Disusun oleh : MUHAMMAD FAHMI Pembimbing II

STUDI POTENSI SUNGAI PADANG UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINI HIDRO DI KECAMATAN SIPISPIS KABUPATEN SERDANG BEDAGAI PROVINSI SUMATERA UTARA TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil Pembimbing I Ir. Syahrizal, M.T. Disusun oleh : MUHAMMAD FAHMI 10 0404 024 Pembimbing : Pembimbing II Ivan Indrawan,S.T.,M.T. NIP. 19611231198811 1 001 NIP. 19761205 200604 1 001 BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015

LEMBAR PENGESAHAN STUDI POTENSI SUNGAI PADANG UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINI HIDRO DI KECAMATAN SIPISPIS KABUPATEN SERDANG BEDAGAI PROVINSI SUMATERA UTARA TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat dalam menempuh Colloqium Doctum / Ujian Sarjana Teknik Sipil Dikerjakan oleh: MUHAMMAD FAHMI 10 0404 024 Pembimbing Pembimbing I Pembimbing II Ir. Syahrizal, M.T. Ivan Indrawan, S.T., M.T. NIP. 19611231198811 1 001 NIP. 19761205 200604 1 001 Penguji I Penguji II Ir. Alferido Malik Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc NIP. 19530504 198103 1 003 NIP. 19660417 199303 1 004 Mengesahkan: Ketua Departemen Teknik Sipil Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP. 19561224 198103 1 002 BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah Swt Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat, dan karunia-nya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya selesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Sarjana (S1) di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU). Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan, motivasi, dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui tulisan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga kepada : 1. Kedua orang tua tercinta, Syamsuri ahmad dan sakdiah yakub yang selalu memberikan yang terbaik serta tiada henti mengiringi dengan doa dan motivasi yang tidak ternilai. 2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. dan Bapak Ivan Indrawan ST, MT sebagai dosen pembimbing saya, yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M. Sc. selaku Koordinator Subjurusan Teknik Sumber Daya Air. 5. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara,

6. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M. Sc. dan Bapak Ir. Alferido Malik selaku dosen pembanding/penguji atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini. 7. Bapak/ Ibu staff pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara yang selama ini ikhlas dan sabar mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak didiknya termasuk penulis. 8. Kepada yang terkhusus bapak Muhammad Faisal ST.MT, yang telah banyak mengajari, membantu, dan memberikan dukungan, doa, serta motivasi kepada saya. 9. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 10. Kepada keluarga/sepupu ku tersayang Fazli, faris, farhan,kak dewi serta yang lainnya, terima kasih atas semua dukungan, doa, motivasi, semangat, bimbingan, dan rasa sayangnya untuk penulis. 11. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, sahabat seperjuangan stambuk 2010 :Iqbal, ijep, akbar, iwan, uus, bocah naurah, dwi, adlin, himawan, titok, komeng tria. Lamhot, sari, Dhaka, khairul, nardis, rizqan dan seluruh rekan-rekan seperjuangan di kampus tercinta, atas bantuan, dukungan, dan doa kalian. 12. Kepada adinda stambuk 2013,iman, rizka amalia, yasir, noprah, yahya, akmal, rio, nadia, indah, faras,tiwi, mahadi, rahmad rizki, dan seluruh adik adik 2013. Terima kasih banyak atas dukungan dan motivasi kepada saya

Semoga Allah swt Tuhan Yang Maha Esa membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis ucapkan terima kasih sebesar-besarnya. Penulis juga menyadari manusia tidak luput dari khilaf dan salah, demikian juga penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga Tugas Akhir ini masih memiliki kesalahan dan kekurangan walaupun penulis telah berusaha semaksimal mungkin. Oleh karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan menerima saran dan kritikan yang positif demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khususnya yang bergerak dalam bidang Teknik Sipil. Medan, 2015 Hormat Saya MUHAMMAD FAHMI

