158279 makalah seminar

5/17/2018 158279 Makalah Seminar - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/158279-makalah-seminar 1/17

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Tenaga air merupakan sumber daya terpenting setelah tenaga uap atau panas. Hampir

30% dari seluruh tenaga di dunia dipenuhi oleh pusat-pusat listrik tenaga air. Jumlah seluruh potensi tenaga air yang bisa dimanfaatkan di seluruh dunia sejumlah 5.000 GW. Namun sampai

dengan sekarang, pemanfaatan air untuk tenaga listrik hanya sekitar 200 GW. Dengan demikianmasih banyak potensi tenaga air yang harus digunakan untuk memaksimalkan energi yang ada.

Di Indonesia sendiri, pemanfaatan air sebagai pembangkit listrik masih sangat sedikitdibandingkan dengan negara lain. Indonesia mempunyai potensi pembangkit listrik tenaga air

(PLTA) sebesar 70.000 mega watt (MW). Potensi ini baru dimanfaatkan sekitar 6 persen atau 3.529MW atau 14,2 persen dari jumlah energi pembangkitan PT PLN. Padahal Indonesia mempunyai

banyak potensi untuk dikembangkan menjadi sumber pembangkit listrik tenaga air yang baru untuk memenuhi kebutuhan warga negara atas pasokan listrik untuk menjalankan aktifitasnya.

Selain itu, pembangunan pusat tenaga listrik bertenaga air ini juga didorong oleh krisisenergi, terutama di bidang listrik, secara nasional. PLN sebagai perusahaan negara yang mengelola

distribusi listrik ke banyak wilayah mengalami penurunan produkstifitas yang disebabkan oleh

semakin sedikitnya pasokan listrik dari sumber-sumber pembangkit listrik. Sebab yang lain karenatidak berimbangnya ketersediaan listrik dengan semakin tingginya permintaan konsumen ataslistrik. Di Jawa Tengah sendiri mengalami defisit listrik sebanyak 130 MW. Oleh karena itu, listrik

secara nasional harus mendapatkan perhatian secara khusus terutama dalam pemanfaatan sumber energi yang ada dan pembangunan sumber-sumber pembangkit listrik yang berpotensi.

Pemberlakuan sistem gilir (pemadaman listrik sementara) yang terjadi 2 (dua) kali dalam1 (satu) bulan di Kabupaten Wonosobo dalam beberapa bulan yang lalu juga membuktikan bahwa

Wonosobo sendiri juga tidak luput dari dampak adanya krisis energi listrik. Padahal Kabupaten

Wonosobo merupakan salah satu wilayah yang apabila ditinjau secara geografis merupakan daerah

yang berpotensial untuk pembangunan beberapa sumber pembangkit listrik, terutama pembangkitlistrik tenaga air. Kabupaten Wonosobo juga mempunyai banyak sumber air yang menjadi sumber

air bagi sungai-sungai, bahkan sungai besar di Propinsi Jawa Tengah, yang mengalir ke berbagaiwilayah di Wonosobo dan sekitarnya.

Kabupaten Wonosobo sendiri mempunyai beberapa sumber pembangkit listrik, antaralain PLTA Garung dan PLTP Dieng di Sikunang, yang terhubung secara interkoneksi

(interconnected ) dengan beberapa pembangkit listrik yang berada di wilayah lain yang akan salingmemberikan suplai ketika satu wilayah sedang mengalami kesulitan pasokan. Meskipun ada

sebagian kecil pembangkit listrik tenaga air yang tidak terhubung sama sekali dengan pembangkitlistrik yang lain (PLTA Tunggal/Mandiri) yang hanya mensuplai sebagian kecil dari wilayah

Kabupaten Wonosobo.Dari 15 kecamatan yang ada di Wonosobo, ada 2 kecamatan yang tidak mendapatkan

suplai listrik dari Kabupaten Wonosobo. Kedua kecamatan tersebut adalah Kecamatan Wadaslintangdan Kecamatan Kaliwiro. Kedua kecamatan ini mendapatkan suplai listrik dari Kabupaten

Kebumen.Atas dasar tersebutlah, maka perlu direncanakan sebuah bangunan sebagai pusat listrik

tenaga air yang terdiri dari bangunan penghimpun air dan bangunan yang mengalirkan air ke pusatinstalasi listrik. Perencanaan bangunan ini akan memanfaatkan aliran Sungai Tulis di Kecamatan

Sukoharjo yang merupakan perbatasan antara Kabupaten Wonosobo dengan Kabupaten

Banjarnegara.

1.2. Rumusan Masalah

Dengan adanya latar belakang yang telah diuraikan di atas, maka beberapa rumusanmasalah dalam penyusunan perencanaan ini adalah :

a. Kabupaten Wonosobo mempunyai banyak potensi tenaga air. Dengan demikian, bagaimanaupaya yang digunakan untuk memanfaatkan sumber daya air yang melimpah di Kabupaten

Wonosobo? b. Secara nasional terjadi krisis energi, terutama tenaga listrik, bahkan Kabupaten Wonosobo

terkena imbasnya. Maka, bagaimana agar krisis listrik tersebut bisa dijawab.

c. Dua kecamatan di Kabupaten Wonosobo yang tidak mendapatkan suplai listrik dari KabupatenWonosobo (Kecamatan Wadaslintang dan Kecamatan Kaliwiro) perlu untuk mendapatkan



2

perhatian. Maka, bagaimana agar 2 (dua) kecamatan tersebut dapat disuplai dari kabupatennya

sendiri.d. Bangunan pusat tenaga listrik yang dibangun bagaimana kemudian harus memenuhi standar

perencanaan bangunan air yang telah ditetapkan.

1.3. Maksud dan TujuanAdapun maksud dan tujuan dari perencanaan pusat listrik tenaga air ini adalah :

a. Memanfaatkan secara maksimal potensi sumber daya air yang ada di Kabupaten Wonosobo. b. Diharapkan akan membantu Pemerintah dalam mengatasi krisis listrik yang sedang terjadi,

terutama di Jawa Tengah yang mengalami defisit listrik sebanyak 130 MW.c. Merencanakan pusat listrik tenaga air yang sesuai dengan standar bangunan air.

d. Mendapatkan analisa perencanaan yang ekonomis, efektif dan efisien.e. Menerapkan ilmu yang sudah diperoleh di bangku kuliah.

