Post on 07-Jul-2018
8/18/2019 Pra Proposal 1
1/31
1
STUDI POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO
HIDRO (PLTMH) MENGGUNAKAN SOFTWARE TURBNPRO
3.0 DI ALIRAN SUNGAI TAMBAK, SIWARAK DESA
WATUAGUNG, TAMBAK, BANYUMAS
KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN
TINGGI
UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
PURWOKERTO
2016
8/18/2019 Pra Proposal 1
2/31
2
Daftar Isi
Daftar Isi.................................................................................................................. 2
BAB I ...................................................................................................................... 3
PENDAHULUAN .................................................................................................. 3
1.1
Latar Belakang ........................................................................................ 3
1.2
Rumusah Masalah .................................................................................... 4
1.3
Batasan Masalah ....................................................................................... 5
1.4 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 5
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................... 5
1.6
Hipotesa .................................................................................................... 6
1.7
Sistematika Penulisan ............................................................................... 6
BAB II ..................................................................................................................... 7
TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 7
2.1 Penelitian Terdahulu ................................................................................. 7
2.2
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro ................................................. 7
2.5
Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro .......................... 14
2.5.1 Identifikasi Lokasi PLTMH ............................................................ 14
2.5.2 Pengukuran Debit Air ..................................................................... 14
2.5.3
Metode Pengukuran Jatuhan Air ( Head )......................................... 17
2.5.4
Perencanaan Bangunan Sipil PLTMH ............................................ 19
2.5.5 Mekanikal dan Elektrical ................................................................ 25
BAB III ................................................................................................................. 29
METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................ 29
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................ 29
3.2
Alat dan Bahan ....................................................................................... 29
3.3
Tahapan Penelitian ................................................................................. 30
3.4 Jadwal Penelitian .................................................................................... 31
8/18/2019 Pra Proposal 1
3/31
3
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi listrik merupakan bentuk energi sekunder yang paling praktis
penggunaannya oleh manusia, dimana listrik dihasilkan dari proses konversi
energi sumber energi primer seperti, potensial air, energi angin, minyak bumi,,
batu bara panas bumi dan lain-lain. Penyediaan energi listrik sebagian besar masih
mengandalkan penggunaan Bahan bakar minyak dan batubara, sementara
kemampuan suplai bahan bakar minyak dan batubara terus menurun seiring
dengan menipisnya cadangan bahan tambang tersebut di alam.
Keterbatasan tenaga listrik merupakan salah satu permasalahan energi
yang paling mendasar di Indonesia. Ketersediaan pembangkit listrik masih
kurang. Hal ini dapat dilihat dari banyaknya daerah yang belum teraliri listrik.
Maka dari itu, perlu adanya pembangkit listrik yang dapat menjangkau tempat
terpencil yang ramah lingkungan dan harganya terjangkau.
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) merupakan alternatif
sumber energi listrik bagi masyarakat, PLTMH memberikan banyak keuntungan
terutama bagi masyarakat pedalaman di seluruh Indonesia. Disaat sumber energi
lain mulai menipis dan memberikan dampak negative berupa polusi, maka air
menjadi sumber energi yang sangat penting karena dapat dijadikan sumber energi
pembangkit listrik yang murah dan tidak menimbulkan polusi.
Indonesia dialiri oleh banyak sungai dan keberadaan sungai tersebut belum
dimanfaatkan secara optimal. Lokasi sungai-sungai ini juga kebanyakan terletak
di desa-desa dan dareah terpencil. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
(PLTMH) merupakan pilihan yang tepat untuk memanfaatkan sungai-sungai di
daerah yang belum dialiri listrik.
8/18/2019 Pra Proposal 1
4/31
4
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah suatu sistem
pembangkit listrik yang dapat mengubah potensi air dengan ketinggian dan debit
tertentu menjadi tenaga listrik dengan menggunakan turbin air dan generator.
Sistem seperti ini dipasang pada sungai kecil dan tidak memerlukan dam yang
besar sehingga dampaknya sangat kecil terhadap lingkungan.
Pemerintah juga telah membuat peraturan perundangan yang menunjang
investasi dalam bidang PLTMH yaitu Peraturan Pemerintah No. 3 tahun 2005
tentang Ketenagalistrikan disebutkan, guna menjamin ketersediaan energi primer
untuk pembangkit tenaga listrik, diprioritaskan penggunaan sumber energy
setempat dengan kewajiban mengutamakan pemanfaatan sumber energi
terbarukan. Dengan demikian sudah selayaknya mulai mengembangkan potensi
PLTMH. Akan tetapi dalam pembangunan suatu PLTMH harus memperhatikan
beberapa aspek diantaranya adalah aspek teknis, aspek lingkungan, dan aspek
ketersediaan sumber energi.
Rencana proyek PLTMH ini berada di Siwarak secara umum dapat
direalisasikan pembangunannya baik atas pertimbangan sosial dan perkiraan
kebutuhan pemakaian listrik di daerah tersebut. di Siwarak mengalirkan debit
yang dapat diandalkan sepanjang tahunnya, dan memiliki kontur yang sesuai
dengan teknis perencanaan untuk dibangun PLTMH. Dengan kondisi demikian,
ada kemungkinan air yang belum dimanfaatkan tersebut digunakan untuk
membangkitkan listrik. Listrik yang dihasilkan dimaksudkan untuk memenuhi
kebutuhan energi listrik masyarakat Siwarak Kecamatan Tambak Kabupaten
Banyumas.
