BAB II DASAR TEORI
2.1
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
2.1.1
Gambaran Umum Mikrohidro Air merupakan salah satu sumber energi yang terbarukan yang sudah sejak
lama dipergunakan. Pada dasarnya, air memiliki energi potensial pada air jatuh dan energi kinetik pada air mengalir. Pada jaman dulu, air diaplikasikan sebagai alat pemutar kincir air yang digunakan untuk penggilingan dan penggergajian. Dengan berkembangnya teknologi, air sudah dipergunakan sebagai penghasil energi mekanis dan energi listrik. Tenaga air ialah energi yang diperoleh dari air mengalir dengan mengubah energi mekanik dari air ( energi mekanik tersebut dihasilkan dari konversi energi potensial akibat air yang mengalir dari sebuah ketinggian tertentu menuju ke daerah yang lebih rendah ) yang dimanfaatkan untuk memutar turbin air, kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik. Mikrohidro ialah ialah pembangkit listrik tenaga air dalam skala kecil, sesuai dengan
keputusan
Menteri
Energi
dan
Sumber
Daya
Mineral
Nmr:1122K/30/MEM ) memiliki kapasitas listrik lebih kecil dari 1 MW ( < 1 MW ). Sejauh ini, pembangkit listrik tenaga air sebagian besar memanfaatkan air dalam skala besar. Pembangkit listrik tenaga air skala besar membutuhkan bendungan yang luas dan berkapasitas besar. Dengan bertambahnya kebutuhan listrik yang cepat, pemanfaatan air sebagai pembangkit listrik skala kecil berkembang luas. Hal ini disebabkan biaya pembangkitan dan perawatan yang murah. Dan juga tidak memerlukan lahan yang luas dan bendungan yang besar. Sehingga cocok digunakan sebagai sumber listrik di daerah terpencil. 5
2.1.2
Konversi Energi Sistem konversi energi yang terjadi pada pembangkit listrik tenaga
mikrohidro ialah dengan mengubah energi potensial pada air menjadi energi mekanik kemudian menjadi energi listrik.
Energi Potensial
Energi Kinetik
Energi Mekanik
Energi Listrik
Gambar 2.1 : Skema Konversi Energi pada PLTMH Pada awalnya potensi pada air diubah menjadi energi mekanik pada turbin yang akan memutar generator dan menghasilkan energi listrik. Daya yang dapat dihasilkan oleh suatu pembangkit mikrohidro sangat dipengaruhi oleh ketinggian ( head ) dan debit aliran air. Head mempresentasikan perbedaan ketinggian antara dam ( reservoir ) pada bagian atas dengan tempat perputaran turbin pada bagian bawah. Sedangkan debit air ialah besarnya volume air yang dialirkan setiap satu satuan waktu menuju turbin. Dalam prosesnya tidak semua potensi energi air dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik, namun terdapat energi yang hilang dalam proses kerjanya yang dapat diakibatkan oleh gesekan, pemanasan maupun efisiensi alat yang digunakan. Adapun persamaan umum konversi energi pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro ialah : Potensi Energi air = Energi listrik keluaran + rugi-rugi Potensi energi air [6] ialah E = mgh
2.1
dimana m ialah massa air ( kg )
6
g ialah percepatan gravitasi ( m/s² ) h ialah ketinggian ( m ) Massa air merupakan perkalian antara massa jenis air ( ρ ) dengan volume air ( V ), sehingga : E = ρVgh
2.2
dimana ρ ialah massa jenis air ( kg/m³ ) V ialah volume air ( m³ ) Daya ( P ) ialah besarnya energi persatuan waktu ( E/t ) dan debit ( Q ) ialah besarnya volume persatuan waktu ( V/t ), sehingga persamaan 2.2 dapat dinyatakan: P = ρQgh
2.3
dimana P adalah daya (watt) Q adalah debit air (m3/s) Adapun daya keluaran yang dapat dihasilkan ialah Daya Keluaran
