5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO

2.1.1 Gambaran Umum Mikrohidro

Air merupakan salah satu sumber energi yang terbarukan yang sudah sejak

lama dipergunakan. Pada dasarnya, air memiliki energi potensial pada air jatuh

dan energi kinetik pada air mengalir. Pada jaman dulu, air diaplikasikan sebagai

alat pemutar kincir air yang digunakan untuk penggilingan dan penggergajian.

Dengan berkembangnya teknologi, air sudah dipergunakan sebagai penghasil

energi mekanis dan energi listrik.

Tenaga air ialah energi yang diperoleh dari air mengalir dengan mengubah

energi mekanik dari air ( energi mekanik tersebut dihasilkan dari konversi energi

potensial akibat air yang mengalir dari sebuah ketinggian tertentu menuju ke

daerah yang lebih rendah ) yang dimanfaatkan untuk memutar turbin air,

kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik.

Mikrohidro ialah ialah pembangkit listrik tenaga air dalam skala kecil,

sesuai dengan keputusan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral

Nmr:1122K/30/MEM ) memiliki kapasitas listrik lebih kecil dari 1 MW ( < 1 MW

).

Sejauh ini, pembangkit listrik tenaga air sebagian besar memanfaatkan air

dalam skala besar. Pembangkit listrik tenaga air skala besar membutuhkan

bendungan yang luas dan berkapasitas besar. Dengan bertambahnya kebutuhan

listrik yang cepat, pemanfaatan air sebagai pembangkit listrik skala kecil

berkembang luas. Hal ini disebabkan biaya pembangkitan dan perawatan yang

murah. Dan juga tidak memerlukan lahan yang luas dan bendungan yang besar.

Sehingga cocok digunakan sebagai sumber listrik di daerah terpencil.

6

2.1.2 Konversi Energi

Sistem konversi energi yang terjadi pada pembangkit listrik tenaga

mikrohidro ialah dengan mengubah energi potensial pada air menjadi energi

mekanik kemudian menjadi energi listrik.

Energi Potensial Energi Kinetik Energi Mekanik Energi Listrik

Gambar 2.1 : Skema Konversi Energi pada PLTMH

Pada awalnya potensi pada air diubah menjadi energi mekanik pada turbin

yang akan memutar generator dan menghasilkan energi listrik. Daya yang dapat

dihasilkan oleh suatu pembangkit mikrohidro sangat dipengaruhi oleh ketinggian (

head ) dan debit aliran air. Head mempresentasikan perbedaan ketinggian antara

dam ( reservoir ) pada bagian atas dengan tempat perputaran turbin pada bagian

bawah. Sedangkan debit air ialah besarnya volume air yang dialirkan setiap satu

satuan waktu menuju turbin.

Dalam prosesnya tidak semua potensi energi air dapat dimanfaatkan untuk

menghasilkan energi listrik, namun terdapat energi yang hilang dalam proses

kerjanya yang dapat diakibatkan oleh gesekan, pemanasan maupun efisiensi alat

yang digunakan.

Adapun persamaan umum konversi energi pada pembangkit listrik tenaga

mikrohidro ialah :

Potensi Energi air = Energi listrik keluaran + rugi-rugi

Potensi energi air [6] ialah

E = mgh 2.1

dimana

m ialah massa air ( kg )

7

g ialah percepatan gravitasi ( m/s² )

h ialah ketinggian ( m )

Massa air merupakan perkalian antara massa jenis air ( ρ ) dengan volume air ( V

), sehingga :

E = ρVgh 2.2

dimana

ρ ialah massa jenis air ( kg/m³ )

V ialah volume air ( m³ )

Daya ( P ) ialah besarnya energi persatuan waktu ( E/t ) dan debit ( Q ) ialah

besarnya volume persatuan waktu ( V/t ), sehingga persamaan 2.2 dapat

dinyatakan:

P = ρQgh 2.3

dimana

P adalah daya (watt)

Q adalah debit air (m3/s)

