BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) Mikrohidro adalah istilah yang berarti mikro adalah kecil, dan hidro adalah air. Jadi mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang menggunakan energi air. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro (PLTMH), biasa disebut mikro-hidro, adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai penggeraknya, misalnya saluran irigasi, sungai atau air terjun alam, dengan cara memanfaatkan tinggi terjunnya (head, dalam meter) dan jumlah debit airnya (m 3 /detik). Kondisi air yang dapat digunakan sebagai sumber energi listrik harus memenuhi syarat kapasitas aliran, ketinggian tertentu, dan instalasi. Semakin besar kapasitas aliran air dan ketinggian instalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Kapasitas mengacu pada kapasitas aliran serta ketinggian air terhadap rumah pembangkit. Secara teknis sebuah mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air sebagai sumber energi, turbin, dan generator. Dengan demikian suatu Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) merupakan sebuah sistem yang terdiri dari sub-sub sistem. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro ( PLTMH ) adalah pembangkit listrik berskala kecil dengan output antara 1MW 10 MW yang memanfaatkan aliran air sebagai sumber tenaga. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut dengan clean energy karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTMH memiliki konstruksi yang masih sederhana dan mudah dioperasikan serta II - 1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Dari segi ekonomi, biaya operasi dan perawatannya relatih murah sedangkan investasinya cukup bersaing dengan pembangki listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH lebih mudah diterima masyarakat luas dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya seperti PLTN. Yakni tidak menimbulkan kerusakan pada lingkungan sekitar. Prinsip kerja PLTMH adalah memanfaatkan beda tinggi dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran atau sungai. Air yang mengalir melalui intake dan diteruskan oleh saluran pembawa hingga penstock, akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Turbin air akan memutar generator dan menghasilkan listrik. Oleh karena itu bagian hulu sungai lebih ekonomis, sedangkan bagian hilirnya kurang ekonomis mengingat tinggi jatuh yang kecil dan debit yang besar. (Arismunandar, dkk, 1991) 2.2 Analisa Hidraulika Hidrolika adalah bagian dari hidrodinamika yang terkait dengan gerak air atau mekanika aliran. Ditinjau dari mekanika aliran, terdapat dua macam aliran yaitu aliran saluran tertutup dan aliran saluran terbuka. Dua macam aliran tersebut dalam banyak hal mempunyai kesamaan tetapi berbeda dalam satu ketentuan penting. Perbedaan tersebut adalah pada keberadaan permukaan bebas, aliran saluran terbuka mempunyai permukaan bebas, sedangkan airan tertutup tidak mempunyai permukaan bebas karena air mengisi seluruh penampang saluran. Dengan demikian aliran saluran terbuka mempunyai permukaan yang berhubungan dengan atmosfer, sedangkan aliran tertutup tidak mempunyau hubungan langsung dengan tekanan atmosfer. II - 2

2.3 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) BAB II TINJAUAN PUSTAKA Secara teknis, Mikrohidro memiliki tiga komponen utama dalam pemuatan PLTMH yaitu air (sebagai sumber energi), turbin, dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan dengan ketinggian tetentu menuju rumah instalasi (rumah turbin). Pada rumah tersebut (power house) instalasi air tersebut akan menumbuk turbin, dipastikan turbin akan menerima langsung energi dari air dan mengubahnya menjadi energi mekanik yang menyebabkan berputarnya poros turbin. Poros tersebut kemudian di transmisikan ke generator dengan menggunakan kopling. Kemudian dari generator akan dihasilkan energi listrik yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan pada rumah-rumah masyarakat sekitar ataupun untuk keperluan lainnya. Daya yang masuk (Pgross) merupakan penjumlahan dari daya yang dihasilkan (Pnet) ditambah dengan faktor kehilangan energi (loss) dalam bentuk suara ataupun panas. Daya yang dihasilkan merupakan perkalian dari daya yang masuk dikalikan dengan efisiensi konversi (Eo). (Simanungkalit, 2016) Pnet = Pgross x Eo kw... (2.1) Daya kotor adalah head kotor (Hgross) yang dikalikan dengan debit air (Q) dan juga dikalikan dengan berat jenis air (9,81), sehingga persamaan dasar dari pembangkit listrik adalah: Pnet = γ x Hgross x Q x Eo kw..... (2.2) Dimana head dalam meter (m), dan debit air dalam meter kubik per detik (m 3 /s). II - 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Gambar 2. 1 Jalur untuk Mikrohidro 2.4 Bagian- Bagian Dari Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) 2.4.1. Bendungan (Weir) dan Bangunan Penyadap (Intake) Bendungan adalah bangunan yang berfungsi untuk membelokkan arah aliran air. Konstruksi bendungan bertujuan untuk menaikkan dan mengontrol tinggi air dalam sungai secara signifikan sehingga elevasi muka air cukup untuk dialihkan ke dalam intake. Bendungan untuk instalasi PLTMH dapat berupa bendungan beton atau bendungan beronjong. Pada umumnya PLTMH, merupakan pembangkit type run of river sehingga bangunan intake dibangun berdekatan dengan bendungan dengan memilih dasar sungai yang stabil dan aman terhadap banjir (Abdusalam, Binilang, & Halim, 2014). II - 4

