PLTMH Sipil 2

 

 

PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) DI SUNGAI CIKANIKI, DESA MALASARI, KECAMATAN NANGGUNG, KABUPATEN BOGOR

FATMA NURKHAERANI

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016

 

 

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA  Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) di Sungai Cikaniki, Desa Malasari, Kecamatan Nanggung, Kabupaten Bogor adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada  perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Juli 2016

 Fatma Nurkhaerani  NIM F44120007 F44120007

 

 

ABSTRAK FATMA NURKHAERANI. Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) di Sungai Cikaniki, Desa Malasari, Kecamatan Nanggung, Kabupaten Bogor. Dibimbing oleh BUDI INDRA SETIAWAN. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) merupakan salah satu alternatif sumber energi berkelanjutan untuk memenuhi kebutuhan listrik masyarakat. Teknologi ini sudah ada sejak tahun 1970 namun penggunaannya  belum banyak di Indonesia. Indonesia. Tujuan penelitian ini adalah menghitung debit andalan di Sungai Cikaniki, menghitung kapasitas produksi listrik yang dapat dihasilkan serta merancang desain dasar Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) dengan mengacu pada sistem sejenis yang sudah terpasang di daerah lain. Penelitian ini dilakukan dari bulan Februari hingga Juni 2016 di Desa Malasari, Kabupaten Bogor. Persamaan linier dari kurva debit yang telah dibuat digunakan untuk  penentuan debit di lokasi penelitian. Berdasarkan hasil perhitungan, debit andalan yang didapatkan sebesar 1.24 m3/detik. Direncanakan tinggi jatuh (head  (head ) untuk PLTMH di Sungai Cikaniki sebesar 8.5 m dengan tinggi jatuh efektif 6.37 m, sehingga didapatkan daya listrik sebesar 62.8 kW. PLTMH ini dirancang akan menggunakan turbin propeller. Kata kunci: daya listrik, debit andalan, perancangan, PLTMH ABSTRACT

FATMA NURKHAERANI. Design of Micro Hydro Power Plant Pla nt at Cikaniki River, Malasari Village, Nanggung District, Bogor Regency. Supervised by BUDI INDRA SETIAWAN. Micro hydro power plant (MHPP) is one of the alternative sustainable energy ener gy resources to fulfill the electricity electri city needs of the community. This technology has been utilised since the 1970’ 1970’s but it was rarely utilised in Indonesia. The purpose of this research were to calculate the reability discharge in the Cikaniki River, to calculate capacity of electricity electricit y that can be produced and to make the basic desi design gn of MHPP according to the similar systems already installed in other areas. This research was conducted since February to June 2016 at Malasari Village, Bogor Regency. Reability discharge was calculated using equation from the discharge curve. The result showed that reability discharge was 1.24 m 3/s. Head for micro hydro power  plant at Cikaniki River was 8.5 m with effective head of 6.37 m and could produced produced  power of 62.8 kW. The The design of micro hydro power p plant lant use a propeller turbin. Keywords: capacity of electricity, design, micro hydro power plant, reability discharge

 

 

PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) DI SUNGAI CIKANIKI, DESA MALASARI, KECAMATAN NANGGUNG, KABUPATEN BOGOR

FATMA NURKHAERANI

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik  pada Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016

 

 

PRAKATA Puji dan syukur dipanjatkan kepada Allah subhanahu Allah  subhanahu wa t a’ala a’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2016 ini ialah i alah Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro, dengan judul Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) di Sungai Cikaniki, Desa Malasari, Kecamatan Nanggung, Kabupaten Bogor. Terima kasih diucapkan kepada Prof. Dr. Ir Budi Indra Setiawan, M.Agr selaku pembimbing, serta Dr. Ir. Roh Santoso Budi Waspodo, M.T dan Dr. Yudi Chadirin S.TP, M.Agr selaku penguji yang telah banyak memberikan saran. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada kedua orangtua tercinta Bapak Asep Suryono dan Ibu Mariani serta Ahmad Baihaqi dan Sofi Aulia Ramadhina atas segala doa dan kasih sayangnya. Penghargaan juga diberikan kepada rekanrekan satu tim penelitian, Noviyanti, Rinaldo Pratama, Meilisa, Citra Noer Intan Purwadi, dan Harits Kusuma Andaerri atas semangat, kerja keras dan kerjasamanya selama penelitian ini berlangsung. Terimakasih juga untuk sahabat, Kak Elis, Kak Tika, Kak Sani, segenap keluarga IPB Mengajar, SIL 49, yang selalu menyemangati dan mendukung penyelesaian karya ilmiah ini. Karya ini jauh dari sempurna tetapi diharapkan karya ilmiah ini dapat  bermanfaat.

