Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 16 No. 1 Juni 2017 : 1 - 14 P-ISSN 1978 - 2365
E-ISSN 2528 - 1917
Diterima : 27 September 2016, direvisi : 12 Januari 2017, disetujui terbit : 6 November 2017
1
ANALISIS KEHILANGAN TINGGI TEKAN PIPA TRANSMISI PDAM KOTA
BANDUNG UNTUK PENGEMBANGAN POTENSI ENERGI LISTRIK
HEAD LOSS ANALYSIS OF THE TRANSMISSION PIPELINE OWNED BY
BANDUNG WATER SUPPLY COMPANY FOR ELECTRICITY PROSPECTS
Ridwan Arief Subekti, Anjar Susatyo
Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia
Jl. Sangkuriang – Komplek LIPI, Gedung 20, Bandung, Jawa Barat, Indonesia
Abstrak
Makalah ini membahas tentang analisis kehilangan tinggi tekan hidraulik pada pipa transmisi PDAM Kota
Bandung dan kajian tekno ekonominya sebagai dasar untuk mengembangkan potensi energi listrik yang ada.
Perhitungan kehilangan tinggi tekan dilakukan untuk mengetahui besarnya head efektif yang tersedia yang
akan digunakan dalam perancangan pembangkit listrik. Perhitungan biaya investasi menggunakan metode
yang dikembangkan oleh Singal sedangkan analisis kelayakan proyek pengembangan pembangkit listrik ini
menggunakan metode NPV dan IRR. Jalur pipa transmisi PDAM Kota Bandung memiliki panjang lebih dari
31 km, dimulai dari daerah Cikalong, Bandung Selatan dan bermuara di area instalasi pengolahan air minum
di Jalan Badak Singa, Kota Bandung. Hasil analisis kehilangan tinggi tekan pada pipa tersebut menunjukkan
bahwa terjadi losses yang sangat besar pada pipa yaitu sekitar 96 m. Hal ini terjadi karena adanya korosi pada
pipa akibat faktor usia pemakaian yang menyebabkan kekasaran permukaan menjadi lebih besar sehingga
faktor koefisien gesek pipa juga menjadi lebih besar. Dengan head efektif yang dapat dimanfaatkan adalah 4
meter, maka daya listrik yang dapat terbangkitkan adalah 41,20 kW. Hasil analisis ekonomi memperlihatkan
bahwa dengan biaya investasi Rp. 811.858.813,00 maka di peroleh NPV bernilai positif dan IRR lebih besar
dari suku bunga pasar sehingga proyek ini layak untuk direalisasikan.
Kata kunci: Kehilangan Tinggi Tekan; Pipa Transmisi; PDAM; PLTMH; Analisis Ekonomi
Abstract
Head loss analysis of the transmission pipeline owned by Bandung water supply company and techno-economic analysis for electricity development are presented. Head loss calculation was carried out to obtain
the most favorable head necessary for constructing power plant. Meanwhile, cost of investment was calculated using a method developed by Singal while expediency of the power plant construction was
assessed through NPV and IRR. Bandung water supply company has a length of over 31 km transmission
pipeline, starting from Cikalong, South Bandung and empties into the drinking water treatment plant in Badak Singa street, Bandung. The calculation shows that there is a considerable head loss on the
transmission pipeline owned by Bandung water supply company is approximately 96 m. It is caused of corrosion of pipes due to age factor causing surface roughness becomes larger so that the coefficient of friction factor of pipe also becomes larger. It indicates that the most effective head is 4 meter which is able to generate
41.20 kW of electricity. Furthermore, techno-economic analysis reveals that 811,858,813.00 IDR of investment cost is needed for the power plant construction to be considered feasible.
Keywords: Head Loss; Transmission Pipeline; Water Supply Company; MHPP; Techno-Economic Analysis
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 16 No. 1 Juni 2017 : 1 - 14
2
PENDAHULUAN
Saat ini pembangunan pembangkit listrik
tenaga mikrohidro (PLTMH) dan pembangkit
listrik tenaga minihidro (PLTM) sedang
berkembang pesat di Indonesia. Perkembangan
tersebut tak lepas karena adanya dukungan dari
pemerintah pusat melalui Peraturan Menteri
ESDM Nomor 19 tahun 2015 tentang ‘Pembelian
Tenaga Listrik dari Pembangkit Listrik Tenaga
Air oleh PT PLN’, dimana harga jual listrik ke
PLN adalah mulai dari US$ 6,75 cent - US$ 14,4
cent / kWh. Besaran harga jual listrik tersebut
tergantung wilayah, jenis aliran sungai (terjunan /
waduk / bendungan / saluran irigasi), dan jenis
tegangan rendah atau tegangan menengah [1].
Harga beli listrik oleh PLN ini lebih tinggi bila
dibandingkan dengan Peraturan ESDM
sebelumnya yaitu Permen ESDM Nomor 22 tahun
2014 [2].
Namun dalam kenyataannya, harga jual
listrik seperti yang terdapat pada Permen ESDM
nomor 19 tahun 2015 belum diberlakukan oleh
PLN. Harga beli listrik oleh PLN saat ini masih
menggunakan acuan harga yang terdapat pada
Surat Edaran Direksi PLN nomor
0497/REN.01.01/DITREN/2016 tentang Harga
Listrik PLTA yaitu berkisar US$ 7 cent – US$ 8
cent /kWh [3]. Namun demikian, terlepas dari
perbedaan harga tersebut, diharapkan dapat
menggugah minat para investor untuk terus
mengembangkan PLTMH.
Pembangkit listrik tenaga mikrohidro
adalah suatu sistem pembangkit listrik yang dapat
mengubah potensi air dengan ketinggian dan debit
tertentu menjadi tenaga listrik dengan
menggunakan turbin air dan generator. Sistem
PLTMH secara umum sama persis dengan
pembangkit listrik tenaga air pada umumnya
namun daya yang terbangkitkan lebih kecil.
