapat
membantu pengurangan biaya dalam pembangunan PLTM.
2. Material bangunan ( mis batu, kayu, pasir, dll ) yang tersedia secara lokal didesa tersebut.
3. Jarak dari kota terdekat yang dapat dijadikan tempat suplai ke desa tersebut.
Berapa jauh kota terdekat dari desa yang menjual bahan bangunan
seperti semen, pasir, batu, dll dan berapa ongkos angkutan barang
dan manusia yang dikeluarkan untuk mencapai desa tersebut.
• Kajian sosial demografi,
Kita hanya memerlukan gambaran secara umum mengenai kondisi sosial
demografi masyarakat setempat. Olehkarena itu kita perlu melakukan
observasi yang meliputi hal-hal sebagai berikut:
1. Kehidupan sosial masyarakat penduduk di desa
2. Lembaga-lembaga desa atau organisasi yang eksis dan establish
3. Figur yang dihormati di desa tersebut, dan bagaimana
pengaruhnya terhadap masyarakat desa.
4. Prasarana jalan ke desa tersebut.
• Analisa biaya investasi,
Pada tahap ini hal-hal yang paling penting dilakukan adalah prakiraan
analisa biaya investasi yaitu Rencana Anggaran Biaya (RAB) pembangunan
PLTM. Anggaran biaya pada pembangunan PLTM secara garis besar dapat dibagi
ke dalam:
1. Biaya Modal
Biaya modal ( investasi ) atau disebut juga biaya finansial suatu proyek
dapat ditafsirkan sebagai sejumlah pengeluaran yang dibutuhkan untuk
penyelesaian proyek. Pengeluaran ( componen cost ) dari biaya modal
terdiri dari:
• Biaya konstruksi
• Biaya administrasi
• Biaya jasa konsultan
• Biaya dasar proyek
• Biaya tak terduga
• Biaya pajak
2. Biaya ekonomi proyek
Biayaa ekonomi diperoleh dengan mengkonversikan nilai finansial ke nilai
ekonomi. Biaya ekonomi tersebut dipergunakan untuk perhitungan analisa
ekonomi.
3. Biaya O/P Tahunan ( Annual Cost )
Biaya operasi dan pemeliharaan tahunan suatu proyek dapat ditafsirkan
sebagai pengeluaran yang dibutuhkan dalam setahun untuk pengoperasian
dan pemeliharaan banguna sipil maupun peralatan hidromekanikal dan
2.4. Analisis Hidrologi
Pengukuran hidrologi dilakukan bertujuan untuk mendapatkan gambaran
tentang potensi daya yang dapat dibangkitkan, dan mengetahui kuantitas dan
kualitas air. Analisis hidrologi meliputi pengukuran debit minimum atau debit
andalan yang mengalir pada saluran air/sungai, pengukuran debit air pada saat
banjir dengan melakukan pengamatan visual batas banjir, pengukuran debit air
secara time series, dan pengukuran/klarifikasi tinggi terjun (beda tinggi/head)
yang tersedia. Untuk mengetahui besar jumlah debit air ( Q ) pada lokasi
pembangunan PLTM, dilakukan hal-hal yang meliputi pengukuran curah hujan,
pengukuran debit andalan, pembuatan FDC ( Flow Duration Curve ).
2.4.1 Curah Hujan
Data jumlah curah hujan (CH) rata -rata untuk suatu daerah tangkapan air
(catchment area) atau daerah aliran sungai (DAS) merupakan informasi yang
sangat diperlukan oleh pakar bidang hidrologi. Pengukuran curah hujan dapat
bdilakukan dengan dua cara yaitu dengan alat penakar hujan dan pengamatan
menggunakan radar. Yang paling umum digunakan dari dua alat ukur tersebut
adalah alat penakar hujan. Pada pembangunan PLTM, curah hujan digunakan
untuk mengetahui debit sungai sepanjang tahun di suatu area dimana PLTM akan
dibangun. Untuk dapat mewakili besarnya curah hujan di suatu wilayah/daerah
diperlukan penakar curah hujan dalam jumlah yang cukup. Semakin banyak
penakar dipasang di lapangan diharapkan dapat diketahui besarnya rata -rata curah
hujan yang menunjukkan besarnya curah hujan yang terjadi di daerah tersebut.
Disamping itu juga diketahui variasi curah hujan di suatu titik pengamatan.