Bogor, Juli 2016

 Fatma Nurkhaerani

 

 

DAFTAR ISI DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR

vii viii viii

DAFTAR LAMPIRAN PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Ruang Lingkup Penelitian TINJAUAN PUSTAKA Ketersediaan Air Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) METODE Waktu dan Lokasi Penelitian Alat dan Bahan Prosedur Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN Keadaan Umum DAS Cisadane Analisis Ketersediaan Air Sungai Cikaniki Analisis Daya Listrik Analisis Debit Puncak Desain dasar komponen PLTMH SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN RIWAYAT HIDUP

viii 1  1  1  2  2  2  2  2  3  5  5  5  5  12  12  14  15  15  18  23  23  23  23  26 39

 

 

DAFTAR TABEL 1 Koefisien kekasaran pipa 2 Hasil perhitungan debit sungai di lokasi penelitian 3 Daerah operasi turbin 4 Curah hujan rata-rata DAS Cisadane

4 14 15 15

5 Hasil perhitungan parameter statistik analisis frekuensi 6 Hasil perhitungan dengan Uji Chi-Kuadrat 7 Hujan rancangan berbagai periode ulang 8 Hasil perhitungan koefisien limpasan 9 Hasil perhitungan debit puncak berbagai periode ulang

16 16 17 17 18

DAFTAR GAMBAR 1 Diagram alir penelitian 2 Peta topografi perencanaan lokasi PLTMH 3 Kurva hasil pengukuran debit di lokasi penelitian

6 13 14

4 Gaya angkat untuk bangunan yang dibangun pada pondasi buatan 5 Desain 3D saluran pembawa 6 Desain 3D saluran pembuang

19 20 22

DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6 7

Lokasi potensial perencanaan PLTMH di Desa Malasari Gambar perencanaan 2D bendung Gambar perencanaan 2D bak pengendap Gambar perencanaan 3D bak pengendap Gambar perencanaan 2D saluran pembawa dan bak penenang Gambar perencanaan 3D saluran pembawa dan bak penenang Gambar perencanaan 2D rumah turbin

8 3D rumah turbin PLTMH 9 Gambar Gambar perencanaan skema 2D potongan memanjang 10 Gambar skema 3D potongan memanjang PLTMH

26 27 30 31 32 34 35 36 37 38

 

1

PENDAHULUAN Latar Belakang

Energi merupakan suatu aspek penting dalam kehidupan secara menyeluruh. Sumber energi yang saat ini banyak digunakan di Indonesia berasal dari batu bara yang diketahui jumlahnya terbatas. Sehingga dibutuhkan sumber lain yang bersifat terbarukan dan dapat selalu dimanfaatkan sebagai sumber energi  berkelanjutan. Sumber energi yang dapat dimanfaatkan yaitu energi angin, air, cahaya matahari dan panas bumi. Menurut data  Blueprint Pengelolaan Energi  Nasional 2005-2025 yang dikeluarkan oleh Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM) pada tahun 2005, cadangan minyak bumi di Indonesia pada tahun 2004 diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 18 tahun dengan rasio cadangan/produksi pada tahun tersebut. Sedangkan gas diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 61 tahun dan batubara 147 tahun (Sulistiyono et al . 2013). Keberadaan sumber daya air saat ini belum sepenuhnya dimanfaatkan dengan maksimal. Jumlah air di Jawa Barat mencapai 4.3 miliar m 3/tahun, akan tetapi baru dimanfaatkan 28% saja (Bappenas 2011). Salah satu pemanfaatan sumber daya air yang sangat potensial adalah sebagai pembangkit listrik. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) bukan merupakan hal yang  baru, ide i de tentang pemanfaatan energi air ini sudah ada sejak tahun 1970. Namun  penggunaannya di Indonesia Indonesia belum terlalu banyak. banyak. Secara keseluruhan penggunaan  pembangkit listrik yang menggunakan energi terbarukan pada 2012 masih rendah yaitu mencapai 11.31% dari total energi yang diproduksi (Kementrian ESDM 2013). Kondisi sumber air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya da ya (resources) (resources)  penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari instalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik (Kadir 2010). Secara teknis, mikro hidro mempunyai tiga komponen utama yaitu air sebagai sumber energi, turbin dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan dari ketinggian tertentu melalui pipa pesat menuju rumah instalasi ( powerhouse)  powerhouse) (Sukamta dan Kusmantoro 2013). Sungai Cikaniki terletak di Desa Malasari, Kecamatan Kecamata n Nanggung, Kabupaten Bogor. Pada Desa Malasari terdapat beberapa kontur yang curam dengan jarak dekat sehingga memiliki potensi untuk pembangunan PLTMH. Pada perancangan ini dilakukan perhitungan debit andalan dan desain bangunan sipil untuk PLTMH di Desa Malasari. PLTMH ini diharapkan dapat membantu memenuhi kebutuhan listrik di kawasan wisata Desa Malasari yang akan dibangun oleh kepala Desa Malasari. Hasil akhir penelitian diharapkan mampu menghasilkan desain  perancangan PLTMH yang dapat direalisasikan secara nyata. Perumusan Masalah

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui debit andalan yang akan digunakan dalam perancangan pembangunan PLTMH di Sungai Cikaniki. Listrik yang dihasilkan dibutuhkan untuk menerangi beberapa wilayah di Desa Malasari.

