1

I. PENDAHULUAN

ektor energi mempunyai peran yang penting dalam mewujudkan pembangunan nasional berkelanjutan. Pengelolaan, penyediaan, dan

pemanfaatan energi nasional perlu dilaksanakan secara optimal.

Sampai saat ini, pembangkit listrik dengan tenaga air merupakan pembangkit yang paling ekonomis (Patty,1995:134). Hal ini dikarenakan biaya operasi dan perawatannya relatif murah, sedangkan biaya investasinya cukup bersaing dengan pembangkit listrik tenaga lainnya. Sehingga dalam usaha penyediaan listrik ke daerah – daerah pedesaan yang masih belum bisa dicapai oleh pemerintah, maka perlu adanya Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH).

Di Kecamatan Pasrujambe merupakan daerah pedesaan yang belum tersalurkan listrik oleh pemerintah namun mempunyai energi potensial air

yang dapat dimanfaatkan sebagai PLTMH. Saluran sekunder Pasrujambe yang berasal dari sumber mata air yang semula tidak dimanfaatkan secara penuh oleh warga mempunyai ketersediaan air yang cukup sepanjang tahun, debit yang dapat diandalkan, dan memiliki kontur yang sesuai dengan teknis perencanaan untuk dibangun PLTMH. (Sumber : Hasil Investigasi di Lokasi Penelitian, 18 Juli 2012).

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Bangunan Air Bangunan air yang dimaksudkan ialah bangunan –

bangunan yang akan direncanakan pada PLTMH tipe kincir air yang meliputi trash rack, pintu sorong, saluran hantar.

Diperlukan pengukuran secara langsung di lapangan yaitu berupa debit air dengan menggunakan metode hidrometri sehingga akan diketahui secara

PERANCANGAN PLTMH TIPE KINCIR AIR DI KECAMATAN PASRUJAMBE KABUPATEN LUMAJANG

Dika Zulfikar ¹,Hari Siswoyo, S.T.,M.T.², Ir. Teguh Utomo,M.T.³ ¹Mahasiswa Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

² Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya ³Dosen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

Jalan MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia E-mail: dhezka_gear@yahoo.com

RINGKASAN Kecamatan Pasrujambe Kabupaten Lumajang merupakan sebuah desa yang masih belum seluruh

wilayahnya terlayani listrik. Saluran sekunder Pasrujambe terdapat sumber mata air yang mempunyai ketersediaan air yang cukup sepanjang tahun dan debit yang dapat diandalkan. Sehingga dilakukan survey terhadap parameter – parameter berupa debit di saluran pembawa, pengahantar, dan pembuang untuk dilakukan perancangan PLTMH dengan tipe kincir.

Berdasarkan hasil perencanaan yang disesuaikan dengan kondisi di lapangan yaitu dengan debit 0,0686 m3/detik yang mana pengukrannya dengan menggunakan alat current meter dan ketinggian 5,2 meter yang mana pengukuran menggunakan roll meter maka desain bangunan air meliputi saluran bagi dengan bentuk persegi dan 1 pintu sorong di saluran penghantar dengan lebar 0,50 meter serta tinggi 1,50 meter. Untuk kincir air yang digunakan adalah kincir air jenis over-shot dengan D1 sebesar 2,6 m, D2 sebesar 1,8 m dan L sebesar 0,8 m. Pemilihan transmisi mekanik dengan menggunakan kombinasi gardan mobil dan truk serta pulley dengan rasio 16,2. Sehingga daya listrik yang dihasilkan sesuai dengan hasil desain adalah sebesar 1,1417 kW untuk 49 rumah.

Kata Kunci : PLTMH, kincir air.

ABSTRAK Sub – district Pasrujambe, district Lumajang is a area that’s still not the whole territory served by

electricity. The secondary channel Pasrujambe there are springs that have the availability of the water sufficient throughtout the year and reliable discharge. So therefore it is can be done by investigation toward the parameters in form of discharge at bearer channel, channel of carriage and spillway for design microhydro power plant with waterwheel type.

Based on the result of design depend on condition of study locate by discharge 0,0686 m3/sec which are measurement using current meter and roll meter to find the heighness is 5,2 meter, so that design of water constructions includes open channels with rectangular shape and one slide – sluice at spiilway with the length 0,50 meter, also the height 1,50 meter. In this study type of waterwheel is over – shot by D1 is 2,6 meter, D2 is 1,8 meter and L is 0,8 meter. The choosing of mechanic transmission use car axle and truck axle combination, then ratio pulley is 16,2. So therefore electrical power produced in accordance with the result of design is 1,1417 kW to 49 house

Keywords : Microhydro power plant, water wheel.

S

2

hidrologis di lapangan tentang potensi sumber daya air yang akan dimanfaatkan untuk PLTMH.

Debit aliran sungai diuku dengan menggunakan alat Current Meter Digital seperti ditunjukkan pada Gambar 1 berikut:

Gambar 1. Current Meter Digital

Sumber : Lab. Hidrolika Dasar, Jurusan Teknik Pengairan

Debit aliran dapat diperoleh dengan persamaan: (2.1)

Dengan: Q : debit (m3/detik) A : luas penampang basah saluran (m2) v : kecepatan air rata-rata (m/detik)

Current meter digunakan untuk mengukur kecepatan pada satu titik dalam penampang sungai, sedangkan yang diperlukan adalah kecepatan rata-rata penampang.

