AbstrakSeiring dengan meningkatnya kebutuhan energi

listrik serta menipisnya cadangan bahan bakar fosil, makadibutuhkan suatu alternatif sumber energi terbarukan.Salah satu sumber energi alternatif yang bisa digunakanadalah dengan memanfaatkan potensi head rendah padasebuah sungai. Indonesia yang sebagian besar wilayahnyaberupa perairan mempunyai karakteristik sungai dengandebit besar dan head rendah. Penerapan teknologiMikrohidro sebagai pembangkit listrik merupakan solusiyang tepat untuk memanfaatkan potensi tersebut.Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro dapat dibangundengan syarat perbedaan ketinggian minimal 1,5 - 2 meterdan debit selalu tersedia, karena yang digunakan hanyaenergi potensialnya, sehingga debit air masih dapatdimanfaatkan untuk pengairan.

Saluran primer Kromong II yang terletak di desaSajen, Kecamatan Gondang, Kabupaten MojokertoMemiliki 1 bangunan terjun dengan beda elevasi totalsetinggi ±2 meter dan debit minimum sebesar 567liter/detik. Sehingga dapat dimanfaatkan sebagaiPembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH).

Dengan debit saluran 935 liter/detik dari datadebit 10 tahunan dan tinggi efektif sebesar 1,60 meter sertamenggunakan turbin Cross Flow yang digunakan adalah X-Flow T-14 D300 Low Head Series maka, kehilangan energiakibat bangunan terjun pada saluran irigasi primerKromong berpotensi menghasilkan daya sebesar 8,668 kWdan energi 74.086,27 kWh pertahun yang dapat digunakanuntuk memenuhi kebutuhan listrik sekitar PLTMH.

I. PENDAHULUANBendung Kromong terletak di Desa Sajen Kecamatan

Pacet, Kabupaten Mojokerto, Bendung Kromong terletakdialiran Sungai Kromong dan memiliki fungsi utama untukmemenuhi kebutuhan irigasi dan digunakan untuk didaerahsekitar sungai. Pada Bendung Kromong terdapat satu intakepengambilan debit sungai tampak terlihat Gambar 1.1 tersebut.Untuk mengaliri kebutuhan irigasi pada daerah irigasi diKromong. Di daerah Sungai Kromong saluran terdiri darisaluran Primer Kromong, Sekunder Kromong dan SekunderTreceh.

Saluran Primer Kromong memiliki debit kemaraumaksimum sebesar 2143 liter/detik dengan luas daerahpengairan sebesar 930 Ha.

Gambar 1.1 Skema jaringan irigasi dan lokasi bangunanterjun di Saluran Primer Kromong

Pada Saluran Primer Kromong terdapat 3 bangunanterjun yang terletak berdekatan dengan beda elevasi sekitas 5,2meter, Untuk saluran sepanjang 302 meter. Maka SaluranPrimer Kromong berpotensi untuk digunakan sebagaipembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH). Bila PLTMHterelasisasi maka listrik yang dihasilkan dapat digunakan untukmenerangi Desa sekitar saluran serta digunakan untuk hal yangbermanfaat. Maka tugas akhir saya yang akan angkat adalah “Pemanfaatan Beda Energi pada Bangunan Terjun UntukPembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro “, Studi kasus SaluranPrimer Kromong, daerah irigasi Desa Sajen, Kecamatan Pacet,Kabupaten Mojokerto.

1.1 Perumusan Masalah Bagaimana menghitung debit untuk

memenuhi syarat mikrohidro ? Bagaimana menghitung angkutan sedimen

yang diperbolehkan dalam aliran ? Bagaimana menentukan dimensi pipa pesat ? Bagaimana menentukan desain turbin dan

generator agar menghasilkan listrik yangefektif ?

Berapa tenaga listrik yang mampudihasilkan?

PEMANFAATAN BEDA ENERGI PADA BANGUNAN TERJUN (BKR2)UNTUK PEMBANGKIT LISTIK TENAGA MIKROHIDRO PADA

IRIGASI PRIMER KROMONG II , DESA SAJEN KECAMATAN PACETKABUPATEN MOJOKERTO.

Zuhan Lmanae, Ir. Abdullah Hidayat SA, MT, dan Bambang Winarta ST,MT.Ph.DJurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111E-mail: abdullah@ce.its.ac.id

2

1.2 Batasan Masalah Tidak merencanakan penyaluran listrik yang

dihasilkan Tidak menyertakan bangunan sekitar saluran Air yang mengalir diasumsikan terbebas dari

benda hanyutan. Perencanaan bangunan sipil hanya sebatas

dimensi bangunan. Tidak menghitung stuktur kontruksi sipil

bangunan.

1.3 Tujuan Perencanaan. Mendapatkan debit Mendapatkan jumlah angkutan sedimen yang

terkandung dalam aliran. Mendapatkan dimensi pipa pesat. Mendapatkan desain turbin dan generator

agar dapat menghasilkan daya listrik yangefektif.

Mengetahui besar tenaga listrik yang mampudihasilkan.

