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 m 3/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 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 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 electricit y that can be produced and to make the basic desi 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 plant plant 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 wa t a’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2016 ini 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 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
vii viii viii 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 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
4 14 15 15 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 4 Gaya angkat untuk bangunan yang dibangun pada pondasi buatan 5 Desain 3D saluran pembawa 6 Desain 3D saluran pembuang
6 13 14 19 20 22
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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 Gambar perencanaan 3D rumah turbin Gambar skema 2D potongan memanjang PLTMH 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 tentang pemanfaatan energi air ini sudah ada sejak tahun 1970. Namun penggunaannya di Indonesia belum terlalu 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 da ya (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) (Sukamta dan Kusmantoro 2013). Sungai Cikaniki terletak di Desa Malasari, 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 elev asi-elevasi yang berpotensi untuk penempatan 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. Berapa daya listrik yang dapat dihasilkan dari perancangan PLTMH? 4. Bagaimana perancangan 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 software AutoCAD.
TINJAUAN PUSTAKA Ketersediaan Air
Ketersediaan air adalah banyaknya air yang tersedia yang dapat memenuhi kebutuhan penduduk sampai 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. Kebutuhan pokok tersebut
3
adalah kebutuhan air minum dan kebutuhan air irigasi. Urutan 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 2009). Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)
Pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTMH) adalah suatu sistem pembangkit listrik 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 ) 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, a gar bisa masuk ke pintu pengambilan (intake). 2. Intake Konstruksi bendung dilengkapi dengan bangunan pengambilan ( 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. 4. Saluran Pembawa Bangunan saluran pembawa air (headrace channel ) adalah untuk mengalirkan air dari intake/settling basin ke bak penenang ( 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 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 pipe). Tabel 1 Koefisien kekasaran pipa Material Pipa C Pipa Asbes 140 Kuningan 130 – 140 Cast Iron 95 – 130 Pipa Berlapis Semen 120 – 140 Tembaga 130 – 140 Pipa Besi Digalvanis 120 Timah 130 – 140 Plastik (PVC) 140 – 150 Baja (Steel) 140 – 150 Sumber : Birdi (1979) 7. Rumah Pembangkit ( Power House) Bangunan rumah pembangkit ( power house) adalah bangunan yang berfungsi untuk melindungi peralatan elektrikal mekanikal seperti turbin, generator, panel kontrol dan lainnya dari segala gangguan. 8. Saluran Pembuang (tailrace) Saluran pembuang (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, 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 ). 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 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 stopwatch untuk menentukan kecepatan air dan dimasukkan pada Persamaan (2) dan (3) ( 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 dihitung dengan Persamaan (4). Selanjutnya, debit aliran dapat dihitung dengan Persamaan (5) (Ludiana et al . 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 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. 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 tergantung jumlah sampel/data n Sn = reduced standart deviation yang juga tergantung pada jumlah data Tr = fungsi waktu balik (tahun) YTr = reduced 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 Xh 2 = 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).
.5 . × ×
(14)
Keterangan : tc = waktu konsentrasi (jam) 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 = curah hujan rancangan setempat (mm) t = lamanya curah hujan (jam) I = intensitas curah hujan (mm/jam) Metode Rasional Metode rasional adalah metode lama yang masih digunakan hingga sekarang untuk memperkirakan debit puncak ( peak 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 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 dasar sungai, tinggi air pada banjir tahunan dan jagaan/ 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 ambang dan pengontrolnya. Perhitungan tinggi muka air di atas bendung berdasarkan Dirjen Pengairan (1986). Persamaan yang digunakan yaitu Persamaan (18).
2/3 2/3 /5 Q Cd g
(18)
= debit air sungai (m3/detik) = koefisien pengaliran = gravitasi (m/detik 2)
3. Bangunan Pengambilan (intake) Bangunan intake harus mensuplai debit air dengan stabil ke saluran pembawa, yang kemudian diteruskan ke bangunan kolam penenang (f orebay). Persamaan yang digunakan untuk perhitungan bangunan pengambil yaitu Persamaan (19).
1.2× × ×ℎ 2 × × h1 z b
(19)
= tinggi muka air normal dari ambang pintu pengambilan (m) = kehilangan energi pada pintu masuk (m) = 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) Saluran pembawa adalah salah satu bangunan yang sangat vital di dalam perancangan dan desain PLTMH (Kadir 2010). Penentuan besarnya lebar dan kedalaman saluran dapat diketahui dengan Persamaan (20). 5. Bangunan pengendap sedimen (sedimen 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 (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 (m 2)
Bak Penenang ( forebay) Bangunan penenang harus dibuat dari konstruksi kedap air dan tahan bocor serta didesain menghubungkan saluran pembawa dan penstock . Bangunan ini juga dilengkapi dengan spillway 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 (h 0) menuju
12
kedalaman kritis dari ujung tanggul untuk menjebak pasir dalam sebuah bak penenang (h c) (m) 7.