Menurut (Hutchinson, 1970 ; Browning, 1987 dalam Asdak C. 1995)
Ketelitian hasil pengukuran curah hujan tegantung pada variabilitas spasial curah
hujan, maksudnya diperlukan semakin banyak lagi penakar curah hujan bila kita
mengukur curah hujan di suatu daerah yang variasi curah hujannya besar.
Ketelitian akan semakin meningkat dengan semakin banyaknya penakar yang
dipasang, tetapi memerlukan biaya mahal dan juga memerlukan banyak waktu
Data curah hujan disuatu lokasi tertentu dimana alat penakar hujan
dipasang, dicatat dan hasil pencatatannya untuk jangka waktu sepanjang mungkin
digunakan untuk keperluan analisis selanjutnya. Untuk mengetahui curah hujan
rata-rata wilayah untuk stasiun yang berbeda digunakan metode-metode berikut
ini:
• Metode rata-rata aritmatik
• Metode poligon Theissen
• Metode Ishoyet
• Metode Dr. F.J. Mock
2.4.1.1 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 curah hujan kecil. Cara ini dilakukan dengan mengukur serempak untuk
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)
(2.9)
dimana :
Ri = besarnya CH pada stasiun i n = jumlah penakar (stasiun)
contoh: Untuk mengukur rata-rata curah hujan yang mewakili suatu daerah X
diperlukan 4 (empat buah) penakar hujan yaitu pada stasiun A, B, C dan D.
Tercatat selama waktu tertentu di stasiun A sebesar 5 cm, di B (7 cm), di C (6 cm)
dan di D (9 cm).
2.4.1.2 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), seperti contoh
dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut:
Gambar 2.3. Analisis curah hujan metode Poligon
Cara ini selain memperhatikan tebal hujan dan jumlah stasiun, juga
memperkirakan luas wilayah yang diwakili oleh masing-masing stasiun untuk
digunakan sebagai salah satu faktor dalam menghitung hujan rata-rata daerah
yang bersangkutan. Poligon dibuat dengan cara menghubungkan garis-garis berat
diagonal terpendek dari para stasiun hujan yang ada.
2.4.1.3. Cara Isohiet (Isohyetal)
Isohiet adalah garis yang menghubungkan tempat-tempat yang
mempunyai tinggi hujan yang sama. Metode ini menggunakan isohiet sebagai
diwakili oleh stasiun-stasiun yang bersangkutan, yang luasnya dipakai sebagai
faktor koreksi dalam perhitungan hujan rata-rata. Cara ini dipandang paling baik,
tetapi bersifat subyektif dan tergantung pada keahlian, pengalaman, pengetahuan
pemakai terhadap sifat curah hujan pada daerah setempat.
Gambar 2.4. Analisis curah hujan metode Isohiet
Dalam metode isohet ini wilayah dibagi dalam daerah -daerah yang
masing-masing dibatasi oleh dua garis isohet yang berdekatan, misalnya Isohet 1
dan 2 atau (I1 – I2). Oleh karena itu, dalam Gambar 2.4, curah hujan rata –rata
untuk daerah I1 – I2 adalah (7 cm + 6,5 cm)/2 = 6,75 cm. Untuk menghitung luas
darah ( I1 – I2) dalam suatu peta kita bisa menggunakan Planimeter. Secara
sederhana bisa juga menggunakan kertas milimeter block dengan cara menghitung
kotak yang masuk dalam batas daerah yang diukur.
1.1.
2.4.1.4 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
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 :
a. Data presipitasi dalam hal ini adalah curah hujan bulanan dan data curah
hujan harian.
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 (2.10)
E = Eto x (m / 20) x (18-n) (2.11)
Ea = Eto – E
(2.12)
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 yang tidak tertutup dengan tumbuh-tumbuhan penahan hujan koefisien yang tergantung jenis area 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 :
WS = ΔS - Tampungan tanah (2.14)
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
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 (2.15)
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)
Vn = k. (Vn – 1) + ½ (1 + k ) in (2.16)
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 ) k =Faktor resesi aliran tanah 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 :
Vn = Vn - Vn – 1 (2.17)
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
limpasan langsung (direc run off) Untuk memperoleh limpasan, maka
persamaan yang digunakan adalah :
BF = I - (Δ Vn ) (2.18)
Dro = WS – I (2.19)
Ron = BF +Dro (2.20)
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 (2.21)
dimana: Qn= Banyaknya air yg tersedia dari sumbernya, periode n
(m3/dtk),
A = Luas daerah tangkapan (catchment area) Km2.
1.2.
