BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka Pengertian Optimasi Optimasi adalah suatu proses, cara atau perbuatan untuk menjadikan sesuatu paling baik dan paling tinggi (Kamus Besar Bahasa Indonesia, 1996:705). Dalam hal ini, yang dioptimalkan adalah diameter pipa pesat agar menghasilkan daya yang maksimum Pengertian PLTMH PLTMH adalah suatu pembangkit listrik skala kecil (kurang dari 100 kw) yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air. PLTMH pada dasarnya memanfaatkan energi potensial head. Semakin tinggi head maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di samping faktor geografis (tata letak sungai), head dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi. Air dialirkan melalui sebuah pipa pesat ke dalam rumah pembangkit yang pada umumnya dibagun dibagian tepi sungai untuk menggerakkan turbin atau kincir air mikrohidro. Energi mekanik yang berasal dari putaran poros turbin akan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator (Soetarno, 1975). 5

2 6 Gambar 2.1. Beda Ketinggian (Head) (Sumber: Agus Subandono, 2012) Keuntungan sistem ini adalah biaya yang diperlukan untuk pembangunan dan dampak terhadap lingkungan akan lebih minim, namun sistem ini pun memiliki kekurangan yaitu aliran yang melalui turbin sulit dikendalikan karena dipengaruhi langsung oleh aliran sungai tersebut (N. D. Setyowati,. 2012) Model PLTMH Debit dan head pada model PLTMH merupakan parameter yang penting dalam perhitungan potensi tenaga listrik. Berdasarkan hal tersebut maka pada penelitian ini digunakan 2 model agar memperoleh hasil yang terbaik. Analisis yang digunakan adalah analisis hidrologi dan analisis hidrolika. Analisis hidrologi yang dilakukan pada kedua model adalah sama dengan tujuan menghasilkan beberapa variasi debit. Dalam analisis hidrolika, model 1 dan model 2 memiliki perbedaan pada desain head. Hal ini bertujuan agar mendapatkan hubungan diameter pipa dengan daya yang dihasilkan. Model 1 PLTMH memiliki head 3 meter, hal ini merupakan ketinggian yang disarankan dalam buku panduan penggunaan turbin Propeller Open Flume dapat dilihat pada Gambar 2.2.

3 7 Gambar 2.2. Model 1 PLTMH Model 2 PLTMH memiliki head yang lebih rendah yaitu 2,2 meter. Ketinggian ini merupakan hasil dari penelitian sebelumnya dapat dilihat pada Gambar 2.3. Gambar 2.3. Model 2 PLTMH

4 8 Gambar 2.4. Pipa Pesat pada Model PLTMH Turbin Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerjanya, turbin air dibagi menjadi dua kelompok : 1. Turbin impuls (cross-flow, pelton & turgo) Turbin impuls menggunakan energi air yang jatuh untuk memutar sudunya. Hasil perubahan momentum (impuls) disebabkan tekanan pada sudu turbin. 2. Turbin reaksi (francis, kaplan dan propeller) Turbin reaksi menggunakan tekanan dari aliran air untuk memutar sudunya. Turbin reaksi harus menutup untuk mengisi tekanan air (penghisap) atau harus sepenuhnya terendam dalam aliran air. Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik. Pada beberapa daerah operasi, memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin. Menurut Keller daerah kerja operasi turbin dikelompokkan menjadi : 1. Low head power plant, 2. Medium head power plant, 3. High head power plant.

5 9 Berikut ini merupakan daerah operasi turbin : Tabel 2.1. Daerah Operasi Turbin Jenis Turbin Variasi Head (m) Kaplan dan Propeller 2 < H < 20 Francis 10 < H < 350 Pelton 50 < H < 1000 Cross flow 6 < H < 100 Turgo 50 < H < 250 Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin Pipa Pesat Pipa pesat adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penenang (forebay tank). Hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan pipa pesat untuk PLTMH adalah diameter dimana semakin kecil diameter maka kecepatan air dalam pipa pesat akan semakin naik untuk debit yang sama, dan tingkat rugi rugi (friction losses) pada pipa pesat disebabkan debit air dan tinggi jatuh yang relatif kecil (S. Warsito, dkk, 2005). Pemilihan material berdasarkan pertimbangan kondisi operasi, aksesibiliti, berat, sistem penyambungan dan biaya. Ketebalan pipa pesat dipilih untuk menahan tekanan hidrolik dan surge pressure yang dapat terjadi.

