rancangan sipil pltmh

Panduan untuk Pembangunan Pembangkit ListrikMikro Hidro Bab 5

Bab 5 DISAIN UNTUK KONSTRUKSI SIPILHambatan utama dari pembangunan pembangkit listrik skala kecil adalah biaya pembangunan yang cukup tinggi. Pada bab ini, elemen teknologi dijelaskan dengan asumsi yang dibutuhkan untuk mengurangi biaya konstruksi sipil (tidak ada penjelasan yang diberikan untuk itu yang sama penggunaannya untuk mendisain sebuah pembangkit listrik tenaga air yang biasa). 5.1 Dam intake 5.1.1 Tipe-tipe dasar dam intake Terdapat beberapa jenis tipe dasar dam intake seperti yang disebutkan dibawah ini. (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) Dan beton graviti Dam beton mengapung Dam tanah Dam urugan batu Dam pasangan batu basah Dam batu bronjong Dam batu bronjong diperkuat beton Dam ranting kayu Dam kayu Dam bingkai kayu dengan kerikil

Dari jenis-jenis diatas, secara mendasar dam urugan batu fleksibel dan dam batu bronjong, dll. adalah terkenal digunakan di negara-negara Asia Tenggara karena beberapa keuntungan seperti (i) tidak terlalu dipengaruhi oleh kondisi dari tanah dasarnya dan (ii) relatif mudah diperbaiki jika mengalami kerusakan. Bagaimanapun, mereka dapat ditembus oleh banjir karena itu struktur dan penggunaannya harus didahului dengan pengujian yang hati-hati dari konstruksi yang penting seperti struktur sipil dan kondisi dari arus bawah.

- 5-1 -


Table 5.1.1 TipeDam Beton graviti

Tipe dasar dam intake untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil dan kondisi aplikasinya Garis Besar Gambar Kondisi aplikasinyaBeton digunakan untuk mengkonstruksi bangunan secara keseluruhan. Fondasi: pada prinsipnya, lapisan batu Kondisi sungai : tidak dipengaruhi oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen Kondisi intake : penampilan yang baik, intake efisien

Dam beton mengapung

Bagian infiltrasi yang diperpanjang dari fondasinya dengan diputus, dll. Untuk menyempurnakan penampilannya.

: pada prinsipnya, kerikil Kondisi sungai : tidak dipengaruhi oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen Kondisi intake : penampilan yang baik, intake efisien

Fondasinya

Dam tanah

Tanah (earth) digunakan untuk bahan utama dan penggunaan dari batu gosong dan dinding utama tergantung dari kondisi jika diperlukan

Fondasi

: bervariasi dari tanah (earth) sampai lapisan batu Kondisi sungai : aliran yang tidak deras dan mudah diatasi bila terjadi banjir Kondisi intake : efisiensi intake yang baik dikarenakan penampilan yang baik jika dikerjakan dengan hati hatiFondasi Kondisi sungai : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu : sungai dimana dam tanah dapat hanyut jika menggunakan keluaran air yang normal

Dam urugan batu

Kerikil digunakan sebagai bahan utama dari bangunannya. Penggunaan dari dinding utama tergantung dari kondisi jika diperlukan

Kondisi intake : keterbatasan penggunaan sungai karena efisiensi intake yang rendah

- 5-2 -


Dam pasangan batu basah

Pengisian ruang dengan kerikil dan semen,dll.

: berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu Kondisi sungai : tidak dipengaruhi oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen Kondisi intake : penampilan yang baik dan intake yang efisien Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu : sungai dimana dam urugan batu bisa hanyut dengan menggunakan keluaran air yang normal : keterbatasan penggunaan sungai karena efisiensi intake yang rendah : berbagai jenis tanah sampai lapisan batu : sungai dimana jaring logam dapat mengalami kerusakan jika aliran sungai terlalu deras : dapat diterapkan jika efisiensi intake yang tinggi diperlukan : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan kerikil. : pengikisan terjadi jika terdapat banjir. : pada bagian dengan volume intake yang rendah atau intake dari aliran (stream) sampai suplemen untuk sungai di musim kemarau

Fondasi

Dam batu bronjong

Batu belah dibungkus dengan jarring logam untuk menyempurnakan kesatuannya.

Kondisi tanah

Kondisi intake

Dam batu bronjong diperkuat beton

Penguatan permukaan batu bronjong dengan beton.

