PEMANFMLIRIP SEBAGATENAGA Nama mahaNRP Jurusan Dosen pemb

KebudiJawa terupenduduk, energi itu sewaktu. Bendyang berfunmenuju sunupstream dadimanfaatka

PLTAdiperbarui energi). PLTmerupakan sehingga dalama. PLTMmembangkitair (head), tempat terteada didatarayang memiliDengan pemsebesar 2,79sebesar 335,permasalaha Kata Kunci

BAB I P1.1

KebudiJawa terupenduduk, energi itu sewaktu. Ketikpemakaian perluasan jar

PLTdiperbarui energi). Berbakar fosil, energi potendapat ditera(PLTMH) mmenambah menghasilkamurah dan dalam jangkkarena sumbdan ketinggdapat dibangsungai kecil

FAATAN BEMOJOKER

AI PEMBANGA MIKROHI

asiswa : Hak: 3106: Tek

bimbing : Abd Bam

ABSutuhan energi lus bertambah pertumbuhan e

endiri yang senadung gerak Mli

ngsi untuk menyngai Surabaya. an downstream ban sebagai pembA merupakan su(renewable) daTMH dapat mesumber energy

apat dimanfaatkMH dapat bertkan berasal darsehingga PLTMntu seperti di sa

an rendah, sumbiki ketersediaan

manfaatan beda ti9meter dan berpo,003 kW, maka aan krisis energi t

:Bendungan,Mli

ENDAHULULATAR BEL

utuhan energi lus bertambah pertumbuhan e

endiri yang senaka pasokan listrlistrik tidak s

ringan listrik. TA merupakan su

(renewable) darbeda dengan peyang digunakan

nsialnya saja. Unapkan Pembangkmenjadi salah sa

pasokan listran tenaga < 100tak terhabiskan

ka waktu yang lber yang memb

gian jatuh air (hgun di tempat tel yang ada dida

ENDUNG GETO GKIT LISTRIDRO

kiki Mayasari 6 100 057

knik Sipil FTSPdullah Hidayatmbang Sarwono

STRAK listrik di Indonseiring dengan

ekonomi, dan antiasa meningkairip merupakan

yalurkan air dariPotensi beda

bendung gerak Mangkit listrik. umber tenaga lisan bebas dari enghasilkan ten

y murah dan tkan dalam jangroperasi karenari debit air dan kMH hanya dapaluran irigasi, suber mata air atauair yang melimpinggi upstream dotensi menghasilakan didapatkanterutama energi l

irip Mojokerto,M

UAN AKANG

listrik di Indonseiring dengan

ekonomi, dan antiasa meningkarik yang tersediaseimbang maka

umber tenaga lian bebas dari embangkit listrik

n bukan materinyntuk skala yang lkit Listrik Tenaatu alternatif yanrik tersebut, P kW merupakan

n, sehingga dapalama. PLTMH dangkitkan beras

head), sehingga ertentu seperti diataran rendah, s

ERAK

RIK

-ITS SA, Ir., MT. o,Ir,Msc.

nesia khususnyan pertambahanpola konsumsi

at dari waktu kebendung gerak

i sungai Brantastinggi air di

Mlirip ini dapat

strik yang dapatpolutan (whiteaga < 100 kWtak terhabiskan,

gka waktu yanga sumber yangketinggian jatuh

pat dibangun diungai kecil yangu daerah-daerahpah dan downstreamlkan daya

n solusi dari listrik.

Mikro Hidro

nesia khususnyan pertambahanpola konsumsi

at dari waktu kea dengan jumlaha perlu adanya

strik yang dapatpolutan (white

k dengan bahanya namun hanyalebih kecil makaaga Mikrohidrong sesuai untukPLTMH dapatn sumber energyat dimanfaatkandapat beroperasisal dari debit air

PLTMH hanyai saluran irigasi,

sumber mata air

a n i e k s i t

t e

W , g g h i g h

m

a n i e h a

t e n a a o k t y n i r a , r

atau dmelim

daerahPLTMterdapmenyaSurabdan saair di meterm3/debaik diMojNegar

upstrepembapermatermanterbua

1.2.

daerah-daerah ympah

Beberapa daeh yang po

MH,contohnya pat bendung gealurkan air da

baya. Bendung gatu pilar untuk mupstream dan do, dan debit min

etik dapat dimauntuk warga sjokerto agar mra dalam penyed

Gambar 1.1 Pe

Gambar 1.2 L

Dengan pemeam dan downstrangkit listrik masalahan krisis nfaatkannya kehang sia-sia.

Gambar

Rumusan M

Bagaimana dapat menghrumusan ma1. Berapa

ketinggi

yang memiliki k

erah aliran sungotensial untuadalah di Merak Mlirip, yari sungai Bragerak ini memilimengatur debit aiownstream bendnimum yang manfaatkan sebagsekitar atau un

mengurangi bebadiaan listrik.

eta daerah aliran

Lokasi Bendung

manfaatan bedaream bendunganmaka akan dienergi terutam

hilangan energi

r 1.3 Elevasi Mu

Masalah

cara memanfaathasilkan pembanasalah :

besar debit ian yang terjadi

ketersediaan air

ai Brantas meruuk di bangojokerto,Jawa

yang berfungsi antas menuju iki dua buah pinir. Potensi beda

dung gerak Mlirimengalir sebesar gai pembangkit ntuk pabrik –an Perusahaan

sungai Brantas

g Gerak Mlirip

a tinggi (hean gerak Mlirip sdapatkan solus

ma energi listrii pada pintu air

uka Air Hulu Hil

tkan intake Mliringkit listrik, den

andalan dan ?

Z = 2,79

Sumber : G

r yang

upakan gunnya Timur untuk

sungai ntu air

a tinggi ip 2,79

3,443 listrik pabrik Listrik

ad) di sebagai si dari ik dan r yang

lir

ip agar ngan

beda

9 m

Google Earth

- 2 -

2. Bagaimana merencanakan bangunan yang diperlukan ?

3. Berapa energi yang dapat diperoleh dari PLTMH ?

1.3 Batasan Masalah Dalam pengerjaan tugas akhir ini batasan masalahnya antara lain : 1. Masalah kerusakan atau perhitungan pada

bangunan fisik tidak dihitung secara detail. 2. Dalam perencanaan data yang digunaka tidak

mempermasalahkan sistem pengoperasian pintu,data yang dipake didapat dari Balai PSAWS untung Peketingan

3. Jenis Turbin yang di pakai sesuai dengan yang ada di pasaran, dan tidak melakukan perhitungan lebih lanjut.

4. Perhitungan bangunan pembangkit hanya menghitung satu bangunan saja, dengan asumsi bangunan kedua memiliki perhitungan yang sama.

5. Tidak dilakukan perhitungan secara ekonomi

1.4 Tujuan

Melakukan perencanaan PLTM dalam memanfaatkan beda tinggi di bendung gerak mlirip Mojokerto, sehingga dapat menghasilkan daya listrik yang optimum, dengan rincian sebagai berikut :

1. Dapat diketahui besar debit dan beda ketinggian.

2. Mendapatkan desain PLTMH yang sesuai dan optimum.

3. Dapat diketahui tenaga listrik yang dapat dihasilkan oleh PLTMH.

1.5 Manfaat 1. Dengan pemanfaatan beda tinggi (head) di

upstream dan downstream bendungan gerak Mlirip sebagai pembangkit listrik maka kehilangan energi yang terjadi dapat termanfaatkan.

2. Diharapkan hasil dari laporan ini dapat menjadi acuan dalam mendesai PLTMH sebagai salah satu energi listrik alternatif yang lebih ramah lingkungan dan renewable energy.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Analisa Debit dan Elevasi

2.1.1 Analisa Debit

Debit yang digunakan adalah debit dari sungai Brantas yang menuju sungai Surabaya. Untuk keperluan pembangkit listrik maka dibutuhkan debit andalan.

Debit andalan adalah debit yang diperhitungkan untuk keperluan tertentu ( irigasi, air minum, PLTA ) sepanjang tahun dengan resiko yang telah diperhitungkan. Karena perubahan nilai debit tidaklah besar, sehingga dapat dengan mudah diambil nilai debit andalan yang akan digunakan untuk pembangkit listrik tenaga mikrohidro.