1.4. Pembatasan Masalah

Pada prinsipnya, dalam pelaksanaan perencanaan maupun pembangunan pusat listrik tenaga air pekerjaannya sangat kompleks. Pada tulisan ini hanya akan dibahas mengenai perhitungan

serta kriteria-kriteria yang mendasari desain dari suatu bangunan pusat listrik tenaga air jenis

bendungan. Pembahasan tersebut meliputi :

a. Perhitungan penyediaan air dan kapasitas reservoir yang diperlukan.

b. Kriteria yang mendasari desain dari bendungan, bangunan pelimpah dan bangunan pemasok air

(intake).

c. Perencanaan dari bangunan penyalur air (waterway).

d. Perhitungan kapasitas daya dan pendapatan PLTA.

e. Tinjauan mengenai perbedaan PLTA Tunggal (isolated ) dengan PLTA dalam sistem jaringan

interkoneksi (interconnected ).

1.5. Lokasi Perencanaan

Bangunan pusat pembangkit listrik tenaga air ini terletak pada Daerah Aliran Sungai Tulis

yang berada pada :

Desa : SuroyudanKecamatan : SukoharjoKabupaten : Wonosobo

Gambar 1.1 Peta Lokasi Perencanaan Pusat Listrik Tenaga Air



3

1.6. Sistematika Penulisan

Tugas Akhir ini disusun dalam 3 (tiga) bagian yang mencakup bagian pendahuluan, bagian pembahasan dna bagian penutup. Bagian pendahuluan terdiri dari halaman judul, halaman

pengesahan, halaman persembahan, kata pengantar, daftar isi, daftar gambar, daftar tabel dan daftar

lampiran. Sedangkan bagian pembahasan terdiri dari studi pustaka, metodologi penelitian dan

perencanaan. Sementara bagian penutup terdiri dari kesimpulan, saran serta daftar pustaka.Tiga bagian tersebut akan disistematiskan dalam 7 (tujuh) bab, dengan susunan sebagai

berikut :

BAB I PENDAHULUANBab ini membahas tentang Latar Belakang, Rumusan Masalah, Maksud dan

Tujuan, Pembatasan Masalah, Lokasi Perencanaan dan Sistematika Penulisan.BAB II KAJIAN PUSTAKA

Bab ini membahas tentang dasar-dasar perencanaan dari sebuah bangunansebagai pusat tenaga listrik tenaga air dan kajian tentang kapasitas PLTA.

BAB III METODOLOGIBab ini membahas tentang data-data yang harus didapatkan dalam perencanaan

bangunan pusat listrik tenaga air dan bagaimana metode pengumpulan datanya.

BAB IV KRITERIA PERENCANAAN PENYEDIAAN DAN BANGUNANPENGHIMPUN AIR Bab ini membahas tentang perhitungan kapasitas bendungan dan jumlah air

yang dapat dihimpun, kriteria perencanaan bangunan penghimpun air yangterdiri dari bangunan bendung, bangunan pelimpah dan bangunan pemasok air.

BAB V PERENCANAAN BANGUNAN PENYALUR AIR Bab ini membahas tentang perencanaan dan desain dari bangunan penyalur air

yang terdiri dari terowongan tekan, sumur peredam, pipa pesat dan blok

angker.

BAB VI TINJAUAN POTENSI PLTABab ini membahas tentang kapasitas PLTA, tinjauan dari sistem jaringan

terpisah atau tunggal (isolated ) dengan system jaringan interkoneksi(interconnected ) serta perhitungan pendapatan dan penerimaan PLTA.

BAB VII PENUTUPBab ini membahas tentang kesimpulan, saran dan kata penutup.



4

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1. Tinjauan Umum

Pembangkitan listrik tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga air

dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan menggunakan turbin air dangenerator. Daya yang dihasilkan adalah suatu persentase atau bagian hasil perkalian tinggi terjun

dengan debit air. Oleh karena itu berhasilnya pembangkitan listrik dengan tenaga air tergantung dariusaha untuk mendapatkan tinggi terjun air yang cukup dan debit yang cukup besar secara efektif dan

produktif.Di hulu sungai di mana pada umumnya kemiringan dasar sungai lebih curam akan lebih

mudah diperoleh tinggi terjun yang besar. Sedangkan di hilir sungai tinggi terjun rendah dan debit besar. Sebab faktor yang menentukan ukuran-ukuran dimensi bangunan tenaga air maupun peralatan

mesin (mekanik) adalah debit air. Maka terjun tinggi dengan debit kecil akan memerlukan ukuranatau dimensi bangunan dan permesinan akan kecil. Sedangkan tinggi terjun rendah dan debit air

yang besar akan memerlukan ukuran atau dimensi bangunan air dan mesin yang besar. Oleh karenaitu bagian hulu sungai lebih ekonomis, sedangkan bagian hilirnya kurang ekonomis.

PLTA yang didapatkan dari sebuah bendungan pada prinsipnya berfungsi untuk

menyediakan tinggi tekanan yang cukup untuk membangkitkan tenaga listrik, antara muka air pada bagian yang disadap (intake) sampai dengan muka air yang keluar dari turbin dan kembali ke aliransungai, serta menyediakan aliran air yang cukup dan konstan untuk waktu-waktu tertentu. Oleh

karena itu perlu disediakan waduk (reservoir ) yang dapat menampung aliran air dari sungai agar dapat dimanfaatkan secara optimal.

Untuk PLTA jenis bendungan terdiri bagian-bagian berikut :

a. Bendungan (dam) lengkap dengan pintu pelimpah air ( spillway) serta bendung yang terbentuk

di hulu sungai.

b. Bagian penyalur air (waterway)

1) Bagian penyadapan air (intake)

2) Pipa atau terowongan tekan (headrace pipe/tunnel )

3) Tangki pendatar atau sumur peredam ( surgetank )

4) Pipa pesat ( penstock )

5) Bagian pusat tenaga ( power house) yang mencakup turbin dan generator pembangkit listrik

6) Bagian yang menampung air keluar dari turbin untuk dikembalikan ke aliran sungai ( tail

race)

c. Bagian elektromekanik, yaitu peralatan yang terdapat pada pusat tenaga ( power station)

meliputi turbin, generator, crane dan lain-lain.

d. Bagian seradang hubung listrik ( switch yard ), bagian pusat pengatur (control room), trafo dan

sebagainya.Terdapat beberapa variasi jenis, susunan dan penggunaan dari bagian-bagian yang disebut di atas,

tergantung dari bagaimana sistem PLTA tersebut direncanakan.