Pipa pesat ( 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 turbin (Indarto et al . 2012). Parameter yang penting dalam desain 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).
2ℎ 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 loss) Kehilangan tenaga pada pipa pesat adalah jumlah 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 kehilangan energi pada pintu masuk (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 race) Persamaan yang digunakan untuk perancangan dimensi saluran pembuang akhir sama dengan persamaan untuk perancangan dimensi saluran pembawa.
HASIL DAN PEMBAHASAN Keadaan Umum DAS Cisadane
DAS Cisadane terletak pada 6 o72’ sampai 6o76’ LS dan 106 o58’ sampai 106o51’ BT dan terbagi menjadi 4 sub DAS, yaitu 2 di bagian hulu (Cianten dan Cisadane Hulu), 1 sub DAS di bagian tengah dan 1 sub DAS di 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% 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 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 – 35 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. 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 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 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 m 3/detik dan debit sungai pada ketinggian maksimum 3 m sebesar 9.97 m 3/detik. 20 y = 3,7962x - 1,4155 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. Nilai faktor kehilangan air ditentukan berdasarkan panjang jarak lintasan yang dihitung dari titik awal air disadap (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 m 3/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 turbin Jenis Turbin Variasi Head (m) Propeller 2
Penentuan debit puncak diawali dengan analisis hidrologi. Aspek hidrologi yang pertama dikaji adalah curah hujan daerah rata-rata harian maksimum. Data curah hujan rata-rata pada DAS Cisadane dapat dilihat pada Tabel 4 (Amien 2016). Tabel 4 Data curah hujan rata-rata DAS Cisadane CH DAS CH DAS Tahun Tahun Cisadane (mm) Cisadane (mm) 2002 110 2008 87 2003 83 2009 84 2004 85 2010 60 2005 68 2011 94 2006 75 2012 57 2007 82
16
Data tersebut didapatkan dengan menggunakan metode Isohyet. Metode Isohyet adalah metode rasionil yang paling baik jika garis-garis Isohyet dapat digambar dengan teliti (Sosrodarsono dan Takaeda 1993). Data curah hujan pada Tabel 4 digunakan untuk menentukan jenis distribusi yang sesuai dengan syarat yang ada. Dalam statistik dikenal beberapa jenis distribusi frekuensi dan yang banyak digunakan dalam hidrologi yaitu distribusi Normal, Log Normal, Gumbel, dan Log Person Type III. Selanjutnya dilakukan perhitungan distribusi probabilitas untuk menentukan kesesuaian metode dengan menyamakan syarat parame ter yang ada. Kesesuaian data curah hujan terhadap jenis sebaran dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Hasil perhitungan parameter statistik analisis frekuensi Jenis Distribusi Syarat Perhitungan Kesimpulan Normal Cs = 0 Cs = 0.135 Tidak memenuhi Ck = 0 Ck = 4.113 Gumbel Cs = 0.135 Memenuhi Cs ≤ 1.1396 Ck = 4.113 Ck ≤ 5.4002 Log Pearson Type Cs (ln X) > 0 Cs = 0.135 Tidak memenuhi III Ck (ln X) = 1.54
Log Normal
(Cs(ln X)) +3 Cs (ln X) ≈ 0 Ck (ln X)≈ 3
Cs = 0.595
Tidak memenuhi
Dalam statistik dikenal beberapa parameter yang berkaitan dengan analisis data yang meliputi penentuan nilai rata-rata, standar deviasi, koefisien variasi, koefisien ketajaman (curtois), dan koefisien kemencengan ( skewness). Pada Tabel 5 dapat dilihat hasil perhitungan parameter statistik yaitu Cs dan Ck. Sesuai ketentuan sifat-sifat parameter maka metode yang akan digunakan adalah metode Gumbel. Untuk uji kesesuaian distribusi akan digunakan Uji Chi-Kuadrat. Perhitungan nilai Uji Chi-Kuadrat terlihat pada Tabel 6. Tabel 6 Hasil perhitungan dengan Uji Chi-Kuadrat Distribusi Xcr Kritis Xcr hitung Kesimpulan Gumbel 7,815 6,727 Diterima Normal 7,815 8,545 Ditolak Log Normal 7,815 4,909 Diterima Log pearson tipe III 7,815 8,750 Ditolak Dari Tabel 6 dapat dilihat bahwa dengan uji Chi-Square diperoleh nilai Xcr kritis dan Xcr hitung. Pada jenis distribusi yang nilai Xcr hitung > Xcr kritis maka tidak dapat digunakan. Maka jenis distribusi yang dapat digunakan yaitu Gumbel dan Log Person tipe III. Kemudian dipilih metode Gumbel yang akan digunakan karena metode Gumbel merupakan salah satu metode yang dapat digunakan dalam penentuan periode ulang curah hujan maksimum (Basuki et al . 2009) dan metode Gumbel telah digunakan pada penentuan hujan rancangan di DAS Cis adane (Amien 2016). Hasil perhitungan hujan rancangan dengan metode Gumbel dengan berbagai periode ulang dapat dilihat pada Tabel 7.