2.4.1.1 Perencanaan Mercu Bendung BAB II TINJAUAN PUSTAKA Perhitungan untuk menentukan mercu bendung dan muka air rencana dilakukan dengan menggunakan persamaan tinggi energi-debit untuk bendung ambang pendek dengan pengontrol segi empat, yaitu :.... (2.3) dimana : Q = debit rencana, m3/detik Cd = koefisien debit (C0 x C1) Be = lebar efektif bendung, m H1 = tinggi energi hulu, m Koefisien debit Cd adalah hasil dari : C0 yang merupakan fungsi H1/r C1 yang merupakan fungsi p/h1 Harga-harga C0 valid apabila mercu bendung tinggi di atas dasar rata-rata alur pengarah (p/h1 sekitar 1,5). Utuk harga-harga p/h1 yang kurang dari 1,5, maka dapat dipakai untuk menentukan faktor pengurangan C1. Tekanan pada mercu adalah fungsi perbandingan antara H1 dan r(h1/r). Untuk menghindari bahaya kavitasi lokal, tekanan minimum pada mercu bendung harus dibatasi sampai -1 m tekanan air jika mercu terbuat dari II - 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA pasangan batu. Jari-jari mercu bendung pasangan batu akan berkisar antara 0,3 sampai 0,7 kali H1 maks. 2.4.1.2 Lebar Bendung Lebar bendung, yaitu jarak antara pangkal-pangkalnya, diambil sama dengan lebar rata-rata sungai pada bagian yang stabil. Lebar efektif mercu (Be) dihubungkan dengan lebar mercu yang sebenarnya (B), yakni jarak antara pangkal-pangkal bendung, ditentukan dengan persamaan berikut : ( ). (2.4) Harga-harga koefisien kontraksi diperoleh dari tabel 2.1 Tabel 2. 1 Harga Koefisien Kontraksi Bentuk Pilar Kp - Untuk pilar berujung segi empat dengan sudut-sudut yang dibulatkan pada jari-jari yang hampir sama dengan 0,1 dari tebal pilar 0,02 - Untuk pilar berujung bulat 0,01 - Untuk pilar berujung runcing 0,00 Bentuk Pangkal Tembok Ka - Untuk pangkal tembok segi empat dengan tembok hulu pada 90 ke arah aliran 0,2 - Untuk pangkal tembok bulat dengan tembok hulu pada 90 ke arah aliran dengan 0,5 H 1 > r > 0,15 H 1 0,1 - Untuk pangkal tembok bulat dimana r > 0,15 H 1 dan tembok hulu tidak lebih dari 450 ke arah aliran 0,00 (Sumber : Kriteria Perencanaan Bagian Bangunan Utama KP-02) II - 6

