Sarwo Styotom : Studi Perencanaan Pembangkit Tenaga · PDF filesungai adalah H. Lengkungan...

Sarwo Styotom : Studi Perencanaan Pembangkit Tenaga Mikro Hidro (Pltmh) Di Desa Air Bakoman Kecamatan PulauPanggung Kabupaten Tanggamus

Jurnal Sains dan Inovasi IV(2) 185-197 (2008)

185

STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) DIDESA AIR BAKOMAN KECAMATAN PULAU PANGGUNG KABUPATEN

TANGGAMUS

Sarwo StyotomoDosen Fakultas Teknik Universitas Sang Bumi Ruwa Jurai

ABSTRAK

Desa air Bakoman Kecamatan Pulau Panggung Lampung Selatan adalah desa definitif yang terletak 10 KM dari kotakecamatan dengan jumlah penduduk 730 KK atau kurang lebih 4380 jiwa. Desa Air Bakoman merupakan salah satu desapenghasil kopi dan lada di Propinsi Lampung, yang terletak dilereng gunung rendingan. Mata pencaharian didesa itubertani, dimana lebih kurang 75 % areal yang digarap oleh para petani dan selebihnya merupakan hutan lindung,sehingga kecil kemungkinan untuk memperluas daerah perkebunan baru.Dengan adanya potensi tenaga air yang tersebarluas di seluruh wilayah indonesia dan kebutuhan ada nya tenaga listrik di tempat – tempat yang belum terjangkau olehjaringanlistrik PLN, merupakan pendorong yang kuat kearah pengembangan potensi mikro hidro_____________________________________________________Keywoods : Perencanaan Pembangkit Tenaga Mikro Hidro

PENDAHULUAN

Indonesia adalah negara yangkaya akan potensi sumber daya alam,yang dapat memenuhi seluruhkebutuhan hidup manusia dalamberbagai aspek kehidupan, salah satudari potensi sumber daya alam yangdapat di manpaat kan oleh manusiaadalah potensi tenaga air.

Dengan adanya potensi tenaga airyang tersebar luas di seluruh wilayahindonesia dan kebutuhan ada nya tenagalistrik di tempat – tempat yang belumterjangkau oleh jaringanlistrik PLN,merupakan pendorong yang kuat kearahpengembangan potensi mikro hidro

Pengembangan dari pembangkitlistrik tenaga air kecil tersebut harustetap merupakan bagian yang tidakdapat terpisah kan dari pembangunansistem kelistrikan nasional,sehinggapengembangan listrik sepenuhnyadilaksanakan dalam rangka polapembangunan kelistrikan nasionalberdasarkan kebijakan- kebjakan sebagaiberikut :

a. Tujuan nasional, yaitu khususnyamemajukan kesejahteraan umum danmeningkatan kecerdasan bangsa.

b. Trilogi Pembangunan, yaitukhususnya dalam hal perataanpembangunan dan hasil-hasilnya.

c. Kebijakan umum bidang eenergidalam rangka mengurangiketergantungan pada sumber energiminyak bumi dan memanfaatkansecara otimal sumber-sumber dayaenergi nasional non minyak.

Desa air Bakoman KecamatanPulau Panggung Lampung Selatan adalahdesa definitif yang terletak 10 KM darikota kecamatan dengan jumlah penduduk730 KK atau kurang lebih 4380 jiwa.Desa Air Bakoman merupakan salah satudesa penghasil kopi dan lada di PropinsiLampung, yang terletak dilereng gunungrendingan. Mata pencaharian didesa itubertani, dimana lebih kurang 75 % arealyang digarap oleh para petani danselebihnya merupakan hutan lindung,sehingga kecil kemungkinan untukmemperluas daerah perkebunan baru.



186

Sampai saat ini ke desa AirBakoman belum masuk jaringan listrikPLN, yang ada hanya pembangkit listriktenaga diesel dan kincir air dengan dayayang dihasilkan sangat tebatas dan tidakdapat memenuhi kebutuhan seluruhmasyarakat desa Air Bakoman.Mengingat dan mengkaji sangatdiperlukannya tenagalistrik di desa AirBakoman untuk menunjang berbagaiaktifitas maka penulis mencoba untukmerencanakan pemanfaatan potensitenaga air yang ada untuk pembangkitlistrik tenaga air kecil dengan kapasitasdaya yang lebih besar agar kebutuhandaya listrik di desa Air Bakoman daoatterpenuhi dengan kebutuhan masyarakat.

Dalam perencanaan pembangkitlistrik tenaga mikro hidro (PLTMH) initentunya mencakup banyak masalah dankondisi serta koordinasi yang rumit.Untuk membatasi masalah tersebutpeneliti hanya dapat membahas mengenaidata yang ada dan daya yang dapatdibangkitkan menurut teori dan data yangada dilapangan.

Potensi tenaga air danpemanfaatannya pada umumnyaberlainan, bila dibandingkan denganpenggunaan tenaga berasal dari misalnyabahan bakar fosil.

