PEMANFAATAN KEHILANGAN ENERGI PADA BANGUNAN TERJUN ( B.Sb.2b) UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO

(STUDI KASUS SALURAN IRIGASI SEKUNDER SEBAUNG, DI PEKALEN, PROBOLINGGO )

Nama Mahasiswa : Fathur Rahman NRP : 3108 100 628

Jurusan : Teknik Sipil FTSP-ITS Secara umum potensi listrik yang bersumber dari energy terbarukan pada desa-desa Indonesia

cukup besar dan belum dimanfaatkan secara optimal, dimana salah satunya adalah sumber energy tenaga air. Kota Probolinggo mempunyai potensi tenaga air yang cukup besar. Pekalen adalah salah satu daerah irigasi di Jawa Timur memiliki beragam bangunan irigasi.. Daerah Irigasi Pekalen merupakan sistem yang sangat kompleks. Salah satunya adalah di DI Pekalen yang banyak menggunakan bangunan terjun karena memiliki perbedaan kemiringan lahan dengan rencana yang cukup besar. Sebagai studi kasus diambil Saluran Sekunder Sebaung.

Beda tinggi saluran tersebut dapat dimanfaatkan perbedaan ketinggian sebesar 5,215 m dan debit sebesar 0,400 m3/dt.Dengan menggunakan jenis turbin crossflow tipe X-Flow T-15 D300 Low Head Series, dari beda head ini berpotensi menghasilkan daya sebesar 92146,1 kWh per tahun yang direncanakan dapat memenuhi kebutuhan 78 rumah.

Kata Kunci : Mikrohidro, energi alternatif, bangunan irigasi, pembangkit, listrik PENDAHULUAN

Kabupaten Probolinggo merupakan salah

satu Kabupaten yang terletak di Provinsi Jawa Timur, Secara topografi Kabupaten Probolinggo mempunyai ciri fisik yang menggambarkan kondisi geografis, terdiri dari dataran rendah pada bagian utara, lereng-lereng gunung pada bagian tengah dan dataran tinggi pada bagian selatan, dengan tingkat kesuburan dan pola penggunaan tanah yang berbeda.

Sedangkan jumlah sungai yang ada di wilayah Kabupaten Probolinggo antara lain terdiri dari Sungai Pekalen, Pancarglagas, Krasak, Kertosuko, Rondoningo, Pendil, Gending, Banyubiru, Ronggojalu, Kedunggaleng dan Patalan. Sungai-sungai yang mengalir di wilayah Kabupaten Probolinggo tersebut sangat dipengaruhi oleh iklim yang berlangsung tiap tahun. Pekalen sebagai salah satu daerah irigasi di Jawa Timur memiliki beragam bangunan irigasi. Jaringan Irigasi Pekalen memiliki areal 686 ha. Daerah Irigasi Pekalen merupakan sistem yang sangat kompleks.

Potensi-potensi yang ada dalam tiap bangunan irigasi tampaknya belum termanfaatkan dengan maksimal. Jika ditelaah lebih jauh ada hal-hal yang sebenarnya bisa dimanfaatkan namun terbuang sia-sia. Salah satunya adalah kehilangan energi pada bangunan terjun dan pada saluran. Fungsi utama dari

bangunan terjun adalah sebagai penyesuai dari kemiringan medan yang terlalu besar dari kemiringan rencana saluran. Penyesuaian tersebut diikuti dengan terjadinya penurunan tinggi energi. Pada saluran terjadi akibat adanya perbedaan ketinggian di hulu dan di hilir saluran. Beda ketinggian dan debit yang mengalir akan menghasilkan energi, namun belum dimanfaatkan. Kehilangan energi inilah yang dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik dengan tenaga air.

Salah satunya adalah di DI Pekalen yang banyak menggunakan bangunan terjun karena memiliki perbedaan kemiringan lahan dengan rencana yang cukup besar. Sebagai studi kasus diambil Saluran Sekunder Sebaung. Terdapat bangunan bagi sadap, dan dilengkapi bangunan terjun 5,215 m. Sehingga perbedaan ketinggian tersebut menyebabkan kehilangan energi yang terjadi cukup besar.

PLTA merupakan sumber tenaga listrik yang dapat diperbarui (renewable) dan bebas dari polutan (white energi). Berbeda dengan pembangkit listrik dengan bahan bakar fosil, yang digunakan bukan materinya namun hanya energi potensialnya saja. Sehingga massa air akan tetap baik sebelum masuk ataupun saat keluar sistem pembangkit listrik. Air sebagai materi pembangkit listrik juga merupakan proses bersih dan bebas dari polutan.

2

1.2. Rumusan Masalah

1. Berapa besar debit yang direncanakan? 2. Berapa tinggi efektif yang diperoleh? 3. Desain Bangunan Sipil yang diperoleh? 4. Berapa besar kehilangan energi yang

terjadi? 5. Berapa tenaga listrik yang dapat

dihasilkan? 6. Berapa energi yang didapat dari

PLTMH tersebut?

1.3. Batasan Masalah

1. Asumsi bahwa air irigasi yang digunakan bebas dari sampah dan benda hanyut yang lain.

2. Masalah kerusakan saluran yang akan mempengaruhi debit tidak dibahas.

3. Tidak dilakukan penghitungan secara detail pada konstruksi sipil.

4. Tidak dilakukan penghitungan secara detail pada perangkat pembangkit.

5. Tidak membahas masalah kebisingan yang ditimbulkan dari pusat listrik thermal.

6. Besarnya listrik yang dihasilkan hanya 1 unit PLTMH, dan tidak menutup seluruh kekurangan pasokan listrik.

1.4. Tujuan

1. Dapat diketahui besar debit rencana 2. Dapat diketahui beda ketinggian 3. Dapat diketahui cara mengatasi kendala

tersebut 4. Dapat menetukan desain dari bangunan

sipil yang digunakan 5. Dapat mengetahui besar kehilangan

energi yang terjadi 6. Dapat diketahui tenaga listrik yang

dapat dihasilkan 7. Dapat diketahui energi yang didapat dari

PLTMH

1.5. Manfaat

Dengan memanfaatkan kehilangan energi pada bangunan irigasi sebagai pembangkit listrik akan menjadi alternatif solusi bagi keadaan krisis energi khususnya listrik.

Dengan penggunaan energi yang terbuang dari bangunan irigasi dapat memberikan manfaat yang lebih optimal.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 ANALISA DEBIT

Debit yang tersedia merupakan debit pada saluran irigasi. Debit andalan adalah debit yang dapat diperhitungkan untuk keperluan tertentu ( irigasi, air minum, PLTA ) untuk pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Namun perlu diperhatikan untuk mengambil data-data debit pada saluran irigasi sebaiknya minimal selama 15 tahun dan merupakan data terbaru.

Menghitung probabilitas tiap kelas dengan perumusan California

T nm

(2.1)

P T

mn (2.2)

(2.3)

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

Selanjutnya data debit tersebut disajikan dalam bentuk grafik hubungan debit dengan probabilitas yang disebut dengan duration curve. Dalam perencanaan PLTMH debit yang digunakan yaitu debit andalan 80%. Yaitu besar debit minimal yang tersedia dalam kurun waktu 80% dari satu tahun.

2.2.PERENCANAAN TENAGA AIR

2.2.1 Pengertian dan prinsip PLTM

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah suatu bentuk perubahan tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan menggunakan turbin air dan generator. oleh karena itu berhasilnya pembangkitan tenaga air tergantung dari pada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara efektif dan ekonomis.

2.2.2 Tinggi jatuh efektif

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=HBru-Hlosses

3

Dimana : Hbruto = tinggi bruto Hlosses= tinggi dari tekan air yang hilang

2.2.3 Daya terpasang

Sebuah skema hidro memerlukan dua hal yaitu debit air dan ketinggian jatuh (biasa disebut „Head‟) untuk menghasilkan tenaga yang bermanfaat. Ini adalah sebuah sistem konversi tenaga, menyerap tenaga dari bentuk ketinggian dan aliran, dan menyalurkan tenaga dalam bentuk daya listrik atau daya gagang mekanik. Tidak ada sistem konversi daya yang dapat mengirim sebanyak yang diserap dikurangi sebagian daya hilang oleh sistem itu sendiri dalam bentuk gesekan, panas, suara dan sebagainya.