PLTMH dapat memanfaatkan sumber air yang
tidak terlalu besar dengan kapasitas daya
terbangkitkan maksimal 120 kW. Batasan ini
disesuaikan dengan mempertimbangkan
kemampuan memproduksi PLTMH di dalam
negeri [4].
Di Indonesia terdapat beberapa lokasi yang
sebenarnya cukup potensial untuk dikembangkan
menjadi PLTMH namun masih belum
termanfaatkan dengan baik. Contoh lokasi yang
potensial tersebut antara lain adalah pada jaringan
pipa transmisi Perusahaan Daerah Air Minum
(PDAM) dan salah satunya adalah PDAM Kota
Bandung. Jalur pipa transmisi PDAM Kota
Bandung mengalirkan air baku dari sumber air di
daerah Bandung Selatan menuju instalasi
pengolahan air minum PDAM Kota Bandung.
Sebelum air baku masuk ke unit pengolahan,
maka dapat dimanfaatkan terlebih dahulu untuk
pembangkit listrik.
Untuk mengetahui besarnya potensi energi
listrik yang dapat dikembangkan sebagai PLTMH
dengan memanfaatkan pipa transmisi PDAM
tersebut, perlu dilakukan kajian dan perhitungan
guna mengetahui head efektif yang ada melalui
analisis kehilangan tinggi tekan pipa. Hal ini
sangat penting karena head efektif pada suatu
jalur pipa sangat dipengaruhi oleh kondisi real
pipa tersebut.
Pada sistem jaringan pipa air PDAM, faktor
kehilangan tinggi tekanan perlu diperhatikan
sehingga analisis jaringan pipa cukup komplek
dan memerlukan perhitungan yang matang [5].
Analisis Kehilangan Tinggi Tekan Pipa Transmisi PDAM Kota Bandung
untuk Pengembangan Potensi Energi Listrik
3
Terdapat hubungan antara laju aliran massa dan
losses pada pipa, dimana semakin besar laju aliran
massa, maka losses semakin besar dengan
hubungan kedua parameter tersebut cenderung
linier [6]. Selain itu, kehilangan tinggi tekan juga
dipengaruhi oleh adanya interaksi antara tekanan
akibat water hammer, perubahan penampang pipa
yang mendadak, dan akumulasi udara yang
terjebak dalam sebuah sistem pemipaan [7] [8].
Beberapa kajian dan optimalisasi tentang
analisis hidraulik pada jaringan pipa air dan faktor
gesekan yang terjadi pada pipa lurus maupun
belokan pernah dilakukan sebelumnya. Kajian
tersebut untuk mengetahui hubungan antara
penurunan tekanan, pengaruh kekasaran dinding
pipa, dan pengurangan permukaan gesek di dalam
pipa untuk memperoleh debit air yang optimum [9]
[10] [11] [12] [13] .
Dengan latar belakang seperti yang telah
diuraikan di atas, maka diperlukan suatu kajian
awal melalui survei lapangan, perhitungan, dan
analisis pada jaringan pipa transmisi PDAM Kota
Bandung. Hal ini sangat penting dilakukan untuk
mendapatkan data yang lebih terukur mengenai
potensi energi yang dapat dimanfaatkan sebagai
PLTMH. Pada tulisan ini akan dibahas tentang
perhitungan kehilangan tinggi tekan pada jalur
pipa transmisi PDAM Kota Bandung yang
selanjutnya akan digunakan sebagai dasar untuk
menghitung besarnya potensi energi listrik yang
dapat dibangkitkan. Selanjutnya dilakukan
perhitungan besarnya biaya investasi
pembangunan pembangkit listrik serta analisis
kelayakan ekonominya. Dengan adanya salah satu
contoh hasil kajian pengembangan PLTMH pada
jaringan pipa transmisi PDAM ini, diharapkan
dapat menjadi rujukan dalam mengembangkan
potensi energi listrik dengan memanfaatkan
jaringan pipa transmisi PDAM di daerah lain.
METODOLOGI
Pada studi ini dilakukan kegiatan
pengumpulan data primer dan data sekunder.
Kegiatan survei lapangan dilakukan di area
PDAM Kota Bandung dan jalur pipa transmisi air
baku dari Cikalong, Pangalengan, Bandung
Selatan. Data sekunder yang didapat adalah profil
pipa transmisi Cikalong - PDAM Kota Bandung,
tekanan pipa transmisi, dan denah layout area
PDAM Kota Bandung. Sedangkan data primer
yang didapat adalah data debit air, data
pengukuran tekanan real pada beberapa titik
acuan, dan pengecekan kondisi real lapangan.
Setelah didapat data primer dan sekunder,
selanjutnya dilakukan analisis dan pengolahan
data. Adapun pengolahan data tersebut meliputi:
1) perhitungan head losses mayor dan minor
pada pipa transmisi
2) perhitugan potensi daya listrik yang dapat
terbangkitkan
3) perhitungan biaya investasi dan analisis
ekonomi pengembangan PLTMH.
Denah layout pipa transmisi PDAM Kota
Bandung mulai dari Cikalong, Bandung Selatan
sampai instalasi pengolahan air minum di Jalan
Badak Singa Kota Bandung seperti yang terdapat
pada Gambar 1. Air baku PDAM yang berasal
dari Cikalong dialirkan melalui pipa transmisi
yang selanjutnya ditampung pada sebuah bak
penampungan yang berada di area PDAM Kota
Bandung Jalan Badak Singa.
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 16 No. 1 Juni 2017 : 1 - 14
4
Gambar 1. Layout Jaringan Instalasi Pipa Transmisi PDAM Kota Bandung [14]
Sebelum air keluar dari pipa transmisi,
energi yang terdapat pada aliran air tersebut
dapat dimanfaatkan untuk menggerakan
sebuah turbin air sebagai pembangkit listrik
tenaga air. Air keluaran dari turbin akan
masuk ke bak penampungan yang selanjutnya
baru dialirkan ke instalasi pengolahan untuk
diproses menjadi air minum. Secara
sederhana, skema rencana penempatan
PLTMH pada outlet pipa transmisi PDAM
Kota Bandung dapat digambarkan seperti
pada Gambar 2.
