MEKANIKA FLUIDA

5/20/2018 MEKANIKA FLUIDA

1/6

45

Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

Dengan Pemanfaatan Potensi Air di Desa Benteng Besi

Kabupaten Lebong Propinsi Bengkulu

Ika Novia Anggraini1*, Anizar Indriani1, Arif Triansyah1

Program Studi Teknik Elektro Universitas Bengkulu, *Email: [email protected]

ABSTRAK

Potensi sungai besar dan anak sungai di desa

Benteng Besi, Kecamatan Padang Bano, Kabupaten

Lebong dapat dimanfaatkan untuk pembangkit

listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) sebagai

sumber pembangkit energi alternatif. Studi

kelayakan di lokasi dilakukan untuk mendapatkandata ketinggian jatuh air, debit air, temperatur,

panjang sungai. Dari data yang diperoleh dapat

dilakukan pembangunan PLTMH yang mengguna-

kan satu turbin dengan debit air 2,5 m3/s dan

besarnya head yang terukur adalah 2,3 m. Potensi

daya listrik yang dapat dibangkitkan adalah 4,848

kW dan tegangan 220 V dengan putaran katub

turbin dan 1 putaran penuh. PLTMH akan

menggunakan penstock sepanjang 32 meter.

Pemasangan instalasi listrik diutamakan pada pusat

desa dan menjangkau kurang lebih 43 rumah. Setiap

rumah warga dibatasi pemakaian daya sebesar 100

watt, dengan daya yang dibangkitkan generator 4858

watt, sehingga efisiensi yang didapat 88,5 %.

Kata kunci: potensi daya listrik, mikrohidro,

penstock, turbin

1.PENDAHULUAN

Kelangkaan akan sumber daya listrik terus memacu

untuk mencari sumber energi alternatif. Salah satu

sumber daya listrik alternatif lain yang dapat

dikembangkan dengan memanfaatkan potensi air adalahpembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH).Pembangunan PLTMH ditujukan untuk daerah-daerah

pedesaan. Desa Benteng Besi adalah sebuah desa yang

terpencil yang sulit untuk dijangkau, terletak di

Kecamatan Padang Bano Kabupaten Lebong. Listrik

di desa ini tidak ada, dapat dikatakan desa ini terisolir

dan tanpa penerangan. Jaringan PLN hanya sampai di

desa tetangga yaitu desa Tanjung Anom yang berjarak

sekitar 30 km dari desa Benteng Besi. Dengan topografi

yang berbukit-bukit, mempunyai akses jalan yang masih

tanah liat berkerikil dan memiliki banyak sumber airyang berpotensi yang belum dimanfaatkan. Baik untuk

irigasi ataupun sungai, untuk membantu kegiatan

kehidupan masyarakat.

Pembangunan PLTMH adalah upaya konstruktif

untuk mengajak masyarakat peduli dengan lingkungan

hidup. Memanfaatkan air untuk memutar turbin

pembangkit listrik, dari putaran turbin tersebut dapat

menghasilkan listrik. Debit air harus tetap terjaga dengan

mempertahankan hutan yang ada dan menjaga

kelestarianalam sekitar.

Mikrohidro dapat dimanfaatkan pada ketinggian air

yang tidak terlalu besar, misalnya dengan ketinggian air

2,5 m dapat dihasilkan listrik 400 W. Potensi

pemanfaatan mikrohidro secara nasional diperkirakan

mencapai 7500 MW, sedangkan yang baru dimanfaatkan

saat ini baru sekitar 600 MW [1]. Meski potensi

energinya tidak terlalu besar, namun mikrohidro patut

dipertimbangkan untuk memperluas jangkauan listrik di

seluruh pelosok nusantara.

2.TINJAUAN PUSTAKA

Lokasi potensi pembangunan energi mikrohidro

dapat dipetakan sebagai suatu gambar yang terdiri dari

beberapa komponen seperti bendungan (weir), saluran

pengambil (intake), saluran pembawa, bak pengendap,

bak penenang, pipa pesat (penstock), rumah pembangkit

dan saluran pembuang. Untuk lebih jelasnya dapat

dilihat pada Gambar 1 [2].