1.2
Rumusah Masalah
1. Seberapa besar potensi debit dan jatuhan air(head) yang terukur di
lokasi perencanaan PLTMH di Siwarak Desa Watuagung,
Kecamatan Tambak, Kabupaten Banyumas Jawa Tengah?
8/18/2019 Pra Proposal 1
5/31
5
2.
Bagaimanakah menentukan jenis turbin dan generator PLTMH yang
sesuai dengan karakteristik aliran sungai di siwarak desa
Watuagung?
3.
Bagaimana spesifikasi teknis peralatan elektrik-mekanik PLTMH?
1.3
Batasan Masalah
1. Pembahasan di sisi teknis hanya menjelaskan prinsip kerja
komponen-komponen penyusun PLTMH dan faktor yang
mempengaruhiya.
2.
tidak membahas sinkronisasi tegangan, frekuensi dan fasa dengan
jala-jala PLN
3. Tidak membahas detail tentang distribusi energi listrik
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah :
1. Melakukan pemanfaatan sumber daya air yang potensial di sungai
desa Watuagung.
2. Mengetahui potensi sumber energi listrik dari sungai di Desa
Watuagung.
3. Melakukan analisis terhadap kebutuhan turbin dan generator
PLTMH sesuai dengan potensi dari sungai di Desa Watuagung.
1.5
Manfaat Penelitian
Hasil yang diperoleh dari tugas akhir ini diharapkan dapat memberi
manfaat sebagai berikut:
1. Dapat dijadikan sebagai bahan pertimbangan pemerintah daerah
kabupaten Banyumas dalam pengembangan PLTMH di desa
Watuagung dan juga desa-desa lain di kabupaten Banyumas yang
masih krisis listrik.
2.
Dapat dijadikan referensi pada penelitian selanjutnya tentang
pemanfaatan potensi air sebagai sumber pembangkit tenaga listrik.
8/18/2019 Pra Proposal 1
6/31
6
1.6 Hipotesa
Sungai di Siwarak, Desa Watuagung, Kecamatan Tambak, KabupatenBanyumas memiliki potensi sebagai sumber energy potensial yang dapat
dimanfaatkan untuk digunakan pada pembangkit listrik tenaga mikro Hidro.
Walaupun Siwarak, Desa Watuagung, Kecamatan Tambak, Kabupaten Banyumas
telah teraliri listrik dari PLN namun sekiranya dengan memanfaatkan sumber daya
alam yang ada dapat meningkatkan kesejahteraan masyarakat sekitar.
1.7
Sistematika Penulisan
BAB I PENDAHULUAN
Pada Bab ini, akan dibahas tentang judul, latar belakang, perumusan
masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, hipotesis dan
sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang studi pustaka yang menjadi dasar penelitian
tentang perencanaan pembangkit listrik tenaga mikro hidro.
BAB III METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tentang lokasi dan waktu penelitian, alat dan objek
penelitian, tahap-tahap penelitian, alur penelitian, jadwal pelaksanaan penelitian
dan bentuk keluaran yangdiharapkan.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada Bab ini, berisi tentang analisis terhadap data yang telah diperoleh
dilapangan.
BAB V PENUTUPPada Bab V Penutup, berisi tentang kesimpulan secara keseluruhan dan
saran-saran dari hasil pembahasan.
8/18/2019 Pra Proposal 1
7/31
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terdahulu
Dalam beberapa jurnal penelitian telah banyak dibahas mengenai sistem
hybrid antara Pembangkit Listrik Tenaga Angin dan Pembangkit Listrik Tenaga
Surya, hal ini dapat dilihat dari beberapa jurnal sebagai berikut:
1. Setyo Kasworo (2015) dengan judul “Studi Potensi Dan Perancangan
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (Pltmh) Di Aliran Sungai
Banjaran Desa Kebumen, Baturraden, Banyumas Sebagai Desa
Mandiri Energi”. Penelitian ini untuk mengetahui potensi sungai
banjaran yang ada di desa Kebumen, Baturaden, Banyumas sebagai
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro(PLTMH).
2. Galih Permana Putra (2012) dengan Judul “Perancangan Pembangkit
Listrik Tenaga Piko Hidro (Pltph) Menggunakan Software Homer 2.68
Beta Berdasarkan Potensi Debit Dan Tinggi Jatuh Air Di Aliran
Sungai Curug Desa Watuagung, Tambak- Banyumas”. Penelitian ini
tentang perencanaan system PLTMH yang mempunyai back-up berupa
Diesel Generator untuk menjaga kontinuitas penyaluran energi listrik
dengan bantuan software Homer 2.68.
2.2
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro (PLTMH), merupakan suatu
pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai
penggeraknya. Air yang menjadi sumber tenaga untuk menghasilkan energi listrik
bisa berasal dari berbagai tempat, misalnya saluran irigasi, sungai atau air terjun
alam, dengan cara memanfaatkan tinggi jatuhan air (head, dalam meter) dan
jumlah debit airnya (m3/detik).
