Upload
phamdiep
View
245
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) WAMENA
DI KABUPATEN JAYAWIJAYA PROVINSI PAPUA
Nan Ady Wibowo1)
, Very Dermawan2)
, dan Donny Harisuseno2)
1)
Mahasiswa Program Sarjana Jurusan Teknik Pengairan, Universitas Brawijaya 2)
Dosen Teknik Pengairan, Universitas Brawijaya
e-mail : [email protected]
ABSTRAK
Air merupakan sumber energi yang penting karena dapat dijadikan sumber energi pembangkit
listrik yang murah dan tidak menimbulkan polusi. Indonesia kaya sumber daya air sehingga sangat
berpotensi untuk memproduksi energi listrik yang banyak. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
(PLTMH) merupakan alternatif sumber listrik bagi masyarakat, yang akan memberikan banyak
keuntungan terutama bagi masyarakat pedalaman di seluruh Indonesia.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi Sungai Uwe apabila digunakan sebagai
pembangkit listrik tenaga mikro hidro. Potensi tersebut meliputi, besar debit andalan, tinggi jatuh
efektif yang dimiliki, potensi daya listrik yang dapat dihasilkan, serta mengetahui jumlah rumah yang
akan mendapatkan suplai energi listrik dari PLTMH Wamena.
Dari hasil analisa diperoleh debit andalan Sungai Uwe dengan menggunakan metode Tank
Model (debit andalan Q90) sebesar 1,06 m3/dt. Penentuan klasifikasi turbin berdasarkan tinggi jatuh,
flow dan kecepatan spesifik (Ns), maka PLTMH Wamena menggunakan Turbin Banki/Crossflow.
Dengan debit 1,06 m3/dt dan tinggi jatuh efektif setinggi 4,87 m, dihasilkan daya listrik sebesar 39,03
kW dan energi listrik sebesar 31,22 kW. Banyaknya rumah yang mendapat suplai daya listrik baru
dengan kebutuhan minimum listrik per rumah sebesar 170 W adalah 183 Rumah.
Kata Kunci : PLTMH, Debit Andalan, Model Tank, Turbin, Daya Listrik.
ABSTRACT
Water is an important energy resource because it can be used as cheap power plant and not
cause pollution. Indonesia is rich in water resource, so it has high potential to produce a lot of
electrical energy. Micro Hydro Power Plant (PLTMH) is alternative electrical source for the
community, which will provide many benefits for rural community all over Indonesia.
The aim of this study to determine the potential of Uwe river when used as micro hydro power
plant. The potential include dependable water discharge, effective fall height, potential of electrical
power that can be generated, and how many houses will get a supply of power from Wamena PLTMH.
The result of analysis use Tank Model method (dependable discharge Q90) show dependable
discharge of Uwe river is 1,06 m3/dt. Determination of turbine classification base on fall heigth, flow
and spesific velocity (Ns), based on result of the study Wamena PLTMH use Banki/Crossflow Turbine.
With discharge of 1,06 m3/dt and fall heigth of 4,87 m, electrical power that generated is 39,03 kW and
electrical energy of 31,22kW. The number of house that recieve the new supply of electrical power with
minimun requiremen per house of 170W is 183 houses.
Key Word : PLTMH, Dependable Discharge, Tank Model, Turbine, Electrical Power.
PENDAHULUAN
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro
Hidro (PLTMH) merupakan alternatif
sumber energi listrik bagi masyarakat,
PLTMH memberikan banyak keuntungan
terutama bagi masyarakat pedalaman di
seluruh Indonesia. Disaat sumber energi
lain mulai menipis dan memberikan
dampak negatif, maka air menjadi sumber
energi yang sangat penting karena dapat
dijadikan sumber energi pembangkit
listrik yang murah dan tidak me-
nimbulkan polusi. Selain itu, Indonesia
kaya akan sumber daya air sehingga
sangat potensial untuk mem-produksi
energi listrik yang banyak.
Kabupaten Jayawijaya telah
memiliki pembangkit listrik PLN dengan
dengan kapasitas terpasang 3.040 Kw
(BPS Kabupaten Jayawijaya, 2008).
Kondisi saat ini Perusahaan Listrik
Negara (PLN) masih belum dapat
melayani kebutuhan listrik kepada
masyarakat selama 24 jam, di wilayah ini
PLN menerapkan sistem penggunaan
listrik bergilir karena ke-kurangan daya
listrik. Padahal masyarakat sangat men-
dambakan pe-nerangan listrik tersebut.
Selama ini masyarakat di sana hanya
mengguna-kan genset yang dibeli melalui
swadaya masyarakat, namun karena ke-
terbatasan sarana dan mahalnya biaya
trasportasi menyebabkan mahalnya bahan
bakar minyak di wilayah ini.
Sumber tenaga air di Distrik
Wamena Kabupaten Jayawijaya cukup
tersedia untuk dibangun fasilitas
pembangkit listrik tenaga mikro hidro.