Gambar 2. Skema Rencana Pengembangan
PLTMH pada Sistem Aliran Air di PDAM Kota
Bandung
Perhitungan Head Losses Pada Pipa
Transmisi
Head losses sangat berpengaruh pada
performa instalasi pipa dan tentunya akan
menentukan besarnya energi listrik yang dapat
terbangkitkan. Head losses terbagi menjadi dua
yaitu losses mayor dan losses minor.
Losses mayor adalah kehilangan tinggi
tekan yang diakibatkan oleh faktor gesekan yang
terjadi di dalam pipa. Beberapa faktor yang
berpengaruh pada losses mayor adalah panjang
pipa, ukuran pipa, dan material pipa. Losses
mayor dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan 1.
ℎ𝑓 = 𝑓.𝐿
𝐷.
𝑉2
2𝑔 ………………(1)
dimana hf adalah kehilangan tinggi tekan (m), f =
koefisien gesek (dapat dilihat pada diagram
Moody terlampir), L = panjang pipa (m), V =
kecepatan aliran di dalam pipa (m/s), D =
diameter pipa (m), dan g = gravitasi (m/s2)[15].
Besarnya koefisien gesek (f) dipengaruhi
oleh dua hal yaitu besarnya bilangan Reynolds,
dan kekasaran relatif pipa (є/D) dimana є adalah
kekasaran dinding pipa. Bilangan Reynolds (Re)
dihitung menggunakan persamaan 2 berikut.
𝑅𝑒 =𝑉.𝐷
𝜐 ……………… (2)
dimana 𝜐 adalah viskositas kinematik = 0,804 x
10-6 m2/s (air pada suhu 30°C) [15].
Analisis Kehilangan Tinggi Tekan Pipa Transmisi PDAM Kota Bandung
untuk Pengembangan Potensi Energi Listrik
5
Selain losses mayor, perlu juga menghitung
losses minor yaitu kehilangan tinggi tekan yang
terjadi di dalam pipa karena adanya perubahan
bentuk geometri dan adanya aksesoris penunjang
pada jaringan pipa. Losses minor (h) dipengaruhi
oleh koefisien tahanan (K), kecepatan aliran, dan
gravitasi. Losses minor yang terjadi pada pipa
transmisi PDAM Kota Bandung dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan 3.
h = K.V2
2g ……………… (3)
dimana nilai K adalah 0,5 pada saluran masuk
pipa, 0,9 pada sambungan tikungan tajam, 0,75
pada sambungan tikungan tidak tajam, 2,5 pada
katup satu arah, 1,8 pada aksesoris (sambungan
’T’ standar) dan 1 pada lubang keluar [15]. Pipa
trasmisi PDAM ini memiliki dimensi yang sama
mulai dari hulu sampai hilir sehingga tidak
terdapat perbesaran atau pengecilan penampang
pipa [14].
Perhitungan Potensi Daya Listrik
Terbangkitkan
Setelah losses pada pipa diketahui, maka
head efektif yang dapat dimanfaatkan juga dapat
diketahui. Selanjutnya daya listrik yang dapat
dibangkitkan oleh PLTMH (P) dihitung
menggunakan persamaan 4 berikut.
𝑃 = 𝜌. 𝑔. 𝑄. 𝐻. 𝜂 (𝑤𝑎𝑡𝑡) ……………… (4)
dimana P dalam watt, ρ = massa jenis air (kg/m3),
Q = debit air (m3/s), H = tinggi jatuh air efektif
(m), dan η = effisensi sistem (%) [16].
Perhitungan Biaya Investasi dan Analisis
Ekonomi
Rencana pengembangan PLTMH di areal
PDAM Kota Bandung ini akan memanfaatkan
infrastruktur yang ada sehingga dapat menekan
biaya investasi. Beberapa infrastruktur yang telah
ada antara lain adalah bendung, bak penenang,
pipa pesat (penstock), dan rumah pembangkit.
Sedangkan infrastruktur yang perlu dibuat antara
lain adalah bak penampung, bangunan penguras,
dan saluran pembuangan (tail race).
Dalam melakukan perhitungan biaya
pembangunan infrastruktur dan peralatan
mekanikal elektrikal yang dibutuhkan, menjadi
tantangan tersendiri dalam tulisan ini. Para
pengembang PLTMH biasanya melakukan
pendekatan perkiraan biaya global berdasarkan
pengalaman.
Pada kajian ini, perhitungan biaya
infrastruktur dan komponen mekanikal elektrikal
yang dibutuhkan, dihitung menggunakan
persamaan yang dikembangkan oleh Singal, dkk
[17]. Perkiraan perhitungan biaya investasi
pembangunan PLTMH yang dikembangkan oleh
Singal, dkk [17] dapat diaplikasikan untuk wilayah
Indonesia karena dari beberapa hasil studi
penelitian yang telah dilakukan sebelumnya
menyatakan bahwa biaya investasi PLTMH atau
PLTM di Indonesia umumnya berkisar antara
US$ 950 – 4,500/kWh [18] [19] [20] [21] [22].
Dengan dasar hasil studi tersebut di atas,
maka dapat dikatakan bahwa persamaan empiris
yang dikembangkan oleh Singal, dkk [17] cukup
relevan untuk digunakan sebagai pendekatan
dalam menghitung estimasi biaya investasi
PLTMH di Indonesia. Perhitungan biaya
pembuatan bangunan sipil dan peralatan
mekanikal elektrikal PLTMH yang dibutuhkan
dapat dilihat pada Tabel 1.