2.4.1.3 Bangunan Pengambilan ( Intake ) BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bangunan pengambilan untuk mengelakan air dari sungai dalam jumlah yang diinginkan dan bangunan berfungsi untuk mengurangi sebanyak mungkin benda-benda terapung dan fraksi-fraksi sedimen kasar yang masuk ke saluran penghantar. Pengambilan sebaiknya dibuat sedekat mungkin dengan pembilas dan as bendung. Selain itu, adalah penting untuk merencanakan dinding sayap dan dinding pengarah sedemikian rupa, sehingga turbulensi dapat sebanyak mungkin dihindari dan dialirkan menjadi mulus. Kebutuhan pengambilan rencana untuk bangunan pengambilan sama dengan debit yang direncanakan untuk saluran penghantar, yaitu 1,2 Qrencana. Sehingga debit rencana pengambilan adalah 1,2 x Qsaluran. Dengan kecepatan masuk sebesar 1,0-2,0 m/det yang merupakan besaran perencanaan normal, dapat diharapkan bahwa butir-butir berdiameter 0,01 sampai 0,04 dapat masuk. Kapasitas pengambilan dapat dihitung berdasarkan rumus berikut : Qd = 1,2. Q. (2.5) dimana: Qd = Debit desain (m 3 /dt) Q = Debit andalan (m 3 /dt) dan Q =. B. h. (2.6) II - 7

Dimana : BAB II TINJAUAN PUSTAKA = koefisien debit. Untuk bukaan dibawah permukaan air dengan kehilangan tinggi energi kecil = 0,85 z = kehilangan tinggi energi pada bukaan, m B = lebar bukaan, m h = Tma di ambang, m g = percepatan gravitasi, m/dt2 = 9,81 m/dt 2 Tahap-tahap mendesain intake yaitu sebagai berikut: 1. Masukan data antara lain data debit andalan dan koefisien pengaliran. 2. Menentukan kemiringan saluran berdasarkan kontur, serta menentukan koefisien Manning berdasarkan jenis dinding saluran. 3. Menghitung kapasitas intake. 4. Menghitung luas dan keliling penampang basah, dengan lebar intake diasumsi. 5. Menghitung jari-jari hidrolis 6. Menghitung kecepatan aliran dengan menggunakan rumus Manning... (2.7) dimana: V = Kecepatan aliran (m/dt) n = Koefisien Manning R = Jari-jari hidrolis (m) S = Kemiringan saluran (m) II - 8

Tabel 2. 2 Harga Kekasaran (K s ) Dinding Saluran menurut Strickler BAB II TINJAUAN PUSTAKA No Tipe Saluran atau Jalan Air Koefisien Kekasaran (Ks) [m1/3s-1] 1. Saluran Tanah - Licin, lurus, penampang seragam, tidak ada tumbuhan 40-60 - Berbatu, relatif licin dan seragam 30-40 - Berbatu tapi kasar tak beraturan 20-30 - Licin, lurus dengan tanah halus dan beberapa rumbuhan 30-35 - Dasar saluran berbatu kerikil, kemiringan sisi terdapat tumbuhan yang padat 20-35 2. Saluran Beton - Dengan saluran semen yang halus (permukaan licin) 65-90 - Dengan bentukan papan kayu normal 60-75 - Lapisan beton kasar 50-65 - Lapisan beton halus hanya di kemiringan saja 50-65 3. Salurann Pasangan Batu - Pasangan batu yang baik menggunakan batuan sungai 50-60 - Pasangan puing kasar dengan dasar dari pasir dan kerikil 40-60 - Saluran yang diplester 65-90 4. Saluran dari kayu (flumes) - Diserut, papan-papan yang tersambung dengan baik 80-90 - Papan-papan yang tidak diserut 65-80 5. Saluran berbahan metal - Gorong-gorong ARMCO (besi berkerut) 50-55 - Dengan proyeksi kecil (paku/baut, lembar tumpang tindih) 65-70 - Dengan proyeksi-proyeksi besar 60-65 6. Saluran air alami a.) Lurus, tanggul-tanggul bersih tanpa ketidakteraturan 35-42 b.) Seperti (a) tetapi terdapat tumbuhan dan batu kerikil 25-35 c.) Dengan kolam-kolam dan bagian-bagian dangkal/berliku-liku, bersih 20-30 d.) Seperti (c) tetapi terdapat kerikil, batu-batu dan tumbuhan 18-75 e.) Dengan daerah air diam atau kolam dalam, atau terdapat tumbuhan yang cukup banyak 10-20 f.) Terdapat tumbuhan yang padat (foreland) 7-10 g.) Air deras dengan kerikil kasar dan batu-batu besar 13-22 Sumber : Teknologi Energi Terbarukan yang Tepat untuk Aplikasi Masyarakat Pedesaan (2014) Umumnya tiga kategori struktur intake dapat dibedakan (Sitompul, 2014): a. Intake dengan level air bebas (Free water level) II - 9