6 10 Berikut ini beberapa penelitian tentang Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Tabel 2.2. Novelty Penelitian PLTMH Peneliti Galih Eko Putra (2011) Andreas von Flotow (2012) Indra Bagus Kristiarno (2013) A.S.Leon, L.Zhu (2014) Penelitian tentang Pemanfaatan beda energi pada bangunan terjun untuk PLTMH Desain pipa pesat pada PLTMH Revitalisasi ukuran pipa pesat dan penggantian turbin Optimasi debit aliran, diameter pipa pesat pada turbin impuls Metode Metode Flow Duration Curve (FDC), menggunakan turbin Cross Flow T , perencanaan bangunan PLTMH, neraca Cash Flow Analisis kehilangan energi pada pipa pesat dengan metode Hazen- Wiliams, dan Darcy-Weisbach. Analisis debit aliran dengan metode NRECA, analisis ekonomi Benefit-Cost Ratio Analysis (BCR), Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR). Pembuatan aplikasi hydropower calculator yang dapat di regonstate.edu/~l eon/codes/hydr opower/. Variabel Debit, elevasi saluran, dimensi saluran dan bangunan terjun, kecepatan aliran air, head, diameter pipa pesat. Diameter pipa pesat, debit aliran, head. Curah hujan, evapotranspirasi, ketinggian bruto, kecepatan dan diameter pipa pesat, debit sesaat, debit andalan. Panjang pipa pesat, tinggi bruto. Daerah Penelitian Padi, Gondang, Mojokerto Dee, Oregon Nawangan, Pacitan Oregon

7 11 Lanjutan Tabel 2.2 Peneliti Lutfi Chandra P. (2014) Andika Putra Gulfanny (2014) Penelitian tentang Peningkatan daya dengan perubahan head pada PLTMH Optimalisasi tinggi bendung pada PLTMH Metode Uji kepanggahan data dengan metode kurva massa ganda, analisis debit aliran dengan metode Mock, analisis debit andalan dengan metode Basic Year, analisis bangunan PLTMH, analisis ekonomi dengan metode Benefit- Cost Ratio Analysis (BCR), Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR). Uji kepanggahan data dengan metode kurva massa ganda, analisis debit aliran dengan metode Mock, analisis debit andalan dengan metode Basic Year, analisis frekuensi dengan Metode Gumbel dan Log Pearson III, Metode HSS Nakayasu, analisis bangunan PLTMH, analisis ekonomi dengan metode Benefit- Cost Ratio Analysis (BCR). Variabel Curah hujan, evapotranspirasi, debit, elevasi saluran, dimensi saluran dan bangunan terjun, kecepatan aliran air, head, diameter pipa pesat. Curah hujan, evapotranspirasi, ketinggian bruto, kecepatan dan dimensi saluran, debit sesaat, debit andalan. Daerah Penelitian Desa Tokawi, Kabupaten Pacitan Desa Dukuh, Kecamatan Banyudono, Kabupaten Boyolali

8 12 Lanjutan Tabel 2.2 Peneliti Singhal M.K., Arun Kumar (2015) Ischa Wati (2015) Novi Herawati (2015) Penelitian tentang Optimum desain pipa pesat untuk Hydro Project Potensi energi pada setiap site untuk PLTMH Perencanaan kolam tando PLTMH Metode Analisis kehilangan energi pada pipa pesat dengan metode Manning, Hazen-Wiliams, Darcy-Weisbach, Scobey relation, analisis ekonomi. Uji validitas data RAPS, analisis debit aliran Mock, analisis debit andalan FDC, perhitungan evapotranspirasi Penman Monteith, analisis ekonomi BCR, NPV, IRR. Uji validitas data kurva massa ganda, analisis debit aliran Mock, analisis debit andalan Basic Month, analisis bangunan sipil, analisis investasi BCR, NPV, IRR. Variabel Diameter pipa pesat, debit aliran. Curah hujan, klimatologi, ketinggian bruto pada tiap site, kecepatan dan dimensi saluran. Curah hujan, evapotranspirasi, debit andalan, kecepatan aliran, head. Daerah Penelitian India Desa Dukuh, Kecamatan Banyudono, Kabupaten Boyolali Banyudono, Boyolali