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 16 No. 1 Juni 2017 : 1 - 14
6
Tabel 1. Perhitungan Biaya Investasi PLTMH [17]
No. Komponen
Pembangkit Persamaan Empiris
1 Bak penampung dan
bangunan penguras = 25.402 P -0,2356 H -0,0589
2 Tail race = 28.164 P -0,376 H -0,624
3 Turbin dan governor = 63.346 P -0,1913 H -0,2127
4 Generator dan
sistem eksitasi = 78.661 P -0,1855 H -0,2083
5
Perlengkapan
elektrikal dan
mekanikal = 40.860 P -0,1892 H -0,2118
Analisis kelayakan ekonomi yang
digunakan pada tulisan ini menggunakan analisis
yang telah umum dipakai yaitu dengan melakukan
perhitungan NPV (Net Present Value) dan IRR
(Internal Rate of Return). Apabila NPV bernilai
positif dan IRR lebih besar dari discount factor
maka suatu proyek layak untuk dijalankan [23].
NPV dapat dihitung menggunakan persamaan 5.
𝑁𝑃𝑉 = ∑𝐴𝑡
(1+𝑘)𝑡𝑛𝑡=0 ……………… (5)
dimana k adalah discount rate yang digunakan, At
adalah net cash flow pada periode ‘t’, dan n adalah
periode yang terakhir dimana cash flow
diharapkan. Sedangkan untuk menghitung IRR,
kita dapat menggunakan persamaan 6, dimana r
adalah tingkat bunga yang akan dijadikan PV dari
proses sama dengan PV dari capital outlays [23].
𝐼𝑅𝑅 = ∑ [𝐴𝑡
(1+𝑟)𝑡] = 0𝑛𝑡=0 …………… (6)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tekanan Pipa Transmisi
Salah satu data sekunder yang didapat
adalah data bulanan tekanan pipa transmisi baru
dan lama. Selain itu juga terdapat data gambar
teknik dan kontur tanah pada jaringan pipa
transmisi PDAM Kota Bandung. Dari data
tekanan pipa tersebut, selanjutnya dihitung
tekanan rata-rata tahunan. Tekanan rata-rata dan
elevasi pada masing-masing pipa transmisi
ditampilkan dalam bentuk grafik seperti yang
terdapat pada Gambar 3 dan Gambar 4.
Jalur pipa transmisi PDAM dari Cikalong
menuju Kota Bandung dibangun mengikuti
kontur muka bumi dimana ketinggian di sisi inlet
Cikalong adalah sekitar 851 mdpl. Elevasi pipa
transmisi akan turun sampai titik terendah yang
berada di sekitar Dayeuh Kolot (+ 650 mdpl) dan
akan kembali naik hingga sampai Kota Bandung
dengan elevasi 751 mdpl (lihat Gambar 1, 3 dan
Gambar 4). Dari Gambar 3 dan 4 dapat terlihat
bahwa tekanan pipa meningkat seiring penurunan
elevasi dan tekanan akan menurun kembali sesuai
dengan peningkatan elevasi dari daerah Dayeuh
Kolot menuju Kota Bandung.
Gambar 3. Grafik Tekanan dan Elevasi pada Pipa Transmisi Baru
Analisis Kehilangan Tinggi Tekan Pipa Transmisi PDAM Kota Bandung
untuk Pengembangan Potensi Energi Listrik
7
Gambar 4. Grafik Tekanan dan Elevasi pada Pipa Transmisi Lama
Perhitungan Head Losses
Sumber air baku PDAM Kota Bandung
berasal dari keluaran Pembangkit Listrik Tenaga
Air (PLTA) Cikalong, Pangalengan, Kabupaten
Bandung yang berada di selatan Kota Bandung.
Dari daerah Cikalong tersebut, air baku dialirkan
melalui dua buah pipa transmisi menuju PDAM
Kota Bandung. Data dan spesifikasi pipa
transmisi PDAM terdapat pada Tabel 2.
Tabel 2. Spesifikasi Pipa Transmisi PDAM Kota
Bandung [14]
No. Uraian Nilai Satuan
1 Diameter pipa 0,85 m
2 Debit air 2 x 0,7 m3/s
3 Panjang pipa 31.135 m
4 Material pipa Steel
5 Elevasi inlet Cikalong 851 mdpl
6 Elevasi outlet PDAM
Kota Bandung 751 mdpl
7 Head gross 100 m
8 Jumlah check valve 3 buah
9 Jumlah tikungan tajam 168 buah
10 Jumlah tikungan tidak
tajam 164 buah
11 Asesoris lainnya (air
valve, wash out, dan
manhole/drain)
98 buah
Dari data seperti yang terdapat pada Tabel
2, dapat dihitung besarnya kecepatan air yang
mengalir di dalam pipa (V) = 1,23 m/s. Viskositas
kinematik air pada suhu 30°C = 0,804.10-6 m2/s
[15]. Dengan menggunakan persamaan 2 dapat
diketahui besarnya bilangan Reynolds (Re) =
1.304.828. Dari nilai kekasaran pipa (є) = 0,015
dan diagram Moody, maka besarnya koefisien
gesek (f) dapat diketahui yaitu 0,014 [15].
Selanjutnya dilakukan perhitungan head losses
(mayor dan minor) yang terjadi pada pipa dengan
menggunakan persamaan 1 dan 3. Hasil
perhitungan head losses ditampilkan dalam
bentuk tabel seperti pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil Perhitungan Head Losses pada
Pipa Transmisi PDAM Kota Bandung
No. Uraian Nilai Satuan
A. Losses mayor 39,81 m
B. Losses minor
1 Losses pada saluran masuk
pipa 0,04 m
2 Losses pada sambungan
tikungan tajam dan tidak
tajam
21,29 m
3 Losses pada katup 0,58 m
4 Losses pada aksesoris
lainnya 13,70 m
5 Losses pada lubang keluar 0,08 m
Total Losses = 75,50 m
Tekanan pada Outlet Pipa
Pada kegiatan ini dilakukan pengukuran
tekanan pipa transmisi baru dan lama secara
langsung yang terdekat dengan areal lokasi
PDAM Kota Bandung. Pengukuran dilakukan
sebagai validasi data untuk memperoleh potensi
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 16 No. 1 Juni 2017 : 1 - 14
8
head yang akan dimanfaatkan sebagai
pembangkit listrik tenaga air.