2.2. Perhitungan Penyediaan Air Dari Debit SungaiPenetapan kapasitas untuk suatu bendungan sungai biasanya disebut penelaahan operasi

(operation study) dan merupakan suatu simulasi dari pengoperasian bendungan untuk suatu periodeyang sesuai dengan seperangkat aturan yang ditetapkan. Suatu penelaahan operasi dapat dikerjakan

berdasarkan interval tahunan, bulanan atau harian. Data bulanan paling umum dipergunakan, tetapiuntuk sebuah bendungan besar yang menyimpan tampungan beberapa tahun, interval tahunan akan

cukup memuaskan.Perhitungan penyediaan air dari debit sungai untuk kebutuhan PLTA dapat dicari dengan 2

(dua) cara. Yaitu debit sungai untuk PLTA yang dibuatkan bendungan dan yang menggunakanaliran air sungai secara terbuka. Kedua metode tersebut adalah :

1. Metode lengkung massa ( Diagram Ripl ) jika akan direncanakan dibangun bendungan.

Metode lengkung massa ( Diagram Ripl ) adalah gambaran kumulatif dari aliran masuk bersih kedalam bendungan dan dapat digunakan untuk menetapkan besarnya produksi yang dapat



5

diharapkan dari kapasitas bendungan. Sebelum menetapkan kapasitas bendungan, biasanya

diperlukan penelaahan operasi yang terperinci untuk satu atau beberapa jangka waktu data1.2. Metode pengambilan debit sungai 80% kering jika tidak direncanakan adanya bangunan

bendungan.

Metode ini adalah dengan mengumpulkan debit sungai dari besar ke kecil dan dipilih debit

terkecil sebesar 80%. Debit tersebutlah yang akan digunakan sebagai debit tetap untuk menggerakkan tubin. Jika ada debit yang berada di bawah nilai tersebut, maka biasanya

diberlakukan sistem gilir atau pemadaman sementara atau dengan membeli (menerima pasokan)listrik dari pembangkit listrik yang lain untuk memenuhi kebutuhan listrik pada waktu debit air

di sungai tidak mencukupi.

2.3. Tinjauan Kapasitas PLTA

Kapasitas PLTA adalah daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh generator pada tinggi

terjun air tertentu dengan aliran penuh. Besarnya daya yang dihasilkan merupakan fungsi dari besarnya debit sungai dan tinggi terjun air. Besarnya debit yang dipakai sebagai debit rencana, bisa

merupakan debit minimum dari sungai tersebut sepanjang tahunnya atau diambil antara debitminimum dan maksimum, tergantung fungsi yang direncanakan PLTA tersebut.

Besarnya tinggi terjun air terikat pada kondisi geografis di mana PLTA tersebut berada.

Panjangnya lintasan yang harus dilalui air dari bendungan ke turbin menyebabkan hilangnyasebagian energi air, energi air yang tersisa (tinggi terjun efektif) inilah yang menggerakkan turbin air dan kemudian turbin air ini yang menggerakkan generator. Besarnya daya yang dihasilkan juga

tergantung dari efisiensi keseluruhan (overall efficiency) PLTA tersebut yang terdiri dari efisiensihidrolik, yaitu perbandingan antara energi efektif dan energi kotor (bruto), efisiensi turbin dan

efisiensi generator 2.Dengan demikian besarnya daya yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

P = 9,8 . Q . h . η (KW) ……………………………………......... (2.1)

Di mana :

Q = debit air (m3/detik)h = tinggi terjun air efektif (m)

η = efisiensi keseluruhan PLTAEfisiensi keseluruhan PLTA didapatkan dari :

η = ηh x ηt x ηg ……………………………………………………... (2.2)di mana :

ηh = efisiensi hidrolik ηt = efisiensi turbin

ηg = efisiensi generator

2.4. Bagian-Bagian Dari Bangunan Penghimpun Air

2.4.1. Tampungan (reservoir atau waduk)

Fungsi utama dari waduk adalah untuk menyediakan simpanan (tampungan), maka

ciri fisiknya yang paling penting adalah kapasitas simpanan3. Kapasitas waduk yang bentuknya beraturan dapat dihitung dengan rumus-rumus untuk menghitung volume benda

padat.

Permukaan genangan normal adalah elevasi maksimum yang dicapai olehkenaikan permukaan waduk pada kondisi operasi biasa. Untuk sebagian besar waduk,genangan normal ditentukan oleh elevasi mercu pelimpah atau puncak pintu pelimpah.

Permukaan genangan minimum adalah elevasi terendah yang dapat diperoleh bila genangandilepaskan pada kondisi normal. Volume simpanan yang terletak di antara permukaan

genangan minimum dan normal disebut simpanan berguna. Air yang ditahan di bawah permukaan genangan minimum dan normal disebut simpanan mati.

1Linsley, K. Ray dan Joseph B. Franzini, Teknik Sumber Daya Air (terjemahan Ir. Djoko Sasongko, M.Sc), halaman 148 – 149,

Jakarta, 1990.2

Arismunandar, Artono dan Susumu Kuwahara (ibid), halaman 19.3

Linsley, K. Ray dan Joseph B. Franzini, Teknik Sumber Daya Air (terjemahan Ir. Djoko Sasongko, M.Sc), halaman 143, Jakarta,

1990.



6

2.4.2. Bangunan Bendungan (dam)

Bendungan adalah salah satu bangunan air yang dibangun melintang sungaidengan fungsi suatu PLTA adalah untuk menahan aliran air hingga diperoleh tinggi terjun

yang cukup besar sehingga yang akan menghasilkan daya penggerak turbin yang besar.

Bendungan dapat dikonstruksikan dalam berbagai bentuk dan dari berbagai bahan. Berikut,diberikan contoh macam-macam bendungan berdasarkan pada jenis dan bahan bangunan.