ABSTRAK Pada Saat ini, listrik memegang peranan sangat penting bagi cepat atau lambatnya pertumbuhan ekonomi di suatu wilayah. Karena peranan energy listrik saat ini bukan hanya dipergunakan sebagai sumber penerangan tetapi juga untuk industry kecil maupun besar. Keterbatasan PLN sebagai pensuplai energy listrik saat ini khususnya di wilayah pedesaan, membuat peningkatan taraf ekonomi di wilayah pedesaan menjadi sangat terlambat. Situasi ini membuat taraf hidup masyarakat pedesaan menjadi tidak berkembang. Untuk itu perlu adanya pembangunan energy listrik terbarukan khususnya diwilayah pedesaan guna meningkatkan taraf hidup masyarakat pedesaan. Energy terbarukan yang dimaksud dalam hal ini adalah PLTM. Dimana kapasitas daya yang mampu dihasilkan melebihi 100 kw. Dalam Studi potensi ini bertujuan untuk menganalisis berapa besarnya potensi energi listrik yang berada di sungai padang kecamatan sipispis. Dimana sumber air yang akan digunakan untuk mendesain dasar bangunan PLTM serta dipergunakan untuk memutar turbin diambil dari DAS padang. Dalam melaksanakan studi potensi ini dilakukan pengumpulan data baik primer maupun data sekunder. Data primer meliputi pengukuran debit sesaat dilokasi potensi, sedangkan data sekunder meliputi data curah hujan, data klimatologi, daerah tangkapan air (catchment area) dan data topografi, dll. Hasil studi potensi yang dilakukan menunjukan bahwa dalam perhitungan debit andalan dengan Metode F.J. Mock menghasilkan debit andalan sebesar 7.43 m 3 /detik dan daya yang dihasilkan sebesar 1115.1 kw. Kata Kunci: tinggi jatuh (head), debit andalan, energi listrik

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR...vi DAFTAR TABEL... vii DAFTAR NOTASI...ix BAB I...1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 5 1.3 Maksud dan Tujuan... 5 1.4 Pembatasan Masalah... 6 1.5 Ruang Lingkup Penelitian... 6 1.6 Manfaat Penelitian... 7 1.7 Metodologi Penelitian... 7 1.8 Sistematika Penulisan... 8 BAB II... 10 2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro PLTMH... 10 2.1.1 Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)... 13 2.1.2 Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)... 14 2.2 Tenaga Listrik dan Air... 15

2.3 Perencanaan Pembangunan PLTMH... 17 2.3.1 Dam/bendung pengalih intake... 17 2.3.2 Penentuan bentuk aliran sungai... 19 2.3.3 penentuan lokasi rumah pembangkit... 20 2.4 Perencanaan sipil... 20 2.4.1 Pengerjaan saluran penghantar (headrace)... 20 2.4.1.1 Menentukan potongan melintang dan kemiringan(slope)... 22 2.4.2 Perencanaan Pipa Pesat... 24 2.4.2.1 Diameter pipa pesat... 26 2.4.5.2 Kehilangan akibat gesekan pada pipa pesat... 28 2.5 Perencanaan elektromekanikal... 31 2.5.1 Pemilihan turbin... 31 2.5.2 Pemilihan generator... 36 2.5.3 Rumah pembangkit... 36 2.6 Perhitungan debit andalan... 39 2.6.1 Debit andalan metode FJ mock... 40 2.6.2 Flow duration curve... 44 2.7 Daya Energi Listrik... 46 2.8 Analisis Debit Sesaat... 48 2.8.1 Peralatan Yang Digunakan... 49 2.8.2 Mengukur Kecepatan Air Sungai... 50

2.8.2.1 Menentukan lokasi pengukuran debit sungai... 50 2.8.2.2 Mengukur kecepatan air dengan current meter... 51 2.9 Pengukuran tinggi jatuh... 52 2.10 Analisa Hidro Ekonomi... 52 BAB III... 56 3.1 Umum... 56 3.2 Kondisi geologi daerah potensi... 57 3.2.1 Lokasi bangunan bendung, intake, sandtrap dan headpond... 57 3.2.2 Lokasi bangunan penstock dan powerhouse... 58 3.3 Kondisi hidroklimatologi... 60 3.3.1 Sungai... 60 3.3.2 Kualitas air... 61 3.3.3 Data curah hujan dan klimatologi... 62 BAB IV... 63 4.1 Konsep Berfikir... 63 4.2 Pengambilan Data... 64 4.3 Pengolahan Data... 67 4.3.1 Data hidrologi dan klimatologi... 67 4.3.2 Data hasil survei hidrometri... 67 4.3.3 Data hasil survei topografi... 68 4.4 Analisis Data... 68

BAB V... 69 5.1 Evaluasi Data... 69 5.1.1 Analisis Data Curah Hujan... 69 5.1.2 Peta daerah aliran sungai... 71 5.1.3 Evapotranspirasi... 72 5.1.4 Perhitungan metode empiris debit andalan sungai... 76 5.1.5 Analisi flow duration curve (FDC)... 91 5.1.6 Analisis debit sesaat... 94 5.2 Desain dasar pekerjaan sipil... 96 5.2.1 Desain saluran pembawa... 96 5.2.2 Pipa pesat (penstock)... 98 5.3 Kapasitas daya yang dihasilkan... 100 5.4 Perhitungan ekonomis... 101 BAB VI... 106 6.1. Kesimpulan... 106 6.2. Saran... 107 DAFTARPUSTAKA... 108 LAMPIRAN...