Pengukuran tekanan pipa transmisi baru
dilakukan di Jalan Supratman, sedangkan
pengukuran tekanan pipa transmisi lama
dilakukan di Jalan Surapati. Dari tekanan pipa
yang diketahui tersebut selanjutnya dilakukan
perhitungan head losses dari titik acuan sampai
PDAM Kota Bandung yang berada di Jalan Badak
Singa dengan elevasi 751 mdpl, sehingga dapat
diketahui tekanan pada outlet pipa transmisi. Data
panjang pipa, jumlah tikungan, dan elevasi
didapat dari gambar layout jalur pipa transmisi [14].
Hasil pengukuran tekanan pada titik acuan,
perhitungan head losses dari titik acuan sampai
outlet, dan tekanan output pipa PDAM Kota
Bandung ditampilkan pada Tabel 4.
Tabel 4. Tekanan pada Titik Acuan dan Hasil
Perhitungan pada outlet Pipa
Uraian
Pipa Transmisi
Pipa
Lama
Pipa
Baru
Lokasi titik pengukuran (titik
acuan)
Jl.
Surapati
Jl.
Supratman
Elavasi (mdpl) 738 697
Tekanan (bar) 1,8 6,5
Tinggi tekan (m) 18 65
Panjang pipa dari titik acuan ke
outlet (m) 614,5 3.280
Beda elavasi titik acuan dengan
outlet (Δ H) (m) 13 54
Head losses mayor dari titik
acuan ke outlet (hf ) (m) 0,79 4,19
Head losses minor dari titik
acuan ke outlet (hf ) (m) 0,32 3,06
Beda tekanan titik acuan
dengan outlet (Δ p) (bar) 1,41 6,13
Tekanan pada outlet pipa
transmisi (p out) (bar) 0,39 0,38
Kondisi saat ini, outlet pipa transmisi
keluar pada sebuah bak penampungan yang
berada di areal PDAM Kota Bandung dengan
outlet pipa berada pada sisi bawah bak. Beda
tinggi muka air bak penampungan dengan outlet
pipa adalah sekitar 4 m. Dengan mengalikan
massa jenis air dan gravitasi, maka tekanan air
pada outlet pipa dapat diketahui yaitu sekitar 0,4
bar [15]. Bila dilihat dari perhitungan nilai tekanan
pada pipa outlet PDAM (pout) seperti yang
terdapat pada Tabel 4, maka nilainya hampir sama
dengan pembacaan real level air pada bak
penampungan yaitu sekitar 0,4 bar.
Namun demikian terdapat perbedaan pada
hasil perhitungan head losses pipa. Tabel 3
menunjukkan head losses total sebesar 75,50 m.
Dengan beda head statis antara sisi inlet dan outlet
pipa 100 m (Tabel 2), maka seharusnya head pada
outlet pipa transmisi adalah 100 m – 75,75 m =
24,50 m. Nilai ini berbeda dengan ketinggian real
permukaan air pada bak penampungan yang
hanya sekitar 4 m dari outlet pipa. Hal ini dapat
terjadi karena beberapa faktor, diantaranya adalah
adanya korosi (karat) pada jaringan pipa akibat
faktor usia pemakaian. Karat pada pipa
menyebabkan kekasaran permukaan meningkat
sehingga faktor koefisien gesek (f) pipa menjadi
lebih besar. Ini yang menyebabkan head losses
yang real terjadi lebih tinggi dari pada head losses
yang dihitung secara teoritis, dimana pada
perhitungan secara teoritis, kondisi pipa dianggap
dalam kondisi baru/ideal dan belum berkarat.
Adanya perbedaan hasil perhitungan head
losses secara teroritis seperti yang terdapat pada
Tabel 3 dengan pengukuran real kondisi muka air
pada bak penampungan di area PDAM Kota
Bandung sejalan dengan apa yang diutarakan oleh
Gloss dan Herwig [12] dan Meniconi, dkk [7]. Pada
kondisi real pipa yang panjang dan sangat
komplek, pengaruh kekasaran dinding pipa sering
Analisis Kehilangan Tinggi Tekan Pipa Transmisi PDAM Kota Bandung
untuk Pengembangan Potensi Energi Listrik
9
terabaikan dalam perhitungan. Gloss dan
Herwig[12] mengungkapkan bahwa elemen
kekasaran pipa ketika dindingnya tidak lagi
mulus, diidentifikasi sebagai mekanisme fisik
yang menyebabkan meningkatnya head loss,
meskipun dalam aliran laminar. Pola aliran yang
terjadi di dalam pipa transmisi PDAM Kota
Bandung adalah aliran yang sangat turbulen
dengan bilangan Reynolds (Re) lebih dari 1,3 juta.
Ini jauh lebih tinggi dari ambang batas aliran
laminar dengan Re = 2000 [15]. Oleh karena itu,
pada aliran yang sangat turbulen tersebut,
kekasaran permukaan pipa menjadi sangat
berpengaruh terhadap head losses real yang
terjadi.
Meniconi, dkk [7] mengutarakan bahwa
untuk mengetahui besarnya head loss dalam pipa
yang komplek tersebut, perlu suatu pengujian
yang melibatkan interaksi banyak variabel. Ini
yang menyebabkan terjadinya perbedaan head
losses hasil perhitungan dengan head losses yang
sebenarnya terjadi pada instalasi jaringan pipa
transmisi PDAM Kota Bandung.