8/18/2019 Pra Proposal 1
8/31
8
Gambar 1 Bagan Keseluruhan PLTMH
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH), mempunyai kelebihan
dalam hal biaya operasi yang rendah jika dibandingkan dengan Pembangkit
Listrik Tenaga Diesel (PLTD), karena mikro hidro memanfaatkan energi sumber
daya alam yang dapat diperbarui, yaitu sumber daya air serta dengan ukurannya
yang kecil penerapan mikro hidro relatif mudah dan tidak merusak lingkungan.
Secara teknis, mikrohidro mempunyai tiga komponen utama yaitu air
sumber energi, turbin dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu
disalurkan dengan ketinggian tertentu melalui pipa pesat menuju rumah instalasi
(powerhouse). Di rumah instalasi, air tersebut akan menumbuk turbin sehingga
akan menghasilkan energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Putaran
poros turbin ini akan memutar generator sehingga dihasilkan energi listrik
PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut dengan clean
energi karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTMH memiliki
konstruksi yang masih sederhana dan mudah dioperasikan serta mudah dalam
perawatan dan penyediaan suku cadang. Dari segi ekonomi, biaya operasi dan
8/18/2019 Pra Proposal 1
9/31
9
perawatannya relatih murah sedangkan investasinya cukup bersaing dengan
pembangki listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH lebih mudah diterima
masyarakat luas dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya.
2.3 Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
1. Dam/Bendung pengalih intake ( Diversion Weir dan Intake)
Bendung berfungsi untuk menaikkan/mengontrol tinggi air dalam
sungai secara signifikan sehingga memiliki jumlah air yang cukup untuk
dialihkan ke dalam intake pembangkit mikro hidro di bagian sisi sungai ke
dalam sebuah bak pengendap (Settling Basin). Sebuah bendung dilengkapi
dengan pintu air untuk membuang kotoran/lumpur yang mengendap.
Perlengkapan lainnya adalah penjebak/saringan sampah. PLTMH umumnya
merupakan pembangkit tipe run off river sehingga bangunan bendung dan
intake dibangun berdekatan. Dengan pertimbangan dasar stabilitas sungai
dan aman terhadap banjir, dapat dipilih lokasi untuk bendung (Weir) dan
intake.
Tujuan dari intake adalah untuk memisahkan air dari sungai ataukolam untuk dialirkan ke dalam saluran, penstock atau bak penampungan.
Tantangan utama dari bangunan intake adalah ketersediaan debit air yang
penuh dari kondisi debit rendah sampai banjir. Juga sering kali adanya
lumpur, pasir dan kerikil atau puing-puing dedaunan pohon sekitar sungai
yang terbawa aliran sungai.
Beberapa hal yang menjadi pertimbangan dalam memilih lokasi
Bendung (Weir ) dan Intake, antara lain :
a. Jalur daerah aliran sungai
Lokasi bendung (Weir ) dan intake dipilih pada daerah aliran sungai
dimana terjamin ketersediaan airnya, alirannya stabil, terhindar banjir dan
pengikisan air sungai.
b. Stabilitas lereng yang curam
Oleh karena pemilihan lokasi PLTMH sangat mempertimbangkan
jatuhan air (head), sudah tentu pada lokasi lereng atau bukit yang curam.
8/18/2019 Pra Proposal 1
10/31
10
Dalam mempertimbangkan lokasi bangunan Bendung (Weir ) dan Intake
hendaknya mempertimbangkan stabilitas sedimen atau struktur tanahnya
yang stabil.
c.
Memanfaatkan fasilitas saluran irigasi yang ada di pedesaan.
Pemanfaatan ini dapat dipertimbangkan untuk efisiensi biaya
konstruksi, karena sudah banyak sungai di pedesaan telah dibangun
konstruksi sipil untuk saluran irigasi.
d. Memanfaatkan topografi alami seperti kolam dan lain-lain.
Penggunaan kealamian kolam untuk intake air dapat memberikan
keefektifan yang cukup tinggi untuk mengurangi biaya, disamping itu juga
membantu menjaga kelestarian alam, tata ruang sungai dan ekosistem
sungai yang perlu diperhatikan adalah keberlanjutan kolam dan pergerakan
sedimen.
e. Level volume yang diambil (Tinggi Dam) dan level banjir
Karena pembangunan bendung/dam inatek pada bagian yang sempit
dekat sungai, maka level banjir pada daerah itu lebih tinggi sehingga
diperlukan daerah bagian melintang dam yang diperbesar untuk kestabilan.
2. Bak Pengendap (Settling Basin)
Fungsi bangunan bak pengendap ini adalah untuk :
a. Penyalur yang menghubungkan intake dengan bak pengendap sehingga
panjangnya harus dibatasi.
b.
Mengatur aliran air dari saluran penyalur sehingga harus mencegah
terjadinya kolam pusaran dan aliran turbulen serta mengurangi
kecepatan aliran masuk ke bak pengendap sehingga perlu bagian
melebar.
c. Sebagai tempat untuk mengendapkan sedimen dimana untuk detil
desainnya perlu dihitung dengan formulasi hubungan panjang bak,
kedalaman bak, antara kecepatan pengendap, dan kecepatan aliran.
d. Sebagai penimbunan sedimen, sehingga harus didesain mudah dalam
pembuangan sedimen.