1.4 Manfaat Perencanaan. Dapat memanfaatkan kehilangan energi pada

bangunan terjun sebagai pembangkit listrik

II. METODOLOGI

A. UmumLangkah – langkah pengerjaan proyek akhir ini akan

dilakukan seperti diagram alir beriku

Gambar 3.1 Flowchart metode studi

III. ANALISA DAN HASIL

3.1. Analisa Debit

Data yang didapat dari analisa atau dari datapengambilan debit 6 hari selama 10 tahun, langka –langka perhitungan untuk Analisa Debit adalah:1. Mengurutkan data dari terkecil hingga data yang

terbesar2. Mencari selisih data besar dan data terkecil sebagai

jarak data (R)R = Data debit terbesar – Data debit terkecil

= 2134 l/dt – 567 l/dt= 1576 l/dt= 1,576 m3/dt

3. Menghitung jumlah data yaitu nn = Banyak n bulan * banyaknya n tahunn= 12 x 10n = 120

4. Mencari jumlah kelas data (k)1 + 3,3 log n1 + 3,3 log (120) = 7,86 ≈ 8

5. Mencari kelas interval (i)i = R/k

= 1,576 / 8= 0,2005

6. 8 kelas dengan jarak interval kelas 0,20057. Menghitung probabilitas tiap kelas dengan

menggunakan rumusan California.P = x 100% = x 100%

Tabel 4.1. Perhitungan debit dalam 10 tahun

IntervaNilai

Tengah Frekuensi Frekuensi Propabilitasm3/dt Komulatif %

2,143 1,943 2,043 10 10 181,942 1,741 1,841 18 28 231,740 1,540 1,640 17 45 381,539 1,338 1,438 13 58 481,337 1,137 1,237 8 66 551,136 0,935 1,035 7 73 600,934 0,734 0,834 38 111 900,733 0,532 0,632 9 120 100

Gambar 4.1. Duration Curve untuk mencari debit disaluran

3

3.2. Perencanaan Kapasitas Tenaga Air

Kapasitas daya dipengaruhi debit yangmengalir dalam saluran dan tinggi air yang jatuhdibangunan terjun tersebut.

3.2.1. Tinggi jatuh efektifTinggi jatuh efektif didapat dengan

memperkirakan kehilangan energi yang terjadi sebesar10% dari tinggi bruto sebagai asumsi awal.

Hbruto = elevasi upstream – elevasidownstram

= +480,52 – +478,77= 1,75 m

Hlosses = 10% x Hbruto= 10% x 1,75= 0,175 m

Sehingga perkiraan awal untuk tinggi jaruhefektif

Heff = Hbruto – Hlosses= 1,75 m – 0,175 m= 1,60 m

3.2.2. Daya yang dihasilkanDari perhitungan debit dan tinggi efektif yang

kita laukan maka selanjutnya kita dapat daya yangdihasilkan dari perhitungan sebelumnya

P = 9,8 x 0,935 x 1,60= 14,66 kW = 19,64 Hp

Sehingga daya yang terpasang diperkirakan sebesar:P’ = P x ∑ηP’ = P x ηt x ηg x ηtrP’ = 14,66 x 0,76 x 0,89 x 0,95P’ = 9,42 kW

3.3. Perencanaan Bangunan Pembangkit3.3.1 Perhitungan muka air

Didapat data dari lapangan atau existingdapat dihitung tinggi muka air saat debit rencana yaitusebesar debit disaluran.

Koefisien manning (n) = 0,02Kemiringan dasar saluran (S) = 0,00157Lebar dasar saluran (B) = 2,5 m

Untuk kecepatan aliran dan debit salurandigunakan rumus :

Q = v x AA = b x hP = b + 2hv = x x

Q = (bxh) x x x

Sehingga didapat perbandingan kedalamanmuka air dan debit sebagai berikut :

Tabel 4.2. Hububungan h dan Q

h A p R V Q

(m) (m2) (m) (m) (m/dt) (m3/dt)0 0 2,50 0 0 0

0,1 0,250 2,700 0,093 0,405 0,1010,2 0,500 2,900 0,172 0,614 0,3070,3 0,750 3,100 0,242 0,769 0,5770,4 1,000 3,300 0,303 0,894 0,8940,5 1,250 3,500 0,357 0,997 1,247

Gambar 4.2 Rating curve untuk mencari tinggi muka air

Muka air waktu debit disaluran yaitu :Q = 0,935 m3/dt adalah 0,41 meter

3.3.2. Perencanaan bangunan pengatur tinggimuka airBangunan pengatur tinggi muka air dipasang

melintang pada saluran dan berada didepan pintupengambilan debit/intake. Bangunan ini berfungsiuntuk mengatur tinggi muka air di saluran depanintake sehingga debit yang masuk intake sesuaidengan perencanaan yaitu debit perencanaan / debitsaluran. Bangunan pengatur tinggi muka air yangdigunakan dalam tugas akhir ini adalah skot balok.Dari grafik Rating Curve didapat tinggi muka air padasaat debit perencanaan sebesar 0,4 meter, sehinggaelevasi muka air didepan pintu intake adalah + 480,52+ 0,4 = +480, 92. Tinggi skot balok disesuaikandengan ada dipasaran yaitu (20 cm x 10 cm) sehinggadipasang 2 skot balok, jadi tinggi skot balok 0,4 meterdari dasar saluran.