Perhitungan daya listrik pada sistem PLTMH

P = 9,8 x Heff x Q (kW) Dimana :

P = Tenaga yang dikeluarkan secara teoritis H = Tinggi air jatuh efektif (m) Q = Debit Pembangkit (m3/det) 9,8 = Percepatan grafitasi = 9,81m/s2

2.3. Perencanaan Bangunan Pembangkit

2.3.1. Bangunan Pelimpah

2.3.1.1. Pelimpah

Bangunan pelimpah diperlukan untuk melimpahkan kelebihan debit yang tidak terpakai dari PLTMH.

a1. pelimpah tipe mercu ogee

Gambar 2.1. Bentuk-bentuk bendung mercu

Ogee (U.S.Army Corps of Engineers,Waterways Experimental Stasion)

a2. pelimpah Tipe Bulat:

Pelimpah tipe bulat. Tipe ini biasanya dipilih karena lazim dan mudah pengerjaannya.

Gambar 2.2. Bendung Mercu Bulat

2.3.2. Saluran Pengarah

Saluran pengarah direncanakan untuk mengalirkan air dari saluran irigasi menuju ke bak pengendap sedimen, sebesar debit andalan dengan perhitungan sebagai berikut:

Q = A x v

karena saluran merupakan saluran persegi maka:

Q = (b x h) x n

R S

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

m = kemiringan tebing saluran

2.3.3. Bak pengendap

Bak penegendap diperlukan apabila besarnya dimensi butir sedimentasi yang terjadi pada saluran existing lebih besar daripada dimensi butir sedimen maksimum yang diijinkan. Bak pengendap direncanakan berdasarkan fungsi bahwa dengan kecepatan endap partikel (ω) dan kecepatan air (v) harus mencapai dasar saluran. Maka selama waktu (h ω) yang iperlukan untuk mencapai dasar, akan berpindah secara horizontal sepanjang jarak L dalam waktu L/v.

4

Gambar 2.10. Skema bak pengendap

2.3.4. Perencanaan Pipa Pesat

Pipa pesat adalah suatu pipa tekan yang berfungsi untuk mengalirkan air dari embung atau langsung dari head race tunnel ke turbin. Selain itu juga menjaga besarnya debit yang mengalir agar konstan. 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 hal perencanaan pipa pesat ini hal-hal yang perlu diperhatikan adalah:

a. Diameter pipa pesat b. Tebal pipa pesat c. Posisi pengambilan d. Tegangan-tegangan yang terjadi

pada pipa pesat

2.3.4.1. 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 :

√ (2.17) dimana :

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

2.3.4.2. Perencanaan tebal pipa pesat

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

Dan Po adalah:

Po γ . Heff dimana :

δ Tebal pipa pesat (m) Po = Tekanan yang terjadi pada pipa (kg/m2) γ massa jenis air (kg m³)

d = Diameter pipa (m) θ =Koefisien kekuatan

sambungan las (0,9) ζ baja = tegangan ijin baja (kg/m2)

2.3.4.3. Tegangan yang terjadi pada pipa

pesat

a. 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.

Momen maksimum pada pipa diambil sebesar :

M

Gs Gw) . ( b

Dengan : Gs 0, 5.π{(D δ)² - D²} . γbaja Gw 0, 5.π .D².γw

dimana :

M = momen maksimum (kgm) b = jarak perletakan (m) Gs = berat pipa sepanjang b (kg/m) γw = massa jenis air 1000 (kg/m³) Gw = berat air sepanjang b (kg/m) γbaj a= massa jenis baja 7850 (kg/m³) P = sudut kemiringan

Momen perlawanan potongan pipa adalah :

S D δ )

(D)

D δ )

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

b. Kontrol Lendutan

Lendutan yang terjadi (Δ) 5

x Gs x

E x I

Lendutan ijin (Δijin)= L 0

Dimana: G = Berat beban (kg/m) E = Modulus elastisitas 2,1 x 106 kg/cm2 I = Momen inersia (cm4)

5

c. 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 :

ζ E . . t ζ

dimana : E = modulus elastis baja = 1,2 . 10-5/°C t = perubahan temperatur

d. Pergeseran pipa dan perletakan Perubahan temperatur menyebabkan

pipa akan berubah menjadi lebih panjang atau pendek yang menimbulkan pergerakan (bergeser) pada perletakannya. Gaya geser maksimum terjadi bila benda pada keadaan hendak bergerak dan selama bergerak.

Perumusan yang digunakan adalah : ζ ∑F

∑F . a

dimana:

F f (Gs Gw)

π{ D }

a R . R sin R

β 0,5 sudut perletakan 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)

e. Berat pipa kosong

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

ζ ∑Gs Dδ

dimana : Gs = berat pipa sepanjang b (kg/m) δ = tebal pipa (m) D = diameter pipa (m) Β = sudut kemiringan

f. Expantion joint

Tekanan air mengakibatkan gaya tekan

pada expantion joint, yaitu pada alat sambungan. Perumusan tegangan ini adalah :

ζ F

Dδ

fPa π D e Dδ

f Pa e

δ

dimana :

f = faktor koefisien diambil sebesar 0,25 e = lebar packing Pa tekanan air γw .Heff (kg m ) δ = tebal pipa (m)

g. Gaya tekan pada pipa sambungan

Perumusan tegangan yang diakibatkan gaya ini adalah:

ζ D

Dδ

dimana : Pa = tekanan air γw .Heff (kg m )

δ(bruto) δ (netto) (m) δ(netto) tebal pipa (m) 2.3.5. Perencanaan Bak penyaring

Besaran diameter sedimen yang diijinkan masuk melewati turbin ditentukan untuk menjaga kinerja turbin tetep optimal terjaga. Batasan diameter sedimen ditentukan menurut jenis PLTA yang akan direncanakan yaitu:

0,2 – 0,5 mm …. PLT tekanan rendah 0,1 – 0, mm ….PLT tekanan tinggi 0,01- 0.05 mm … PLT tekanan tinggi

(O.F. Patty. “Tenaga ir, 1995)

2.3.6. Perencanaan posisi pengambilan

Sehingga didapat :

(2.33)

dimana : MOL = Minimum operational level (m) D = diameter pipa pesat (m) v = kecepatan di saluran(m/detik) g = percepatan gravirasi (m/detik2) 2.3.7. Perencanaan Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari

6

jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu : Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head)

dan debit yang akan dimanfaatkan untuk Faktor daya (power) yang diinginkan

berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.

Kecepatan (putaran) turbin akan ditransmisikan ke generator.

Pengelompokan Turbin

Jenis Turbin

High Head

Medium Head Low head

Turbin Impuls

Pelton Turgo

Crossflow Multi-Jet

Pelton Turgo

Crossflow

Turbin Reaksi Francis Propeler

Kaplan

Tabel 2.3. Daerah Operasi Turbin Jenis Turbin Variasi Head, m Kaplan dan Propeller 2 < H < 20 Francis 10 < H < 350 Pelton 50 < H < 1000 Crossflow 5 < H < 100 Turgo 50 < H < 250 Pemilihan turbin didasarkan pada head air dan Debit

Water Turbine Chart

( Sumber: Layman's Guide on how to develop a small micro-hydro site)

2.4 Estimasi Kehilangan Energi

2.4.1. Kehilangan energy karena saringan

kasar

Saringan kasar digunakan untuk menghindarkan sampah maupun benda-benda hanyut lain yang ikut dalam aliran air yang berpotensi untuk menyumbat pipa pesat dan mengganggu kerja turbin. Saringan akan mengurangi energi yang tergantung dari profil, jarak dan sudut kemiringan yang digunakan. Sehingga dapat digunakan perumusan:

(

)

Dimana: Hr= Kehilangan energi sepanjang pipa (m) θ Koefisien profil s=lebar profil dalam arah aliran (m) b= jarak antar profil saringan (m) v= kecepatan aliran (m/dt) g= gravitasi bumi (9,81 m/dt2) α sudut kemiringan saluran

Gambar 2.27. Posisi dan bentuk profil saringan

Tabel 2.5. 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

2.4.2. Head Losses pada Entrance

Perumusan yang digunakan untuk menghitung kehilangan energi pada entrance ialah :

(2.38)

(R.S. Varsney,”Hidro Power Structure”, nd edition, 1977)