Pengukuran kecepatan dilakukan pada dua titik yang mana kedalaman masing-masing 0,2h dan 0,8h dan kecepatan rata-rata dihitung dengan persamaan :

2

8,02,0 hh vvv (2.2)

Dimana :

v : kecepatan aliran rata-rata dalam satu garis vertikal (m/detik)

v0,2h, v0,8h : kecepatan aliran pada kedalaman 0,2h dan 0,8h

h : tinggi muka air (m)

Dengan menempatkan current meter pada kedalaman tersebut, maka debit penampang sungai/saluran (Q) dapat dihitung dengan :

iqQ (2.3)

Dimana: Q : debit penampang sungai/saluran (m3/detik) qi : debit tiap segmen (m3/detik)

Debit tiap segmen dalam mean area method, dapat dihitung sebagai berikut :

2

vv

2

hhbq 1nn1nn

i

(2.4)

Bagan pengukuran debit dengan mean area method ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Bagan Pengukuran Debit dengan Mean Area Method Sumber : Siswoyo, 2011

Trash rack dipasang mempunyai fungsi untuk mencegah benda-benda padat seperti sampah jeram dan lainnya masuk ke saluran hantar yang mana dipasang pada bangunan intake dan terbuat dari pipa besi dan dipasang seperti bentuk pagar.

Selain trash rack perlu dilakukan pemasangan pintu sorong yang mana merupakan pintu air yang digunakan untuk membuka, mengatur, dan menutup aliran air yang masuk ke dalam bangunan hantar, yang selanjutnya akan digunakan sebagai sumber pembangkit listrik. Pintu tipe ini bentuknya sangat sederhana dan cara pengoperasiannya dengan cara menggeser daun pintunya.

Pola operasi pintu sorong pada studi ini adalah gerakan naik dan turunnya pintu sorong dengan ketinggian tertentu. Untuk perencanaan PLTMH Pasrujambe ini akan menggunakan kondisi aliran bebas (free flow). Adapun rumus yang dipakai untuk menghitung adalah (KP 04, 2010:69) :

(2.5)

Dimana : Q : debit yang melalui pintu Cd : koefisien debit (Tabel 1) Cc : koefisien kontraksi (Tabel 2) b : lebar pintu (m) g :percepatan gravitasi (9,81 m/detik2) Yg : tinggi bukaan pintu (m) y0 : tinggi muka air di hulu (m)

Tabel 1. Hubungan antara Yg /y0 dan Cd Yg /y0 0,000 0,105 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700

Cd 0,610 0,600 0,600 0,605 0,605 0,607 0,602 0,640 0,660

Sumber :Subramanya, 1986:255

Keragaman nilai Cc dengan Yg/y0 menurut T. Brooke Benjamin adalah sebagai berikut :

Tabel 2. Hubungan antara Yg /y0 dan Cc

Yg /y0 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500

Cc 0,611 0,606 0,602 0,600 0,598 0,598

Sumber :Benjamin, 1956:232

3

Gambar 3. Aliran Melalui Pintu Sorong dengan Kondisi

Aliran Bebas Sumber : Chow, 1997: 456

Perencanaan saluran air dalam hal ini meliputi saluran pembawa, saluran penghantar dan saluran pembuang yang akan dibangun untuk membawa debit kemudian diteruskan menuju ke kincir air, namun jika terjadi kelebihan debit dapat dibuang oleh saluran pembuang. Dimensi saluran air adalah suatu bentuk penampang saluran yang dapat diuraikan berdasarkan geometri penampang dan kedalaman aliran. Pada perencanaan perbaikan saluran air untuk PLTMH Pasrujambe akan menggunakan bentuk penampang persegi.

Definisi beberapa unsur dimensi yang penting diberikan di bawah ini (Chow, 1997:20) : a) kedalaman aliran (h) b) luas basah (A) c) keliling basah (P) d) jari-jari hidrolik (R)

Karena debit dan luas penampang saluran telah dihitung, maka untuk menghitung kecepatan pada saluran air dihitung dengan formula Manning (Patty,1995:46) :

(2.6)

Dimana : Q : debit (m3/dt) V : kecepatan rata-rata (m/dt) R : jari-jari hidrolik (m) S : kemiringan energi n : koefisien kekasaran

Perencanaan juga meliputi penentuan tinggi jagaan saluran air yang mana merupakan jarak sepertiga kedalaman saluran (h) yang dihitung mulai elevasi puncak muka air saluran hingga ketinggian tanggul searah vertikal. Tinggi jagaan berguna untuk menjaga agar debit untuk PLTMH tidak melimpas atau berkurang akibat dari kenaikan muka air yang dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Tinggi Jagaan Untuk Saluran Pasangan Debit (m3/detik) Tinggi Jagaan (m)

< 0,5 0,20

0,5 – 1,5 0,20

1,5 – 5,00 0,25

5,00 – 10,00 0,30

10,00 – 15,00 0,40

>15,00 0,50 Sumber : KP-03, 2010: 65

B. Kincir Air dan Transmisi Mekanik Pada kincir air, air beroperasi pada tekanan

atmosfer dan air mengalir melalui sudu – sudu, yang mengakibatkan kincir berputar pada putaran tertentu. Beberapa jenis kincir dapat dibedakan berdasarkan kapasitas dan ketinggian lokasi. Spesifikasi teknis dan jenis kincir tampak pada Tabel 4.

