Perencanaan Pipa Pesat (Penstock) Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)

Masalah-masalah yang sering terjadi adalah kerusakan akibat bencana alam dan perencanaan yang salah sehingga peralatan tidak dapat bekerja dengan baik. Contoh yang sering terjadi adalah terjadinya longsor akibat survey geologi yang kurang baik, atau kurang tercapainya efisiensi peralatan akibat kerusakan maupun kurang matangnya perencanaan yang dilakukan. Oleh karena itu dalam tulisan ini akan dibahas mengenai pipa pesat (penstock) dan pondasinya , mengingat peralatan ini ....

Perencanaan Pipa Pesat (Penstock) Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)

1. Pendahuluan

Perkembangan listrik pedesaan yang belum terjangkau oleh jaringan listrik PLN cenderung masih bergantung pada pemakaian mesin diesel. Minat terhadap mesin diesel telah mengalami penurunan akhir-akhir ini, karena biaya operasional terutama harga bahan bakar yang terus meningkat dan kekurangan – kekurangan lainnya seperti; pemadaman berkala, biaya kebutuhan pemeliharaan dan kesulitan yang dialami oleh para staf dalam melakukan pengiriman bahan bakar yang disebabkan oleh keadaan jalan desa yang belum memadai dan jarak yang cukup jauh dari agen penyuplai.

Kebutuhan tenaga listrik pada umumnya akan naik, dengan laju pertumbuhan berkisar 3 – 20 % pertahun, terutama tergantung pada pertumbuhan ekonomi dan laju perkembangan industri suatu negara. Hal ini berpengaruh terhadap penyediaan energi listrik. Semakin jelas bahwa harus ada suatu gagasan baru mengenai sumber-sumber energi dan rumusan program-program pelaksanaan dengan efisiensi maksimal. Penyediaan tenaga listrik bagi keperluan sektoral sampai saat ini dibangkitkan dengan minyak sedang jumlah persediaannya terbatas. Investasi pembangkit listrik dengan bahan bakar minyak membutuhkan biaya yang cukup mahal, sehingga hal ini membuka kesempatan bagi upaya diversifikasi, dengan penggantian bahan bakar minyak pada sektoral dengan pemakaian tenaga listrik yang dibangkitkan oleh energi non minyak.

Pembangkit Listrik Tenaga Mini-Hidro? (PLTMH) merupakan salah satu bentuk energi alternatif yang sangat mungkin untuk dikembangkan di negara - negara dengan sumber air yang tersebar luas, misalnya Indonesia. Namun tidak semua sumber air yang mengalir dapat dikembangkan menjadi PLTMH, karena masih ada persyaratan yang harus dipenuhi antara lain: debit air yang mencukupi, adanya tinggi terjun air, kelompok masyarakat pemakai listrik yang tidak jauh dari pusat pembangkit, pengembalian air setelah dipergunakan dan tidak mengganggu penggunaan air untuk pertanian. Untuk melaksanakan pembangunan PLTMH diperlukan suatu perencanaan yang matang, terutama masalah yang berkaitan dengan perencanaan bangunan Agar PLTMH dapat berfungsi sebagaimana yang diharapkan. Sehingga perlu dilakukan survey pendahuluan seperti survey hidrologi, geologi, maupun perencanaan peralatan mekanikal dan elektrikal. Hal tersebut sangat mutlak untuk dilaksanakan mengingat biaya yang dibutuhkan untuk pembangunan PLTMH saat ini masih cukup mahal.

2. Permasalahan

Prinsip kerja PLTMH yang paling utama adalah memanfaatkan semaksimal mungkin energi air yang dapat ditangkap oleh peralatan utamanya yang disebut turbin/kincir air. Efisiensi kincir air yang dipilih untuk menangkap energi air tersebut menentukan besarnya energi mekanik atau energi poros guna memutar generator listrik. Banyak terdapat PLTMH yang mengalami kerusakan akibat pembangunannya tidak didahului oleh survey dan perencanaan yang matang. Masalah-masalah yang sering terjadi adalah kerusakan akibat bencana alam dan perencanaan yang salah sehingga peralatan tidak dapat bekerja dengan baik. Contoh yang sering terjadi adalah terjadinya longsor akibat survey geologi yang kurang baik, atau kurang tercapainya efisiensi peralatan akibat kerusakan maupun kurang matangnya perencanaan yang dilakukan. Oleh karena itu dalam tulisan ini akan dibahas mengenai pipa pesat (penstock) dan pondasinya , mengingat peralatan ini berada pada wilayah yang cukup rawan terhadap longsor dan untuk mendapatkan kecepatan air yang mencukupi. Posisi pipa pesat (penstock) pada sebuah PLTMH dapat dilihat pada gambar 1.