Pada distrik tersebut terdapat beberapa
sungai yang cukup potensial, diantaranya
Sungai Uwe dan Sungai Wesi, pada
sungai tersebut terdapat potensi ke-
tersediaan air yang cukup sepanjang
tahun, debit yang dapat diandalkan, dan
memiliki kontur yang sesuai dengan
teknis perencanaan untuk dibangun
PLTMH. Dengan kenyataan dan kondisi
yang demikian, terdapat kemungkinan air
yang belum termanfaatkan secara optimal
dapat digunakan untuk membangkitkan
listrik. Listrik yang dihasilkan dapat
menambah kebutuhan energi listrik bagi
masyarakat Kabupaten Jayawijaya,
sehingga masalah kekurangan listrik di
daerah-daerah terpencil di Kabupaten
Jayawijaya dapat teratasi.
Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui potensi Sungai Uwe apabila
digunakan sebagai pembangkit listrik
tenaga mikro hidro. Potensi tersebut
meliputi:
1. Mengetahui besar debit andalan yang
tersedia pada PLTMH Wamena.
2. Mengetahui tinggi jatuh efektif yang
terjadi pada PLTMH Wamena.
3. Mengetahui potensi daya listrik yang
dapat dihasilkan PLTMH Wamena.
4. Mengetahui jumlah rumah yang akan
mendapatkan suplai energi listrik
dari PLTMH Wamena
TINJAUAN PUSTAKA
Analisa Hidrologi
Analisa Banjir Rancangan
Hidrograf satuan suatu DAS adalah
suatu limpasan langsung yang diakibat-
kan oleh satu satuan hujan efektif yang
terbagi rata dalam waktu dan ruang.
Metode penentuan debit banjir rancangan
akan dilakukan dengan metode hidrograf
satuan sintetik Nakayasu.
Debit Andalan dengan Tank Model
Guna mendapatkan kapasitas
PLTMH, tidak terlepas dari per-hitungan
berapa banyak air yang dapat
diandalakan untuk membangkitkan
PLTMH. Debit andalan adalah debit
minimum (terkecil) yang masih
dimungkinkan untuk keamanan
operasional suatu bangunan air, dalam
hal ini adalah PLTMH.
Dasar Model Tangki adalah salah
satu cara menghitung debit air disuatu
tempat dengan cara untuk meng-
asumsikan daerah aliran sungai dengan
sejumlah tampungan yang digambar-kan
dengan sederet tangki. Model ini
dikembangkan oleh Sugawara. Sebagai
contoh kita tinjau model berikut ini:
Curah Hujan yang jatuh pada suatu
waktu R (t) akan mengisi tangki paling
atas V1. Air yang tertampung pada tangki
V1 mengalir lewat lubang di dinding
kanan atau merembes lewat lubang di
dasar tangki dan masuk mengisi tangki
V2 dalam tahap kedua.
Gambar 1. Model Tangki
Sumber : Diktat Stroge Fungtion Method, 1984
Air yang tertampung pada tangki
V2 akan mengalir lewat lubang-lubang di
dinding ataupun merembes lewat dasar
tangki, dan masuk ke tangki ketiga pada
tahap ketiga. Proses ini berulang hingga
tahap selanjutnya. Air yang mengalir
lewat dinding tangki akan menghasilkan
limpasan, sedangkan yang merembes
melewati dasar tangki merupakan
infiltrasi.
Untuk mendapatkan koefisien
perkalian (c) dan ketinggian lubang aliran
(h) yang tepat dapat dilakukan dengan
metode trial and error (coba – coba).
Harga (c) dan (h) ini di dapatkan dengan
membandingkan hasil perhitungan debit
dari Tank model (Qtm) dengan debit yang
telah diobservasi (Qob) seperti terlihat
pada Gambar 2.
Nilai (c) dan (h) tepat apabila grafik
(Qtm) telah berhimpit dengan grafik (Qob)
(Anonim/Diktat Stroge Fungtion Method,
1984:40).
Gambar 2. Grafik Hubungan Debit Tank
Model Dengan Debit Observasi Sumber : Diktat Stroge Fungtion Method, 1984
Analisa Hidrolika
Bangunan Bendung
1. Lebar Efektif Bendung
Lebar efektif bendung di sini
adalah jarak antar pangkal-pangkal -nya (abutment), menurut kriteria lebar
bendung ini diambil sama dengan lebar
rata-rata sungai yang stabil atau lebar
rata-rata muka air banjir tahunan
sungai yang bersangkutan atau diambil
lebar maksimum bendung tidak lebih
dari 1,2 kali lebar rata-rata sungai
pada ruas yang stabil (Anonim/KP-02,
1986:49).
Berikut adalah persamaan lebar bendung:
Be = B – 2 (n . Kp + Ka) . H1 (1)
Dengan:
Be = lebar efektif bendung (m).
n = jumlah pilar.
Kp = koefisien kontraksi pilar.
Ka = koefisien kontraksi pangkal
bendung.
H1 = tinggi energi di atas mercu (m).
