A-58
STUDI PERENCANAAN MIKRO HIDRO UNTUK MENJALANKAN
MESIN PEMBUAT BROWN SUGAR DI DESA KELABU, PASAMAN,
SUMATERA BARAT
Wati A. Pranoto.1Abstrak
Ketersediaan energi yang murah dan ramah lingkungan, akan memberikan dampak positif bagi perekonomian masyarakat sekaligus menjaga lingkungan. Maka dilakukan studi perencanaan pembuatan mikro hidro untuk menjalankan mesin pembuat brown sugar di desa Kelabu, Pasaman, Sumatera Barat. Dua hal penting dalam PLTMH adalah debit dan tinggi jatuh (head). Keduanya sangat mempengaruhi daya yang bisa dihasilkan oleh sebuah PLTMH. Sungai tersebut memiliki debit yang cukup, namun tidak memiliki head alami yang cukup. Sehingga untuk mengatasinya dapat dibuatkan head buatan. Head buatan dapat diwujudkan dengan membangun sebuah bendung. Besar potensi daya yang bisa didapat dari sungai dengan pembuatan bendung adalah 13,2639 kW. Sebuah mesin pembuat brown sugar memakai daya lebih kurang 1125 W, sehingga jumlah mesin yang dapat dijalankan secara bersama-sama adalah 11 buah. Bangunan lain yang diperlukan untuk PLTMH antara lain: kolam pengendap, pintu air, saringan sampah, kolam tampungan dan rumah pembangkit.
Kata kunci: PLTMH, debit, tinggi jatuh, potensi daya
Latar Belakang
Energi sudh menjadi sesuatu yang tidak dapat dipisahkan dari kehidupan sehari-hari. Setiap kegiatan membutuhkan energi. Terdapat banyak sekali bentuk energi, antara lain: energi panas, energi gerak, dan lain-lain. Dalam pembahasan ini energi yang dibicarakan adalah energi listrik.
Ketersediaan listrik pada suatu daerah akan memberikan dampak positif yang sangat besar bagi kualitas kehidupan masyarakat. Masyarakat bisa menggunakan mesin-mesin untuk mengolah hasil bumi, sehingga produktifitas dapat ditingkatkan, kualitas produk menjadi lebih baik, dan pada akhirnya akan meningkatkan penghasilan. Sehingga dapat dikatakan ketersediaan listrik akan turut mendorong perputaran roda perekonomian.
Namun seiring dengan pertumbuhan ekonomi dan pertumbuhan penduduk, maka kebutuhan akan listrik juga terus bertumbuh. Di negara ini, sebagian besar bahan bakar untuk menghasilkan listrik berasal dari fossil fuel, Salah satu sisa dari pembakaran fossil fuel adalah gas CO2. Gas tersebut merupakan salah satu penyebab global warming.
Selain dampak secara global, penggunaan bahan bakar fossil fuel, juga akan memberikan dampak kepada lingkungan sekitar. Dampak jangka pendek yang akan langsung dirasakan adalah turunnya kualitas udara karena polusi, dan naiknya polusi suara secara signifikan, sedangkan dampak jangka panjang yang akan terjadi adalah turunnya kualitas kesehatan warga dan kerusakan lingkungan yang lebih lanjut akibat proses penambangan dari fossil fuel.
Saat ini teknologi juga sudah berkembang, telah diciptakan banyak alat untuk menghasilkan listrik yang menggunakan sumber energi ramah lingkungan. Pembangkit listrik ramah lingkungan antara lain: menggunakan sumber energi panas bumi, matahari, angin, aliran sungai, dan lain-lain. Bentuk yang sudah umum di Indonesia adalah PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air), atau dalam skala yang lebih kecil disebut mikro hidro.
A-59 1Staf Dosen di Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Tarumanagara.
Dengan perkembangan kualitas lingkungan dunia yang menurun maka muncul gagasan menyediakan listrik ramah lingkungan untuk membantu pengrajin gula aren dalam membuat brown sugar. Dengan demikian perekonomian para pengrajin diharapkan meningkat. Gagasan diatas diwujudkan dalam rencana pembuatan mikro hidro di desa Kelabu, Pasaman, Sumatera Barat, yang akan digunakan untuk menjalankan mesin pembuat brown sugar.
Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang ada adalah:
1. Apakah sungai di Desa Kelabu memiliki potensi untuk pembuatan mikro-hidro? 2. Bangunan-bangunan apa saja yang diperlukan dalam pembuatan mikro-hidro? Maksud Dan Tujuan
Maksud dari penelitian ini adalah:
1. Melakukan survei lapangan terhadap sungai, untuk menentukan lokasi-lokasi yang memungkinkan untuk mikro hidro, mendapatkan data kecepatan aliran sungai, penampang melintang dan mendapatkan data kemiringan sungai.
2. Menghitung besarnya debit air sungai.
3. Merancang bangunan-bangunan yang diperlukan. Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Menentukan kelayakan sungai untuk menjadi sumber energi.
2. Menyediakan rancangan dari bangunan-bangunan yang diperlukan untuk pembuatan mikro hidro.
Ruang Lingkup Dan Batasan Masalah
Ruang lingkup dan batasan masalah dari penelitian ini adalah untuk menyediakan listrik ramah lingkungan yang dihasilkan dari mikro hidro yang akan digunakan untuk menjalankan mesin pembuat brown sugar, di desa Kelabu, Pasaman, Sumatra Barat.
Metode Penelitian
Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini antara lain: 1. Melakukan studi literatur.
2. Melakukan survei lapangan. 3. Menentukan lokasi mikro hidro.
4. Melakukan survei pengukuran kecepatan aliran sungai, penampang melintang sungai, dan perbedaan tinggi (head).
5. Melakukan perhitungan debit, dan menganalisa kapasitas listrik. 6. Menentukan jenis turbin yang akan digunakan.
7. Menentukan jenis bangunan-bangunan apa saja yang diperlukan.
8. Melakukan perencanaan bangunan-bangunan yang diperlukan untuk pembangunan mikro hidro.
A-60 Metodologi Pengambilan Data
Metode yang digunakan dalam pengambilan data penelitian ini adalah survei lapangan. Survei dilaksanakan di sepanjang sungai yang berdekatan dengan lokasi para pengrajin gula aren. Sungai berlokasi di desa Kelabu, Kabupaten Pasaman, Provinsi Sumatera Barat. Lokasi Desa Kelabu, dapat dilihat pada Gambar 1.1 dibawah ini. Posisi Desa Kelabu pada peta didapatkan dengan memanfaatkan koordinat GPS.
Gambar 1.1 Lokasi Desa Kelabu
Desa Kelabu termasuk kedalam Nagari Simpang Tonang, dan berada dalam wilayah Kampung Simpang Dingin, Kabupaten Pasaman.
Peralatan Survei
Data yang ingin didapatkan dalam survei ini antara lain: kecepatan aliran dan penampang melintang sungai, serta perbedaan tinggi dari dasar sungai, serta ketinggian tebing sungai di beberapa titik. Untuk mendapatkan data tersebut diperlukan beberapa peralatan, sejumlah peralatan yang digunakan antara lain:
• Current Meter, berfungsi untuk mengukur kecepatan aliran air di suatu titik pada sungai
• Digital Laser Distance Meter, berfungsi untuk mengukur jarak
• GPS (Global Posisitioning System,) digunakan untuk mendapatkan nilai altitude (ketinggian)
• Meteran (50m), berfungsi untuk mengukur jarak
Proses Survei
Survei yang dilaksanakan dapat dibagi menjadi lima bagian, yaitu:
• Penetapan lokasi
• Pengambilan data kecepatan aliran sungai
• Pengambilan data potongan melintang sungai (lebar dan kedalaman sungai)
• Pengambilan data altitude sungai
• Pengambilan data ketinggian tebing sungai
Tahap pertama dalam proses pengambilan data adalah untuk mencari lokasi yang dirasa cocok dan berpotensi untuk penempatan PLTA. Untuk itu maka dilakukan survei lokasi sungai, tahap ini diawali dengan berjalan menyusuri tepian sungai sejauh kurang lebih 1 kilometer di sekitar lokasi pengrajin gula dan di beberapa titik dari saluran buatan yang dianggap memungkinkan, serta di lokasi yang sebelumnya pernah dibangun kincir
A-61 air. Setelah itu ditetapkan lokasi yang paling potensial untuk penempatan PLTA. Lokasi yang dimaksud terletak dekat dengan masjid dan tempat para pengrajin gula bermukim, serta memiliki akses jalan setapak yang cukup baik, sehingga mudah untuk dijangkau. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada sketsa lokasi (Gambar 1.2). Elips merah pada sketsa menandakan lokasi rencana dari PLTA, sedangkan tulisan foto sungai 1, foto sungai 2, dan foto sungai 3, menunjukan lokasi dimana foto-foto tersebut diambil, untuk foto sungai 1 ditunjukan oleh Gambar 1.3, foto sungai 2 oleh Gambar 1.4, dan foto sungai 1 oleh Gambar 1.5. Setelah dilakukan penetapan lokasi, dilakukan pengambilan data yang diperlukan, seperti yang telah disebutkan diatas.