Tabel 4. Spesifikasi Teknis Kincir Air Spesifikasi Over-shot Breast-shot Under-shot

Ketinggian jatuh air (m)

3 -12 2 - 5 0.4 – 3.0

Debit air (m3/detik) 0.1 - 1.0 0.3 – 3.0 0.2 – 5.0

Diameter Kincir D (m) 2.5 - 10 5.5 – 8.5

(D=h+3.5)

2 – 9

D= (3h s/d 5h)

Kecepatan Peripheral U(m/detik)

1.5 – 2.0 1.4 – 2.0 1.0 – 2.0

RPM 3 - 25 3 - 7 2 - 12

Efisiensi Maksimum (%)

25 - 80 20 - 75 20 - 70

Sumber:http://tep.fateta.ipb.ac.id/elearning/media/Energi.

Dalam perancangan kincir air yang ditentukan adalah diameter luar (D1) yang dirancang berdasarkan ketinggian lokasi, jarak antara sisi bagian atas kincir dengan ujung saluran air, serta jarak antara sisi bawah kincir dengan saluran pembuang. Selain itu diameter dalam (D2) kincir yang dirancang mempertimangkan volume air yang dapat ditampung oleh sudu.

Untuk perancangan sudu adalah dengan menentukan lebar dan panjang lengkungan sudu dengan pendekatan volume sepertiga tabung. Sehingga untuk menghitung lebar sudu perlu debit yang dapat ditampung oleh tiap sudu, sesuai dengan persamaan (Sutikno, 1997: 42) :

m3 (2.7)

Perhitungan lebar sudu dapat menggunakan rumus:

m3 (2.8)

Untuk mendapatkan panjang busur lingkaran sudu dengan persamaan:

m (2.9)

Keterangan : : volume air yang mampu ditampung oleh sudu

kincir (m3) : jumlah sudu yang terisi oleh air : jari-jari sudu (m) : debit air (m3/s) : panjang lengkung sudu (m)

Sistem transmisi mekanik berfungsi untuk memindahkan daya dari putaran kincir ke generator. Pemilihan sistem transmisi mekanik adalah dengan menggunakan kombinasi antara gardan dan pulley serta sabuk V. Sistem transmisi berlaku persamaan : (J. J. Hagendoorn, 1989)

(2.10)

4

Keterangan : : kecepatan putar pulley 1 (rpm) : kecepatan putar pulley 2 (rpm) : jari-jari pulley 1 (m) : jari-jari pulley 2 (m)

Untuk memperkecil rasio antara putaran kincir dan putaran generator biasa menggunakan kombinasi pulley ini dengan gardan.

C. Analisa Daya Terbangkitkan Besarnya daya hidrolik (Ph) yang merupakan

potensi sumber daya energi air pada suatu wilayah, ditentukan melalui persamaan (Patty 1995:14) :

(2.11)

Dengan: Ph : daya hidrolik (kW) Q : debit air (m3/detik) ρ : massa jenis air (= 1000 kg/m3) g : gravitasi bumi (= 9,8 m/detik2) H : tinggi jatuh air (m)

Dengan menggunakan efisiensi kincir () maka didapatkan daya mekanik kincir dengan persamaan (Wibawa, 2001:74) :

(kW) (2.12) Untuk mendapatkan daya keluaran generator perlu

mempertimbangkan sistem transmisi mekanik dengan efisiensi transmisi mekanik ( ) dan efisiensi generator ( ) sesuai persamaan (Wibawa, 2001:74) :

(kW) (2.13)

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Lokasi Studi

Lokasi studi yang dilakukan di saluran kecil yang terletak di Desa Pasrujambe, Kecamatan Pasrujambe, Kabupaten Lumajang. Luas Kecamatan Pasrujambe adalah 97,30 km2 dengan jumlah penduduk sebesar 37.724 jiwa yang tersebar pada 7 Desa. Peta Kabupaten Lumajang tersaji pada Gambar 4.

Gambar 4. Peta Kabupaten Lumajang

Sumber : www.cahklakah.blogspot.com diunduh 7 Agustus 2012

Kondisi kelistrikan yang ada di Desa Pasrujambe seperti yang nampak pada Gambar 5 dan Gambar 6 :

Gambar 5. Kondisi Lokasi Tidak Ada Listrik

Sumber : Hasil Investigasi

Gambar 6. Kondisi Existing Saluran

Sumber : Hasil Investigasi

B. Data dan Peralatan yang Diperlukan Data yang digunakan merupakan data yang diambil

langsung yang akan disajikan sebagai berikut :

1. Debit Dalam pengambilan data debit air pada saluran di

lapangan dapat dengan menggunakan alat ukur current meter. Dengan diketahuinya kecepatan air dan dimensi saluran tersebut maka akan didapatkan debit aliran air.