Tabel 2.6 Nilai koefisien bentuk entrance

7

2.4.3. Head Losses Gesekan sepanjang pipa

Pada dinding-dinding pipa terdapat gesekan yang dapat memperkecil energy. Besarnya kehilangan energi selain dari panjang pipa juga tergantung dari nilai lainya. Sehingga Kehilangan energi akibat gesekan di dalam pipa pada umumnya dipakai persamaan Darcy-Weisbach. Sehingga diambil rumusan:

f

(2.39)

Dimana:

Hf =Kehilangan energy akibat gesekan (m) f = koef gesek pipa V = kecepatan aliran pada pipa (m/dt) g = gravitasi bumi (9,81 m/dt2) D = diameter pipa (m)

2.4.4. Kehilangan energy karena Belokan

Pada bagian-bagian tertentu terdapat belokan pipa yang bertujuan untuk menyesuaikan dengan kontur maupun geometri dari tempat pemasangan pipa pesat. Kehilangan energi pada bagian ini dapat dirumuskan:

guKH bL 2

2

(2.40)

Harga koefisien kehilangan tinggi energi pada belokan

2.3. Perhitungan Energi listrik

Perhitungan daya listrik pada sistem PLTMH E= P x t (2.41)

dengan P γ x g x Qandalan x H eff x ∑η (2.42)

γ x g x Q x Heff x ηt x ηg Dimana:

E = Energi Listrik ( kWH ) P = daya yang dihasilkan generator ( kW ) γ = massa jenis air (1 t/m3) ηt = efisiensi turbin diambil 0,9 ηg = efisiensi generator diambil 0,95 g = percepatan grafitasi, diambil 9,81 m/dt² Qandalan = debit andalan (m3/dt) Heff = tinggi effektit (m) t = waktu ( jam )

2.4. Analisa Ekonomi

Analisa ekonomi akan dihitung harga satuan listrik per kWh serta nilai kelayakan investasi bila dijual kepada pihak PLN maupun langsung kepada masyarakat sebagai konsumen layanan listrik.

2.6.1. Harga satuan listrik

Harga satuan listrik per kWh akan dihitung dari biaya yang dikeluarkan dan daya yang dihasilkan dalam kurun waktu satu tahun. Investasi awal yang dipinjam dari bank akan dikembalikan dalam tingkat suku bunga tertentu dan dalam jangka waktu yang tertentu pula. Sedangkan biaya pertahun yang dikeluarkan selain pengembalian pinjaman ke bank juga tergantung dari besarnya operasional dan perawatan.

Energi yang dihasilkan merupakan energi komulatif yang digunakan oleh baik oleh PLN maupun masyarakat. Namun perhitungan energi untuk masyarakat harus diperhitungkan nilai efisiensi jaringan.

Biaya per kWh didapatkan dalam beberapa perhitungan sebagai berikut: Biaya pengembalian pinjaman per tahun :

= (Capital Recovery Factor) x (Biaya pembangunan) Biaya pengeluaran per tahun :

= (biaya pengembalian pinjaman) + (biaya operasional dan perawatan) Energi per tahun:

=(efisiensi jaringan) x (energi kom.) x (total hari) Biaya per kWh:

2.6.2. Kelayakan nilai jual

Diperkirakan kebutuhan listrik rata-rata warga, sehingga dapat menjadi acuan dari kebutuhan energi per bulan. Sehingga dapat diketahui jumlah konsumen listrik yaitu :

8

Jumlah konsumen listrik :

Digunakan beberapa perbandingan

biaya perbulan dengan pembagian golongan berdasar tari PT PLN, baik secara subsidi maupun tidak.

Tabel 2.8. Tarif dasar listrik untuk keperluan Rumah Tangga

Catatan:

*) Diterapkan Rekening Minimum (RM): RMI = Daya tersambung (kVA) x Biaya

pemakaian Sumber :

Peraturan Menteri ESDM, 2010

Jika dijual kepada pihak PLN, maka tarif pemakaian didasarkan pada Biaya Pokok Penyediaan (BPP). Berdasarkan PT.PLN 2010, BPP untuk pelanggan bertegangan tinggi Rp. 1.069 per kWh,BPP bertegangan menengah Rp. 781 per kWh, dan BPP pelanggan bertegangan rendah yaitu Rp.673 per kWh.

Dengan penerapan PLTMH didapat biaya per bulan yang dibagi dalam 2 macam biaya : - Biaya beban (Rp/kW/bulan) ditetapkan hanya untuk menutup biaya pembangunan sistem jaringan. . - Biaya pemakaian (Rp/kWh) dihitung berdasarkan biaya operasional dan pemeliharaan.

Sehingga dapat dihasilkan perbandingan setiap perhitungan dengan cara :

Golongan = Biaya PLN – Biaya PLTMH

BAB III

METODOLOGI

3.1 SURVEY PENDAHULUAN

Dilakukan untuk mengenal dan mengidentifikasi dari seluruh permasalahan

yang ada di lapangan dan membantu sebagai acuan dan gambaran awal dari daerah yang akan ditinjau.

Meninjau daerah studi Wawancara petugas dan warga sekitar

tentang kondisi dan sejarah bangunan irigasi

3.2 STUDI PUSTAKA

Melakukan studi literatur tentang teknologi mikrohidro untuk mengetahui langkah – langkah yang pernah dilakukan atau terkait dengan studi yang dilakukan agar mendapat bahan acuan yang tepat dalam penyusunan Tugas Akhir ini sesuai dengan tahapan – tahapan yang benar. Bahan acuan didapat dari berbagai buku dan sumber referensi yang lain yang mendukung.

9

3.3 Pengumpulan Data

Data yang digunakan dalam penulisan ialah data primer dan data sekunder. Data primer diperoleh dari pengukuran langsung di lapangan, seperti data diameter sedimen dan pengukuran kondisi existing.

Data sekunder adalah data yang diperoleh secara tidak langsung berupa catatan maupun hasil penelitian dari pihak lain. Adapun data-data tersebut meliputi:

Skema DI Pekalen Hilir dan Sal. Sekunder Sebaung.

Data debit pada saluran irigasi Data ketinggian muka air dan dimensi

saluran Data elevasi dan kondisi geografi

3.4. ANALISA DAN PERHITUNGAN

Langkah berikutnya setelah data terkumpul adalah tahap analisa dan perhitungan yang meliputi:

1. Analisa Debit Andalan 2. Perencanaan kemampuan tenaga air 3. Perencanaan dan Perhitungan Bangunan

Pembangkit 4. Perhitungan Kehilangan Energi 5. Analisa Produksi Listrik 6. Analisa Ekonomi

3.5. KESIMPULAN DAN SARAN

Merupakan hasil dari analisa dan jawaban akan permasalahan yang ada.

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1. Debit Andalan Debit yang digunakan dalam analisa

debit andalan ini merupakan data debit 10 harian selama 15 tahun. Langkah perhitungan adalah: 1. Mengurutkan data dari terkecil sampai

terbesar 2. Menghitung jumlah data yaitu sebesar n=540 3. Menentukan jumlah/banyaknya kelas data

yang diperlukan (k) k = 1 + 3,3 log n k , log 0, 0 ≈ 0

4. Menentukan rentangan/wilayah data (R) R = Data tertinggi – Data terendah R = 1122 – 215 = 907

5. Mencari lebar interval kelas (C) C R k 907 0 90,70 ≈ 9

6. Merangking data debit dari terbesar sampai dengan terkecil dan menghitung frekuensi data sesuai dengan kelas interval

7. Menghitung probabilitas untuk masing – masing data P

Keterangan : P = Probabilitas (%) m = Nomor urut Frekuensi n = Frekuensi Total

Tabel 4.2. Probabilitas debit

Membuat grafik duration curve (debit dan probabilitas) dari hasil perhitungan diatas untuk mencari besarnya debit andalan.