9 13 Lanjutan Tabel 2.2 Peneliti Rr. Rintis Hadiani, dkk. (2015) Tsani Rakhmawati (2016) Penelitian tentang Perencanaan PLTMH Optimasi diameter pipa pesat pada PLTMH Metode Uji validitas data kurva massa ganda, analisis debit aliran Mock, analisis penentuan site terbaik, analisis perencanaan dimensi kolam tando. Uji validitas data kurva massa ganda, perhitungan evapotranspirasi dengan program Cropwat ver.8.0, analisis debit aliran dengan metode Mock, analisis debit andalan dengan metode Basic Month, analisis kehilangan energi pada pipa dengan persamaan Darcy-Weisbach, analisis daya. Variabel Curah hujan, evapotranspirasi, debit andalan, head. Curah hujan dan klimatologi, debit andalan, diameter pipa pesat, head. Daerah Penelitian Kabupaten Boyolali, Propinsi Jawa Tengah Desa Dukuh, Kecamatan Banyudono, Kabupaten Boyolali Pesat pada pipa pesat yang optimal agar memperoleh daya yang maksimum dengan 2 model PLTMH yang menggunakan turbin reaksi jenis Propeller Open Flume TC-60. Turbin jenis ini bekerja dengan memanfaatkan aliran keluar pipa hisap (draft tube).

10 Dasar Teori Daerah Aliran Sungai (DAS) DAS adalah suatu wilayah daratan yang merupakan satu kesatuan dengan sungai dan anak-anak sungainya, yang berfungsi menampung, menyimpan, dan mengalirkan air yang berasal dari curah hujan ke danau atau ke laut secara alami, yang batas di darat merupakan pemisah topografis dan batas di laut sampai dengan daerah perairan yang masih terpengaruh aktivitas daratan (PP No. 37 tentang Pengelolaan DAS, pasal 1) Pengisian Data Hujan yang Hilang Presipitasi adalah turunnya air dari atmosfer ke permukaan bumi yang bisa berupa hujan, hujan salju, kabut, embun, dan hujan es. Di daerah tropis, termasuk Indonesia, yang memberikan sumbangan paling besar adalah hujan, sehingga seringkali hujanlah yang dianggap presipitasi. Diantara jenis presipitasi, hujan adalah yang paling biasa diukur. Hujan di suatu daerah hanya dapat diukur di beberapa titik yang ditetapkan dengan alat pengukur hujan. Hujan yang terukur oleh alat tersebut mewakili suatu luasan daerah di sekitarnya (Chay Asdak, 1995; Bambang Triatmodjo, 2006). Dalam pengukuran data hujan di stasiun hujan terkadang mengalami masalah tidak tercatatnya data hujan. Hal ini diakibatkan oleh dua kemungkinan yakni rusaknya alat pengukur hujan dan pengamat tidak mencatat data hujan. Perhitungan transformasi hujan-debit memerlukan data hujan yang lengkap, oleh sebab itu data hujan yang hilang harus diisi. Pengisian data yang hilang dapat dilakukan dengan dua metode yaitu Normal Ratio Method dan Reciprocal Method. Pengisian data yang hilang dalam penelitian ini menggunakan Reciprocal Method.