2. Dimensi Saluran Untuk mengetahui besarnya dimensi saluran

dilakukan pengukuran di lapangan dengan menggunakan roll meter. Dimensi saluran yang diukur meliputi saluran pembawa, saluran penghantar dan saluran pembuang.

3. Tinggi Jatuh Dalam pengukuran tinggi jatuh air ini dengan

menggunakan alat ukur roll meter. Pengukuran ini dilakukan dengan mengambil dasar saluran penghantar sebagai titik nol lalu diukur tegak lurus ke bawah hingga ke permukaan tanah tempat kincir air yang akan diletakkan.

C. Perencanaan PLTMH Tipe Kincir Pada tahap perencanaan PLTMH tipe kincir ini

meliputi :

1. Perencanaan Bangunan Air Pada perencanaan bangunan air ini dititikberatkan

pada saluran – saluran existing di lokasi penelitian. Dalam hal ini saluran – saluran yang direncanakan ada 3 yaitu saluran pembawa, saluran penghantar, dan saluran pembuang. Dari masing – masing saluran tersebut perlu diketahui debit airnya yang mana

LOKASI STUDI

5

pengukurannya menggunakan current meter digital sehingga diketahui kecepatan airnya.

Dikarenakan saluran air yang ada dibutuhkan perbaikan, maka penampang saluran ini akan dibentuk persegi yang mana tinggi jagaan saluran air ini perlu diketahui agar debit untuk PLTMH tidak melimpah atau berkurang akibat kenaikan muka air.

Perencanaan bangunan air ini juga meliputi penentuan pintu sorong yang mana akan ditempatkan di saluran penghantar. Pintu sorong yang ditentukan ini menyesuaikan dengan kondisi yang ada yaitu kondisi aliran bebas.

2. Perancangan Kincir Air Untuk perancangan kincir air yang perlu dititik

beratkan adalah perancangan diameter luar (D1) dan diameter dalam (D2). Serta perlu dilakukan perancangan terhadap sudu kincir air dan lebar kincir air. Perancangan kincir air ini bergantung terhadap debit air pada saluran penghantar.

Selanjutnya perancangan ini juga meliputi penentuan transmisi mekanik yang akan digunakan. Sistem transmisi mekanik yang digunakan menyesuaikan putaran dari kincir air dan putaran generator yang akan digunakan.

3. Analisis Daya Terbangkitkan Dalam perhitungan daya yang terbangkitkan ini

dapat diperoleh dengan melakukan perhitungan terhadap parameter – parameter yang sudah diukur di lapangan. Perhitungan daya berupa daya hidrolik, daya mekanik kincir dan daya elektrik. Sehingga dengan didapatkannya daya elektrik maka dapat dilakuka penentuan alokasi pelayanan energi listrik di Desa Pasrujambe, Kabupaten Lumajang ini.

D. Diagram Alir Penelitian

Untuk diagram alur penelitian dapat dilihat pada Gambar 7 di bawah ini :

Mulai

Tinggi

Muka Air di

Saluran

Kecepatan

Aliran Air

Dimensi

Saluran

Tinggi

Jatuh

Data Debit

Perencanaan

Bangunan Air

Perancangan

Kincir Air

Analisa Daya

Terbangkitkan

Selesai

Gambar 7. Diagram Alir Penelitian

E. HASIL PERENCANAAN DAN PEMBAHASAN

A. Perencanaan Bangunan Air Untuk mendapatkan hasil perencanaan yang akurat

maka perlu dilakukan survey potensi aliran air yang ada di Kecamatan Pasrujambe, Kabupaten Lumajang.

Tinggi Jatuh

5,2 m

Saluran

Pembawa

Saluran

Pembuang

Saluran

Penghantar

Sungai

Gambar 8. Skema Pendayagunaan Sumber Daya Air

Berdasarkan Gambar 8 dapat dilihat bahwa terdapat tiga saluran adalah saluran pembawa, saluran penghantar dan saluran pembuang. Ketiga saluran ini merupakan saluran sekunder yang didapat dari hasil percabangan sungai yang berasal dari sumber mata air. Pada saluran pembuang diletakkan pintu yang digunakan sebagai pengatur debit yang akan menuju ke saluran penghantar.

Peletakan kincir air berada tepat dibawah saluran penghantar dengan tinggi jatuh sebesar 5,2 meter. Perubahan energi dari energi potensial menjadi energi mekanik kincir yang kemudian diubah menjadi energi elektrik yang mana untuk menyesuaikan antara putaran kincir air dan generator listrik digunakan suatu sistem transmisi mekanik berupa kombinasi gardan dan pulley.

1. Saluran Pembawa

Pengukuran kecepatan aliran air saluran pembawa ini mengambil 3 titik dengan kedalaman 0,2h dan 0,8h.

Gambar 9. Skema Pengukuran Kecepatan Air Tiap Segmen di Saluran Pembawa

Sehingga dapat diperoleh kecepatan air tiap segmennya sesuai yang tampak pada Tabel 5 di bawah ini.