= Potensi daya masukan x efisiensi = ρQghη W
2.4
dimana h = ketinggian ( m ) Q = debit air ( m3/s ) g = percepatan gravitasi bumi ( m/s2 )
7
η = efisiensi total efisiensi sistem ( turbin, generator, dan sipil ) 2.1.3
Jenis Pembangkit Sistem Mikrohidro
2.1.3.1 Resevoir and Dam Based Pada sistem pembangkit reservoir, pembangkit menggunakan tempat penampungan air. Jadi aliran air ditampung terlebih dahulu pada kolam tando dan kemudian disalurkan untuk memutar turbin. Dengan menggunakan kolam tersebut, besar debit air yang disalurkan menuju turbin dapat diatur. Selain itu, dengan adanya kolam maka kolam dapat menampung debit air yang melimpah pada musim hujan dan ketika debit air sungai berkurang pada musim kemarau, air yang disimpan pada kolam tando dapat dimanfaatkan. Penggunaan kolam tando pada pembangkit mikrohidro tergantung pada karakter dan bentuk geografis Pembuatan
kolam tando
juga
aliran sungai, kestabilan debit aliran sungai. mengakibatkan
semakin
besarnya biaya
pembangkitan. 2.1.3.2 Run-off River Yang dimaksud dengan jenis pembangkit Run-off River ialah pembangkit yang mengikuti debit aliran sungai. Pembangkit ini tidak memiliki reservoir/ kolam tando untuk menampung air sementara, sehingga
air akan langsung
disalurkan melalui saluran untuk menuju turbin. Pembangkit ini merupakan jenis pembangkit yang pertama kali diperkenalkan dan diaplikasikan. Pembangkit ini sangat tergantung pada debit aliran air di setiap waktu. Oleh karena itu, ketika debit aliran air sungai sangat kecil pembangkit tidak dapat memproduksi listrik sehingga mengurangi efisiensi energi keluaran pembangkitan. Keuntungan pembangkit ini ialah biaya pembangunan pembangkitan karena tidak perlu dibangunnya kolam tando. Selain itu dampak terhadap lingkungan juga lebih minim. Sedangkan kekurangan pembangkit ini ialah debit 8
air yang menuju turbin sangat tergantung pada debit aliran air sungai di setiap waktu. 2.1.3.3 Gabungan Reservoir dan Run-off River Pembangkit ini merupakan gabungan dari dua jenis pembangkit yang telah dijelaskan sebelumnya. Tipe pembangkit ini dapat dilakukan pada pembangkit mikrohidro yang menggunakan lebih dari 1 ( >1) turbin untuk pembangkitannya. Sebagai contoh PLTMH yang menggunakan 2(dua) buah rumah pembangkitan dimana pada hulu pembangkitan dibangun reservoir untuk penampungan air yang kemudian disalurkan ke rumah pembangkitan 1. Kemudian air keluaran pada rumah pembangkitan 1 kemudian langsung disalurkan ke rumah pembangkitan 2.
2.2
TURBIN AIR Turbin merupakan salah satu komponen utama pada PLTMH. Turbin
berfungsi untuk mengubah energi kinetik pada air jatuh menjadi energi mekanik yang berupa putaran yang akan dihubungkan dengan generator menggunakan gear atau belt sehingga memutar generator dan menghasilkan listrik. Turbin memiliki beberapa jenis sesuai dengan efektifitasnya masingmasing. Pemilihan jenis turbin yang digunakan pada suatu pembangkit didasarkan pada beberapa hal antara lain ketinggian lokasi air, debit air yang dihasilkan, daya yang ingin dihasilkan dan besarnya putaran turbin yang ingin dihasilkan. Air yang menumbuk turbin akan melalui sudu. Sudu turbin terdiri dari dua yaitu sudu tetap yang berfungsi untuk mengarahkan air agar tepat menumbuk sudu gerak turbin Besarnya putaran turbin yang dihasilkan harus disesuaikan dengan putaran yang dibutuhkan generator untuk menghasilkan daya listrik yang diinginkan.