2. Tinggi Muka Air Banjir di Atas
Mercu Bendung
Persamaan tinggi energi di atas
mercu (H1) menggunakan rumus debit
bendung dengan mercu bulat, yaitu
(Anonim/KP-02, 1986:56):
Q = Cd . 2/3 . (2/3g)
0,5 . Be . H1
3/2 (2)
Dengan :
Q = debit (m3/det)
Cd = koefisien debit
g = percepatan gravitasi (m/det2)
Be = lebar efektif bendung (m)
H1 = tinggi energi di atas mercu (m)
evaporasiHujan
hI up
hI lw
hII up
hII lw
hIII
CI up
CI lw
Infiltrasi
Outflow
CI0
CII0
CIII 0
CII up
CII lw
Outflow
CIII Outflow
HI
HII
H III
Bangunan Hantar
Bangunan hantar adalah sebuah
saluran pembawa yang menghantarkan
debit kebutuhan yang akan dibangkit-kan
oleh turbin. Dalam perencanaan PLTMH,
bangunan hantar dibagi menjadi:
Bangunan Pengambilan (intake),
Trashrack, Bak Penenang dan Pipa Pesat
(Penstock).
Kehilangan Tinggi Tekan
Kehilangan tinggi tekan merupa-
kan akumulasi dari beberapa kehilang-an
tinggi tekan yaitu:
a. Kehilangan tinggi tekan akibat
saringan (trashrack)
b. Kehilangan tinggi tekan akibat
pemasukan dan keluaran
c. Kehilangan tinggi tekan akibat
belokan
d. Kehilangan tinggi akibat gesekan
Saluran Pembuang Akhir (Tail Race)
Saluran bawah (Tile Water Level)
adalah sebuah saluran yang dilalui oleh
air yang keluar dari turbin air, terus ke
sungai. Tinggi TWL tergantung dari debit
air yang keluar dari turbin, jenis
penampang serta dimensi penampang
saluran pembuang.
Turbin Air
Turbin Air adalah turbin dengan air
sebagai fluida kerja. Air yang mengalir
dari tempat yang lebih tinggi menuju
tempat yang lebih rendah, hal ini air
memiliki energi potensial. Dalam proses
aliran didalam pipa, energi potensial
tersebut berangsur-angsur berubah
menjadi energi mekanis, dimana air
memutar roda turbin. Roda turbin
dihubungkan dengan generator yang
mengubah energi mekanis (gerak)
menjadi energi listrik (Arismunandar,
1991:64).
Karakteristik Turbin
Perbandingan karakteristik turbin
dapat kita lihat pada grafik head (m)
dengan flow (m3/s) berikut ini:
Gambar 3. Grafik Hubungan
Head dan Flow Sumber : Patty, O. Tenaga Air. 1995
Generator
Generator merupakan suatu alat
yang dapat merubah energi gerak
(mekanis) menjadi energi listrik. Suatu
generator dapat diuraikan lebih lanjut
mengenai: klasifikasi generator, daya
generator, dan berat generator.
Gambar 4. Turbin dan Generator
Sumber:
http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_air
Perhitungan Daya dan Energi
Keuntungan suatu proyek
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
ditentukan dari besar daya yang di-
bangkitkan dan jumlah energi yang
dibangkitkan tiap tahun. Jika tinggi jatuh
efektif maksimum adalah Heff (m),
Debit maksimum turbin adalah Q
(m3/dtk), efisiensi dari turbin dan
generator masing-masing adalah ηt dan ηg
maka daya atau tenaga yang di-
bangkitkan oleh suatu Pembangkit Listrik
Tenaga Mikrohidro dapat dihitung
dengan rumus (Arismunandar, 1991:19).
Daya Teoritis
= 9,81 x P x Q x Heff (w) (3)
Daya Turbin
= 9,81 x ρ x ηt x Q x Heff (w) (4)
Daya Generator
= 9,81 x ρ x ηg x ηt x Q x Heff (w) (5)
Dengan:
P = daya yang dihasilkan (kW)
ηt = efisiensi turbin (ppm)
ηg = efisiensi generator (rpm)
ρ = massa jenis air = 1000 (kg/m3)
Q = debit pembangkit (m3/dtk)
Heff = tinggi jatuh efektif (m)
Kebutuhan Listrik Masyarakat
Kebutuhan listrik masyarakat,
khususnya pada program pelistrikan desa
sangat dibatasi. Hal ini didasarkan
ketersediaan potensi sumber daya air,
kemampuan memelihara dan mem-biayai
penggunaan listrik, serta besaran biaya
pembangunan.
Tabel 1. Penggunaan Listrik Pedesaan
Sumber :
http://bonkadhafadli.blogspot.com/2013/01/lapor
an-hasil-analisa-survey-pltmh-namo.html
Daya yang dapat digunakan untuk
setiap sambungan instalasi rumah rata-
rata sebesar 170 W. Peng-gunaan listrik
masyarakat perdesaan dengan PLTM ini,
khusus untuk penerangan digunakan pada
malam hari dengan pertimbangan pada
siang hari sebagian besar masyarakat
bekerja.
BAHAN DAN METODE
Lokasi Studi
Lokasi studi adalah wilayah DAS
Uwe terletak di Distrik Wamena
Kabupaten Jayawijaya Povinsi Papua,
dengan luas DAS Uwe adalah 257,56
km2 dan panjang sungai 50 km.