Aliran air di BAB II TINJAUAN PUSTAKA sungai tidak dibendung untuk pengalihan (tidak ada bending melintang) kategori ini termasuk intake bebas (juga disebut dengan intake tepi) dan dasar intake (juga disebut dengan intake dasar sungai). b. Intake dengan bendung padat Tinggi air di sungai ditingkatkan dengan bendung padat yang melintang sehingga ada aliran yang cukup memasuki intake sepanjang tahun terutama pada saat debit sungai rendah. c. Intake dengan bendung yang bisa bergerak Ketinggian muka bendung dapat diatur dengan pintu air atau dengan membrane yang dapat digelembungkan sehingga bending dapat direndahkan selama banjir. Bendungan bergerak adalah mahal dan hanya diperlukan di daerah-daerah datar dimana kenaikan tinggi air sungai akan mempunyai konsekuensi yang jauh (memerlukan parit banjir yang panjang untuk mencegah air membanjiri daerah hulu). Bendung-bendung seperti ini tidak relevan terhadap pengembangan skema PLTMH. Gambar 2. 2 Intake bebas pada umumnya (intake tepi) II - 10

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Gambar 2. 3 Layout pada umunya untuk intake sisi dengan bendung melintang 2.4.2. Saluran Pembawa (Headrace/Waterway) Merupakan saluran yang mengalirkan air dari saluran intake menuju pipa pesat dengan menjaga ketinggian muka airnya. Tipe saluran pembawa biasanya sangat tergantung pada kondisi topografi geologi daerah yang dilewati, dan dapat berupa saluran terbuka, pipa ataupun terowongan. Konstruksi saluran pembawa dapat berupa pasangan batu kali atau hanya berupa tanah yang digali. Jika saluran pembawa panjang perlu dilengkapi dengan saluran pelimpah untuk setiap jarak tertentu karena jika terjadi banjir pada saluran tersebut, maka kelebihan air akan terbuang melalui saluran pelimpah. Saluran pembawa harus memiliki kecepatan yang rendah, agar tidak terjadi erosi dan aliran airnya tidak membawa sedimen. Dalam hal ini terdapat beberapa nilai minimum dan maksimum kecepatan tergantung dari tipe saluran pembawa, dapat dilihat pada tabel berikut ini. II - 11

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tabel 2. 3 Nilai Kecepatan Saluran Pembawa No Tipe Saluran Kecepatan Max Kecepatan (m/dt) Min (m/dt) 1 Soil 0.6 0.3 2 Stone Masonry 2 0.3 3 Concrete 3 0.3 Sumber : Pedoman Perencanaan Drainase Gambar 2. 4 Contoh Saluran Pembawa (Headrace/Waterway) 2.4.2.1 Kecepatan rencana (V rencana) Kecepatan rencana merupakan kecepatan aliran yang direncanakan dalam saluran. Kecepatan ini dipengaruhi oleh bahan pembuat saluran tersebut. Besarnya nilai kecepatan aliran tersebut dapat diambil pada tabel : Kecepatan aliran air yang diizinkan berdasarkan jenis material II - 12