Perhitungan Potensi Daya Listrik
Terbangkitkan
Berdasarkan perhitungan seperti yang
terdapat pada Tabel 4 dan kondisi real tinggi muka
air pada bak penampungan di areal PDAM Kota
Bandung, maka untuk perhitungan potensi energi
listrik yang dapat dibangkitkan digunakan head
efektif 4 m. Dengan menggunakan persamaan 4,
selanjutnya daya listrik yang dapat terbangkitkan
dapat dihitung dan ditampilkan pada Tabel 5.
Dengan head efektif 4 meter maka turbin
air yang dapat digunakan pada PLTMH PDAM
Kota Bandung ini adalah turbin aksial seperti
Turbin Propeller atau Turbin Kaplan. Kedua jenis
turbin tersebut cocok digunakan untuk head
antara 3-20 m bahkan bisa mencapai head 60 m
[24]. Selain itu pada rencana pengembangan
PLTMH ini bisa juga menggunakan turbin
Propeller tipe submersible, dimana turbin jenis ini
merupakan rangkaian turbin dan generator yang
dirakit dalam satu poros dan tercelup di dalam
aliran air [25].
Tabel 5. Potensi Daya Listrik PLTMH PDAM
Kota Bandung
Uraian Simbol Nilai Satuan
Head kotor Hg 100 m
Head bersih Hnet 4 m
Debit terukur Qm 2 x 0,7 m3/s
Debit desain Qd 2 x 0,7 m3/s
Potensi daya hidrolik Ph 54,936 kW
Efisiensi turbin ηT 85 %
Efisiensi transmisi
mekanik ηM 95 %
Efisiensi generator ηG 93 %
Efisiensi total ηtotal 75 %
Daya listrik
terbangkitkan di
rumah pembangkit
P 41,20 kW
Biaya Investasi
Perhitungan besarnya biaya investasi
pembangunan PLTMH yang meliputi biaya
engineering, procurement, and construction
(EPC) mengacu pada persamaan empiris yang
dikembangkan oleh Singal, dkk [17] seperti yang
terdapat pada Tabel 1. Biaya pengembangan atau
development cost ditentukan sebesar 10% dari
biaya EPC [26]. Biaya pengembangan meliputi
biaya studi potensi, pra studi kelayakan, studi
kelayakan, detail desain, dan perijinan. Besarnya
biaya pengembangan PLTMH PDAM Kota
Bandung seperti yang terdapat pada Tabel 6.
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 16 No. 1 Juni 2017 : 1 - 14
10
Tabel 6. Perhitungan Biaya Investasi
Pengembangan PLTMH
No Komponen Biaya (Rp)
A. Biaya Engineering, Procerement, and
Construction (EPC)
1 Bak penenang dan bangunan
penguras 81.973.193
2 Tail race 24.634.267
3 Turbin dengan governor 194.745.392
4 Generator dengan sistem
eksitasi 248.612.549
5 Perlengkapan elektrikal dan
mekanikal 126.583.610
Sub Total A 676.549.010
B.
1.
Development cost (10% x
EPC) 67.654.901
2. Biaya overhead dan teknis
(10% x EPC) 67.654.901
Total Project Cost 811.858.813
Analisis Kelayakan Proyek
Sebelum menghitung analisis kelayakan
proyek, maka perlu diketahui dan ditentukan
terlebih dahulu beberapa parameter dasar seperti
biaya operasional dan maintenance (O&M), umur
pakai alat, probabilitas jalannya pembangkit (CF),
dan harga beli listrik industri. Untuk pembangkit
listrik tenaga air skala mini dan mikrohidro, biaya
O&M adalah berkisar antara 2-5% dari biaya EPC
[26]. Pada analisis kelayakan ekonomi ini besarnya
biaya operasional dan maintenance tahunan
ditentukan sebesar 5% dari EPC.
Listrik yang dihasilkan oleh PLTMH ini
dapat digunakan untuk mensubstitusi kebutuhan
energi listrik di internal lingkungan areal PDAM
Kota Bandung seperti untuk pompa air, lampu
penerangan, atau untuk pemakaian lainnya. Tarif
listrik PDAM Kota Bandung termasuk pada
golongan tarif industri menengah pada tegangan
menengah dengan daya di atas 200 kVA (I-3/TM)
dengan harga beli listrik dari PLN adalah
Rp1.112,-/kWh [27].
Tabel 7. Hasil Analisis Keekonomian
Pengembangan PLTMH
Item Nilai Satuan
Kapasitas kotor 41,20 kW
Kapasitas bersih 37,08 kW
CF 80 %
Produksi energi
listrik 246.880 kWh/tahun
Harga beli listrik
industri oleh
PDAM
1.112 Rp/kWh
Total cost project 811.858.813 Rp
Umur pakai alat 20 tahun
Depresiasi 40.592.941 Rp/tahun
Biaya operasional
dan maintenance
(tiap tahun
meningkat sesuai
nilai eskalasi)
33.827.451 Rp/tahun
Pajak air nihil Rp
Income tax 0 %
Discount factor 14 %
Pembiayaan
perusahaan 100 %
Revenue
(pendapatan) 274.525.880 Rp/tahun
NPV 607.790.685 Rp
IRR 28,53 %
Benefit–cost ratio
(BCR) 4,31
Payback periode 5 tahun (dari
awal proyek)
Tabel 7 menunjukkan hasil analisis
perhitungan keekonomian pengembangan
PLTMH PDAM Kota Bandung. Rincian
perhitungan NPV dan IRR dapat dilihat pada
Lampiran. Pada perhitungan analisis kelayakan
ekonomi ini, pendapatan atau revenue adalah nilai
penghematan yang akan diperoleh oleh PDAM
Kota Bandung apabila listrik yang dihasilkan oleh
PLTMH digunakan untuk menggantikan
kebutuhan listrik beberapa peralatan selama ini
menggunakan listrik dari PLN. Dengan total cost
project Rp811.858.813,-, melalui pendanaan dari
perusahaan 100%, dan umur pakai alat 20 tahun,
maka di peroleh IRR 28,53%. Dengan nilai NPV
yang bernilai positif dan nilai IRR lebih besar dari
suku bunga pasaran saat ini yaitu 14%, dapat
Analisis Kehilangan Tinggi Tekan Pipa Transmisi PDAM Kota Bandung
untuk Pengembangan Potensi Energi Listrik
11
dikatakan bahwa proyek PLTMH PDAM Kota
Bandung secara ekonomi layak dilaksanakan.