Gambar 4.1 Duration Curve

4.2. Perencanaan Kemampuan Tenaga Air

Kapasitas daya suatu pembangkit listrik selain ditentukan oleh debit yang ada, juga ditentukan melalui tinggi jatuh energi yang terjadi. 4.2.1. Tinggi Jatuh Efektif

Diperoleh dengan menghitung tinggi bruto dikurangi dengan perkiraan kehilangan

Titik FrekuensiTengah Komulatif

1 1033.001 - 1124.000 1078.5005 2 2 0.372 942.001 - 1033.000 987.5005 9 11 2.043 851.001 - 942.000 896.5005 39 50 9.264 760.001 - 851.000 805.5005 19 69 12.785 669.001 - 760.000 714.5005 39 108 20.006 578.001 - 669.000 623.5005 131 239 44.267 487.001 - 578.000 532.5005 81 320 59.268 396.001 - 487.000 441.5005 75 395 73.159 305.001 - 396.000 350.5005 85 480 88.8910 214.001 - 305.000 259.5005 60 540 100.00

Kelas Interval Debit Frekuensi Probabilitas

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Deb

it (l

iter

/det

ik)

Probabilitas (%)

Kurva Duration Curve

10

energi yang akan terjadi. Dalam perencanaan awal diasumsikan kehilangan energi sebesar 10% dari tinggi bruto. Hbruto = +89,345 – (+84,01) = 5,335 m Diperkirakan : Hlosses = 10% x Hbruto

= 10% x 5,335 = 0,5335 m Sehingga tinggi jatuh efektif diperkirakan sebesar: Heff = HBruto - Hlosses Heff = 5,335 – 0,5335 Heff = 4,8015 m 4.2.2. Daya terpasang

Dari tinggi jatung efektif dan debit yang mengalir pada saluran dapat dihitung daya yang dihasilkan sebesar: P = g x Qandalan x H (k ) P = 9, x x P = 18,841 kW Sehingga daya yang terpasang : P‟ P x ηt x ηg x ηtr P‟ 18,841 x 0,70 x 0,80 x 0,95 P‟ 10,023 kW 4.2.3. Perhitungan muka air

Dari data perhitungan muka air dan debit saluran irigasi direncanakan saluran segi empat dan mencari kecepatan aliran, yaitu:

Lebar dasar saluran (B) = 2,25 m Kemiringan Saluran (S) = 0,00740 Koefisien manning (n) = 0,02

Untuk menghitung kecepatan aliran dan debit saluran digunakan rumus:

A= (b . h) P=b . 2h R=A/P V=

⁄

⁄

Q= v . A Sehingga didapat perbandingan kedalaman muka air dan debit sebagai berikut:

Tabel 4.3 Hubungan h dan Q

Dimana : h = Ketinggian muka air (m) A = Luas penampang basah (m2) Q = Debit (m3/dt)

Rating Curve

Dari grafik rating curve didapat kedalaman muka air pada saaat Q80%=Qandalan = 0,685 m 4.3. Perencanaan Bangunan Pembangkit

Debit air yang dimanfaatkan untuk memutar turbin dalam PLTMH ini merupakan debit andalan 80% yaitu sebesar 0,400 m3/dt, Sehingga ketika debit yang terjadi lebih besar daripada debit andalan, maka diperlukan bangunan untuk melimpahkan debit sisa yang tidak terpakai. Tipe pelimpah direncanakan menggunakan pintu baja dan lazim dipakai di Indonesia.

4.3.1 Perencanaan Bangunan Pelimpah

Debit air yang dimanfaatkan untuk memutar turbin dalam PLTMH ini merupakan debit andalan 80% yaitu sebesar 0,400 m3/dt, Sehingga ketika debit yang terjadi lebih besar daripada debit andalan, maka diperlukan

h A P R v Q(m) (m2) (m) (m) (m/dt) (m3/dt)0 0 2.250 0 0 0

0.10 0.225 2.450 0.092 0.012 0.0030.20 0.450 2.650 0.170 0.041 0.0190.30 0.675 2.850 0.237 0.080 0.0540.40 0.900 3.050 0.295 0.125 0.1120.50 1.125 3.250 0.346 0.172 0.1930.60 1.350 3.450 0.391 0.220 0.296

0.685 1.541 3.619 0.426 0.260 0.4000.70 1.575 3.650 0.432 0.267 0.4200.80 1.800 3.850 0.468 0.313 0.5640.90 2.025 4.050 0.500 0.358 0.7261.00 2.250 4.250 0.529 0.402 0.9041.10 2.475 4.450 0.556 0.444 1.0981.20 2.700 4.650 0.581 0.483 1.3051.30 2.925 4.850 0.603 0.521 1.525

0.685

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

h (

me

ter)

Debit (m3/dt)

Rating Curve

11

bangunan untuk melimpahkan debit sisa yang tidak terpakai. Tipe pelimpah direncanakan menggunakan tipe pelimpah yang mudah dibuat dan lazim dipakai di Indonesia yaitu pelimpah ambang tetap dengan tipe mercu bulat. Dimensi pelimpah samping yang akan direncanakan sebatas dimensi mulut pelimpah. Sehingga akan direncanakan penyesuaian tinggi muka air yang akan didapat nilai tinggi energi yaitu:

Dari rating curve diatas didapatkan tinggi air (h) pada saat Q andalan = 0.400 m3/dt adalah sebesar 0.685 m, sehingga tinggi mercu spillway (P) direncanakan sebesar = 0.70 m, maka tinggi mercu spillway (z)direncanakan sebesar 0,25+ 0,70 = 0,95 m.

4.3.1.1. Perhitungan Puncak Pelimpah

Direncanakan Q terpakai = Q andalan = 0,400 m3/dt Q maksimum = 1,204 m3/dt Q outflow = Q maksimum – Q andalan = 1,122 – 0,400 = 0,722 m3/dt Lebar pelimpah (L) = 2,25 m Tinggi mercu pelimpah (z) = 0,70 m Elevasi mercu pelimpah = +89,36 4.3.1.2. Debit Aliran Diatas Mercu

Persamaan tinggi energi debit diatas ambang mercu bulat adalah sebagai berikut:

√

Direncanakan: Lebar efekif bendung (Be) = 2,25 m Tinggi mercu pelimpah (p) = 0,7 m Jari – jari mercu (r) = 0,06 m Maka dapat diketahui besarnya tinggi energi hulu dan debit yang dilimpahkan adalah sebagai berikut: Dicoba pada H1= 0,07 m Pakai Cd=1,48

√

√

=0,105 m3/dt

Tabel 4.4. Debit dan tinggi energi diatas pelimpah

4.3.1.3. Perencanaan Kolam peredam energi

(Stilling Basin)

Pada perencanaan ini akan digunakan kolam peredam energi tipe USBR, Untuk panjang kolam golak type USBR yang dipakai tergantung dari Froude Number (Fr) yang ada. Data – data yang diperlukan: Qo = 0,722 m3/dt B = 2,25 m z = 0,7 +0,3 =1 m h = 0,253 √

√ x 9, x( ,5 - 0,5 x 0, 5 ) = 4,13 m/dt

Qo = A x V1 Qo = (B x d1) x V1 0,722 = (2,25 x d1)x 4,13 d1 = 0,0956 m

Fr v

√gxd

,

√9, x 0,095 ,7

No H1 (m) Elevasi Cd Be (m) Q(m3/dt)1 0 89.36 1.48 2.25 02 0.010 89.37 1.48 2.25 0.0063 0.020 89.38 1.48 2.25 0.0164 0.030 89.39 1.48 2.25 0.0305 0.040 89.40 1.48 2.25 0.0456 0.050 89.41 1.48 2.25 0.0637 0.060 89.42 1.48 2.25 0.0838 0.070 89.43 1.48 2.25 0.1059 0.080 89.44 1.48 2.25 0.128

10 0.090 89.45 1.48 2.25 0.15311 0.100 89.46 1.48 2.25 0.18012 0.110 89.47 1.48 2.25 0.20713 0.120 89.48 1.48 2.25 0.23614 0.130 89.49 1.48 2.25 0.26615 0.140 89.50 1.48 2.25 0.29716 0.150 89.51 1.48 2.25 0.33017 0.160 89.52 1.48 2.25 0.36318 0.170 89.53 1.48 2.25 0.39819 0.180 89.54 1.48 2.25 0.43420 0.190 89.55 1.48 2.25 0.47021 0.200 89.56 1.48 2.25 0.50822 0.210 89.57 1.48 2.25 0.54623 0.220 89.58 1.48 2.25 0.58624 0.230 89.59 1.48 2.25 0.62625 0.240 89.60 1.48 2.25 0.66826 0.250 89.61 1.48 2.25 0.71027 0.253 89.61 1.48 2.25 0.72228 0.260 89.62 1.48 2.25 0.753