9
Putaran pada turbin dapat lebih kecil dibandingkan generator dengan menggunakan gear atau belt pada shaft turbin dan shaft generator dengan perbandingan sebaiknya tidak melebihi 1:3. Tetapi sangat disarankan untuk menggunakan kecepatan
yang sama sehingga generator dan turbin dapat
dihubungkan dengan satu poros. Kalkulasi efisiensi pada turbin dapat diperkirakan dengan persamaan : Efisiensi Turbin =
T.
Q
2.5
dimana T = Torque ( Nm ) ω = Kecepatan sudut ( rad/s ) P = Tekanan air jatuh ( N/m2 ) Q = Debit air ( m3/s )
2.2.1
Jenis-jenis Turbin Turbin air dibedakan menjadi dua jenis menurut prinsip kerjanya, yaitu :
2.2.1.1 Turbin Impuls Pada nozle, energi potensial air berubah menjadi energi kinetik. Air yang memiliki kecepatan ini akan menghasilkan momentum ( impuls ) pada sudu turbin sehingga menghasilkan putaran. Turbin impuls ialah turbin tekanan sama karena tekanan air ketika keluar nozle sama dengan tekanan atmosferdi sekitarnya. Cara kerjanya ialah dengan mengubah energi kinetik hasil perubahan energi potensial menjadi energi mekanik berupa energi putaran.
10
Cara kerja turbin impuls Beberapa jenis turbin impuls : 1.
Turbin Crossflow Ide salah satu jenis turbin impuls ini dibuat oleh Michell-Banki. Turbin ini
beroperasi pada head rendah hingga sedang yaitu 2-200 m dengan debit air 0,1 10 m3/s. Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya disesuaikan dengan lebar runner. Prinsip kerja turbin ini ialah air mengalir membentur sudu turbin sehingga menghasilkan energi mekanik berupa putaran dan kemudian air menuju keluar dan membentur sudu yang lainnya sehingga menghasilkan energi putaran tambahan ( lebih kecil dibandung ketika masuk ).
Gambar 2.2 : Skema Kerja Turbin Crossflow [23]
11
Gambar 2.3 : Turbinn Crossflow [23] [
2 2.
Turb bin Pelton Turb bin pelton merupakan m saalah satu turbbin yang palling efisien. Turbin ini
b bekerja oleh h pancaran air yang disemprotkan melalui m nozle ke sudu turrbin. Setiap S Sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetrris. Sudu dibbentuk sedem mikian rupa s sehingga paancaran air menumbuk m ttepat di baggian tengah sudu dan paancaran air b berbelok kee kedua arah sudu daan berbalik arah. Hal ini dilakuukan untuk m menghindari i terjadi gayaa-gaya sampping.
G Gambar 2.4: Nozle N dan Tuurbin Peltonn [20] bin Pelton addalah turbin yang cocok digunakan uuntuk head yang y tinggi Turb ( (sekitar 75-4400 m) denngan debit sekitar 0,2 hingga h 3 m3/s. Tetapi untuk u skala m mikro dapat juga digunaakan pada keetinggian 20 m. Untuuk menghasiilkan daya yyang besarr dapat diguunakan bebeerapa nozle u untuk penyeemprotan airr menuju suudu. Dengann demikian ukuran u diam meter nozle d diperkecil daan ember sudu lebih keccil.
12
3.
Turbin Turgo Turbin impuls ini dapat beroperasi pada head sedang dan tinggi berkisar
30 s/d 300 m . Pancaran air dari nozle pada turbin turgo membentur sudu pada sudut 20o. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator karena tidak diperlukannya belt untuk menambah putaran sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya.