3.3.3. Perencanaan saluran pengarahSaluran pengarah digunakan untuk

mengarahkan air yang akan masuk menuju bakpengendap, saluran tersebut direncanakan merupakansaluran terbuka berbentuk persegi sebesar debitperncanaan yaitu 0,935 m3/dtDirencanakan :

Saluran terbuka berbentuk segiempat daripasangan beton dengan data sebagi berikut:

Q = 0,935 m3/dtb = 2hv = 0,905 m/dtn = 0,015 (saluran pasangan beton)

4

Q = V x A0,935 m3/dt = 0,905 m/dt x A

A = 1,033 m2

A = b x h1,033 m2 = 2 h2

h = 0,75 mb = 2 x 0,75

= 1,50 mP = 2h + b

= 2 x (0,75) + 1,5= 3 m

R = A/P= 1,158 / 3= 0,35 m

Mencari kemiringan saluran pengarahv = x x

0,905 m/dt = , x 0,35 x

= 0,0276S = 0,00076

Tabel 4.3. Dimensi saluran pengarah

3.3.4. Perencanaan pintu pengambilan IntakePintu pengambilan Intake berfungsi untuk

memasukan debit rencana dari saluran pengambilan.Pintu direncanakan dibuka setinggi 0,4 meter, yaitusetinggi muka air debit rencana dan debit airmaksimum yang masuk pada pintu yaitu sebesar 0,935m3/dt dan debit yang melebihi akan kembali ke saluraninduk BK 2dan melimpah diatas skot balok. Maka kehilanganenergi akibat pintu :

Q = μ x b x a 20,935 m3/dt = 0,8 x 1,5 m x 0,4 √2 9,8

Z = 0,19 m

3.3.5. Perencanaan Bangunan UkurBangunan ukur diperlukan untuk mengukur

banyaknya debit air yang akan digunakan sebagaiPLTMH. Bangunan ukur direncanakan mampumengukur sampai debit minimum. Bangunan ukuryang digunakan adalah tipe drempel dan terdapat padasaluran pengarah, dengan perhitungan sebagai berikut:Data – data saluran:

Q80% = 0,935 m3/dtb = 1,5 mp = 0,30 m

Alat Ukur Drempel :Q80% = 1,71 b h /0,935 = 1,71 x 1,5 x h /

h / = 0,365h = 0,547 m ≈ 0,6 m > 5 cm (OK)

v0 =

= ( )= , ,= 0,738 m/dt

H1max = h+ v02g

2= 0,60 + , ,= 0,6 msehingga, L = 1,95 H1 max

L = 1,95 x 0,6L = 1,1 mr = 0,2 H1 maxr = 0,2 x 0,6r = 0,122 m ≈ 0,1 m

Setelah didapat desain drempel, makadikontrol menggunakan debit minimum saluran yangmasuk yaitu;

Q20% = 0,187 m3/dtQ = 1,71 b h /

0,187 = 1,71 x 1,5 x h /h / = 0,073h = 0,208 m ≈ 0,21 m > 5 cm (OK)

Dari perencanaan bengunan drempel tersebutdidapatkan bahwa bangunan drempel mampumengukur sampai debit minimum yang masukkesaluran.

Data teknis alat ukur drempel adalah sebagaiberikut:

Tabel 4.4. Data perencanaan bangunan Drempel

3.3.6. Perencanaan Bak Pengendap SedimenAir yang dimanfaatkan sebagai PLTMH biasanya

mengandung banyak kerikil dan pasir yang membahayakankerja turbin apabila dibiarkan begitu saja, Bahan endapan yangperlu diendapkan tergantung pada jenis PLTA yangdirencanakan. Diameter maksimum yang diijinkan dari jenisPLTA nya adalah: 0,2 – 0,5 mm untuk PLTA tekanan rendah 0,1 – 0,2 mm untuk PLTA tekanan sedang 0,01 – 0,05 mm untuk PLTA tekanan tinggi

PLTMH masuk ke dalam kategori PLTA bertekananrendah, sehingga nilai batas diameter sedimen maksimumdiambil sebesar 0,2 mm.

3.3.6.1 Perhitungan Kecepatan KritisSedangkan besar kecepatan kritis, nilai

kecepatan dimana sedimen dengan diameter tertentu

Parameter Notasi Nilai SatuanDebit Q 0,935 m3/dtKecepatan v 0,905 m/dtLebar saluran b 1,50 mTinggi basah h 0,75 mLuas penampang basah A 1,033 m2

Keliling basah P 3,0 mJari - jari basah R 0,35 mKemiringan dasar S 0,00076 -Koefisien manning n 0,015 -Tinggi jagaan W 0,30 mKontruksi Saluran persegi dengan pasangan beton

Parameter Notasi Nilai SatuanDebit rencana Q 0,935 m3/dtKecepatan disaluran v 0,905 m/dtKecepatan diatas Drempel vo 0,738 m/dtLebar B 1,5 mTinggi P 0,3 mPanjang L 1,1 mJari-jari Kelengkungan r 0,1 mTinggi muka air atas Drempel H1 0,6 m

5

akan bergerak sehingga terjadi pengendapan, menurutCamp adalah:vcr = √Diambil ukuran partikel maksimum = 0,2 mm, makavcr = 44√0,2vcr = 19,67 cm/dt ≈ 0,197 m/dtdimana:d = diameter butir (mm)a = 36 bila d > 1 mm