17
Tabel 7 Hujan rancangan berbagai periode ulang Periode Ulang Hujan Rancangan (tahun) (mm) 78 2 96 5 108 10 123 25 133 50 144 100 Hujan rancangan pada Tabel 7 dapat digunakan untuk menentukan besarnya debit puncak. Penentuan debit puncak membutuhkan nilai intensitas hujan sehingga dibutuhkan waktu konsentrasi yang digunakan untuk menentukan lamanya air hujan mengalir dari hulu sungai hingga ke tempat keluaran DAS. Waktu konsentrasi (tc) dihitung dengan menggunakan rumus Kirpich pada Persamaan (14). Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan waktu konsentrasi sebesar 3.9 jam. Hal ini sesuai dengan pernyataan Suroso (2006) yang menyatakan bahwa durasi hujan yang sering terjadi 1-6 jam bahkan maksimum 12 jam pun jarang terjadi. Dalam perhitungan debit puncak menggunakan metode rasional dibutuhkan data koefisien limpasan (run off coefficient ). Koefisien limpasan ini diperoleh dengan menghitung data luasan dari masing-masing tata guna lahan yang ada (Girsang 2008). Tabel 8 Hasil perhitungan koefisien limpasan Koefisien Jenis penutup tanah 2 Luas (km ) Limpasan (C) Hutan lahan kering primer 7.28 0.02 Hutan lahan kering sekunder 168.88 0.02 Hutan tanaman 89.87 0.05 Semak/belukar 17.86 0.05 Lapangan udara 15.19 0.2 Pemukiman 232.03 0.9 Perkebunan 27.7 0.2 Pertanian lahan kering 417.97 0.15 Pertanian lahan kering campur 240.64 0.15 Sawah 254.41 0.15 Tanah terbuka 0.98 0.2 Total 1472.81 2.09 Nilai C 0.246
Luas x C 0.145 3.377 4.493 0.893 3.038 208.827 5.54 62.695 36.096 38.161 0.196 363.463
Berdasarkan Tabel 8 dapat dilihat hasil perhitungan nilai koefisien limpasan sebesar 0.246. Nilai koefisien limpasan tersebut juga dapat merepresentasikan kondisi suatu DAS, sebagaimana pernyataan Kodotie dan Syarief (2005) yaitu bahwa angka koefisien aliran permukaan merupakan salah satu indikator untuk menentukan kondisi fisik suatu DAS. Nilai C berkisar antara 0 sampai 1. Nilai C sama dengan 0 menunjukkan bahwa semua air hujan terintersepsi dan terinfiltrasi ke dalam tanah, sebaliknya untuk nilai C sama dengan 1 menunjukkan bahwa air
18
hujan mengalir sebagai aliran permukaan. Pada DAS yang baik harga C mendekati nol, begitupun sebaliknya. Berdasarkan data yang telah diperoleh maka debit puncak dapat dihitung dengan menggunakan metode rasional sesuai Persamaan (16). Hasil perhitungan debit puncak dengan berbagai periode ulang dapat dilihat pada Tabel 9. Tabel 9 Hasil perhitungan debit puncak berbagai periode ulang Periode Intensitas Hujan Debit Puncak Ulang (mm/jam) (m3/detik) 2 10.96 113.81 5 13.43 139.40 10 15.06 156.34 25 17.12 177.74 50 18.65 193.62 100 20.17 209.39 Pada Tabel 9 dapat dilihat besarnya debit puncak pada periode ulang tertantu. Debit puncak yang diperoleh dapat dijadikan sebagai bahan dasar untuk perencanaan pembangunan PLTMH, dimana dapat dibangun suatu bangunan pengendali banjir berupa tembok banjir yang terbuat dari pasangan batu. Desain dasar komponen PLTMH
Desa Malasari memiliki beberapa titik yang potensial untuk dibangun PLTMH, namun perancangan PLTMH harus memperhatikan beberapa hal di antaranya yaitu kondisi topografi dan stabilitas lereng. Beberapa lokasi yang telah ditentukan mempunyai masing-masing jarak setiap perbedaan head 10 meter. Jarak tersebut dari 18 m sampai 65 m setiap beda head -nya. Dalam suatu lokasi potensi pembangkit energi mikrohidro dapat dipetakan sebagai suatu sistem yang terdiri dari beberapa komponen bangunan sipil seperti bendung ( weir ), bangunan pengambil (intake), saluran pembawa (headrace) , bak pengendap ( settling basin) , bak penenang ( forebay) , bangunan dan saluran pelimpah ( spillway) , pipa pesat ( penstock pipe) , rumah pembangkit ( power house) dan saluran pembuang (tail race) (Kurniawan et al. 2009). Bendung Bendung