A. Penstock

Bangunan penstock digunakan sebagai saluran

tertutup (pipa) aliran air yang menuju turbin yang

ditempatkan di rumah pembangkit. Saluran ini yangberhubungan dengan peralatan mekanik seperti turbin.

Kondisi topografi dan pemilihan skema sistem PLTMH

mempengaruhi tipe penstock. Umumnya saluran ini

harus didesain/dirancang secara benar sesuai kemiringan

sistem PLTMH. Untuk itu perlu dilakukan perhitungan

diameter pipa pesat dengan Persamaan 1.

d= (10,3 N2Q2L/H) 0,1875 (1)

dengan:

N = Koefisien kekasaran 0,012 (roughness)

Q= Debit air sebesar (m3/s)

L = Panjang penstock (m)

H= Tinggi jatuhan air (Head) (m)


2/6

Jurnal mplifier

46

Gambar1. S

Gambar2. C

Dalam

dilakukan

digunakan d

14

dT

+=

dengan :

t = kete

d = dia

B. Cara ker

Secara

PLTMH dap

Suatu

tergantung d

Debit air

Ketinggi

Efisiensi

Dengan

sederhana,

pembangkit

P= 9,8

dengan :

P = da

Q = D

H = K

= Ef

9,8 = KPLTM

menggunaka

diklasifikasi

Vol. 2 No. 1, M

ema PLTMH

ra Kerja PLT

enentukan

erhitungan

engan Persam

508

00

alan pipa (in

eter penstoc

ja dari PLT

ingkat prinsi

at dilihat pad

pembangkit

engan:

n (jatuh keti

demikian

daya (P) y

PLTMH adal

QH

a yang diban

bit air (m3/de

tinggian (m)

siensi

nstanta gravi merupaka

n energi

an atau di k

ei 2012

H [2]

enstock yang

erapa keteb

aan 2.

ci)

(inci)

H

p kerja dari

Gambar 2.

listrik ten

ggian)

dapat difor

ng dibangk

h:

gkitkan (Wat

t)

asi bumipembang

potensial

lompokan be

digunakan h

alan pipa

suatu pemba

aga mikroh

ulasikan se

tkan dari s

t)

it listrik

ir dan d

rdasarkan me

arus

ang

(2)

gkit

idro

cara

uatu

(3)

ang

apat

tode

me

dip

C.

dal

mepad

rat

dap

den

Ke

dih

pen

ber

kec

me

den

den

dap

de

den

me

kec

dib

ini

ked

D.

dil

dapatkan he

ergunakan.

loat Metho

Float Metho

m menent

erlukan pera daerah alir

dan sama

at mengapu

gan jarak t

udian ben

tung waktu

gukuran.

Pengukuran

lang-ulang

epatan aliran

ggunakan PeAn=Indn

gan :

An= luas pen

ln = jarak ant

dn= Kedala

Kecepatan

gan Persama

Jarakf

Vt

=

Untuk men

at diperoleh

Va= Vfc

Debit air da

Q= VaA

gan :

Vf = Kecepa

t = waktu (

c = faktor k

Q = debit (

A = luas pe

Pengukuran

gan menggu

upakan alat

epatan aliran

andingkan de

digunakan u

alaman air ya

emilihan T

Untuk mekukan perhit

12v c gh=

d, sistem op

d adalah met

kan kecep

alatan khususan air yang

esar. Sebua

g ditempatk

ertentu dari

a dilepaska

yang diperlu

dengan me

untuk me

air [3]. Luas

rsamaan 4 [4

ampang (m2)

ar segmen (

an (m)

aliran perm

n 5 [4]:

apatkan nil

engan Persa

at ditentuka

1000

an benda apu

s)

oreksi3/s)

ampang (m2)

kecepatan al

nakan curre

elektronik

dengan leb

ngan metode

tuk penguku

ng dikehenda

rbin

dapatkan sungan kecep

erasi dan jeni

ode yang pali

atan aliran

. Metode inimempunyai

benda yan

an di pangk

batas area

n mengikuti

an hingga k

tode ini har

peroleh ni

penampang

].