8/18/2019 Pra Proposal 1
11/31
11
e.
Sebagai spillway yang mengalirkan aliran masuk ke bagian bawah
dimana mengalir dari intake.
3. Saluran Pembawa ( Head Race)
Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga
elevasi dari air yang disalurkan.Ada berbagai macam saluran pembawa,
antara lain terowongan, saluran terbuka dan saluran tertutup.Konstruksi
saluran pembawa dapat berupa saluran tertutup ataupun saluran terbuka
berupa pasangan batu kali bahkan hanya berupa tanah yang digali. Pada
saluran yang panjang perlu dilengkapi dengan saluran pelimpah pada jarak
tertentu. Ini untuk menjaga jika terjadi banjir maka kelebihan air akan
terbuang melalui saluran tersebut.
4. Bak Penenang ( Head Tank )
Bak penenang berfungsi sebagai penyaring terakhir untuk menyaring
benda-benda yang masih tersisa dalam aliran air, dan merupakan tempat
permulaan pipa pesat (penstock) yang mengendalikan aliran menjadi
minimum sebagai antisipasi aliran yang cepat pada turbin tanpa menurunkan
elevasi muka air yang berlebihan dan menyebabkan arus baik pada saluran.
5. Pipa Pesat ( Penstock )
Penstock dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke
sebuah turbin air. Kondisi topografi dan pemilihan skema PLTMH
mempengaruhi tipe pipa pesat ( penstock ). Umumnya sebagai saluran ini
harus didesain/dirancang secara benar sesuai kemiringan (head) sistem
PLTMH. Pipa penstock merupakan salah satu komponen yang mahal dalam
pekerjaan PLTMH, oleh karena itu desainnya perlu dipertimbangkan
terhadap keseimbangan antara kehilangan energi dan biaya yang diperlukan.
Parameter yang penting dalam desain pipa penstock terdiri dari material
yang digunakan, diameter dan ketebalan pipa serta jenis sambungan yang
digunakan.
6. Turbin dan Generator
Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis.
Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik.
8/18/2019 Pra Proposal 1
12/31
12
Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air
menjadi energi mekanis. Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan
digunakan secara luas untuk tenaga industri untuk jaringan listrik.
Sekarang lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin kini
dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energi yang dapat
diperbaharukan.
Turbin air dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa cara, namun
yang paling utama adalah klasifikasi turbin air berdasarkan cara turbin air
tersebut merubah energi air menjadi energi puntir. Berdasarkan klasifikasi
ini, maka turbin air dibagi menjadi dua yaitu :
1. Turbin impuls
Yang dimaksud dengan turbin impuls adalah turbin air yang cara
bekerjanya dengan merubah seluruh energi air (yang terdiri dari
energy potensial + tekanan + kecepatan) yang tersedia menjadi energi
kinetic untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi puntir.
Contoh: turbin Pelton.
2.
Turbin reaksi
Yang dimaksud dengan turbin reaksi adalah turbin air yang cara
bekerjanya dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi
energi puntir.
Turbin air reaksi dibagi menjadi dua jenis yaitu:
Francis
Propeller
2.4 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) memiliki prinsip
kerja yang sama dengan Pembangkit Litrik Tenaga Air (PLTA) yaitu
dengan memanfaatkan beda ketinggian air. Perbedaan ketinggian air akan
menyebabkan adanya suatu aliran air dari tempat yang lebih tinggi ke
tempat yang lebih rendah dengan bantuan gravitasi. Aliran air ini digunakan
8/18/2019 Pra Proposal 1
13/31
13
untuk memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Pada
PLTMH aliran air yang digunakan dapat berupa saluran irigasi, sungai
ataupun air terjun.
Pada saluran air yang digunakan sebagai sumber PLTMH terdapat
penyaringan sampah untuk menyaring kotoran yang mengambang diatas air,
kolam pengendap untuk mengendapkan kotoran, saluran pembuangan untuk
membuang kelebihan air yang mengalir melalui saluran akibat banjir. Akhir
dari saluran pembuangan adalah sebuah kolam penenang ( forebay tank )
yang berfungsi untuk mengendapkan dan menyaring kembali air agar
kotoran tidak masuk dan merusak turbin. Selain itu kolam penenang ini
berfungsi juga untuk menenangkan aliran air yang akan masuk ke dalam
pipa pesat( penstock ). Besar volume air yang masuk ke pipa pesat diatur
melalui pintu pengatur. Pipa pesat ini akan mengalirkan air ke turbin yang
terhubung dengan generator. Turbin pada proses pembangkitan listrik ini
berputar karena adanya pengaruh energi potensial air yang mengalir dari
pipa pesat dan mengenai sudu-sudu turbin. Berputarnya turbin kemudianakan mengakibatkan generator juga berputar sehingga generator dapat
menghasilkan listrik sebagai keluarannya.