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tabel 2.4 Kecepatan aliran air yang diizinkan berdasarkan jenis material No Jenis Bahan Kecepatan aliran (V) air yang diizinkan (m/det) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Pasir halus Lempung kepasiran Lanau aluvial Kerikil halus Lempung kokoh Lempung padat Kerikil kasar Batu-batu besar Pasangan batu B e t o n Beton bertulang 0.45 0.50 0.60 0.75 0.75 1.10 1.20 1.50 1.50 1.50 1.50 Sumber : Pedoman Perencanaan Drainase, Pd T-02-2006 B(2006) 2.4.2.2 Kecepatan Pengaliran Saluran Kecepatan pengaliran di dalam saluran umumnya tergantung pada bahan yang digunakan, sifat-sifat hidrolik saluran dan kondisi fisiknya. Untuk perhitungan kecepatan digunkan rumus Manning yaitu : Dimana :.. (2.8) V R S n = Kecepatan rata-rata (m/det) = radius hidrolik (m) = kemiringan saluran = koefisien kekasaran Manning Setelah perhitungan kecepatan rata-rata (V) dengan rumus Manning dilakukan, maka perlu dilakukan pula pengontrolan menggunakan (Vmin) dan (Vmaks) ijin, Vmin ijin V saluran Vmaks ijin. II - 13

a. Kecepatan Minimum Ijin (Vmin) BAB II TINJAUAN PUSTAKA Adalah kecepatan terkecil yang tidak menimbulkan pengendapan (sedimentasi) dan tidak merangsang tumbuhnya tanaman aquatic serta lumut. Menurut Ven Te Chow antara 0.60 0.90 m/det atau diambil ratarata 0.75 m/det. b. Kecepatan Maksimum Ijin (Vmaks) Adalah kecepatan pengaliran terbesar yang tidak akan menyebabkan erosi di permukaan saluran. Untuk saluran pasangan, kecepatan maksimumnya adalah 2,5 3,5 m/det, sedangkan untuk saluran alam ± 2,0 m/det. Tabel 2.5 Koefisien Kekasaran Manning Jenis Sarana Drainase Koefesien (n) - Tanah 0.020 0.025 Tak - Pasir dan kerikil 0.025 0.040 diperkeras - Dasar saluran batuan 0.025 0.035 - Semen mortar 0.010 0.013 - B e t o n 0.013 0.018 Dibuat ditempat - Pasangan batu adukan basah 0.015 0.030 Batu belah - Pasangan batu adukan kering 0.025 0.035 - Pipa beton sentrifugal 0.011 0.014 Dipasang - Pipa beton 0.012 0.016 ditempat - Pipa bergelombang 0.16 0.025 Sumber : Pedoman Perencanaan Drainase, Pd T-02-2006 B(2006) 2.4.2.3 Kemiringan Saluran Kemiringan saluran dalam perencanaan adalah kemiringan dari dasar saluran. Kemiringan dasar saluran direncanakan sedemikian rupa, sehingga dapat terjadi pengaliran secara sendiri atau grafitasi dengan II - 14

BAB II TINJAUAN PUSTAKA batas kecepatan minimum tidak mengakibatkan terjadinya batas kecepatan, minimum tidak mengakibatkan terjadinya endapan. Selain itu kecepatan aliran maksimum tidak boleh merusak dasar dan dinding saluran dengan arti bahwa daya aliran mampu membersihkan endapan sendiri. Kemiringan saluran rata-rata dalam perencanaan ini dipakai untuk memperhitungkan waktu konsentrasi. Dengan kemiringan rata-rata dari panjang jalur saluran yang mempunyai bagian-bagian panjang dengan kemiringan berbeda maka dapat diperoleh kecepatan rata-rata sehingga dengan kecepatan rata-rata dan panjang total dapat ditentukan waktu pencapaian aliran puncak suatu profil saluran tertentu, (lihat gambar 2.5). Rumus : S =..... (2.9) Dimana : S = Kemiringan saluran. t 1 = Tinggi tanah dibagian tertinggi (m). t 2 = Tinggi tanah dibagian terendah (m). L = Panjang saluran (m) II - 15