Gambar 1.2. Sketsa Lokasi Rencana PLTA (elips merah)
Gambar 1.3. Foto Sungai 1
A-62
Gambar 1.5. Foto Sungai 3
Analisis Potensi Sungai
Data yang dianalisis adalah data kecepatan aliran, potongan melintang dan ketinggian sungai. Kecepatan aliran dan potongan melintang diperlukan untuk mendapatkan debit sungai, sedangkan ketinggian sungai diperlukan untuk mendapatkan kemiringan sungai. Analisis Debit Sungai
Hasil perhitungan debit sungai dapat dilihat pada tabel 1.1. Tabel 1.1 Debit Sungai
Tanggal Ket Q (mᶟ/s) Ket Q (mᶟ/s) 25-Feb-12 Pot A 0,5519 QMax 0,8046
QMin 0,5829
26-Feb-12 Pot B 0,6629 QMean 0,6888
Pot C 0,7356
Pot D 0,8046
Analisis Head Sungai
Berdasarkan dari data yang diperoleh, didapatkan kemiringan sungai pada lokasi survei adalah: 0,1016. Sungai pada desa Kelabu ini tidak memiliki terjunan yang berarti, sehingga untuk pembuatan PLTA harus dibuatkan terjunan pada lokasi rencana. Berdasarkan perbedaan ketinggian yang telah didapat, nilai head yang memungkinkan berada pada kisaran 2,5 m, kemudian head tersebut akan ditingkatkan dengan membangun bendung, sehingga nilai head yang bisa dicapai adalah sebesar 3,5 m.
Dengan demikian setelah debit dan head telah didapatkan, potensi daya yang terdapat pada sungai bisa dikalkulasi dengan persamaan (2.10) efisiensi dari PLTA diasumsikan 0,7, daya yang dapat dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Potensi Daya
Q (mᶟ/s) Daya (kW) tanpa bendung Daya (kW) dengan bendung
PMax 0.8046 13,8136 19,3390
PMin 0.5519 9,4742 13,2639
PMean 0.6888 11,8244 16,5541
Dilihat dari besaran daya yang dapat diperoleh, maka pembangkit listrik ini berada pada skala pembangkit listrik mikro hidro (P < 100 kW).
A-63 Satu buah mesin pembuat brown sugar memerlukan daya sekitar 1125 Watt. Dengan daya minimum (PMin) dari PLTMH, jumlah mesin yang dapat dijalankan secara bersama-sama adalah sebanyak 11 buah.
Pemilihan Jenis Turbin
Berdasarkan pada kondisi lapangan yang ada, PLTMH yang dapat dibangun memiliki tinggi jatuh (head) 3,5 m, maka PLTMH ini adalah jenis pembangkit listrik low head. Jenis turbin yang cocok digunakan untuk PLTMH low head adalah reaction turbine, keunggulan utama turbin ini adalah dapat memanfaatkan head yang tersedia dengan baik.
Jenis PLTMH yang memanfaatkan reaction turbine adalah jenis yang dikenal dengan sebutan open flume (saluran terbuka). PLTMH ini umumnya tidak memiliki pipa pesat (penstock) melainkan langsung ditempatkan diatas saluran
Perencanaan Bangunan Untuk Pltmh
Perencanaan ini meliputi beberapa jenis bangunan, antara lain: bendung, bak pengendap, saluran pembawa, pintu air, saringan sampah (trash rack), dan rumah generator (power house).
Dikarenakan data topografi yang sangat tidak memadai, perencanaan PLTMH ini belum dapat memberikan dimensi dari bangunan-bangunan dengan baik. Perencanaan ini hanya dapat memberikan jenis-jenis dari bangunan yang cocok dan memungkinkan untuk dibangun di lokasi rencana dari PLTMH.