Pada PLTM ini digunakan cara coba – coba/trial dan error sampai ditemukan pada debit andalan berapa persen agar tingkat kegagalan dapat ditekan seminimal

mungkin. Misalnya ditetapkan debit andalan 80% berarti akan dihadapi resiko adanya debit-debit yang lebih kecil dari debit andalan sebesar 20% pengamatan.Langkah-langkah perhitungan debit andalan:

1. Menghitung jumlah data 2. Mengurutkan data dari terbesar ke terkecil. 3. Mencari selisih data terbesar sebagai jarak data (R) R= data tertinggi – data terendah 4. Mencari jumlah kelas data (k) 1 + 3,3 log n 5. Mencari kelas interval (i) i = R / k 6. Dibagi berkelompok dengan menentukan kelas

dalam jarak interval kelas 7. Menghitung data tiap kelas sesuai dengan

intervalnya 8. Menghitung probabilitas untuk masing – masing

data dengan persamaan: T =

n

m ..............................................................(2-1)

P=1

T x 100%=

m

n 100%....................................(2-

2) Dimana: P = Besarnya probabilitas (%) m = nomor urut data n = jumlah data

9. Mencari besarnya debit andalan pada grafik perbandingan antara debit dan probabilitas yang disebut duration curve.

2.1.2 Analisa Elevasi Perhitungan elevasi digunakan untuk mengetahui tinggi muka air dan debit yang tersedia, dari data kita dapat menentukan Heff , data yang digunakan adalah data di Hulu dan Hilir sungai Surabaya.

A) Elevasi Hulu Dilakukan perhitungan dengan cara statistik seperti berikut: 1. Data yang digunakan adalah data harian dari

tahun 2003-2009, kemudian data diurutkan dari terbesar sampai terkecil

2. Mencari jumlah data yang ada (n) 3. Mencari besarnya jarak data, ketinggian air

maksimum dikurangi ketinggiann air minimum : Data terbesar – data terkecil

4. Menentukan jumlah kelas data (k) k = 1 + 3,3 log n

5. Mencari besarnya kelas interval ( i )  i = R/k

6. Data dikelompokan menjadi (k) dengan jarak interval tiap kelas sebesar (i) .

7. Menghitung frekuensi data sesuai interval tiaap kelas

8. Menghitung besarnya probabilitas tiap kelas

100%100%..............................(2-3)

B) Elevasi Hilir Perhitungan di hilir memakai cara yang sama dengan perhitungan di hulu, sebagai berikut : Dilakukan perhitungan dengan cara statistik seperti berikut : 1. Data yang digunakan adalah data harian dari

tahun 2003-2009, kemudian data diurutkan dari terbesar sampai terkecil

2. Mencari jumlah data yang ada.

- 3 -

3. Mencari besarnya jarak data, ketinggian air maksimum dikurangi ketinggiann air minimum : Data terbesar – data terkecil

4. Menentukan jumlah kelas data (k) k = 1 + 3,3 log n

5. Mencari besarnya kelas interval ( i )  i = R/k

6. Data dikelompokan menjadi (k) dengan jarak interval tiap kelas sebesar (i) .

7. Menghitung frekuensi data sesuai interval tiaap kelas

8. Menghitung besarnya probabilitas tiap kelas

100%100%................................(2-4)

2.2. Perencanaan Kapasitas Tenaga Air

Kapasitas PLTMH ditentukan dari debit yang dialirkan ke pembangkit dan tinggi jatuh efektif yang ada. Debit yang diambil adalah debit andalan dan tinggi jatuhnya diusahakan semaksimal mungkin berdasarkan kondisi.

2.2.1. Tinggi Jatuh Efektif

Diperoleh dengan mengurangi tinggi jatuh air total (dari permukaan air pada pengambilan sampai permukaan air saluran bawah) dengan kehilangan tinggi pada saluran air dapat dirumuskan:

Heff = HBruto - Hlosses…………............(2-5)

Dimana : Hbruto = tinggi bruto

Hlosses = tinggi dari tekanan air yang hilang

Untuk mendapatkan hasil potimal, maka sistem pembangkit ini didesain sedemikian hingga kehilangan tekanan maksimal 10% dari head bruto.(O.F. Patty, 1995)

2.2.2. Daya yang dihasilkan

P = g x Qandalan x Heff.................(2-6) (O.F. Patty, 1995)

Dimana:

P = daya yang dihasilkan generator (kW)

g = percepatan gravitasi = 9,8 m/detik Q andalan = debit puncak (m3/dt)

Heff = tinggi efektif (m)

2.3. Analisa Sedimentasi Dalam merancang PLTA salah satu yang perlu

diperhatikan adalah sedimen yang diijinkan masuk melewati turbin, Batasan diameter sedimen ditentukan menurut jenis PLTA yang akan direncanakan yaitu:

0,2 – 0,5 mm untuk PLTA tekanan rendah

0,1 – 0,2 mm untuk PLTA tekanan sedang

0,01 – 0,05 mm untuk PLTA tekanan tinggi

(O.F. Patty, 1995)

Jadi air yang dimanfaatkan untuk PLTMH maksimum memiliki diameter butiran sedimen sebesar 0,5 mm, karena PLTMH termasuk pada kategori PLTA tekanan rendah

2.4 Perencanaan Bangunan Pembangkit 2.4.1. Perhitungan muka air

Perencanaan pengambilan merupakan perencanaan tentang muka air pada debit tertentu. Penggunaan grafik hubungan kedalaman muka air dengan debit, yang disebut dengan rating curve dapat digunakan untuk menentukan tinggi muka air.

Namun perlu diketahui kecepatan saluran rata-rata, yang dapat diketahui dari luas penampang basah dan debit yang mengalir.

A b zh h .......................(2-7)

v Q

A......................................(2-8)

dimana: A = luas penampang basah (m2) b = lebar dasar saluran (m) z = kemiringan tebing h = kedalaman muka air (m) Q = debit dalam saluran (m3/detik) v = kecepatan aliran air (m/detik)

Dari rating curve dapat diketahui beberapa muka air yang nantinya akan digunakan dalam perhitungan maupun menjaidi batasan muka air.

2.4.2 Perencanaan Saluran Pengarah

Saluran pengarah digunakan untuk mengarahkan air yang akan masuk menuju ke saluran terbuka PLTMH, Saluran tersebut direncanakan merupakan saluran terbuka berbentuk persegi yang mengalirkan debit sebesar debit andalan Direncanakan :

Q = A x v........................................(2-9)

Q = (b x h) x .................(2-10)

dimana : v = kecepatan aliran (m/dt) Q = debit(m3/dt) A = luas penampang (m2) R = jari-jari hidrolis (m) S = kemiringan dasar saluran n = koefesien kekasaran manning

2.4.3 Perncanaan Saluran Terbuka Pada perencanaan saluran terbuka ini akan

digunakan saluran berpenampang segiempat. Saluran terbuka berpenampang persegi empat pada umumnya merupakan saluran buatan terutama banyak digunakan untuk saluran drainase di perkotaan atau untuk flume (talang untuk jaringan irigasi).

- Luas penampang: A = B.y .....................(2-11) - Keliling basah : P = B + 2y..................(2-12)

- Jari –jari hidrolik : R = PA

= y2B

yB

......(2-13)

Debit Aliran :

Q = n1

AR⅔ i (Manning)

Q = C A fiR (Chezy)

y

B =

- 4 -

2.4.4 Perencanaan pipa pesat (Penstock)

Pipa pesat adalah suatu pipa tekan yang berfungsi untuk mengalirkan air dari surge tank atau langsung dari head race tunnel. Saluran pipa tekan adalah nama umum untuk dasar terowongan yang digunakan menempatkan pipa - pipa pesat dan blok angker yang akan menahan pipa pesat tersebut.

Dalam perencanaan pipa pesat ini hal – hal yang perlu diperhatikan adalah:

1. Diameter pipa pesat. 2. Tebal pipa pesat. 3. Tegangan – tegangan yang terjadi pada pipa

pesat.

2.4.4.1 Perencanaan Diameter Pipa Pesat Dalam perhitungan diameter pipa pesat digunakan perumusan USBR dan Sarkia. Dari perumusan USBR bahwa kecepatan air yang melalui pipa pesat adalah : v = 0,125 2. . ………....……….(2-14)

dimana : V = kecepatan aliran (m/s)

G = percepatan gravitasi (9,81 m/dt2) Heff = tinggi jatuh efektif (m)

Dari perumusan Sarkia bahwa diameter pipa pesat adalah :

2.4.4.2 Perencanaan Tebal Pipa Pesat Dalam penentan tebal pipa pesat diperhitungkan

gaya akibat tekanan air dalam pipa yang arahnya tegak lurus aliran air. Perhitungan pipa pesat dirumuskan :

Po = γ . Heff ……………………......(2-15) Po . D

. . ……………………......(2-16)

(O.F. Patty, 1995)

Dimana :

δ = Tebal pipa pesat (m) Po = Tekanan yang terjadi pada pipa (kg/m2) D = Diameter pipa (m) Y = Koefisien kekuatan sambungan las (0,9)

γ= massa jenis air (kg/m³) σbaja = tegangan ijin baja (kg/m2) Tebal pipa harus ditambah sekitar 1 – 3 mm untuk cadangan karena karat pada pipa.