PLTMH di Sungai Cikaniki direncanakan sebagai bendung sederhana dengan jenis bendung gravitasi dari pasangan batu kali dilapisi beton bertulang dengan mutu K225 setebal 10 cm. Perencanaan bendung mengacu pada KP-02 tentang Perencanaan Bendung (Dirjen Pengairan 1986). Perencanaan kolam olak diawali dengan penentuan bilangan Froude. Berdasarkan hasil perhitungan, bilangan Froude yang didapatkan yaitu 1.8. Bila bilangan Froude lebih dari 1.7 dan kurang dari sama dengan 2.5 maka kolam olak diperlukan untuk meredam energi secara efektif. Sehingga pada perencanaan ini akan digunakan kolam olak. Kolam olak direncanakan dengan panjang 5 m dengan tipe Vlugter karena bilangan Froude kurang dari 4.5. Selain untuk meredam energi aliran, kolam olak juga dapat memperkuat stabilitas pondasi.
19
Panjang bendung yang direncakan yaitu 8 m. Lokasi bendung dibangun pada bagian hulu sungai Cikaniki dengan elevasi dasar sungai +980 m dan terdapat bangunan pengambil pada sebelah kiri aliran sungai. Lebar rata-rata sungai sekitar lokasi bendung yaitu 7.2 m. Perhitungan debit banji r menggunakan metode rasional dan didapatkan debit banjir periode ulang 50 tahun yaitu 193.62 m 3/detik sehingga tinggi energi di atas mercu yaitu 6.2 m. Berdasarkan topografi dan fungsi dari bendung PLTMH di Sungai Cikaniki yaitu menaikkan dan mengontrol tinggi air dalam sungai secara signifikan sehingga direncanakan tinggi mercu bendung sebesar 1.5 m, lebar mercu 6.65 m dan elevasi mercu direncanakan pada elevasi +981.5 m.
Gambar 4 Gaya angkat untuk bangunan yang dibangun pada pondasi buatan Bendung yang direncanakan dilengkapi dengan pintu penguras untuk membuang kotoran/lumpur yang mengendap. Lebar pintu penguras yaitu 0.55 m. Denah perencanaan bendung dapat dilihat pada Lampiran 2. Gaya-gaya yang bekerja pada bangunan bendung yaitu tekanan air, tekanan lumpur, gaya gempa, berat bangunan, dan reaksi pondasi (Dirjen Pengairan 1986). Gambar 4 menunjukkan gaya angkat pada bagian bawah bendung (Wu) (Dirjen Pengairan 1986). Berdasarkan hasil perhitungan nilai Wu pada perancangan ini adalah 91.62 kN. Tekanan lumpur yang bekerja terhadap muka hulu bendung atau terhadap pintu 1.67 kN, gaya gempa sebesar 128.7 kN dan gaya hidrostatis 30.7 kN. Berat bangunan bergantung kepada bahan yang dipakai untuk membuat bangunan itu. Pada perancangan ini digunakan beton bertulang untuk bahan bangunan bendung. Berdasarkan KP-02 (Dirjen Pengairan 1986), untuk beton bertulang berat bangunannya yaitu 24 kN/m 3. Semua data tersebut selanjutnya akan digunakan sebagai data analisis stabilitas untuk pondasi bendung. Berdasarkan hasil perhitungan safety factor terhadap guling dan geser, nilainya melebihi 1.5 yang artinya aman terhadap guling dan geser. Bangunan Pengambil ( Intake) Konstruksi bendung dilengkapi dengan bangunan pengambil ( intake) yang berfungsi mengarahkan air dari sungai masuk ke dalam saluran pembawa (headrace channel ). Berdasarkan Kurniawan et al. (2009) intake harus diletakkan pada sudut yang tepat menghadap arah aliran sungai. Bangunan pengambil dilengkapi dengan pintu dan bagian depannya terbuka menjaga jika terjadi muka air banjir. Pada perencanaan bangunan pengambil digunakan acuan KP -02 pada bagian Bangunan
20