Tabel 2.1 Klasifikasi Bendungan

Berdasarkan Jenis dan Bahan Bangunan Bendungan

JenisBahan

Bangunan

Penampang Melintang

Umum

Denah

Gaya beratBeton, pasangan batu

Busur Beton

Berpeno-

pang

Beton(juga kayu dan

baja)

Urugan Tanah, batu

Sumber : Linsley, K. Ray dan Joseph B. Franzini, Teknik Sumber Daya Air (terjemahan Ir. Djoko Sasongko, M.Sc), Jakarta, 1990.

2.4.3. Bangunan Pelimpah

Bangunan pelimpah merupakan bangunan pengaman dari suatu bendungan, yang

harus mempunyai kapasitas sedemikian sehingga mampu menyalurkan kelebihan air yangdialirkan sungai masuk bendungan pada waktu bendungan penuh atau permukaan air

maksimum diperkirakan tanpa menimbulkan kerusakan pada bendungan itu sendiri.Bentuk ambang pelimpah dan saluran pembawanya dibuat sedemikian sehingga

air yang melalui pelimpah dapat tersalur dengan halus dan dengan turbulensi sekecilmungkin. Karena apabila luapan air terlepas dari permukaan pelimpah, maka akan terjadi

ruang hampa pada titik perpisahan tersebut, sehingga terjadi kavitasi (peronggaan)

4

.Peristiwa kavitasi harus dihindari karena dapat membahayakan bendungan. Debit

pelimpah dapat dihitung dengan rumus pelimpah pendek, yaitu :Q = C d . L . H 3/2 ………………………………………………… (2.3)

Di mana :Q = debit air yang melalui pelimpah (m3/detik)

Cd = koefisien debitL = panjang mercu (meter)

H = tinggi tekanan di atas pelimpah (meter)

4Kavitasi adalah suatu kejadian yang timbul dalam aliran air dengan kecepatan begitu besar, sehingga tekanan air menjadi lebih kecil

daripada tekanan uap air maksimum di temperature itu. Proses ini menimbulkan gelembung-gelembung uap air yang dapatmenimbulkan erosi pada turbin ( Patty, 1994)



7

Besarnya koefisien Cd tergantung dari bentuk pelimpah, kekasaran pelimpah dan

hubungan antara muka air hulu dan hilir dan biasanya berkisar antara 1,7 – 2,3 atauditentukan dari hasil percobaan di laboratorium.

2.4.4. Bangunan Pemasok Air (intake)

Bangunan pemasok air atau intake adalah suatu bangunan yang digunakan untuk

mengambil air dari bendungan ke dalam pipa tekan untuk kemudian disalurkan ke turbin. Intake pada suatu PLTA didesain untuk membawa air ke turbin dengan kehilangan energisekecil-kecilnya. Maka perlu diperhatikan dalam perencanaan intake adalah kecepatan

pada pintu pemasukan harus diusahakan sekecil mungkin. Hal ini untuk menghindariterbawanya partikel tanah dan pasir. Biasanya dibatasi antara 20 – 30 cm/detik 5.

2.5. Bagian-Bagian Dari Bangunan Penyalur Air

Yang dimaksud dengan bangunan penyalur air adalah bangunan yang menghantarkan air

sampai ke turbin. Bangunan penyalur air ini terdiri dari :a. Terowongan tekan,

b. Sumur peredam,

c. Pipa pesat,d. Blok angker.

2.5.1. Terowongan Tekan

Dasar pertimbangan dalam pembuatan saluran adalah trase saluran yang paling

sedikit mengakibatkan pemindahan tanah berupa galian dan timbunan. Trase yangdemikian adalah yang mengikuti garis tinggi, sehingga merupakan garis yang panjang dan

menyebabkan kehilangan energi yang besar. Untuk membuat lintasan yang lebih pendek,dibuat saluran dengan galian dalam atau terowongan. Selain memperpendek lintasan

terowongan juga dapat menghindari kehilangan air akibat rembesan atau penguapan.Dalam pembangkit listrik, umumnya terowongan dibuat bertekanan. Hal tersebut

dimaksudkan untuk mengkonversi energi atau menghindari kehilangan tinggi energi yang besar. Pada terowongan tekan, untuk memperoleh kecepatan yang direncanakan tidak perlu

lagi kemiringan saluran yang besar seperti pada saluran terbuka. Saluran dapat dibuatdengan kemiringan yang kecil atau datar, sehingga kehilangan tinggi energi tidak besar.

Bentuk penampang terowongan ada beberapa macam, namun yang umumdigunakan sebagai terowongan tekan yaitu penampang dengan bentuk lingkaran dan bentuk

tapal kuda (horse shoe)6. Pemilihan bentuk penampang tergantung pada kondisi tanah ataugeologinya. Kondisi yang baik adalah batuan yang keras yang mampu menahan gaya-gaya

yang bekerja pada terowongan.

Gambar 2.1. a. Penampang saluran bentuk tapal kuda b. Penampang

saluran bentuk lingkaran

Dalam perencanaan bentuk dan dimensi terowongan tekan harus diperhitungkansecara teknis dan ekonomis. Terowongan harus direncanakan untuk dapat menahan gaya-gaya yang ditimbulkan oleh tekanan tekanan dari dalam maupun luar. Dalam hal ini yang

paling menentukan adalah kondisi geologi dari site rencana terowongan tersebut.Bagaimana kekuatan tanah atau batuannya, kondisi air tanah dan kedalaman dari

permukaan tanah. Hal ini penting untuk menentukan besarnya gaya-gaya luar yang harusditahan di samping tekanan air dari dalam, sehingga bisa dirancang konstruksi untuk

perkuatannya. Biaya konstruksi dan kehilangan energi pada terowongan dibuat seminimalmungkin. Sebaiknya dibuat dengan diameter ekonomis.