Fondasi Kondisi sungai

Kondisi intake

Dam ranting kayu

Dam sederhana dengan menggunakan ranting pohon lokal.

Fondasi

Kondisi sungai Kondisi intake

- 5-3 -


Dam kayu

Dam dengan menggunakan kayu.

Fondasi

Kondisi sungai

Kondisi intake

Dam bingkai kayu dengan kerikil

Didalam frame kayu diisi dengan kerikil untuk meningkatkan stabilitasnya.

Fondasi

Kondisi sungai

Kondisi intake

: berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu. : aliran yang tidak deras dengan pergerakan sedimen yang rendah. : suatu tingkat dari efisiensi intake dalam keadaan yang aman jika permukaannya dilapisi, dll. : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu. : sungai dimana dam urugan kerikil dapat hanyut jika menggunakan debit air yang normal : keterbatasan penggunaan bagian air sungai karena efisiensi intake yang rendah

5.1.2 Memutuskan ketinggian dam Seperti volume dam adalah proposional ke persegi dari tingginya, adalah penting untuk memutuskan ketinggian dam dalam hal meminimalkan kondisi-kondisi berikut kedalam pertimbangan. (1) Kondisi yang membatasi ketinggian saluran Untuk menentukan ketinggian dam, adalah perlu untuk mempertimbangkan kondisi topografi dan geologi dari rute saluran yang akan digunakan sebagai tambahan bahan pertimbangan pada lokasi konstruksi dam. Pemeriksaan yang teliti terutama dibutuhkan pada sebuah lokasi dimana perhitungan biaya konstruksi saluran air memiliki proporsi yang besar dari total biaya konstruksi. Ketinggian dam pada lokasi dimana saluran air dikonstruksi di bawah jalan yang sudah ada, seringkali ditentukan dengan referensi pada ketinggian jalan yang bersangkutan.

- 5-4 -


(2) Kemungkinan kenaikan dasar sungai dibagian hilir Ketinggian dam untuk pembangkit listrik skala kecil pada umumnya rendah, ada perhatian bahwa fungsi normalnya dapat terganggu oleh naiknya dasar sungai di bagian hilir. Oleh karena itu, kenaikan dasar sungai di masa depan harus diperkirakan untuk memutuskan ketinggian dari dam jika lokasi yang direncanakan terdapat pada kasus kasus berikut ini. 1) Kemiringan sungai yang tidak terlalu curam dengan tingkat perubahan / pergerakan sedimen yang cukup tinggi 2) Keberadaan check dam yang tidak terisi penuh, dll. di bagian hilir dari dam intake yang direncanakan. 3) Keberadaan dari lokasi yang rusak di bagian hilir yang cenderung akan berlanjut mengalami kerusakan di kemudian hari. 4) Keberadaan bagian sempit di daerah hilir yang akan menghalangi jalannya aliran sedimen dan/atau sampah kayu. (3) Kondisi untuk memindahkan sedimen dari depan dam dan bak pengendap dengan metode intake (intake tyrolean dan intake sisi) Dibawah keadaan normal, ketinggian dari dam harus direncanakan untuk melebihkan nilai perhitungan dengan metode berikut untuk memastikan kemudahan dalam memindahkan sedimen dari depan dam dan bak pengendap. 1) Intake sisi Pada kasus intake sisi, kasus berikut (a) atau (b), yang mana saja lebih tinggi, diadopsi. a. Tinggi dam (D1) ditentukan dalam hubungan dengan elevasi dasar dari pintu pemeriksaan dari dam intake D1 = d1 + h

b. Tinggi dam (D2) ditentukan dengan kemiringan dasar dari bak pengendap D2 = d2 + h + L (ic ir) Dimana, d1 : Tinggi dari dasar pintu pemeriksaan ke dasar dari pintu pemasukan air (biasanya 0.5 1.0 m) d2 : Perbedaan antara dasar dari pintu pemeriksaan dari bak pengendap dasar sungai pada lokasi yang sama (biasanya sekitar 0.5 m) hi : Kedalam air dari pintu pemasukan air (biasanya ditentukan untuk membuat kecepatan aliran masuk mendekati 0.5 1.0 m/det) L : Panjang bak pengendap (Lihat Bab 5-5.3 dan Gambar 5.3.1) ic : Kemiringan dari dasar bak pengendap (biasanya sekitar 1/20 1/30) ir : Kemiringan sungai sekarang.