Syarat minimum tebal pipa perlu diperhatikan dimana :

Sampai dengan diameter 0,8 m .... 5 mm

Sampai dengan diameter 1,5 m .... 6 mm

Sampai dengan diameter 2,0 m ..... 7 mm

(O.F. Patty, 1995)

2.4.4.3 Perencanaan posisi pengambilan Aliran air pada saluran terbuka menuju ke saluran

pipa jika tidak memiliki kedalaman yang cukup, maka bisa terjadi pusaran air. Pusaran air ini akan menyebabkan adanya gelembung udara yang masuk pipa dan akan mengganggu kinerja turbin. Sehingga perlu direncanakan jarak antara muka air dengan pipa.

Jarak muka air dengan posisi pipa pesat disebut dengan minimum operational level (MOL). Dihitung dengan persamaan, yaitu :

Dengan luas pipa : A 0,25 π D²……………......(2-17)

v = QA

………………...............(2-18)

(O.F. Patty, 1995)

Sehingga didapat :

MOL D 1,5 …………..........(2-19)

(O.F. Patty, 1995)

dimana : MOL= Minimum operational level (m) D= diameter pipa pesat (m) v= kecepatan di saluran(m/detik) g= percepatan gravirasi (m/detik2)

Sebagai acuan menggunakan muka air dengan debit minimum, karena terjadi perubahan nilai debit sepanjang tahun yang menyebabkan perubahan nilai muka air.

2.4.4.4 Tegangan Yang Terjadi Pada Pipa Pesat

1. Momen Akibat Perletakan Pipa Momen maksimum pada pipa diambil sebesar :

M =  Gs + Gw) . ( b cos ………….(2‐20)

(O.F. Patty, 1995) Dimana : M = Momen maksimum (kgm) b = jarak perletakan (m)

Gs = Berat pipa sepanjang b (kg/m) Gw = Berat air sepanjang b (kg/m) P = sudut kemiringan Momen perlawanan potongan pipa adalah :

S = D + 2δ)

(D)

D + 2δ) ….(2-21)

(O.F. Patty, 1995) Dimana : S = Momen perlawanan (cm3) I = Momen Inersia pipa (cm4) D = Diameter pipa (cm) δ = Tebal pipa pesat (m) Tegangan yang terjadi pada pipa adalah:

M

…………............(2-22)

2. Perubahan Temperatur Tegangan ini terjadi akibat perubahan suhu

yang timbul dari pipa, dan bila pipa tersebut terikat pada dua blok angker dan tidak mempunyai sambungan muai, maka tegangan yang terjadi dirumuskan dengan :

σ = E . λ . t < σ ……….(2-23) (O.F. Patty, 1995)

Dimana : E = Modulus elastis baja (2,1. 106 kg/cm2) λ = 1,2 . 10-5/°C t = perubahan temperatur (dianggap suhu kamar = 20°C)

3. Pergeseran Antara Pipa Dan Perletakan Karena perubahan temperatur, pipa akan berubah panjangnya menjadi lebih panjang atau pendek yang menimbulkan pergerakan (bergeser) pada perletakannya. Gaya geser maksimum terjadi bila benda pada keadaan hendak bergerak dan selama bergerak.

- 5 -

Gambar 2.13 Titik tangkap gaya geser Perumusan yang digunakan adalah :

F = f (Gs + Gw) cos

A = π D

a = R . 2R sinθ

R

� = 0,5 sudut perletakan

(O.F. Patty, 1995)

Dimana :

F = Gaya geser pada perletakan (kg) f = Koefisien gesek pipa A = Luas tebal pipa (m2) a = Titik tangkap gaya geser (m) S = Momen perlawanan (kgm) D = Diameter pipa (m)

δ = Tebal pipa pesat (m) R = Jari – jari pipa (m) Untuk penentuan koefisien gesekan dapat dilihat pada tabel dibawah ini:

Tabel 2.1 Besarnya Koefisien Pergeseran f1 Antara Pipa dan Perletakan

sumber : O.F. Patty, 1995

4. Berat Pipa Kosong

Karena pipa miring menekan pada blok angker, sehingga penampang pipa di tempat ini mendapat tegangan tekan. Perumusan tegangan yang dipakai adalah :

σ = ∑ Gs

Dδ ……….......(2-23)

(O.F. Patty, 1995)

Dimana :

Gs = Berat pipa sepanjang b (kg/m)

δ = Tebal pipa (m)

D = Diameter pipa (m)

Β = Sudut kemiringan

5. Gaya tekan pada expantion joint

σ = F

Dδ

f Pa π D e

Dδ

f Pa e

δ……….......(2-24)

(O.F. Patty, 1995) dimana :

f = faktor koefisien diambil sebesar 0,25 e = lebar packing Pa = tekanan air = γw .Heff

(kg/m2) δ = tebal pipa (m)

6. Gaya Tekan Pada Pipa Sambungan Perumusan tegangan yang diakibatkan gaya ini adalah:

σ = D

Dδ

…….(2-25)

(O.F. Patty, 1995)

Dimana : Pa= Tekanan air = γw .Heff (kg/m2)

δ(bruto) = 2 δ(netto) (m)

δ(netto) =Tebal pipa (m)

2.4.5. Perencanaan Turbin

Turbin merupakan penyalur energi potensial air yang dialirkan pada ketinggian tertentu dengan megubah tekanan air menjadi putaran turbin yang berupa energi kinetik, selanjutnya menggerakkan poros generator dan menghasilkan energi listrik. Secara umum turbin dapat digolongkan menjadi dua kelompok yaitu :

1. Turbin Reaksi Yang termasuk jenis turbin reaksi adalah turbin Francis, turbin Propeller, dan turbin Kaplan. Pada turbin jenis ini rotor bekerja karena aliran air dan tekanan karena tinggi jatuh. Arah alirannya dapat berupa radial atau aksial. Air masuk dari penstock dalam rumah siput dan bergerak ke arah runner melalui sudu pengatur.

Gambar 2.2 Turbin Reaksi

2. Turbin Impuls

Rotor turbin ini bekerja karena aliran air, beda ketinggian yang ada diubah menjadi kecepatan. Yang khas dari jenis turbin ini adalah turbin pelton, dengan pasangan ember - ember pada keliling luar rotor yang bekerja karena pancaran air dari nozzle. Turbin jenis ini baik untuk tinggi jatuh yang besar dan debit yang kecil.

Gambar2.3 Turbin Impuls

Pipa Perletakan Koefisien Gesek

Baja Beton/pasangan batu 0,45 - 0,5

Besi Cor Beton 0,5 - 0,75

Baja Baja (tanpa pelicin) 0,3 - 0,5

Baja Baja (dilicin dengan grafit) 0,2 - 0,22

Baja Baja (dilicin dengan gemuk) 0,12 - 0,15

Memakai roda (rol) diatas baja 0,05 - 0,1

Sumber : Patty, 1995

Sumber : Patty, 1995

Undigini

2.4.5.1. Pem

Dadigunakan, putaran spes

1. Sedigsamdin

Di

Kegenerator yadasar penggberdasarkankecepatan tegenerator se

Tabel 2.2 St

Jml. Katup

6

8

10

12

14

16

18

20

24

28

ntuk pemilihan gunakan batasani:

milihan Jenis Tu

alam penentuanmaka hal yan

sifik turbin (Ns)

Putaran Jenis Temenjak genergabungkan, ratama dengan nyatakan dengan

…………

(O.F. P

imana :

N = Kecepat

f = Frekuen

P = Nomor

ecepatan turbinang digunakan.

guna turbin . tun kecepatan nyatertentu. Daftar sperti tabel dibaw

tandar Kecepata

50 (Hz)

60 (Hz)

1000 1200

750 900

600 720

500 600

429 514

375 450

333 400

300 360

250 300

214 257

Gambar 2

jenis turbin yann – batasan pad

urbin

n pemilihan jenng perlu diperdan tinggi jatuh

Turbin (N) rator digunakana – rata kecepa

kecepatan gen :

………(2-26)

Patty, 1995)

tan putaran dalam

nsi

dari pasangan k

n ditentukan oHal ini merup

urbin tidak perntanya, tetapi selstandar kecepatawah ini:

Putaran Sinkron

Jml. Katup

5(H

32 1

36 1

40 1

48 1

56 1

64 9

72 8

80 7

88 6

2.4 Grafik Jenis

Sumber :

ng sesuai dapatda grafik berikut

nis turbin yangrhatikan adalah

h efektifnya.

n dan turbinatan dari turbinenerator yang

m (rpm)

kutup generator

oleh kecepatanpakan ketentuannah digolongkanlalu berdasarkanan putar sinkron

n Generator

0 Hz)

60 (Hz)

88 225

67 200

50 180

25 150

07 129

4 113

3 100

5 90

8 82

Turbin

Patty, 1995

- 6 -

t t

g h

n n g

n n n n n

2.5

kehila

Diman

entran

Tabel

SI. No. 