Pengambil (Dirjen Pengairan 1986). Pada awal perencanaan, kapasitas pengambilan air harus sekurang-kurangnya 120% dari debit andalan (Kurniawan, et al.). Hal ini dilakukan karena 120% dari debit merepresentasikan debit secara nyata pada kondisi normal, sementara debit andalan merupakan debit yang akan dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik. Berdasarkan hasil perhitungan, pada perencanaan ini debit yang digunakan yaitu 1.48 m 3/detik dan lebar bagian bawah pintu bukaan yaitu 0.71 m. Bak Pengendap ( settling basin) Pada bangunan pengambilan direncanakan dapat mencegah masuknya sedimen ke dalam saluran, namun kenyatannya masih ada banyak partikel-partikel halus yang masuk ke saluran tersebut. Untuk mencegah agar sedimen ini tidak mengendap di seluruh saluran, bagian awal dari saluran yang berada di belakang pengambilan direncanakan untuk berfungsi sebagai bak pengendap. Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan panjang rencana bak sedimentasi 3.05 m dengan lebar 2 m. Pada bagian bawah bak sedimentasi dibuat lubang sedimentasi untuk mengendapkan kotoran yang terbawa. Desain perencanaan bak pengendap dapat dilihat pada Lampiran 3. Untuk menampung endapan sedimen ini, dasar bagian saluran tersebut diperdalam atau diperlebar. Tampungan ini dibersihkan tiap jangka waktu tertentu (kurang lebih sekali seminggu atau setengah bulan) dengan cara membilas sedimennya kembali ke sungai dengan aliran terkonsentrasi yang berkecepatan tinggi (Dirjen Pengairan 1986). Saluran Pembawa ( Headrace Channel ) Bangunan saluran pembawa air digunakan untuk mengalirkan air dari intake ke bak penenang ( forebay) dan untuk mempertahankan kestabilan debit air. Perancangan saluran pembawa mengacu pada KP-03 tentang Perencanaan Saluran Pasangan (Dirjen Pengairan 1986). Elevasi dasar saluran pembawa adalah +979.5 m dengan kemiringan dasar saluran 0.001. Tipe saluran yang digunakan yaitu saluran dengan dinding pasangan batu. Tipe saluran ini memiliki konstruksi yang mudah dapat menggunakan bahan lokal, memiliki ketahanan tinggi terhadap gerusan, serta relatif mudah membersihkan sedimen. Saluran pasangan batu ini sesuai jika digunakan pada perencanaan karena dapat diterapkan pada jenis tanah yang mudah lulus air/lembek. Panjang saluran yang direncanakan adalah 10 m dengan bentuk saluran trapesium.
Gambar 5 Desain 3D saluran pembawa Gambar 5 adalah gambar potongan tiga dimensi saluran pembawa. Berdasarkan Kurniawan et al. (2009) saluran pembawa air harus mampu
21
menampung debit air 10% lebih besar dari debit rancangan. Hal ini ditujukan agar pada saat operasi maksimal muka air bak penenang tidak turun dari ketinggian dan terhindar dari pelimpasan apabila terjadi kelebihan debit. Hasil perhitungan dengan trial and error maka didapatkan lebar saluran 1.2 m, tinggi 0.7 m serta kemiringan dinding saluran sebesar 0.0002. Tinggi saluran ditambahkan 25 cm sebagai tinggi jagaan untuk saluran pasangan. Kecepatan yang direncanakan yaitu 0.92 m/detik. Hal tersebut masih sesuai dengan KP-03 yang menyebutkan bahwa kecepatan izin untuk saluran pembawa dengan pasangan batu maksimal sebesar 2 m/detik (Dirjen Pengairan 1986). Bak Penenang ( Forebay) Tujuan bangunan bak penenang ( forebay) adalah sebagai tempat penenangan air dan pengendapan akhir (Kurniawan et al. 2009). Bangunan forebay harus dibuat dari konstruksi kedap air dan tanah bocor serta didesain menghubungkan saluran pembawa dan penstock . Bak penenang direncanakan terletak setelah saluran pembawa. Bak penenang juga penghubung antara saluran pembawa dan pipa penstock . Forebay merupakan tempat permulaan pipa pesat yang mengendalikan aliran minimum, sebagai antisipasi aliran yang cepat pada turbin, tanpa menurunkan elevasi muka air yang berlebihan dan menyebabkan arus balik pada saluran (Kurniawan et al. 2009). Perencanaan bangunan forebay dilengkapi dengan bangunan spillway, saluran pembuang, dan saringan. Bahan yang digunakan untuk bangunan forebay adalah pasangan batu dengan campuran 1:2 (1 semen dan 2 pasir). Debit yang digunakan untuk perencanaan bak penenang 120% dari debit rencana. Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan panjang bak penenang 4.8 m, lebar 2.4 m, dan tinggi 1.3 m. Desain perencanaan bak penenang dapat dilihat pada Lampiran 4. Saluran Pelimpah ( spillway) Saluran pelimpah direncanakan pada bak sedimentasi dan bak penenang. Bak penenang dilengkapi dengan spillway yang direncanakan memiliki panjang 7 m, lebar 0.8 m dan tinggi 0.7 m. Sedangkan pada bak sedimentasi direncanakan spillway memiliki panjang 5 m, lebar 2 m dan tinggi 1 m. Pipa Pesat ( Penstock Pipe) Pipa pesat adalah sebagai saluran tertutup (pipa) aliran air yang menuju turbin yang ditempatkan di rumah pembangkit. Saluran ini yang akan berhubungan dengan peralatan mekanik seperti turbin (Kurniawan et al. 2009). Perencanaan lokasi penempatan pipa harus dilakukan sedemikian rupa agar tidak terlalu banyak menyebabkan kehilangan head (headloss) pada saat proses pengaliran air. Pada perencanaan ini digunakan pipa besi dengan diameter 16 inch dengan penempatan pipa di luar (tidak di dalam tanah) sehingga dibutuhkan 3 angker blok sebagai penahan pipa tersebut. Panjang pipa pesat yang digunakan 14 meter. Gambar potongan memanjang PLTMH dapat dilihat pada Lampiran 6. Rumah Pembangkit ( Power House) Bangunan rumah pembangkit atau rumah turbin direncanakan berupa bangunan permanen dengan ukuran panjang x lebar x tinggi yaitu 3 m x 3 m x 3 m.
22
Lokasi rumah pembangkit berada pada elevasi +960 m. Bangunan ini akan berfungsi untuk melindungi peralatan mekanikal elektrikal seperti turbin, generator, panel kontrol dan lainnya dari s egala gangguan. Desain rumah turbin dapat dilihat pada Lampiran 5. Saluran Pembuang Saluran pembuang bertujuan sebagai saluran pembuang aliran air dari rumah pembangkit dan menggerakkan turbin. Saluran ini bersatu dengan rumah pembangkit dan aliran sungai (Kurniawan et al. 2009). Perencanaan saluran pembuang berbentuk trapesium dengan bahan pasangan batu. Lebar saluran yang direncanakan yaitu 1 m, tinggi 0.75 m, panjang 3.7 m, tinggi jagaan 30 cm dan kemiringan dinding saluran sebesar 0.0003. Gambar 6 merupakan gambar potongan tiga dimensi saluran pembuang.
Gambar 6 Desain 3D saluran pembuang Beberapa hal yang harus dipertimbangkan antara lain perkiraan tinggi genangan air pada rumah pembangkit ketika terjadi banjir besar, menghindari penggenangan bantaran sungai dan permukaan tanah di sekitar rumah pembangkit, fluktuasi dasar sungai pada daerah saluran pembuang dan saluran pembuang harus diarahkan sesuai arah aliran sungai. Pada bangunan PLTMH terjadi kehilangan energi pada pintu masuk 24% dan kehilangan energi akibat belokan pipa 1%, sehingga total energi yang hilang 25%. Pemeliharaan sungai serta alur sungai lebih banyak dilakukan oleh masyarakat setempat. Oleh sebab itu partisipasi masyarakat setempat di dalam pengelolaan sungai dan alur-alur sungai diperlukan. Terkait dengan pengelolaan sumberdaya air secara keseluruhan, termasuk di dalamnya pengelolaan sungai. Pencegahan terhadap bahaya erosi dan longsor dilakukan dengan menanami daerah dekat dengan alur sungai dan tebing sungai dengan tanaman penguat. Dalam hal ini tanaman bambu sering digunakan untuk keperluan tersebut Masyarakat dilarang untuk menebangi pohon di dekat alur sungai, sehingga daerah dekat alur sungai dibiarkan alami dengan berbagai ma cam pohon tumbuh di daerah tersebut. Dengan adanya tanaman yang cukup, maka lingkungan menjadi terjaga, bahkan kehidupan satwa di tempat tersebut masih nampak berjalan dengan baik. Kadangkala masih didapatkan berbagai jenis satwa, seperti berbagai reptil dan burung masih banyak didapatkan di daerah semacam ini. Untuk mencegah alur sungai digunakan sebagai tempat pembuangan sampah diberikan rambu-rambu untuk tidak membuang sampah di alur sungai dengan kata “dilarang membuang sampah sembarangan” Dengan rambu peringatan ini pali ng tidak orang segan untuk membuang sampah di alur sungai (Darmanto dan Sudarmadji 2013).