Besarnya daya listrik yang masuk ke turbin secara matematis
dituliskan sebagai berikut :
Pin turbin = ρ.Q.h.g (Watt)
secara matematis daya real yang dihasilkan dari pembangkit adalah
sebagai berikut (JICA, 2003):
Preal = ρ × Q × h × g × ηtotal
Dimana :
Pin turbin = Daya masukan ke turbin (kW)
Preal = Daya sebenarnya yang dihasilkan (kW)
Ρ = Massa jenis fluida (1000 kg/m3)
8/18/2019 Pra Proposal 1
14/31
14
Q = Debit air (m3/s)
H = Ketinggian efektif (m)
G = Gaya gravitasi (m/s2)
η total = η konstruksi sipil × η penstock × η turbin × η generator ×
η sistem kontrol × η jaringan × η trafo
2.5
Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
2.5.1 Identifikasi Lokasi PLTMH
Identifikasi lokasi pembangkit listrik tenaga mikro hidro ini
bertujuan untuk mengetahui lokasi dan informasi yang terkait untuk
pembangunan pembangkit listrik serta evaluasi kelayakan dari pembangkit
listrik tenaga mikro hidro.
Pada identifikasi lokasi ini dilakukan hal-hal sebagai berikut:
1. Pengumpulan data referensi dasar berupa peta topografi dan curah
hujan
2. Pengukuran data debit air
3. Perencanaan lokasi konstruksi sipil berupa intake,rute saluran air, dan
lain-lain.
4.
Melakukan penilaian kelayakan dari lokasi-lokasi yang akan
digunakan
2.5.2 Pengukuran Debit Air
Debit air adalah adalah banyaknya volume air yang mengalir pada
suatu tempat/saluran pada satu satuan waktu tertentu. Besamya aliran tiap
waktu atau disebut dengan debit, akan tergantung pada luas tampang aliran
dan kecepatan aliran rerata. Pendekatan nilai debit dapat dilakukan dengan
cara mengukur tampang aliran dan mengukur kecepatan aliran tersebut.
Pengukuran debit air dapat dilakukan dengan beberapa metode
antara lain:
8/18/2019 Pra Proposal 1
15/31
15
1.
Metode dengan current meter
Current meter yang digunakan untuk mengukur aliran
sungai adalah tipe sekrup. Tetapi sekarang, sebuah current meter
elektromagnetik yang tidak memiliki bagian yang berputar.
Current meter ini sesuai untuk menguukur aliran sungai pada
sebuah lokasi hidro skala kecil. Ukurannya ringan, dan dapat
digunakan mengukur pada sungai yang dangkal.
Gambar 2 Pengukuran kecepatan aliran air dengan current
meter
2. Metode Pengukuran Pelampung
Pengukuran pelampung adalah pengukuran dengan prinsip
mencari besarnya waktu yangdiperlukan untuk bergeraknya
pelampung pada sepanjang jarak tertentu. Kecepatan rata-rata
arus dicari menggunakan pembagian antara nilai panjang jarak
dibagi dengan waktu tempuhnya. Kecepatan arus (V) dapat
dihitung dengan L/T (m/detik).
Rumus perhitungan aliran arus :
Vm = C×Vmean
Diamana :
Vm = Kecepatan aliran arus akhir
Vmean = Kecepatan aliran arus rata-rata
8/18/2019 Pra Proposal 1
16/31
16
C = faktor pengali
o Saluran beton dengan bagian melintangnya
seragam = 0.85
o Arus kecil dimana dasar sungainya rata = 0.65
o Aliran dangkal (sekitar 0.5m) = 0.45
o Dangkal dan dasar sungai tidak rata = 0.25
Gambar 3 Pengukuran kecepatan arus dengan pelampung
3.
Metode Pengukuran Dam
Metode pengukuran dam dilakukan apabila debit air kecil
dan penggunaan current meter atau metode pengukuran
pelampung tidak mungkin dilakukan. Metode ini mengharuskan
untuk membuat dam/bending dengan ukuran sehingga debit air
dapat diukur dengan mengukur kedalaman limpahan air pada
dam sungai.
8/18/2019 Pra Proposal 1
17/31
17
Gambar 4 Metode Pengukuran Dam
Pada metode ini, debit air dapat diperoleh dengan rumus
berikut.
Q = C . L . h1.5
C = 1.838 ( 1+ (0.0012/h) ) ( 1 – ( (h . L)1/2 ) / 10) )
Diamana:
Q : Debit air (m3/s)
C:Koefisien debit air
L:Lebar bukaan dari dam (m)
h : Kedalaman limpahan air (m)
2.5.3 Metode Pengukuran Jatuhan Air (Head )
Mikrohidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki
perbedaan ketinggian tertentu. Pada dasarnya, mikrohidro
memanfaatkan energi potensial jatuhan air (head). Semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah
menjadi energi listrik.
Pengukuran tinggi jatuhan air (head ) dapat dilakukan dengan
beberapa metode, antara lain:
1. Metode Penggunaan Selang Transparan
Metode ini digunakan untuk lokasi head rendah, selama itu
murah dan ketepatannya dapat diterima secara rasional. Untuk
8/18/2019 Pra Proposal 1
18/31
18
mendapatkan ketinggian dari dua titik, mengukur perbedaan level air
dari air yang diisikan ke dalam selang transparan pada dua titik.