2.4.2 Debit Andalan
Debit andalan (dependable flow) adalah debit minimum sungai untuk
kemungkinan terpenuhi yang sudah ditentukan yang dapat dipakai untuk
pembangkit listrik. Kemungkinan terpenuhi ditetapkan 80% (kemungkinan bahwa
debit sungai lebih rendah dari debit andalan adalah 20%). Debit andalan
ditentukan untuk periode tengah – bulanan. Debit minimum sungai dianalisis atas
dasar data debit harian sungai. Agar analisisnya cukup tepat dan andal, catatan
data yang diperlukan harus meliputi jangka waktu paling sedikit 20 tahun. Jika
persyaratan ini tidak bisa dipenuhi, maka metode hidrologi analitis dan empiris
bisa dipakai.
Dalam menghitung debit andalan, kita harus mempertimbangkan air yang
diperlukan dari sungai di hilir pengambilan. Dilapangan ternyata debit andalan
dari waktu kewaktu mengalami penurunan seiring dengan penurunan fungsi
berkurang yang mengakibatkan pengurangan daya yang dikelaurkan. Antisipasi
keadaan ini perlu dilakukan dengan memasukan faktor koreksi besaran 80% -
90% untuk debit andalan. Faktor koreksi tersebut bergantung pada kondisi
perubahan daerah aliran sungai (DAS)
Guna mendapatkam kapasitas PLTM, tidak terlepas dari perhitungan
berapa banyak air yang dapat diandalakan untuk membangkitkan PLTM. Debit
andalan 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 Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro ini, 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 ke
tanah sebagai air infiltrasi, kemudian jika kapasitas menampung lengas tanah
sudah terlampaui, maka air akan mengalir ke bawah akibat gaya gravitasi.
2.4.3Klarifikasi pengukuran head
Pengukuran head dapat dilakukan dengan menggunakan peta tofografi,
tetapi hasil yang diperoleh sangat kasar. Pengukuran head yang akurat harus
dilakukan di lapangan dengan berbagai metode pengukuran. Setelah didapatkan
perkiraan head kotor ( gross head ), maka dilakukan penentuan head bersih ( netto
head ) yang berhubungan dengan perencanaan bangunan sipil.
2.4.4 Pembuatan FDC (Flow Duration Curve)
Untuk kepentingan perancangan PLTM, sangat penting untuk bisa
mendapatkan data debit dari tahun ke tahun sebanyak mungkin sehingga dapat
diketahui berapa banyak air (baik di musim kemarau atau penghujan) yang bisa
dipergunakan untuk menggerakkan turbin. Data ini memberikan masukan paling
mendasar bagi perancang untuk memilih jenis turbin yang paling efisien dan
dengan data kebutuhan energi listrik konsumen, maka perancang dapat memilih
turbin dan generator yang cocok bagi sebuah PLTM yang berdiri sendiri.
Flow Duration Curve (FDC) disusun dengan mengelompokkan data debit
berdasarkan besar debitnya lalu memplotkannya pada grafik terhadap 100% waktu
pengukuran. Untuk membuat plot diagram fluktuasi aliran air maka dilakukan
penelitian terhadap data debit aliran air sungai sepanjang tahun. Penentuan FDC
dapat melalui dua cara yaitu penentuan berdasarkan area tadah hujan ( prediction
by area-rainfall method ) dan penentuan berdasarkan metode korelasi ( corelasi
method ). Hal utama yang dilakukan dalam penentuan FDC baik melalui metode
area tadah maupun metode korelasi adalah pencatatan debit air ( Q ) pada lokasi
intake takan diambil sebagai patokan dalam perhitungan, dimana Q diambil
dibawah FDC.
Keterbatasan data dilapangan akan menyulitkan pembuatan FDC. Apabila
pembuatan FDC tidak dapat dilakukan, perencanaan debit air dapat didasarkan
pada debit minimum yang tersedia.
Debit perencanaan diharapkan dapat membangkitkan daya terpasang.
Debit ini ditentukan berdasarkan debit pada debit andalan ( debit minimum ).
Pengolahan data dilakukan dengan distribusi probabilitas (peluang kejadian).
Distribusi probabilitas yang digunakan adalah berdasarkan rumus yang
dikembangkan oleh Weibull.