BAB II TINJAUAN PUSTAKA t 1 (m) t 2 (m) A (Lm) B 2.4.3. Kolam Pengendap Gambar 2.5 Kemiringan Saluran Kolam ini biasanya dibuat dengan memperdalam dan memperlebar sebagian saluran penghantar dan menambahnya dengan saluran penguras. Fungsinya untuk mengendapkan pasir dan menyaring kotoran yang hanyut, sehingga air yang masuk ke turbin relatif bersih. (Sitompul, 2014) Gambar 2. 6 Prinsip Operasi Penjebak Sedimen Bak pengendap diperlukan apabila besarnya dimensi butir sedimen yang terangkut pada saluran existing lebih besar daripada dimensi butir sedimen maksimum yang diijinkan. Hal ini perlu diperhatikan untuk melindungi turbin dari kerusakan akibat sedimen. Untuk mengetahui ukuran butir sedimen yang terkandung dalam aliran didapat dengan mengambil 5 sampel sedimen pada saluran yang ditinjau. Setelah didapat ukuran butir sedimen yang terkandung, langkah berikutnya adalah mencari kecepatan jatuh sedimen (ω). II - 16

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Perhitungan dimensi bak penyaring digunakan perumusan Welikanov yaitu : 1. Panjang bak pengendap, L =...(2.10) 2. Lebar bak pengendap, B =...(2.11) 3. Volume bak,...(2.12) Kontrol ; Waktu turun butir,...(2.13) Volume bak,...(2.14) dimana: L = Panjang bak pengendap (m) B = Lebar bak pengendap (m) ω = Kecepatan turun butir (m/dt) Q = Debit rencana (m3/dt) h = tinggi muka air dalam bak (m) umumnya diambil sebesar 1,5-4 meter λ = didapat dari grafik Welikanov v = kecepatan aliran air dalam bak (m/detik) kecepatan air tidak boleh melebihi kecepatan kritis, yaitu kecepatan yang akan menyeret butir sedimen yang telah mengendap pada dasar bak, menurut Camp adalah : v = a II - 17

dimana : BAB II TINJAUAN PUSTAKA d = diameter butir (mm) a = 36 bila d > 1 mm 44 bila 1 mm > d > 0,1 mm 51 bila d < 0,1 mm Gambar 2. 7 Layout pada umumnya bak pengendap II - 18

2.4.4. Bak Penenang (Forebay) BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bak penenang (forebay) terletak diujung saluran pembawa. Bak penenang membentuk transisi dari saluran pembawa ke pipa pesat. Dalam beberapa kasus baknya diperbesar dengan tujuan: - Berfungsi sebagai bak penampungan pada saat beban puncak - Sebagai bak akhir untuk mencegah penghisapan udara (air suction) oleh penstock. Bak penenang ditempatkan sebelum intake pipa pesat untuk memperoleh dan mengatur aliran yang stabil menuju pipa pesat. Kolam penenang direncanakan berbentuk segi empat. Dimensi kolam penenang ditentukan : B = 3b........ (2.15) L = 2b...... (2.16) Dimana, B = Lebar Bak Penenang L = Panjang Bak Penenang b = Lebar Saluran Penghantar II - 19

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Gambar 2.8 Penampang Kolam Penenang dan Intake ke Pipa Pesat Bak penenang dilengkapi dengan saluran pelimpah dan saringan untuk mencegah benda-benda yang tidak diinginkan seperti sampah tidak masuk ke dalam pipa pesat. Bangunan ini sering kali dikenal dengan istilah headpond sebagai reservoir air yang terletak pada sisi atas untuk aliran ke unit turbin yang terletak dibagian bawah. Beda jatuh air ini yang dikenal head. Kapasitas bak penenang didefinisikan sebagai kedalaman air dan panjang bak penenang. Untuk menentukan kapasitas dari bak penenang digunakan persamaan yaitu: Vsc = As dsc = B L dsc....... (2.17) Keterangan: As = area bak penenang B L Dsc = lebar bak penenang = panjang bak penenang = kedalaman air dari kedalaman aliran yang sama Kedalaman bak penenang dihitung berdasarkan posisi pipa pesat terhadap saluran pembawa, sebagai berikut: - Pipa pesat searah saluran... (2.18) - Pipa pesat tidak searah saluran.... (2.19) II - 20

