JURNAL TEKNIK DINTEK, Vol. 10 No. 0, September 017 :44-50 STUDI PIPA PESAT PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMH) Marlina Kamis*, Ruslan Amir** Dosen prodi teknik sipil UMMU Ternate* Alumni prodi teknik sipil UMMU Ternate** ABSTRAK Kekasaran penstock dan turbulensi aliran air menyebabkan munculnya rugirugi (headloss). Semakin tajam sudut belokan maka semakin besar headlossnya walaupun memiliki panjang datar/l yang kecil artinya panjang miring penstock kecil. Tetapi jika sudut belokan kecil maka headloss juga mengecil namun panjang datar/l memanjang artinya panjang miring penstock memanjang sehingga headloss utama membesar akibat bertambahnya panjang penstock. Tujuan penelitian ini dikaji tentang hubungan sudut belokan pipa pesat/penstock dengan daya listrik terbangkitkan. Analisis data menggunakan persamaan hidrolika dan coba dengan berbagai kasus Hgross yaitu 4,8, dan 1 m. Hasil analisis ditampilkan dalam bentuk tabel untuk tiap kasusnya. Selanjutnya dibahas bagaimana hubungan antara daya listrik terbangkitkan dengan sudut belokan pipa pesat/penstock dengan mempertimbangkan headloss yang ada. Berdasarkan hasil analisis maka dapat diperoleh kesimpulan bahwa semakin tinggi Hgross maka semakin besar pula sudut belokan pipa pesat yang efektif (memberikan daya listrik terbesar) artinya panjang pipa pesat semakin pendek seperti pada kasus 1a dengan Hgross = 4 m maka sudut belokan efektifnya 35º sedangkan untuk Hgross =1 m maka sudut belokan efektifnya 50º. Semakin besar debit maka semakin kecil pula sudut belokan pipa pesat yang efektif (memberikan daya listrik terbesar) seperti pada kasus 1 dengan Q = m maka sudut belokan efektifnya untuk Hgross =1 m adalah 50º sedangkan untuk kasus 3 dengan Q = 1.4 m maka sudut belokan efektifnya untuk Hgross =1 m adalah 35º. Akan tetapi pipa pesat juga semakin panjang akibat besarnya debit sehingga perlu dipertimbangkan juga terhadap biaya konstruksi akibat hal tersebut. Kata kunci :pipa pesat, PLTMH. 1. PENDAHULUAN Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), merupakan salah satu alternatif supply energi listrik, khususnya di pedesaan yang tidak terjangkau oleh jaringan listrik PLN. PLTMH merupakan alternatif yang sangat potensial bila 44
dibandingkan dengan sumber energi terbarukan lainnya (Subandono, A., 01). PLTMH mengkonversi tenaga air menjadi tenaga listrik yang memiliki kapasitas dalam orde hingga ratusan kilowatt (kw). Gambar 1 menggambarkan secara skematis bagaimana potensi tenaga air diubah menjadi tenaga mekanik dalam turbin. Gambar 1. Skema konversi energi pada PLTMH Daya yang mampu dibangkitkan dari sebuah PLTMH tergantung dari dua variabel yaitu ketinggian jatuh (head) dan debit aliran air. Pada umumnya PLTMH menggunakan skema run of river artinya tidak memerlukan adanya reservoir untuk menampung air sebelum melalui turbin sehingga air akan langsung melalui saluran atau pipa kemudian digunakan memutar turbin. Kelebihan sistem ini pembuatanya mudah, biayanya murah, lebih tahan lama, dan tidak mengganggu ekosistem air. Kekurangannya adalah tidak adanya cadangan air sehingga ketika musim kering pasokan aliran air ke turbin akan banyak berkurang. sinya lebih mudah terukur berbeda dengan minyak bumi yang fluktuasi harganya sulit diprediksi. Salah satu komponen PLTMH adalah pipa pesat/penstock yang berfungsi sebagai saluran untuk menghantarkan air dari bak penenang ke turbin tanpa kehilangan massa atau tekanan. Kekasaran penstock dan turbulensi aliran air menyebabkan munculnya rugi-rugi (headloss). Jika dengan konfigurasi yang umum digunakan seperti pada Gambar, maka ada juga headloss sekunder dari belokan pada kedua ujung penstock. Semakin tajam sudut belokan maka semakin besar headlossnya walaupun memiliki panjang datar/ldp yang kecil artinya panjang miring penstock kecil. 45