)

kaan air d

i kecepatan

aan 6 [4]:

dengan Pers

ng (m/s)

iran juga da

nt meter. C

yang dap

ih cepat da

pengukuran

ran di perm

ki.

uatu turbinatan dengan

s turbin yang

ng sederhan

dan tidak

dilaksanakan penampang

g ringan dan

al aliran ai

perhitungan.

aliran dan

e garis batas

us dilakukan

lai rata-rat

apat dihitung

(4)

pat dihitung

(5)

benda apung

(6)

maan 7 [4]:

(7)

at dilakukan

urrent mete

t menguku

akurat bil

lainnya. Ala

kaan dan di

yang baikersamaan 8.

(8)


3/6

ISSN: 2089-2020

47

dengan

c = 0,98 (untuk kecepatan air)

g = 9,8 m/s

h = head(m)

Kecepatan keliling aliran masuk air dapat dihitung

dengan Persamaan 9 [5]:

u1= 0,48 v1 (9)

dengan :

u1= kecepatan keliling aliran air (m/s)

v1= kecepatan aliran (m/s)

Sedangkan untuk mengukur berapa besar diameter

luar pada turbin dilakukan dengan Persamaan 10 [5]:

1

1

60uD

n

=

(10)

dengan :D1= Diameter luar (m)

n = Putaran turbin (rpm)

u1= 3,1 m/s

Untuk mendapatkan berapa banyak sudu yang

digunakan sebelumnya dilakukan perhitungan berapa

ketebalan pancaran air dan jarak antara sudu turbin yang

akan digunakan perhitungan ini dapat dihitung dengan

Persamaan 11 [5].

s= 0,087 1 (11)

dengan :

s= tebal pancaran air (m)

Sedangkan jarak antara sudu dapat dihitung dengan

Persamaan 12 [5]:

sin

st

= (12)

dengan :

t = jarak antara sudu (m)

Setelah ketebalan pancaran air dan jarak antara sudu

dapat dihitung maka jumlah sudu yang dibutuhkan oleh

turbin dapat dihitung dengan persamaan 13 [5].

1D

nt

= (13)

dengan :

n= banyak sudu

Adapun yang harus dilakukan perhitungan

dalam pembuatan turbin adalah kelengkungan antara

sudu yang dapat dihitung dengan Persamaan 14.

y = 0,326 r (14)

dengan :

r= setengah dari diameter luar turbin (m)

Untuk melakukan perhitungan lebar sudu turbin

dapat dilakukan dengan persamaan 15 [5].

TABEL 1

DAERAH OPERASI TURBIN

Jenis Turbin Head (m) Efisiensi

Kaplan dan Propeller 2 < H < 20 0,8 0,9

Francis 10 < H < 350 0,8 0,9

Pelton 50 < H < 1000 0,8 0,85Crossfiow 6 < H < 100 0,7 0,8

4,43

QL

c H t=

(15)

dengan :

Q= Debit air (m3/s)

c = 0,98 (untuk kecepatan air)

H= Head (m)

t = Jarak antara sudu (m)

Pemilihan jenis turbin yang digunakan dapat

diperhitungkan dengan melihat faktor-faktor yang telah

dilakukan sebelumnya yaitu head dan debit air yang

tersedia.

3. METODE PENELITIAN

Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan

PLTMH:

A. Pengukuran debit air dengan metode benda apung

Metode ini adalah metode tidak langsung dalam

pegukuran debit air, karena hanya kecepatan aliran

yang di ukur, yaitu dengan mengukur waktu yangdibutuhkan benda apung untuk melewati jarak yang telah

di tentukan pada suatu aliran sungai.

B. Pengukuran Head

Head diukur dari perbedaan tinggi titik saluran

masuk air dengan ujung pipa pesat. Dengan

menggunakan alat yang sederhana seperti tali dan kayu

panjang atau bambu dapat dilakukan pengukuran head.