Pertama, sumber tenaga air secarateratur dibangkitkan kembali karenapemanasan lautan oleh penyinaranmatahari, sehingga merupakan suatusumber yang secara siklis diperbaharui.Oleh karena itu tenaga air disebut sebaisuatu sumber daya energi yangterbaharui.

Kedua, potensi secarakeseluruhan dari pada tenaga air relatifkecil bila dibandingkan dengan jumlahsumber bahan bakar fosil, sekalipunmisalnya seluruh potensi tenaga air inidikembangkan sepenuhnya.

Ketiga, penggunaan tenaga airpada umumnya merupakanpemanfaatan multiguna, karenadikaitkan dengan irigasi, pengendalianbanjir, perikanan, rekreasi dan navigasi.Bahkan sering terjadi bahwapembangkitan tenaga listrik hanyamerupakan manfaat samping, denganmisalnya irigasi atau pengendalianbanjir, sebagai penggunaan utama.

Keempat, pembangkitan listrikdari tenaga air dilakukan tanpa adaperubahan suatu proses pembakaranbahan bakar. Karenanya, mesin-mesinhidro mempunyai masa manfaat yangbiasanya lebih lama dari pada mesin-mesin termis.

Pada dasarnya dapatdikemukakan adanya tiga faktor utamadalam penentuan pemakaian suatupotensi sumber tenaga air bagaipembangkitan tenaga listrik yaitu :a. Jumlah air yang tersedia, yang

merupakan fungsi dari jatuh air danjatuh salju.

b. Tinggi terjun yang dapatdimanfaatkan hal mana tergantungdari topograpis daerah tersebut.

c. Jarak lokasi yang dimanfaatkanterhadap adanya pusat-pusat bebanatau jaringan transmisi.

Pada sungai itu, dijarak nol, tinggisungai adalah H. Lengkungan (A)memperlihatkan fungsi tersebut darisebuah sungai yang “ideal”, yang murnilereng sebuah gunung menurun secarateratur. Dalam kenyataannya tidaklahdemikian adanya. Biasanya lebihmendekati bentuk menurun lengkung(B), yaitu bentuk sebuah sungai “biasa”,yang ada pada titik C mempunyaisebuah air terjun dan titik D sebuahdanau.



187

Prinsip Pembangkitan Tenaga AirSecara teori energi potensi dapat dilihatdari persamaan :E = m . g . h ……………………(1)Dimana :E = energi potensial;m = massa;g = percepatan grafitasi;h = tinggi relatif terhadap permukaanbumiDari rumus diatas dapat ditulisdE = dM . g . h …………………(2)Bilamana dE merupakan energi yangdibangkitkan oleh elemen massa dmyang melalui jarak h.Bilamana didefinisikan Q sebagai debitair menurut rumus berikut :Q = dm / dt ………………………..(3)Dengan :Q = debit air;dm = elemen massa air;dt = elemen waktuMaka dapat ditulis :P = dE /dt=dm/dt.g.h ………….(4)

= Q . g . hAtau P = Q . g . h ………….(5)Dengan memperhitungkan efisiensisistem dapat ditulis :P = eff . g . Q . h ………………………(6)

Dimana :P = daya dibangkitkan

eff = effisiensi;g = grafitasi;h = tinggi terjun

Sebagaimana dapat dipahamidari persamaan diatas daya yangdihasilkan adalah hasil dari tinggi jatuhdan debit air, oleh karena itu berhasilnyapembangkitan tenaga air tergantung daripada usaha untuk mendapatkan tinggijatuh air dan debit yang besar secaraefektif dan skonomis. Pada umumnyadebit yang besar membutuhkan fasilitasdengan ukuran yang besar untuk,misalnya : bangunan ambil air (intake).

Saluran air dan turbin, oleh karena itutinggi jatuh yang besar dengansendirinya lebih murah, di hulu sungaidimana pada umumnya kemiringandasar sungai lebih curam akan mudahdiperoleh tinggi jatuh yang besar.Sebaliknya disebelah hilir sungai, tinggijatuh rendah dan debit yang besar. Olehkarena itu bagian hulu sungai lebihekonomis, sedangkan bagian hilirnyakurang ekonomis memingat tinggijatuhnya yang kecil dan debit yang besartadi. Lagi pula dibagian hilir tersebutpenduduknya padat, sehingga akantimbul masalah pemindahan penduduk,dan karena itu banyak hal yang tak dapatdihindari tambahnya biaya untukkonstruksi.

Pengukuran Debit AirBerdasarkan pengalaman

ternyata bahwa jumlah air yang tersediaselalu kurang dari jumlah yangdiperkirakan semula. Untukmenghindari hal tersebut, perludilakukan pengukuran debit airdalamjangka waktu yang panjang denganmemperhitungkan bahwa swringkaliterdapat perbedaan besar antara musimkemarau dan musim hujan.Sebagai titik tolak perhitunganpembangkit tenaga listrik, debit air yangakan kita pergunakan dapat dipakaidebit minimal, dimana kerugiannyaterjadi pada musim hujan air akanmelimpah terbuang tanpatermanfaatkan, tapi jika instalasi direncanakan berdasarkan nilai rata-ratadebit yang diukur, maka kerugiannyaterjadi pada musim kering sebabpersediaan air yang menyebabkan turbinakan berjalan dengan daya guna yanglebih rendah. Berpegangan dari keduahal tersebut diatas, maka yang terpentingadalah bahwa debit yang akan



188

dipergunakan perlu diketahui dengantepat.