Gambar 5 Metode Penggunaan selang transparan
2. Metode waterpas dan papan plank
Metode ini menggunakan sebuah papan kayu dan sebuah
waterpas. Waterpas ini digunakan untuk mengukur tingkat horizontal
dari papan kayu, kemudian sebuah meteran untuk mengukur tinggi
ujung papan kayu dengan permukaan tanah.
Gambar 6 Metode Waterpas dan Papan Plank
3. Metode Penggunaan Altimeter
Metode ini dilakukan dengan bantuan alat altimeter yang
bekerja dengan mengukur tekanan atmosfir. Altimeter digunakan
dengan membawanya pada dua titik yang berbeda ketinggian,
8/18/2019 Pra Proposal 1
19/31
19
kemudian selisih ketinggian dari dua titik tersebut merupakan beda
ketinggiannya.
Gambar 7 Altimeter
4.
Metode Meteran Pandang
Metode ini menggunakan bantuan clinometer untuk mengukur
sudut kemiringan lereng. Untuk mengetahui ketinggiannya
diperlukan sudut vertical yang diukur dengan clinometer dan sebuah
jarak hipotenus yang diukur dengan sebuah meteran.
Gambar 8 Metode Meteran Pandang
2.5.4 Perencanaan Bangunan Sipil PLTMH
Bangunan sipil pada PLTMH berguna untuk mengalirkan
aliran air sungai menuju instalasi pembangkit sebelum akhirnya
digunakan untuk menggerakkan turbin. Bangunan sipil ini terdiri
dari:
1. Bendungan (weir) dan intake
8/18/2019 Pra Proposal 1
20/31
20
Bendungan untuk instalasi PLTMH terdiri dari
berbagai variasi tipe yang dapat dipilih dan digunakan
sesuai dengan kebutuhan dan tentunya atas pertimbangan
dana yang tersedia. Bendungan tersebut berfungsi untuk
menampung aliran air sungai. Sebuah bendungan
dilengkapi dengan pintu air untuk membuang
kotoran/lumpur yang mengendap.
Terdapat beberapa jenis tipe dasar dam intake,
diantaranya:
Tabel 1 Tipe Dam Intake
Tipe Gambar
Dam
Beton
Graviti
Dam
Beton
Apung
Dam
Tanah
Dam
Urugan
Batu
8/18/2019 Pra Proposal 1
21/31
21
DamPasangan
Batu
Basah
Dam Batu
Bronjong
Dan Batu
Bronjong
Diperkuat
Beton
Dam Kayu
Dam
Bingkai
Kayu
Dengan
Kerikil
2. Bak Pengendap
Bak pengendap tidak hanya mempunyai struktur
yang hanya mampu untuk menempatkan dan
memindahkan sedimen yang ukurannya lebih besar dari
ukuran minimum yang dapat merusak turbi, tetapi juga
suatu saluran pelimpah untuk menjaga agar debit air yang
berlebih tidak mengalir ke saluran air.
Bagian dari bak pengendap dan fungsinya adalah
sebagai berikut.
1)
Bagian Penyalur
8/18/2019 Pra Proposal 1
22/31
22
Bagian penyalur menghubungkan
intake dengan bak pengendap. Ini diperlukan
bahwa bagian penyalur harus membatasi
panjangnya.
2) Bagian Melebar
Bagian ini mengatur aliran air dari
saluran penyalur ke pencegah terjadinya
kolam pusaran dan aliran turbulen dan
mengurangi kecepatan aliran masuk ke bak
pengendap untuk menentukan kecepatan
sebelumnya.
3) Bagian Pengendap
Fungsi dari bagian ini adalah untuk
menempatkan sedimen diatas ukuran dan
panjang tertentu yang kemudian dihitung
dengan menggunakan formula yang
didasarkan pada hubungan antara kecepatan
pengendapan, kecepatan aliran dalam bak
pengendap dan kedalaman air.
3. Saluran Pembawa
Terdapat dua tipe saluran pembawa ini yaitu:
1)
Saluran Terbuka
Gambar
Ke
untungan
- Relative murah
- Konstruksinya mudah
Ke
lemahan
- Kemungkinan aliran sedimen dari
lereng diatasnya
- Tingginya tingkat jatuh daun -
8/18/2019 Pra Proposal 1
23/31
23
daunan, dll.
Ciri Khas
- Saluran tanah sederhana
- Jalur saluran (jalur pasangan batu
basah atau kering, jalur beton)
- Pagar Saluran ( terbuat dari kayu,
beton atau tembaga)
- Jalur saluran berbentuk lembaran
- Saluran berbentuk setengah
tabung (seperti pipa – pipa yang
berbelok -belok, dll)
2)
Saluran tertutup
Gambar
Ke
untungan
-
Pada umumnya volume
pekerjaan tanahnya besar.
- Rendahnya rata - rata
sedimen dan daun - daunan
yang jatuh disaluran.
Ke
lemahan
- Sulitnya merawat dan
meninjau saluran, termasuk
pembersihan dan
perbaikkannya.