= 44 bila 1 mm >d > 0,1 mm= 51 bila d < 0,1 mm

3.3.6.2. Perhitungan Kecepatan SaluranDari data pengukuran debit saluran irigasi

pada satu waktu didapat kecepatan aliran pada saluranadalah:Lebar dasar saluran (B) = 1,5 meterKedalaman muka air (h) = 0,75 meterDebit (Q) = 0,935 m3/dt

Luas penampang air (A) = 0,75 x 1,5

= 1,121 m2

kecepatan saluran (v) = = ,,= 0,83 m/dt > vcr = 0,197 m/dtDari hasil perhitungan diatas diketahui

kecepatan aliran pada saluran yaitu 0,83 m/dt,melebihi dari kecepatan kritis pada sedimen ijin yaitusebesar 0,197 m/dt. Artinya sedimen yang terangkutdalam aliran air memiliki diameter yang lebih besaratau sama dengan diameter batas yang diijinkan,sebesar 0,2 mm, sehingga dalam PLTMH iniperencanaan bak pengendap sedimen diperlukan.

3.3.6.3. Perhitungan Perencanaan Bak PengendapSedimenDirencanakan ukuran bak pengendap sedimen

berdasarkan:Qrencana = 0,935 m3/dtDiameter butir = 0,2 mmTinggi air dalam bak (h) = 1 mKecepatan di bak pengendap (vn) harus

dibawah kecepatan kritis, diambil = 0,18 m/dtDari Gambar 2.3 didapatkan kecepatan turunbutir (ω)=2,1 cm/dt, maka:Menurut Velikanov : :dengan menetapkan sebesar W = 0,95 maka

= 1,2Panjang bak pengendap (L)

= (√ , ),= , , (√ , ), ,= 9 m

Lebar bak pengendap (B)=

= , ,= 5 m

Volume bak (V) = L x B x h= 9 x 5 x 1= 45 m3

Kontrol :

Waktu turun butir (t) =

= ,= 47,62 dt

Volume bak (V) = Q x t= 0,935 x 47,62= 44 m3

= 44 m3 < 45 m3… OK

Kemiringan energi:Luas penampang (A)

= h x b= 1 x 5 = 5 m2

Keliling penampang basah(P)= b + 2h

= 5 + (2 x 1)= 7 m

Jari – jari hidrolis (R)= = = 0,72

koefisien manning (n)= 0,015 (beton)

Kemiringan bak pengendap (in)in =

= ,, ,= 0,000009

Tabel 4.5. Data teknis bak pengendapNotasi Nilai Satuan

h 1 m

L 9 m

B 5 mA 5 m2

in 0,000009 -

3.3.7. Perhitungan Perencanaan Kantong PasirUntuk asumsi awal dalam menentukan kemiringan

energi di kantong pasir (is), kecepatan aliran untuk pembilasandiambil 1 m/dt.Debit (Q50%) = 0,467 m3/dtLuas permukaan (As) = = , = 0,467 m2

Lebar dasar (bs) = 3 mmaka, kemiringan dasar kantung adalah:

As = bs x hs0,467= 3 x hshs = 0,16 m

RS = = , , = 0,141 mn = 0,015

is = vs2

R23 x 1

n

2 = 12

0,14123 X 1

0,015

2 =0,00083

Agar pembilasan dapat dilakukan dengan baik,kecepatan aliran harus dijaga agar tetap subkritis atau Fr < 1= = √ , , = = 0,81 < 1 …

6

is

in

Dari diagram Shields dapat diperoleh diameter partikel yangakan terbilas.τ = ρ x g x hs x is = 1000 x 9,81 x 0,16 x 0,00083 = 1,27 N/m2

Dengan menghitung τ dari diagram Shields dapat diketahuibahwa partikel – partikel yang lebih kecil dari 5 mm akanterbilas pada saat pembilasan.

Gambar 4.4 Kemiringan kantong pasir

Tabel 4.6. Data teknis kantong pasirNotasi Nilai Satuan

hs 0,16 m

L 9 mB 3 m

A 0,467 m2

iS 0,00083 -

3.3.8. Perencanaan Periode PengurasanVolume tampungan dari bak pengendap tergantung

pada banyaknya sedimen yang masuk dan mengendap sehinggadapat dihitung periode pengurasannya, Hasil analisalaboratorium terhadap sample sedimentasi adalah sebagaiberikut:

Konsentrasi sedimen = 191 mg/lVol.sedimen = kons sedimen x Qdebit

= 191 x 0,935= 178517 mg/dt

diketahui Gs = 2,6583γS = Gs x γw

= 2,6583 x 1000 kg/m3

= 2658,3 kg/m3

Volume =

= ,= 6,7 x 10-5 m3/dt

Volume sedimen yang terjadi dalam satu hari := Vol x hari= 6,7 x 10-5 m3/dt x (3600x24)= 5,802 m3/hari

Tabel 4.7. Hasil analisa Suspended Load

Berdasarkan hasil analisa sedimen diatas, makavolume sedimen pada saat Q debit, 0,935 m3/dt, diperkirakansebesar 5,802 m3/hari atau 191 m3/bulan.