Adapun metode pengukurannyayaitu dengan mengukur kecepatan arusdan menentukan profil penampangmelintang saluran. Prinsipnya sederhanasekali, kita lemparkan sebuahpelampung kedalam air, kemudian kitaukur dalam beberapa detik suatu jaraktertentu di tempuh. Dihubungkandengan suatu propil saluran sehinggakita bisa mendapatkan debitnya. Haruskita usahakan sedapat mungkinpengukuran dilakikan pada sebagiansaluran yang lurus dengan propil yangdikira-kira tetap.

Kita tandai suatu trayek tertentusepanjang saluran (dalam meter), dititikpengukuran pertama (a) kearah hulu kitalemparkan pelampung kedalam air,kemudian kita ukur waktu yangdiperlukan pelampung itu untuk sampaike titik (b) dalam detik. Daripengukuran itu kita dapatkan kecepatanarus dalam m/det.Perlu kita perhatikan bahwa percepatanarus permukaan lebih cepat dari aruskecepatan arus dasar.

Aturan untuk trayek : Kecepatanarus rata-rata 80 % dari arus permukaan.Ukurlah propil saluran titik (a) dan titik(b) jika mungkin dititik lain sepanjangtrayek. Karena pada akhirnya yangdipersoalkan adalah kecepatan padapropil rata-rata.

Pengukuran Selilsih Tinggi PermukaanAir (head)

Metode Pengukuran Selisih TinggiPermukaan IAlat-alat yang digunakan :- Mistar pengukur- Water pas- Beberapa tonggak dari bambu

- Mistar kayu yang panjang dan lurusCara ini sangat sederhana sekali,

tetapi banyak menyita waktu.Pelaksanaannya dapat dilihat sepertigambar 3 dimana trayek / jalandilampaui secara bertahap dengan carayang telah ditentukan, sehinggadihasilkan selisih permukaan.Htot = -H1 + H2 + H3 + ………H6Bersamaan dengan itu diukur pula jarakL1 …………….. L2 untuk menentukanpanjang pipa pemasukan. Metode inikurang praktis untuk daerah yangberbukit landai, karena harus melakukanpengukuran yang banyak.

Metode Pengukuran Selisih TinggiPermukaan 2Alat-alat yang digunakan :- Mistar ukur lipat- Water pas- 2 buah patok- Mistar panjang

Pelaksanaannya dapat dilihatseperti gambar 4, dimanapengukurannya dimulai dari titikterendah yang dipasang denganpertolongan dua buah tonggak danwater pas mistar secara horizontal.

Dengan mengamati melaluimistar , bidiklah sebuah titik yang sejajardengan mistar ditempat yang lebih tinggikemudian dengan cara yang sama darititik tersebut kita melakukanpengukuran lagi dan demikianseterusnya.Htot = -H1 + H2 + H3 danseterusnya

Metode ini kurang tepat (kurangteliti), tetapi dalam beberapa hal metodeini dapat diperbaiki sendiri denganmemasang alat pembidik pada mistar.Bersamaan dengan itu diukur pula L1……… L2 dan seterusnya.



189

Metode Pengukuran Selisih TinggiPermukaan 3

Alat-alat yang digunakan :- Mistar ukur lipat- Selang dari plastik yang tembus

pandang- AirSelang diisi penuh dengan air (jangansampai ada gelembung udara) danpeganglah salah satu ujungnya dekatdengan permukaan tanah (pada titik A).Salah seorang pembantu membawaujung selang yang satu lagi kearah turunsedemikian rupa sehingga air dititik Atepat tidak melimpah dari selang.Ukur jarak / tinggi H antara permukaanyang sama tinggi dititik B dengan tanah.Untuk lebih memudahkan bila di Bdipasang tonggak berskala yang dapatdigeser. Dengan cara ini kita melakukanpengukuran berkali-kali sampai padatitik terendah.Metode Pengukuran Selisih TinggiPermukaan 4

Alat-alat yang digunakan :- Pita pengukur- Water pas tangan

Data yang harus diketahui yaituantara mata sipengukur denganpermukaan tanah. Pelaksaannya dapatdilihat pada gambar 6, dimana jika kitaambil / membidikkan water pastersebut, maka kita akan melihat sebuahindikator untuk menentukan horizontalatau tidaknya alat yang bersangkutandengan sepasang benang silang.