Perencanaan Bendung
Profil memanjang sungai yang akan dijadikan sebagai sumber energi untuk pembangunan PLTMH di desa Kelabu, cenderung tidak memiliki terjunan alami, dan debit sungai juga relatif kecil. Sehingga diperlukan bangunan untuk dapat memanfaatkan seluruh debit sungai dengan baik. Untuk mencapai tujuan tersebut, maka akan dilakukan pembangunan bendung.
Bendung berfungsi untuk menyediakan resevoir sekaligus menyediakan head, yang pada akhirnya akan turut meningkatkan potensi dari sungai. Lebar desain bendung adalah 11 m. Dimensi bendung dapat dilihat pada Gambar 1.6. Desain bendung dilakukan dengan data debit sesaat yang didapat dari hasil survei.
A-64 Gambar 1.6 Dimensi Bendung
Lokasi bendung, dan beberapa bangunan pelengkap PLTMH dapat dilihat pada denah lokasi Gambar 1.7 berikut ini. Bangunan pelengkap PLTMH antara lain: pintu air, pintu pembilas, kolam pengendap dan kolam tampungan.
A-65 Gambar 1.7 Denah Lokasi
Kolam Pengendap
Posisi kolam pengendap dapat dilihat pada Gambar 4.2. Dimensi yang kolam pengendap yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 1.8 dan potongan memanjang dapat dilihat pada gambar 1.9.
A-66
Gambar 1.9 Potongan Memanjang Kolam Pengendap / Potongan 2-2
Rumah Pembangkit
Jenis PLTMH yang digunakan adalah tipe open flume, tampak samping rumah pembangkit dapat dilihat pada Gambar 1.10.
A-67 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil adalah
• Sungai di desa kelabu memiliki potensi yang cukup untuk pembuatan mikro hidro, yakni dapat memberikan daya sebesar 13,2639 kW.
• Jumlah mesin pembuat brown sugar yang bisa dijalankan bersama-sama adalah 11 buah.
• Bangunan yang diperlukan untuk pembangunan PLTMH antara lain: bendung, kolam pengendap, saluran pembawa, pintu air, saringan sampah, dan rumah pembangkit.
Saran
• Untuk dapat merancang bendung dengan lebih baik, harus dilakukan pengambilan data hujan selama beberapa tahun, sehingga bisa mendapatkan debit banjir dari sungai.
• Agar perancangan dimensi dari bendung, kolam pengendap, saluran pembawa, dan rumah pembangkit dapat dilakukan dengan baik, diperlukan data topografi, yang dapat diperoleh dengan survei topografi.
• Agar analisa stabilitas lereng pada bendung dan kolam tampungan dapat dilakukan, diperlukan data tanah yang memadai, untuk itu, harus dilakukan pengambilan sampel tanah untuk dilakukan soil test.
Daftar Pustaka
Chow, Ven Te. Hidrolika Saluran Terbuka. Trans. Rosalina, E.V. Nensi. Jakarta:
Erlangga. 1992.
Notodihardjo Mardjono., Nani Irawati Setiawan., Yosef Haryono., and Adolf Tommy Sitompul. Drainase Perkotaan. Jakarta UPT Penerbitan Universitas Tarumanagara. 1998.
Dandekar, M.M and Sharma, K.N. Water Power Engineering. New Delhi: Vikas Publishing House PVT LTD. 1979.
Triatmodjo, Bambang. Hidrologi Terapan. Yogyakarta: Beta Offset. 2009.
Fritz, Jack J. Small and Mini Hydropower Systems. New York: McGraw-hill Book Co. 1984
Standar Perencanaan Irigasi. Jakarta: BADAN PENERBIT PEKERJAAN UMUM. 1986. Sosrodarsono Suryono., Tominaga Masateru. Perbaikan Dan Pengaturan Sungai. Trans.
M Yusuf Gayo, dkk. Jakarta: Pradaya Pratama. 1985.
Triatmodjo, Bambang. Hidrologi Terapan. Yogyakarta: Beta Offset. 2009.
Loebis, Joesron., Soewarno., and Supihadi, B. Hidrologi Sungai. Jakarta: Yayasan Badan Penerbit Pekerjaan Umum. 1993.
Jorde, Klaus., Ekart Hartmann., and Heinz Unger. Good and Bad of Mini Hydro Power. Trans. Ivi Anggraeni. Integrated Microhydro Development and Application Program (IMIDAP). 2009