Gambar 2.5 : Sudu Turbin Turgo dan Nozle [6]
2.2.1.2 Turbin Reaksi Pada turbin ini energi yang mekanik yang dihasilkan bukan hanya akibat energi kinetik tetapi diakibatkan juga oleh adanya perbedaan tekanan. Bentuk dari turbin ini memiliki profil khusus yang mengakibatkan terjadinya penurunan tekanan air ketika melalui sudu. Runner turbin jenis ini sepenuhnya tercelup dalam air dan berda di dalam runah turbin. Kecepatan turbin reaksi relatif lebih tinggi dibandingkan turbin impuls pada debit dan ketinggian yang sama. Hal ini menyebabkan kebanyakan pembagkit yang ada menggunakan turbin reaksi. Beberapa jenis turbin reaksi :
13
1.
Turb bin Francis Turb bin ini meruppakan salah ssatu jenis turrbin reaksi. P Prinsip kerjaanya sesuai
d dengan prinssip kerja turbbin reaksi diimana air yaang masuk pada p tekanann tinggi dan b bertekanan r rendah padaa bagian keluuar. Turbin ini dapat diidesain horisontal atau v vertikal. Turrbin francis dapat digunnakan pada head sekitaar 15 – 300 m dengan d debit antara 0,4 – 20 m3/s. / Turbin ini memilikki memiliki sudu pengaarah. Sudu pengarah p inii ada yang d dapat digeraakkan dan adda yang tetapp. Sudu penggarah ini berrfungsi untukk mengatur a arah tangennsial air massuk sehinggga menghasiilkan putarann yang paliing efektif. U Untuk penggunaan padaa berbagai kkondisi aliraan air, pengggunaan suduu pengarah y yang dapat digerakkan/d d diatur meruppakan pilihann yang lebih tepat
G Gambar 2.6: Skema Turbbin Francis [[21] 2 2.
Turb bin Propeler dan Kaplan Turb bin propelerr ini meruupakan turbin reaksi aaliran aksiaal. Bentuk
t turbinnya brupa propeller seperti bbentuk kipas motor padda perahu. Turbin ini d digunakan untuk u ketingggian rendahh sekitar 3 – 20 m denggan debit 1,55 – 40 m3. T Turbin propeler yang dig gunakan biaasanya memiiliki 3-6 suduu. Turbin ini memiliki d diamneter yaang lebih kecil dibandinngkan turbin francis.
14
Pada turbin ini terdapat pengaturan sudu (adjustable blade) dan pengaturan debit ( guide vane ). Jenis turbin yang sudu dan guide vane-nya dapat diatur merupakan kombinasi yang paling baik untuk rentang debit yang sangat lebar. Turbin sejenis ini disebut turbin kaplan.
Kaplan memiliki efisiensi
maksimum untuk rentang ketinggian dan debit yang besar.