Gambar 5. Peta Kabupaten
Jayawijaya Sumber : Jayawijaya Dalam Angka 2011
Data-Data Yang Dibutuhkan
Data-data penunjang yang
digunakan dalam studi pembangkit listrik
tenaga mikrohidro ini meliputi:
1. Peta Topografi
2. Data luas DAS
3. Data Curah Hujan selama 10 tahun
dari tahun 2002 sampai dengan tahun
2011 yang diambil dari Stasiun
Hujan Megapura dan Kurulu.
4. Data Klimatologi selama 10 tahun
dari tahun 2002 sampai dengan tahun
2011 yang terdiri dari data
penguapan dan data suhu udara yang
diambil dari Stasiun Meteorologi
Wamena.
Tahapan Perencanaan
Tahapan dalam merencanakan
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
(PLTMH) di Distrik Wamena Kabupaten
Jayawijaya Provinsi Papua adalah sebagai
berikut:
Keterangan Jumlah Daya Jumlah
Penerangan Lampu 5 titik 25 W 125 W
Televisi Warna s/d 17 inci 1 unit 45 W 45 W
Kebutuhan Minimum Catu Daya per Rumah 170 W
1. Analisa Peta Topografi
Peta topografi digunakan sebagai
dasar untuk perencanaan / desain
bangunan PLTMH pada lokasi yang
terpilih.
2. Analisa Hidrologi
A. Pendugaan Banjir Rancangan
Pendugaan banjir rancangan
berfungsi untuk menentukan desain
bangunan pengambilan. Perhitungan
debit banjir rancangan dalam pe-
rencanaan PLTMH ini dianalisis dengan
pendekatan Model Hidrograf Satuan
Sintetis (HSS) Nakayasu.
B. Debit Andalan
Pada perencanaan PLTMH, debit
andalan sangat berpengaruh pada daya
yang akan dikeluarkan. Debit andalan
untuk tujuan pusat listrik tenaga air
sebesar 90%. Untuk menentukan debit
dengan peluang keandalan tertentu (debit
andalan) dapat dilakukan dengan
pendekatan analisis peluang dengan
Metode Weilbull.
3. Perencanaan Konstruksi Hidro-
mekanikal
A. Pipa Pesat
1. Merencanakan panjang pipa yang
ditentukan dari bak penenang ke
rumah turbin.
2. Menghitung slope pipa dengan
cara membagi beda tinggi dengan
panjang pipa.
3. Menghitung diameter pipa pesat
(D)
B. Tinggi Jatuh Efektif
Daya yang mampu dihasilkan dari
sebuah pembangkit listrik mikro hidro
sangat bergantung dari beberapa variabel
salah satunya yaitu tinggi jatuh efektif.
Untuk menghitung tinggi jatuh efektif
(Heff)
C. Turbin
Menentukan jenis turbin yang akan
digunakan.
D. Generator
Menentukan generator yang akan
digunakan.
4. Daya yang dibangkitkan oleh
PLTMH
Menghitung daya yang di-
bangkitkan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Uji Konsistensi Data Hujan Data hujan yang diproleh perlu
diuji tingkat konsistensinya. Hasil
pengujian konsistensi data hujan
menggunakan lengkung masa ganda
dapat dilihat pada Gambar 6 – 8.
Gambar 6. Hubungan Kumulatif Hujan
Tahunan Stasiun Megapura dan Stasiun
Kurulu, Stasiun Wamena
Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 7. Hubungan Kumulatif Hujan
Tahunan Stasiun Kurulu dan Stasiun
Megapura, Stasiun Wamena
Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 8. Hubungan Kumulatif Hujan
Tahunan Stasiun Wamena dan Stasiun
Megapura, Stasiun Kurulu Sumber: Hasil Perhitungan
2. Analisa Banjir Rancangan
Metode penentuan debit banjir
rancangan akan dilakukan dengan
metode hidrograf satuan sintetik
Nakayasu. Persamaan umum hidrograf
satuan sintetik adalah sebagai berikut:
0.30p T0,30T
ReA
6,3
1pQ (2-6)
Tabel 2. Debit Banjir Rancangan Sungai
Uwe
Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 9. Hidrograf Banjir
Rancangan Sungai Uwe Sumber: Hasil Perhitungan
3. Analisa Debit Andalan
Dalam perencanaan Pembangkit
Listrik Tenaga Mikrohidro ini metode
perhitungan debit andalan mengguna-kan
metode Tank Model.
Perhitungan Debit Metode Tank Model
Perhitungan pendugaan debit aliran
Sungai Uwe menggunakan metode Tank
Model dengan langkah – langkah yang
telah dijelaskan, meng-gunakan trial and
error secara berulang hingga diperoleh
hasil yang mendekati debit pengukuran
observasi. Perhitungan debit Sungai Uwe
dengan mengunakan metode Tank Model
pada tahun 2002 adalah sebagai berikut :
Gambar 10. Model Tangki
Metode Tank Model (trial and error)
dengan parameter data berikut : Kedalaman Tangki 1 =
100
H1 = 70
H2 = 50
f1 = C1up = 0,4
f2 = C1lw = 0,5
C1 = 0,25
Kedalaman Tangki 2 =
80
H1 = 50
H2 = 16,52
f1 = C2up = 0,8
f2 = C2lw = 0,5
C2 = 0,01
Kedalaman Tangki 3 =
60
H1 = 35
H2 = 35
f1 = C3 outflow = 0,8
C3 = 0,11
Luas DAS
= 257,560 km2
= 257.560.000 m2
Hasil Rekapitulasi Debit Bangkitan
Sungai Uwe Tahun 2002 – 2011 dengan
metode Tank Model, dapat dilihat pada
TabelA3 berikut:.……………………....