Diameter ekonomis didapat dari perbandingan antara diameter pipa dengan besarnya cost dan kehilangan energi. Yang dimaksud cost di sini meliputi antara lain biaya

5Arismunandar, Artono dan Susumu Kuwahara, Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik, Jilid I : Pembangkitan Dengan Tenaga Air ,

halaman 38, Jakarta, 1982.6

Arismunandar, Artono dan Susumu Kuwahara (ibid), halaman 39.

ba

r D



8

konstruksi, berupa biaya penggalian (excavation) per m3 tanah, pelapisan (lining ) yang

besarnya tergantung dari jenis pelapisannya ( steel lining atau concrete lining ) dan biayauntuk konstruksi perkuatan, ditambah biaya operasi dan pemeliharaan (O dan M). Biaya

operasi dan pemeliharaan biasanya ditentukan sebesar sekian persen dari biaya konstruksi.

Semakin kecil diameter terowongan, semakin kecil juga cost yang diperlukan. Tapi

kehilangan energi semakin besar. Demikian juga sebaliknya, semakin besar diameter terowongan, semakin besar juga cost yang diperlukan. Tapi kehilangan energi semakin

kecil. Jadi diameter ekonomis adalah diameter optimum, di mana pada diameter tersebut besarnya cost dan kehilangan energi minimum (lampiran diagram grafik mencari diameter

ekonomis pipa)7.Kehilangan energi pada terowongan tekan disebabkan oleh 2 (dua) hal. Yaitu

kehilangan energi akibat gesekan (primer) dan kehilangan energi akibat turbulensi(sekunder) pada pemasukan, pengeluaran dan belokan-belokan dan katub atau pintu serta

perubahan penampang saluran.a. Kehilangan energi akibat gesekan (primer)

Besar kehilangan energi akibat gesekan (hf ) dapat dihitung dengan persamaan Darcy – Weisbach, yaitu :

( ) g D Lvhf

2.

2

λ = ………………………………………………….. (2.4)

di mana : λ = koefisien gesekan

L = panjang saluran (meter)v = kecepatan air di saluran (m/s) D = diameter saluran (m)

g = gaya gravitasi bumi (m2/detik)

b. Kehilangan energi sekunder Kehilangan energi sekunder ini terdiri dari :

- Kehilangan energi pada pemasukan (he)

g

v

Kehe 2.

2

=……………………………………………... (2.5)

Ke adalah koefisien kehilangan energi pada pemasukan

- Kehilangan energi pada belokan (hb)

g

v Kbhb

2.

2

= ……………………………………………... (2.6)

Kb adalah koefisien kehilangan energi karena belokan

- Kehilangan energi pada katup atau pintu (hg )

g

v Kg hg

2.

2

= ……………………………………………... (2.7)

Kg adalah koefisien kehilangan energi pada katub pintu

Dengan demikian total kehilangan tinggi energi (ht ) yang terjadi pada terowongan

tekan adalah :ht = he + hf + hb + hg ……………………………………….. (2.8)

Besarnya kehilangan tinggi energi ini dihitung sebagai kehilangan produksi listrik per tahun. dengan memasukkan harga listrik per-KWH, maka dapat dihitung besarnya

kehilangan produksi yaitu sebesar :9,8 x Q x ht x T x harga listrik per Kwh ………………………. (2.9)

Di mana :Q = debit (m3/detik)

T = lama pengoperasian per tahun (jam)Untuk menekan besarnya kehilangan energi, maka dilakukan upaya untuk

memperkecil yaitu dengan cara :

7Patty, O.F, Tenaga Air , halaman 80, Jakarta, 1994.



9

a. Pelapisan dan penghalusan (lining ) permukaan saluran,

b. Memperbesar profil saluran,

c. Menghindari kemungkinan belokan-belokan dan perubahan profil.Terowongan tekan sebaiknya dibuat dalam 2 (dua) saluran. Dengan maksud

apabila salah satu terowongan tekan membutuhkan perbaikan, terowongan yang lain masih

sapat bekerja menyalurkan air ke turbin sehingga produksi listrik tidak terhenti.2.5.2. Sumur Peredam

Sumur peredam adalah konstruksi yang berfungsi mengurangi tekanan yang

berlebihan yang diakibatkan oleh pukulan air, disamping sebagai reservoir untuk memenuhi kebutuhan air yang meningkat tiba-tiba sekaligus mengurangi tekanan negatif

yang terjadi. Konstruksi ini diletakkan pada terminal terowongan tekan, sehinggamemungkinkan mengurangi tekanan air yang terjadi pada terowongan tekan dan pipa pesat.

Seandainya kondisi geologi memungkinkan, sumur peredam dapat digali di dalam batuan

di atas terowongan tekan tersebut.Sistem kerja sumur peredam adalah sebagai berikut :

- Pada saat beban listrik berkurang, maka kebutuhan air untuk menggerakkan turbin juga

berkurang. Katub akan menutup secara otomatis, sehingga air yang mengalir tertahan.Hal ini menimbulkan tekanan sepanjang saluran. Tekanan tersebut disalurkan ke sumur

peredam yang mempunyai permukaan air bebas. Hal ini menyebabkan naiknya permukaan air pada tangki peredam. Permukaan air pada tangki akan berayun sampai

berhenti karena gesekan.- Sebaliknya kalau beban kerja turbin bertambah, maka debit air juga meningkat. Pada

awal perubahan ini, peningktan kebutuhan air tersebut dipenuhi dari air sumur peredamsampai debit air dari waduk mengalir konstan.

Dalam perencanaan sumur peredam, baik pemilihan lokasi maupun dimensinyaharus mempertimbangkan faktor-faktor geologi, topografi, hidrolik, geometri saluran

pembawa, sistem pengoperasian turbin dan faktor ekonomis dengan kriteria sebagai berikut:

- Sumur peredam harus mempunyai ketinggian yang cukup sehingga air tidak meluapsaat permukaan air pada sumur peredam naik atau pada saat debit berkurang tiba-tiba.

- Sumur peredam harus terisi air setiap saat, guna mencegah masuknya udara ke dalamterowongan.