JURNAL TEKNIK DINTEK, Vol. 10 No. 0, September 017 :44-50 Tetapi jika sudut belokan kecil maka headloss juga mengecil namun panjang datar/ldp memanjang artinya panjang miring penstock memanjang sehingga headloss utama membesar akibat bertambahnya panjang penstock. Dengan permasalahan tersebut, pada penelitian ini dikaji tentang hubungan sudut belokan pipa pesat/penstock dengan daya listrik terbangkitkan berdasarkan konfigurasi penstock seperti Gambar. kasus.namun untuk dapat melihat hubungan yang terjadi antara daya listrik terbangkitkan dengan panjang pipa pesat/penstock maka ditentukan variabel yang tetap seperti pada Tabel 1. Tabel 1.Variabel tetap pada penelitian ini No. Uraian Nilai 1. Efisiensi total 0.75. Diameter penampang 10 mm trashrack 3. Jarak antar besi saringan 5 cm 4. Sudut kemiringan trashrack 75 5. Kecepatan aliran pada intake 0.5 m/s 6. Kecepatan aliran pada pada pipa pesat.5 m/s Studi Kasus Pada penelitian ini digunakan studi kasus seperti pada tabel berikut. Tujuan penelitian ini adalah mengetahuihubungan sudut belokan pipa pesat/penstock dengan daya listrik terbangkitkan pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH).. Metodologi Menentukan Variabel Tetap Penelitian ini bersifat studi pustaka dengan membuat beberapa studi Tabel.Nilai Hgross dan debit yang digunakan Studi kasus Debit (m 3 /s) Hgross (m) 1 0. 4, 8, 1 0.8 4, 8, 1 3 1.4 4, 8, 1 Analisis data menggunakan persamaan yang ada pada Tinjauan Pustaka dengan menggunakan variabel tetap sesuai Tabel 1 dan coba dengan berbagai kasus Hgross sesuai Tabel.Hasil analisis ditampilkan dalam bentuk tabel dan grafik untuk tiap 46
kasusnya.selanjutnya dibahas bagai mana hubungan antara daya listrik terbangkitkan dengan sudut belokan pipa pesat/penstock dengan mem pertimbangkan headloss yang ada. Analisis data dengan menggunakan beberapa paremeter meliputi: a. Daya Listrik Sebagai pedoman untuk mengetahui daya yang dapat dihasilkan, secara umum dapat dipakai pedoman rumus persamaan sebagai berikut (Maryono, A., 014) : P ghq P = Perkiraan daya yang dihasilkan (kw) = massa jenis air (1 kg/m3) g = Gravitasi (9.81 m/s) Q = Debit air (m3/s) H = Tinggi jatuh bersih (m) = Efisiensi total H = Hg - Hf = kehilangan total head (m) Hg= tinggi air dari posisi turbin (m) b. Kehilangan Energi Utama Menurut persamaan HazenWilliams (Triatmadja, R., 009) : 1.85 1.85 L V 1.17 4(0.785) D CHW = Kehilangan energi utama (m) L = Panjang pipa (m) D = Diameter pipa (m) V = kecepatan aliran dalam pipa pesat (m/s) C HW = koefisien Hazen Williams(dipakai 145 untuk new unlined) c. Kehilangan Energi SekunderAkibat Belokan Patah V k g dengan 4 k 0.946sin.047 sin V = kecepatan aliran dalam pipa pesat(m/s) g = percepatan gravitasi (9,81 m/s) α = sudut belokan d. Kehilangan Energi SekunderAkibat Trashrack (saringan) V ft g Dengan t ft sin b V = kecepatan aliran pada intake(m/s) g = percepatan gravitasi (9,81 m/s) 4 3 47