Dari Standart Perencanaan Irigasi KP-02 diketahuikedalaman kantong pasir di bawah saluran pengendap pasirbervariasi antara 1-10 m untuk jaringan kecil (sampai 10 m3/dt),sedangkan lebar bagian bawah kantong bervariasi berdasarkanrencana, Volume kantong pasir dihitung dengan persamaansebagai berikut:

V = + ( ( − )sehingga, volume kantong pasir adalah:

V = 3 9 + ( (0,00083 − 0,000009) 9 3)V = 13,62 m3

Dengan demikian periode pengurasan adalah:,, = 2,35 ≈ 2 hari sekali

3.3.9. Efisiensi Pengendapan Kantong PasirDari diagram Camp efisiensi kantong lumpur untuk

berbagai diameter sedimen dapat ditentukan, Dengan panjang(L) 9 meter dan kedalaman air rencana (h) 1 meter, sertakecepatan 0,18 m/dt, kecepatan endap rencana dapatdisesuaikan:h

ω0= L

vn ω0= h x vn

L

ω0= 1 x 0,189

= 0,02 m/dtdengan ω0 = 0,02, dari Gambar 2.5 diameter yang sesuaiadalah 0,19 mm.

Fraksi rencana 0,2 mm dengan kecepatan endapan (ω)0,021 m/dt. Efisiensi pengendapan fraksi 0,2 mm dapatdihitung sebagai berikut:ω = 0,021 m/dtω0 = 0,02 m/dtvn = 0,18 m/dt

= , , = 1,05ωvn

= , , = 0,12Dari grafik Camp, diperoleh efisiensi 0,89

3.3.10. Perencanaan pipa pesat (Penstock)Pipa pesat pada perencanaan PLTMH ini digunakan

sebagai pengarah air menuju turbin dan juga untuk menjagakestabilan debit yang akan digunakan sebagai PLTMH, Dalamperencanaan ini akan dihitung besarnya diameter, tebal,maupun gaya yang terjadi pada pipa pesat,

3.3.10.1. Perencanaan Diameter Pipa PesatDalam perhitungan diameter pipa pesat

digunakan perumusan USBR, Namun sebelummengitung besarnya diameter perlu diketahui terlebihdahulu kecepatannya sebagai berikut:v = 0,125 2 x g x Heffv = 0,125 (2 x 9,81 x 1,647)0,5

v = 0,71 m/dtdimana :v = kecepatan aliran (m/dtk)g = percepatan gravitasi (m/dtk²)Heff= tinggi jatuh efektif (m)

Namun kecepatan dalam pipa pesat untuktinggi efektif yang tidak besar diambil nilai 2 – 3m/detik. Maka direncanakan nilai 2 m/detik pada pipapesat, sehingga didapat diameter pipa pesat :

D = Q0,25 x π xv

= 0,9350,25 , π ,0,71

= 1,30 m

m3/dt m3/hari0,935 Tengah 5,802

PosisiTanggal pengambilanDebit

191

Konsentrasi Sedimen

mg/l

Volumesedimen

18-12-2012

7

dimana:D = Diameter pipa pesatQandalan = debit andalan (m3/dt)v = kecepatan aliran (m/dtk)

Besar diameter pipa baja direncanakan sesuaidengan diameter yang tersedia di pasaran, Sehinggadiameter yang diambil adalah 25 inchi atau sebesar0,635 meter. Sehingga kecepatan aliran dalam pipapesat yang terjadi adalah :

v= = , = = 0,70 m/dt

3.3.10.2 . Perencanaan posisi pengambilanJarak muka air dengan posisi pipa pesat

disebut dengan minimum operational level (MOL).Menurut O.F Patty, untuk menghitung MOL makajarak MOL diukur dari sisi bahwa pipa denganrumusan:

Menurut O.F Patty, pipa pesat harus berada diD + 1,5Maka, jarakMOL = D + 1,5

= 1,30 + 1,5 , ,= 1,3 mNilai MOL yang dipakai diukur dari muka air saat

debit minimum Q20% = 0,207 m3/dt yaitu 0,14 meter.Sehingga perlu dicari nilai selisih dari ketinggianmuka air minimum dan muka air saat debit rencana,yaitu :Δh = hrencana - hmin= 0,4 – 0,14= 0,26 meterJadi jika diukur dari muka air debit rencana,

dibutuhkan ketinggian :H MOL = Δh + MOL= 0,26 + 1,3= 1,60 meterElevasi muka air pada posisi pengambilan pipia pesat

adalah:z1 = (akibat pintu)= 0,19 m

z2 = (akibat alat ukur drempel)= x H

= x 0,21 m= 0,069 m

z3 = kemiringan saluran pengarah sebelum drempel= L x S= 5 x 0,00073= 0,0038

z4 = kemiringan saluran pengarah setelah drempel= L x S= 8 x 0,00073= 0,0061

z5 = kemiringan bak pengendap= L x in= 9 x 0,000009= 0,000081

Maka elevasi muka air pada posisi pengambilan pipapesat adalah:

MA = MA. Pada intake –z1 – z2 – z3 – z4 – z5= +480,52 – 0,19 – 0,069 – 0,0038 – 0,0061 –

0,000081= +480,25Sehingga elevasi sisi bawah pipa

pengambilan adalah := +480,25 – 1,60= +478.65Berdasarkan muka air pada posisi

pengambilan pipa maka didapat beda tinggi sebesar :Hbrutto = elevasi upstream – elevasi downstream