P = 𝑚𝑚
𝑛𝑛+1 𝑥𝑥 100%
(2.22)
dimana:
P = Peluang kejadian m = Nomor urut data
n = Banyaknya data presipitasi
Berdasarkan rumus Weibull di atas, maka dapat ditentukan debit andalan
dengan cara mengurutkan data dari debit terbesar hingga terkecil, kemudian
ditetapkan suatu debit andalan. Pada penelitian ini ditetapkan debit andalan pada
2.5. Penentuan Lokasi
Penentuan lokasi PLTM harus ditentukan secara cermat dengan
memperhatikan kondisi geografis, keadaan tanah dan batuan, serta keadaan
sungai. Untuk mempermudah penentuan lokasi dan Lay-out harus dilakukan
beberapa study:
• Study geologi
• Pemahaman peta tofografi
• Penentuan lokasi bangunan Intake
• Penentuan lokasi power house.
2.5.1 Study geologi
Study geologi dalam pembangunan mini hidro akan memberikan informasi
yang sangat penting untuk merencanakan pembangunan bangunan sipil pada suatu
PLTM. Informasi mengenai kondisi alam, keadaan tanah dan batuan, serta
pergerakan tanah yang diperoleh dari study geologi akan membantu dalam
menentukan lokasi terbaik bagi pembangunan bangunan sipil. Disamping itu,
informasi tersebut dapat membantu dalam merencanakan dan memprediksi biaya
konstruksi beserta perawatannya. Pada study geologi kegiatan yang dilakukan
adalah pengumpulan informasi tentang:
1. Pergerakan permukaan yang mungkin terjadi seperti batuan dan
permukaan tanah bila datang turun hujan lebat, pergerakan air dan
lumpur.
2. Pergerakan tanah dibawah permukaan yang mungkin terjadi seperti
gempa ataupun tanah longsor.
3. Tipe batuan, tanah dan pasir. Hal ini berguna untuk mendisain
pondasi sipil yang cocok, dan material yang cocok pada kondisi
tersebut.
2.5.2 Pemahaman Peta Tofografi
Pemahaman peta topografi ini sangat perlu dilakukan karena hal tersebut
efisien. Kesalahan pada pemahaman tofografi dapat mengakibatkan kinerja
bangunan sipil yang telah dibangun nantinya tidak maksimal. Pemahaman ini juga
sangat membantu dalam penentuan lokasi yang terbaik dimana kemungkinan
untuk mendapatkan tinggi jatuhan air ( head ) yang memadai. Keadaan kontur
tanah yang digambarkan oleh peta tofografi sangat membantu dalam membuat
layout dasar sistim minihidro.
1.3.
2.5.3 Penentuan Lokasi Bangunan Intake
Pada umumnya instalasi minihidro merupakan pembangkit listrik tenaga
air dengan kolam pengatur ( regulatoring pond ) yaitu menggunakan bendungan
yang melintang disungai yang bertujuan untuk menaikkan permukaan air dibagian
hulu sungai, guna membangkitkan energi potensial yang lebih besar sebagai
pembangkit listrik. Lokasi intake harus dipilih secara cermat untuk
menghindarkan masalah yang akan datang dikemudian hari.
2.5.4 Penentuan Lokasi Rumah Pembangkit ( Power House )
Pada dasarnya setiap pembangunan mini hidro, berusaha untuk
mendapatkan head yang maximum. Konsekuensinya lokasi rumah pembangkit
harus berada ditempat serendah mungkin, namun tetap memperhitungkan
bagaimana keamanannya. Posisi rumah pembangkit ( power house ) harus selalu
lebih tingi dari permukaan air banjir sungai hal ini untuk menghindari masuknya
air ke rumah pembangkit ketika banjir ataupun ketika air sungai meluap. Data dan
informasi tentang ketinggian permukaan air sungai pada waktu banjir sangat
diperlukan dalam menentukan lokasi rumah pembangkit. Selain rumah
pembangkit berada pada lokasi ketinggian yang aman, saluran pembuang ( tail
race ) juga harus terlindung dari gangguan alam seperti batu-batu besar. Ujung
saluran pembuangan ( tail race ) tidak terletak pada bagian sisi luar sungai karena
akan mendapat beban yang besar pada saat banjir. Saluran pembuang dipastikan
dapat mengalirkan air dari power house ke sungai dengan lancar, hal ini untuk
Setelah semua studi yang diperlukan siap dan layak, maka dilakukan
proses disain yang lebih rinci yang disebut dengan pengerjaan sipil. Secara
ringkas, pekerjaan sipil meliputi:
• Pembuatan detail gambar teknik,
• Penentuan spesifikasi teknis secara jelas,
• Penyusunan jadwal kegiatan,
• Penghitungan biaya setiap komponen,
• Penyiapan pengurus dan operator-operator serta teknisi yang akan mengelola PLTM.