6

Tabel 5. Kecepatan Aliran pada Saluran Pembawa

Sumber : Hasil Perhitungan

Selanjutnya dilakukan perhitungan terhadap kecepatan alira rata-rata tiap segemen (sesuai dengan persamaan 2.4), luas penampang basah, serta debit saluran air tiap segmen. Sehingga didapatkan rekap luas penampang basah dan debit saluan air pada tiap-tiap segmen pada Tabel 6 :

Tabel 6. Hasil Perhitungan Debit pada Saluran Pembawa

Dimensi Penampang Saluran (m)

Titik Pengukuran

1 2 3

H

0,15 0,18 0,15

B

0,25 0,25 0,25

Jarak dari titik 0 0,25 0,50 0,75

Segmen A B C D

Luas Segmen (m²) 0,01875 0,04125 0,04125 0,01875

Debit Saluran per Segmen (m³/detik) 0,00934 0,02413 0,02413 0,01097

Debit Penampang Saluran (m³/detik) 0,06857 Sumber : Hasil Perhitungan

Sesuai dengan tabel diatas maka diperoleh debit air pada saluran pembawa sebesar 0,06857 m3/detik.

2. Saluran Penghantar

Saluran ini dibagi menjadi 3 segmen dengan kedalaman masing-masing 0,2h dan 0,8h.

Gambar 10. Skema Pengukuran Kecepatan Air Tiap Segmen di

Saluran Penghantar

Sehingga dapat diperoleh kecepatan air tiap segmennya sesuai dengan Tabel 7.

Tabel 7. Kecepatan Aliran pada Saluran Penghantar

Titik Pengukuran

Kecepatan (m/detik)

Dimensi Penampang Basah (m)

0.2h 0.8h h b

1 0,310 0,377 0,10 0,22

2 0,332 0,487 0,12 0,22

3 0,421 0,487 0,12 0,22

Sumber : Hasil Perhitungan

Selanjutnya dilakukan perhitungan terhadap kecepatan alira rata-rata tiap segemen, luas penampang basah, serta debit saluran air tiap segmen. Sehingga didapatkan rekap luas penampang basah dan debit saluan air pada tiap-tiap segmen pada Tabel 8 seperti dilihat di bawah ini :

Tabel 8. Hasil Perhitungan Debit pada Saluran Penghantar

Dimensi Penampang Sungai (m)

Titik Pengukuran

1 2 3

h 0,10 0,12 0,12

b

0,22 0,22 0,22

Jarak dari titik 0 0,22 0,44 0,66

Segmen A B C D

Luas Segmen (m²) 0,01100 0,02420 0,02640 0,01320

Debit Sungai per Segmen (m³/detik) 0,00705 0,01318 0,01526 0,00927

Debit Penampang Sungai (m³/detik) 0,04476 Sumber : Hasil Perhitungan

Sesuai dengan tabel di atas maka diperoleh debit air pada saluran penghantar sebesar 0,04476 m3/detik.

3. Saluran Pembuang

Sedangkan untuk pengukuran pada saluran pembuang ini dibagi menjadi 3 segmen dengan kedalaman yang berbeda dari salruran yang lain yaitu kedalaman 0,5h.

Gambar 11. Skema Pengukuran Kecepatan Air Tiap Segmen

di Saluran Pembuang

Sehingga dapat diperoleh kecepatan air tiap segmennya sesuai dengan Tabel 9.

Tabel 9. Kecepatan Aliran pada Saluran Pembuang Titik

Pengukuran Kecepatan (m/detik)

Dimensi Penampang Basah

0.5h h b

1 0,465 0,06 0,2

2 0,553 0,08 0,2

3 0,553 0,08 0,2

Sumber : Hasil Perhitungan

Selanjutnya dilakukan perhitungan terhadap kecepatan alira rata-rata tiap segemen, luas penampang basah, serta debit saluran air tiap segmen. Sehingga didapatkan rekap luas penampang basah dan debit saluan air pada tiap-tiap segmen sebagai berikut yang tampak pada Tabel 10 :

Titik Pengukuran Kecepatan (m/detik) V rata – rata

(m/detik)

0.2h 0.8h

1 0,465 0,531 0,498

2 0,553 0,617 0,585

3 0,553 0,617 0,585

7

Tabel 10. Hasil Perhitungan Debit pada Saluran Pembuang

Dimensi Penampang Sungai Titik Pengukuran

(m) 1 2 3

h

0,06 0,08 0,08

b

0,20 0,20 0,20

Jarak dari titik 0 0,20 0,40 0,60

Segmen A B C D

Luas Segmen (m²) 0,00600 0,01400 0,01600 0,00800

Debit Sungai per Segmen (m³/detik) 0,00279 0,00774 0,00885 0,00442

Debit Penampang Sungai (m³/detik) 0,02380 Sumber : Hasil Perhitungan

Sesuai dengan tabel di atas maka diperoleh debit air pada saluran pembang sebesar 0,0238 m3/detik.

Apabila saluran telah dilakukan perhitungan debit maka dalam perencanaan ini akan ditempatkan suatu pintu sorong pada saluran pembuang. Dalam studi ini dipilih fabrikan pintu sorong tipe C5, Yang mana terdapat pada Gambar 12 seperti dibawah ini.