- 5-5 -


Inlet

L

hi d1 ic ir d2

Gambar 5.1.1 Potongan dari intake sisi dan dam 2) Intake tyrolean Intake tyrolean dimana air diambil dari asumsi dasar bahwa didepan dam diisi dengan sedimen dan oleh karena itu, ketinggian dam ditentukan dengan kasus D2 untuk intake sisi. D2 = d2 + hi + L (ic ir)Inlet L

D2

hi ic ir d2

Gambar.5.1.2 Potongan dari intake tyrolean dan dam (4) Pengaruh pada pembangkitan daya listrik Pada sebuah lokasi dimana penggunaan ketinggian kecil atau dimana dirancang untuk mengamankan ketinggian dengan sebuah dam, ketinggian dam secara signifikan mempengaruhi tingkat pembangkitan energi listrik. Berdasarkan hal tersebut, adalah perlu untuk menentukan ketinggian dam pada lokasi seperti itu dengan membandingkan perubahan yang diharapkan dari kedua biaya konstruksi dan pembangkitan energi listrik karena perbedaan dari ketinggian dam.

- 5-6 -


(5) Pengaruh dari air di bagian belakang Ketika jalan, tanah pemukiman, pertanian dan jembatan, dll. ada di area yang elevasinya lebih rendah di bagian hulu dari sebuah lokasi dam intake yang direncanakan, adalah perlu untuk menentukan ketinggian dam untuk mencegah banjir karena air di bagian belakang. Terutama sekali pada sebuah lokasi dengan ketinggian dam tinggi, tingkat pengaruh pada penampakan diatas harus diperiksa dengan menghitung air di bagian belakang atau metode lainnya. 5.2 Intake 5.2.1 Metode Intake Terlepas dari metode intake sisi yang biasa, ada beberapa jenis metode intake sederhana dimana bertujuan pada pengurangan ketinggian dan menghilangkan pintu intake (dalam hal ini mengacu pada seperti metode intake tyrolean) untuk sebuah pembangkit listrik tenaga air. Dua jenis contoh ditulis dibawah. Tipe Saringan Tipe Tanpa Saringan Detail dari dua tipe ini ada pada Tabel 5.2.1.

- 5-7 -


Tabel 5.2.1 Contoh Tipe dari Metode Intake TyroleanKarakteristik Keuntungan dan Masalah yang ditemui berdasarkan survey di lapangan< Keuntungan > Sebuah pintu pengecekan dari dam intake dapat dihilangkan. Sebuah fasilitas intake yang lengkap cocok untuk sebuah sungai yang sempit dan deras. Intake yang stabil memungkinkan untuk mengatasi perubahan dasar sungai bagian hilir. < Permasalahan > Pada saat banjir atau air mengalir, endapan dan sampah mengalir di saluran. Sebuah saringan yang tersumbat oleh kerikil, dll, dibutuhkan banyak tenaga untuk membersihkannya. < Keuntungan) Sebuah fasilitas intake yang lengkap sesuai untuk sungai yang sempit atau deras. Intake yang stabil memungkinkan untuk mengatasi perubahan dasar sungai bagian hilir. Sedimen dan sampah dikeluarkan secara alami pada saat banjir. < Permasalahan > Banyak sekali sedimen dan sampah yang mengalir melalui saluran. Penggosokan secara rutin pada bak pengendap sangat diperlukan. Jika sebuah saringan dipasang untuk menutup sebagian besar saluran sungai, adalah memiliki daya tahan yang tinggi terhadap fluktuasi dasar sungai. Sebuah intake yang cukup lebar dapat mengambil 100 % intake dari air sungai. Kelebihan aliran dapat terjadi karena daun-daun yang jatuh, dll. mengumpul pada permukaan saringan, lebar saringan harus memiliki lebar yang cukup. Kapasitas pengendapan dari dam berhubungan dengan arus pengendapan juga harus dianalisa. Tipe ini umum dipakai dan nilai intake secara umum 0.1 0.3 m3/det per unit lebar di dasarkan pada sebuah sudut batang yang dipasang hingga 30, sebuah jarak antar bidang batang 20 30 mm dan sebuah panjang batang yang kira-kira 1 m. Aliran air biasanya mengalir melalui bagian atas dam dan kemudian menuju bak pengendap melalui saluran intake yang diletakkan memotong saluran sungai dan berada di sepanjang ambang akhir (pembelokan). Dengan kenaikan debit sungai, maka aliran air akan mengalir ke ambang akhir dan menjadi suatu aliran yang cepat menuju ke ambang akhir, hal ini menyebabkan tidak mungkin terjadi banjir pada intake. Akan tetapi, jika sedimen yang tersimpan di saluran intake dapat hanyut melalui air terjun di ambang akhir, maka perawatan dari saluran intake menjadi lebih mudah. Karena bagan dari tipe ini mempunyai kesamaan dengan bagian pada tipe tipe saringan, ketiadaan dari saringan berarti pengurangan biaya perawatan dan tenaga kerja untuk merawat saringan.