KESIMPULAN
Analisis kehilangan tinggi tekan pada pipa
transmisi PDAM Kota Bandung untuk
pengembangan potensi energi listrik beserta
analisis tekno ekonominya telah dibahas pada
makalah ini. Dari hasil perhitungan head losses
pada lokasi titik acuan terdekat dengan lokasi
PDAM Kota Bandung dan kondisi muka air bak
penampungan pipa, diketahui bahwa potensi head
pada instalasi pipa transmisi PDAM Kota
Bandung adalah 4 m. Hasil perhitungan potensi
daya listrik yang dapat terbangkitkan pada
instalasi pipa transmisi PDAM Kota Bandung
adalah 41,20 kW. Sementara itu, berdasarkan
hasil analisis kelayakan ekonomi pengembangan
PLTMH PDAM Kota Bandung dengan investasi
yang dibiayai oleh perusahaan, didapat NPV
bernilai positif. Begitupun nilai IRR yang lebih
besar dari suku bunga pasar membuat proyek ini
layak untuk dilaksanakan.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih penulis sampaikan kepada
Bapak Indra Adhiwidjaja yang telah memfasilitasi
kegiatan survei potensi PLTMH ini. Terima kasih
juga kepada pimpinan dan karyawan PDAM Kota
Bandung yang telah membantu selama kegiatan
ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Kementerian Energi dan Sumber Daya
Mineral, 2015. Peraturan Menteri ESDM
Nomor 19 tahun 2015 tentang
‘Pembelian Tenaga Listrik dari
Pembangkit Listrik Tenaga Air oleh PT
PLN' [Online]. http://jdih.esdm.go.id/
peraturan/(Permen%20ESDM%2019%2
0Th%202015).pdf
[2] Kementerian Energi dan Sumber Daya
Mineral, 2014. Peraturan Menteri Energi
dan Sumber Daya Mineral Nomor 22
Tahun 2014 Tentang Harga Pembelian
Tenaga Listrik oleh PT PLN (Persero)
dari Pembangkit Tenaga Listrik yang
Menggunakan Energi Terbarukan Skala
Kecil dan Menengah atau Kelebihan
Tenaga Listrik [Online]. http://prokum.
esdm.go.id/permen/2014/Permen%20ES
DM%2022%202014.pdf
[3] Perusahaan Listrik Negara, 2016. Surat
Edaran Direksi PLN Nomor
0497/REN.01.01/DITREN/2016 tentang
'Harga Listrik PLTA'. Hasil wawancara
dengan PLN Wilayah Distribusi Banten
Jawa Barat.
[4] Kusdiana, 2008. Buku Pedoman Teknis
Standardisasi Peralatan dan Komponen
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
(PLTMH). Jakarta: IMIDAP - Direktorat
Jenderal Listrik dan Pemanfaatan,
Kemeterian ESDM
[5] Aida Nurfadilah and Terunajaya, 2013.
"Analisa Perhitungan Debit dan
Kehilangan Tinggi Tekanan (Head Loss)
pada Sistem Jaringan Pipa Daerah
Layanan PDAM Tirtanadi Cabang
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 16 No. 1 Juni 2017 : 1 - 14
12
Sunggal," Jurnal Teknik Sipil USU, vol.
2, no. 2.
[6] Ahmad Jamaludin Fitroh, 2011.
"Analisis Losses Pipa Lurus Berdiameter
40 cm pada Terowongan Angin
LAPAN," Jurnal Teknologi Dirgantara,
vol. 9, no. 1, pp. 53-60.
[7] S. Meniconi, B. Brunone, and M.
Ferrante, 2012. "Water-hammer Pressure
Waves Interaction at Cross-section
Changes in Series in Viscoelastic Pipes,"
Jornal of Fluids and Structures, vol. 33,
pp. 44-58.
[8] I.W.M. Pothof and F.H.L.R. Clemens,
2011. "Experimental Study of Air–water
Flow in Downward Sloping Pipes,"
International Journal of Multiphase
Flow, vol. 37, pp. 278-292.
[9] Juhari Malau and Tekad Sitepu, 2012.
"Analisa Pressure Drop pada Sistem
Perpipaan Fuel Oil Boiler pada PT. PLN
Pembangkitan Sumatera Bagian Utara
Sicanang – Belawan dengan
Menggunakan Pipe Flow Expert," Jurnal
e-Dinamis, vol. 3, no. 3, pp. 164-171.
[10] Bagus Shellan Affan, 2010. Skripsi: Kaji
Eksperimental Rugi Tekan (Head Loss)
dan Faktor Gesekan yang Terjadi pada
Pipa Lurus dan Belokan Pipa (Bend).
[Online]. http://eprints.undip.ac.id/24810
/1/L2E307010_BAGUS_SHELLAN_A
FFAN.pdf
[11] Priyo Ari Wibowo, 2013. Analisis
Penurunan Head Losses pada Belokan
Pipa 180⁰ dengan Variasi Non Tube
Bundle, Tube Bundle 0,25 Inchi, dan
Tube Bundle 0,5 Inchi. [Online].
http://repository.unej.ac.id/bitstream/han
dle/123456789/9184/Priyo%20Ari%20
Wibowo%20-%20091910101065.pdf?
sequence=1
[12] D. Gloss and H. Herwig, 2010. "Wall
Roughness Effects in Laminar Flows: an
Often Ignored Though Significant Issue,"
Exp Fluids, vol. 49, pp. 461–470.