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bagan sebuah PLTMH...10 Gambar 2.2 efisiensi system perencanaan aliran listrik...16 Gambar 2.3 contoh bendung/intake...19 Gambar 2.4 contoh saluran pembawa...21 Gambar 2.5 contoh pipa pesat...25 Gambar 2.6 grafik faktor gesekan pada pipa...29 Gambar 2.7 pelton turbin...32 Gambar 2.8 francis turbin...33 Gambar 2.9 kaplan turbin...34 Gambar 2.10 diagram klasifikasi turbin air...34 Gambar 2.11 perbandingan karakteristik turbin...35 Gambar 2.12 contoh hidrograf dari data sepanjang 16 tahun 44 Gambar 2.13 contoh flow duration curve....45 Gambar 2.14 contoh low duration curve 46 Gambar 2.15 efisiensi pada skema PLTMH...47 Gambar 2.16 rambu rambu lokasi pengukuran debit sungai..50 Gambar 2.17 alat pengukut kecepatan arus.. 51 Gambar 2.18 contoh format hitungan debit dengan current meter...51 Gambar 3.1 peta lokasi penelitian 56 Gambar 3.2 gambaran lokasi penelitian.....58

Gambar 3.3 peta tata guna lahan....60 Gambar 4.1 diagram alur penelitian.66 Gambar 5.1 peta stasiun sindar raya.. 70 Gambar 5.2 daerah aliran sungai..72 Gambar 5.3 Grafik FDC.93 Gambar 5.4 Grafik debit rerata bulanan tahun 2005-2014...94

DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Daftar Pembangkitan di Sumatera Bagian Utara Tahun 2012..2 Tabel 2.1 kecepatan maksimum pada saluran.23 Tabel 2.2 kemiringan sisi saluran. 23 Tabel 2.3 Koefisien kekasaran pipa dalam mm...28 Tabel 2 4 koefisien ketajaman sudut masuk......29 Tabel 2.5 Koefisien bukaan klep.. 30 Tabel 3.1 Curah Hujan Bulanan Stasiun sindar raya dan Sekitarnya... 61 Tabel 3.2 Curah Hujan harian Stasiun sindar raya dan Sekitarnya... 61 Tabel 3.3 Data klimatologi kuala namo...62 Tabel 5.3 perhitungan evapotranspirasi dengan metode penman 75 Tabel 5.4 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005...81 Tabel 5.5 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005...82 Tabel 5.6 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005.83 Tabel 5 7 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005...84 Tabel 5.8 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005...85 Tabel 5.9 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005...86 Tabel 5.10 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005...87 Tabel 5.11 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005.88 Tabel 5.12 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005...89 Tabel 5.13 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005...90 Tabel 5. 14 Debit S. Padang di kecamatan sipispis (2005 2014).. 91 Tabel 5.15 Probabilitas Kejadian Debit di S. Padang sipispis 2005 2014....92 Tabel 5.16 Hasil Perhitungan Debit Andalan Metode F.J.Mock....93

Tabel 5.1 Pengukuran Perhitungan kecepatan dan Debit Air Sungai....95 Tabel 5.18 Trial and Error NPV......104

DAFTAR NOTASI Q = Debit aliran (m³/s) V = Kecepatan aliran (m/s) A = Luas penampang (m²) P = Daya terbangkitkan (Watt) ρρ = Massa jenis air = 1000 kkkk/mm 3 g = percepatan gravitasi = 9,81 mm 2 /ss H eff = tinggi efektif (m) η tot = efisiensi total. N = Koefisien kekasaran L = Panjang penstock (m) H gross = Tinggi jatuh air (gross head) (m) t s = adalah penambahan ketebalan pipa untuk faktor korosi P i = tekanan hidrostatik, kni P mm D = diameter dalam pipa K f = faktor pengelasan S f =desain tegangan pipa yang diizinkan P t = maksimum turbin output (kw) H = head efektif (m) η t = efisiensi turbin Ri = besarnya CH pada stasiun Ea = Evapotranspirasi aktual (mm) Eto = Evapotranspirasi potensial (mm) N = jumlah hari hujan dalam sebulan ΔS = Keseimbangan air dipermukaan tanah R = Hujan Bulanan Ea = Evapotranspirasi Aktual WS = water surplus