= +480,25 - +478,65= 1,6 meter

Hlosses = 10% x Hbrutto= 0,16 meterSehingga didapat tinggi jatuh efektif sebesar

Heff = Hbrutto - Hlosse= 1,6 – 0,16= 1,44 meter ≈ 1,5 meter

3.3.10.3 Perencanaan tebal Pipa PesatDalam penentan tebal pipa pesat

diperhitungkan gaya akibat tekanan air dalam pipayang arahnya tegak lurus aliran air,Perhitungan gaya tekan air:Po = γ x HeffPo = 1000 x 1,5Po = 1500 kg/m

Sehingga tebal pipa pesat adalah:

δ=Po x D

2 x φ x σbaja

δ=1500 x 1,3

2 x 0,9 x 24. 106

δ = 0,000045 m = 0,045 mmDimana :δ = Tebal pipa pesat (m)Po = Tekanan yang terjadi pada pipa (kg/m2)D = Diameter pipa (m)

= Koefisien kekuatan sambungan las (0,9)σbaja = tegangan ijin baja (kg/m2)

Sedangkan syarat minimum tebal pipa perludiperhatikan dimana :Sampai dengan diameter 0,8 m…… 5 mmSampai dengan diameter 1,5 m…… 6 mmSampai dengan diameter 2,0 m…… 7 mm

Sehingga diambil ketebalan pipa minimum(δ) = 5 mm

Dan tebal pipa harus ditambah sekitar 1 – 3mm untuk cadangan karena karat pada pipa, sehinggadengan penambahan penebalan pipa 1 mm, tebal piparencana (δ) adalah:δ = 5+2 = 7 mmsehingga memenuhi syarat pipa tipis, yaitu:

≥ 20

≥ 20186,26 ≥ 20 … OK

8

3.3.10.4. Tegangan yang terjadi pada pipa pesat1.Tegangan pada perletakan

Pada perletakan akan terjadi momen maksimum yangterjadi karena berat dari pipa dan air sepanjang jarak dariperletakan. Sehingga dari perencanaan diusahakan agar nilaidari jarak perletakan tidak akan memberikan tegangan yangmelebihi tegangan ijin baja.

Untuk berat pipa per meter adalah:Gs = 0,25 x π{(D+2δ)² - D²} x γbaja

= 0,25 x π{(1,300 +2x0,007)² - 1,300²} x 7850= 226,18 kg/m

Untuk berat air per meter adalah:Gw = 0,25x π x D² x γw

= 0,25x π x 1,300² x 1000= 1334,53 kg/m

Sehingga momen maksimum yang didapat adalah:M = (Gs + Gw) x ( b cos )

= (226,18 +1334,53) x ( 12 cos 2°)= 18705,65 kgm

Dimana :M = Momen maksimum (kgm)b = jarak perletakan (12 m)Gs = Berat pipa per meter (kg/m)γw = massa jenis air 1000 (kg/m³)GW= Berat air per meter (kg/mγbaja= massa jenis baja 7850 (kg/m³)

= sudut kemiringan 2°Momen perlawanan yang terjadi :

S= I12(D + 2 x δ)

=164 x π x (D+2 x δ)4- 1

64 x π x (D)4

12 x (D + 2 x δ)

=164 x π x (1,300+2 x 0,007)4- 1

64 x π x (1,300)4

12 x (1,300 + 2 x 0,007)

= 0,0094 m3

Dimana :S = Momen perlawanan (cm3)I = Momen Inersia pipa (cm4)D = Diameter pipa (cm)δ = Tebal pipa pesat (m)

Sehingga tegangan yang terjadi adalah :σ = M < σ= 18705,65

0,0094< 16 x 106

= 1.991.578,51 kg/m2 < 16, 10 kg/m2 …… ok!

2. Tegangan karena perubahan temperaturTegangan yang terjadi karena perubahan temperatur

adalah :σ = E x λ x t < σ

= 2,1.106 x 1,2.10-5 x 25 < 16. 10= 630 kg/cm2 < 16, 10 kg/cm2 …..ok!

Dimana :E = Modulus elastis baja (2,1, 106 kg/cm2)λ = 1,2 , 10-5/°Ct = perubahan temperatur (dianggap suhu kamar = 25°C)

3. Tegangan pergeseran pipa dan perletakanPergeseran disebabkan karena terjadinya pemuaian

dan penyusutan pada bagian perletakan, Sebelum mendapatkannilai tegangan yang terjadi perlu dicari nilai yang lain, yaitu:Gaya geser pada perletakan

F = f (Gs + Gw) cos β= 0,5(226,18 +1334,53) cos 2°= 779,88 kg

Luas tebal pipaA = π ( + 2 ) − D

= π (1,300 + 2x0,007) − 1,300= 0,0288 m2

Titik tangkap gaya gesera = R 2R sinθ

2 θ R

a = R sin θθ

= 0,652 x sin45

= 0,010 m

Dimana :F = Gaya geser pada perletakan (kg)f = Koefisien gesek pipa 0,5A = Luas tebal pipa (m2)a = Titik tangkap gaya geser (m)S = Momen perlawanan (kgm)D = Diameter pipa (m)δ = Tebal pipa pesat (m)R = Jari – jari pipa ½ x D (m)Ѳ = 0,5 sudut perletakan

Sehingga tegangan yang terjadi adalah :σ = ∑ F

A+ ∑ F , a

= 769,480,0286

+ 769,48 x 0,0100,0093

= 27744,78 kg/m2 < 16, 10 kg/m2….. Ok!