 

2

Oleh karena itu perlu diperhatikan pemilihan elevasi-elevasi elev asi-elevasi yang berpotensi untuk  penempatan PLTMH. PLTMH. Perumusan masalah yang muncul berdasarkan latar belakang yang telah disebutkan, yaitu: 1.  Bagaimana potensi debit andalan di Sungai Cikaniki? 2.  Berapa daya listrik yang dibutuhkan di kawasan wisata yang akan dibangun? 3. dayaperancangan listrik yang dapat dihasilkan dari perancangan PLTMH? 4.   Berapa Bagaimana PLTMH di Sungai Cikaniki? Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut: 1.  Menghitung debit andalan di Sungai Cikaniki. 2.  Menghitung kapasitas produksi listrik yang dapat dihasilkan. 3.  Merancang desain dasar Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) dengan mengacu pada sistem sejenis yang sudah terpasang di daerah lain. Manfaat Penelitian Manfaat hasil penelitian ini adalah: 1.  Memberikan informasi kepada masyarakat Desa Malasari mengenai  besarnya debit andalan dan daya listrik yang dihasilkan pada Sungai Cikaniki. 2.  Memberikan rekomendasi kepada pemerintah setempat dan masyarakat mengenai sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) di Sungai Cikaniki. Ruang Lingkup Penelitian

Ruang lingkup dari penelitian ini adalah: 1.  Sungai Cikaniki yang berlokasi di Desa Malasari, Kecamatan Nanggung, Kabupaten Bogor. 2.  Debit andalan di Sungai Cikaniki, perhitungan daya listrik dan desain  bangunan sipil PLTMH menggunakan menggunakan software  software AutoCAD.

TINJAUAN PUSTAKA Ketersediaan Ketersedia an Air

Ketersediaan air adalah banyaknya air yang tersedia yang dapat memenuhi kebutuhan penduduk sampai tahun – tahun tahun kedepan serta tersedianya dalam jumlah yang cukup besar. Secara keseluruhan jumlah air di planet bumi ini relatif tetap dari masa ke masa (Suripin 2002). Ketersediaan air terdiri dari debit sungai dan mata air. Informasi mengenai debit ketersediaan air sungai merupakan salah satu informasi hidrologi yang penting diketahui dalam pengembangan sumber daya air. Kebutuhan akan sumber daya air berdasarkan amanat dari Undang-Undang No. 7 Tahun 2004 tentang Sumber Daya Air menyatakan bahwa pemenuhan kebutuhan  pokok merupakan prioritas di atas kebutuhan lainnya. l ainnya. Kebutuhan pokok tersebut

 

3

adalah kebutuhan air minum dan kebutuhan air irigasi. Urutan prioritas priorit as penyediaan sumber daya air selain kebutuhan pokok ditetapkan pada setiap wilayah oleh Pemerintah atau Pemda sesuai kewenangan (Dinas PSDA 2010). Ketersediaan air di suatu daerah tidak hanya berdampak bagi manusia, tetapi juga bagi makhluk hidup lain. Bagi tanaman dan hewan, ketersediaan air dapat mempengaruhi  populasi, jenis dan distribusinya (Comita dan Engelbrecht Engelbrecht 2009). Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) 

Pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTMH) adalah suatu sistem  pembangkit listrik listri k yang dapat mengubah potensi air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan menggunakan turbin air dan generator (Arismunandar dan Kuwahara 1974). Sebuah skema mikrohidro memerlukan dua hal yaitu, debit air dan ketinggian jatuh (head  ( head ) untuk menghasilkan tenaga yang dapat dimanfaatkan (Rompas 2011).  Head   merupakan energi spesifik yang dinyatakan dalam satuan meter, dengan kata lain adalah energi per satuan berat jenis fluida.  Head   yang diukur disini adalah head statis yaitu berupa elevasi dari  permukaan air sumber dan elevasi dari masing-masing komponen PLTMH yang akan dipasang (Waisnawa 2012). Dengan kemajuan teknis, tinggi 1 hingga 1.5 m dapat digunakan dan kapasitas turbin dapat dibuat 4 sampai 5 kW. Salah satu sebab bagi negara-negara maju membangun PLTA berkapasitas kecil ini adalah harga minyak OPEC yang terus meningkat sekarang ini, di samping bertambahnya kebutuhan listrik (Patty 1995). Beberapa hal pokok yang menjadi fokus perhatian dalam pengembangan rancang bangun mikrohidro standar PU (Endardjo et al . 1998) adalah : 1.  Sistem Konstruksi Pemilihan sistem konstruksi dengan komponen-komponen modular yang dibuat secara pabrikasi didasarkan pada pertimbangan bahwa biaya konstruksi akan dapat ditekan serendah mungkin apabila sebagian besar elemen  bangunan/peralatan dibuat secara massal. 2.  Kapasitas Daya Mikrohidro Penetapan kapasitas daya maksimum mikrohidro sebesar 50 kW didasarkan  pada perkiraan sementara (belum dilakukan studi) bahwa harga komersial mikrohidro yang dapat diterima oleh pasar tidak lebih dari Rp 150.000.000,- dan harga per kW mikrohidro kapasitas daya 50 kW maksimum Rp 3.000.000, 3.  Kapasitas Tinggi Terjun dan Debit Mikrohidro Kapasitas tinggi terjun mikrohidro ditetapkan maksimum 50 m didasarkan pada kemampuan memikul beban tekanan dari komponen-komponen mikrohidro yang sedang dikembangkan. Menurut Abdul et al . (2014) konstruksi bangunan sipil untuk PLTMH adalah: 1.  Bendung Berfungsi untuk menaikkan tinggi muka air di sungai, agar a gar bisa masuk ke pintu  pengambilan (intake (intake). ). 2.  Intake Konstruksi bendung dilengkapi dengan bangunan pengambilan (intake (intake)) yang  berfungsi mengarahkan air dari sungai masuk ke dalam bak pengendap.