1  Gatecont

2 Gatesupp

3 Gate

4  Squa

5  Stig

6 Fully

7  Circ

8  Squa

9 InwaSumbe

2.5.2

Diman

Untukdigunterleb

aliran

koefis

Estimasi K

Estimasi kehdipergunakan unyang terjadi selayang telah direnapakah asumsi yjatuh efektif yanenergi dapat tejatekukan pipa, pesepanjang pipa, katup.

2.5.1 K

Perumusan angan energi pad

(

na : He = Kehila

Ke = v = g =

Nilai dari konce dapat dilihat

2.4 Koefisien m

Entrance 

e in thin wall‐untraction 

e in thin wall‐bopressed 

e in thin wall‐co

are cornered ent

hly rounded ent

y rounded entra

ular bellmouth e

are bellmouth en

ard projecting ener : ( Varsney,R.

Kehilangan

( Ana :Hf= Kehilan

f= Koefisi v= Kecep g= Gravit D= Diame

k menentukan niakan diagram mih dahulu harus

tersebut yang d

sien kekasaran b

Kehilangan Ener

hilangan energi ntuk mengontrolama air melalui bncanakan. Sehingyang diambil yaing ada sesuai ataadi pada bagian eubahan penampentrance dan sp

Kehilangan Ener

yang digunakada entrance ialah

……

Varsney,R.S. 19

angan energi pad

Koefisien bentuKecepatan padaGravitasi bumi,

oefisien masukapada tabel diba

masukan

Condition 

nsuppressed 

ottom and side 

rners rounded 

trances 

rances 

nce r/D ≥ 0.15 

entrances 

ntrances 

ntrances .S. 1977)

n Energi Geseka

………

Angrahini ,1997ngan energi sepanien gesek pipa atan pada pipa ( asi bumi, diambeter pipa ( m )

lai f ( koefisien moddy. Sebelum m

dicari angka Rey

apat dirumuskan

ahan ( ε ).

rgi

/ head losses inil kehilangan enebangunan pembagga dapat diketaitu 10% dari tingau tidak. Kehilan– bagian bangun

pang pipa, gesekponning pintu ata

rgi pada Entran

an untuk mengh :

………………(2

77)

da entrance ( m )

uk mulut entranca entrance ( m/dt diambil 9,81 m

an dari bentuk muawah ini :

Loss C

Max. 

M

1.80  1

1.20 0

1.00 0

0.70  0

0.60  0

0.27 0

0.10  0

0.20  0

0.93 0

an Sepanjang P

.……...(2-28)

7) njang pipa ( m )

m/dt ) il 9,81 m/dt²

gesek ) dapat menetukan hargynold ( Re ) dari

n; , dan

i ergi angkit

ahui ggi ngan nan kan au

nce

ghitung

-27)

)

ce t ) /dt²

ulut

ondition Ke 

Min.  Average 

1.00  1.50 

0.50 1.00

0.10 0.50

0.40  0.50 

0.18  0.25 

0.08 0.10

0.04  0.05 

0.07  0.16 

0.56 0.80

Pipa

ga f i

n

- 7 -

Sumber : Angrahini,1997

Dalam hal ini angka kekasaran bahan diambil 0,46. 10-6.v adalah viskositas yang harganya tergantung dari suhu air yang ada. Dalam perhitungan ini dianggap bahwa suhu air adalah 20° C sehingga harga viskositas kinematisnya 1,007.10-6 m²/dt.

2.5.3 Kehilangan Energi Pengecilan Pipa Pengecilan pipa terjadi pada head race tunnel ke penstock. Perumusan yang digunakan adalah :

1 . ……………..….(2-29)

( Angrahini ,1997) Dimana :

Hc = Kehilangan energi karena pengecilan pipa ( m ) v = Kecepatan aliran pada pipa ( m/dt ) g = Gravitasi bumi, diambil 9,81 m/dt² Cc = Koefisien Kontraksi yang nilainya tergantung luas kedua penampang, seperti pada dibawah ini

Tabel 2.5Harga-harga koefisien kontraksi CC

A2/A1  0,1  0,2  0,3  0,4  0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

CC  0,624  0,632  0,643  0,659  0,681 0,712 0,755 0,813 0,892 1,000

Sumber : Angrahini,1997

2.6 Perhitungan Energi Listrik

Perhitungan energi listrik didapat dari besarnya daya listrik dikalikan dengan waktu. Besarnya daya listrik tergantung dari tinggi jatuh yang ada, debit serta head losses yang terjadi.

E = P . t

= ηt . ηg . g . Q . Heff . t …………….(2-30)

Dimana :

E = Energi Listrik ( KWH )

P = daya yang dihasilkan generator ( KW )

ηt = effisiensi turbin, diambil 0,9

ηg = effisiensi generator, diambil 0,95

g = gravitasi bumi, diambil 9,81 m/dt²

Q = Debit ( m³/dt )

Heff = Tinggi jatuh efektif ( m )

t = waktu ( jam ) BAB III

METODOLOGI

3.1 Umum Bab metodologi menjelaskan urutan pelaksanaan

penyelesian yang akan digunakan dalam penyusunan tugas akhir yang berdasarkan data - data sekunder,

teori, dan literatur. Adapun langkah – langkah yang akan dilakukan adalah sebagai berikut :

3.2 Studi Literatur Mempelajari literatur tentang teknologi

microhidro sebagai acuan gambaran awal, dan mengidentifikasi permasalahan jika diterapkan pada bendungan Mlirip ini. Sehingga dapat diketahui langkah-langkah selanjutnya.

3.3 Pengumpulan Data Setelah mengidentifikasi permasalahan

selanjutnya adalah mengumpulkan data, data diperoleh secara tidak langsung berupa catatan maupun hasil penelitian dari pihak lain atau intansi terkait.

1. Data debit untuk menghitung debit andalan 2. Data Elevasi hulu hilir 3. Data struktur bangunan terjun dan pintu air

untuk mengetahui gambaran kondisi secara umum.

3.4 Analisa Data dan Perhitungan Tahap analisa data dan perhitungan meliputi :

1. Analisa debit andalan Debit andalan adalah debit minimum yang

diambil dari debit sepanjang tahun, perubahan debit sepanjang tahun nilainya tidaklah besar, misalkan ditetapkan debit andalan 80% maka 20%nya adalah resiko adanya debit yang lebih kecil dari debit andalan. …………………...(2.1) 2. Perencanaan kemampuan tenaga air,yang

meliputi :

Tinggi jatuh efektif……………..(2.2.1) Daya terpasang………………….(2.2.2)

3. Perencanaan dan menghitung bangunan pembangkit, meliputi :

o Perencanaan pipa pesat :

- Diameter pipa. …………….…(2.3.2.1) - Tebal pipa.

Pipa dengan tebal yang lebih kecil maka beratnya lebih kecil, maka jadi lebih murah . …….…(2.3.2.2) - Tegangan yang terjadi Ada beberapa tegangan yang terjadi diantaranya ; Momen akibat perletakan, perubahan temperatur, pergeseran antara pipa dan perletakan, berat pipa kosong, gaya tekan pada pipa sambung. ……….(2.3.2.3)

o Perencanaan turbin :

- Turbin implus atau reaksi Contoh dari turbin impuls adalah turbin Pelton dan turbin Banki, sedangkan contoh dari turbin reaksi adalah turbin Francis, Kaplan dan Propeller.

- Pemilihan jenis turbin Dalam pemilihannya maka yang perlu diperhatikan adalah putaran spesifik turbin,dan dimensi turbin, ……….(2.3.2.1.a dan b)

4. Estimasi kehilangan energy Tinggi kehilangan energi (HL) di dalam

suatu system merupakan kombinasi dari beberapa

Gambar 2.7 Diagram Moody ( koefisien gesek)

- 8 -

faktor. Kehilangan utama adalah karena geseran sepanjang aliran baik antara partikel-partikel cairan selama bergerak maupun antara cairan dengan lapisan padat yang membatasinya. Yang kedua adalah karena turbulensi atau gangguan- gangguan lokal pada aliran. Kehilangan energi diantara terjadi pada beberapa hal antara lain : o Pada Entrance : Kehilangan energi saat air

dari saluran terbuka masuk ke dalam saluran tertutup (pipa)……...... ….. (2.4.1)

o Gesekan Sepanjang Pipa : Kehilangan energi saat air melalui pipa..(2.4.2)

5. Perhitungan energi listrik. Didapat dari besarnya tinggi jatuh debit

yang terjadi yang kemudian diketahui daya listriknya, kemudian dikalikan waktu sehingga diketahui energi listrik yang didapat………………..(2.5)

3.5 Kesimpulan dan Saran Merupakan hasil dari analisa dan jawaban akan permasalahan yang ada.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Analisa Debit dan Elevasi 4.1.1 Analisa Debit