(a) (b)

Gambar 12. Desain Pintu Sorong, (a) Pintu Sorong Tampak Depan dan (b) Pintu Sorong Tampak Samping

Sumber : Hasil Perencanaan

Dalam perhitungan pintu sorong ini digunakan pendekatan aliran bebas dengan pola operasi satu pintu (KP 04, 2010:69). Apabila nilai dari Cd dan Cc telah ditentukan melalui Tabel 1 dan Tabel 2, maka pola operasi pintu sorong dapat diperoleh :

b = 0,5 m g = 9,81 m/detik2

Yg = 0,03 m Y0 = 0,03 m Cc = 0,605 Cd = 0,601

maka :

m3/detik L/detik

Dari perhitungan ini dapat dikatakan bahwa apabila pintu yang dibuka 0,03 m, maka debit yang mengalir adalah sebesar L/detik. Sehingga apabila diberikan

pada beberapa kondisi maka dapat digrafikkan akan Tampak seperti Gambar 12 dibawah ini.

Gambar 13. Grafik Lengkung Debit Operasi Pintu Sumber : Hasil Perhitungan

Mengacu pada Gambar 13. menunjukkan bahwa dari beberapa kondisi bukaan pintu yang diperbesar yaitu dari kondisi bukaan pintu minimum sebesar 0,02 meter hingga bukaan pintu penuh, debit air dan tinggi air di hulu pintu menunjukkan hubungan yang sebanding. Sehingga debit air akan menjadi semakin besar apabila tinggi air di hulu besar pula, yang mana semakin tinggi operasi bukaan pintu maka debit air akan menjadi semakin besar pula.

Gambar 14. Sketsa Pengaturan Bukaan Pintu

Sumber : Hasil Perencanaan

Dari sketsa yang tergambar yang tampak pada Gambar 14 menunjukkan bahwa saluran pembawa yang membawa debit dari sumber mata air akan dibelokkan ke saluran penghantar menuju kincir. Jika terjadi kelebihan debit maka akan dibuang melalui saluran pembunag. Perhitungan operasi bukaan pintu dengan hanya mengetahui tinggi muka air di saluran pembawa seperti pada Tabel 11 di bawah ini.

Sehingga apabila mengacu pada perhitungan yang tampak pada Tabel 11 menunjukkan hubungan tinggi muka air dengan tinggi muka air yang harus dibuka. Diketahui jumlah debit yang harus dibuang dengan mempertahankan jumlah debit yang akan mengalir ke saluran penghantar sebesar 70 liter/detik.

Selanjutnya perancangan ini tidak hanya pintu sorong saja, namun dibutuhkan pemasangan trash rack yang diletakkan pada awal saluran pembawa dengan lebar 0,75 m.

0.00

0.06

0.12

0.18

0.24

0.30

0.36

0.42

0.48

0.54

0.60

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45

Tin

gg

i Air

di

Hu

lu P

intu

(m

)

Debit (m3/detik)

0.05

0.11

0.17

0.23

0.29

0.35

0.41

0.47

0.53

0.56

0.66

Bukaan Penuh

8

Tabel 11. Hubungan Operasi Pintu dengan Tinggi Muka Air

No h di (1) Q di (1) Q di (2) Q di (3) Bukaan Pintu

(m) (liter/detik) (liter/detik) (liter/detik) (m)

1 0,58 71,08 70 1,08 0,020

2 0,59 72,63 70 2,63 0,020

3 0,60 74,18 70 4,18 0,030

4 0,61 75,74 70 5,74 0,035

5 0,62 77,30 70 7,30 0,040

6 0,63 78,86 70 8,86 0,045

7 0,64 80,42 70 10,42 0,050

8 0,65 81,99 70 11,99 0,055

9 0,66 83,56 70 13,56 0,060

10 0,67 85,14 70 15,14 0,065

11 0,68 86,71 70 16,71 0,070

12 0,69 88,29 70 18,29 0,075

13 0,70 89,87 70 19,87 0,080

14 0,71 91,46 70 21,46 0,085

15 0,72 93,04 70 23,04 0,090

16 0,73 94,63 70 24,63 0,095

17 0,74 96,22 70 26,22 0,100

18 0,75 97,81 70 27,81 0,110

Sumber : Hasil Analisis

Perlu diketahui bahwa dalam studi perencanaan ini bentuk penampang saluran pembawa, penghantar dan pembuang ini menggunakan penampang persegi, untuk menghitung dimensi saluran hantar dibutuhkan data-data sebagai berkut :

Q = Debit di masing – masing saluran berdasarkan perhitungan di lapangan (m3/detik)

n = Nilai koefisien kekasaran b = Lebar pada tiap saluran yang akan direncanakan

(m) h = 0,1 m (perhitungan trial and error dengan Q)

A. Saluran Pembawa

Data perencanaan saluran pembawa q = 0,0686 m3/detik b = 0,75 m S = 0,00012 Perhitungan sesuai dengan persamaan (2.6) :

V = . .

= . .