23
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan : 1. Debit andalan di Sungai Cikaniki sebesar 1.24 m 3/detik. 2. Direncanakan kapasitas produksi listrik sebesar 62.8 kW. 3. Perancangan komponen PLTMH berupa bendung, bangunan pengambil (intake), saluran pembawa (headrace), bak penenang ( forebay), pipa pesat ( penstock pipe), rumah turbin dan saluran pembuang. Saran
Dalam perancangan komponen PLTMH sebaiknya memperhatikan hal-hal yang spesifik seperti kondisi topografi, sifat tanah di daerah yang akan dibangun, serta disesuaikan dengan kondisi ekonomi masyarakat setempat.
DAFTAR PUSTAKA Abdul R, Binilang A, Halim F. 2014. Analisis potensi sungai Atep Oki serta desain dasar bangunan sipil untuk pembangkit listrik tenaga air. Jurnal Sipil Statik . 2(5):225-232. Amien ER. 2016. Analisis pola sebaran curah hujan di Daerah Aliran Sungai Cisadane [Tesis]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor Arismunandar, Kuwahara S. 1974. Pembangkitan dengan Tenaga Air, Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik, Jilid I . Jakarta (ID) : Pradnya Paramita. [Bappenas] Badan Perancangan dan Pembangunan Nasional. 2011. Kebutuhan Air Bersih. Jakarta (ID) : Badan Perancangan dan Pembangunan Nasional. Basuki, Winarsih I, Adhyani NL. 2009. Analisis Periode Ulang Hujan Maksimum dengan Berbagai Metode. J Agromet 23(2):76-92. Birdi GS. 1979. Water Supply and Sanitary Engineering . Nai-Sarak Delhi (IN) : Dhanpat ray & Sons. Comita LS, Engelbrecht BMJ. 2009. Seasonal and spatial variation in water availability drive habitat associations in a tropical forest. Journal of Ecology. 90(10): 2755-2765. Darmanto D, Sudarmadji. 2013. Pengelolaan sungai berbasis masyarakat lokal di daerah lereng selatan Gunung Api Merapi. Jurnal Manusia dan Lingkungan. 20(2):229-239. [Dinas PSDA] Dinas Pengelolaan Sumber Daya Air.2010. Analisis Debit Ketersediaan Air Sungai di Jawa Barat. Balai Data dan Informasi Sumber Daya Air. http://www.psda.jabarprov.go.id/data/menu/Debit%20Andalan_ publikasi%0web.pdf.[5 Januari 2016]. [Dirjen ESDM] Direktorat Jenderal Energi dan Sumber Daya Mineral. 2009. Pedoman Studi Kelayakan Mekanikal dan Elektrikal, Buku 2D. Jakarta(ID): Dirjen ESDM [Dirjen Pengairan] Direktorat Jendral Pengairan. 1986. Standar Perencanaan Bagian Bangunan Utama KP-02. Jakarta (ID) : Departemen Pekerjaan Umum
24
[Dirjen Pengairan] Direktorat Jendral Pengairan. 1986. Standar Perencanaan Bagian Saluran KP-03. Jakarta (ID) : Departemen Pekerjaan Umum Endardjo P, Warga DJ, Setiadi A. 1998. Pengembangan Rancang Bangun Mikrohidro Standar PU. Bandung (ID) : Prosiding HATHI. Girsang F. 2008. Analisis curah hujan untuk pendugaan debit puncak dengan metode rasional pada DAS Belawan Kabupaten Deli Serdang [Skripsi]. Medan [ID] : Universitas Sumatera Utara. Indarto A, Juwono P, Rispimingtati. 2012. Kajian potensi Sungai Srinjing untuk pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) Brumbung di Kabupaten Kediri. Jurnal Teknik Pengairan. 2(3):174-184. Kadir R. 2010. Perancangan pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTMH) di sungai marimpa kecamatan pinembani. [skripsi]. Palu (ID): Universitas Tadulako. Kamiana IM. 2011. Teknik Perhitungan Debit Rencana Bangunan Air . Yogyakarta (ID) : Graha Ilmu. [Kementrian ESDM] Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral. 2013. Kajian Supply Demand Energi. Jakarta (ID) : Kementrian ESDM. Kodotie JR, Syarief. 