C. Pemilihan turbin yang digunakan

Alat yang paling mendasar pada pembangunan

PLTMH adalah turbin, dimana dari putaran turbin yang

akan menghasilkan gerak yang ditransmisikan kegenerator. Oleh sebab itu, dilakukan perhitungan

berdasarkan persamaan-persamaan untuk mendapatkan

spesifikasi turbin.

D. Rangkaian Pembangkitan PLTMH

Pada Gambar 3 rangkaian pembangkitan terdiri dari

turbin, generator, volt meter, ampermeter, watt meter

dan beban. Untuk mengetahui daya yang dihasilkan,

input yang masuk pada turbin yang menyebabkan turbin

berputar dan putaran ini ditransmisikan ke generator

sehingga generator bergerak. Dari perputaran ini

generator menghasilkan daya keluaran. Pertama

generator dihubungkan dengan alat ukur volt meter dan

amper meter sehingga alat ukur bekerja, karena


4/6

Jurnal mplifier

48

Gambar3 Ra

Gambar4. Se

KL

Day

5

10

15

20

25

generator ya

pada alat uk

didistribusik

dihubungkadihubungka

dihasilkan.

E. Distribu

Pemilih

lain, jalan y

tidak mudah

terpendek.

rumah warg

Ukuran kab

daya yang di

A. Peranca

Tabel

melalui sur

dilakukan pe

persamaan y

Dari G

dihitung lu

Kemudian

apung untuk

Dengan

Tabel 1 un

pembangun

Vol. 2 No. 1, M

gkaian Pemba

gmen pada Per

T

ASIFIKASI KAB

a (kW)5

10

15

20

25

30

ng digunaka

r diset sebes

an ke rumah

denganke beban. s

i Listrik ke

an jalur distri

ng mudah di

terkikis keti

enyambunga

dilakukan 4

l yang digu

hasilkan ditul

4.HASIL DA

gan PLTM

3 memperli

ey lapanga

rhitungan de

ang telah dib

ambar 4 da

s penampan

enghitung

menempuk j

melihat dat

tuk menentu

n PLTMH di

ei 2012

ngkitan PLTM

ukaan Sungai

ABEL 2L BERDASARK

Ukura

1 phasa, s

ar 220 volt d

- rumah . Ke

oltmeter dehingga dida

umah War

busi memen

akses, kondis

a hujan sert

n kabel dari

sampai 5 ru

akan berdas

iskan pada T

N PEMBAH

atkan daya

. Dari data

gan menggu

has sebelum

n Persamaa

sungai se

aktu yang

rak sejauh 3

a-data hasil

kan spesifik

Desa Benten

N DAYA

Kabel (mm2 x6

4 x6

4 x10

4 x16

4 x25

4 x35

ehingga tega

n dapat lang

udian watt

n amperematkan daya

a

hi kriteria a

i tanah yang

dicari jalur

tiang listri

ah dalam 1 ti

rkan perhitu

bel 2.

SAN

yang diper

yang diper

akan persam

ya.

4 maka d

ara keseluru

iperlukan b

.

perhitungan

asi turbin,

g Besi digun

)

gan

ung

eter

eter,ang

tara

kuat

ang

ke

ang.

gan

oleh

leh,

aan-

apat

han.

nda

dan

aka

kan

S

Ja

Fa

da

K

Fa

G

K

S

K

K

Fr

Ju

Pa

T

L

E

L

K

K

D

K

K

D

D

T

Ja

Ju

KL

tur

ope

ma

ma

ber

pen

ke

tin

pen

dap

esifikasi

rak pelepasan

aktu pelepasan

ktor koreksi

ngkal dengan a

tinggian jatuh

ktor koreksi u

avitasi bumi,

cepatan putar

dut sudu turbi

efisien kekasa

tebalan pipa p

ekuensi genera

mlah kutub ge

njang kabel, l

hanan jenis,

as penampang

isiensi,

HASIL PERHIT

as penampan

ecepatan alira

ecepatan ben

ebit air, Q

HASIL PER

ecepatan alira

ecepatan kelil

ameter luar t

ameter dala

bal pancaran

rak antar sud

mlah sudu tu

elengkunganbar sudu turb

in jenis k

rasinya yaitu

Perencanaa

erial, diamet

erial berdas

at, sistem

stock dipili

udahan pros

kat rugi-ru

stock dipilih

at terjadi.