11 15 Menurut Bambang Triatmodjo (2006), cara ini lebih baik dari pada Normal Ratio Method karena memperhitungkan jarak antar stasiun (Li) seperti diberikan oleh Persamaan (2.1) Px Pi Li n : hujan yang hilang di stasiun X (mm), : data hujan di stasiun sekitarnya pada periode yang sama (mm), : jarak stasiun X dengan stasiun di sekitarnya (km), : jumlah stasiun hujan di sekitarnya Uji Konsistensi Data Hujan Analisis massa ganda (double mass analysis) menguji konsistensi hasil-hasil pengukuran pada suatu stasiun dan membandingkan akumulasi hujan tahunan atau musimannya dengan nilai akumuasi rata-rata yang bersamaan untuk suatu kumpulan stasiun sekitarnya. Konsistensi catatan bagi masing-masing stasiun dasar harus diuji, dan yang tak konsisten harus disesuaikan (Ray K. Linsey, dkk, 1986; Bambang Triatmodjo, 2006). Menurut Sri Harto (1993) dalam Novi Herawati (2015), uji konsistensi data dilakukan terhadap data curah hujan tahunan dengan tujuan untuk mengetahui adanya penyimpangan data hujan. Pada periode ini, hubungan antara seri waktu dengan data curah hujan dianggap linier. Apabila garis tidak linier maka perlu dilakukan koreksi dengan cara mengalikan data dengan faktor perubahan kemiringan sebelum atau sesudah grafik patah. Konsistensi data hujan dengan kurva massa ganda bisa juga dilihat dengan nilai koefisien deterministik (R 2 ). Koefisien deterministik menunjukkan seberapa jauh kesalahan dalam memperkirakan besarnya variabel terikat y dapat direduksi menggunakan informasi yang dimiliki variabel bebas x. Model regresi dikatakan sempurna apabila r 2 = 1 (Chay Asdak, 1995).

12 16 Adapun koefisien deterministik antara variabel x dan y dapat dicari dengan Persamaan (2.2) i : data ke, n : jumlah data. Dalam penelitian ini variabel x yang digunakan berupa jumlah kumulatif data hujan satu stasiun, sedangkan variabel y yang digunakan berupa jumlah kumulatif ratarata data hujan semua stasiun. Data hujan stasiun dikatakan konsisten apabila r 2 ~ Evapotranspirasi Evapotranspirasi (ETo) adalah proses penguapan yang terjadi pada tumbuhtumbuhan di permukaan tanah. Air tanah diserap oleh akar tanaman yang kemudian dikirim ke dahan sampai akhirnya sampai ke permukaan daun dan jika terkena sinar matahari akan menguap. Disamping itu, evapotranspirasi juga dapat terjadi akibat air hujan yang tertinggal di permukaan daun (Sobriyah, 2012). Berdasarkan penelitian di daerah basah (humid) yang dimuat dalam FAO Paper 56, metode Penman-Monteith sebagai metode terbaik dibandingkan lainnya dalam menghitung besarnya evapotranspirasi tanaman acuan. Nilai korelasi (r) metode ini dibandingkan dengan hasil penelitian dengan lisimeter sebesar 97% untuk seluruh bulan dan 93% untuk bulan puncak, sedang metode lainnya di bawah nilai tersebut. Besarnya estimasi kesalahaan standar (standard error of estimate) menunjukkan nilai terkecil, yaitu sebesar 0,32 sedang metode lainnya antara 0,56 sampai 1,29 Tanaman Acuan dengan Metode Penman- ). Data iklim dan topografi yang dibutuhkan untuk perhitungan evapotranspirasi Penman-Monteith (Monteith, 1965) seperti diuraikan pada SNI 7745:2012 adalah sebagai berikut :

13 17 1. Data iklim tersebut adalah : a. Suhu udara rata-rata dalam satuan derajat Celcius ( o C); b. Kelembaban relatif rata-rata dalam persen (%); c. Kecepatan angin rata-rata dalam satuan meter per detik (m/s); d. Lama penyinaran matahari dalam satu hari yang dinyatakan dengan satuan jam; e. Tekanan udara di lokasi stasiun dengan satuan kilo Pascal (KPa); f. Radiasi matahari di lokasi stasiun dengan satuan mega Joule per meter persegi per hari (MJ/m 2 /hari). 2. Data topografi : a. Elevasi atau altitude stasiun pengamatan klimatologi dalam satuan meter di atas permukaan air laut; b. Letak garis lintang lokasi stasiun pengamatan klimatologi yang dinyatakan dalam derajat, kemudian di radian = 360 derajat. Penghitungan evapotranspirasi tanaman acuan Penman-Monteith (Monteith, 1965) seperti diuraikan pada SNI 7745:2012 dapat dilihat dalam Persamaan (2.3) ET0 Rn T U2 es ea : evapotranspirasi tanaman acuan (mm/hari), : radiasi matahari netto di atas permukaan tanaman (MJ/m 2 /hari), : suhu udara rata-rata ( o C), : kecepatan angin pada ketinggian 2 m dari atas permukaan tanah (m/s), : tekanan uap air jenuh (kpa), : tekanan uap air aktual (kpa), : kemiringan kurva tekanan uap air terhadap suhu (kpa/ o C), : konstanta psikrometrik (kpa/ o C).