 

4

3.  Bak Pengendap Bangunan pengendap digunakan untuk menangkap sedimen yang melalui saluran. Bangunan pengendap sedimen dapat direncanakan bentuknya, bahan  pembuatnya, serta penempatan posisinya berdasarkan keadaan saluran  pembawanya.    pembawanya. 4.  Saluran Pembawa Bangunan saluran pembawa air  (headrace (headrace ) adalah untuk) mengalirkan air dari intake/settling    basin basin  ke bak channel  penenang ( forebay  forebay) dan untuk mempertahankan kestabilan debit air. Jenis saluran ini adalah saluran terbuka. 5.  Bak Penenang Merupakan tempat permulaan pipa pesat ( penstock ) yang mengendalikan aliran minimum, sebagai antisipasi aliran yang cepat pada turbin, serta tempat  pengendapan akhir. 6.  Pipa Pesat Pipa pesat ( penstock  penstock pipe) pipe) adalah saluran tertutup (pipa) pembawa air yang menuju turbin yang ditempatkan di rumah pembangkit. Saluran ini yang akan  berhubungan dengan peralatan mekanik seperti turbin. Kondisi topografi dan  pemilihan sistem PLTM mempengaruhi tipe pipa pesat ( penstock  penstock pipe). pipe). Tabel 1 Koefisien kekasaran pipa Material Pipa C Pipa Asbes 140 Kuningan 130 –  140 130 –   140 Cast Iron 95 95 –   –  130  130 Pipa Berlapis Semen 120 –  120 –  140  140 Tembaga 130 –  140 130 –   140 Pipa Besi Digalvanis 120 Timah 130 –  140 130 –   140 Plastik (PVC) 140 –  140 –  150  150 Baja (Steel) 140 –  140 –  150  150 Sumber : Birdi (1979) 7.  Rumah Pembangkit ( Power House) House) Bangunan rumah pembangkit ( power house) house) adalah bangunan yang berfungsi untuk melindungi peralatan elektrikal mekanikal seperti turbin, generator, panel kontrol dan lainnya dari segala gangguan. 8.  Saluran Pembuang ((tailrace tailrace)) Saluran pembuang (tailrace (tailrace)) bertujuan sebagai saluran pembuang air dari rumah  pembangkit dan menggerakkan turbin. Pembangkit tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga, dari tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan menggunakan turbin air dan generator (Abdul et al . 2014). Suatu pembangkit listrik tenaga mikrohidro tergantung dengan debit air, ketinggian (jatuh ketinggian) dan efisiensi (Septiani 2013). Persamaan (1) merupakan persamaan yang digunakan untuk menentukan besarnya daya yang dihasilkan oleh suatu turbin.   (1)

  ƞ ×  ×  × 

 

5

P g Hnetto ƞ  Q

= daya (kW) = percepatan gravitasi (m/s2) = tinggi efektif (m) = efisiensi turbin = debit air (m3/detik)

METODE Waktu dan Lokasi Penelitian 

Penelitian ini dilakukan dalam rentang waktu lima bulan, selama bulan Februari hingga Juni 2016. Lokasi penelitian adalah Sungai Cikaniki, Desa Malasari, Kecamatan Nanggung, Kabupaten Bogor. Alat dan Bahan 

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperangkat alat pengolah data, seperti kalkulator serta komputer atau laptop yang telah dilengkapi dengan  beberapa perangkat lunak, di antaranya  Microsoft Office 2010, Google Earth, CROPWAT 8.0, dan  AutoCAD 2010. Peralatan yang digunakan sebagai  pengambilan data yaitu Global Positioning System (GPS), pita ukur,  stopwatch  stopwatch,, current meter   dan penggaris. Penelitian ini menggunakan data primer dan data sekunder. Data sekunder yang digunakan yaitu peta wilayah, data curah hujan tahun 2002-2012 dan kebutuhan listrik yang akan digunakan. Data primer yang digunakan yaitu data dimensi sungai , tinggi terjunan (head  (head ). ). Prosedur Penelitian 

Langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian ini diawali dengan munculnya gagasan atau ide penelitian, perumusan masalah, pengambilan data  primer dan sekunder, dan dilanjutkan dengan perhitungan debit andalan,  perhitungan kebutuhan daya listrik di kawasan wisata, dan perancangan desain PLTMH. Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan dari Saudara Rinaldo Pratama yang berjudul Penentuan Lokasi untuk Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) di Desa Malasari, Kabupaten Bogor . Langkahlangkah penelitian disajikan dalam Gambar 1.   Perhitungan Debit Andalan  Pada perhitungan debit andalan dengan secara langsung dilakukan  pendekatan pada tinggi muka air terhadap debit yang dihasilkan. Pada Pada perhitungan debit andalan ini dibutuhkan tinggi muka air maksimum dan minimum yang diukur langsung di lapangan. Pengukuran tinggi muka air maksimum dan minimum ini diperkuat dengan didapatkannya informasi dari warga sekitar sungai yang akan dibangun lokasi PLTMH tersebut. Kemudian untuk pengukuran tinggi muka air maksimum saat musim hujan dapat dilakukan juga dengan mengamati adanya sampah yang terbawa air saat debit maksimum. Adanya sampah tersebut di sisi

sungai merupakan tinggi muka air maksimum di lokasi tersebut.