TABE

DATA SU

enda apung

benda apung,

untuk su

liran turbulen

air, H

tuk kecepatan

urbin, n

,

ran, N

enstock, d

tor, f

erator, p

kabel, A

TABE

NGAN DEBIT A

ariabel

g sungai,A

n permukaan,

a apung, Va

TABE

ITUNGAN UNT

ariabel

n masuk, V1

ing aliran ma

rbin,D1

turbin,D2

air,s

turbin, t

bin, n

udu turbin,yin

plan karen

dengan ketin

penstock

r, tebal dan j

arkan perti

enyambung

dengan

s pembuatan

gi seminim

untuk mena

L 3RVEY

Nilai

3 m

5,21 s

ngai 0,45

2,3 m

air 0,98

9,8 m/s

150 rp

300

0,012 r

11,8 in

50 Hz

4

2500 m

0,0175

12 mm

0,9

4

IR DENGAN ME

Vf

5K SPESIFIKASI

suk, U1

sesuai de

ggian 2,3 me

mencakup

nis sambung

bangan kon

n dan bia

pertimbangan

, ketersediaa

al mungkin

an tekanan

ughness

i

ohm/m

IA APUNG

Nilai

0,99 m2

0,57 m/s

0,256 m/s

0,25 m3/s

TURBIN

Nilai

6,5 m/s

3,1 m/s

0,39 m

0,25 m

0,03 m

0,06 m

20 sudu

0,06 m0,15 m

gan daerah

er.

pemilihan

an. Pemilihan

disi operasi,

a. Diamete

keamanan,

material dan

. Ketebalan

idrolik yang


5/6

ISSN: 2089-2020

49

TABEL 6

HASIL PERHITUNGAN UNTUK SPESIFIKASIPENSTOCK

Variabel Nilai

Panjang Penstock, L 32 m

Diameter minimum penstock, d 11,8 inci

Ketebalan penstock, t 0,3 inci

TABEL 7

DATA HASIL PUTARAN KATUB

Putaran

Katub

I

(A)

V

(Volt)

P

(W)

Debit Air

(m3/s)

15 110 1630 0.08

18 170 2980 0.14

22 220 4820 0.2

1 22.5 220 4920 0.24

Potensi debit air 0,25 m3/s dapat membangkitkan

daya keluaran yang cukup besar. Daya yang dapat

dibangkitkan turbin dapat dihitung dengan Persamaan 3

dengan efisiensi 0,9 adalah:

P= QH9,8

P= 0,25 m3/s 2,3 m 0,9 9,8

P= 5,07 kW

Berdasarkan perhitungan tersebut, daya yang dapat

dibangkitkan sebesar 5,07 kW. Pada pembuatan PLTMH

ini akan digunakan generator satu phasa dengan

kapasitas 7,5 kW dengan frekuensi 50 Hz, 4 kutub.

Kecepatan sinkron untuk generator bolak-balik adalah,N

= 1500 rpm.

Berdasarkan Tabel 2 dengan daya output 5,07 kW

dapat dipilih jenis kabel twisteddengan ukuran kabel 2

x 6 mm. Kabel yang dipakai sepanjang 2500 m yang

dapat mencakup satu desa. Tahanan jenis tembaga

0,0175 , maka dapat dihitung tahanan kabel adalah

3,6 .

Tegangan yang akan digunakan adalah tegangan

jenis rendah maka menggunakan tiang listrik setinggi 7

meter dengan kedalaman yang ditancapkan kedasartanah adalah satu pe renam dari tinggi tiang jadi dapat

dihitung yaitu 1,16 meter yang akan ditancapkan ke

tanah. Dengan jarak antara satu tiang ke tiang lain

adalah 50 meter. Pada pembangunan PLTMH

pemakaian kabel sepanjang 2500 meter, sehingga dapat

diperhitungkan tiang listrik yang dibutuhkan adalah 50

tiang listrik.