Adapun daya keluaran yang dapat dihasilkan ialah

Daya Keluaran = Potensi daya masukan x efisiensi

= ρQghη W 2.4

dimana

h = ketinggian ( m )

Q = debit air ( m3/s )

g = percepatan gravitasi bumi ( m/s2 )

8

η = efisiensi total efisiensi sistem ( turbin, generator, dan sipil )

2.1.3 Jenis Pembangkit Sistem Mikrohidro

2.1.3.1 Resevoir and Dam Based

Pada sistem pembangkit reservoir, pembangkit menggunakan tempat

penampungan air. Jadi aliran air ditampung terlebih dahulu pada kolam tando dan

kemudian disalurkan untuk memutar turbin. Dengan menggunakan kolam

tersebut, besar debit air yang disalurkan menuju turbin dapat diatur. Selain itu,

dengan adanya kolam maka kolam dapat menampung debit air yang melimpah

pada musim hujan dan ketika debit air sungai berkurang pada musim kemarau, air

yang disimpan pada kolam tando dapat dimanfaatkan.

Penggunaan kolam tando pada pembangkit mikrohidro tergantung pada

karakter dan bentuk geografis aliran sungai, kestabilan debit aliran sungai.

Pembuatan kolam tando juga mengakibatkan semakin besarnya biaya

pembangkitan.

2.1.3.2 Run-off River

Yang dimaksud dengan jenis pembangkit Run-off River ialah pembangkit

yang mengikuti debit aliran sungai. Pembangkit ini tidak memiliki reservoir/

kolam tando untuk menampung air sementara, sehingga air akan langsung

disalurkan melalui saluran untuk menuju turbin.

Pembangkit ini merupakan jenis pembangkit yang pertama kali

diperkenalkan dan diaplikasikan. Pembangkit ini sangat tergantung pada debit

aliran air di setiap waktu. Oleh karena itu, ketika debit aliran air sungai sangat

kecil pembangkit tidak dapat memproduksi listrik sehingga mengurangi efisiensi

energi keluaran pembangkitan.

Keuntungan pembangkit ini ialah biaya pembangunan pembangkitan

karena tidak perlu dibangunnya kolam tando. Selain itu dampak terhadap

lingkungan juga lebih minim. Sedangkan kekurangan pembangkit ini ialah debit

9

air yang menuju turbin sangat tergantung pada debit aliran air sungai di setiap

waktu.

2.1.3.3 Gabungan Reservoir dan Run-off River

Pembangkit ini merupakan gabungan dari dua jenis pembangkit yang telah

dijelaskan sebelumnya. Tipe pembangkit ini dapat dilakukan pada pembangkit

mikrohidro yang menggunakan lebih dari 1 ( >1) turbin untuk pembangkitannya.

Sebagai contoh PLTMH yang menggunakan 2(dua) buah rumah

pembangkitan dimana pada hulu pembangkitan dibangun reservoir untuk

penampungan air yang kemudian disalurkan ke rumah pembangkitan 1. Kemudian

air keluaran pada rumah pembangkitan 1 kemudian langsung disalurkan ke rumah

pembangkitan 2.

2.2 TURBIN AIR

Turbin merupakan salah satu komponen utama pada PLTMH. Turbin

berfungsi untuk mengubah energi kinetik pada air jatuh menjadi energi mekanik

yang berupa putaran yang akan dihubungkan dengan generator menggunakan gear

atau belt sehingga memutar generator dan menghasilkan listrik.

Turbin memiliki beberapa jenis sesuai dengan efektifitasnya masing-

masing. Pemilihan jenis turbin yang digunakan pada suatu pembangkit didasarkan

pada beberapa hal antara lain ketinggian lokasi air, debit air yang dihasilkan, daya

yang ingin dihasilkan dan besarnya putaran turbin yang ingin dihasilkan.

Air yang menumbuk turbin akan melalui sudu. Sudu turbin terdiri dari dua

yaitu sudu tetap yang berfungsi untuk mengarahkan air agar tepat menumbuk sudu

gerak turbin

Besarnya putaran turbin yang dihasilkan harus disesuaikan dengan putaran

yang dibutuhkan generator untuk menghasilkan daya listrik yang diinginkan.