Data yang akan digunakan dalam analisa merupakan data debit 10 harian selama 10 tahun. Langkah – langkah yang akan diambil adalah:

1. Menghitung jumlah data n= 360 2. Mengurutkan data dari terbesar ke terkecil. 3. Mencari selisih data terbesar sebagai jarak data

(R) R= 56,936 – 3,443 = 53,493 m3/detik

4. Mencari jumlah kelas data (k) 1 + 3,3 log n = 1+ 3,3 log 360 = 9,516 ≈ 10

5. Mencari kelas interval (i) i = R / k = 53,493 / 10 = 5,349 ≈ 5,4

6. Dibagi 10 kelas dengan jarak interval kelas 5,4 7. Menghitung data tiap kelas sesuai dengan

intervalnya 8. Menghitung probabilitas tiap kelas dengan

perumusan California 1

100% 100%

dimana : P = probabilitas m = frekwensi komulatif data kelas n = jumlah data total

Tabel 4.1. Rekapitulasi data debit dalam 10 tahun

9. Membuat grafik duration curve (debit dan probabilitas) dari perhitungan ditabel untuk mencari besar debit andalan.

Gambar 4.1 Gradik Duration Curve untuk mencari debit andalan

Nilai debit terkecil yang masih mampu

menggerakan turbin mikrohidro untuk jenis yang banyak dipakai yaitu Kaplan adalah nilai 20% dari debit andalan, Debit andalan didapat dari grafik duration curve, 80% debit andalan yaitu 16,970 m3/detik. maka didapat :

Qmin = 20% x 16,970 = 3,394 m3/detik

kelas interval rata - rata

frekuensi frekuensi komulatif

probabilitas

1 56,936-51,266 54,101 3 3 0,83 2 51,265-45,595 48,43 3 6 1,67 3 45,594-39,924 42,759 8 14 3,89 4 39,923-34,253 37,088 10 24 6,67 5 34,252-28,582 31,417 16 40 11,11 6 28,581-22,911 25,746 65 105 29,17 7 22,910-17,240 20,075 61 166 46,11 8 17,239-11,569 14,404 182 348 96,67 9 11,568-5,898 8,733 9 357 99,17 10 5,897-3,443 3,062 3 360 100,00

Yes

No

START

STUDI LITERATUR

INPUT 

PENGUMPULAN DATA : 

 1. DATA DEBIT ANDALAN    3. DATA BUKAAN PINTU AIR 2. DATA STRUKTUR BANGUNAN TERJUN 4. DATA

ANALISA DEBIT, BEDA KETINGGIANDAN KEMAMPUAN TENAGA AIR 

PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT 

ESTIMASI KEHILANGAN ENERGI < 10%

ANALISA DAYA DAN ENERGI LISTRIK

END

Gambar 3.1 Flow Chart Pengerjaan Tugas Akhir

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Deb

it m3/de

tik

Probabilitas

Duration Curve

- 9 -

Dari data debit diketahui nilai minimal adalah 3,443 m3/detik >20% Qmin. Jadi selama 1taun turbin dapat tetap berjalan. 4.1.2 Analisa Elevasi Perhitungan elevasi digunakan untuk mengetahui tinggi muka air dan debit yang tersedia, dari data kita dapat menentukan Heff , data yang digunakan adalah data di Hulu dan Hilir sungai Surabaya.

C) Elevasi Hulu Dilakukan perhitungan dengan cara statistik seperti berikut :

1 Data yang digunakan adalah data harian dari tahun 2003-2009, kemudian data diurutkan dari terbesar sampai terkecil

2 Mencari jumlah data yang ada, n = 2075

3 Mencari besarnya jarak data, ketinggian air maksimum dikurangi ketinggiann air minimum :

Data terbesar – data terkecil (+18.150) – (16.370) = 1,780

4 Menentukan jumlah kelas data (k) k = 1 + 3,3 log n k = 1 + 3,3 log 2075 k = 11,946 ≈ 12

5 Mencari besarnya kelas interval ( i )

i = R/k = ,

= 0,150

6 Data dikelompokan menjadi (k) dengan jarak interval tiap kelas sebesar (i) .

7 Menghitung frekuensi data sesuai interval tiaap kelas 8 Menghitung besarnya probabilitas tiap kelas

9 100% 100%

Tabel 4.2Data Elevasi di Hulu

kls Interval Elevasi rata - rata

Freku ensi

frekuensi komulatif

Proba bilitas

1 +18,150/+18,000 18,075 1 1 0,05

2 +17,999/+17,849 17,924 0 1 0,05

3 +17,848/+17,698 17,773 0 1 0,05

4 +17,697/+17,547 17,622 1 2 0,10

5 +17,546/+17,396 17,471 24 26 1,25

6 +17,395/+17,245 17,32 98 124 5,98

7 +17,244/+17,094 17,169 264 388 18,70

8 +17,093/+16,943 17,018 284 672 32,39

9 +16,942/+16,792 16,867 366 1038 50,02

10 +16,791/+16,641 16,716 1023 2061 99,33

11 +16,640/+16,490 16,565 9 2070 99,76

12 +16,489/+16,339 16,414 5 2075 100,00

Hasil dari data elevasi akan diplotkan menjadi kurva elevasi upstream air vs probabilitas, sehingga akan membentuk duration curve head. Didapat elevasi upstream + 16.78 dengan elevasi dasar saluran +15.35.

 

Gambar 4.2 Gradik Duration Curve Elevasi Upstream D) Elevasi Hilir

Perhitungan di hilir memakai cara yang sama dengan perhitungan di hulu, sebagai berikut : Dilakukan perhitungan dengan cara statistik seperti berikut : 1 Data yang digunakan adalah data harian dari

tahun 2003-2009, kemudian data diurutkan dari terbesar sampai terkecil

2 Mencari jumlah data yang ada, n = 2075 3 Mencari besarnya jarak data, ketinggian air

maksimum dikurangi ketinggiann air minimum :

Data terbesar – data terkecil (+15.091) –(+ 13,281) =

1,81 4 Menentukan jumlah kelas data (k)

k = 1 + 3,3 log n k = 1 + 3,3 log 2075 k = 11,946 ≈ 12

5 Mencari besarnya kelas interval ( i )

i = R/k = ,

= 0,15

6 Data dikelompokan menjadi (k) dengan jarak interval tiap kelas sebesar (i) .

7 Menghitung frekuensi data sesuai interval tiaap kelas

8 Menghitung besarnya probabilitas tiap kelas 1

100% 100%

Tabel 4.3Data Elevasi di Hilir

kelas interval rata - rata

frekuensi frekuensi komulatif

% komulatif

1 +15,091/+14,939 15,02 1 1 0,05

2 +14,938/+14,786 14,86 0 1 0,05

3 +14,785/+14,633 14,71 0 1 0,05

4 +14,632/+14,480 14,56 1 2 0,10

5 +14,479/+14,327 14,40 24 26 1,25

6 +14,326/+14,174 14,25 91 117 5,64

7 +14,173/+14,021 14,10 271 388 18,70

8 +14,020/+13,868 13,94 284 672 32,39

9 +13,867/+13,715 13,79 366 1038 50,02

10 +13,714/+13,562 13,64 1023 2061 99,33

11 +13,561/+13,409 13,49 12 2073 99,90

12 +13,408/+13,256 13,33 2 2075 100,00

15,35

15,85

16,35

16,85

17,35

17,85

18,35

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Elevasi

Persentase

Kurva Presentase Upstream

- 10 -

12,30

12,80

13,30

13,80

14,30

14,80

15,30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Elevasi

Komulatif

Kurva Presentase Downstream

Hasil dari data elevasi akan diplotkan menjadi kurva ketinggian air vs probabilitas, sehingga akan membentuk duration curve elevasi di hilir. Didapat elevasi downstream + 13.68 dengan, elevasi dasar saluran +12.30.

Gambar 4.3 Gradik Duration Curve Elevasi Downstteam 4.2. Perencanaan Kapasitas Tenaga Air

Kapasitas daya ditentukan oleh debit yang mengalir dalam saluran dan tinggi jatuh yang ada. 4.2.1. Tinggi jatuh efektif

Didapat dengan memperhitungkan kehilangan energi. Dalam perencanaan awal akan diambil kehilangan energi sebesar 10% dari tinggi bruto upstream dan downstream sebagai asumsi awal. (lihat gambar 4.4) Tinggi bruto (HBruto) = (±16,780) – (±13,680)

= 3,10m Diperkirakan : Tinggi kehilangan energi (Hlosses) = 10% x HBruto

= 10% x 3,10

= 0,310 m Perancanaan awal Heff, yaitu : Tinggi jatuh afektif (Heff) = HBruto - Hlosses

= 3,10 – 0,310 = 2,79 m Pembagian pembangkit menurut tinggi jatuhnya air : PLTA dengan tekanan rendah; H < 15 m PLTA dengan tekanan sedang; H = 15 hingga 50 m PLTA dengan tekanan tinggi; H > 50 m

(O.F. Patty, 1995)

Dan dari gambar 2.4 dapat diketahui jenis turbin yang digunakan jika Heff sebesar 2,79 adalah turbin jenis Kapplan atau Propeller Open Flume. turbin Kaplan dengan head 5m > termasuk dalam PLTA tekanan rendah atau yang biasa disebut Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hidro.