 

6

Mulai

Studi literatur

Survei dan pengumpulan

Data sekunder

Data primer

Data peta wilayah dan curah hujan tahun 2002 - 2012

Data sungai (debit dan  penampang) dan tinggi jatuh

Perhitungan debit banjir rancangan

Pembuatan kurva dari hasil pengukuran debit dilapang dan penentuan debit andalan

Perhitungan daya listrik yang dapat dihasilkan Perancangan : bendung, intake, bak  pengendap, saluran pembawa, bak penenang,  pipa pesat, dan rumah turbin

Selesai

Gambar 1. Diagram alir penelitian

 

7

Pada perhitungan debit andalan secara langsung ini membutuhkan debit air yang diukur langsung di lapangan. Pengukuran debit langsung di lapangan dilakukan dengan menggunakan current meter  dan   dan  stopwatch  untuk menentukan  stopwatch untuk kecepatan air dan dimasukkan pada Persamaan (2) dan (3) (Norhadi ( Norhadi et al . 2015).  N =  



(2)

A = b× y

(3)

Keterangan:  N B Y A n t

= = = = = =

faktor konversi lebar saluran (m) kedalaman saluran (m) luas penampang sungai (m2) banyak putaran waktu (detik)

Setelah luas penampang aliran diperoleh, kecepatan aliran pada current meter   , dapat dengan Persamaan Selanjutnya, debit aliran dapat dihitung dengandihitung Persamaan (5) (Ludiana et al (4). . 2015). V = (0.127 × N) + 0.006

(4)

Q=V×A

(5)

Keterangan:  N V Q A

= = = =

faktor konversi kecepatan aliran (m3/det) debit aliran (m3/det) luas penampang aliran (m2)

Pengukuran debit ini dilakukan pada titik yang sama sebanyak enam kali di waktu yang berbeda. Hal ini dilakukan agar dapat dibuat kurva berdasarkan hubungan antara tinggi muka air maksimum dan minimum serta debit maksimum dan minimumnya sehingga didapatkan persamaan garisnya. Setelah didapatkan  persamaan garisnya, head  maksimum  maksimum dan minimum yang diukur langsung tersebut dimasukkan pada persamaan terhadap fungsi debit. Hal ini dilakukan agar didapatkan nilai debit andalan dan debit maksimum berdasarkan persamaan pada kurva  yang telah dibuat sebelumnya. kurva Debit Puncak Dalam merencanakan bangunan air, analisis yang perlu ditinjau adalah analisis hidrologi. Analisis hidrologi diperlukan untuk menentukan besarnya debit  puncak yang akan berpengaruh terhadap besarnya debit maksimum maupun kestabilan konstruksi yang akan dibangun. Analisis diawali dengan pengolahan

data curah hujan dengan metode Isohyet, kemudian ditentukan jenis ditribusi yang

 

8

sesuai dengan parameter statistik analisis frekuensi (Singh 1992) yang dapat dilihat  pada Persamaan (6), (7),(8),dan (9). 1.  Deviasi Standart (Sx)

  (−̅) ∑         −  

(6)

2.  Coefisien Skewness (Cs)

  (−̅)  ∑    (−)(−)   

(7)

3.  Coefisien Kurtois (Ck )

  (−̅ )    ∑   (−)(−)(−)   

(8)

4.  Coefisien Variasi (Cv)

   

(9)

Distribusi Gumbel Menurut Chow (1964), rumus umum yang digunakan dalam metode Gumbel dapat dilihat pada Persamaan (10), (11) dan (12) (Kadir 2010).

  ̅  +−.            −    

(10) (11) (12)

Keterangan : Yn   = reduced mean yang mean yang tergantung jumlah sampel/data n Sn  = reduced standart deviation yang deviation yang juga tergantung pada jumlah data Tr   = fungsi waktu balik (tahun) YTr   = reduced variate  variate  Uji Chi-Square Uji Chi-Square dimaksudkan untuk menentukan apakah persamaan distribusi yang telah dipilih dapat mewakili distribusi statistik sampel data yang dianalisis. Parameter Xh2 merupakan variabel acak. Parameter Xh2 yang digunakan dapat dihitung dengan Persamaan (13) (Suripin 2002).

    ∑=  (− )  Keterangan Xh2  = parameter Chi-Square terhitung G = jumlah sub kelompok Oi  = jumlah nilai pengamatan pada sub kelompok i Ei  = jumlah nilai teoritis pada sub kelompok i

(13)

 

9

Waktu Konsentrasi Salah satu metode untuk memperkirakan waktu konsentrasi adalah rumus yang dikembangkan oleh Kirpich tahun 1940 yang dapat dilihat pada Persamaan (14) (Kamiana 2011).  2011). 