12

dengan angka Froude 10,04 kolam olak USBR tipe III Sedangkan untuk mengetahui panjang kolam olak yang sesuai maka besarnya d2 dan L ditentukan dengan Grafik Dengan angka froud 4,73 didapatkan L

d = 2,6

d

d = ( √ F - )

d

0,095 =

( √ - )

d2 = 0, 482 m maka, panjang kolam olak (L) = d2 x 2,6

= 0,482 x 2,7 = 1,25 m

Dimana: Z = tinggi terjun yang dihitung dari mercu

spillway sampai kaki spillway d1 = tinggi arus air yang terdapat di kaki

bendung (m) V1 = adalah kecepatan air di kaki spillway

4.3.2. Perencanaan Saluran Pengarah

Saluran pengarah direncanakan untuk mengalirkan air dari saluran irigasi menuju ke bak pengendap sedimen, Saluran tersebut direncanakan merupakan saluran terbuka yang mengalirkan debit sebesar debit andalan yaitu 0,400 m3/detik. Saluran terbuka berbentuk persegi dari pasangan beton

Tabel 4.6. Data teknis saluran pengarah

Perencanaan Bak Pengendap Sedimen

Air yang dimanfaatkan sebagai PLTMH biasanya mengandung banyak kerikil dan pasir yang membahayakan kerja turbin apabila dibiarkan begitu saja, Bahan endapan yang perlu diendapkan tergantung pada jenis PLTA yang direncanakan. Diameter maksimum yang diijinkan dari jenis PLTA nya adalah: 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

PLTMH masuk ke dalam kategori PLTA bertekanan rendah, sehingga nilai batas diameter sedimen maksimum diambil sebesar 0,2 mm.

4.3.3.1 Perhitungan Kecepatan Kritis

Sedangkan besar kecepatan kritis, nilai kecepatan dimana sedimen dengan diameter tertentu akan bergerak sehingga terjadi pengendapan, menurut Camp adalah: vcr = √ Diambil ukuran partikel maksimum = 0,2 mm, maka vcr = 44√ vcr 9, 7 cm dt ≈ 0, 97 m dt 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

4.3.3.2. Perhitungan Kecepatan Saluran

Dari hasil perhitungan diatas diketahui grafik hubungan h dan Q didapat kecepatan aliran pada saluran yaitu 0,260 m/dt, melebihi dari kecepatan kritis pada sedimen ijin yaitu sebesar 0,197 m/dt. Artinya sedimen yang terangkut dalam aliran air memiliki diameter yang lebih besar atau sama dengan diameter batas yang diijinkan, sebesar 0,2 mm, sehingga dalam PLTMH ini perencanaan bak pengendap sedimen diperlukan.

4.3.3.3. Perhitungan Perencanaan Bak

Pengendap Sedimen

Direncanakan ukuran bak pengendap sedimen berdasarkan: Q andalan = 0,400 m3/dt Diameter butir = 0,2 mm Tinggi air dalam bak (h) = 1,01 m

13

Kecepatan di bak pengendap (vn) harus dibawah kecepatan kritis, diambil = 0,18 m/dt

Tabel 4.7. Data teknis bak pengendap

Notasi Nilai Satuan

h 1,01 m

L 9,12 m B 2,20 m A 2,22 m2 in 0,000037 -

4.3.3.4. Perhitungan Perencanaan Kantong

Pasir

Untuk asumsi awal dalam menentukan kemiringan energi di kantong pasir (is), kecepatan aliran untuk pembilasan diambil 1,5 m/dt.

Debit (Qs) = 0,400 m3/dt Luas permukaan (As) =

m2

≈ 0, 7 m2

Lebar dasar (bs) = 0,8 m Agar pembilasan dapat dilakukan

dengan baik, kecepatan aliran harus dijaga agar tetap subkritis atau Fr < 1

√ =

√ =

Dari diagram Shields dapat diperoleh

diameter partikel yang akan terbilas. η ρ x g x hs x is 000 x 9, x 0, 4 x 0,0106 = 35,263 N/m2 Dengan menghitung η dari diagram Shields dapat diketahui bahwa partikel – partikel yang lebih kecil dari 45 mm akan terbilas pada saat pembilasan.

Gambar 4.5. Kemiringan kantong pasir

Tabel 4.8. Data teknis kantong pasir

Notasi Nilai Satuan

hs 0,34 m

L 9,1 m B 0,8 m A 0,27 m2 iS 0,0106 -

4.3.3.5. Perencanaan Periode Pengurasan

Volume tampungan dari bak pengendap tergantung pada banyaknya sedimen yang masuk dan mengendap sehingga dapat dihitung periode pengurasannya, periode pengurasan adalah:

= 22 hari sekali 4.3.3.6 Efisiensi Pengendapan Kantong Pasir

Dari diagram Camp efisiensi kantong lumpur untuk berbagai diameter sedimen dapat ditentukan, Efisiensi pengendapan fraksi 0,2 mm dapat dihitung sebagai berikut: ω = 0,021 m/dt ω0 = 0,0197 m/dt vn = 0,18 m/dt

=

= 1,06

ωvn

=

= 0,12

Dari grafik Camp, diperoleh efisiensi 0,88

4.3.4.1. Perencanaan Diameter Pipa Pesat

Dalam perhitungan diameter pipa pesat digunakan perumusan USBR, Namun sebelum mengitung besarnya diameter perlu diketahui terlebih dahulu kecepatannya sebagai berikut:

v 0, 5 √ x g x Heff v = 0,125 (2 x 9,81 x 4,80)0,5

v = 1,213 m/dt

Namun kecepatan dalam pipa pesat untuk tinggi efektif yang tidak besar diambil nilai 2 – 3 m/detik. Maka direncanakan nilai 2 m/detik pada pipa pesat, sehingga didapat diameter pipa pesat :

D √Qandalan

0, 5 x π x,v

= √ 0, 000, 5 , π , ,

= 0,648 m Besar diameter pipa baja direncanakan

sesuai dengan diameter yang tersedia di pasaran, Sehingga diameter yang diambil adalah 25 inchi atau sebesar 0,635 meter. Sehingga kecepatan aliran dalam pipa pesat yang terjadi adalah :

14

= 1,26 m/dt 4.3.4.2 Perencanaan Tebal Pipa Pesat

Dalam penentan tebal pipa pesat diperhitungkan gaya akibat tekanan air dalam pipa yang arahnya tegak lurus aliran air, Perhitungan gaya tekan air: Po γ x Heff Po = 1000 kg/ m3 x 4,80 m Po = 4800 kg/ m2 Sehingga tebal pipa pesat adalah: δ Po x D

x θ x ζbaja

δ 0 0 x 0, 5

x 0,9 x 0

δ 0,0000705 m = 0,0705 mm Dimana : δ = Tebal pipa pesat (m) Po = Tekanan yang terjadi pada pipa (kg/m2) D = Diameter pipa (m) = Koefisien kekuatan sambungan las (0,9) ζ baja = tegangan ijin baja (kg/m2)

Sedangkan syarat minimum tebal pipa perlu diperhatikan dimana : Sampai dengan diameter 0, m…… 5 mm Sampai dengan diameter ,5 m…… mm Sampai dengan diameter 2,0 m…… 7 mm

Sehingga diambil ketebalan pipa minimum (δ) 5 mm Dan tebal pipa harus ditambah sekitar 1 – 3 mm untuk cadangan karena karat pada pipa, sehingga dengan penambahan penebalan pipa 1 mm, tebal pipa rencana (δ) adalah: δ 5 mm 4.3.4.3. Tegangan yang terjadi pada pipa

pesat

a.Tegangan Pada 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, 5 x π{(D δ)² - D²} x γbaja

0, 5 x π{(0,635 +2x0,006)² - 0,635²} x

7850 = 94,80 kg/m Untuk berat air per meter adalah: Gw 0, 5x π x D² x γw

0, 5x π x 0,635² x 1000 = 316,531 kg/m Sehingga momen maksimum yang didapat

adalah: M =

Gs Gw) x ( b

,5 ) x (

= - 2191,096 kgm Momen perlawanan yang terjadi :

S= I (D x δ)

x π x (D x δ) -

x π x (D)

x (D x δ)

= x π x (0, 5 x 0,00 ) -

x π x (0, 5)

x (0, 5 x 0,00 )

= 0,001917 m3 Sehingga tegangan yang terjadi adalah : M

= - 9 ,09 0,00 9 7

x 0

= kg m kg/m2 …… ok!

b. Tegangan Karena Perubahan

temperatur Tegangan yang terjadi karena perubahan

temperatur adalah :

ζ E x x t ζ , . 0 x , . 0 -5 x 7 0, kg cm kg/cm2 …..ok!