Jadi untuk menentukan tinggi sumur peredam perlu dihitung elevasi air maksimumdan minimum pada sumur peredam. Untuk menentukan elevasi air maksimum pada sumur

peredam didasarkan pada kondisi di mana pada saat elevasi air pada bendungan maksimum,

terjadi pengurangan muatan. Sedang untuk elevasi air minimum pada sumur peredamdiperoleh dari kondisi saat permukaan air pada bendungan minimum, terjadi penambahan

muatan. Untuk menghitung elevasi maksimum dapat digunaan metode Calame-Gaden8 dan

untuk elevasi minimum dengan rumus Vogt’s.Sebelum menentukan tinggi sumur peredam, terlebih dahulu dicari diameter

sumur. Luas penampang sumur berpengaruh pada tinggi sumur yang dibutuhkan. Semakin besar diameter sumur, semakin kecil tinggi sumur yang diperlukan. Untuk menentukan

diameter minimal sumur peredam dipakai rumus Thoma, yaitu :

( )( ) H g c

A Ln Ath...2

.= (n) ……………………………………………. (2.10)

Di mana :

Ath = luas penampang sumur peredam (m2)L = panjang terowongan tekan (m)

A = luas penampang terowongan (m2)c = total headloss dibagi dengan velocity

n = angka keamanan, untuk smumur peredam sederhana diambilsebesar 1,25

Persamaan Calame-Gaden yang dipakai untuk menentukan tinggi muka air maksimum

(Zmaks) adalah :

8Dandekar, M.M dan K.N Sharma, Pembangkit Listrik Tenaga Air (Terjemahan D. Bambang Setyadi), halaman 333, Jakarta, 1991.



10

maks Z = As

At

g

Lv . ……………………………………………….. (2.11)

Di mana :

v = kecepatan air pada terowongan (m/detik)

L = panjang terowongan tekan (m)g = gaya gravitasi bumiAt = luas penampang terowongan (m2)

As = luas penampang sumur peredam (m2)2.5.3. Pipa Pesat

Pipa tekan yang dipakai untuk mengalirkan air dari tangki atas (head tank ) ataulangsung dari bangunan ambil air disebut pipa pesat ( penstock ). Fungsi dari pipa pesat

adalah sebagai alat pengantar air ke turbin, jadi syaratnya harus rapat atau kedap air danharus kuat menahan atau mengimbangi tekanan air dalam pipa.

Pada ujung permulaan pipa pesat ini disediakan katub (valve) untuk menutupaliran air dalam pipa dan mengosongkannya. Pada suatu PLTA sederhana dan kecil, katub

di permulaan pipa pesat hanya satu, yaitu katub tangan (manual operated valve) dan pipaPLTA yang besar di samping katub tangan tersebut juga dilengkapi dengan katub otomatis.

Selanjutnya di depan pipa pesat dipasang saringan untuk menghindarkan

masuknya benda-benda yang tidak diinginkan ke dalam pipa dan terus ke turbin yang dapat

menimbulkan kerusakan-kerusakan.Macam-macam bahan dari pipa pesat adalah :

a. Pipa pesat dari kayu b. Pipa pesat dari baja

c. Pipa pesat dari beton bertulangd. Pipa pesat dari aluminium

e. Pipa pesat dari baja dengan beton bertulang (pipa golang) atau pipa Prof. Ir.

Soedijatmo9.

Gambar 2.2 Skema pipa pesat Prof. SedijatmoUntuk perencanaan PLTA dengan pipa golang, yang terdiri dari 2 (dua) buah pipa

yang terbuat dari pipa baja corten (tahan karat) dengan tebal 2 mm. dengan dibungkus beton bertulang, tulangan dan beton setempat, tempat sesuai tekanan air setempat, serta

komposisi beton keseluruhan 1 pc : 1,5 pasir : 2,5 batu pecah. Pipa-pipa dengan panjang 6

meter dilas di tempat , kemudian dipasang dan bagian yang dilas harus diperiksa.Pipa pesat dari baja dan beton bertulang mempunyai prinsip-prinsip sebagai

berikut :

a. Beton hanya menahan tekanan dari luar saja (tekanan negatif), jadi tidak menahantekanan tarik.

b. Agar kedap/rapat air dan gesekan kecil, maka dibuat suatu mantel dari baja yang tahan

karat (cortan steel ).c. Sebagian besar tegangan tarik tangensial dipikul oleh tulangan-tulangan cincin

(tulangan beton).d. Beton di antara mantel dan tulangan cincin hanya bekerja sebagai pengisi.

e. Untuk memperbesar koefisien las dari cincin, maka sambungan tulangan cincin jangan

diletakkan pada satu garis (koefisien las praktis dapat dianggap = 1).

9Patty, O.F, (ibid), halaman 79.



11

f. Sebagai perkuatan mantel dan mantel dapat terpegang lebih baik oleh beton, maka

diberi rib-rib besi kanal (I atau C) pada jarak tertentu melingkari mantel.

Kehilangan energi (headloss) yang terjadi pada pipa pesat adalah sebagai berikut :

a. Kehilangan valve tinggi energi pada katub (hg ). Kehilangan ini dicari dengan persamaan (2.7).

b. Kehilangan tinggi energi karena perubahan penampang (he)

Besarnya kehilangan tinggi energi pada perubahan penampang dipengaruhi

oleh panjangnya peralihan (daerah transisi) serta sudut peralihan. Untuk mencarikoefisien kehilangan energi pada peralihan dapat digunakan grafik koefisien kehilangan

energi pada perubahan profil.

g

v Kehe

2.

2

= ………………………………………………… (2.12)

Ke adalah koefisien kehilangan tinggi energi karena perubahan penampang

c. Kehilangan tinggi energi pada belokan (bends) (kb). Kehilangan ini dapat dicari

dengan persamaan (2.6). Kehilangan energi ini tergantung dari sudut belok pipa.d. Kehilangan tinggi energi karena gesekan (hf ). Kehilangan energi ini dapat dicari

dengan persamaan (2.4)

e. Kehilangan tinggi energi pada pengeluaran

g

v Koho

2.