Kala
Ulang
Q
Rencana
(Tahun) (m3/dt)
2 357.78
5 501.98
10 605.83
25 746.31
50 857.70
100 975.20
evaporasiHujan
hI up
hI lw
hII up
hII lw
hIII
CI up
CI lw
Infiltrasi
Outflow
CI0
CII0
CIII 0
CII up
CII lw
Outflow
CIII Outflow
HI
HII
H III
Tabel 3. Rekapitulasi Debit Bangkitan Sungai Uwe Tahun 2002 – 2011
dengan metode Tank Model
Sumber : Hasil Perhitungan
Perhitungan Debit Observasi Sungai
Uwe
Perhitungan Debit Observasi
merupakan pengukuran debit secara
langsung pada sungai disekitar lokasi
tempat perencanaan PLTMH. Perhitung-
an Debit Observasi sangat diperlukan
untuk memberikan pertimbangan atau
sebagai data pembanding terhadap hasil
perhitungan pendugaan debit aliran
Sungai Uwe menggunakan metode Tank
Model. Selain itu, perhitungan debit
observasi merupakan kontrol terhadap
penentuan nilai C pada tangki yang
diasusmsikan pada pendugaan debit
metode Tank Model, semakin mendekati
nilai debit observasi dengan nilai debit
pendugaan metode Tank Model maka
menunjukan nilai C yang diasumsikan
untuk pendugaan metode Tank Model
adalah telah tepat. Pemaparan per-
hitungan Debit Observasi Sungai Uwe
pada Tanggal 17-18 April 2012 dapat
dilihat pada Tabel 4.
Dari hasil perhitungan debit
observasi pada tanggal 17 April 2012,
maka diperoleh nilai rerata dari debit
observasi sebesar 11,127 m3/dtk. Sedang-
kan pada Tabel 3. diperoleh nilai rerata
dari Debit Bangkitan Sungai Uwe Tahun
2002 – 2011 pada bulan April II (10 hari
ke 2), sebesar 10,829 m3/dtk. Dengan
membandingkan Debit Observasi dan
Debit Bangkitan Sungai Uwe Metode
Tank Model, maka pendugaan nilai C
pada perhitungan Debit Bangkitan Sungai
Uwe Metode Tank Model adalah telah
sesuai.
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
1 I 12.751 5.133 9.329 10.019 5.151 11.625 8.703 6.807 10.740 7.801
2 II 8.588 6.948 8.421 8.476 6.954 14.610 5.444 6.836 5.778 8.317
3 III 5.689 4.961 6.425 6.434 4.963 10.783 13.355 4.708 7.431 6.408
4 I 10.586 4.566 10.605 10.608 4.567 11.064 14.072 8.085 3.988 10.600
5 II 11.477 9.098 11.475 11.476 9.098 13.012 14.475 11.404 11.281 11.474
6 III 9.872 6.413 9.756 9.871 6.638 11.879 13.249 10.578 8.111 9.870
7 I 12.452 6.389 11.699 12.452 6.825 14.096 8.747 8.498 6.870 12.452
8 II 13.327 12.103 13.314 13.327 12.133 10.420 3.956 8.423 6.964 13.326
9 III 12.128 8.614 12.659 12.662 8.617 13.298 11.110 4.783 13.175 12.662
10 I 11.752 10.337 12.571 12.572 10.337 11.731 12.033 4.128 12.849 12.572
11 II 10.953 11.255 11.548 11.548 11.256 8.582 11.185 4.872 15.538 11.548
12 III 6.371 13.172 6.580 6.580 13.172 9.993 12.269 5.412 8.991 6.580
13 I 5.929 5.473 7.012 5.979 8.536 6.337 11.570 4.488 8.914 5.979
14 II 6.669 2.109 6.920 6.790 5.728 5.277 8.731 4.694 4.158 6.790
15 III 7.117 2.526 7.132 7.126 6.267 4.727 8.493 5.592 3.675 7.126
16 I 3.653 2.096 5.061 3.926 5.020 3.702 5.836 6.106 3.766 3.926
17 II 3.660 5.352 4.854 3.963 5.562 3.363 12.010 5.296 4.090 3.963
18 III 3.802 8.202 4.169 3.971 8.248 3.071 15.347 8.106 3.630 3.971
19 I 9.865 5.434 9.584 9.876 5.448 2.807 7.828 4.964 6.158 9.541
20 II 13.196 5.881 10.399 13.199 5.886 2.540 4.842 4.756 4.196 9.348