Selisih tinggi permukaan totaldiperoleh dengan mengalikan antarajarak permukaan tanah mata pengukurdengan hasil jumlah pengukur terakhirtidak tepat, jika hal tersebut terjadi maka

pengukuran dilakukan pada posisijongkok.Merencanakan Pekerjaan Teknik

Didalam merencanakan pekerjaanteknik ini terjadi dalam tiga bagian yangmeliputi :

Pekerjaan Teknik MesinPekerjaan teknik mesin ini terdiri

dari :a. Perencanaan turbin air , dimana yang

termasuk didalamnya adalahpemilihan jenis turbin, ukuran-ukuran turbin, perencanaan sudutputar, perencanaan sudut pengarahdan perhitungan kekuatan.

b. Perencanaan instalasi turbin, yangtermasuk didalamnya adalahkerugian instalasi turbin air dansistem transmisi turbin.

c. Daya dari sistem.d. Pemeriksaan kembali kekuatan

instalasi turbin air, termasukdidalamnya adalah pipa pesat,porostransmisi (poros turbin danporos keluar roda gigi).

e. Perhitungan perputaran kritis poros.f. Perhitungan lenturan statis

maksimum poros.

Pekerjaan Teknik ElektroPekerjaan teknik elektro terdiri

dari :a. Perencanaan jaringan distribusi

listrik termasuk didalamnya adalah,sistem yang dipergunakan,penggambaran situasi perencanaanjaringan, pemakaian hantaran dankonfigurasinya, perhitunganparameter saluran, pemakaian tiangdan komponannya (jenis dan ukurantiang, pemakaian dan pemasanganisolator, jarak gawang dan



190

andongan), peramalan tegangan danpertanahan.

b. Perencanaan sistem pengaturan danproteksi, yang termasuk didalamnyaadalah perencanaan pengaturanfrekuensi dengan beban komplemen,perencanaan perlengkapan hubungbagi (pemilihan pemisah,perencanaan panel dan lemarihubung bagi), proteksi terhadaphilangnya beban, penempatanperalatan listrik.

Pemilihan TurbinTurbin adalah suatu mesin

penggerak, dimana energi fluida kerjadipergunakan langsung untuk memutarrotor turbin (runner). Adapun fluidakerjanya bisa berupa uap, gas atau air.Jadi turbin air adalah mesin penggerakyang menggunakan energi potensial airsebagai fluida kerjanya. Secara garisbesar turbin air dikelompokkan menjadidua golongan utama yaitu turbin impulsdan turbin reaksi.

Turbin ImpulsTurbin ini dibuat sedemikian

rupa sehingga runner bekerja karenaaliran air, disini beda tinggi diubahmenjadi kecepatan. Yang khas dari jenisini adalah turbin pelton, denganmemasang mangkok pada keliling rotor(runner) dari mulut nozzel.

Turbin ReaksiTurbin reaksi dibuat sedemikian

rupa sehingga rotor belerja pada aliranair dengan tinggi terjun karena tekanan.Yang termasuk jenis ini adalah turbinFrancis, turbin aliran diagonal (propellerturbin). Turbin Francis adalah turbindimana air mengalir ke rotor denganarah radial dan keluar dengan arah aksial

; perubahan terjadi sambil melewati rotordengan arah diagonal menuju ke poros.Turbin baling-baling adalah turbindimana air melewati rotor dengan arahaksial. Turbin dimana air melewati rotordengan pompa denganmembalik arahputaran rotor dinamakan turbin pompabalik (reversible pump turbine). Turbinjenis ini terbagi atas Francis, janis alirandiagonal dan jenis baling-baling, sesuaidengan konstruksi rotornya diagonalmenuju ke poros.

Konstruksi Turbin AirTurbin Pelton

Turbin pelton dipakai untuktinggi terjun (head) yang tinggi, sekarangjenis poros mendatar adalah yangbanyak dipakai. Rotor pada turbin peltondilengkapi dengan mangkok yangterpasang disekeliling piringannya.Mangkuk-mangkuk tersebut menerimasemprotan air dari mulut-mulutpancaran (ridge) yang terdapat ditengahmangkuk ini mengalihkan tenaga imlulsyang didpatnya pada piringan.

Ada dua macam mangkuk yaituyang terpasang pada piringan denganbaut dan dicor menjadi satu denganpiringan. Sebuah jarum dipasang padapusat mulut pancaran untuk mengaturjumlah aliran air yaitu denganmenggerakkan maju dan mundur danuntuk mengisi lubang keluar dari mulutpancaran ini digerakkan oleh pengaturkecepatan (speed governer) sesuaidengan perubahan beban.

Deflaktor adalah alat untukmembelokkan pancaran air yangdipasang antara mulut pancaran danrotor. Bila beban tiba-tiba dibuat(rejected), deflaktor secara tiba-tibamanghalangi pancaran air, kemudiantempat keluar mulut pancaran perlahan-lahan disumbat oleh jarumnya.



191

Kenaikkan kecepatan turbin air dankenaikkan tekanan pada pipa pesatdikendalikan oleh sebuah katup kecil.

Turbin FrancisTurbin Francis biasanya dipakai

untuk berbagai keperluan dengan tinggiterjun menengah Rumah siput (scroll)dibuat dari plat baja cor atau besi cor,sesuai dengan tinggi terjun dankapasitasnya serta bertugas menahanbagian terbesar dari beban tekananhidrolik yang diterima oleh turbin.Tekanan selebihnya ditahan oleh kukuh(stay vane) atau cincin kukuh (stay ring).Sudut-sudut antara (guide vane) diaturdisekeliling luar rotor (runner) danmengatur daya keluar (out put) turbindengan mengubah-ubah bukaannyadengan perubahan beban melalui suatumekanisme pengatur. Bentuk rotorberbeda-beda, disesuaikan denganperubahan beban, melalui suatumekanisme pengaturan. Bentuk rotorberbeda-beda sesuai dengan kecepatanjenisnya (specific speed).