JURNAL TEKNIK DINTEK, Vol. 10 No. 0, September 017 :44-50 β = dipakai 1.17 untuk penampang bulat θ = sudut kemiringan trashrack t = diameter penampang trashrack (m) b = jarak antar besi saringan (m) e. Kehilangan Energi SekunderAkibat Sisi Masuk Penstock V Ke g Ke = dipakai 0.5 untuk penampang bulat V = kecepatan aliran dalam pipa pesat(m/s) f. Pipa Pesat (Penstock) Pipa pesat dengan diameter ekonomis ditentukan berdasarkan kecepatan, sebesar 3 m/s (Intamani, A., dan Nidiasyah A., P.,007). jadi diameter pipa pesat ditentukan dengan persamaan berikut : Q V A Dengan A 0.5 D Q V 0.5 D Q D 0.5 V A = luas Penampang (m) V = kec. Aliran dalam pipa (m/s) Q = debit (m 3 /s) g. Menentukan Tinggi Tenggelam Pipa Pesat 1.7 V D / g D = diameter pipa pesat (m) g = percepatan gravitasi (m/s) V = kecepatan aliran dalam pipa pesat (m/s) = tinggi tenggelam pipa pesat (m) Gambar 3. Tinggi tenggalam pipa pesat 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Sesuai dengan metodologi maka analisis dilakukan dengan membuat studi kasus sesuai Tabel 1 dan Tabel selanjutnya ditampilkan dalam bentuk tabel untuk masing-masing kondisi diambil pada sudut belokan pipa pesat yang memberikan % Headloss terendah dan daya listrik tertinggi. Tabel 3Hasil studi kasus No. Q (m 3 /s) Hgross P (kw) Sudut Belokan (º) 1a 0. 4 5.48 35 1b 0. 8 11.4 45 1c 0. 1 17.01 50 48
a 0.8 4.5 5 b 0.8 8 45.5 35 c 0.8 1 68.8 40 3a 1.4 4 39.08 5 3b 1.4 8 79.88 30 3c 1.4 1 10.74 35 Hasil analisis untuk setiap studi kasus ditampilkan pada tabel 3.Dari tabel tersebut terlihat bahwa semakin tinggi Hgross maka semakin besar pula sudut belokan pipa pesat yang efektif (memberikan daya listrik terbesar). Semakin besar debit maka semakin kecil pula sudut belokan pipa pesat yang efektif (memberikan daya listrik terbesar). 4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan maka dapat diperoleh kesimpulan bahwa semakin tinggi Hgross maka semakin besar pula sudut belokan pipa pesat yang efektif(memberikan daya listrik terbesar) artinya panjang pipa pesat semakin pendek seperti pada kasus 1a dengan Hgross = 4 m maka sudut belokan efektifnya 35ºsedangkan untukhgross =1 mmaka sudut belokan efektifnya 50º.Semakin besar debit maka semakin kecil pula sudut belokan pipa pesat yang efektif(memberikan daya listrik terbesar) seperti pada kasus 1 dengan Q = m maka sudut belokan efektifnya untuk Hgross =1 madalah 50ºsedangkan untukkasus 3 dengan Q = 1.4 m maka sudut belokan efektifnya untuk Hgross =1 madalah 35º.Akan tetapi pipa pesat juga semakin panjang akibat besarnya debit sehingga perlu dipertimbangkan juga terhadap biaya konstruksi akibat hal tersebut. Menurut persamaan =, tinggi jatuh (H) dan debit air (Q) sejajar dalam memberikan kontribusi daya listrik namun dalam pelaksanaan semakin besar debit air maka semakin besar pula konstruksi bangunan yang harus dibuat dan berdampak pula dengan biayanya. Sehingga dalam perencanaan PLTMH diperlukan pertimbangan akan besarnya debit atau 49
JURNAL TEKNIK DINTEK, Vol. 10 No. 0, September 017 :44-50 tinggi jatuh agar dapat menentukan daya listrik yang optimal. DAFTAR PUSTAKA IMIDAP, 009, Pedoman Studi Kelayakan PLTMH, Departemen Energi Dan Sumber Daya Mineral, Jakarta. Intamani, A., dan Nidiasyah A., P.,007, Perencanaan Teknis Infrastruktur Bangunan Air untuk Pembangkit Listrik Tenaga MiniHidro (PLTM) Pekatan di Kabupaten Lombok Barat, NTB, Tugas Akhir, Program Studi Teknik Sipil, ITB, Bandung. Maryono, A., 014, Studi Potensi PLTM-PLTMH, handout : Short Course PLTM-PLTMH, Eco Com Dev, Yogyakarta. Subandono, A., 01, Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), Daha, Edisi48, hal.1-13. Triatmadja, R., 009, Hidraulika Sistem Jaringan Perpipaan Air Minum, Beta Offset, Yogyakarta. 50