21 III 14.579 7.125 4.955 14.580 7.127 3.579 5.484 13.101 3.375 3.708
22 I 5.527 4.563 5.583 8.014 4.563 5.700 12.479 7.703 3.032 4.756
23 II 7.488 5.098 4.542 4.120 5.098 11.820 7.065 3.910 2.826 4.057
24 III 4.107 6.170 9.022 5.128 6.170 8.580 4.344 3.410 2.585 8.992
25 I 8.571 1.276 3.864 8.577 5.445 6.009 9.185 3.587 3.380 3.859
26 II 5.629 1.512 4.283 5.660 4.347 9.891 9.980 4.887 3.890 4.281
27 III 6.848 1.913 5.265 6.850 8.845 13.783 8.080 11.566 5.896 5.228
28 I 9.657 3.044 5.883 9.824 4.023 13.849 7.164 15.839 6.718 5.039
29 II 4.827 4.716 3.842 4.873 4.251 12.428 8.350 15.539 12.253 3.729
30 III 9.807 4.449 3.325 9.808 6.718 10.284 11.317 13.714 6.775 3.301
31 I 12.811 4.121 5.730 12.811 4.138 12.610 8.586 4.123 9.070 5.726
32 II 11.384 3.831 3.901 11.855 4.253 10.553 9.267 3.423 4.115 3.901
33 III 5.652 4.109 4.459 5.736 5.428 4.423 14.537 3.055 3.918 4.459
34 I 5.845 5.018 5.491 6.245 4.317 3.541 8.942 2.750 3.403 5.491
35 II 4.873 5.418 6.909 6.917 4.560 3.178 11.146 2.483 3.074 6.909
36 III 5.183 6.698 10.243 5.938 5.601 2.852 9.587 2.233 2.766 10.243
Oktober
Mei
Juni
Juli
Agustus
November
Desember
April
September
No BulanDebit
Januari
Februari
Maret
Tabel 4. Debit Observasi Sungai Uwe
pada Tanggal 17-18 April 2012
Sumber : Hasil Perhitungan
Debit Andalan
Perhitungan debit andalan ini
dilakukan dengan persamaan Weibull,
untuk keperluan air baku debit andalan
yang dipergunakan adalah Q90, atau yang
peluang terjadinya adalah 90 %.
Tabel 5. Debit Andalan Q90 Sungai Uwe
Sumber : Hasil Perhitungan
Dari hasil diatas dapat dilihat debit
andalan Q 90 memiliki debit maksimal
sebesar 6,51 m3/detik dan debit
minimum sebesar 1,06 m3/det
4. Bangunan Bendung
Bangunan bendung direncanakan
dengan tinggi mercu 1.50 m dan lebar
sungai rencana 45 m, dengan lebar pintu
pembilas 3 m sebanyak satu buah dengan
tebal pilar 1 m.
Berikut adalah data-data yang diperlukan
untuk perhitungan bendung: nilai Ka = 0,1
(pangkal tembok bulat)
nilai Kp = 0,01
(pilar berujung bulat)
elevasi dasar = 1879 m
elevasi puncak bendung = 1880,5 m
∆z = 1,0 m
g = 9,81
Adapun langkah-langkah perhitungannya
adalah sebagai berikut:
- Penentuan lebar efektif bendung Be = B – 2 (n . Kp + Ka) . H1
= (45 – 1 – 3) – 2(2 x 0,01 + 0,1) H1
= 41 – 0,24H1
- Tinggi muka air di atas mercu
bendung Q = Cd . 2/3 . (2/3g)
0.5 . Be . H1
1.5
857,70 = 1,286 x 2/3 x (2/3 x 9,81)0.5
x
(41 – 0,24H1) x H11.5
Dengan cara coba-coba (trial and error)
didapat nilai H1 = 4,851 m, desain
bendung dapat dilihat pada Gambar 11.
5. Bangunan Pengambilan
Bangunan pengambilan terletak di
sisi kiri Sungai Uwe, direncanakan
dengan konstruksi bangunan dari pasang-
an batu dilengkapi dengan 1 (satu) buah
pintu baja tipe sluice gate, dan saringan
atau trashrack. Berikut adalah data yang
diperlukan untuk perhitungan intake:
debit desain : Q90 = 1,06 m3/dt
lebar intake : 1,40 m (desain)
tinggi ambang rencana : 1,00 m
koefisien manning (n) : 0,013
(pasangan beton)
slope (S) : 0,002 (desain)
Hasil desain bangunan pengambilan
dapat dilihat pada Gambar 12.