 .5 .  ×    ×   

(14)

Keterangan : konsentrasi (jam) tc  = waktu L = panjang sungai (km) S = kemiringan sungai (m/m) Intensitas Curah Hujan Intensitas hujan (mm/jam) dapat diturunkan dari data curah hujan harian (mm) empiris menggunakan metode Mononobe, intensitas curah hujan (I) dalam rumus rasional dapat dihitung dengan Persamaan (15) (Loebis 1992).

   4 4 / 

(15)

Keterangan : R t I

= curah hujan rancangan setempat (mm) = lamanya curah hujan (jam) = intensitas curah hujan (mm/jam)

Metode Rasional Metode rasional adalah metode met ode lama yang masih digunakan hingga sekarang untuk memperkirakan debit puncak ( peak discharge). discharge). Bentuk umum persamaan rasional dapat dilihat pada Persamaan (16)

  0.2778 ×  ×  ×  

(16)

Keterangan : Q = debit banjir maksimum (m3/detik) C = koefisien pengaliran/limpasan I = intensitas curah hujan rata-rata (mm/jam) A = luas daerah pengaliran (km2) Desain Dasar Bangunan Mikrohidro Data-data yang digunakan dalam penyusunan desain dasar bangunan bangunan utama PLTMH antara lain yaitu data sungai di sekitar bendung seperti lebar normal sungai, lebar rata-rata dasar sungai, kemiringan talud, kemiringan ratarata dasar sungai sekitar lokasi bendung, elevasi dasar sungai di sekitar rencana  bendung, elevasi di sekitar bak penenang/pengendap, elevasi di sekitar rumah turbin ( power  power house), house), debit rencana (Qdesain), dan tinggi muka air pada saat banjir. Berikut adalah komponen penting desain dasar bangunan mikro hidro.

 

10

1.  Bangunan Pengalih Aliran Pada fase pembangunan diperlukan lapangan pekerjaan yang kering, sehingga diperlukan suatu bangunan pengalih aliran untuk mengalihkan aliran air sungai (Kadir 2010). Data yang dibutuhkan untuk penentuan bangunan  pengalih aliran adalah elevasi el evasi dasar sungai, tinggi ti nggi air pada banjir tahunan dan  jagaan/ freeboard   freeboard . 2.  Bendung Komponen yang harus diketahui untuk pembangunan bendung adalah lokasi bendung, elevasi mercu bendung, tinggi muka air maksimum di sungai, lebar bendung, mercu bendung, dan kolam olak (peredam energi). Persamaan yang digunakan untuk perancangan pembangunan bendung yaitu Persamaan (17).

  √     V C R S

(17) = kecepatan aliran (m2/detik) = koefisien pengaliran = jari-jari hidraulik (m) = kemiringan saluran

Persamaan tinggi energi dan debit yang digunakan untuk bendung dipilih  berdasarkan bentuk bentuk ambang dan pengontrolnya. pengontrolnya. Perhitungan tinggi muka muka air di atas bendung berdasarkan Dirjen Pengairan (1986). Persamaan yang digunakan yaitu Persamaan (18).

  2/3 2/3  2/3 2/3 /5  Q Cd g

(18)

= debit air sungai (m3/detik) = koefisien pengaliran = gravitasi (m/detik 2)

3.  Bangunan Pengambilan (intake (intake)) Bangunan intake intake   harus mensuplai debit air dengan stabil ke saluran  pembawa, yang kemudian kemudian diteruskan ke bangunan kolam kolam penenang (f orebay). orebay). Persamaan yang digunakan untuk perhitungan bangunan pengambil yaitu Persamaan (19).

2 ×  ×   1.2×   × × × ℎ 2×

(19)

h1  = tinggi muka air normal dari dari ambang ambang pintu pengambilan (m) z = kehilangan energi pada pintu masuk (m)  b = lebar bangunan intake (m) Kemiringan rencana saluran sampai diujung masuk bangunan kantong sedimen dapat diketahui dengan Persamaan (20).

 //     

(20)

 

11

R S

= jari-jari hidraulik (m) = kemiringan saluran

4.  Saluran Pembawa ( Headrace)  Headrace) Saluran pembawa adalah salah satu bangunan yang sangat vital di dalam  perancangan dan desain Pdiketahui LTMH (Kadir 2010). Penentuan kedalaman saluran dapatPLTMH dengan Persamaan (20).besarnya lebar dan 5.  Bangunan pengendap sedimen (sedimen trap) trap)   Butiran sedimen yang masuk dalam bangunan pengendap sedimen, dengan kecepatan endap sedimen “w” dan kecepatan air “v“ harus mencapai titik C, sehingga butiran sedimen tersebut akan berjalan selama waktu H/v, yang diperlukan untuk mencapai dasar, untuk selanjutnya bergerak atau  bergulir sepanjang L dalam waktu L/v L/v (Kadir 2010). Persamaan dapat disusun seperti pada Persamaan (21). Perhitungan kapasitas bak pengendapan pasir dilakukan dengan Persamaan (22) dan (23).