Metode Intake

Garis Besar Gambar

Tipe Saringan

-5- 8 - 5-8 -

Tipe Tanpa Saringan


5.2.2 Poin-poin penting untuk mendisain intake Untuk desain intake pada pembangkit tenaga air skala kecil, diperlukan pemeriksaan teliti untuk melihat kemungkinan penghilangan pintu intake dan lainnya agar diperoleh pengurangan biaya. Dalam kasus pembangkit listrik tenaga air skala kecil, saluran air cenderung merupakan sebuah saluran terbuka, saluran tertutup atau pipa yang tertutup. Jika jenis saluran ini digunakan, adalah penting untuk menghindari volume aliran air yang cenderung melebihi desain volume intake agar tidak terjadi kerusakan pada salurannya. Sementara itu, kontrol pintu otomatis untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil dapat menyebabkan biaya meningkat, sehingga dipilih kontrol manual, pada kasus fasilitas intake untuk pembangkit tenaga air skala kecil yang dibangun di daerah pegunungan terisolir, sehingga banjir sulit untuk mencapainya. Beberapa metode ini dianjurkan untuk mengontrol aliran pada saat banjir tanpa menggunakan pintu, dll. (1) Prinsip Metode ini cenderung merupakan bagian dari desain intake yang menjadi lubang bila terjadi kenaikan air sungai yang disebabkan oleh banjir. Metode ini pada umumnya digunakan untuk intake tyrolean atau untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil di Indonesia. Volume aliran masuk dihitung dengan menggunakan formula berikut ini.Level air banjir

bi dh hi dh hi Ai Level air spillway p Level air normal H sp

Qf = Ai x Cv x Ca x (2g x H ) 0.5

Dimana, Qf : Volume aliran masuk pada lubang dibawah permukaan air (m3/s) Ai : Daerah intake (m2) Ai=bi (dh + hi)dh=0.100.15m Cv : Koefisien velositas : Cv = 1/(1 + f) f : Koefisien dari aliran yang berkurang (lihat gambar berikutnya) Bsp, hsp: Mengacu pada Bab 5-5.3 Bak pengendap

- 5-9 -


Angularity

Haunch

Rounded

f = 0.5

f = 0.25

f = 0.1 (round) - 0.2 (orthogon)

Bellmouth

Protruding

f = 0.05 0.01

f = 0.1

f = 0.5 + 0.3 cos + 0.2 cos2

Gambar.5.2.1 Koefisien dari aliran yang berkurang pada berbagai bentuk pemasukan. Ca : Koefisien kontraksi (mendekati 0.6; lihat formula berikut) Ca = 0.582 + 0.0418 1.1 + d/D (formula Merrimans)

dimana, D, d: perbandingan antara aliran atas dan aliran bawah dari aliran kontraksi ketika, d Kemungkinan aliran sedimen dari lereng diatasnya Tingginya tingkat jatuh daun daunan, dll. Saluran tanah sederhana Jalur saluran (jalur pasangan batu basah atau kering, jalur beton) Pagar Saluran ( terbuat dari kayu, beton atau tembaga) Jalur saluran berbentuk lembaran Saluran berbentuk setengah tabung (seperti pipa pipa yang berbelok -belok, dll)

Tipe

Keuntungan dan Permasalahan

Kekhasan strukturnya

Saluran terbuka

-5- 14 < Keuntungan > Pada umumnya volume pekerjaan tanahnya besar. Rendahnya rata - rata sedimen dan daun daunan yang jatuh di saluran. < Permasalahan > Sulitnya merawat dan meninjau saluran, termasuk pembersihan dan perbaikkannya. Tabung yang dipendam (Hume, PVC or FRPM) Box culvert Pagar saluran dengan tutupnya.