Dimana : E = Modulus elastis baja (2,1, 106 kg/cm2) = 1,2 , 10-5/°C t = perubahan temperatur (dianggap suhu kamar = 25°C)

c. Tegangan 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)

0,5(9 , 0 ,5 )

15

= 205,54 kg Luas tebal pipa

π{ D }

π{ 0, 5 }

= 0,0120 m2

Titik tangkap gaya geser R=

a R R sin R

a = R sin

= 0, 75 x sin 5

= 0,004989 m Sehingga tegangan yang terjadi adalah : ζ ∑F

∑F , a

= - 05,5 0,0 0

05,5 x 0,00 9 90,00 9 7

7.55 ,75 kg m kg m ….. ok! d. Berat pipa kosong

Tegangan tekan yang diakibatkan dari pipa miring adalah:

ζ ∑Gs Dδ

x 0, 5 x 0,00

= 7 ,5 kg m kg m ….. Ok!

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

= Sudut kemiringan e. Expantion joint

Tegangan yang diakibatkan tekanan air pada expantion joint adalah:

ζ F Dδ

f Pa π D e

Dδ

f Pa eδ

0, 5 x 00 x 0, 0,00

000 kg m kg m …… ok! Dimana :

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

f. Gaya tekan pada pipa sambungan Tegangan pada pipa sambungan ini

dapat diketahui, yaitu: ζ

Pa π D δ(bruto)

πDδ

Pa δ(bruto)

δ(netto)

x

9 00 kg m kg m ….. ok! Dimana :

Pa Tekanan air γw ,Heff (kg/m2) δ(bruto) δ(netto) (m) δ(netto) = Tebal pipa (m)

4.3.5. Perencanaan Bak Penenang (Forebay)

Aliran sebelum masuk ke pipa pesat perlu dibuat seragam agar tidak terjadi turbulensi dan pusaran yang memungkinkan masuknya udara bersama aliran air di dalam pipa pesat, Sehubungan dengan hal tersebut, bak penenang harus memenuhi kriteria sebagai berikut: Menurut O.F Patty,

pipa pesat harus berada di

Karena bentuk mulut pipa kerucut maka direncanakan

pipa pesat harus berada di

Sehingga didapat :

= 0,716 m dimana : MOL = Minimum Operation Level D = Diameter penstock (m) v = kecepatan di saluran(m/detik) g = percepatan gravirasi (m/detik2)

Perencanaan MOL diambil dari perhitungan persamaan O.F Patty, sebesar 0,716 m diukur dari dasar forebay sampai ketinggian muka air pada saat debit minimum, Selisih dari ketinggian muka air saat debit andalan dan muka air minimum, yaitu: Δh handalan - hmin = 0,685 – 0,523 = 0,162 meter

Bak penenang direncanakan dengan lebar yang sama dengan saluran pengarah, yaitu sebesar 2,2 m.

16

4.4. Perencanaan turbin

4.4.1. Pemilihan jenis turbin

Pada perencanaan kali ini turbin yang digunakan adalah jenis Cross Flow yang merupakan modifikasi dari turbin Banki, Turbin ini merupakan turbin yang biasa dipakai untuk perencanaan mikrohiro dengan head yang tidak terlalu tinggi, Jenis turbin Cross Flow yang digunakan adalah X- Flow T-15 D300 Low Head Series yang memiliki spesifikasi dengan tinggi jatuh efektif 3 - 9 meter dan debit 200 – 800 liter/detik,

4.4.2. Putaran spesifik dan putaran jenis

turbin

Turbin jenis Cross Flow T-15 bekerja dengan efisiensi sekitar 70%, maka dari hasil penelitian dari Entec Consulting & Engineering Switzerland nilai putaran spesifik 60 adalah yang terbaik untuk jenis T-15.

Gamabr 4.6. Efisiensi Cross Flow T-15

Sehingga dari rumus putaran spesifik

(Ns), dapat diketahui nilai putaran jenis turbin (N), yaitu:

√

√

0 N x 0, 5 N

dimana : Ns = Putaran spesifik turbin (rpm)

P = Daya Listrik (KW)

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 0 fp

0 fp

1,11 fP

Umumnya frekuensi listrik yang

dihasilkan suatu generator sinkron di Indonesia (f) = 50 Hz. Didapat jumlah katup (P) = 56

4.5. Estimasi kehilangan Energi

4.5.1. Kehilangan energi karena saringan

kasar

Posisi saringan kasar berada sebelum pipa pesat, sehingga kehilangan energi yang terjadi tidak banyak mempengaruhi tinggi yang ada, Dengan digunakan profil bulat dengan diameter 1 cm dan jarak 5 cm, kehilangan energi yang terjadi adalah:

(

)

(

)

= 0,00033 m 4.5.2. Kehilangan energi pada entrance

Kehilangan energi pada entrance ini tergantung dari bentuk mulut pemasukan pipa pesat/ entrance.

Direncanakan bentuk mulut adalah circular bellmouth entrances dari tabel 2.3. didapatkan koefisien rata-rata sebesar 0,05 Sehingga nilai kehilangan energi adalah:

(

)

(

)

= 0,0040 m 4.5.3. Kehilangan energi karena gesekan

sepanjang pipa

Untuk menentukan nilai f ( koefisien gesek ) digunakan diagram moddy (Gambar 2.12), Sebelum menentukan harga f terlebih dahulu harus dicari angka Reynold ( Re ) dari

17

aliran tersebut yang dapat dirumuskan;

, dan koefisien kekasaran bahan (ε), Dalam

hal ini angka kekasaran bahan diambil 46 x 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 3,64x10-7 m²/dt

Gambar 4.7 Diagram Moody

Sehingga kehilangan energinya adalah:

0,0 5 . 5 ,900, 5

. ,

x 9,

= 0,0944 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 ) 4.5.4. Kehilangan energi karena belokan

pipa

Nilai koefisien belokan tergantung dari jari-jari belokan dan diameter pipa pesat yang digunakan. Dalam perencanaan ini terdapat 3 belokan arah vertikal. Sehingga koefisien kehilangan energi yang terjadi adalah:

Tabel 4.10. Rekapitulasi belokan pada pipa pesat

Arah Vertikal r (mm) 1766 5563 27684 17507

D (mm) 635 635 635 635

r / D 2,78 8,76 43,60 27,57

Kb 0,12 0,08 0,08 0,08

= 0,0291 m dimana :

Hl= Kehilangan energi karena belokan pipa ( m ) v= Kecepatan aliran pada pipa ( m/dt ) g= Gravitasi bumi ( 9,81 m/dt² ) Kb= Koefisien kehilangan energi yang nilainya

tergantung r/D dimana :

Hl= Kehilangan energi karena belokan pipa (m) v= Kecepatan aliran pada pipa ( m/dt ) g= Gravitasi bumi ( 9,81 m/dt² ) Kb= Koefisien kehilangan energi yang nilainya

tergantung seperti pada tabel dibawah ini

Dari perhitungan beberapa faktor kehilangan energi pada pipa pesat dapat diketahui kehilangan energi total, yaitu: Htotal= Hr +He + Hf + Hl

= 0,00033 + 0,0040 + 0,0944 + 0,0291 = 0,108 m ≈ 0, 1 m

Nilai ini lebih kecil dari asumsi awal kehilangan energi sebesar 10% dari tinggi bruto sebesar 0,512 m. Sehingga perencanaan ini dapat digunakan

4.6. Perhitungan Energi Listrik

Dari data duration curve data 10 tahunan dapat dihitung energi listrik total yang akan dihasilkan dalam 1 tahun, Total energi tersebut dihitung berdasarkan energi yang terdapat selama 80% dari satu tahun dari Q80, 10% dari satu tahun dari Q80 dan Q90, dan 10% sisanya diantara Q90 dan Q100, Maka dari grafimduration curve dapat diketahui sebagai berikut:

Gambar 4.8 Duration curve

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Deb

it (l

iter

/det

ik)

Probabilitas (%)

Kurva Duration Curve

0 ,

18

Dari grafik diketahui nilai Q yaitu : Q80 = 400 liter/detik = 0,400 m3/detik Q90 = 350 liter/detik = 0,350 m3/detik Q100 = 215 liter/detik = 0,215 m3/detik Efisiensi yang digunakan berdasarkan spesifikasi jenis turbin yang digunakan adalah: Efisiensi turbin (ηt) = 0,70 Efisiensi generator (ηg) = 0,80 Efisiensi transformator (ηtr) = 0,95 sehingga efisiensi total yang dihasilkan adalah: ∑η = ηt x ηg x ηtr = 0,70 x 0,80 x 0,95 = 0,525 dengan Heff = Hbruto - Hlosses = 5,335 – 0,11 = 5,225 m daya yang dihasilkan adalah: P80 = g x Qandalan x H ∑ = 9,81 x 0,400 x 5,225 x 0,532 = 10,907 kW P90 = g x Qandalan x H x ∑η = 9,81 x 0,350 x 5,225 x 0,532 = 9,544 kW P100 = g x Qandalan x H x ∑η = 9,81 x 0,215 x 5,225 x 0,532 = 5,862 kW maka energi yang diperoleh adalah :

E1 = P80 x 80% x 365 x 24 = 10,90 x 0,8 x 365 x 24 = 76293, 8 kWh

E2 = (P80 + P90)/2 x 10% x 365 x 24 = (10,90 + 9,544)/2 x 0,1 x 365 x 24 = 8957,82 kWh

E3 = (P90 + P100)/2 x 10% x 365 x 24 = (9,54 + 5,86)//2 x 0,1 x 365 x 24

= 6748,22 kWh Sehingga total energi yang diperoleh dalam 1 tahun adalah: ΣE = E1 + E2 + E3 = 76440, 8 + 8957,82 + 8957,82 = 92146,1 kWh

4.7. Analisa Ekonomi

Dalam perhitungan analisa ekonomi ini akan dihitung besarnya harga yang satuan listrik per kWh dari total biaya investasi yang diperlukan untuk membangun PLTMH ini.

Untuk investasi awal akan digunakan dari pinjaman di bank diasumsikan dengan nilai suku bunga 10% dengan masa pengembalian selama 20 tahun. Sehingga nilai Capital Recovery Factor (CRF) yang digunakan yaitu 0,11746. CRF ini akan menjadi faktor pengembalian investasi di bank tiap tahunnya. Sehingga biaya pengembalian tiap tahun selama 20 tahun adalah: Biaya pengenbalian =

= = Rp. 25.671.940

Biaya pengeluaran per tahun selanjutnya akan disusun dalam tabel sebagai berikut: Tabel 4.13.Biaya pengeluran per tahun (1)

4.7.1. Harga satuan listrik untuk

masyarakat

Harga satuan listrik untuk masyarakat diambil berdasarkan pola harian penggunaan listrik rumah tangga selama satu hari. Penggunaan listrik ini mencapai puncaknya pada jam 18.00 sampai dengan 21.00. Nilai puncak ini akan diambil nilai daya maksimum dari kapasitas pembangkit yaitu 10,90 kW. Sehingga

19

besarnya energi listrik komulatif tiap tahun yang digunakan tidaklah seluruhnya.

Pola penggunaan listrik komulatif tiap harinya adalah sebagai berikut :

Gambar 4.9. Daily Load Curve Tabel 4.15. penggunaan Listrik rata-rata

Energi yang digunakan oleh masyarakat

dalam 1 tahun adalah: ∑Etahun η j x ∑Ehari x 365 = 0,95 x 153,36 x 365 = 53.177,58 kWh

dimana : ∑Etahun = Energi komulatif dalam 1 tahun ηj = efisiensi jaringan diambil 0,95 ∑Ehari = Energi komulatif dalam 1 hari 365 = Jumlah hari dalam 1 tahun

Untuk penggunaaan listrik rata-rata per rumah tangga akan diasumsikan sebagai berikut: Tabel 4.16. Kebutuhan listrik rumah tangga rata-rata

Sehingga total per bulan tiap rumah tangga adalah:

Energi : 56850 Wh = 56,85 kWh Sehingga total pengguna listrik maksimum adalah: =

=

Besarnya investasi untuk penyediaan listrik ke masyarakat akan lebih besar daripada untuk PLN. Hal ini dikarenakan adanya penyediaan jaringan listrik serta beberapa perlengkapan penunjang yang harus disediakan. Sehingga besarnya investasi untuk penyediaan jaringan adalah: Tabel 4.17. Rencana anggaran biaya pembangunan jaringan

Dengan menggunakan nilai suku bunga 10% untuk 20 tahun dengan CRF 0,11746, pengembalian tiap tahun adalah:

= =0,11746 x 90.015.000

20

= Rp. 10.573.161,90 Untuk biaya beban tiap rumah akan

dikenakan tarif karena pengadaan jaringan, yaitu minimal sebesar:

= (Investasi jaringan)(jumlah konsumen)

= 90.0 5.0007

= Rp 1.154.038,46

Karena pengembalian pinjaman selama

20 tahun dengan nilai CRF 0,11746, maka per rumah akan dikenakan biaya per bulan sebesar:

= CRF x biaya jaringan

= 0, 7 x

= Rp. 11.296,11

Sehingga diambil besarnya biaya beban per bulan per rumah Rp. 30.000,00. Biaya ini akan dikenakan kepada masyarakat untuk sepuluh tahun pertama.

Sehingga nilai jual listrik minimal sebesar :

= Rp 677,75 /kWh

Nilai jual listrik bersubsidi dari PLN

yang akan digunakan adalah rumah tangga dengan tegangan rendah (R-1/TR) dengan daya 1300 VA. Menurut PLN memiliki tarif dasar listrik per bulan sebagai berikut: Biaya beban berdasarkan Rekening

Minimum (RM) : = 40 (Jam Nyala) x Daya tersambung (kVA) x Biaya pemakaian

Biaya listrik :

Reguler Rp. 795,00

direncanakan : Biaya beban : Rp. 30.000,00 nilai jual per kWh Rp. 750,00

4.7.4. Kelayakan nilai jual untuk

masyarakat

Besarnya pendapatan tiap tahun dari listrik tanpa biaya beban adalah :

= (harga per kWh) x (Energi 1 tahun) = 750 x 92.146,10 = Rp 69.109.577,63

Nilai kelayakan investasi ini didasarkan pada nilai nett present value (NPV). Karena adaya kemungkinan terjadinya inflasi dan kenaikan harga di masa yang akan datang, maka ada beberapa anggaran biaya yang direncanakan meningkat tiap tahunnya. Biaya operasional dan perawatan direncanakan meningkat setiap lima tahun sekali sebesar 2% dengan pendapatan yang konstan setiap tahun.

Pada tahun pertama diasumsikan bahwa pemakai jaringan PLTMH sebesar 25% dari total jumlah total calon pengguna, 50% pada tahun kedua, dan sisanya 25% pada tahun ke-3.

Sehingga neraca Cash Flow untuk mencari NPV adalah sebagai berikut:

21

Tabel 4.19. Neraca Cash Flow untuk nilai jual pada masyarakat

Masa pengembalian investasi masing-

masing sampai dengan 20 tahun, namun untuk pengembalian pengadaan jaringan 25% pada tahun ke-1, 50% pada tahun ke-2, dan 25% sisanya pada tahun ke -3. Sehingga investasi dari PLTMH ini pada tahun ke-18 baru menghasilkan profit.