WAKTUKECEPATAN
RERATA
KETINGGIAN
MUKA AIR
LUAS
PENAMPANG
DEBIT
OBSERVASI
(m/dtk) (m) (m2) (m
3/dtk)
07.00 0,563 0,900 18,725 10,534
08.00 0,630 0,900 18,725 11,794
09.00 0,626 0,900 18,725 11,713
10.00 0,615 0,900 18,725 11,510
11.00 0,658 0,900 18,725 12,323
12.00 0,671 0,900 18,725 12,567
13.00 0,636 0,900 18,725 11,916
14.00 0,591 0,900 18,725 11,063
15.00 0,639 0,900 18,725 11,957
16.00 0,597 0,900 18,725 11,184
17.00 0,636 0,900 18,725 11,916
18.00 0,610 0,900 18,725 11,428
19.00 0,621 0,900 18,725 11,632
20.00 0,589 0,900 18,725 11,022
21.00 0,623 0,900 18,725 11,672
22.00 0,487 0,900 18,725 9,111
23.00 0,543 0,900 18,725 10,168
00.00 0,573 0,900 18,725 10,737
01.00 0,567 0,900 18,725 10,615
02.00 0,550 0,900 18,725 10,290
03.00 0,584 0,900 18,725 10,941
04.00 0,547 0,900 18,725 10,250
05.00 0,578 0,900 18,725 10,819
06.00 0,493 0,900 18,725 9,233
07.00 0,623 0,900 18,725 11,672
08.00 0,599 0,900 18,725 11,225
11,127Rerata Debit Observasi
Q (m3/det) Q (m3/det)
1 3,68 1 2,16
2 3,92 2 1,94
3 3,39 3 2,43
1 2,90 1 2,28
2 6,51 2 2,10
3 4,75 3 1,91
1 4,61 1 1,06
2 3,05 2 1,25
3 3,70 3 1,61
1 3,40 1 2,25
2 3,75 2 2,68
3 3,94 3 2,37
1 3,28 1 2,95
2 1,66 2 2,48
3 1,89 3 2,25
1 1,61 1 2,02
2 2,43 2 1,82
3 2,24 3 1,64
Mei
BulanBulan
Januari
Februari
Maret
April
DesemberJuni
Juli
September
Agustus
Oktober
Nopember
6. Saluran Pembawa
Bangunan ini (Saluran Pembawa)
direncanakan kurang lebih sepanjang
29,5 m dengan membawa debit sebesar
1,06 m3/dt.
Saluran pembawa direncanakan
dengan memakai saluran terbuka dengan
geometri saluran berbentuk persegi
empat.
Dari data-data dan pendekatan
yang digunakan maka didapatkan hasil
perhitungan sebagai berikut:
lebar saluran pembawa : 1,40 m
(desain)
koefisien Manning (n) : 0,017
(pasangan batu)
slope (S) : 0,0005
(desain)
Perhitungan dengan menggunakan Q90,
A. Mencari tinggi muka air
Penampang berbentuk segi empat
dengan rumus debit:
Q = V x A --------> V = Q / A
V = 1/n . (A/P)2/3
. S1/2
h1,4
1,06
= 2
132
0,00051,42h
h1,4
0,017
1
0,73 = h1,41,42h
h1,4 32
Dengan cara coba-coba (trial and
error) dapat diketahui kedalaman air,
h = 1,03 m.
Tinggi jagaan direncana dengan
tinggi 0,35 m. Jadi tinggi total saluran
intake adalah 1,03 + 0,35 ≈ 1,40 m
B. Mencari kecepatan air
V = Q / A = 03,11,40
1,06
= 0,735 m/dt
Hasil detail desain saluran pembawa
dapat dilihat pada Gambar 13.
7. Bak Penenang (Forebay)
Untuk perhitungan dimensi bak
penenang dibutuhkan data-data sebagai
berikut (perhitungan menggunakan debit
rencana Q90):
Q90 = 1,06 m3/dt
B = 4,00 m
α = 1,1
L = 6 m
Dimensi bak penenang:
hc =
31
2
2
d
Bg
Qα
=
31
2
2
481,9
06,11,1
hc = 0,20 m
Volume bak penenang = 90Q01 = 10,60
m3
Vsc = scsc dA
10,60 = scdLB
= scd64
dsc = 0,44 m
Hasil desain bak penenang (forebay)
dapat dilihat pada Gambar 14.
8. Pipa Pesat (Penstock)
Untuk mendapatkan diameter pipa
pesat dapat dihitung dengan persamaan
sebagai berikut:
d =
0,187522
H
LQn2,69
dengan:
n = 0,009
Q = 1,06 m3/dt
L = 30,50 m
H = 5,07 m d = 0,81 m
V = Q/A
= 281,014,3
41
06,1
= 2,06 m/dt Hasil desain pipa pesat (penstock) dapat
dilihat pada Gambar 15.
9. Saluran Pembuang Akhir (Tail
Race)
Saluran pembuang akhir (tail race)
direncanakan berbentuk segi empat dari
pasangan batu. Kapasitas saluran di-
rencanakan Q90 = 1,06 m3/dt.