Gambar 2.7: Turbin Kaplan [17] Berikut pengelompokan turbin berdasarkan ketinggiannya :
Jenis
Turbin Impuls
Head tinggi
Head sedang
Head rendah
( > 60 m )
( 20 – 60 m )
( 3 – 20 m )
Cross-Flow
Pelton
Multi-Jet Pelton
Turgo
Cross-Flow
Turgo
Turbin Reaksi
Francis
Propeller Kaplan
Tabel 2.1 : Pengelompokan Turbin [6]
15
2.2.2
Kecepatan Spesifik Kecepatan spesifik ialah kecepatan putar turbin untuk menghasilkan satu
satuan daya pada ketinggian efektif satu satuan panjang. Kecepatan spesifik merupakan salah satu faktor karakteristik turbin. Berikut persamaannya [23]:
Ns =
N P H5 4
2.6
dimana : Ns ialah kecepatan spesifik N ialah kecepatan putaran turbin (rpm) P ialah daya keluaran turbin (kW) H ialah ketinggian efektif (m)
2.2.3
Efisiensi Turbin Efisiensi turbin menunjukkan berapa persen (%) kecepatan putar turbin
yang terjadi dibandingkan dengan kecepatan maksimum. Efisiensi turbin tergantung dari beberapa faktor antara lain keadaan beban dan jenis turbin. Efisiensi juga dinyatakan dalam beberapa keadaan yaitu : tinggi terjun maksimum, tinggi terjun normal, tinggi terjun minimum dan tinggi terjun rancangan. Berikut tabel efisiensi beberapa jenis turbin pada berbagai kondisi beban : Jenis Turbin Pelton Francis
% Efisiensi Pada Berbagai Kondisi Beban Ns
% Beban Pada Efisiensi
0,25
0,5
0,75
1
Max
22
81
86
87
85
87,1
70
75
62
83
88
83
88
75
110
60
85
90
84
90,2
80
220
59
83
90
85
91,5
85
16
Maksimum
Propeller Kaplan
335
54
82
91
86
91
87,5
410
47
71,5
85
87
91,5
92,5
460
55
74,5
86,5
86
92,5
92
690
45
70
84,5
82
91,5
92
800
32
59
78
84
88
96
750
83,5
91
91,5
87
91,6
70
Tabel 2.2: Efisiensi Beberapa Jenis Turbin Pada Berbagai Keadaan Beban [23]
2.2.4
Kavitasi Kavitasi ialah susunan gelembung uap air yang terjadi pada turbin yang
terendam air dimana tekanan lokalnya lebih rendah dibandingkan tekanan uap air. Bila cairan masuk ke daerah tekanan lokal lebih rendah dibandingkan tekanan uapnya, maka sebagian dari cairan tersebut akan menguap dan membentuk gelembung air. Ketika gelembung air ini mengalir menuju tekanan yang lebih tinggi maka gelembung tersebut akan pecah dan cairan di sekitar akan mengalir dengan cepat untuk mengisi rongga akibatnya pecahnya gelombang udara tersebut. Jika tumbukan ini terjadi pada turbin maka akan terjadi lubang-lubang kecil pada sudu-sudu turbin yang lama kelamaan akan merusak turbin dan mengurangi efisiensi turbin. Selain itu, kavitasi ini mengakibatkan terjadinya getaran dan suara berisik. Pada turbin reaksi yang letak turbinnya terendam air harus diperhatikan tekanan lokalnya agar tidak lebih rendah dibandingkan tekanan uap untuk menghindari terjadinya kavitasi. Untuk desain turbin yang memiliki kecepatan spesifik tinggi juga mempunyai kecepatan dan tekanan yang rendah. Oleh karena itu, diperlukan evaluasi dan pemilihan runner dengan bentuk yang tepat. Selain itu juga dapat didesain dengan memasang runner pada posisi lebih rendah terhadap permukaan air sebelah bawah (tailrace) Analisis kavitasi pada turbin reaksi akan dijelaskan dengan pertolongan gambar di bawah. Hukum Bernoulli [23] dikerjakan pada titik 1 dan titik 2 17
sebagai berikut:
z1 +
p1
+
γ
Hs + H 1 +
v1
2 = z2 +
+
v2
γ
2g 2 v1
p2
2
2g
(2.7)
= 0 + Hatm + 0
2g
(2.8)
Tinggi kecepatan pada Titik 1 berbanding lurus dengan tinggi terjun efektif H. Agar tidak terjadi kavitasi maka tinggi tekanan pada Titik 1 harus lebih besar atau sama dengan tinggi tekanan kavitasi. Oleh karena itu, Persamaan 2.8 dapat ditulis sebagai:
σ =
Hatm − Hv − Hs
=
Hb − Hs
H dengan Hb = Hatm − Hv
(2.9)
H
dimana:
σ ialah koefisien kavitasi Hatm ialah tinggi tekanan udara luar Hv ialah tinggi tekanan kavitasi Hs ialah tinggi tekanan isap H ialah tinggi terjun efektif Hb ialah selisih antara tinggi tekanan udara luar dengan tinggi tekanan kavitasi
18
Gambar 2.8: Skema Turbin Untuk Analisis Kavitasi [23]
Nilai Hb menurun dengan naiknya elevasi tempat dengan laju rerata 0,11 m tinggi air untuk setiap 100 m kenaikan elevasi tempat. Pada permukaan air laut rata-rata Hb=10,3m. Dengan pemisalan bahwa fluktuasi tekanan atmosfir ±5%, maka untuk keperluan praktis dapat digunakan rumus empiris [23] mencari Hb:
Hb = 0 , 95{10, 3 − 0 ,11 x (
E
)} meter
(2.10)
100 dengan E adalah elevasi tempat terhadap permukaan air laut rata-rata. .