Gambar 4.4 Gradik Duration Curve Elevasi Downstteam dan Upstream

4.2.2. Daya yang dihasilkan Dari data debit andalan dan tinggi jatuh efektif

yang mengalir pada saluran, akan didapat daya terpasang.

P = g x Qandalan x Heff

= 9,8x16,970x2,79 = 463,994 kW

dimana: P = daya yang dihasilkan generator g = percepatan gravitasi 9,8 m/dtk2

Qandalan= debit andalan (m3/dt) Heff = tinggi efektif (m)

4.3. Analisa Sedimentasi Dalam merancang PLTA salah satu yang perlu

diperhatikan adalah sedimen yang diijinkan masuk melewati turbin, Batasan diameter sedimen ditentukan menurut jenis PLTA yang akan direncanakan yaitu:

0,2 – 0,5 mm untuk PLTA tekanan rendah

0,1 – 0,2 mm untuk PLTA tekanan sedang

0,01 – 0,05 mm untuk PLTA tekanan tinggi

(O.F. Patty, 1995)

Jadi air yang dimanfaatkan untuk PLTMH maksimum memiliki diameter butiran sedimen sebesar 0,5 mm, karena PLTMH termasuk pada kategori PLTA tekanan rendah.

Untuk mendapatkan data sedimentasi yang terjadi pada sungai surabaya maka diperlukan mengambil contoh sedimen di lapangan,baik sedimen dasar maupun sedimen melayang, dan juga kecepatan aliran, contoh sedimen kemudian di uji di laboratorium, dari data tersebut dapat diketahui besar diameter sedimen dan dilakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai kecepatan kritis, dimana sedimen dengan diameter tertentu akan bergerak sehingga terjadi pengendapan, dengan perhitungan menurut Camp sebagai berikut :

v √

44 0,5 = 31,112 m/detik ≈ 0,3 m/detik

dimana : d = diameter butir (mm) a = 36 bila d > 1 mm 44 bila 1 mm > d > 0,1 mm 51 bila d < 0,1 mm

Dari hasil pengukuran dilapangan diketahui kecepatan air dalam saluran yaitu 0,25 m/detik lebih rendah dari kecepatan kritis pada sedimen batas yaitu 0,3 m/detik. Artinya sedimen yang terangkut dalam aliran air memiliki diameter yang lebih kecil daripada sedimen batas. Sehingga pada perencanaan tidak perlu menggunakan bak penyaring sedimen.

4.4. Perencanaan Bangunan Pembangkit

4.4.1. Perhitungan muka air Muka air di sungai Surabaya dipengaruhi oleh

debit dari sungai Brantas. Data yang digunakan adalah data selama10tahun terakhir, datanya terdiri dari besarnya debit dan tinggi muka air:

Lebar dasar saluran (B) = 30 meter Kemiringan tebing 1 : z = 1 : 0,5 Kedalaman muka air (h) = 2,38meter Debit (Q) = 21,47m3/detik

12,30

13,30

14,30

15,30

16,30

17,30

18,30

19,30

0 20 40 60 80 100

Elevasi

Persentase

Upstream

Downstream

Lu

Kecep

dapat menenkedala

diman h A Q

4.3.2. Sa

mengarahkke saluranmerupakan sdebit andalaDirencanaka

Q

Gambar 4.6. R

uas penampang a = (30

patan saluran (v)

Dengan menggudibuat rating

ntukan tinggi aman muka air d

h A

(m) (m²)

0,0 0,00

0,3 9,09

0,6 18,36

0,9 27,81

1,2 37,44

1,5 47,25

1,8 57,24

2,1 67,41

2,4 77,76

2,7 88,29

3,0 99,00

3,3 109,8

3,6 120,9

3,9 132,2

4,2 143,6

4,5 155,2

4,8 167,0

na : = keting

= Luas = Debit

Perencanaan Saluran pengkan air yang akn sedimen, Ssaluran terbuka

an yaitu 16,970 man :

= A x v

Tabel 4.4. Hu

Rating Curve un

air : +0,5.2,38).2,38

unakan kecepatacurve yang dimuka air, gr

dan debit, sebaga

Q

(m³/deti

0,000

3,295

6 6,656

10,082

4 13,573

5 17,130

4 20,751

24,438

6 28,190

9 32,008

0 35,890

89 39,838

96 43,852

21 47,930

64 52,074

25 56,283

04 60,557

ggian muka air (m(m2) (m³/detik)

aluran Pengaragarah digunkan masuk kepialuran tersebutyang mengalirk

m3/detik.

ubungan h dan Q

tuk mencari ting

8 = 74,23 m2

m/detik

an pada saluranigunakan untukrafik hubunganai berikut :

ik)

m)

ah akan untuk

intu air menujut direncanakan

kan debit sebesar

Q

ggi muka air di h

- 11 -

n k n

k u n r

Saluramaka:

Q16,9Ajadib x 8,5hP

mak

v

v

0,5

Sdim

Param

Debit r

Panj

Lebar s

Tinggi

Keliling

Lupenam

bas

Jari-jari

Kemirdas

Koefemann

Kecep

Tinggi

Konst

4.3.3.

digunaterbukmerupuntuk (talang

hulu

16,970 = An =

an terbuka berb:

= A v970 = A x 0

= 33,94i: h = 33,945 x h = 33,94

= 3,9 m= 2h + = (2 x = 13,3

ka:

=

=

=

=

= 0,005= 0,000

mana : v = Q = A = R = S = n =

Tabel 4

meter Nota

encana Q

jang L

saluran B

basah h

g basah P

uas mpang sah

A

i basah R

ringan sar

S

fesien ning

n

patan v

jagaan w

truksi Sa

Perncanaan Sa Pada perencakan saluran berka berpenampangpakan saluran busaluran drainase

g untuk jaringan

- Luas penampa

A x 0,5m/dt 0,022

bentuk persegi

0,5 4 m2

4 4 m

b 3,9) + 5,55 m

58 0035

kecepatan alirandebit(m3/dt) luas penampangjari-jari hidroliskemiringan daskoefesien kekas

4.5. Data teknis

asi Nila

Q 16,97

5

5,5

3,9

13,3

33,9

2,07

0,0000

0,02

0,5

w 1

aluran persegi de

aluran Terbukacanaan saluran terpenampang segg persegi empat

uatan terutama bae di perkotaan atn irigasi).

ang : A =

dari pasangan

n (m/dt)

g (m2) s (m) sar saluran saran manning

saluran pengara

ai Sat

70 m

m

m

m

3 m

4 m

6 m

035

2

m

m

engan pasangan b

a erbuka ini akan iempat. Saluran pada umumnya anyak digunakantau untuk flume

B.y

beton,

ah

tuan

m3/dt

m

m

m

m

m2

m

-

-

m/dt

m

beton

n

- 12 -

- Keliling basah : P = B + 2y

- Jari –jari hidrolik : R = PA

= y2B

yB

Debit Aliran :

Q = n1

AR⅔ i (Manning)

Q = C A fiR (Chezy)

Data perencanaan :

Debit = 16.970 dtm /3 n = 0.017 ( saluran dari beton )

i b = 0.0016

Dengan menggunakan saluran manning:

AR2/3 = 21.70016.0

970.16017.0

fi

nQ

B = 2y

A = 2y 2

R =2

1y

AR2/3 = 2y2 (½ y)2/3 = 2y2 0.63 y2/3 = 1.26 y8/3 7.21 = 1.26 y8/3

y8/3 = 26.1

21.7

y8/3 = 5.72 y = ( 5.72 )3/8 y = 1.92 ≈ 2 m B = 2y = 4 m A = B . y = 8 m2 tinggi jagaan = 1 m

Gambar 5.1. Penampang hidrolik terbaik saluran terbuka berpenampang persegi empat

Karena menggunakan 2 pipa diameter 2,286 m jadi

membutuhkan lebar sungai lebih dari 4.572 m, sehingga dirancanakan lebar sungai 5,5 m.