Jika dilakukan perbandingan biaya pengeluaran rata-rata masyarakat untuk listrik perbulan akan didapat harga sebagai berikut:

Pengeluaran listrik masyarakat rata-rata per bulan dengan jaringan dari PLN adalah:

Tabel 4.20. Biaya listrik per bulan untuk PLN

Golongan Batas Daya

REGULER Biaya Beban Rp/Kwh

Biaya Pemakaian

Rp/Kwh

R-1/TR 1.300 VA *) 790

Catatan:

*) Diterapkan Rekening Minimum (RM): RMI = 40 (Jam Nyala) x Daya tersambung

(kVA) x Biaya pemakaian

Nilai Satuan Rp/bulan Beban 1,3 44.911 58.384,30 Pemakaian 56,85 790 44.911,50 Total 103.300

Sedangkan pengeluaran listrik

masyarakat rata-rata per bulan dengan Mikrohidro adalah:

Tabel 4.21. Biaya listrik tahun ke-1 sampai 20

untuk PLTMH Nilai Satuan Rp/bulan Beban 1 30.000 30.000 Pemakaian 56,85 750 42.673,50 Total 72.637,50 Sehingga didapat perbandingan: R1/TR 1300 kV = 103.300– 72.637,50

= Rp. 30.663 Keuntungan =

= 0,29 = 29%

Tabel 4.22. Biaya listrik mulai tahun ke-21

untuk PLTMH Nilai Satuan Rp/bulan Beban 0 30.000 0 Pemakaian 56,85 750 42.673,50 Total 42.673,50

Sehingga didapat perbandingan:

R-1/TR 1300 VA = 103.300– 42.673 = Rp 60.633

Keuntungan =

= 0,59 = 59%

Tahu

n ke

01

23

45

67

89

1In

vest

asi

- Pem

bang

unan

PLT

MH

-218

.559

.000

- Pem

bang

unan

jarin

gan

22.5

03.7

5045

.007

.500

22.5

03.7

502

Peng

emba

lian

Pem

bang

kit

25.6

71.9

4025

.671

.940

25.6

71.9

4025

.671

.940

25.6

71.9

4025

.671

.940

25.6

71.9

4025

.671

.940

25.6

71.9

403

peng

emba

lian

Jarin

gan

288.

510

865.

529

1.15

4.03

81.

154.

038

1.15

4.03

81.

154.

038

1.15

4.03

81.

154.

038

1.15

4.03

84

Peng

elua

ran

O &

M46

.200

.000

46.2

00.0

0046

.200

.000

46.2

00.0

0046

.200

.000

47.1

24.0

0047

.124

.000

47.1

24.0

0047

.124

.000

PEM

ASU

KA

N1

Pem

asuk

an B

eban

585.

000

1.75

5.00

02.

340.

000

2.34

0.00

02.

340.

000

2.34

0.00

02.

340.

000

2.34

0.00

02.

340.

000

2 Pe

ndap

atan

List

rik17

.277

.394

51.8

32.1

8369

.109

.578

69.1

09.5

7869

.109

.578

69.1

09.5

7869

.109

.578

69.1

09.5

7869

.109

.578

-218

.559

.000

-87.

326.

594

-38.

957.

786

1.11

9.84

923

.623

.599

23.6

23.5

9923

.203

.599

23.2

03.5

9923

.203

.599

23.2

03.5

99-2

18.5

59.0

00-3

05.8

85.5

94-3

44.8

43.3

80-3

43.7

23.5

31-3

20.0

99.9

32-2

96.4

76.3

33-2

73.2

72.7

34-2

50.0

69.1

35-2

26.8

65.5

36-2

03.6

61.9

37

1011

1213

1415

1617

1819

20

25.6

71.9

4025

.671

.940

25.6

71.9

4025

.671

.940

25.6

71.9

4025

.671

.940

25.6

71.9

4025

.671

.940

25.6

71.9

4025

.671

.940

25.6

71.9

401.

154.

038

1.15

4.03

81.

154.

038

1.15

4.03

81.

154.

038

1.15

4.03

81.

154.

038

1.15

4.03

81.

154.

038

1.15

4.03

81.

154.

038

47.1

24.0

0048

.066

.480

48.0

66.4

8048

.066

.480

48.0

66.4

8048

.066

.480

49.0

27.8

1049

.027

.810

49.0

27.8

1049

.027

.810

50.0

08.3

66

2.34

0.00

02.

340.

000

2.34

0.00

02.

340.

000

2.34

0.00

02.

340.

000

2.34

0.00

02.

340.

000

2.34

0.00

02.

340.

000

2.34

0.00

069

.109

.578

69.1

09.5

7869

.109

.578

69.1

09.5

7869

.109

.578

69.1

09.5

7869

.109

.578

69.1

09.5

7869

.109

.578

69.1

09.5

7869

.109

.578

23.2

03.5

9922

.775

.199

22.7

75.1

9922

.775

.199

22.7

75.1

9922

.775

.199

22.3

38.2

3122

.338

.231

22.3

38.2

3122

.338

.231

21.8

92.5

24-1

80.4

58.3

38-1

57.6

83.1

39-1

34.9

07.9

40-1

12.1

32.7

41-8

9.35

7.54

2-6

6.58

2.34

3-4

4.24

4.11

2-2

1.90

5.88

043

2.35

122

.770

.582

44.6

63.1

05

PEN

GEL

UA

RA

N

TOTA

LN

PV

22

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro merupakan alternatif yang sesuai untuk mengatasi kekurangan energi yang terjadi. Perencanaan desain PLTMH di saluran irigasi B.Sb.2b Sebaung DI Pekalen, Probolinggo adalah sebagai berikut:

1. Analisa Debit Dari data sekunder, data debit irigasi 10

harian selama 15 tahun terakhir didapat debit andalan yang bisa digunakan sebagai PLTMH adalah sebesar 400 liter/detik.

2. Kapasitas Tenaga Air

Dengan perkiraan tinggi jatuh efektif awal sebesar 4,80 meter dan menghasilkan daya 10,02 kW, tetapi setelah dihitung kehilangan energinya maka dapat diketahui bahwa tinggi jatuh efektifnya sebesar 5,225 meter dan menghasilkan daya 10,90 kW atau 92146,1 kWh per tahun yang direncanakan dapat memenuhi kebutuhan 78 rumah.

3. Energi yang dihasilkan

Energi listrik yang diperoleh dari PLTMH tersebut layak untuk dijual pada PLN ataupun masyarakat dengan nilai jual: Harga satuan listrik :

PLN = Rp 720,00/kWh Masyarakat = Rp 750,00/kWh Biaya beban (*)= Rp 30.000,00 *(untuk penggunaan bagi masyarakat

pada Tahun ke-1 sampai ke-20 ) Kelayakan investasi :

Masyarakat = sampai tahun ke -18

5.2. Saran

Dalam pengerjaan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, Sehingga ada beberapa pengerjaan yang masih dapat dikerjakan untuk mendapatkan hasil yang lebih baik. Beberapa diantaranya:

1. Penggunaan literatur terbaru untuk menunjang pengerjaan.

2. Perhitungan Terperinci dari bangunan sipil yang lain untuk melengkapi pengerjaan.

3. Perhitungan ekonomi secara terperinci agar bisa diketahui hasil paling mendekati kenyataan di lapangan.

DAFTAR PUSTAKA

Anggrahini, 1997, “Hidrolika Saluran Terbuka”, Srikandi Surabaya.

Bramantyo, E.P., TA 2010, Pemanfaatan Debit Irigasi pada bangunan Terjun Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro, ITS, Surabaya.

Chow V.T, 1964. Hand Book of Applied Hydrology, Mc Graw-Hill, New York.

Direktorat Jendral Listrik dan Pemanfaatan Energi, ESDM, 2009, Pedoman Studi Kelayakan Sipil Buku 2B, Jakarta.

Patty, O.F., 995, “Tenaga ir”, Erlangga, Jakarta.

Dandekar, M.M., 1991, pembangkit listrik tenaga Air, universitas Indonesia, Jakarta.

On how to develop a small micro hydro site,1998, Layman's Guidebook, Comission of the European Communities.

Pedoman Teknis PLTMH, 2008, Direktorat Jendral Listrik dan Pemanfaatan Energi, ESDM, Jakarta.

Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral, Tarif Dasar Listrik 2010, Nomor 07 tahun 2010

Simon, Darly B., Sedimen Transport Technology, 1976, Water Resources Publication, Michigan U.S.A

Standar Perencanaan Irigasi KP-02, 1986, Badan Penerbit Pekerjaan Umum, Jakarta.

Standar Perencanaan Irigasi KP-04, 1986, Badan Penerbit Pekerjaan Umum, Jakarta.

The Entec Cross Flow Turbine T15, Brosur Entec Consulting and Engineering, St. Gallen, Switzerland

Varsney, R.S., 977, ”Hidro Power Structure”, 2nd edition, New Chand & Bros Roorkee