2.3
TRANSMISI MEKANIK Pada dasarnya, apabila putaran generator yang diinginkan sama dengan
kecepatan putar turbin, maka tidak diperlukan transmisi mekanik antara turbin dengan genrator. Generator dan turbin dapat langsung didesain memilki poros yang sama. Tetapi pada umumnya, kecepatan turbin dan generator berbeda. Oleh karena itu, transmisi mekanik sangat diperlukan untuk menghasilkan putaran yang diperlukan generator. Ada beberapa jenis transmisi elektrik, antara lain : 1.
Jenis Belt 19
Poros turbin dan generator dihubungkan pulley atau flywheel dan belt yang rasionya disesuaikan dengan perbandingan kecepatan turbin dan generator. Transmisi mekanik ini lebih murah harganya tetapi tidak tahan lama. Efisiensinya sekitar 95 – 98 %.
Gambar 2.9: Belt [22] 2.
Jenis Gearbox Poros turbin dan generator dihubungkan menggunakan gear dengan suatu
poros parallel pada satu wadah dan bearing yang menyesuaikan dengan rasio kecepatan antara turbin dengan generator. Transmisi mekanik ini lebih mahal tetapi tahan lama. Efisiensinya antara 95% - 97% .
Gambar 2.10: Gearbox[22]
2.4
SURVEY POTENSI SUNGAI Survey potensi ini adalah hal pertama yang harus dilakukan. Dengan
survey ini, dapat diperoleh faktor-faktor awal yang kemudian dipertimbangkan untuk menentukan layak tidaknya dibangun PLTMH. Beberapa hal yang harus disurvei ialah : •
Pengukuran debit air sungai
•
Pengukuran head sungai
•
Penempatan power house yang paling efektif 20
•
Mengidentifikasi letak beban yang akan disuplai atau jaringan PLN yang terdekat.
2.4.1
Prediksi Debit Air Sungai Debit aliran air setiap harinya tidak selalu sama. Oleh karena itu,
dibutuhkan perhitungan debit air secara berulang-ulang untuk memperoleh nilai debit aliran untuk beberapa selang waktu. Pada penelitian ini, nilai debit air sungai adalah hasil perhitungan oleh pihak Balai Hidrologi Pusat Sumber Daya Air Jawa Barat dan Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air Nasional. Salah satu kegiatan pihak yang bersangkutan adalah melakukan perhitungan debit aliran air sungai tahunan di wilayah Jawa Barat. Adapun metode perhitungan debit yang dilakukan ialah sesuai dengan persamaan debit, dimana debit aliran sungai merupakan perkalian antara kecepatan dengan luas penampang sungai. Oleh karena itu perlu dilakukan survei langsung ke sungai untuk menghitung kecepatan aliran sungai dan luas penampang. •
Menghitung Kecepatan Aliran Sungai Ada beberapa cara untuk menghitung kecepatan aliran sungai :
o Current Meter Kecepatan aliran rata-rata di suatu penampang dapat diperoleh dengan menggunakan current meter. Kecepatan rata-rata ini diperoleh dari berbagai titik vertikal aliran sungai sesuai dengan kedalaman, lebar sungai dan sarana yang ada. 1. Pengukuran kecepatan aliran satu titik, dilaksanakan pada titik yang berjarak 0.6 atau 0.2 kedalaman (d) dari permukaan air a. kedalaman 0.6 d dilakukan apabila kedalaman kurang dari 0.75 m b. kedalaman 0.2 d dilakukan apabila pengukuran 0.6 d tidak dapat dilakukan, misalnya pada saat banjir