                 

(21)

Jumlah endapan pasir (kg/detik) = P x Q

(22)

  Kedalaman bak endapan (m)     H w L v Q B P V A 6. 

(23)

= kedalaman aliran (m) = kecepatan endap butiran sedimen (m/detik) = panjang bangunan pengendap sedimen (m) = kecepatan aliran air (m/detik) = debit air di saluran (m3/detik) = lebar kantong lumpur (m) = kandungan pasir (kg/m3) = volume endapan (m3) = luas bak pengendap (m2)

Bak Penenang ( forebay)  forebay) Bangunan penenang harus dibuat dari konstruksi kedap air dan tahan  bocor serta didesain menghubungkan menghubungkan saluran pembawa dan  penstock . Bangunan ini juga dilengkapi dengan spillway dengan spillway yang  yang memiliki kapasitas 120% dari debit rancangan (Kurniawan et al . 2009). Persamaan yang digunakan  pada perhitungan bak penenang dapat dilihat pada Persamaan (24).

   ×    ×  ×   As  B L dsc

(24)

= luas area bak penenang (m2) = lebar bak penenang (m) = panjang bak penenang (m) = kedalaman air dari kedalaman aliran yang sama dari sebuah saluran ketika menggunakan debit maksimum (h0) menuju

 

12

kedalaman kritis dari ujung tanggul untuk menjebak pasir dalam sebuah bak penenang (hc) (m) 7. 

Pipa pesat ( penstock   penstock ) Pipa pesat adalah suatu pipa tekan yang berfungsi untuk mengalirkan air dari embung atau dari bak penenang ataupun langsung dari head race tunnel  ke   ke turbin (Indarto et al . 2012). Parameter yang penting dalam desain  pipa  penstock  terdiri  pipa penstock    terdiri dari material yang digunakan, diameter dan ketebalan  pipa serta jenis sambungan yang digunakan. Persamaan-persamaan yang digunakan untuk penentuan dimensi pipa pesat yaitu Persamaan (25) dan (26).

     2ℎ 2ℎ  ℎ     V h hf f D

(25) (26)

= kecepatan aliran (m/detik) = tinggi energi total (statis) (m) = kehilangan tenaga akibat gesekan (m) = koefisien gesekan = diameter pipa (m)

8.  Kehilangan tenaga (head (head loss) loss) Kehilangan tenaga pada pipa pesat adalah jumlah j umlah dari kehilangan tenaga  pada intake pipa pesat ditambah kehilangan tenaga akibat gesekan dan akibat  penyempitan pipa pada ujung pipa pesat (Kadir 2010). Persamaan yang digunakan yaitu Persamaan (27).

∆   (−) 

(27)

ξmasuk   = koefisien koefisien kehilangan kehilangan energi pada pintu masuk (0.1) (0.1) Va  = kecepatan dalam saluran pembawa (m/detik) V1  = kecepatan aliran dalam penstock (m/detik) 9.  Rumah pembangkit Perancangan bentuk, ukuran serta bahan-bahan yang akan digunakan untuk rumah pembangkit disesuaikan dengan keadaan geografis di lokasi. 10. Saluran pembuang akhir (Tail ( Tail race) race) Persamaan yang digunakan untuk perancangan dimensi saluran  pembuang akhir sama dengan de ngan persamaan untuk perancangan dimensi saluran  pembawa.

HASIL DAN PEMBAHASAN Keadaan Umum DAS Cisadane 

DAS Cisadane terletak pada 6 o72’ sampai 6o76’ LS dan 106o58’ sampai o

106 51’ BT dan terbagi t erbagi menjadi sub DAS, yaitu bagian hulu dan Cisadane Hulu), 1 sub DAS di 4bagian tengah dan2 1di sub DAS di (Cianten bagian hilir.

 

13

Berdasarkan batas administrasi, DAS Cisadane mencakup 518 desa yang tersebar di 44 kecamatan di 5 kabupaten/kota yaitu Kabupaten Bogor, Kota Bogor Kabupaten Tangerang, Kota Tangerang, dan Kota Tangerang Selatan. DAS Cisadane mempunyai ketinggian yang sangat beragam dan didominasi daerah yang  berbukit dan bergelombang. Pada Sub DAS Cianten 40.5% 40.5% wilayahnya berada pada ketinggian 500-1000 m, sedangkan di Sub DAS Cisadane Hulu 45.6% wilayahnya  berada pada ketinggian 200-500 m. Wilayah tengah dan hilir DAS Cisadane didominasi oleh daerah yang relatif landai dengan ketinggian 0-200 m. Kawasan hijau tersebar lebih banyak di bagian hulu yaitu ±33%. Penutupan lahan di bagian hulu didominasi oleh lahan pertanian semusim, ladang, sawah dan tegalan. Desa Malasari adalah salah satu desa di wilayah Kecamatan Nanggung Kabupaten Bogor, dengan luas wilayah 8262.22 ha dan terdiri dari 4 dusun, 12 RW serta 49 RT. Wilayah Desa Malasari sebelah Utara Utar a berbatasan dengan Desa Cisarua dan Curug Bitung, sebelah Timur berbatasan dengan Desa Bantar Karet, sebelah Selatan berbatasan dengan Desa Cipeuteuy, Kecamatan Kabandungan, Kabupaten Sukabumi dan Provinsi Banten, sedangkan sebelah Barat berbatasan dengan Desa Kiarasari Kecamatan Sukajaya. Secara umum Desa Malasari beriklim sedang dengan temperatur rata-rata 22-30 oC pada malam hari dan 27 – 3 35 5 oC pada siang hari, dengan ketinggian + 800 mdpl. Peta lokasi perencanaan PLTMH di Desa Malasari dapat dilihat pada Lampiran 1.