Turbin Aliran DiagonalTurbin aliran diagonal dipakai

untuk tinggi terjun yang tinggi, turbin inimempunyai sudut rotor yang dapatdigerakkan (diputar menurut sumbumasing-masing) seperti turbin baling-baling. Turbin aliran diagonal dilengkapidengan pengatur bilah (blade) sudutsecara otomatis dan hidrolik disebut jugaturbin deriaz. Konstruksinya miripturbin baling-baling.

Turbin Baling-BalingTurbin baling-baling dipakai

untuk tinggi terjun yang rendah. Turbinbaling-baling digolongkan menjadi duamenurut konstruksi bilah rotornya, yaituturbin baling-baling dengan sudutnya

yang dapat digerakkan secara otomatisdan hidrolik. Sudut rotor pada turbinkaplan mempunyai konstruksi yangdapat digerakkan (menurut sumbunya)dan dapat merubah arah sudut bilahnyadengan tangan (manual) atau otomatissesuai dengan pembukaansudutantarnya. Hubungan antara pembukaansudut antar dan sudut bilah rotorbiasanya dipertahankan oleh alatpenghubung (cam) daya guna (eficiency)yang tinggi.

Ada lagi turbin baling-balingmacam lain yang disebut turbin tabungyang dipakai untuk terjun yang rendahsekali. Turbin ini mempunyai rumahberupa slinder, sehingga aliran airmengalir melalui arah aksial padaselubung slindrer.Turbin jenis ini kebanyakan berjenisporos mendatar dan bagian peralatannyadipasang pada suatu mulai dari tempatmasuk turbin sampai pada tempatkeluarnya pada pipa lepas. Katup tempatmasuk rotor dan generatornyadirangkaikan langsung dengan turbin,pipa lepas dan lilin sebagainya. Beberapadari turbin jenis ini diperlengkapidengan roda gigi percepatan yangerpasang antara kkopling turbin air dangenerator, sehingga generator berwujudpampat.

Turbin CrossflowTurbin crossflow adalah bentuk

mutakhir dari kincir tradisional buatanponcelet. Seperti halnya turbin peltondan turbin turgo, turbin crossflowtermasuk jenis turbin impuls.Penemunya adalah A.G.M. Michell,seorang teknikus Inggris – Australiayang kemudian mematenkan hasilpenemuannya yaitu pada tahun 1903.Dua tahun kemudian Ossberger mulaimemproduksi penemuan tersebut.



192

Di Budapest, Prof. Donat Bankijuga mengembangkan jenis turbin serupadan mempublisir hasil rancangannyapada tahun 1917, dari nama kedua tokohtersebut itulah maka turbin crossflowdikenal orang dengan sebutan turbinMichell atau Banki.

Kalau kita bandingkan denganjenis turbin lainnya, batasan putaranspesifik turbin crossflow terletak antaraturbin francis dan turbin pelton. Daerahkerjanya mendekati turbin francis, tetapikonstruksi dan bentuknya jauh lebihsederhana.

Hasil pengujian yang dilakukanoleh Ossberger menunjukkan bahwaefisiensi turbin crossflow berkisar sekitar80 %. Kelebihan lainnya adalah bahwaturbin crossflow belum pernah pernahditemukan kasus kavitasi sepertiumumnya yang terjadi pada turbin jenislainnya.

Jenis turbin ini cocokuntukditerapkan di daerah-daerah yangmemiliki energi efektif anatra 1 sampai200 meter, debit air antara 0,02 sampai 8m3/det dan daya yang dihasilkan antara1 sampai 1.000 KW, dengan variasikecepatan antara 50 sampai 2.000 rpm.

Prinsip kerja dan sifat umumturbin crossflow yaitu : pemasukan air kesudut turbin secara radikal. Air dialirkanmelalui sudu-sudu jalan yang berbentukslinder, pertama-tama air dari luarmasuk kedalam slinder sudu-sudu dankemudian dari dalam keluar.Jadikerjanya roda jalan turbin ini adalahseperti ubin pelton yaitu hanya sebagiansudu-sudu saja yang bekerjamembalikkan aliran air.

Turbin ini mempunyai 22 tingkatkecepatan mirip dengan roda curtis diturbin uap. Aliran air yang lewat kedua(tingkat kedua) menghasilkan dayakurang lebih 20 % - nya daya yang

dihasilkan tingkat pertama, jadifaedahnya tetap ada dan air tanpa adakesulitan bisa meninggalkan roda jalan.

Perkembangan selanjutnya yangditemukan oleh Michell dan Banki yaituturbin ini dilengkapi dengan pipa isapdan sebagai akibatnya daya yangdihasilkan turbin, proses kerja danrendemen turbin menjadi lebih baik.