21
2. Pengukuran kecepatan aliran dua titik dilakukan apabila kedalaman air lebih dari 0,75 m. pengukuran dilakukan pada jarak 0.2 d dan 0.8 d, dan kecepatan rata-ratanya diambil dari persamaan:
V=
V0.2 + V0.8 2
(2.11)
dimana:
V ialah kecepatan aliran rata-rata pada suatu vertical (m/s) V0.2 ialah kecepatan aliran pada titik 0.2 d (m/s) V0.8 ialah kecepatan aliran pada titik 0.8 d (m/s) 3. Pengukuran kecepatan aliran tiga titik dilaksanakan pada kedalaman 0.2 d, 0.6 d, dan 0.8 d, dan kecepatan rata-ratanya ditentukan dari persamaan: V=
V0.2 + V0.6 V0.8 + 2 2
(2.12)
dengan tambahan V0.6 = kecepatan aliran pada titik 0.6 d (m/s) 4. Pengukuran kecepatan aliran dibanyak titik kedalamn diukur pada kedalaman tiap 1/10 bagian kedalaman dan kecepatan rata-ratanya dapat ditentukan dengan secara grafis
o Float Methode Metode ini dapat diaplikasikan pada aliran sungai yang lurus, tidak beriak dan tidak banyak halangan. Metode ini menggunakan sebuah benda yang dapat melayang pada aliran sungai. Benda ini ( biasanya menggunakan bola kecil atau gabus ) dialirkan pada lairan sungai sepanjang jarak tertentu. Kemudian dihitung berapa waktu yang dibutuhkan untuk mencapai jarak tersebut. Dengan demikian dapat diperoleh kecepatan aliran air. Percobaan ini sebaiknya dilakukan berulang-ulang pada beberapa sisi sungai dan jarak berbeda-beda, kemudian dihitung kecepatan rata-ratanya. Kecepatan ini kemudian dikoreksi dengan faktor koreksi sesuai dengan
22
jenis sungai yang sidurvei. Adapun beberapa faktor koreksi antara lain : - Sungai besar, lurus, lambat dan tidak banyak halangan
0.75
- Saluran bersemen, lurus, dan bentuknya teratur
0.85
- Sungai kecil, lurus dan tidak banyak halangan
0,65
- Sungai dangkal dan bergelombang
0.45
- Sungai sangat dangkal dan bergelombang
0.25
Sumber : Manual book on Micro‐hydro Development
•
Menghitung Luas Penampang Sungai Untuk menghitung luas penampang dapat dilakukan dengan mengalikan lebar
sungai dengan kedalaman sungai. Yang menjadi permasalahan ialah nilai kedalaman sungai yang berbeda – beda di setiap titik. Oleh karena itu, nilai kedalaman sungai dihitung pada beberapa titik. Semakin banyak titik perhitungannya semakin akurat nilainya. Setelah diperoleh nilainya, maka luas penampang dapat dirumuskan dengan persamaan [23] :
(2.13)
dimana A ialah luas penampang ( m2 ) l ialah lebar sungai ( m ) h1,h2...hn ialah kedalaman di beberapa titik ( m ) n ialah banyak titik perhiungan kedalaman sungai
2.4.2
Prediksi Head Air Sungai Perhitungan nilai head yang tersedia dapat diperkirakann dengan
menggunakan software Google Earth. Tetapi nilai head ini tidak dapat dijadikan patokan karena ketelitian dan kepastian nilai yang kurang teliti. Oleh karena itu diperlukan survei lebih lanjut ke lokasi untuk melakukan perhitungan head secara langsung.