[13] Bong Hyun Kwon et al., 2014.
"Experimental Study on The Reduction
of Skin Frictional Drag in Pipe Flow by
Using Convex Air Bubbles," Exp Fluids,
vol. 55, p. 1722.
[14] PDAM Kota Bandung, 2015. Tekanan
pada Pipa Transmisi.
[15] Victor L. Streeter and E. Benyamin
Wylie, 1986. Mekanika Fluida. Jilid 1,
Delapan ed. Jakarta, Jakarta, Indonesia:
Erlangga.
[16] Fritz Dietzel, 1990. Turbin Pompa dan
Kompresor edisi Kedua, Jakarta,
Indonesia: Erlangga.
[17] S.K Singal, R.P Saini, and C.S
Raghuvanshi, 2010. "Analysis for cost
estimation of low head run-of-river small
hydropower schemes," Energy for
Sustainable Development, vol. 14, pp.
117-126.
[18] Ridwan Arief Subekti and Pudji Irasari,
2014. "Techno-economic Comparative
Study of Very Low Head Hydro Power:
Case Study in Bintar Village, Nunukan,
Analisis Kehilangan Tinggi Tekan Pipa Transmisi PDAM Kota Bandung
untuk Pengembangan Potensi Energi Listrik
13
East Kalimantan," Teknologi Indonesia,
vol. 37, no. 2, pp. 90-99.
[19] Rita Kristiyani, 2010. Overview PLTMH
– Peluang dan Tantangan.
[20] PT. Semesta Energi Makmur, 2016.
Penawaran Pembangunan dan
Revitalisasi PLTM Di Lingkungan PTPN
VIII, Dokumen Penawaran dan Hasil
Wawancara.
[21] PT. Wilwatikta Persada Energi, 2016.
Penawaran Pembangunan dan
Revitalisasi PLTM Di Lingkungan PTPN
VIII, Dokumen Penawaran dan Hasil
Wawancara.
[22] PT. Tansaya Olah Pakarti, 2016.
Penawaran Pembangunan dan
Revitalisasi PLTM Di Lingkungan PTPN
VIII, Dokumen Penawaran dan Hasil
Wawancara.
[23] Suliyanto, 2010. Studi Kelayakan Bisnis:
Pendekatan Praktis, 1st ed., Oktaviani
HS, Ed. Yogyakarta, Yogyakarta: ANDI.
[24] 3Helix Power, 2014. Types of Turbines.
[Online]. http://www.3helixpower.com/
hydropower/types-of-turbines/
[25] Ridwan A. Subekti, Anjar Susatyo, and
Pudji Irasari, 2012. "Design and Analysis
of the Prototype of Pico Hydro Scale
Submersible Type Turbine-Generator for
Flat Flow River Application," Teknologi
Indonesia, vol. 35, no. 3, pp. 1-8.
[26] Santosa Gitosusastro, 2010. Analisa
Ekonomi dan Finansial, Pelatihan
Analisisa Kelayakan Proyek Pembangkit
Tenaga Listrik Mini Hydro.
[27] Kementerian Energi dan Sumber Daya
Mineral, 2014. Peraturan Menteri ESDM
No.31 Tahun 2014 Tentang 'Tarif Tenaga
Listrik yang Disediakan Oleh PLN'.
[Online]. http://prokum.esdm.go.id/
permen/2014/Permen%20ESDM%2031
%202014.pdf
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan
Vol. 16 No. 1 Juni 2017 : 1 - 14
14
LAMPIRAN
Grafik Diagram Moody
Tabel Analisis Finansial Pengembangan PLTMH PDAM Kota Bandung
Tahun Eskalasi Pendapatan Depresiasi Biaya O & M Pendapatan Bersih
untuk IRR
Arus Kas
Keseluruhan
(1) (2) (3) (4)=1-3 (5)
0-1
(811.858.813)
(811.858.813) (811.858.813)
1 1,00 274.525.880 40.592.941 33.827.451 240.698.430 (571.160.383)
2 1,06 274.525.880 40.592.941 35.687.960 238.837.920 (332.322.463)
3 1,11 274.525.880 40.592.941 37.650.798 236.875.082 (95.447.380)
4 1,17 274.525.880 40.592.941 39.721.592 234.804.288 139.356.908
5 1,24 274.525.880 40.592.941 41.906.280 232.619.601 371.976.509
6 1,31 274.525.880 40.592.941 44.211.125 230.314.755 602.291.264
7 1,38 274.525.880 40.592.941 46.642.737 227.883.144 830.174.408
8 1,45 274.525.880 40.592.941 49.208.087 225.317.793 1.055.492.201
9 1,53 274.525.880 40.592.941 51.914.532 222.611.348 1.278.103.549
10 1,62 274.525.880 40.592.941 54.769.831 219.756.049 1.497.859.598
11 1,71 274.525.880 40.592.941 57.782.172 216.743.708 1.714.603.306
12 1,80 274.525.880 40.592.941 60.960.192 213.565.689 1.928.168.995
13 1,90 274.525.880 40.592.941 64.313.002 210.212.878 2.138.381.873
14 2,01 274.525.880 40.592.941 67.850.217 206.675.663 2.345.057.536
15 2,12 274.525.880 40.592.941 71.581.979 202.943.901 2.548.001.437
16 2,23 274.525.880 40.592.941 75.518.988 199.006.892 2.747.008.329
17 2,36 274.525.880 40.592.941 79.672.532 194.853.348 2.941.861.677
18 2,48 274.525.880 40.592.941 84.054.522 190.471.359 3.132.333.036
19 2,62 274.525.880 40.592.941 88.677.520 185.848.360 3.318.181.396
20 2,77 274.525.880 40.592.941 93.554.784 180.971.096 3.499.152.492
Total:
5.490.517.607 811.858.813 1.179.506.302 3.499.152.492
NPV:
607.790.685
IRR:
28,53%