10

Putaran pada turbin dapat lebih kecil dibandingkan generator dengan

menggunakan gear atau belt pada shaft turbin dan shaft generator dengan

perbandingan sebaiknya tidak melebihi 1:3. Tetapi sangat disarankan untuk

menggunakan kecepatan yang sama sehingga generator dan turbin dapat

dihubungkan dengan satu poros.

Kalkulasi efisiensi pada turbin dapat diperkirakan dengan persamaan :

Efisiensi Turbin =        T.        

 Q 2.5

dimana

T = Torque ( Nm )

ω = Kecepatan sudut ( rad/s )

P = Tekanan air jatuh ( N/m2 )

Q = Debit air ( m3/s )

2.2.1 Jenis-jenis Turbin

Turbin air dibedakan menjadi dua jenis menurut prinsip kerjanya, yaitu :

2.2.1.1 Turbin Impuls

Pada nozle, energi potensial air berubah menjadi energi kinetik. Air yang

memiliki kecepatan ini akan menghasilkan momentum ( impuls ) pada sudu turbin

sehingga menghasilkan putaran. Turbin impuls ialah turbin tekanan sama karena

tekanan air ketika keluar nozle sama dengan tekanan atmosferdi sekitarnya. Cara

kerjanya ialah dengan mengubah energi kinetik hasil perubahan energi potensial

menjadi energi mekanik berupa energi putaran.

11

Cara kerja turbin impuls

Beberapa jenis turbin impuls :

1. Turbin Crossflow

Ide salah satu jenis turbin impuls ini dibuat oleh Michell-Banki. Turbin ini

beroperasi pada head rendah hingga sedang yaitu 2-200 m dengan debit air 0,1 -

10 m3/s. Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya

disesuaikan dengan lebar runner.

Prinsip kerja turbin ini ialah air mengalir membentur sudu turbin sehingga

menghasilkan energi mekanik berupa putaran dan kemudian air menuju keluar

dan membentur sudu yang lainnya sehingga menghasilkan energi putaran

tambahan ( lebih kecil dibandung ketika masuk ).

Gambar 2.2 : Skema Kerja Turbin Crossflow [23]

2

b

S

s

b

m

(

m

u

d

2. Turb

Turb

bekerja oleh

Sudu turbin

sehingga pa

berbelok ke

menghindari

Turb

(sekitar 75-4

mikro dapat

Untu

untuk penye

diperkecil da

bin Pelton

bin pelton m

h pancaran a

terdiri dari

ancaran air m

e kedua ar

i terjadi gaya

G

bin Pelton ad

400 m) den

juga diguna

uk menghasi

emprotan air

an ember su

Gambar

merupakan sa

ir yang dise

dua bagian

menumbuk t

ah sudu da

a-gaya samp

Gambar 2.4: N

dalah turbin

ngan debit s

akan pada ke

ilkan daya y

r menuju su

du lebih kec

12

2.3 : Turbin

alah satu turb

mprotkan m

yang simetr

tepat di bag

an berbalik

ping.

Nozle dan Tu

yang cocok

ekitar 0,2 h

etinggian 20

yang besar

udu. Dengan

cil.

n Crossflow [

bin yang pal

melalui nozle

ris. Sudu dib

gian tengah

arah. Hal

urbin Pelton

digunakan u

hingga 3 m3

m.

r dapat digu

n demikian u

[23]

ling efisien.

ke sudu tur

bentuk sedem

sudu dan pa

ini dilaku

n [20]

untuk head y3/s. Tetapi u

unakan bebe

ukuran diam

Turbin ini

rbin. Setiap

mikian rupa

ancaran air

ukan untuk

yang tinggi

untuk skala

erapa nozle

meter nozle

13

3. Turbin Turgo

Turbin impuls ini dapat beroperasi pada head sedang dan tinggi berkisar

30 s/d 300 m . Pancaran air dari nozle pada turbin turgo membentur sudu pada

sudut 20o. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya

dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator karena tidak

diperlukannya belt untuk menambah putaran sehingga menaikkan efisiensi total

sekaligus menurunkan biaya.