4. Berat pipa kosongTegangan tekan yang diakibatkan dari pipa miring

adalah:σ = ∑ Gs

Dδ

= ,x 1,300 x 0,007

= 275,44 kg/m2 < 16, 10 kg/m2….. Ok!

Dimana :Gs = Berat pipa per meter (kg/m)δ = Tebal pipa (m)D = Diameter pipa (m)

= Sudut kemiringan

5. Expantion jointTegangan yang diakibatkan tekanan air pada expantion

joint adalah:σ = F

Dδ= f Pa π D e

Dδ= f Pa e

δ

= 0,25 x 160 x 0,20,007

= 11428,57 kg/m2 < 16, 10 kg/m2…… ok!

Dimana :f = Faktor koefisien diambil sebesar 0,25e = Lebar packing

9

Pa = Tekanan air = γw ,Heff (kg/m2)δ = Tebal pipa (m)

6. Gaya tekan pada pipa sambunganTegangan pada pipa sambungan ini dapat diketahui,

yaitu:σ = Pa π D δ(bruto)

πDδ= Pa δ(bruto)

δ(netto)

=1600 x 0,0140,007

= 3200 kg/m2 < 16, 10 kg/m2….. ok!

Dimana :Pa = Tekanan air = γw ,Heff (kg/m2)δ(bruto)= 2 δ(netto) (m)δ(netto) = Tebal pipa (m)

4.5. Estimasi kehilangan Energi4.5.1. Kehilangan energi karena saringan

kasarPosisi saringan kasar berada sebelum

pipa pesat, sehingga kehilangan energi yangterjadi tidak banyak mempengaruhi tinggi yangada, Dengan digunakan profil bulat dengandiameter 1 cm dan jarak 5 cm, kehilangan energiyang terjadi adalah:h = φ sin ∝

= 1,79 ,, , , sin 70= 0,00826 m

Dimana :Hr = Kehilangan energi sepanjang pipa ( m )φ= Koefisien profil

s = Lebar profil dari arah aliran (m)b= Jarak antar profil saringan ( m )v= Kecepatan aliran ( m/dt )g= Gravitasi bumi, diambil 9,81 m/dt²α= Sudut kemiringan saringan

4.5.2. Kehilangan energi karena belokan pipaNilai koefisien belokan tergantung dari jari-jari

belokan dan diameter pipa pesat yang digunakan,Dalam perencanaan ini terdapat belokan arahhorisontal, Dari Tabel 2.5 untuk nilai r/D yang lebihbesar dari 9 akan diambil nilai koefisien 0,08, Sehinggakoefisien kehilangan energi yang terjadi adalah:

Tabel 4.9. Rekapitulasi belokan pada pipa pesatArah keteranganr (mm) 200D (mm) 130r / D 2Kb 0,16

H = K ,= 0,16 x , ,= 0,0040 m

Dimana :Hl = Kehilangan energi karena belokan pipa

( m )v= Kecepatan aliran pada pipa ( m/dt )g= Gravitasi bumi ( 9,81 m/dt² )Kb = Koefisien kehilangan energi yang

nilainya tergantung r/D

4.5.3. Kehilangan energi karena gesekansepanjang pipa

Untuk menentukan nilai f ( koefisien gesek )digunakan diagram moddy. Sebelum menetukan harga fterlebih dahulu harus dicari angka Reynold ( Re ) darialiran tersebut yang dapat dirumuskan; = . dankoefisien kekasaran bahan ( ε ). Dalam hal ini angkakekasaran bahan diambil 0,46. 10-6.v adalah viskositasyang harganya tergantung dari suhu air yang ada.Dalam perhitungan ini dianggap bahwa suhu air adalah25° C sehingga harga viskositas kinematisnya 0,884.10-

6 m²/dt.Re = . = , ,, = 1,03 .10-6H = f . .

= 0,017 . , . , ,= 0,0039 m

Dari perhitungan beberapa faktor kehilanganenergi pada pipa pesat dapat diketahui kehilanganenergi total, yaitu:

Htotal= hr + Hl + Hf

= 0,00826 + 0,0040 + 0,0039= 0,016 m

Nilai ini lebih kecil dari asumsi awal kehilanganenergi sebesar 10% dari tinggi bruto sebesar 0,175 m.Sehingga perencanaan ini dapat digunakan.