Tinggi bak penenang (h) BAB II TINJAUAN PUSTAKA..... (2.20) dimana: s = Jarak minimum antara sisi atas pipa pesat dengan muka air minimum di bak (m) V = Kecepatan aliran dipipa pesat (m/dt) D = Diameter pipa pesat (m) f = Free board (m) 2.4.5. Pipa Pesat (Penstock Pipe) Gambar 2. 9 Desain Forebay pada umumnya Pipa pesat disebut juga pipa hisap. Berfungsi untuk menghisap air, mengembalikan tekanan aliran yang masih tinggi ke tekanan atmosfer. Penstock dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke sebuah roda air, dikenal sebagai sebuah turbin. Kondisi topografi mempengaruhi tipe pipa pesat (penstock pipe). Parameter yang penting dalam desain pipa penstock terdiri dari material yang digunakan, diameter dan ketebalan pipa serta jenis sambungan yang digunakan. II - 21

Tabel 2. 6 Koefisien Kekasaran pipa Menurut Hazen-Williams Material Pipa C Pipa Asbes 140 Kuningan 130-140 Cast Iron 95-130 Pipa Berlapis Semen 120-140 Tembaga 130-140 Pipa Besi Digalvanis 120 Timah 130-140 Plastik (PVC) 140-150 Baja (Steel) 140-150 Sumber: Birdy, 2003 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pipa pesat direncanakan terletak pada permukaan bertumpu pada pondasi dan pada belokan diperkuat dengan angker blok. Perhitungan meliputi dimensi pipa, kehilangan tinggi tekan, dan struktur pendukungnya. Diameter pipa pesat dihitung dengan persamaan yang hanya tergantung dari besarnya aliran (debit rencana) yang akan melewatinya, yaitu : D = 0,72 x Q 0,5........... (2.21) Tebal pipa pesat dihitung menggunakan persamaan : t = (D+20)/400(in)......... (2.22) Tahap perencanaannya yaitu: 1. Menghitung dimensi pipa berdasarkan rumus Hazen-Williams.... (2.23) 2. Besarnya kehilangan energi primer akibat gesekan pada pipa dapat ditentukan sebagai berikut:. (2.24) II - 22

dimana: BAB II TINJAUAN PUSTAKA V = Kecapatan rata-rata dalam pipa (m/dt) C HW = Koefisien Hazen-William s H Q L D = Gradient hidrolik (S=Hf/l) = Kehilangan tenaga = debit (m 3 /dt) = panjang pipa (m) = diameter pipa (m) 3. Kedalaman minimum pipa pesat dapat dihitung dengan persamaan Ht > s.. (2.25) dimana: c = 0,7245 untuk inlet asimetris = 0,5434 untuk inlet simetris V = kecepatan masuk aliran (m/dt) D = diameter pipa pesat (m) Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam mendesain dan perawatan pipa pesat (Sitompul, 2014): 1. Sambungan Pipa, sambungan muai (Expansion joint) harus di pasang pada pipa pesat yang terbuat dari besi jika jarak antara dua angkur blok lebih dari 2 meter. Sambungan muai menjaga pergerakan memanjang pipa yang di sebabkan oleh: Perbedaan suhu, terutama pada saat pipa berisi air dan pada saat pipa kosong dan terkena sinar matahari. II - 23

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Perubahan gaya hidrostatik di dalam pipa yang cenderung merenggangkan/memisahkan pipa atau sambungannya. Sambungan muai biasanya dibuat dari baja ringan. Sambungan muai dilengkapi dengan pack ing ring asbes dan pack ing gland untuk menghentikan kebocoran air. Gambar 2. 10 Contoh sambungan pipa pesat 2. Pelindung karat untuk pipa pesat besi juga sangat diperlukan untuk menjaga ketahanan pipa pada korosi. Perlindungan karat pada pipa besi yang di atas tanah harus di lapisi dengan satu lapisan primer (meni besi) dan kemudian dua lapisan akhir cat besi. Untuk pipa pesat besi yang di timbun dalam tanah, harus menggunakan lapisan akhir terdiri dari tiga lapisan cat besi. 3. Blok angkur merupakan struktur beton kokoh yang diperlukan untuk menahan gaya yang terjadi di dalam pipa pesat. Blok angkur di bak penenang (awal pipa pesat) dan di rumah turbin (yang masuk ke II - 24