Gambar 2.5 : Sudu Turbin Turgo dan Nozle [6]

2.2.1.2 Turbin Reaksi

Pada turbin ini energi yang mekanik yang dihasilkan bukan hanya akibat

energi kinetik tetapi diakibatkan juga oleh adanya perbedaan tekanan. Bentuk dari

turbin ini memiliki profil khusus yang mengakibatkan terjadinya penurunan

tekanan air ketika melalui sudu.

Runner turbin jenis ini sepenuhnya tercelup dalam air dan berda di dalam

runah turbin. Kecepatan turbin reaksi relatif lebih tinggi dibandingkan turbin

impuls pada debit dan ketinggian yang sama. Hal ini menyebabkan kebanyakan

pembagkit yang ada menggunakan turbin reaksi.

Beberapa jenis turbin reaksi :

d

b

v

d

d

a

U

y

2

t

d

T

d

1. Turb

Turb

dengan prins

bertekanan r

vertikal. Tur

debit antara

Turbin

dapat digera

arah tangen

Untuk peng

yang dapat d

2. Turb

Turb

turbinnya b

digunakan u

Turbin prop

diamneter ya

bin Francis

bin ini merup

sip kerja turb

rendah pada

rbin francis

0,4 – 20 m3/

ini memilik

akkan dan ad

nsial air mas

gunaan pada

digerakkan/d

G

bin Propeler

bin propeler

rupa propel

untuk keting

eler yang dig

ang lebih ke

pakan salah s

bin reaksi di

a bagian kelu

dapat digun

/s.

ki memiliki

da yang tetap

suk sehingg

a berbagai k

diatur merup

Gambar 2.6:

dan Kaplan

r ini meru

ler seperti b

ggian rendah

gunakan bia

cil dibandin

14

satu jenis tur

imana air ya

uar. Turbin

nakan pada

sudu penga

p. Sudu peng

ga menghasi

kondisi alira

pakan pilihan

Skema Turb

upakan turb

bentuk kipa

h sekitar 3 –

asanya memi

ngkan turbin

rbin reaksi. P

ang masuk p

ini dapat di

head sekita

arah. Sudu p

garah ini ber

ilkan putaran

an air, pengg

n yang lebih

bin Francis [

in reaksi a

s motor pad

– 20 m deng

iliki 3-6 sudu

francis.

Prinsip kerja

pada tekanan

idesain hori

ar 15 – 300

pengarah ini

rfungsi untuk

n yang pali

gunaan sudu

tepat

[21]

aliran aksia

da perahu.

gan debit 1,5

u. Turbin in

anya sesuai

n tinggi dan

sontal atau

m dengan

i ada yang

k mengatur

ing efektif.

u pengarah

al. Bentuk

Turbin ini

5 – 40 m3.

i memiliki

15

Pada turbin ini terdapat pengaturan sudu (adjustable blade) dan

pengaturan debit ( guide vane ). Jenis turbin yang sudu dan guide vane-nya dapat

diatur merupakan kombinasi yang paling baik untuk rentang debit yang sangat

lebar. Turbin sejenis ini disebut turbin kaplan. Kaplan memiliki efisiensi

maksimum untuk rentang ketinggian dan debit yang besar.

Gambar 2.7: Turbin Kaplan [17]

Berikut pengelompokan turbin berdasarkan ketinggiannya :

Jenis Head tinggi

( > 60 m )

Head sedang

( 20 – 60 m )

Head rendah

( 3 – 20 m )

Turbin Impuls Pelton

Turgo

Cross-Flow

Multi-Jet Pelton

Turgo

Cross-Flow

Turbin Reaksi Francis Propeller

Kaplan

Tabel 2.1 : Pengelompokan Turbin [6]