23
Ada beberapa metode pengukuran head. Hal ini tergantung pada bentuk topografi lokasi, rentang head sungai dan keadaan lingkungan di sekitar aliran sungai. Untuk pengukuran head sebaiknya menggunakan beberapa metode untuk menghasilkan nilai head yang lebih teliti. Metode yang akan digunakan penulis untuk menentukan head ialah water-
filled-tube and rods. Metode ini cocok dilakukan pada head rendah sampai sedang karena membutuhkan peralatan dan biaya yang relatif mudah, tetapi akurasi cukup bagus. Metode ini pada prinsipnya mengaplikasikan sifat air yang selalu berada pada posisi mendatar pada tekanan yang sama. Peralatan yang dibutuhkan yaitu selang nilon transparan, tongkat, batang pengukur dan catatan. Prinsip kerjanya memerlukan minimal dua orang untuk berada pada dua titik ketinggian yang berbeda.Cara kerjanya ialah : 1. Apabila perhitungan dilakukan dari atas sampai ke bawah, orang pertama berada pada posisi awal menyesuaikan posisi air dalam selang pada ketinggian tertentu dengan tanah yang diinjak ( agar tidak terganggu aliran air ), sedangkan orang kedua turun sambil membawa selang dan tongkat pengukur sampai posisi tertentu ( tergantung peralatan yang ada ). Kemudian orang kedua menghitung ketinggian air pada selang dari tanah yang diinjak. Nilai ini dikurangi dengan ketinggian air dalam selang terhadap tanah yang diinjak orang pertama. 2. Setelah itu orang pertama turun ke daerah yang lebih rendah dengan membawa tongkat pengukur dan selang. Sedangkan orang kedua tetap pada posisinya dan menyesuaikan posisi air dalam selang pada ketinggian tertentu terhadap tanah yang diinjak ( agar tidak terganggu aliran air ). Setelah mencapai posisi tertentu ( tergantung peralatan yang ada ), orang pertama menghitung ketinggian air pada selang dari tanah yang diinjak. Nilai ini dikurangi dengan ketinggian air dalam selang terhadap tanah yang diinjak orag kedua.
24
3. Langkah-langkah tersebut diulang sampai posisi terendah ( tempat power
house yang direncanakan ). Nilai head ( tinggi jatuh air ) ialah penjumlahan dari head-head yang diperoleh dari setiap tahapan.
Gambar 2.11: Cara Pehitungan Head Sungai [6]
2.4.3
Penempatan Power House Rumah pembangkit ( power house ) merupakan tempat peralatan
elektrikal-mekanik terpasang. Unit turbin beserta sistem transmisi mekanik, generator, panel kontrol, dan ballast load terpasang di dalam bangunan ini. Pada
dasarnya
setiap
pembangunan
mikrohidro
berusaha
untuk
mendapatkan head yang maksimum. Konsekuensinya lokasi rumah pembangkit berada pada tempat yang serendah mungkin. Karena alasan keamanan dan konstruksi, lantai rumah pembangkit harus selalu lebih tinggi dibandingkan permukaan air sungai. Data dan informasi ketinggian permukaan sungai pada waktu banjir sangat diperlukan dalam menentukan lokasi rumah pembangkit. Selain lokasi rumah pembangkit berada pada ketinggian yang aman, saluran pembuangan air ( tail race ) harus terlindung oleh kondisi alam, seperti 25
batu-batuan besar. Disarankan ujung saluran tail race tidak terletak pada bagian sisi luar sungai karena akan mendapat beban yang besar pada saat banjir, serta memungkinkan masuknya aliran air menuju ke rumah pembangkit.
26