Gbr.1 Posisi pipa pesat (Penstock) pada PLTMH

3. Pipa pesat (penstock)

 ½ inch.ÆPipa pesat (penstock) berfungsi untuk menyalurkan dan mengarahkan air ke cerobong turbin. Salah satu ujung pipa pesat dipasang pada bak penenang minimal 10 cm diatas lantai dasar bak penenang. Sedangkan ujung yang lain diarahkan pada cerobong turbin. Pada bagian pipa pesat yang keluar dari bak penenang, dipasang pipa udara (Air Vent) setinggi 1 m diatas permukaan air bak penenang. Pemasangan pipa udara ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya tekanan rendah (Low Pressure) apabila bagian ujung pipa pesat tersumbat. Tekanan rendah ini akan berakibat pecahnya pipa pesat. Fungsi lain pipa udara ini untuk membantu mengeluarkan udara dari dalam pipa pesat pada saat start awal PLTMH mulai dioperasikan. Diameter pipa udara 

3.1. Jenis bahan dan ukuran pipa pesat

Ada beberapa jenis dan bahan pipa pesat yaitu: 1. Pipa Carbon (Pipa baja) 2. Pipa spiral welded steel (Pipa baja spiral) 3. Pipa PVC 4. Pipa rolled weided steel (pipa baja gulung)

Pipa PVC lebih baik digunakan pada konstruksi pipa pesat yang tertanam ditanah, karena tidak tahan terhadap panas matahari. Sebaiknya digunakan pipa pesat dengan tebal minimal 3 – 4 mm. Perawatan pipa pesat dilakukan dalam jangka waktu tertentu. Misalnya pertahun dengan melaksanakan pengecatan ulang. Sedangkan secara rutin dilakukan kontrol terhadap kebocoran yang mungkin terjadi.

3.2. Perencanaan Pipa pesat (penstock)

3.2.1. Diameter Pipa Pesat

Hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan penstock untuk PLTMH adalah diameter pipa. Semakin kecil diameter maka kecepatan air dalam penstock akan semakin naik untuk debit yang sama, rugi – rugi pada penstock disebabkan debit air dan tinggi jatuh yang relatif kecil dan ketersediaan material di daerah lokal. Perhitungan diemeter menggunakan rumus sebagai berikut: A = ¼ π.d2 ; Q= A x V ; A = Q / V Sehingga:

Dimana: A = Luas Penampang pipa (m2) Q = Debit Air (m3/detik) d = Diameter (m) V = Kecepatan Air (m/detik)

Dalam perencanaan pipa pesat diupayakan dibuat lurus untuk mengurangi rugi – rugi pusaran dan rugi gesekan. Untuk mengurangi rugi-rugi pusaran air pada sisi masuk penstock maka harus ditentukan jarak minimum intake penstok dari permukaan air penampungan air (forebay).

3.2.2. Jarak minimum batang pipa dari permukaan penampung air

Untuk menentukan jarak tersebut dapat menggunakan rumus :

 Dimana: X = Jarak Minimum (m) d = Diameter (m) V = Kecepatan Air (m/detik) g = 9.8 P = Tekanan Air pada kepala pipa pesat (kg/cm2)

3.2.3. Ketebalan dinding batang pipa

Untuk menentukan ketebalan dinding pipa, terlebih dahulu harus mengetahui tekanan desain S dan perhitungan tekanan pada kepala pipa total, yaitu tekanan di tambah perkiraan kemungkinan tekanan yang akan terjadi. Ptotal = P + (% perkiraan tekanan tambahan x P)

jadi ketebalan = 

 = EffisiensihDimana: Ptotal = tekanan pada kepala pipa total (kg/cm2) S = Tekanan Desain yg di perkirakan (kg/cm2)