16

2.2.2 Kecepatan Spesifik

Kecepatan spesifik ialah kecepatan putar turbin untuk menghasilkan satu

satuan daya pada ketinggian efektif satu satuan panjang. Kecepatan spesifik

merupakan salah satu faktor karakteristik turbin. Berikut persamaannya [23]:

45H

PNNs = 2.6

dimana :

Ns ialah kecepatan spesifik

N ialah kecepatan putaran turbin (rpm)

P ialah daya keluaran turbin (kW)

H ialah ketinggian efektif (m)

2.2.3 Efisiensi Turbin

Efisiensi turbin menunjukkan berapa persen (%) kecepatan putar turbin

yang terjadi dibandingkan dengan kecepatan maksimum. Efisiensi turbin

tergantung dari beberapa faktor antara lain keadaan beban dan jenis turbin.

Efisiensi juga dinyatakan dalam beberapa keadaan yaitu : tinggi terjun maksimum,

tinggi terjun normal, tinggi terjun minimum dan tinggi terjun rancangan.

Berikut tabel efisiensi beberapa jenis turbin pada berbagai kondisi beban :

Jenis

Turbin Ns

% Efisiensi Pada Berbagai Kondisi Beban % Beban Pada

Efisiensi

Maksimum 0,25 0,5 0,75 1 Max

Pelton 22 81 86 87 85 87,1 70

Francis

75 62 83 88 83 88 75

110 60 85 90 84 90,2 80

220 59 83 90 85 91,5 85

17

335 54 82 91 86 91 87,5

410 47 71,5 85 87 91,5 92,5

460 55 74,5 86,5 86 92,5 92

Propeller 690 45 70 84,5 82 91,5 92

800 32 59 78 84 88 96

Kaplan 750 83,5 91 91,5 87 91,6 70

Tabel 2.2: Efisiensi Beberapa Jenis Turbin Pada Berbagai Keadaan Beban [23]

2.2.4 Kavitasi

Kavitasi ialah susunan gelembung uap air yang terjadi pada turbin yang

terendam air dimana tekanan lokalnya lebih rendah dibandingkan tekanan uap air.

Bila cairan masuk ke daerah tekanan lokal lebih rendah dibandingkan tekanan

uapnya, maka sebagian dari cairan tersebut akan menguap dan membentuk

gelembung air. Ketika gelembung air ini mengalir menuju tekanan yang lebih

tinggi maka gelembung tersebut akan pecah dan cairan di sekitar akan mengalir

dengan cepat untuk mengisi rongga akibatnya pecahnya gelombang udara

tersebut. Jika tumbukan ini terjadi pada turbin maka akan terjadi lubang-lubang

kecil pada sudu-sudu turbin yang lama kelamaan akan merusak turbin dan

mengurangi efisiensi turbin. Selain itu, kavitasi ini mengakibatkan terjadinya

getaran dan suara berisik.

Pada turbin reaksi yang letak turbinnya terendam air harus diperhatikan

tekanan lokalnya agar tidak lebih rendah dibandingkan tekanan uap untuk

menghindari terjadinya kavitasi. Untuk desain turbin yang memiliki kecepatan

spesifik tinggi juga mempunyai kecepatan dan tekanan yang rendah. Oleh karena

itu, diperlukan evaluasi dan pemilihan runner dengan bentuk yang tepat. Selain itu

juga dapat didesain dengan memasang runner pada posisi lebih rendah terhadap

permukaan air sebelah bawah (tailrace)

Analisis kavitasi pada turbin reaksi akan dijelaskan dengan pertolongan

gambar di bawah. Hukum Bernoulli [23] dikerjakan pada titik 1 dan titik 2

18

sebagai berikut:

g

vpz

g

vpz

2

222

22

211

1 ++=++γγ (2.7)

002

21

1 ++=++ Hatmg

vHHs

                 (2.8)

Tinggi kecepatan pada Titik 1 berbanding lurus dengan tinggi terjun efektif

H. Agar tidak terjadi kavitasi maka tinggi tekanan pada Titik 1 harus lebih besar

atau sama dengan tinggi tekanan kavitasi. Oleh karena itu, Persamaan 2.8 dapat

ditulis sebagai:

HvHatmHbdenganH

HsHb

H

HsHvHatm

−=

−=

−−=σ

(2.9)

dimana:

σ ialah koefisien kavitasi

Hatm ialah tinggi tekanan udara luar

Hv ialah tinggi tekanan kavitasi

Hs ialah tinggi tekanan isap

H ialah tinggi terjun efektif

Hb ialah selisih antara tinggi tekanan udara luar dengan tinggi tekanan kavitasi

19

Gambar 2.8: Skema Turbin Untuk Analisis Kavitasi [23]

Nilai Hb menurun dengan naiknya elevasi tempat dengan laju rerata 0,11 m

tinggi air untuk setiap 100 m kenaikan elevasi tempat. Pada permukaan air laut

rata-rata Hb=10,3m. Dengan pemisalan bahwa fluktuasi tekanan atmosfir ±5%,

maka untuk keperluan praktis dapat digunakan rumus empiris [23] mencari Hb:

)}100

(11,03,10{95,0E

xHb −= meter (2.10)

dengan E adalah elevasi tempat terhadap permukaan air laut rata-rata.

.

2.3 TRANSMISI MEKANIK

Pada dasarnya, apabila putaran generator yang diinginkan sama dengan

kecepatan putar turbin, maka tidak diperlukan transmisi mekanik antara turbin

dengan genrator. Generator dan turbin dapat langsung didesain memilki poros

yang sama.

Tetapi pada umumnya, kecepatan turbin dan generator berbeda. Oleh

karena itu, transmisi mekanik sangat diperlukan untuk menghasilkan putaran yang

diperlukan generator. Ada beberapa jenis transmisi elektrik, antara lain :

1. Jenis Belt

20

Poros turbin dan generator dihubungkan pulley atau flywheel dan belt yang

rasionya disesuaikan dengan perbandingan kecepatan turbin dan generator.

Transmisi mekanik ini lebih murah harganya tetapi tidak tahan lama. Efisiensinya

sekitar 95 – 98 %.

Gambar 2.9: Belt [22]

2. Jenis Gearbox

Poros turbin dan generator dihubungkan menggunakan gear dengan suatu

poros parallel pada satu wadah dan bearing yang menyesuaikan dengan rasio

kecepatan antara turbin dengan generator. Transmisi mekanik ini lebih mahal

tetapi tahan lama. Efisiensinya antara 95% - 97% .

Gambar 2.10: Gearbox[22]

2.4 SURVEY POTENSI SUNGAI

Survey potensi ini adalah hal pertama yang harus dilakukan. Dengan

survey ini, dapat diperoleh faktor-faktor awal yang kemudian dipertimbangkan

untuk menentukan layak tidaknya dibangun PLTMH. Beberapa hal yang harus

disurvei ialah :

• Pengukuran debit air sungai

• Pengukuran head sungai

• Penempatan power house yang paling efektif

21

• Mengidentifikasi letak beban yang akan disuplai atau jaringan PLN yang

terdekat.

2.4.1 Prediksi Debit Air Sungai

Debit aliran air setiap harinya tidak selalu sama. Oleh karena itu,

dibutuhkan perhitungan debit air secara berulang-ulang untuk memperoleh nilai

debit aliran untuk beberapa selang waktu. Pada penelitian ini, nilai debit air sungai

adalah hasil perhitungan oleh pihak Balai Hidrologi Pusat Sumber Daya Air Jawa

Barat dan Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air Nasional. Salah

satu kegiatan pihak yang bersangkutan adalah melakukan perhitungan debit aliran

air sungai tahunan di wilayah Jawa Barat.

Adapun metode perhitungan debit yang dilakukan ialah sesuai dengan

persamaan debit, dimana debit aliran sungai merupakan perkalian antara

kecepatan dengan luas penampang sungai. Oleh karena itu perlu dilakukan survei

langsung ke sungai untuk menghitung kecepatan aliran sungai dan luas

penampang.