4.6. Perhitungan Energi ListrikDari data duration curve data 10 tahunan

dapat dihitung energi listrik total yang akan dihasilkandalam 1 tahun, Total energi tersebut dihitungberdasarkan energi yang terdapat selama 80% dari satutahun dari Q80, dan 10% sisanya diantara Q90 dan Q100,Maka dari grafik duration curve dapat diketahui sebagaiberikut:

10

Dari grafik diketahui nilai Q yaitu :Q80 = 935 liter/detik = 0,935 m3/detikQ90 = 834 liter/detik = 0,834 m3/detikQ100 = 632 liter/detik = 0,632 m3/detik

Efisiensi yang digunakan berdasarkan spesifikasijenis turbin yang digunakan adalah:

Efisiensi turbin (ηt) = 0,85 (lihat gambar2.11)

Efisiensi generator (ηg) = 0,89Efisiensi transformator (ηtr) = 0,95sehingga efisiensi total yang dihasilkan adalah:∑η = ηt x ηg x ηtr

= 0,85 x 0,89 x 0,95= 0,719

denganHeff = Hbruto - Hlosses

= 1,75 – 0,016= 1,7 meter

daya yang dihasilkan adalah:P80 = g x Qrencana x H x ∑η

= 9,81 x 0,935 x 1,7 x 0,719= 11,413 kW

P90 = g x Qrencanax H x ∑η= 9,81 x 0,834 x 1,7 x 0,719= 10,183 kW

P100 = g x Qrencana x H x ∑η= 9,81 x 0,632 x 1,7 x 0,719= 7,718 kW

maka energi yang diperoleh adalah :E1 = P80 x 80% x 365 x 24

= 11,413 x 0,8 x 365 x 24= 79.984,624 kWh

E2 = (P80 + P90)/2 x 10% x 365 x 24= (11,413 + 10,183)/2 x 0,1 x 365 x 24= 9.485,188 kWh

E3 = (P90 + P100)/2 x 10% x 366 x 24= (10,183 + 7,718)/2 x 0,1 x 366 x 24= 7.840,545 kWhSehingga total energi yang diperoleh dalam 1

tahun adalah:ΣE = E1 + E2 + E3

= 79.984,624 + 9.485,188 + 7.840,545= 97.310,357 kWh

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KesimpulanPembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

merupakan alternatif yang sesuai untuk mengatasikelangkaan energi yang terjadi. Perencanaan desainPLTMH di saluran irigasi BKR 2 desa Sajen,Kecamatan Pacet, Kabupaten Mojokerto adalah sebagaiberikut:

1. Analisa DebitDari data debit irigasi saluran Primer Kromong 2

selama 10 tahun terakhir didapat debit andalan yangbisa digunakan sebagai PLTMH adalah sebesar 935liter/detik.

2. Tinggi bangunan terjunH brutto = 1,66 meterKehilangan energi :

Akibat saringan kasar = 0,00826 mAkibat belokan pipa = 0,0040 mGesekan sepanjang pipa = 0,0039 mHeff = Hbrutto - Hlosse

= 1,75 - 0,016= 1,7 meter

3. Sedimen yang diperbolekan terangkut dalamsaluran maksimum berdiameter 0,2 mm dandiameter yang lebih besar diendapkandalam bak pengendap

4. Perencanaan Bangunan Pembangkit Saluran pengarah

Lebar = 1,5 meterKedalaman air = 0,75 meterPanjang = 13 meter

Alat ukur DrempelLebar = 1,5 meterTinggi drempel = 0,3 meterPanjang drempel = 1,1 meterJari-jari kelengkungandrempel = 0,1 meter

Bak pengendapLebar = 2,5 x 2 = 5 meterKedalaman air = 1 meterPanjang = 9 meterKemiringan (in) = 0,000009

Kantong pasirPanjang kantong = 9 meterKemiringan (is) = 0,00083Waktu pembilasan = 2 hari sekali

Pipa pesatDiameter = 50” atau 1,3 meterKecepatan aliran = 0,71 m/detikTebal = 7 mm

ForebayM.O.L = 1,6 meter

TurbinJenis Turbin = Cross Flow T-14Putaran spesifik turbin = 120 rpmPutaran jenis turbin = 50 rpm

11

Frekwensi = 50 HzJumlah katup = 52

Estimasi Kehilangan EnergiAkibat saringan kasar = 0,00826 m

Belokan pipa = 0,0041 mGesekan sepanjang pipa = 0,0039 m

5. Kapasitas Tenaga AirDengan perkiraan tinggi jatuh efektif awal

sebesar 1,60 meter dan menghasilkan daya 14,66 kW,tetapi setelah dihitung kehilangan energinya maka dapatdiketahui bahwa tinggi jatuh efektifnya sebesar 1,70meter dan menghasilkan daya 11,413 kW atau97.310,357 kWh.

5.2. SaranDalam pengerjaan tugas akhir ini masih jauh dari

sempurna, dikarenakan literatur yang tentang PLTMHbaik dari segi konstruksi maupun perhitungan terbatas,sehingga adanya literatur terbaru dapat menunjangpengerjaan ini untuk mendapatkan hasil yang lebih baiklagi.

DAFTAR PUSTAKAStandard Perencanaan Irigasi KP-02

Standart Perencanaan Irigasi KP-04

Anggrahini, ” Hidorlika Saluran Terbuka ” , Srikandi,Surabaya, 2005

Patty, O.F., “ Tenaga Air “ , Erlangga, Jakarta, 1995

Haimerl. L.A.(1960). The Cross Flow Turbine. JermanBarat

The Entec Cross Flow Turbine, Entec Consulting &Engineering, St. Gallen, Switzerland.

Warnick, C.C., Hydropower Engineering, Prentice Hall,Inc.,Englewood Cliffs, New Jersey, 1984