2.6. Civil Works ( Pekerjaan Sipil)
Pekerjaan sipil pada Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro meliputi:
2.6.1 Sistem Layout
Gambar 2.5. Beberapa Pilihan Saluran Air dan Penstock
Terdapat tiga kemungkinan rute saluran air yang ditunjukkan pada gambar diatas. Pilihan penstock pendek dalam banyak kasus akan menjadi pilihan utama untuk skema yang paling ekonomis, tetapi ini bukan kasus yang dibutuhkan.
Pertimbangan setiap pilihan adalah sebagai berikut:
(1) Penstock Pendek
(2) Penstock panjang
Dalam kasus ini penstock mengikuti arus aliran sungai. Tatanan seperti ini diperlukan, karena tidak ada tanah datar untuk membangun saluran air, tentu saja tindakan pencegahan harus diambil. Satu hal yang paling penting adalah memastikan waktu banjir musiman dari sungai yang dipakai, tidak akan merusak penstock. Merupakan suatu hal yang selalu penting untuk diperhitungkan adalah mengkalkulasi diameter yang paling ekonomis dari penstock; pada kasus dari sebuah penstock panjang, mengkalkulasi diameter penstock menjadi hal penting yang sangat utama, karena biaya yang dikeluarkan akan menjadi tinggi.
(3) Penstock menengah
Penstock menengah akan memerlukan biaya yang lebih besar daripada penstock pendek, tetapi dapat menghemat biaya yang dikeluarkan untuk membangun saluran air yang melewati lereng yang curam dengan aman. Walaupun pembelian awal dan biaya pembangunan lebih besar, tetapi penstock ini merupakan pilihan yang dianjurkan bila ada tanda-tanda ketidakstabilan di lereng yang curam.
2.6.2 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
kemudian ke dalam sebuah bak pengendap (Settling Basin). Sebuah bendung dilengkapi
dengan pintu air untuk membuang kotoran/lumpur yang mengendap. Perlengkapan
lainnya adalah saringan sampah. PLTM 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 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.
Beberapa hal yang menjadi pertimbangan dalam memilih lokasi Bendung (Weir)
dan Intake, antara lain :
a. Jalur saluran aliran sungai.
Lokasi bendung (Weir) dan intake dipilih pada daerah aliran sungai
dimana terjamin ketersediaan airnya, alirannya stabil, terhindar banjir dan
pengikisan air sungai.
Oleh karena pemilihan lokasi PLTM 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. Level volume yang diambil (Tinggi Dam) dan level banjir.
Karena pembangunan bendung/dam inatek pada bagian yang sempit dekat
sungai, maka level banjir pada daerah itu lebih tinggi sehingga diperlukan
daerah bagian melintang dam yang diperbesar untuk kestabilan.
d. 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.
Terdapat beberapa jenis tipe dasar Dam dan Intake seperti yang disebukan
dibawah ini yaitu:
1. Dam beton graviti
2. Dam beton mengapung
3. Dam tanah
4. Dam urugan batu
5. Dam pasangan batu basah
6. Dam batu bronjong
7. Dam batu bronjong diperkuat beton
8. Dam ranting kayu
9. Dam kayu
10.Dam bingkai kayu dengan kerikil
2.6.3. Bak Pengendap (Settling Basin) Fungsi bangunan ini adalah untuk :
a. Mengatur aliran air dari saluran penyalur sehingga harus mencegah
terjadinya kolam pusaran dan aliran turbulen serta mengurangi kecepatan
b. Sebagai bak pengendap adalah untuk mengendapkan sedimen dimana untuk
detil desainnya perlu dihitung dengan formulasi hubungan panjang bak,
kedalaman bak, antara kecepatan pengendap, dan kecepatan aliran.
c. Sebagai penimbunan sedimen, sehingga harus didesain mudah dalam
pembuangan sedimen.
d. Sebagai spillway yang mengalirkan aliran masuk ke bagian bawah dimana
mengalir dari intake.
2.6.4. 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.
Karena secara umum jumlah air yang terangkut kecil, saluran pembawa untuk sebuah pembangkit listrik tenaga air secara mendasar mengadopsi struktur terbuka,
2.6.5. 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 lebih stabil
pada saluran.