b = 1,00 m
n = 0,017 (pasangan batu)
s = 0,014
Persamaan Manning:
V = 1/n . (A/P)2/3
. S1/2
= 213
2
0,0142hb
hb
0,017
1
V = 3
2
2h1
h103,7
=
32
2h1
h03,7
Q = V x A
1,06 = V x (b x h)
V = 1,06/(1+h)
1,06/(1+h) = 3
2
2h1
h03,7
Dengan cara coba-coba (trial and error) dapat diketahui kedalaman air, h = 0,408 m
Gambar 11. Desain Bendung
Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 12. Desain Letak Intake
Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 13. Desain Saluran Pembawa
Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 14. Desain Bak Penenang
Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 15. Desain Pipa Pesat
Sumber: Hasil Perhitungan
10. Perhitungan Kehilangan Tinggi
Tekan
a. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat
Akibat Trashrack
2g
V
b
tsinαh
343
s
(9,81) 2
0,73
0,05
0,011,31 75h
343
s
h s = 0,010 b. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat
Pemasukan
2g
VKh
2
p
108,0(9,81) 2
2,060,5h
2
p
hp = 0,108 c. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat
Gesekan pada Pipa
2g
V
d
Lfh
2
g
31
2
D
n124.5f
31
2
0,81
0,009124,5
= 0,011
(9,81) 2
06,2
0,81
30,50,011h
2
g
hg = 0,088
d. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat
Belokan pada Pipa
2g
VKh
2
bb
(9,81) 2
2,060,925h
2
b
hb = 0,020
Tabel 6. Total Kehilangan Tinggi Tekan
Sumber: Hasil Perhitungan
Dengan elevasi Muka Air Normal
(Normal Water Level) pada bak penenang
+1880,95 dan rencana elevasi turbin +
1875,85, maka terdapat beda tinggi
(Head Gross) = 5,096 m = 5,1 m. Maka
beda tinggi efektif adalah beda tinggi
(Head Gross) dikurangi dengan total
kehilangan tinggi tekan = 5,1 – 0,226 =
4,874 m.
11. Turbin Air
Gambar 16. Penentuan Tipe Turbin
Berdasarkan Tinggi Jatuh dan Debit
Desain
Sumber: Hasil Perhitungan
Dari Gambar 16 diketahui bahwa
dengan tinggi jatuh efektif pada debit Q90
adalah 4,87 meter dan debit desain
sebesar 1,06 m3/dt, maka dipilih Turbin
Banki/Crossflow.
12. Kapasitas Daya dan Energi
Besarnya daya dan energi yang
dibangkitkan oleh debit Q90 sebesar 1,06
m3/dt dan tinggi jatuh efektif 4,87 m.
Efisiensi turbin, ηt = 0,77
Efisiensi generator, ηg = 0,85
Daya listrik yang dibangkitkan dihitung
dengan memakai persamaan:
P Turbin = 9,81 x Q x Heff x ηt
= 9,81 x 1,06 x 4.87 x 0,77
= 39,03 kW
Pengaruh Q90
Akibat Trashrack (hs) 0,010
Akibat Pemasukan (hp) 0,108
Akibat Gesekan (hg) 0,088
Akibat Belokan (hb) 0,020
Total 0,226
P Generator = P Turbin x ηg
= 39,03 x 0,85
= 31,22 kW = 31.220 W
13. Jumlah Rumah yang Dapat
Dilayani
Berdasarkan ketersediaan daya
yang dibangkitkan melalui PLTMH
Wamena ini maka dapat dihitung berapa
rumah yang akan menerima suplai daya
listrik baru, dengan estimasi jumlah
kebutuhan minimum listrik per rumah
diwilayah pedesaan sebesar 170 watt,
maka perhitungan jumlah rumah yang
akan menerima suplai daya listrik baru
adalah seebagai berikut:
Jumlah Rumah =
(Daya Hasil Pembangkitan / Kebutuhan
Minimum Listrik)
Jumlah Rumah = 31.220 W / 170 W
= 183 Rumah
KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisis dan
perhitungan yang telah dilakukan dengan
memperhatikan rumusan masalah dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Dalam perhitungan debit andalan
Sungai Uwe menggunakan metode
Tank Model, perencanaan PLTMH
Wamena menggunakan debit andalan
Q90 sebesar 1,06 m3/dt.
2. Klasifikasi turbin berdasarkan tinggi
jatuh efektif setinggi 4,87 m dan
kecepatan spesifik (Ns), maka
PLTMH Wamena menggunakan
Turbin Banki/Crossflow.
3. Besarnya daya yang dihasilkan
dengan debit 1,06 m3/dt dan tinggi
jatuh efektif setinggi 4,87 m adalah
39,03 kW.
4. Besarnya energi listrik yang dihasil-
kan dengan debit 1,06 m3/dt, sebesar
31,22 kW.
5. Banyaknya rumah yang mendapat
suplay daya listrik baru dengan energi
listrik yang dihasilkan sebesar 31,22
kW dan kebutuhan minimum listrik
per rumah sebesar 170 W adalah 183
Rumah.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 1984. Diktat Stroge Fungtion
Method, Tidak Dipublikasikan
Anonim. 2011. Jayawijaya Dalam Angka
2011, Tidak Dipublikasikan Arismunandar, Artono. 1991. Buku
Pegangan Teknik Tenaga Listrik I,
PT. Pradnya Paramita. Jakarta
Direktorat Jendral Pengairan. 1986. Standar
Perencanaan Bagian Bangunan
Utama KP-02, Departemen Pekerjaan
Umum, Jakarta
Montarcih, Lily. 2010. Hidrologi Praktis.
CV. Lubuk Agung. Bandung
Patty, O. 1995. Tenaga Air. Erlangga.
Jakarta.
a