14 Metode Mock Metode Mock adalah analisis keseimbangan air untuk menghitung harga debit bulanan berdasarkan transformasi data curah hujan bulanan, evapotranspirasi, kelembaban tanah dan tampungan air tanah (Dr. F. J. Mock, 1973). Data dan asumsi yang diperlukan untu perhitngan Metode Mock adalah sebagai berikut (KP-01, 2010) : a. Data Curah Hujan Data curah hujan yang digunakan adalah curah hujan bulanan. Stasiun curah hujan yang dipakai adalah stasiun yang dianggap mewakili kondisi hujan di daerah tersebut. b. Evapotranspirasi Terbatas (Et) Evapotranspirasi terbatas adalah evapotranspirasi aktual dengan mempertimbangkan kondisi vegetasi dan permukaan tanah serta frekuensi curah hujan. Data yang diperlukan untuk menghitung evapotranspirasi terbatas sebagai berikut (KP-01, 2010) : 1. Curah hujan bulanan (P); 2. Jumlah hari hujan bulanan (n); 3. Jumlah permukaan kering bulanan (d) dihitung dengan asusmi bahwa tanah dalam suatu hari hanya mampu menahan air 12 mm dan selalu menguap sebesar 4 mm; 4. Exposed surface (m%) ditaksir berdasarkan peta tata guna lahan atau dengan asumsi : m = 0 % untuk lahan dengan hutan lebat, m = 0 % pada akhir musim hujan dan bertambah 10% setiap bulan kering untuk lahan sekunder, m = 10%-40% untuk lahan yang tererosi, dan m = 20%-50% untuk lahan pertanian yang diolah.

15 19 c. Faktor Karakteristik Hidrologi Faktor Bukaan Lahan : m = 0 % untuk lahan dengan hutan lebat, m = 10%-40% untuk lahan yang tererosi, dan m = 20%-50% untuk lahan pertanian yang diolah. d. Luas Daerah Aliran Sungai (DAS) Semakin besar DAS kemungkinan akan semakin besar pula ketersediaan debitnya. e. Kapasitas Kelembaban Tanah (SMC) Soil Moisture Capacity adalah kapasitas kandungan air pada lapisan tanah permukaan (surface soil) per m 2. Besarnya SMC untuk perhitungan ketersediaan air ini diperkirakan berdasarkan kondisi porositas lapisan tanah permukaan dari DAS. Semakin besar porositas tanah, akan semakin besar pula SMC yang ada. Dalam perhitungan nilai SMC diambil antara 50 mm sampai dengan 200 mm. Persamaan yang digunakan untuk besarnya kapasitas kelembaban tanah dapat dilihat pada persamaan (2.4) dan (2.5). SMC (n)= SMC(n-1) + IS (n)... (2.4) WS = As-IS... (2.5) dengan: SMC = kelembaban tanah, SMC (n) = kelembaban tanah periode ke n, SMC (n-1) = kelembaban tanah periode ke n-1, IS = tampungan awal (initial storage) (mm), AS = Air hujan yang mencapai permukaan tanah.