Ciri Khas
- Tabung yang dipendam
(Hume, PVC or FRPM)
-
Pagar saluran dengan
tutupnya.
4.
Bak Penenang
8/18/2019 Pra Proposal 1
24/31
24
Bak penenang merupakantempat yang digunakan
untuk melakukan pemisahan sampah terakhir dalam air
serta mengontrol perbedaan debit dalam penstock dan
sebuah saluran pembawa karena fluktuasi beban.
Kapasitas bak penenang
Vsc = As×dsc = B×L×dsc
dimana,
As : area bak penenang
B : lebar bak penenang
L : panjang bak penenang
Dsc : kedalaman air dari kedalaman aliran yang
sama dari sebuah saluran ketika
menggunakan debit maksimum (h0)
menuju kedalaman kritis dari ujung tanggul
untuk menjebak pasir dalam sebuah bak
penenang (hc)
Gambar 9 Bak penenang
5. Pipa Pesat ( Penstock )
Pipa pesat digunakan untuk mengalirkan air untuk
menggerakkan turbin yang berasal dari bak penenang.
Bahan utama pipa pesat adalah pipa – pipa baja, pipa – pipa
8/18/2019 Pra Proposal 1
25/31
25
ductile dan pipa FRPM (fibre reinforced plastic multi-
unit), sedangkan pembangkit tenaga air skala kecil
menggunakan pipa – pipa hard vinyl chloride, pipa – pipahowell atau pipa-pipa spiral welded dapat
dipertimbangkan karena diameternya kecil dan tekanan
internalnya relatif rendah
6. Rumah Pembangkit
Rumah pembangkit dapat diklasifikasikan ke dalam
“tipe diatas tanah‟, “tipe semi-dibawah tanah‟ dan ; tipedibawah tanah‟. Sebagian besar pembangkit listrik tenagaair skala kecil adalah “tipe diatas tanah‟ Dimensi untuk
lantai rumah pembangkit seperti peralatan dasar dan pendukung harus memperhitungkan kenyamanan selama
operasi, perawatan dan pekerjaan pemasangan.
Berbagai tipe pondasi rumah pembangkit dapat
dipertimbangkan tergantung pada tipe turbin.
Bagaimanapun tipe pondasi untuk rumah pembangkit
dapat diklasifikasikan ke dalam “untuk Turbin Impulse‟(seperti turbin Pelton, turbin Turgo dan turbin Crossflow)
dan “untuk Turbin Reaction‟ (turbin Francis, turbinPropeller).
2.5.5 Mekanikal dan Elektrical
1. Turbin Air
Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial,
tekanan dan energi kinetic) menjadi energi mekanik dalam bentuk
putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator
menjadi tenaga listrik.
Ada beberapa tipe turbin air, diantaranya
1)
Turbin ImpulsPada jenis turbin ini, runner berputar karena adanya pukulan
dari pancaran air yang memiliki kecepatan, dimana tekanan telah
dikumpulkan dari tekanan ketinggian pada saat pemancaran dari
nozzle. Yang termasuk dalam jenis turbin ini yaitu
- Turbin Crossflow
- Turbin Pelton
- Turbin Turgo
2) Turbin Reaksi
8/18/2019 Pra Proposal 1
26/31
26
Jenis turbin ini, runner berputar karena adanya tekanan dari
aliran air. Yang merupaka turbin jenis reaksi adalah
-
Turbin Kaplan
- Diagonal Mixed Flow
- Turbin Tubular
- Turbin Straight Flow (Tipe Package)
- Turbin Turgo impulse
- Turbin Reverse pump
Output dari turbin dapat dihitung dengan rumus berikut:
Pmax = 9.8 x He x Qmax x
Dimana,
Pmax : output maksimum (kW)
He : head efektif (m)
Qmax : debit maksimum (m3/s)
: efisiensi maksimum turbin (%)
Pemilihan sebuah turbin air yang baik tergantung pada:
- Head yang tersedia
- Debit air yang tersedia
8/18/2019 Pra Proposal 1
27/31
27
Dalam perencanan turbin parameter yang mendasari adalah kecepatan
spesifik turbin (Ns) dan kecepatan putar/sinkron (n) dimana kedua
parameter tersebut dihitung dengan persamaan (USBR,1976: 14):
Ns = n√
⁄
n =
Dimana,
Ns : Kecepatan spesifik turbin (mkW)
n : kecepatan putar/sinkron (rpm)
P : daya (kW)
H : tinggi jatuh effektif (m)
f : frekuensi generator (Hz)
p : jumlah kutub generator
2. Generator
Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanik putaran poros
menjadi energi energi listrik. Konversi Energi tersebut berlangsung
melalui medium medan magnet. Untuk instalasi PLTMH dapat
digunakan generator sinkron dan generator asinkron
1)
Generator SinkronKapasitas generator dinyatakan dalam Volt-Ampere. Sebuah
generator harus memiliki kapasitas (Volt-Ampere) yang cukup
untuk memenuhi kebutuhan pada saat beban maksimum. Dengan
memperhatikan rugi-rugi generator serta untuk menjamin kinerja
generator maka perlu adanya faktor keamanan, sebesar 20 %.