Pemilihan lokasi bak penenang untuk pembangkit listrik sakal kecil seringkali berada pada punggung yang lebih tinggi, beberapa yang dapat dipertimbangkan antara lain :
a. Keadaan topografi dan geologi sungai
Sedapat mungkin dipilih lokasi dimana bagian tanahnya relatif
stabil. Dan jika umumnya terdiri dari batuan keras maka sedapat
b. Walaupun ditempatkan pada punggung gunung, dipilih tempat
yang relative datar.
c. Mengurangi hubungan dengan muka air tanah yamg lebih tinggi.
2.6.6. Pipa Pesat (Penstock)
Penstock dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke sebuah turbin air. Kondisi topografi dan pemilihan skema PLTM mempengaruhi tipe pipa pesat (penstock). Umumnya sebagai saluran ini harus didesain/dirancang secara benar sesuai kemiringan (head) sistem PLTM. Pipa penstock merupakan salah satu komponen yang mahal dalam pekerjaan PLTM, 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.
2.6.6.1 Bahan Pipa Pesat ( penstock )
Saat ini, bahan utama pipa pesat adalah pipa-pipa baja, pipa-pipa ductile dan pipa FRPM (fibre reinforced plastic multi-unit). Sedangkan pembangkit tenaga air skala kecil menggunakan pipa-pipa hard vinyl chloride, pipa-pipa
howell atau pipa-pipa spiral welded dapat dipertimbangkan karena diameternya kecil dan tekanan internalnya relatif rendah.
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 harus ditampung
4. Metode penyambungan
5. Diameter pipa dan gaya gesek
6. Berat dan tingkat kesulitan dalam pemasangangannya
7. Umur rencana
8. Kondisi iklim dan cuaca
9. Harga dan biaya perawatan
Material yang baik untuk digunakan sebagai pipa pesat pada pembangkit listrik skala kecil diantaranya :
1. Besi ringan (Mild steel)
2. Unplasticized polyvinyl choloride (UPVC)
3. High-density polyethylene (HDPE)
4. Medium-density polyethylene (MDPE).
Karakteristik pipa-pipa ini dapat diperlihatkan pada lampiran. (Bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil). 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 =
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 (2.24)
2.6.6.2 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, sehingga dalam
menentukan diameter pipa pesat harus berdasarkan perbandingan dengan biaya
pipa pesat dan biaya kehilangan head pipa pesat.
Untuk memilih diameter terbaik dan tipe pipa pesat harus
memperhitungkan faktor-faktor berikut :
1. Biaya pembelian pipa dan biaya tambahan seperti pemasangan, disain,
sambungan dan transportasi.
2. Biaya perawatan pipa seperti pembersihan dan pengecatan ulang.
3. Daya yang dapat dihantarkan pipa setelah mengalami kehilangan akibat
gesekan
terutama pada saat musim kemarau
5. Daya (power) optimum
Secara sederhana, diameter pipa dapat dicari dengan menggunakan persamaan dasar : dimana: t0 = ketebalan minimum pipa,
d = diameter pipa
1.3.1.1. 2.6.6.3 Kehilangan Akibat Gesekan Pada Pipa Pesat
Setelah mendapatkan diameter pipa pesat, kita akan menghitung nilai kehilangan head pada pipa pesat dengan mencari harga faktor gesekan (f).Untuk mencari f digunakan grafik moody dengan cara menghubungkan garis lengkung antara harga k/d terhadap 1,2 Q/d. Dari tabel 2.1. didapat nilai k untuk beberapa material pipa dengan umur kondisinya. Melalui grafik tersebut, didapat faktor gesekan (f).
Rumus kehilangan energi akibat gesekan pada pipa penstock :
𝒉𝒉𝒉𝒉=𝒉𝒉𝑳𝑳 .𝟎𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟎𝒅𝒅𝟓𝟓 𝑸𝑸𝟐𝟐 (2.28)
Dimana : hf = kehilangan energi akibat gesekan
f = faktor gesekan
L = panjang penstock
V = kecepatan aliran pada penstock
d = diameter penstock
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 0,6 1,5 3,0
- karat sedang 1,5 3,0 6,0
- karat tinggi 6,0 10,0 20,0
Gambar 2.6. Grafik Factor Gesekan Pada Pipa
2.6.6.4 Metode Penyambungan Penstock
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 PLTM. Penyambungan ruas ruas pipa besi dapat dilakukan dengan cara dilas di lokasi atau dengan flange yang di sambung dengan baut.
Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam mendisain dan perawatan pipa pesat:
• 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
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 PLTM tertentu
sambungan muai belos/apar (bellow-expansion-joint) dapat digunakan
seperti yang terlihat pada gambar berikut.
(a) (b)
Gambar 2.7. Sambungan Pipa Pesat
• 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
(a) (b)
Gambar 2.8. Balok Angkur
• Penyangga Pipa Pesat.
Pipa pesat yang di pasang di atas tanah harus dilengkapi dengan
penyangga sepanjang pipa pesat seperti yang dijelaskan dalam gambar
disain di bawah ini. Penyangga ini terbuat pasangan batu kali. Sebagian
PLTM menggunakan profil baja pada kondisi yang curam atau relatif
vertikal. Struktur penyangga pipa pesat dibuat agar pipa pesat tersebut
tidak sulit untuk bergerak memanjang karena pemuaian/kontraksi tetapi
dengan gesekan yang minimum. Untuk itu permukaan pipa pesat yang
bergesekan dengan penyangganya harus dilapisi dengan aspal bitumen
atau material lainnya (plastik, baja berpelumas) . Saluran kecil sebaiknya
dibuat untuk menguras air (hujan atau bocor) dari permukaan kontak pipa
(a)
(a) (b)
2.6.7. Rumah Pembangkit (Power House)
Untuk mendesain rumah pembangkit, perlu dipertimbangkan :
a. Lantai rumah pembangkit dimana peralatan PLTM ditempatkan, perlu
memperhatikan kenyamanan selama operasi, mengelola, melakukan
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.
2.7. Mekanikal Elektrikal
Studi mekanikal elektrikal perlu dilakukan untuk mengetahui dan memilih jenis turbin dan komponen elektrik yang sesuai sehingga :
1) Dapat dioperasikan dengan baik sesuai umur teknis.
2) Mudah dioperasikan oleh operator lokal yang terlatih.
Jenis study yang dilakukan adalah :
1. Mengumpulkan dan menganalisa data spesifikasi komponen mekanikal
elektrikal yang sesuai kebutuhan rencana pembangunan PLTM.
2. Memilih atau menetapkan jenis, ukuran dan turbin.
3. Memilih atau menetapkan jenis, dan ukuran alat transmisi mekanik.
4. Memilih atau menetapkan jenis dan kapasitas generator.
5. Memilih atau menetapkan jenis kontrol dan proteksi.
6. Menetapkan jalur jaringan distribusi dan fasilitas pendukung.
7. Mengumpulkan dan menganalisa data spesifikasi peralatan jaringan
transmisi yang memenuhi standart kelayakan elektronika.
2.7.1 Turbin (turbine)
tekanan dan kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Air
mengalir melalui turbin, memberi tenaga pada penggerak (runner) dari turbin dan
membuatnya berputar. Corong dari penggerak berhubungan langsung dengan
generator, asalkan tenaga mekanik yang penting tersalur pada generator. Jadi,
turbin-turbin menempati posisi kunci dalam bidang teknik hidro elektrik dan
membentuk suatu bagian besar dan seluruh jumlah biaya proyek.
Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu
berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air
adalah sebagai berikut:
Tabel 2.2. Range kecepatan spesifik berbagai jenis turbin
Jenis Turbin Range Kecepatan Spesifik (rpm)
Turbin pelton 12≤Ns≤25
Turbin Francis 60≤Ns≤300
Turbin Crossflow 40≤Ns≤200
Turbin Propeller 250≤Ns≤ 1000
Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah. Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan spesifik turbin, yaitu:
Tabel 2.3. Rumusan kecepatan spesifik berbagai jenis turbin
Jenis Turbin Kecepatan spesifik (rpm) Referensi
Turbin pelton (1 jet) Ns = 85.49/H0,243 (Siervo & Lugaresi, 1978)
Turbin Francis Ns = 3763/H0,854 (Schweiger & Gregory, 1989)
Turbin Kaplan Ns = 2283/H0,486 (Schweiger & Gregory, 1989)
Turbin Crossfiow Ns = 513.25/H0,505 (Kpordze & Wamick, 1983)
Dengan mengetahui besaran kecepatan spesifik maka dimensi dasar turbin dapat diestimasi (diperkirakan). Pemilihan jenis turbin didasarkan pada ketersediaan teknologi secara lokal dan biaya pembuatan/pabrikasi yang lebih murah dibandingkan tipe lainnya.
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.