16 20 f. Keseimbangan air di permukaan tanah Keseimbangan air di permukaan tanah dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut : 1. Air hujan (As) Air hujan yang mencapai permukaan tanah dapat dirumuskan dengan persamaan (2.6) As = P Et... (2.6) dengan: AS = air hujan yang mencapai permukaan tanah, P = curah hujan bulanan, Et = evapotranspirasi. 2. Kandungan air tanah (soil storage), dan 3. Kapasitas kelembaban tanah (SMC). g. Kandungan air tanah Besar kandungan tanah tergantung dari harga As, bila harga As negatif, maka kapasitas kelembaban tanah akan berkurang dan bila As positif maka kelembaban tanah akan bertambah. h. Aliran dan Penyimpanan Air Tanah (runoff dan Ground Water Srorage) Nilai runoff dan Ground Water Srorage tergantung dari keseimbangan kondisi tanahnya. i. Koefisien Infiltrasi Koefisien nilai infiltrasi diperkirakan berdasarkan kondisi porositas tanah dan kemiringan DPS. Lahan DPS yang porous memiliki koefisien infiltrasi yang besar. Sedangkan lahan yang terjadi memiliki koefisien infitrasi yang kecil, karena air akan sulit terinfiltrasi ke dalam tanah. Batasan koefisien infiltrasi adalah 0 1.

17 21 j. Initial Storage (IS) Initial storage atau tampungan awal adalah perkiraan besarnya volume air pada awal perhitungan. k. Faktor Resesi Aliran Tanah (k) Faktor resesi adalah perbandingan antara aliran air tanah pada bulan ke-n dengan aliran air tanah pada awal bulan tersebut. Faktor resesi aliran tanah dipengaruhi oleh sifat geologi DPS. Dalam perhitungan ketersediaan air Metode Mock, besarnya nilai k didapat dengan cara coba-coba sehingga dapat dihasilkan aliran seperti yang diharapkan. l. Penyimpanan air tanah (Ground Water Storage) Penyimpangan air tanah besarnya tergantung dari kondisi geologi setempat dan waktu. Sebagai permulaan dari simulasi harus ditentukan penyimpangan awal (initial storage) terlebih dahulu. Persamaan yang digunakan dalam perhitungan penyimpanan air tanah menggunakan persamaan (2.7) dan (2.8). V n= k x V n-1 + 0,5 (1+k) I As = P Et... (2.7) Vn= vn Vn-1 As = P Et... (2.8) dengan: Vn = volume air tanah periode ke n, k = qt/qo = faktor resesi aliran tanah, qt = aliran air tanah pada waktu period ke t, qo = aliran air tanah pada waktu period ke 0, v n-1 = volume air tanah periode ke (n-1), v n = perubahan volume air tanah. m. Aliran Sungai Aliran dasar = infiltrasi perubahan aliran air dalam tanah; Aliran permukaan = volume air lebih infiltrasi; Aliran sungai = aliran permukaan + aliran dasar. Air yang mengalir di sungai merupakan jumlah dari aliran langsung (direct run off), aliran dalam tanah (interflow) dan aliran tanah (base flow).

18 22 Besarnya masing-masing aliran tersebut adalah: a. Interflow = infiltrasi volume air tanah, b. Direct run off = water surplus infiltrasi, c. Base flow = aliran yang selalu ada sepanjang tahun, d. Limpasan = interflow + direct run off + base flow Debit Andalan Debit andalan adalah debit minimum sungai dengan kemungkinan debit terpenuhi dalam prosentase tertentu, misalnya 90%, 80% atau nilai prosentase lainnya, sehingga dapat dipakai untuk kebutuhan pembangkitan. Kemungkinan tak terpenuhi dapat ditetapkan 20%, 30% atau nilai lainnya untuk menilai tersedianya air berkenaan dengan kebutuhan pengambilan (diversion requirement) (Dirjen Listrik dan Pemanfaatan Energi, 2009). Debit andalan yang optimal didapatkan melalui Analisis Basic Month dilakukan dengan cara menyusun data dari besar ke kecil kemudian menghitung probabilitasnya dengan persamaan Weilbull : P = i/(n+1) x 100%... (2.9) i n P = Nomor urut debit, = Jumlah data, = Probabilitas terjadinya kumpulan nilai yang diharapkan selama periode pengamatan (%) Debit Aliran Untuk aliran fluida dalam pipa khususnya untuk air terdapat kondisi yang harus diperhatikan dan menjadi prinsip utama, kondisi fluida tersebut adalah fluida merupakan fluida inkompresibel, fluida dalam keadaan steady dan seragam. Persamaan debit aliran adalah dapat dinyatakan dalam persamaan 2.10.