Turbin ini mempunyai alatpengarah sehingga dengan demikiancelah bebas dengan sudu-sududisekeliling roda hanya sedikit. Karenaitu pada keadaan beban penuhperputarannya roda terjadi sedikitkemacetan-kemacetan, yang menimbula-kan sedikit tekanan. Tekanan lebihtersebut kurang lebih hanya 6 % - nyadari tekanan kerja turbin, turbin initermasuk golongan konstruksi turbintekanan sama/impuls turbin.

Bentuk sudu dengan kecepatanmenunjukkan perbandingan kecepatan u/ c1 = 0,5 diisi bagian masuk sudu, hargakecepatan air masuk c1 didapat daritinggi air jatuh (H) yang telah diketahui,sedangkan harga keceopatan tangensialdidapat dari hubungan yang salingbergantung satu sama lain antaradiameter (D) dan kecepatan putar rodaturbin (n) yaitu u = D . . n / 60 ;kecepatan spesifik terletak antara nq = 11menit –1 sampai dengan 50 menit –1,tergantung kepada perbandingan lebarB / D dan besarnya kelengkungan sudu.Dalam hal ini B / D bisa sampai 3,5 dankelengkungan sudu sampai 120 0

besarnya.Turbin ini terdiri dari tiga bagian

utama, yaitu roda jalan, alat pengarahdan rumah turbin. Dari alat pengarahpancaran air keluar tegak lurus. Rodajalan dan alat pengarah dibagi menjadidua buah sel tegak lurus yang tidak samaperbandingan 1 : 2 . Maksudnya adalah



193

bila kapasitas air sedang-sedang sajamaka yang dioperasikan sel yang besar,dan bila kapasitas airnya banyak makaturbin bekerja dengan kedua buah seltersebut.

Dalam ketiga kondisi operasitersebut diatas perbandingankecepatannya adalah tetap sama. Jadibila ada gangguan pada kondisi bebansebagian (tidak maksimum) punrendemen turbin masih baik. Spesialpada tinggi air jatuh yang kecil pipa isapmempunyai tugas memanfaatkan selisihtinggi antara sisi bagian bawah ataudengan kata lain memanfaatkan ruangbebas.

Menentukan Jenis TurbinSeperti yang telah diuraikan pada

(sub bab 2.6), dijelaskan bahwa dari carakerjanya turbin air dibagi dua kelompokbesar yaitu turbin impuls dan turbinreaksi. Untuk menen tukan model/jenisturbin air ada dua cara yaitu :

Berdasarkan Kecepatan JenisnyaApabila perhitungan kita berdasarkanpada kecepatan jenis, maka terlebihdahulu dihitung berapa besar kecepatanjenisnya. Dengan berlandaskan padakecepatan jenis ini dapat ditentukanmodel turbin airnya. Adapun bentukpersamaan kecepatan jenisnya dapatdinyatakan sebagai berikut :

Ns=4/5

(Putaran / s)

Dimana :N = Putaran turbinP = Daya turbinH = Tinggi terjun (m)Berdasarkan persamaan diatas dapatditentukan model turbin yang sesuaidengan melihat tabel dibawah ini :

Tabel 1. Kecepatan Jenis TurbinJenis Turbin Kecepatan Spesifikasi

PeltonCrosslowFrancisKaplan

12 - Ns - 6025 - Ns - 20070 - Ns - 400350 - Ns - 2000

Berdasarkan Tinggi Jatuh AirCara lain untuk menentukan jenis

turbin yang akan digunakan adalahdengan cara mengetahui tinggi terjun airberdasarkan tabel dibawah ini :

Tabel 2. Pengelompokkan Turbinberdasarkan tinggi jatuh air

Tinggi Terjun Model Turbin

200 - 2.00030 - 600

Kurang dari 60Kurang dari 18Kurang dari 3

PeltonFrancisKaplan

CrosslowRoda Air

Kendali TurbinSuatu pusat tenaga terpisah harus

mampu memenuhi tugas yang lebih sulitbila dibandingkan dengan pusat tenagayang dihubungkan kejaringan. Ia mestimampu menyesuaikan putaran dengansendirinya. Bila beban tidak konstan,turbin harus diatur. Produksi daya harusmencukupi jumlah kebutuhannya.

Pengaturan debit harus lebihmenguntungkan dari segi bahwasenantiasa hanya sejumlah air sebanyakyang diperlukan untuk pembangkit dayasesaat yang dibutuhkan.Guna mengimbangi perubahan bebankecil yang mendadak maka dipasangdaya maksimum yang dengan seketikabisa ditambah kurangkan hendaknyatidak melampaui 10 % sampai 30 %kapasitas terpasang. Ini tidak semata-mata mengait masalah mekanispengatur, namun juga berkenaan dengan



194

efek hantaman air didalam pipa pesatyang timbul bila piranti kendali ditutupatau dibuka terlalu cepat.

Untuk menghindari putaranlebih, gonernur penting adanya. Carapengendalian sederhana adalahpengaturan dengan tangan. Namun yangterakhir ini hanya disarankan untukkondisi (kapasitas pembangkitan danpembebanan) konstan atau bila putaranturbin kecil saja perannya.