Tabel 2.4. Daerah Operasi Turbin
Jenis Turbin Variasi Head ( m )
Kaplan dan Propeller 2 < H < 20
Francis 10 < H < 350
Pelton 50 < H < 1000
Crossflow 6<H<100
Turgo 50 H < 250
2.7.1.1. Turbin Francis
Turbin-turbin Francis adalah jenis turbin yang paling banyak dipakai pada
PLTA saat ini. Turbin Francis bekerja dengan aliran air yang bertekanan. Jadi
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).
tinggi aliran air yang keluar dari penggerak, juga untuk mengusahakan penggerak mempunyai tingkat aliran hilir tanpa mengurangi tinggi air yang bersangkutan.
2.7.1.2. 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.
Prinsip kerja dan turbin Pelton adalah mengubah energi kinetik air yang
masuk ke jet menjadi gaya rotasi angular dan menghantarkannya ke generator
sehingga menghasilkan energi listrik. Turbin Pleton termasuk turbin yang memilki
efisiensi yang sangat baik, air yang terbuang setelah memberikan tekanan pada
runner hanya menyisakan energi kinetik yang sangat sedikit.
2.7.1.3. Turbin Kaplan dan Baling-Baling
Pengaturan umum untuk baling-baling dan turbin Kaplan adalah kurang
lebih sama dengan turbin Francis. Jadi, selubung scroll, cincin stay dan tube
sementara dalam keadaan similar seperti dalam selubung-selubung turbin Francis
dan menjalankan fungsi yang sama. Perbedaan yang besar yaitu dimana
turbin-turbin
Francis dicampurkan dengan turbin-turbin aliran. Baling-baling dan Kaplan merupakan turbin aliran aksial. Penggerak turbin ini menyurupai sebuah baling-baling yang terdiri dari pusat pada pinggirnya, dimana baling-baling berbentuk lengkung ditegakkan. Baling-baling bertindak seperti kantiliver-kantiliver didukung hanya pada pusat. Jumlah dayung untuk sebuah baling-baling turbin Kaplan bervariasi dari 3 hingga 8 tergantung pada jangkauan kecepatan spesifik. Baling-baling berbentuk sebuah badan berongga semikonal permukaan luar dimana menjadi batas dari pemasukan air. Di dalam poros terdapat corong turbin.
2.7.1.4. Turbin Turgo
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.
2.7.1.5. Turbin Crossflow
Turbin Crossflow sering juga disebut dengan turbin Banki, Mitchell atau
turbin Ossberger. Turbin Crossflow terdiri dari sebuah tong berbentuk penggerak
(runner)terbuat dari dua bush piringan yang terhubung dengan lingkaran terdekat
oleh beberapa gerigi yang melengkung. Turbin Crossflow memiliki penggerak
horizontal pada bawah kotaknya (tidak seperti Pelton atau Turgo yang dapat
memiliki runner horizontal atau vertikal). Pada operasiannya, pipa berbentuk
kotak secara langsung memancarkan air sepanjang runner. Air mendorong gerigi
dan memberikan banyak energi kinetik.
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu:
1. 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
2. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit
yang tersedia.
3. Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator.
2.7.2. Generator
Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Jenis generator yang digunakan pada perencanaan PLTM ini adalah:
1. Generator sinkron, sistem eksitasi tanpa sikat (brushl&ss exitatiori)
dengan penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing).
2. Induction Motor sebagai Generator (I MAG) sumbu vertikal,
pada perencanaan turbin propeller open flume.
Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm, 50 Hz, 3 phasa dengan keluaran tegangan 220 V/380 V. Efisiensi generator secara umum adalah:
1. Aplikasi < 10 KVA efisiensi 0,7 - 0,8
2. Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 0,8-0,85
3. Aplikasi 20 – 50 KVA efisiensi 0,85
4. Aplikasi 50-100 KVA efisiensi 0,85-0,9
5. Aplikasi > 100 KVA efisiensi 0,9 - 0,95
Sistem kontrol yang digunakan pada perencanaan PLTM menggunakan
pengaturan beban sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban.
Apabila terjadi penurunan beban di konsumen, maka beban tersebut akan dialihkan ke
sistem pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast load/dumy load. Sistem
pengaturan beban yang digunakan pada perencanaan ini adalah
1. Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator
sinkron
2. Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMA
Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal, dan terbukti handal pada penggunaan di banyak PLTM. Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol (switch gear). Fasillitas operasi panel kontrol mikromum terdiri dari:
4. Kontrol start/stop, baik otomatis, semi otomatis, maupun manual