= . . 0,010954

Dengan menggunakan perhitungan trial and error maka didapat nilai h sebesar 0,57 m. Sesuai dengan Tabel 3 maka dengan debit lebih kecil dari 0,50 m3/detik maka dipilih tinggi jagaan sebesar 0,20 m. Sehingga tinggi saluran adalah 0,75 m.

B. Saluran Penghantar

Data perencanaan saluran penghantar Q = 0,0448 m3/ detik b = 0,75 m S = 0,00005 Perhitungan perencanaan :

V = . .

= . .

= . . 0,007071

Dengan menggunakan perhitungan sistem trial and error maka didapat nilai h sebesar 0,55 m. Sesuai dengan Tabel 3 maka dengan debit lebih kecil dari 0,50 m3/detik maka dipilih tinggi jagaan sebesar 0,20 m. Sehingga tinggi saluran adalah 0,75 m.

C. Saluran Pembuang

Data perencanaan saluran pembuang Q = 0,0238 m3/detik b = 0,5 m S = 0,00005

Perhitungan perencanaan :

V = . .

= . .

= . . 0,007071

Dengan menggunakan perhitungan sistem trial and error maka didapat nilai h sebesar 0,54 m. Sesuai dengan Tabel 3 maka dengan debit lebih kecil dari 0,50 m3/detik maka dipilih tinggi jagaan sebesar 0,20 m. Sehingga tinggi saluran dianggap sebesar 0,75 m. B. Perancangan Kincir Air dan Transmisi Mekanik

Dengan ketinggian jatuh 5,2 meter dan dipilih kincir jenis over-shot, diameter luar kincir ( ) dipilih 2,6 meter dan diameter dalam kincir () sebesar 1,8 meter dengan mempertimbangkan volume air yang dapat ditampung oleh tiap sudu serta lebar kincir air dari hasil perancangan (Gambar 15).

Penentuan besarnya diameter luar dan diameter dalam kincir air akan berpengaruh terhadap perancangan sudu kincir air. Sebagai acuan dari dapat dilihat kembali pada Tabel 4 yatu spesifikasi teknis dari kincir air jenis over-shot dapat dipilih kecepatan kincir air minimum sebesar 3 rpm.

Sehingga didaatkan putaran dalam rps :

N (dalam sekon) rps

Dengan jumlah sudu sebanyak 24 buah, maka jumlah sudu yang terisi oleh air pada saat satu putaran per sekonnya adalah :

9

Gambar 15. Diameter Luar dan Diameter Dalam Kincir Air

Sumber : Hasil Perancangan

Volume air yang mampu ditampung oleh sudu kincir air dapat dengan menggunakan persamaan (2.7):

m3

Perancangan sudu kincir air menggunakan tabung yang dipotong menjadi tiga bagian. Maka lebar sudu kincir air adalah sebesar :

m

Lebar sudu sesuai dengan perhitungan adalah sebesar 0,8100 meter. Sehingga panjang busur lingkaran sudu kincir air dengan persamaan (2.9):

m m

Perancangan sudu kincir tampak pada Gambar 16 :

Gambar 16. Sudu Kincir Air Sumber : Hasil Perancangan

Dengan penentuan putaran kincir sebesar 3 rpm dan generator diasumsikan mempunyai putaran nominal 1500 rpm, maka:

rasio putaran

Untuk mengatasi rasio yang terlalu tinggi ini maka digunakan kombinasi gardan. Gardan yang digunakan kombinasi gardan truk (rasio ) dan gardan mobil (rasio ). Sehingga :

Total rasio gardan

rasio pulley

C. Analisis Daya yang Diabngkitkan

Dalam menganalisi daya yang dapat dibangkitkan maka diperlukan pengukuran ketinggan jatuh aliran air. Hasil pengukuran di lapangan digambarkan dalam bentuk skema sesuai dengan Gambar 17.

Gambar 17. Skema Tinggi Jatuh Sumber : Hasil Investigasi

Melalui skema tersebut (Gambar 16) dapat diketahui bahwa tinggi jatuh saluran pembawa ke kincir air adalah sebesar 5,2 meter, ketinggian tersebut akan digunakan sebagai acuan besarnya daya elektrik yang dapat dibangkitkan dan pemilihan jenis kincir.

Sehingga dengan parameter – parameter yang sudah didapatkan maka dapat dijadikan dasar perhitungan daya hidrolik :

watt 5,2 . 9,81 . 1000 . 0,06857 hP

W 497893, kPh

Dengan ketinggian 5,2 meter diasumsikan kincir air yang digunakan aalah jenis over-shot dengan efisiensi maksimum sebesar 80%, maka akan didapatkan daya mekanik kincir sebesar :

kW

kW

Untuk mengetahui daya keluaran generator bergantung pada penggunaan sistem transmisi mekanik dan generator. Diasumsikan efisiensi gardan mobil dan truk masing-masing sebesar 80%, efisiensi pulley 85% serta efisiensi generator sebesar 75%. Maka didapatkan daya keluaran generator sebesar :

kW

kW

Sehingga diperoleh daya keluaran elektrik di Desa Pasrujambe, Kaupaten Lumajang sebesar 1,1417 kW. Dengan keluaran daya tersebut dimanfaatkan sebagai penerangan ke rumah-rumah warga dengan alokasi tertentu.