2

= ………………………………………………... (2.13)

Ko adalah koefisien kehilangan tinggi energi pada pengeluaran

Dengan demikian, total kehilangan tinggi energi (ht ) pada pipa pesat adalah :ht = hg + hb + ht + ho + hf ………………………………....... (2.14)

2.5.4. Blok Angker

Fungsi blok angker adalah untuk memegang pipa pesat pada tanah pondasi, agar

titik perpotongan sumbu pipa pesat tidak bergerak (pipa pesat harus tetap dapat bergerak

axial ). Umumnya diletakkan pada tiap-tiap sudut atau belokan pipa pesat dan pada pipa pesat yang lurus pada jarak > 100 meter. Pelana ( saddle atau sochell ) dipasang pada sela blok angker dengan jarak 6 – 12 meter. Jadi keduanya menyangga berat pipa dan air. Blok

angker dapat dibuat dari :a. Pasangan batu bata

b. Pasangan batu pecah/kali

c. Beton bertulang

Pada skema perencanaan ini digunakan blok angker yang terbuat dari beton bertulang.Sambungan pada pipa pesat dapat di atas, di bawah atau di tengah. Sambungan di

atas sangat menguntungkan bagi blok angker dan soal pemsangan (montage) lebih mudahyaitu dari bawah ke arah atas dari tempat turbin. Jadi setelah sampai, maka tidak terjadi

apa-apa, karena kolam pengumpul atau bendungan sangat luas. Pada sambungan inidiperhitungkan gaya pada blok angker. Sifat-sifat dari tanah atau batu pondasi adalah

sangat penting bagi stabilitas blok angker (tegangan tanah harus cukup kuat menahan gaya-gaya)

Syarat kestabilan pada blok angker adalah resultan gaya-gaya yang bekerja pada blok angker harus terletak pada inti (1/3 bagian tengahnya). Beban-beban yang bekerja

pada blok angker ini adalah berat sendiri dari pipa pesat yang terdiri dari berat beton dan berat baja serta berat air yang melewati pipa pesat.

Sedangkan gaya-gaya yang bekerja pada blok angker adalah :1) Gaya hidrostatis

( )ton H Ak dynw ..1 γ = ……………………………………….. (2.15)

di mana : A = luas penampang pipa pesat dalam blok angker (m2)

γw = berat jenis air (t/m3)

H dyn = tinggi gaya hidrostatis (m)



12

2) Gaya hidrodinamis

g

vQk w ..

2

γ = ……………………………………………….. (2.16)

di mana :Q = debit air yang melewati pipa (m3/detik)

g = gaya gravitasi bumi

v = kecepatan air (m2/detik)3) Gaya akibat pipa kosong setelah hulu

k 3 = P sin β (ton) ……………………………………….... (2.17)

di mana : P = berat pipa kosong (sepanjang L1) (ton)

4) Gaya akibat pipa kosong setelah hilir k 4 = P sin β (ton) …………………………………………. (2.18)

P = berat pipa kosong (sepanjang L2) (ton)

5) Gaya akibat geseran pipa pesat (hulu) dengan sochell

k 5 = f cos β (½ (p + w)) ……………………………………. (2.19)di mana :

f = gaya geser pipa – sochell

p + w = berat pipa dan air dari blok angker sampai sochell di atasnya

6) Gaya akibat geseran pipa pesat (hilir) dengan sochell

k 6 = f cos β (½ (p + w)) ……………………………………. (2.20)

7) Gaya geseran pada sambungan (hulu) akibat muai atau susutk 7 = f ‘ . π (D + 2t) (ton) …………………………………… (2.21)

di mana : f’ = keliling pipat = tebal pipa (m)

D = diameter dalam pipa (m)

8) Gaya geseran pada sambungan (hilir) akibat muai atau susutk 8 = f ‘ . π (D + 2t) (ton) …………………………………… (2.22)

9) Gaya tekanan hidrostatis pada ujung pipa pesat pada sambungan (hulu)k 9 = ahulu . γw . H dyn (ton) ……………………........................ (2.23)

di mana :a = luas cincin (m2)

10) Gaya tekanan hidrostatis pada ujung pipa pesat pada sambungan (hilir)k 10 = ahilir . γw . H dyn (ton) ………………………………….. (2.24)



13

BAB III

METODOLOGI

3.1. Tinjauan Umum

Dalam merencanakan sebuah bangunan seperti PLTA harus diperhatikan aspek-aspek yangmempengaruhinya. Faktor teknis yang perlu diperhatikan adalah : hidrologi, morfologi, topografi,

data tanah dan pelaksanaan.Perencanaan PLTA ini ditentukan berdasarkan pada kapasitas yang ingin dihasilkan.

Kapasitas tersebut ditentukan oleh ketersediaan debit air sungai yang tersedia dan tinggi terjunefektif yang direncanakan. Melalui analisa hidrologi dapat ditentukan besarnya debit yang

dibutuhkan.

3.2. Data Teknis

Beberapa data teknis yang dibutuhkan adalah :

1. Data topografiDigunakan untuk mengetahui kondisi lapangan yang akan direncanakan PLTA. PLTA

terletak di Kecamatan Sukoharjo Kabupaten Wonosobo. Perencanaan PLTA ini masuk dalamDaerah Aliran Sungai Tulis yang merupakan perbatasan antara Kabupaten Wonosobo dengan

Kabupaten Banjarnegara. Panjang Sungai Tulis ini adalah 14 km di mana hilir sungai bertemu

dengan aliran Sungai Serayu di perbatasan antara kedua kabupaten tersebut.

Daerah yang akan direncanakan PLTA merupakan daerah perbukitan sehingga cukupekonomis untuk dibangun bendungan di daerah tersebut. Bangunan penyalur air dibuat

sedemikian rupa tanpa terpengaruh oleh topografinya yang berbukit dan diperoleh tinggi terjunyang diinginkan. Data topografi yang digunakan adalah Kecamatan Sukoharjo.

2. Data hidrologiData hidrologi menyangkut data debit air dari Sungai Tulis yang akan mempengaruhi

perencanaan dari besarnya air yang dapat dihimpun dan kapasitas bendungan yang akandirencanakan. Untuk mendapatkan data debit air Sungai Tulis diambil dari laporan harian dari

bulan ke bulan dari stasiun pengukuran bendung Limbangan yang ada di KabupatenBanjarnegara.

Periode waktu yang digunakan adalah dari tahun 2001 – 2009. dengan demikiandiharapkan akan didapatkan data yang cukup memadai sebagai data untuk menghitung debit

minimum yang dapat dihimpun oleh suatu bendung dan desain dari bangunan penghimpun air sendiri.

3. Data guna lahan (landuse)

Data ini dipakai untuk mengetahui tata guna lahan di sekitar perencanaan bangunan

PLTA. Data ini bisa mencegah beberapa konflik dan pembengkakkan biaya untuk pembebasanlahan apabila berada di wilayah pemukiman.