Gambar 2 Peta topografi perencanaan lokasi PLTMH Perancangan komponen PLTMH mempertimbangkan topografi wilayah. Kondisi topografi untuk perencanaan lokasi PLTMH dapat dilihat pada Gambar 2. Berdasarkan KP-02 tentang Perencanaan Bendung, rekomendasi syarat pemilihan lokasi bendung berdasarkan topografinya yaitu dipilih lembah sempit dan tidak terlalu dalam dengan mempertimbangkan topografi di daerah tangkapan air (Dirjen Pengairan 1986). Peta topografi digunakan untuk mengetahui posisi bendung  pembangkit listrik tenaga mikrohidro yang terletak pada koordinat 6°40'34.36"S dan 106°30'42.12"E tepatnya pada elevasi mercu +981.5 mdpl.

 

14

Analisis Ketersediaan Air Sungai Cikaniki  

Sungai Cikaniki merupakan sub DAS dari DAS Cisadane, Sungai Cikaniki  berada di bagian hulu DAS Cisadane. Cis adane. Ketersediaan data debit aliran yang panjang dan lengkap sangat mendukung dalam program perencanaan dan pengelolaan sumberdaya air di suatu wilayah atau Dearah Aliran Sungai. Hasil perhitungan debit sungai di lokasi penelitian dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Hasil perhitungan debit sungai di lokasi penelitian Y (m) V (m/detik) Q (m3/detik) 0.78 0.48 1.14 0.81 0.72 1.71 0.92 0.84 2.00 1.18 1.34 3.18 1.24 1.50 3.57 Analisis ketersediaan air dilakukan dengan mengambil data langsung dari lokasi penelitian. Debit minimal dan maksimal diketahui dengan membuat kurva  kurva   dari hasil perhitungan debit secara langsung. Pengukuran debit dilakukan sebanyak enam kali. Pada Tabel 2 dapat dilihat bahwa debit yang didapatkan selama  pengukuran beragam. Berdasarkan Tabel 2, debit yang didapatkan mengalami  peningkatan, hal ini disebabkan saat pengambilan pada kondisi hujan sehingga semakin lama debitnya semakin besar. Perhitungan debit dilakukan dil akukan secara langsung untuk melihat kondisi debit di lapangan. Selanjutnya hasil tersebut dibuat kurva untuk melihat besarnya debit pada ketinggian minimum dan maksimum. Hasil pembuatan kurva dapat dilihat pada Gambar 3 yaitu merupakan grafik yang menggambarkan hubungan antara tinggi muka air dan besarnya aliran. Berdasarkan persamaan yang didapatkan dari kurva pada Gambar 3, didapatkan debit sungai pada ketinggian minimum 0.7 m sebesar 1.24 m3/detik dan debit sungai  pada ketinggian maksimum 3 m sebesar 9.97 m3/detik. 20 3,7962x - 1,415 y = 3,7962x 1,4155 5 R² = 0,9987

18 16    ) 14    k    i    t   e 12    d    /

   3

  m10    (    t    i 8    b   e    D 6

4 2 0 0

1

2

3

4

5

Tinggi muka air (m)

Gambar 3 Kurva hasil pengukuran debit di lokasi penelitian

6

 

15

Analisis Daya Listrik  

Tinggi jatuh yang direncanakan disesuaikan dengan keadaan di lapangan yaitu 8.5 m. Berdasarkan Tabel 3 (Dirjen ESDM 2009) dapat dilihat bahwa dengan H sebesar 8.5 m, jenis turbin yang dapat digunakan pada perencanaan ini adalah tipe turbo propeller dengan diameter 430 mm. Selain itu, pemilihan turbo juga didasarkan pada harga yang lebih ekonomis. Nilaidari faktor air ditentukan  berdasarkan panjang jarak lintasan y yang ang dihitung titikkehilangan awal awal air disadap disadap (intake (intake)) sampai ke rumah pembangkit (Septiani 2013). Sehingga tinggi jatuh air efektif adalah sebesar 6.37 m. Nilai ini akan dimasukkan kedalam persamaan daya listrik  bersama dengan debit yang telah dihitung sebelumnya yaitu 1.24 m3/detik dan konstanta gravitasi sebesar 9.8 m/detik 2. Dengan menggunakan Persamaan (1), hasil akhir daya yang akan didapatkan dari perencanaan ini adalah 62.8 kW. Tabel 3 Daerah operasi operasi turbin Jenis Turbin Variasi Head (m) Propeller 2