Tujuan penelitian ini adalah :1. Untuk mengetahui berapa besarnya

potensi tenaga air yang dapatdigunakan untuk pembangkittenaga listrik.

2. Untuk pra kajian kelayakan untukpembangunan Pembangkit ListrikTenaga Mikro Hidro (PLTMH) dilokasi penelitian.

3. Untuk mengetahui besarnya debitair dan tinggi terjun bila dibangunPembangkit Listrik Tenaga MikroHidro (PLTMH).

Penelitian ini diharapkan bermanfaatbagi :1. Peneliti lain yang ada atau sedang

melaksanakan penelitian tentangPembangkit Listrik Tenaga MikroHidro (PLTMH).

2. Penelitian merupakan salah satucara guna menguji danmeningkatkan kemampuan sertaketrampilan di bidang ilmu teknikkelistrikan.

3. Membuktikan relevansi antara teoridengan penerapan dilapangan.

4. memanfaatkan potensi alam yangada di desa Air Bakoman,Khususnya aliran sungai sehinggamemenuhi keinginan masyarakatdesa akan kebutuhan tenaga listrik.

5. Melancarkan berbagai aktifitasmasyarakat pada malam hari dan

mambuka lapangan kerja dengantimbulnya industri kecil/homeindustry, serta dapat terbentuknyakoperasi listrik desa.

METODE PENELITIANa. Melakukan kajian literatur sebagai

acuan dan publikasi yang berkaitandengan sumber daya energi padadaerah lokasi penelitian.

b. Melakukan pengamatan lapanganuntuk memperoleh gambaran yangjelas mengenai kondisi fisik desa,potensi energi yang ada didesatersebut untuk kemungkinan dapatdikembangkan sebagai sumberenergi listrik pedesaan.

c. Melakukan pengumpulan datasekunder melalui Bappeda, atausumber data yang linnya maupunpengukuran parameter yangdibutuhkan untuk mengetahuibesar potensi tenaga air gunamembangu Pembangkit ListrikTenaga Mikro Hidup (PLTMH)yang tersedia di desa tersebut.

d. Membahas mengenai data yang adadan daya yang dapat dibangkitkanmenurut teori dan data yang ada dilapangan.

e. Melakukan analisis data sebagaibahan penyusunan laporan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data-Data TeknisDari hasil survey ternyata air

terjun di desa Air Bakoman yang dipilihsebagai sumber daya bagi PembangkitListrik Tenaga Mikro Hidup (PLTMH)terletak di tepi desa Air Bakoman yaitusekitar 2 km dari pusat desa.Data debit air diambil dari debitminimum yaitu pada musim kemarau.



195

Hal ini dimaksudkan agar padaoperasinya tetap bertahan keadaannya.

Tabel 3. Hasil pengukuran debit airPengukuran Hasil Pengukuran

(m3/s)1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.

0,4550,4610,4630,4520,4660,4610,4600,4700,4690,453

Rata - rata = 0.461 m3/s

Hasil pengukuran tinggi selisihpermukaan dengan jarak 250 meter dapatdilihat pada tabel di bawah ini :Tabel 4. Pengukuran selisih tinggipermukaan (head)

Pengukuran h1 –h15

HasilPengukuran

h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15

0,60,70,40,61,20,40,50,61,21,41,90,60,61,01,2

Jumlah h1 + h2 …. + h15 = 13 meter

Daya yang Dapat DibangkitkanData-data yang kami peroleh dari

hasil survey di desa Air Bakoman

didapat jumlah debit air serta tinggiterjun yaitu sebagai berikut :

Q = 0, 461 m3/sh = 13 meter

Efisiensi turbin dan generator darireferensi sebagai berikut :efft = 0,80effg = 0,90Maka daya yang dibangkitkan olehturbin adalah :Pt = 9,81 x Q x h x efft

= 9,81 x 0,461 x 13 x 0,80= 47, 03 kW atau,= 63,13 Hp, dimana ; 1 Hp = 745,9

WattPg = Pt x effg

= 47,03 x 0,90= 42,32 kW

Pemilihan Jenis TurbinUntuk pemilihan jenis turbin

yang akan digunakan pada pembangkitlistrik tenaga air kecil yang sesuai dapatditentukan dengan dua cara yaitu :Berdasarkan Tinggi Jatuh Air

Apabila kita menggunakan tinggijatuh air sebagai dasar untukmenentukan jenis turbin, maka dari hasilpengukuran tinggi jatuh air adalah 13meter maka dapat ditentukan model/jenis turbinnya, seperti yang terdapatpada pengelompokkan jenis turbin yangtertera pada tabel 2, bab II. Dari tabeltersebut terlihat bahwa jenis turbinsrossflow lebih cocok pada ketinggianini.Berdasarkan kecepatan jenisnya

Apabila penentuan model turbinberdasarkan pada kecepatan jenisnya,maka terlebih dahulu dihitung kecepatanspesifikasinya.