4.3.3. Perencanaan pipa pesat (penstock) Penggunaan pipa pesat dalam perencanaan

mikrohidro selain untuk mengarahkan debit air menuju turbin, juga untuk menjaga besarnya debit yang mengalir. Ada beberapa besaran yang harus dicari untuk memastikan agar pipa pesat dapat bekerja secara optimal.

a. Perencanaan diameter pipa pesat Pada perencanaan ini akan direncanakan mengunakan pipa.Perhitungan diameter dilakukan dengan perhitungan menggunakan perumusan dari USBR. Nilai dari kecepatan dalam pipa pesat adalah sebagai berikut: v = 0,125 2. g. H

= 0,125 √2 . 9,8 . 2,79 = 0,924 m/detik

dimana : v = kecepatan aliran (m/dtk) g = percepatan gravitasi (m/dtk²) Heff= tinggi jatuh efektif (m)

Namun kecepatan dalam pipa pesat untuk tinggi efektif yang tidak besar diambil nilai 2 – 3 m/detik. Sehingga dengan diambil nilai 2 m/detik didapat diameter pipa pesat :

Qandalan = 16,970 : 2 = 8.485 m3/dt

D = Q

, . .

= .

, . .2.32 m

dimana: D = diameter pipa pesat Qandalan = debit andalan (m3/dt) v = kecepatan aliran (m/dtk)

Nilai diameter pipa baja yang diambil disesuaikan dengan diameter yang tersedia di pasaran. Sehingga diameter yang diambil adalah 90 inchi atau sebesar 2.286 meter. Sehingga kecepatan aliran dalam pipa pesat yang terjadi adalah :

v Q

A

Q

, D

.

, .2,067 m/detik

b. Perencanaan tebal pipa pesat

Dalam penentuan tebal pipa pesat diperhitungkan gaya akibat tekanan air dalam pipa yang arahnya tegak lurus aliran air. Perhitungan gaya tekan air adalah :

Po = γ . Heff = 1.000 x 2,79 = 2790 kg/m2

Sehingga tebal pipa didapat:

Po . D

. .

2790 . 2,286

. , . .

= 2,21x10-4 m = 0,221 mm

dimana : δ = Tebal pipa pesat (m) Po = Tekanan yang terjadi pada pipa

(kg/m2) γ = massa jenis air (kg/m³) D = Diameter pipa (m) φ = Koefisien kekuatan sambungan las

(0,9) σbaja = tegangan ijin baja (kg/m2)

pada perencanaan ini diambil Fe360 dengan nilai 16.106 kg/m2.

Tebal pipa harus ditambah sekitar 1 – 3 mm untuk cadangan karena karat pada pipa.

Syarat minimum tebal pipa perlu diperhatikan dimana :

Sampai dengan diameter 0,8 m .... 5 mm

2

B = 4

1

- 13 -

Sampai dengan diameter 1,5 m .... 6 mm Sampai dengan diameter 2,0 m .... 7 mm

(O.F. Patty. “Tenaga Air”, Erlangga, Jakarta, 1995)

Sehingga diambil ketebalan pipa minimum yaitu 5 mm. Dengan penambahan penebalan pipa, sehingga tebal pipa rencana didapat:

δ = 7 + 2 = 9 mm

c. Perencanaan posisi pengambilan Jarak muka air dengan posisi pipa pesat

disebut dengan minimum operational level (MOL). Dihitung dengan persamaan, yaitu : Menurut O.F Patty Dengan luas pipa : A 0,25 π D² 0,25 π 2,286 ² 4,104 m²

v = Q

A

,

,2,068 m/detik

Sehingga didapat :

MOL D 1,5

MOL 2,286 1,5 ,

. , = 2,213 m

dimana : MOL = Minimum operational level

(m) D = Diameter pipa pesat (m) v = kecepatan di

saluran(m/detik) g = percepatan gravirasi

(m/detik2)

Nilai MOL yang dipakai diukur dari muka air saat debit minimum Qmin = 3.443 m3/detik yaitu 0,3 meter. Sehingga perlu dicari nilai selisih dari ketinggian muka air minimum dan muka air saat debit andalan, yaitu:

Δh = handalan - hmin

= 1,5 – 0,3 = 1,2 meter

Sehingga jika diukur dari muka air debit andalan, dibutuhkan ketinggian:

hMOL= Δh + MOL

= 1,2 + 2,213 = 3,413 meter

d. Tegangan yang terjadi pada pipa pesat d.1. Perletakan

Pada perletakan akan terjadi momen maksimum yang terjadi karena berat dari pipa dan air sepanjang jarak dari perletakan. Sehingga dari perencanaan diusahakan agar nilai dari jarak perletakan tidak akan memberikan tegangan yang melebihi tegangan ijin baja. Untuk berat pipa per meter adalah:

Gs = 0,25π{(D+2δ)² - D²} . γbaja

= 0,25π{(2,286+2 . 0,009)² - 2,286²} 7.850 = 50938,33 kg/m

Untuk air per meter adalah: Gw = 0,25π x D² x γw

= 0,25π x2.286² x 1.000 = 4104,331 kg/m

Sehingga momen maksimum yang didapat

adalah: M= Gs + Gw) . ( b cos

= 50938,33 4104,331) . ( 10 cos 12°

= -32662,75kgm dimana :

M = Momen maksimum (kgm) b = jarak perletakan (m) Gs = Berat pipa per meter (kg/m) γw = massa jenis air 1000 (kg/m³) Gw = Berat air per meter (kg/m) γbaja = massa jenis baja 7850 (kg/m³)

= sudut kemiringan Momen perlawanan yang terjadi :

S = I

D + 2δ)

(D)

D + 2δ)

= . . , (2,286)

2,286 + 2. 0,009)

= 0,0365 cm3 dimana :

S = Momen perlawanan (cm3) I = Momen Inersia pipa (cm4) D = Diameter pipa (cm) δ = Tebal pipa pesat (m)

Sehingga tegangan yang terjadi adalah :

σ M

Sσ

,

,16. 10

894869,863 16. 10 .Benar d.2. Perubahan temperatur

Tegangan yang terjadi karena perubahan temperatur adalah :

σ = E . λ . t < σ

= 2,1. 106 . 1,2 . 10-5 . 20 < 16. 10 = 504 < 16. 10 .............Benar

dimana : E= Modulus elastis baja (2,1. 106 kg/cm2) λ= 1,2 . 10-5/°C t = perubahan temperatur (dianggap suhu kamar = 20°C) d.3. Pergeseran pipa dan perletakan

Pergeseran disebabkan karena terjadinya pemuaian dan penyusutan pada bagian perletakan. Sebelum mendapatkan nilai tegangan yang terjadi perlu dicari nilai yang lain, yaitu: Gaya geser pada perletakan

F f Gs Gw cos β 0,5 50938,33 4104,331 cos 12° = -23223.98 kg

Luas tebal pipa

A = π 2 D

= π 2,286 2 . 0,009 2,286

= 0,0649 m2

Titik tangkap gaya geser

a = R . 2R sinθ

R

- 14 -

= 1,143 . sin45

= 0,0216 m dimana :

F = Gaya geser pada perletakan (kg) f = Koefisien gesek pipa A = Luas tebal pipa (m2) a = Titik tangkap gaya geser (m) S = Momen perlawanan (kgm) D = Diameter pipa (m) δ = Tebal pipa pesat (m) R = Jari – jari pipa (m) � = 0,5 sudut perletakan

Sehingga tegangan yang terjadi adalah :

σ =∑ F

A

∑ F . a

=,

,

, . ,

,

= -371586.0329 < 16. 10 .............Benar

d.4. Berat pipa kosong Tegangan tekan yang diakibatkan dari

pipa miring adalah:

σ = ∑ Gs

Dδ

= ° . 50938,33

. 2,286 . 0,009

= -422868.0213 < 16. 10 .............Benar

dimana : Gs = Berat pipa per meter (kg/m) δ = Tebal pipa (m) D = Diameter pipa (m) = Sudut kemiringan

d.5. Expantion joint

Tegangan yang diakibatkan tekanan air pada expantion joint adalah:

σ = F

Dδ

f Pa π D e

Dδ

f Pa e

δ

= 0,25 2790 . 0,2

0,009

= 15500 < 16. 10 .............Benar

dimana : f = Faktor koefisien diambil sebesar 0,25 e =Lebar packing Pa = Tekanan air = γw .Heff (kg/m2) δ = Tebal pipa (m)

d.6.Gaya tekan pada pipa sambungan Tegangan pada pipa sambungan ini

dapat diketahui, yaitu:

σ = D

Dδ

= . ,

,

= 5580 < 16. 10 .............Benar dimana : Pa= Tekanan air = γw .Heff (kg/m2) δ(bruto) = 2 δ(netto) (m) δ(netto) = Tebal pipa (m)

4.3.5.Perencanaan turbin

a. Pemilihan jenis turbin Pada perencanaan PLTMH ini turbin yang

digunakan adalah turbin kaplan dengan tinggi jatuh sebesar2-3 meter. bekerja dengan efisiensi sekitar 80%, maka dari hasil penelitian dari Entec Consulting & Engineering Switzerland nilai putaran spesifik 60