19 23 Q = v. A... (2.10) Q = laju aliran (m 3 /s), A = luas penampang aliran (m 2 ), v = kecepatan aliran (m/s). (Sumber : C.V. Davis 1969; J.M.K. Dake, 1983; Alan L. Prashun, 1987; Bambang Triatmodjo, 1996) Untuk aliran steady dalam pipa dengan diameter pipa pesat konstan pada waktu yang sama berlaku : v1. A1 = v2. A2... (2.11) Gambar 2.5. Aliran Steady dan Seragam Kehilangan Energi Model PLTMH pada penelitian ini memanfaatkan aliran melalui pipa. Pada zat cair yang mengalir di dalam bidang batas pipa pesat akan terjadi tegangan geser yang akan menyebabkan kehilangan energi. Menurut C.V. Davis (1969); J.M.K. Dake (1985); Alan L. Prasuhn (1987); Bambang Triatmodjo (1996), dengan memperhitungkan kehilangan energi akibat gesekan, maka persamaan Bernoulli (1738) antara dua tampang persamaan 2.12.

20 24... (2.12) P 1 dan P 2 = tekanan pada titik 1 dan 2, v1 dan v2 = kecepatan aliran pada titik 1 dan 2, Z1 dan Z2 = perbedaan ketinggian antara titik 1 dan 2, = berat jenis fluida, g = percepatan gravitasi. Menurut C.V. Davis (1969); J.M.K. Dake (1985); Alan L. Prasuhn (1987); Bambang Triatmodjo (1996) bilangan Reynolds dihitung dengan rumus :... (2.13) Kategori aliran : Re < 2000, Re > 4000, Re = Hubungan antar koefisien gesek pipa dengan angka Reynolds untuk pipa halus dapat dinyatakan dengan rumus empiris sebagai berikut :... (2.14) Re = Bilangan Reynolds, f = koefisien gesek pipa. Hubungan antara koefisien gesek pipa dengan angka Reynolds untuk pipa kasar dapat dinyatakan dengan rumus empiris sebagai berikut :... (2.15) D = diameter pipa (m), f = koefisien gesek pipa, k = kekasaran pipa.

21 25 Kehilangan energi yang terjadi akibat aliran melalui sambungan dan percabangan standar adalah sebanding dengan kuadrat dari kecepatan aliran sebagaimana berikut:... (2.16) he = kehilangan energi (m), = faktor sambungan/percabangan, v = kecepatan aliran (m/dt), g = percepatan gravitasi (9,81 m/dt 2 ). Menurut J.M.K. Dake (1985); Bambang Triatmodjo (1996) untuk mencari harga pada kasus pelebaran luas penampang pipa, digunakan rumus :... (2.17) = faktor sambungan/percabangan, A = luas penampang (m 2 ). Tabel 2.3. Nilai berdasarkan suhu zat cair Suhu Viskositas Kinematik ( ) Suhu Viskositas Kinematik ( ) o C m 2 /dt o C m 2 /dt x x x x x x x x x x x x 10-6 (Sumber : J.M.K. Dake 1985; Bambang Triatmodjo 1996)

22 26 Tabel 2.4. Nilai Pada Pengecilan Mendadak D1/D2 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 0,08 0,17 0,26 0,34 0,37 0,41 0,43 0,45 0,46 (Sumber : J.M.K. Dake 1985; Bambang Triatmodjo 1996) Tabel 2.5. Koefisien Sebagai Fungsi Sudut Belokan Sudut 20º 40º 60º 80º 90º 0,05 0,14 0,36 0,74 0,98 (Sumber : J.M.K. Dake 1985; Bambang Triatmodjo 1996) Tabel 2.6. R/D ,35 0,19 0,17 0,22 0,32 0,38 0,42 (Sumber : J.M.K. Dake 1985; Bambang Triatmodjo 1996) Tabel 2.7. Harga Pada Sambungan : Jenis Kasus Katub Globe 10 Katub Sudut 5 Katub Swag Check 2,5 Katub Gerbang 0,19 Belokan Balik 2,2 T Standar 1,8 Siku Standar 0,9 Siku Lekuk Menengah 0,75 Siku Lekuk Panjang 0,6 (Sumber : Victor, 1988)