BAB II TINJAUAN PUSTAKA turbin) sangat penting. Tambahan blok angkur juga di perlukan apabila terjadi belokan vertikal dan horizontal dan perubahan ukuran diameter pipa. 4. Penyangga pipa pesat, pipa pesat yang di pasang di atas tanah harus dilengkapi dengan penyangga sepanjang pipa pesat. Struktur penyangga pipa pesat dibuat agar pipa pesat tidak sulit untuk bergerak memanjang karena pemuaian, tetapi dengan gesekan yang minimum. Untuk itu permukaan pipa pesat yang bergesekan dengan penyangganya harus dilapisi dengan aspal bitumen atau material lainnya (plastik, baja berpelumas). Sebaiknya dibuat saluran kecil untuk menguras air (hujan atau bocor) dari permukaan kontak pipa dan penyangga. 2.4.6. Saluran Pembuang (Tailrace) Saluran Pembuang (Tailrace) bertujuan sebagai saluran pembuang aliran air dari rumah pembangkit dan menggerakan turbin. Saluran pembuang mengalirkan air dari turbin kembali ke sungai. Saluran pembuang perlu didesain cukup luas agar air buangan turbin dapat mengalir dengan aman. Dinding pengaman pada sungai dan posisi ketinggian lantai rumah turbin dibuat cukup tinggi, yaitu di atas tinggi muka air maksimum pada saat banjir. Seperti pada kecepatan aliran, rumus aliran yang digunakan untuk dimensi tailrace adalah Manning. (Sitompul, 2014) II - 25

Persamaan hidraulik saluran segi empat : BAB II TINJAUAN PUSTAKA 1. Luas,...(2.26) 2. Keliling basah,...(2.27) 3. Jari-jari hidraulik,...(2.28) 4. Kecepatan,...(2.29) 5. Debit,...(2.30) Dimana : V R S n b y Q = Kecepatan rata-rata (m/det) = radius hidrolik (m) = kemiringan saluran = koefisien kekasaran Manning = lebar dasar saluran = kedalaman saluran = debit rencana 2.5 Keuntungan dan Keterbatasan PLTMH Dibandingkan dengan sumber energi terbarukan lainnya seperti angin, biomass, dan tenaga surya, PLTMH memiliki beberapa keunggulan lain diantaranya : 1. PLTMH tidak mengganggu aliran sungai secara signifikan karena air yang dimanfaatkan tidak akan berubah menjadi sesuatu yang lain dan tentu masih dapat dipergunakan. 2. Hemat bahan bakar karena PLTMH menggunakan sumber tenaga yang abadi yaitu tenaga air da tidak seperti bahan bakar untuk PLTU atau PLTN yang menggunakan bahan bakar fosil, batubara atau nuklir. II - 26

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 3. Pembangkit listrik dengan tenaga air cukup sederhana untuk dimengerti dan cukup mudah untuk dioperasikan. Ketangguhan sistemnya dapat lebih diandalkan dibandingkan dengan sumber-sumber daya yang lain. 4. Perkembangan mutakhir yang telah dicapai pada pengembangan turbin air, telah dimungkinkan untuk memanfaatkan jenis turbin yang sesuai dengan keadaan setempat. 5. Peralatan pembangkit listrik dengan tenaga air umumnya memiliki peluang yang besar untuk bisa dioperasikan selama lebih dari 50 tahun. Adapun kekurangan dari pembangunan PLTMH di antaranya : 1. Sumber pembangkit listrik tenaga air yang menggunakan air terjun tidak selalu berada dilokasi yang dikehendaki, kebanyakan posisinya jauh dari kota sehingga membutuhkan biaya yang sangat besar. 2. Jika konsumen pengguna listrik dalam jumlah besar terlalu jauh dari pusat pembangkit akan membutuhkan sarana jaringan tower transmisi tegangan tinggi yang panjang, juga memerlukan sarana traffo peningkat tegangan yang banyak. 3. Bila kita mengalami musim kemarau panjang, akibatnya cadangan air akan sangat berkurang dan berdampak pada penurunan kuantitas produksi daya listrik yang ingin produksi. 4. Daya yang bisa diproduksi tergantung pada ketersediaan air sepanjang hari. II - 27