Sehingga dari rumus putaran spesifik (Ns), dapat diketahui nilai putaran jenis turbin (N), yaitu:

Ns = N√P

Heff5/4

60 = N24,64

6,755/4

60 = N x 0,456

N = 60

0,456 131 rpm

dimana : Ns = Putaran spesifik turbin (rpm)

P = Daya Listrik (HP) N = Putaran jenis turbin (rpm)

Heff = tinggi jatuh efektif (m)

Dengan putaran jenis turbin yang telah diketahui dan dari daftar standar kecepatan putar sinkron, jumlah katup dan frekwensi yang digunakan yaitu:

N = 120 f

p

131 = 120 f

p

1,092 = f

P

Dengan cara coba-coba dari tabel 2.2. didapat nilai frekwensi (f) 50 Hz dan jumlah katup (P) 56. 4.4. Estimasi kehilangan Energi

4.4.1. Kehilangan energi karena saringan kasar Posisi saringan kasar berada sebelum pipa

pesat, sehingga kehilangan energi yang terjadi tidak mengurangi tinggi yang ada. Hanya saja nilai ini digunakan untuk memberikan gambaran tentang pengaruh dari saringan kasar terhadap muka air di hulu. Dengan digunakan profil bulat dengan diameter 1 cm dan jarak 10 cm, kehilangan energi yang terjadi adalah:

h φ

sin

1,79,

,

,

. ,sin 70°

= 0,000232 m dimana : Hr = Kehilangan energi sepanjang pipa ( m )

φ = Koefisien profil s = Lebar profil dari arah aliran (m) b = Jarak antar profil saringan ( m ) v = Kecepatan aliran ( m/dt ) g = Gravitasi bumi, diambil 9,81 m/dt² α = Sudut kemiringan saringan

Gambar 4.4. Posisi dan bentuk profil saringan

- 15 -

Tabel 4.4. Nilai koefisien profil saringan Profil a b c d e f g

φ 2,42 1,83 1,67 1,03 0,92 0,76 1,79

4.4.2.Kehilangan energi pada entrance

Kehilangan energi pada entrance ini tergantung dari bentuk mulut. Nilai dari koefisien masukan dari bentuk mulut entrance dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 4.5. Nilai koefisien bentuk mulut entrance

No. Entrance Condition Loss Condition Ke Max. Min. Average

1 Gate in thin wall-unsuppressed contraction

1,80 1,00 1,50

2 Gate in thin wall-bottom and side suppressed

1,20 0,50 1,00

3 Gate in thin wall-corners rounded

1,00 0,10 0,50

4 Square cornered entrances 0,70 0,40 0,50

5 Stighly rounded entrances 0,60 0,18 0,25

6 Fully rounded entrance r/D ≥ 0.15

0,27 0,08 0,10

7 Circular bellmouth entrances

0,10 0,04 0,05

8 Square bellmouth entrances 0,20 0,07 0,16

9 Inward projecting entrances 0,93 0,56 0,80

Direncanakan bentuk mulut adalah circular

bellmouth entrances dengan koefisien rata-rata sebesar 0,05 Sehingga nilai kehilangan energi adalah:

H K .

0,05.,

. ,

= 0,0081 m dimana : He = Kehilangan energi pada entrance ( m ) Ke = Koefisien bentuk mulut

Δv= Selisih kecepatan sebelum dan sesudah entrance ( m/dt )

g = Gravitasi bumi, diambil 9,81 m/dt² Direncanakan bentuk mulut adalah circular

bellmouth entrances dengan koefisien rata-rata sebesar 0,05 Sehingga nilai kehilangan energi adalah:

H K .

0,05.,

. ,

= 0,0081 m dimana :

He = Kehilangan energi pada entrance ( m ) Ke = Koefisien bentuk mulut Δv = Selisih kecepatan sebelum dan sesudah entrance ( m/dt ) g = Gravitasi bumi, diambil 9,81 m/dt²

4.4.3.Kehilangan energi karena gesekan sepanjang pipa

Untuk menentukan nilai f ( koefisien gesek ) dapat digunakan diagram moddy. Sebelum menentukan harga f terlebih dahulu harus dicari angka Reynold ( Re ) dari

aliran tersebut yang dapat dirumuskan; .

, dan

koefisien kekasaran bahan ( ε ). Dalam hal ini angka kekasaran bahan diambil 46. 10-6m, sedangkan v adalah viskositas yang harganya tergantung dari suhu air yang ada. Dalam perhitungan ini dianggap bahwa suhu air adalah 20° C sehingga harga viskositas kinematisnya 4,41x10-7 m2/dt

H f .LD

.v2g

0,0128 .,

.,

. ,

= 0,037 m dimana : Hf= Kehilangan energi sepanjang pipa ( m )

f= Koefisien gesek pipa v= Kecepatan pada pipa ( m/dt ) g= Gravitasi bumi, diambil 9,81 m/dt² D= Diameter pipa ( m ) 4.5. Perhitungan Energi Listrik Energi listrik total yang didapat dalam satu tahun dibagi dalam tiga perhitungan. Perhitungan pertama berdasarkan pada Q80 selama 80% dari satu tahun. Sedangkan 10% selanjutnya direncanakan diantara Q80 dan Q90, 10% sisanya diantara Q90 dan Q100. Sehingga pembagian tersebut pada duration curve adalah Gambar 4.5. Duration Curve untuk mencari debit andalan

Efisiensi yang digunakan adalah : efisiensi turbin (ηt) = 0,8 efisiensi generator (ηg) = 0,95 efisiensi transformator (ηtr) = 0,95 sehingga efisiensi total yang digunakan adalah: ηtot = 0,8 x 0,95 x 0,95 = 0,722 Dengan menggunakan Heff = 3,10 – 0,310= 2,79 m daya yang didapatkan adalah: D80 =9,8 x ηtot x Q80 x Heff

=9,8 x 0,722 x 16,970 x 2,79 =335,003 kW D90 =9,8 x ηtot x Q90 x Heff

=9,8 x 0,722 x 18,891 x 2,79 =372,925 kW

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Deb

it m3/de

tik

Probabilitas

Duration Curve

- 16 -

D100=9,8 x ηtot x Q100 x Heff

=9,8 x 0,722 x 6,143 x 2,79 =121,268 kW

Energi yang diperoleh adalah : E1 = D80 x 80% x 366 x 24 = 335,003 x 80% x 366 x 24 = 2.354.133 kWh E2 = (D80+D90)/2 x 80% x 366 x 24 = (335,003 + 372,925)/2 x 10% x 366 x 24 = 310.921 kWh E3 = (D90+D100)/2 x 80% x 366 x 24 = (372,925 + 121,268)/2 x 10% x 366 x 24 = 217.049 kWh Jadi energi keseluruhan yang diperoleh : Etotal= E1 + E2 + E3

= 2.354.133 + 310.921 + 217.049 = 2.882.103 kWh

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dibangunnya pembangkit listrik tenaga mikrohidro pada bendung gerak Mlirip ini merupakan salah satu alternatif dalam pembuatan PLTMH yang berfungsi untuk mengatasi krisis energi. Dengan perencanaan sebagai berikut :

1. Analisa Debit Dari data debit irigasi 10 harian selama 10 tahun

terakhir didapat debit andalan yang bisa digunakan sebagai PLTMH adalah sebesar 16,970 m3/detik .

2. Perencanaan Bangunan Pembangkit Saluran pengarah

Lebar = 5,5 meter Kedalaman air = 0,42 meter Panjang = 5 meter

Saluran terbuka Lebar = 5,5 meter Panjang = 15 meter Kemiringan (ib) = 0,0016

Pipa pesat Diameter = 90” atau 2,286 meter Kecepatan aliran = 2,067 m/detik Tebal = 9 mm

Turbin Jenis Turbin = Kaplan Low

Head Series Putaran spesifik turbin = 60 rpm Putaran jenis turbin = 131 rpm Frekwensi = 50 Hz Jumlah katup = 56

Estimasi Kehilangan Energi Saringan = 0,000232 meter Mulut entrance = 0,0081 meter Gesekan pipa = 0,037 meter Total kehilangan energi = 0,045 meter

3. Kapasitas Tenaga Air

Dengan perkiraan tinggi jatuh efektif awal sebesar 2,79 meter dan menghasilkan daya 463,994 kW, tetapi setelah dihitung menghasilkan daya 335,003 kW atau 2.882.103 kWh/th.

5.2. Saran Dalam pengerjaan tugas akhir ini masih jauh dari

sempurna, dikarenakan literatur yang tentang PLTMH masih terbatas, dan beberapa batasan sengaja diambil

karena terbatasannya waktu untuk mengerjakan tugas akhir ini.

Sehingga adanya literatur terbaru, penyelidikan lebih lanjut dan terperinci dapat menunjang pengerjaan ini untuk mendapatkan hasil yang lebih baik lagi.