Apabila menggunakan pengontrol beban ELC ( Electronic
Load Controller ) maka kapasitas daya tambahan sebesar 60%.
8/18/2019 Pra Proposal 1
28/31
28
2)
Generator Asinkron
Penggunaan generator asinkron (generator induksi)
sebagai pembangkit listrik pada PLTMH dengan kapasitas yang
kecil lebih handal dibandingkan bila menggunakan generator
sinkron. Biasanya sebagai generator asinkron digunakan motor
induksi. Motor induksi sebagai generator sebenarnya merupakan
teknologi yang sudah tidak asing lagi di dunia PLTMH.
Biasanya sistem ini disebut “Induction Motor as Generator” atau
IMAG. Di Indonesia potensi pengembangan teknologi ini
terbuka lebar setelah adanya sistem kontrol beban elektronik
IGC (Induction Generator Controller)(IBEKA, :8-7).
3. Pentanahan (Grounding )
pentanahan merupakan salah satu faktor penting di dalam
pelistrikan untukagar arus gangguan yang timbul pada saat
tertentu, mengalir masuk tanah sehingga tidak merusak peralatan
listrik yang ada. Dalam pelaksanaannya, pentanahan meliputi:
Pentanahan sistem,
Berupa hubungan dengan tanah untuk suatu titik pada
penghantar arus dari sistem, seperti pada sistem transmisi dan
distribusi.
Pentanahan peralatan sistem,
Berupa hubungan dengan tanah untuk suatu bagian
yang tidak membawa arus dari sistem, seperti pada pipa baja
saluran tempat kabel, batang pemegang saklar
8/18/2019 Pra Proposal 1
29/31
29
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian
Lokasi : Kampus Fakultas Teknik Universitas Jenderal Soedirman,
Purbalingga dan pengambilan data terkait dilakukan di sungai
tambak, Siwarak desa Watuagung, Tambak, Banyumas
Waktu : Maret 2016 – Juni 2016
3.2
Alat dan Bahan
Adapun peralatan yang digunakan pada penelitian adalah
a. Peralatan Simulasi
laptop dengan spedifikasi sebagai berikut :
Intel ® Core ™ i3-3110M @ 2.40 Ghz (4 CPUs), RAM 6144 MB,
harddisk 320 GB.`
Sistem Operasi yang dipakai adalah sistem operasi Windows 7 32-
bit, dan Software TURBNPRO Versi 3.0 sebagai simulator PLTMH.
b. Peralatan Utama
1. Multimeter analog dan digital.
2.
Tachometer
3. Test pen
4. Pelampung
5. Stopwatch
6. Water Pass
7. Roll Meter
8/18/2019 Pra Proposal 1
30/31
30
8.
Selang Transparan
c.
Peralatan Pendukung
1. HP/kamera digital beserta kabel data.
2. Perangkat printer.
3. Buku catatan.
4. Flashdisk
3.3
Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian yang digunakan dalam penyusunan laporan tugas
akhir ini, yaitu
1. Tahap Persiapan dengan mengumpulkan data-data yang berasal dari
buku petunjuk dan sumber-sumber yang relevan (Metode literature).
2. Tahap Pengumpulan Data yaitu dengan mendatangi lokasi untuk
mengetahui potensi yang ada dengan memperhatikan debit air yang ada
pada sungai dan tingkat kemiringan sungai untuk mengetahui potensi
tinggi jatuhan air(head ).
3. Tahap analisis yaitu dilakukan pengolahan data yang telah didapatkan
dan melakukan pembuktian hipotesis yang telah dibuat. Langkah-
langkah pada tahap analisis ini adalah sebagai berikut:
1)
Analisis Sipil
Menghitung besar debit aliran
Menentukan tinggi jatuh air efektif (Heff) berdasarkan
pengukuran di lapangan.
Menghitung debit rata – rata tahunan dari data curah hujan yang
diambil di stasiun pengamat curah hujan terdekat dalam kurun
waktu tertentu
2)
Analisis elektrikal mekanikal
8/18/2019 Pra Proposal 1
31/31
31
Dengan menggunakan bantuan software TURBNPRO V3.0
dilakukan analisis untuk :
Mengetahui nilai daya yang dapat dibangkitkan dari aliran
sungai
Mengetahui putaran dan kecepatan spesifik turbin (Ns dan nq)
Menentukan diameter poros dan roda turbin
Menentukan rasio kecepatan putaran antara turbin dan generator
untuk menentukan diameter pulley
3) Analisis Ekonomi
Perkiraan biaya konstruksi pada tahap perencanaan kasar.
Menghitung Unit Energi Cost.
Menghitung Payback Periods.
Menghitung Net Present Value (NPV).
Menghitung Internal Rate of Return (IRR).
4.
Tahap akhir yaitu Tahap akhir dari penelitian, meliputi penulisan
laporan dan seminar hasil penelitian.
3.4
Jadwal Penelitian
No
.Jenis Kegiatan
Maret April Mei Juni
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1Tahap
Persiapan √ √ √
2
Tahap
Pengumpulan
Data√ √ √ √ √ √
3Tahap Simulasi
dan Analisis √ √ √ √ √ √
4 Tahap Akhir√ √ √ √