• Menghitung Kecepatan Aliran Sungai

Ada beberapa cara untuk menghitung kecepatan aliran sungai :

o Current Meter

Kecepatan aliran rata-rata di suatu penampang dapat diperoleh dengan

menggunakan current meter. Kecepatan rata-rata ini diperoleh dari berbagai

titik vertikal aliran sungai sesuai dengan kedalaman, lebar sungai dan sarana

yang ada.

1. Pengukuran kecepatan aliran satu titik, dilaksanakan pada titik yang

berjarak 0.6 atau 0.2 kedalaman (d) dari permukaan air

a. kedalaman 0.6 d dilakukan apabila kedalaman kurang dari 0.75 m

b. kedalaman 0.2 d dilakukan apabila pengukuran 0.6 d tidak dapat

dilakukan, misalnya pada saat banjir

22

2. Pengukuran kecepatan aliran dua titik dilakukan apabila kedalaman air

lebih dari 0,75 m. pengukuran dilakukan pada jarak 0.2 d dan 0.8 d, dan

kecepatan rata-ratanya diambil dari persamaan:

0.2 0.8

2V VV +

= (2.11)

dimana:

V ialah kecepatan aliran rata-rata pada suatu vertical (m/s)

0.2V ialah kecepatan aliran pada titik 0.2 d (m/s)

0.8V ialah kecepatan aliran pada titik 0.8 d (m/s)

3. Pengukuran kecepatan aliran tiga titik dilaksanakan pada kedalaman 0.2

d, 0.6 d, dan 0.8 d, dan kecepatan rata-ratanya ditentukan dari persamaan:

0.2 0.6 0.8

2 2V V VV +

= + (2.12)

dengan tambahan 0.6V = kecepatan aliran pada titik 0.6 d (m/s)

4. Pengukuran kecepatan aliran dibanyak titik kedalamn diukur pada

kedalaman tiap 1/10 bagian kedalaman dan kecepatan rata-ratanya dapat

ditentukan dengan secara grafis

o Float Methode

Metode ini dapat diaplikasikan pada aliran sungai yang lurus, tidak beriak

dan tidak banyak halangan. Metode ini menggunakan sebuah benda yang

dapat melayang pada aliran sungai. Benda ini ( biasanya menggunakan bola

kecil atau gabus ) dialirkan pada lairan sungai sepanjang jarak tertentu.

Kemudian dihitung berapa waktu yang dibutuhkan untuk mencapai jarak

tersebut. Dengan demikian dapat diperoleh kecepatan aliran air. Percobaan

ini sebaiknya dilakukan berulang-ulang pada beberapa sisi sungai dan jarak

berbeda-beda, kemudian dihitung kecepatan rata-ratanya.

Kecepatan ini kemudian dikoreksi dengan faktor koreksi sesuai dengan

23

jenis sungai yang sidurvei. Adapun beberapa faktor koreksi antara lain :

- Sungai besar, lurus, lambat dan tidak banyak halangan 0.75

- Saluran bersemen, lurus, dan bentuknya teratur 0.85

- Sungai kecil, lurus dan tidak banyak halangan 0,65

- Sungai dangkal dan bergelombang 0.45

- Sungai sangat dangkal dan bergelombang 0.25 Sumber : Manual book on Micro‐hydro Development 

• Menghitung Luas Penampang Sungai

Untuk menghitung luas penampang dapat dilakukan dengan mengalikan lebar

sungai dengan kedalaman sungai. Yang menjadi permasalahan ialah nilai

kedalaman sungai yang berbeda – beda di setiap titik. Oleh karena itu, nilai

kedalaman sungai dihitung pada beberapa titik. Semakin banyak titik

perhitungannya semakin akurat nilainya. Setelah diperoleh nilainya, maka luas

penampang dapat dirumuskan dengan persamaan [23] :

      (2.13)

dimana

A ialah luas penampang ( m2 )

l ialah lebar sungai ( m )

h1,h2...hn ialah kedalaman di beberapa titik ( m )

n ialah banyak titik perhiungan kedalaman sungai

2.4.2 Prediksi Head Air Sungai

Perhitungan nilai head yang tersedia dapat diperkirakann dengan

menggunakan software Google Earth. Tetapi nilai head ini tidak dapat dijadikan

patokan karena ketelitian dan kepastian nilai yang kurang teliti. Oleh karena itu

diperlukan survei lebih lanjut ke lokasi untuk melakukan perhitungan head secara

langsung.