Daya turbin = 63,14 HpTinggi efektif = 13 meter

Dari perbandingan putaran (Gear Ratio)yang ada adalah 1: 3, maka :



196

Gear Ratio =Alternator rpm = 3Turbin rpm

Crossflow rpm = 1500 = 5003

Diameter runner = 41 Hnet

Crossflow rp

= 41 13500

= 0,295 meter

Untuk diameter runner 0,295meter pada pembuatannya dibulatkanmenjadi 0,3 meter sehingga :Crossflow rpm = 41 Hnet

Crossflow runner= 41 13

0,3= 492,76 rpm

Daya turbin = 63,14 HpTinggi efektif = 13 meterMaka putaran spesifikasinya (Ns) adalah:

Ns =4/5

= 4,92,7 63,14

=68,24

16,3911

= 158,74 rpmDengan kecepatan spesifikasinya

di atas, maka dapat ditentukan jenisturbin yang akan digunakan pada suatupembangkit listrik tenaga air kecildengan melihat tabel 1 pada bab II, makaturbin yang cocok digunakan padapembangkit listrik tenaga air kecil didesa Air Bakoman adalah denganmenggunakan turbin Crossflow. Turbinyang cukup sederhana yang mana roda-roda dari turbin ini berbentuk sebuahtabung yang disekelilingnya dipasangsejumlah sudu-sudu, sudu-sudu ini

berbentuk segi panjang yangdilengkungkan dengan radius tertentudan dipasang pada roda-rodanya dengankonstruksi las. Roda-roda turbinditumpu oleh dua atau tiga bantalansehingga penyetelan roda turbinterhadap keudukannya menjadi mudah.Untuk mencegah kebocoran air daridalam turbin, maka poros utama porossudu antar dan pada sambungan-sambungan baut dipasang paking-paking perapat yang terbuat darikarakter pack khusus.

SIMPULAN DAN SARANSimpulan

Dari hasil pengukuran debit airdan pengukuran selisih tinggipermukaan (head) serta analisis datadapatlah diambil kesimpulan sebagaiberikut :1. Didalam perencanaan

pembangunan suatu PLTMH makapenelitian di lapangan haruslahdilakukan beberapa kali sertadengan waktu yang berbeda(musim hujan dan musimkemarau). Kemudian hasil akhirnyayaitu hasil yang mendekati semuapengukuran adalah hasil yangdigunakan sebagai dasarperhitungan.

2. Mengingat negara Indonesia padaumumnya dan kecamatan PulauPanggung khususnya yang kayaakan pegunungan dan banyakterdapat aliran sungai makapemanfaatan PLTMH sebagaisumber tenaga listrik perludikembangkan secara luas.

3. Jika ditinjau dari kebutuhan dayalistrik yang dibutuhkanmasyarakat, maka daya yang dapat



197

dibangkitkan belum memenuhikebutuhan masyarakat desa AirBakoman. Namun dalam hal inisudahmembantu mengatasipengadaan tenaga listrik desa.

4. Dengan kapasitas daya yang dapatdibangkitkan oleh pembangkitlistrik Mikro-Hidro sebesar 42,32kW, maka rumah yang dapat dialirilistrik adalah 117 rumah yangmasing-masing mendapat 350 Wattatau 450 kVA.

SaranDari hasil penelitian ini

disarankan :1. Selain menyangkut perhitungan-

perhitungan teknis, suatupembangkit listrik mikro hidrohendaknya lebih memperhatikanpada usaha penyesuaian terhadapkondisi setempat, yang semuanyadiarahkan bagi terjaminnyakelancaran dan kelestarian operasiserta pemeliharaannya.

2. Dalam usaha menanggulangikekurangan yang ada serta untukmengatasi permasalahan yangmungkin timbul maka kerja samadengan berbagai macam pihakperlu ditingkatkan dandilaksanakan secara lebih terpadu,khususnya pada tahap-tahap awalpersiapan dan pelaksanaannya.

3. Perlu dimasyarakatkan hasilpenelitian ini baik oleh instansiterkit maupun perguruan tinggi

sebagai pengabdian kepadamasyarakat.

DAFTAR PUSTAKA

Adam Harvay, 1993,” Mikro HidroDesign Manual “, IntermediateTecnologi Publication.

Prof, DR, Ir, Abdul Kadir, 1982,” Energi “,UI Press.

DR, Ir, Artono Arismunandar dan DR, S,Kuwara, 1992, “ BukuPegangan Teknik Tenaga ListrikJilid II “, Pradnya ParamitaJakarta.

Ir, Wiranto Arismunandar, M.Sc, 1975, “Penggerak Mula Turbin “, ITB.

M. Edi Sunarto, 1993, “ Turbin PletonMikro “, Andi OffsetYogyakarta.

BPPT, 1982, “ Kumpulan PengalamanSederhana Tentang Uji CobaTurbin Air Kecil “, LMKJakarta.

M. Dandahar, KN. Sharma, 1991, “Pembangkit Listrik Tenaga Air“, UI Press.

Singaribun dan Effendi, 1987, “ MetodePenelitian Survey “, LP3ESJakarta.

Sarwo Styotom : Studi Perencanaan Pembangkit Tenaga · PDF filesungai adalah H. Lengkungan...

Documents

Transcript of Sarwo Styotom : Studi Perencanaan Pembangkit Tenaga · PDF filesungai adalah H. Lengkungan...