2005. Pengelolaan Sumber Daya Air Terpadu. Yogyakarta [ID] : Andi Offset Kurniawan A, Gunawan AI, Maryono A, Ikhsan A, Susandi A, Sudaryanto A, Adriawan C, Boediyono C, Mamesah C, Kusdiana D et al.. 2009. Pedoman Studi Kelayakan Sipil, Buku 2B. Jakarta (ID) : Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi, Departemen ESDM. Loebis J. 1992. Banjir Rencana untuk Bangunan Air . Jakarta (ID) : Chandy Buana Kharisma Ludiana, Bunganaen W, Sir T. 2015. Evaluasi kenerja jaringan irigasi bendungan tilong Kecamatan Kupang Tengah Kabupaten Kupang. J T Sipil.4(1): 17-28 Norhadi A,Marzuki A, Wicaksono L, Yacob AR.2015. Studi debit aliran pada Sungai Antasan Kelurahansungai Andai Banjarmasin Utara. J P Tek.7(1) : 714 Patty F.1995. Tenaga Air . Edisi Pertama. Jakarta (ID) : Erlangga. Pratama R. 2016. Penentuan lokasi untuk pembangunan pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTMH) di Sungai Cikaniki, Desa Mal asari, Kabupaten Bogor [skripsi]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor. Rompas P. 2011. Analisis pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) pada daerah aliran Sungai Ongkak Mongondow di Desa Muntoi Kabupaten Bolang Mongondow. Jurnal Penelitian Saintek . 2(16):160-171. Septiani R. 2013. Desain kapasitas produksi listrik berdasarkan debit andalan berkelanjutan di Daerah Aliran Sungai Cidanau [skripsi]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor. Singh PV. 1992. Elementary Hydrology. New Jersey (US) : Prentice-Hall Englewood Cliffs Sosrodarsono S, Takaeda. 1993. Hidrologi untuk Pengairan. Jakarta (ID) : Pradnya Paramita. Sukamta S, Kusmantoro A. 2013. Perencanaan pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTMH) Jantur Tabalas Kalimantan Timur. Jurnal Teknik Elektro. 2(5): 58-63
25
Sulistiyono, Sugiri A, Eka Y. 2013. Studi potensi pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) di Sungai Cikawat Desa Talang Mulia Kecamatan Padang Cermin Kabupaten Pesawaran Propinsi Lampung. Jurnal FEMA. 1(1): 48-54. Suripin. 2002. Pelestarian Sumber Daya Tanah dan Air . Yogyakarta (ID) : Andi. Waisnawa S. 2012. Pemilihan jenis turbin pada pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTMH). Jurnal Matrix. 3(2): 176-182.
2
i r a s a l a M a s e D i d H M T L P n a a n a c n e r e P i s a k o L a t e P 1 n a r i p m a L
6 1 0 2 a m a t a r P : r e b m u S
27
2
2
7 3
N A G N A R E T E K
N A N L G E I P N I M S E U K T K G R I N A N I P K L E E T D N A D
7 2 2 0 4 2 0 0 0 0 0 0 2 2 2 1 1 1 4 4 4 4 4 4 F F F i n a a r e a m a h t k r i a r u t P N n o a d a i y l m v a t n a o i F N R
A N A C N E R E P
e k a t n I
G N I B M I B M E P N E S O D
a r d r n g I i A d . u B M , . n r a I . w r a D i t . e f S o r P
H M T L P n a a j r e k e P
N A A J R E K E P
0 3 0 7 t i p t n e m i d e S
e t a g g n i h s u l F
0 0 2
i s a t n e m i d e S k a B
a w a b m e P n a r u l a S
5 . 9 7 9 +
n a g n i r a S
g n a n e n e P k a B
s a r u g n e P u t n i P
H M T L P g n a j n a m e m n a g n o t o p D 2 a m e k s r a b m a G 9 n a r i p m a L
9 7 9 +
0 5 " 6 1 k c o t s n e P
0 5
0 5 k o l B r e k g n A
8 2 S L J B g n e S p a t A
" 6 1 k c o t s n e P
g n a u b m e P
2 1 / 6 a d u k a d u K
n a r u l a S
0 0 3
0 6 5 1 1
A L A K S R A B M A G T E K
0 8 1 N : A 1 G N g n n A H a a j g n M R n a T E T o t L E o m P e P K M
R B G O N N A U T A S
8
m c