24

Ada beberapa metode pengukuran head. Hal ini tergantung pada bentuk

topografi lokasi, rentang head sungai dan keadaan lingkungan di sekitar aliran

sungai. Untuk pengukuran head sebaiknya menggunakan beberapa metode untuk

menghasilkan nilai head yang lebih teliti.

Metode yang akan digunakan penulis untuk menentukan head ialah water-

filled-tube and rods. Metode ini cocok dilakukan pada head rendah sampai sedang

karena membutuhkan peralatan dan biaya yang relatif mudah, tetapi akurasi cukup

bagus. Metode ini pada prinsipnya mengaplikasikan sifat air yang selalu berada

pada posisi mendatar pada tekanan yang sama. Peralatan yang dibutuhkan yaitu

selang nilon transparan, tongkat, batang pengukur dan catatan.

Prinsip kerjanya memerlukan minimal dua orang untuk berada pada dua titik

ketinggian yang berbeda.Cara kerjanya ialah :

1. Apabila perhitungan dilakukan dari atas sampai ke bawah, orang pertama

berada pada posisi awal menyesuaikan posisi air dalam selang pada

ketinggian tertentu dengan tanah yang diinjak ( agar tidak terganggu

aliran air ), sedangkan orang kedua turun sambil membawa selang dan

tongkat pengukur sampai posisi tertentu ( tergantung peralatan yang ada ).

Kemudian orang kedua menghitung ketinggian air pada selang dari tanah

yang diinjak. Nilai ini dikurangi dengan ketinggian air dalam selang

terhadap tanah yang diinjak orang pertama.

2. Setelah itu orang pertama turun ke daerah yang lebih rendah dengan

membawa tongkat pengukur dan selang. Sedangkan orang kedua tetap

pada posisinya dan menyesuaikan posisi air dalam selang pada ketinggian

tertentu terhadap tanah yang diinjak ( agar tidak terganggu aliran air ).

Setelah mencapai posisi tertentu ( tergantung peralatan yang ada ), orang

pertama menghitung ketinggian air pada selang dari tanah yang diinjak.

Nilai ini dikurangi dengan ketinggian air dalam selang terhadap tanah

yang diinjak orag kedua.

25

3. Langkah-langkah tersebut diulang sampai posisi terendah ( tempat power

house yang direncanakan ).

Nilai head ( tinggi jatuh air ) ialah penjumlahan dari head-head yang

diperoleh dari setiap tahapan.

Gambar 2.11: Cara Pehitungan Head Sungai [6]

2.4.3 Penempatan Power House

Rumah pembangkit ( power house ) merupakan tempat peralatan

elektrikal-mekanik terpasang. Unit turbin beserta sistem transmisi mekanik,

generator, panel kontrol, dan ballast load terpasang di dalam bangunan ini.

Pada dasarnya setiap pembangunan mikrohidro berusaha untuk

mendapatkan head yang maksimum. Konsekuensinya lokasi rumah pembangkit

berada pada tempat yang serendah mungkin. Karena alasan keamanan dan

konstruksi, lantai rumah pembangkit harus selalu lebih tinggi dibandingkan

permukaan air sungai. Data dan informasi ketinggian permukaan sungai pada

waktu banjir sangat diperlukan dalam menentukan lokasi rumah pembangkit.

Selain lokasi rumah pembangkit berada pada ketinggian yang aman,

saluran pembuangan air ( tail race ) harus terlindung oleh kondisi alam, seperti

26

batu-batuan besar. Disarankan ujung saluran tail race tidak terletak pada bagian

sisi luar sungai karena akan mendapat beban yang besar pada saat banjir, serta

memungkinkan masuknya aliran air menuju ke rumah pembangkit.