4. Data tentang listrik di Wonosobo

Data ini digunakan sebagai analisis dan pembanding dengan hasil perencanaan dayayang akan dihasilkan oleh PLTA. Selain untuk mengetahui berapa besar daya yang dihasilkan

oleh beberapa pembangkit listrik yang ada di Wonosobo. Data ini akan digunakan sebagai acuandalam mengetahui tingkat defisit listrik yang terjadi di Jawa Tengah.

Besarnya daya terpasang : 40 MVA yang didapatkandari 2 trafo

Besarnya daya tersambung di Wonosobo : 77.563.800 VABesarnya konsumsi listrik di Wonosobo : 11.104.634 KWH

Besarnya defisit listrik di Jawa Tengah : 130 MW

Sedangkan di Wonosobo sendiri, dari 14 kecamatan yang ada, 2 di antaranya

(Kecamatan Wadaslintang dan Kaliwiro) tidak disuplai dari Wonosobo, tetapi dari Kabupaten



14

Kebumen. Sehingga ini bisa menjadi bahan pertimbangan perlunya pembangunan pusat listrik

di daerah yang dekat dengan kedua kecamatan tersebut.Data-data di atas didapatkan dari kantor pelayanan PLN Ranting Wonosobo dan kantor

Penyaluran dan Pusat Pengaturan Beban Jawa – Bali Region Jateng – DIY Unit Pelayanan

Transmisi Purwokerto Base Camp Wonosobo.

3.3. Penentuan Lokasi Bendungan Dan PLTA

Dalam menentukan lokasi PLTA, harus diperhatikan beberapa kriteria umum. Krieria umum

tersebut adalah :1. Bendung dibangun di leher sungai yang akan menyebabkan biaya pembangunan bendung

menjadi lebih efisien dan efektif.2. Topografi pada lokasi bendung yang diinginkan.

3. Hidrologi sungai harus diperhatikan untuk mengetahui karakteristik aliran sungai dan debit air banjir.

4. Jenis material sedimentasi.

3.4. Metode Pengumpulan Data

Data maupun keterangan yang didapat dikumpulkan dari beberapa metode. Metode-metodetersebut adalah :

1. Metode interview

yaitu dengan mengadakan kegiatan tanya jawab dengan pihak yang ada di ahli di bidangnya dan

mengetahui keobjektifan data. Misalnya dari Dinas Pekerjaan Umum, pelaksana PLN, DinasBadan Perencanaan Daerah, Dinas Badan Pertanahan Nasional dan lainnya.

2. ObservasiYaitu dengan mengumpulkan data-data yang dibutuhkan dengan cara pengamatan langsung.

3. Studi dokumentasiYaitu dengan mempelajari buku atau dokumen yang berhubungan dengan perencanaan PLTA

ini.

3.5. Analisis dan Perhitungan

Analisis dan perhitungan beserta acuannya dalam perencanaan Pusat Listrik Tenaga Air Sungai Tulis ini adalah sebagai berikut :

a. Perhitungan kapasitas waduk dan jumlah air yang dapat dihimpunData hidrologi yang didapatkan yaitu data bulanan dari debit air aliran Sungai Tulis selama

rentang waktu 2001-2009. Data tersebut kemudian akan dibuat dalam lengkung massa untuk

menentukan kapasitas waduk dan pengambilan tetapnya dengan metode Diagram Ripl . Diagramtersebut akan dikerjakan dengan program Microsoft Excel 2007 .

b. Penentuan lokasi bangunan penyalur air ke turbin

Penentuan lokasi ini akan sangat ditentukan oleh peta topografi dan kontur yang didapatkan.Dari peta ini juga akan ditentukan panjang saluran dan derajat kemiringannya. Data ini akan

dikerjakan dengan perbandingan skala yang tertera dalam peta.

c. Perhitungan dimenasi dari bangunan-bangunan penyalur air dari reservoir menuju ke turbin

Berdasarkan pada analisa terhadap debit air yang ada, akan ditentukan berapa jumlah

pengambilan tetap dari tampungan untuk dapat menggerakkan turbin. Debit pengambilantersebut kemudian akan mempengaruhi berapa dimensi dari masing-masing bangunan penyalur air. Penentuan lokasi ini juga mengacu kepada Peraturan Beton bertulang Indonesia tahun 1971.

d. Perhitungan kehilangan tinggi energi yang terjadi di masing-masing bangunan penyalur air

Beberapa factor yang akan mempengaruhi besarnya kehilangan tinggi energi antara lain :- Pemilihan material,

- Tingkat kemiringan,- Panjang saluran,

- Debit air yang melalui bangunan penyalur.kehilangan tinggi energi tersebut akan mempengaruhi tingkat tinggi terjun efektif dari air.

Sehingga akan mempengaruhi kapasitas listrik yang akan dihasilkan.e. Perhitungan kapasitas PLTA

Perhitungan kapasitas dari PLTA yang dihasilkan didapatkan dari hasil perkalian antara tinggi

terjun efektif yang ada, debit air yang melewati pipa penyalur air ke turbin dan efisiensi dari



15

PLTA. Hasil dari perhitungan kapasitas PLTA ini kemudian akan dibandingkan dengan data

tentang listrik di Wonosobo yang didaptkan agar dapat dinilai sejauh mana perencanaan PLTAini dapat menjawab persoalan yang dihadapi di bidang energi listrik yang sedang terjadi.

3.6. Penyajian Laporan dan Format Penggambaran

Penyajian Laporan Tugas Akhir ini disesuaikan dengan Pedoman Teknis Karya Tulis yangditerbitkan oleh Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer (FTIK) Universitas Sains Al Qur’an (UNSIQ)

Jawa tengah di Wonosobo. Penggambaran perencanaan dilakukan dengan menggunakan komputer dengan bantuan Autocad 2008.



16

Gambar 3.1Bagan Alur Perencanaan

Pusat Listrik Tenaga Air Sungai Tulis

Mulai

Mengumpulkan dan

Identifikasi Data

Studi Pustaka

Selesai

Analisa Data

Gambar

Perencanaan



17

158279 makalah seminar

Documents