B. Hasil Pengukuran Putaran Katub

Dengan menggunakan hasil hitung dari rancangan

dibangun PLTMH dengan hasil seperti dituliskan pada

Tabel 7.

Dari Tabel 7 terlihat bahwa untuk mendapatkan

tegangan 220 V maka putaran katub dibuka putaran

TABEL 8

HASIL PENGUJIAN DAYA KELUARAN PLTMH

No Daya (W) PPrata-rata (PPrata-rata)2

1 4870 11,875 141

2 4920 61,875 3828,5

3 4980 121,875 14853,54 4860 1875 3,51

5 4870 11,875 141

6 4650 208,125 43316

7 4825 33,125 1097,26

8 4890 31,875 1016

Prata-rata= 4858,125 (PPrata-rata)2= 64396,77

dan 1 putaran penuh dan menghasilkan daya mencapai

4920 watt. Daya keluaran rata-rata hasil pengukuran

sebesar 4858 watt.

C. Hasil Pengujian daya yang dihasilkan PLTMH

Berdasarkan hasil pengujian daya keluaran yang

dihasilkan PLTMH pada Tabel 8. Dari Tabel dapat

dilakukan perhitungan ralat sebagai berikut:

rata-rata

Ralat Nisbi IP

33,9100%

4858,125

0,6%

x =

=

=

Keseksamaan K = 100% I

K = 100% 0,6 % = 99,4 %

Dari hasil perhitungan ralat didapat bahwa pada

pembangunan PLTMH ini memiliki daya keluaran yang

sesuai dengan hasil yang diharapkan dari target

perencanaan. Dengan angka keseksamaanya mendekati

100% yaitu 99,4% menunjukkan pembangunan

PLTMH ini berhasil dengan baik.

D. Total Kebutuhan Daya

Dilakukan pendataan pada masyarakat desa Benteng

Besi, sehinggadapat dihitung total kebutuhan daya:

- Lampu 3 25 w 43 rumah = 3225 watt

- TV 2 buah 120 w = 240 watt

- Radio 4 buah 100 w = 400 watt

- Rice cooker 2 buah 80 w = 160 watt

- Kipas angin 2 buah 40 w = 80 watt

- Kipas angin 3 buah 64 w = 192 watt

Jika ditotalkan kebutuhan daya yang digunakan

4297 watt. Jadi disini masih terdapat sisa daya yang

terbangkit yang dapat digunakan oleh warga untuk

keperluan yang lain. Sehingga dapat dihitung efisiensi

pembangkit dengan persamaan berikut:

4297 100% 88, 5%

4858 = =


6/6

JurnalAmplifierVol. 2 No. 1, Mei 2012

50

KESIMPULAN

1. Sungai di desa Benteng Besi memiliki potensi yang

cukup besar sebagai pembangkit listrik mikrohidro.

Dengan debit air sebesar 0,25 m3/s, sungai ini

mampu menghasilkan daya listrik sebesar 5,07 kW.

2. Pembangunan PLTMH ini dapat menghasilkantegangan 220 V dengan arus 22 A jika dibuka

katubnya atau 1 putaran penuh.

3. Setiap rumah warga dibatasi pemakaian daya

sebesar 100 watt, dengan daya yang dibangkitkan

generator 4858 watt, efisiensi yang didapat 88,5 %.

REFERENSI

[1]Yapeka, Potensi Pembuatan Pembangkit Listik

Mikrohidro, Bandung, 2010.

[2]Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi,

Buku Utama pedoman Studi Kelayakan PLTMH,

DJLPE, Jakarta, 2009.

[3]A. Arismunandar, Teknik Tenaga Listrik Jilid I

Pembangkitan dengan Tenaga Air, Penerbit Pradnya

Paramita, Jakarta, 1979.

[4]TSU. MICRO Hydro Power

[5] Jorfri Sinaga, Perancangan PLTMH pada Aliran Sungai,

Universitas Diponegoro, Semarang.

MEKANIKA FLUIDA

Documents

Transcript of MEKANIKA FLUIDA