Dengan mempertimbangkan adanya rugi-rugi saluran transmisi sebesar 10% maka daya yang

m

m

10

didistribusikan sebesar 1,2075 kW. Alokasi tiap rumah mendapatkan daya sebesar 21 watt. Sehingga rumah yang dapat terlayani listrik ialah sebanyak 49 rumah.

Jenis kabel yang biasa digunakan untuk PLTMH adalah kabel dengan jenis kabel TC (Twisted Cable). Tiang listrik yang dipakai adalah tiang cor PVC dengan rincian tiang ujung sebanyak 4 buah, tiang sudut sebanyak 7 buah dan tiang tengah 18 buah. Jadi total tiang yang dipasang di lapangan ialah sebanyak 29 tiang.

V. PENUTUP

A. Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis dan perhitungan yang

telah dilakukan dengan memperhatikan rumusan masalah, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Desain bangunan air yang direncanakan adalah

saluran bagi dengan bentuk saluran ialah persegi dengan 1 buah pintu sorong dengan lebar = 0,50 m, total tinggi pintu = 1,50 m yang berguna untuk mengatur debit pada saluran penghantar.

2. Kincir yang digunakan ialah kincir air tipe overshot dengan D1 = 2,6 m, D2 = 1,8 m dan L = 0,8 m, dan menggunakan pulley dengan rasio 16,2 serta gardan yang digunakan adalah kombinasi gardan truk yang memiliki rasio 36 : 7 dan gardan mobil dengan rasio 36 : 6.

3. Daya listrik yang dapat dihasilkan adalah sebesar 1,1417 kW yang dapat didistribusikan untuk 49 rumah.

B. Saran Dengan merujuk pada manfaat yang diharapkan

dari hasil studi ini, maka dapat diberikan saran-saran sebagai berikut : 1. Kerjasama dengan warga Desa Pasrujambe dalam

pengawasan dan pemeliharaan pembangkit listrik yang dilakukan dalam jangka waktu tertentu. agar apabila terjadi kerusakan pada pembangkit dapat segera diadakan perbaikan.

2. Bagi instansi terkait diharapkan hasil studi yang terkait dengan pengelolaan PLTMH tipe kincir untuk dijadikan bahan pertimbangan dalam pembuatan kincir air di wilayah tersebut.

3. Diharapakan warga Desa Pasrujambe dapat menggunakan listrik dengan cermat.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim. 2007. http://www.energiterbarukan.net diunduh tanggal 28 Agustus 2012

[2] Anonim. 2010. Kriteria Perencanaan – 03 Saluran. C.V Galang Persada. Bandung.

[3] Anonim. 2010. Kriteria Perencanaan – 04 Bangunan . C.V Galang Persada. Bandung.

[4] Anonim. 2008. www.binderpuja.blogspot.com diunduh tanggal 6 Agustus 2012

[5] Anonim. 2008. www.cahklakah.blogspot.com diunduh tanggal 7 Agustus 2012

[6] Anonim.http://tep.fateta.ipb.ac.id/elearning/media/Energi. diunduh tanggal 12 Agustus 2012

[7] Anonim.www.wikipedia.com diunduh tanggal 1 Agustus 2012

[8] Anonim. http//:www.luwuraya.com diunduh tanggal 31 Agustus 2012

[9] Arismunandar. Artono. Dr, Kuwahara. Dr. 1972. Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik Jilid I. Pradnya Paramita. Jakarta.

[10] Benjamin, T. B. 1956. On The Flow In Channels When Rigid Obstaclesare Placedin The Steam. J. Fluid Mech. United Kingdom : Cambridge University Press.

[11] Bos, M. G. 1978. Discharge Measurement Structures. Intenational Institute For Land Reclamation and Improvement/ILRI Press. Wageningen.

[12] Chow,V.T. 1997. Hidrolika Saluran Terbuka. Erlangga. Jakarta.

[13] Dewan Energi Nasional. 2010. Media Informasi dan Komunikasi Dewan Energi Nasional Edisi II .

[14] Dietzel,F. 1998. Turbin. Pompa dan Kompresor. Erlangga. Jakarta

[15] Hagendoorn, J. J. M. 1989. Konstruksi Mesin 2. PT. Rosda Jayaputra. Jakarta.

[16] Sri Harto. 2000. Hidrologi (Teori, Masalah, Penyelesaian). PT. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta.

[17] Mismail, B. 1992. Pelistrikan Desa di Indonesia. Universitas Indonesia. Jakarta.

[18] Patty, O. 1995.Tenaga Air. Erlangga.Jakarta. [19] Siswoyo, H. 2011. Pengembangan Potensi

Sumber Daya Air untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro di Wilayah Pedesaan. Jember: Politeknik Negeri Jember.

[20] Subramanya, K. 1986. Flow In Open Channels. New Delhi : Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited.

[21] Sutikno, D. 1997. Turbin Air Banki. Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya. Malang.

[22] Wibawa,U. 2001. Sumber Daya Energi Alternatif. Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Brawijaya. Malang.