23 27 Menurut C.V. Davis (1969); J.M.K. Dake (1985); Alan L. Prasuhn (1987); Bambang Triatmodjo (1996), kehilangan energi akibat gesekan dinyatakan dalam bentuk persamaan Darcy- Weisbach sebagai berikut:...(2.18) hf = kehilangan energi (m), f = koefisien gesekan pipa, L = panjang ruas pipa (m), D = diameter dalam pipa (m), v = kecepatan aliran pipa (m/s), g = percepatan gravitasi (9,81 m/s²). Menurut Victor L. Streteer (1988) Persamaan Darcy- Weisbach secara teoritis tepat digunakan untuk semua rezim aliran dan semua jenis liquid. Untuk menentukan koefisien gesekan di persamaan Darcy- Weisbach (1944) dalam mengembangkan kurva dari nilai-nilai yang berbeda dari kekasaran relatif (k/d) untuk diberikan langsung nilai-nilai koefisien gesekan. Swami dan Jain (1976) mengembangkan hubungan eksplisit untuk menentukan koefisien gesekan dari segi Re dan tinggi kekasaran relative (k/d) dalam bentuk persamaan berikut (Singhal M.K. dan Arun Kumar, 2015) :... (2.19) f = koefisien gesekan pipa, D = diameter dalam pipa (m), k = kekasaran pipa, Re = Bilangan Reynolds Persamaan Kontinuitas Persamaan kontinuitas digunakan untuk menyeimbangkan kapasitas aliran dan volume untuk sebuah jaringan distribusi. Dengan asumsi fluida merupakan fluida

24 28 inkompresibel dengan massa jenis ( konstan. Persamaan kontinuitas dinyatakan sebagai berikut :... (2.20) = massa jenis (kg/m 3 ), m = massa (kg), V = volume (m 3 ) Persamaan Momentum Persamaan momentum mengganbarkan tahan pipa terhadap beban dinamik yang disebabakan oleh aliran bertekanan. untuk fluida inkompresibel momentum M (N) dirumuskan sebagai berikut:... (2.21) = massa jenis (kg/m 3 ), Q = laju aliran (m 3 /s), V = volume (m 3 ) Persamaan Energi Persamaan energi menunjukka n keseimbangan energi yaitu energi masuk sama dengan energi keluar dan dinyatakan dalam persamaan berikut : E 1 = E 2... (2.22) Tinggi Jatuh (Head) Tinggi jatuh yang digunakan merupakan tinggi jatuh efektif yang didapat dari tinggi jatuh bruto dikurangi tinggi jatuh dari tekanan air yang hilang. Dapat dilihat dari persamaan 2.23 :

25 29... (2.23) Heff Hbruto Hlosses = tinggi jatuh efektif, = tinggi jatuh bruto, = tinggi jatuh dari tekanan air yang hilang Analisis Daya Besarnya daya yang dibangkitkan bergantung dengan debit dan ketinggian jatuhnya air. Semakin besar debit dan tinggi jatuhnya air maka semakin besar energi potensial dan semakin besar pula daya yang dihasilkan. Perhitungan daya dapat dirumuskan sebagai berikut :... (2.24) P = daya yang dihasilkan (kw), g = percepatan gravitasi (m/s 2 ), = efisiensi turbin, Qand = debit andalan (m 3 /s), Heff = tinggi jatuh efektif (m)..) Energi yang Dapat Dihasilkan Besarnya energi yang dihasilkan merupakan hasil dari besarnya daya yang dapat dibangkitkan dikalikan dengan lamanya waktu operasi pada PLTMH tersebut. Besarnya energi yang dihasilkan dapat dirumuskan sebagai berikut :... (2.25) E = energi yang dihasilkan (kwh), P = daya (kw), t = waktu.