Pipa tertutup / saluran tertutup

- 5-14 -


Tabel 5.4.2 Struktur dasar saluran untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecilTipeSaluran tanah sederhanan

Garis Besar Diagram

Keuntungan dan Permasalahan< Keuntungan > Mudah dikonstruksi Murah Mudah diperbaiki < Permasalahan > Mudah mengalami kerusakan pada dindingnya Tidak dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable = mudah ditembus air) Sulit untuk membersihkan timbunan sedimennya. < Keuntungan > Konstruksinya relatif mudah Dapat dibangun dengan menggunakan bahan - bahan lokal Ketahanan tinggi terhadap gerusan Relatif mudah diperbaiki < Permasalahan > Tidak dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable = mudah ditembus air) < Keuntungan > Dapat dibangun dengan menggunakan bahan - bahan lokal Ketahanan yang tinggi terhadap gerusan Dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable = mudah ditembus air) < Permasalahan > Lebih mahal daripada saluran tanah sederhana atau saluran pasangan batu kering (saluran lajur batu/batu keras). Relatif banyak memerlukan tenaga kerja < Keuntungan > Tingkat kebebasan yang cukup tinggi untuk desain potongan melintang. < Permasalahan > Konstruksi sulit jika diameter dalamnya kecil Masa konstruksinya relatif lama

n=0.030

Saluran lajur (batu dan batu keras)

n=0.025 Saluran pasangan batu basah

Plastered : n=0.015 Non Plastered : n=0.020

Saluran beton

n=0.015

- 5-15 -


Saluran berpagar kayu

< Keuntungan> Lebih murah bila dibandingkan dengan saluran dari beton. Susunannya fleksible jika terjadi deformasi tanah kecil. < Permasalahan> Penggunaan yang terbatas jika menggunakan fondasi tanah (earth) Kurang cocok untuk cross - section yang cukup besar. Sulit untuk memastikan kerapatan air (water-tightness)yang sempurna. Mudah rusak < Keuntungan > Konstruksi yang mudah bila dibandingkan dengan pipa hume pada lereng curam dengan kemiringan potongan melintang Periode konstruksi yang relatif singkat dapat diterapkan pada potongan melintang yang kecil, jika produk siap pakainya digunakan Kaya dengan berbagai jenis variasi produk siap pakai.. < Permasalahan> Beban yang berat Biaya transportasi yang cukup tinggi, jika menggunakan produk siap pakai. Periode konstruksi yang cukup lama, jika dibuat langsung di daerah yang bersangkutan. < Keuntungan > Mudah dikonstruksi di daerah tidak terlalu curam Periode konstruksinya relatif singkat Ketahanan yang tinggi Dapat diterapkan pada potongan melintang yang kecil Memungkinkan untuk konstruksi yang tinggi dengan bentangan yang pendek < Permasalahan > Biaya transportasi yang cukup tinggi dan beban yang berat.

n=0.015

Saluran Box Culvert

n=0.015

Saluran pipa hume

n=0.015

- 5-16 -


5.4.2 Menentukan Potongan Melintang dan Kemiringan (slope) Longitudinal Ukuran potongan melintang dan kemiringan harus ditentukan supaya debit yang dibutuhkan turbin dapat diarahkan secara ekonomis ke bak penenang. Pada umumnya ukuran potongan melintang berhubungan erat dengan kemiringan. Kemiringan saluran pembawa harus dibuat sehalus mungkin untuk mengurangi kehilangan ketinggian (perbedaan antara level air pada intake dan bak penenang) tetapi hal ini akan menyebabkan kecepatan yang lebih rendah dan potongan melintang yang lebih besar. Selain itu kemiringan yang curam, akan menyebabkan kecepatan aliran yang tinggi dan bagian yang lebih kecil tetapi juga kehilangan ketinggian yang besar. Pada umumnya, pada kasus perencanaan pembangkit listrik tenaga air skala kecil, kemiringan salurannya ditentukan 1/500 1/1,500. Bagaimanapun pada kasus perencanaan mikro-hidro, kemiringannya menjadi 1/50 1/500, karena kemampuan yang rendah pada saat survei saluran dan pembangunan oleh kontraktor lokal. Bagian penampang melintang dari saluran pembawa ditentukan berdasarkan metode dibawah ini. (1) Metode perhitungan Qd= A R 2/3SL 1/2 n Qd : disain debit untuk saluran pembawa (m3/s) A : luas dari potongan melintang (m2) R : R=AP (m) P : panjang sisi-sisi basah (m) mengacu pada gambar berikut.

Permukaan air

: P

SL : Slope mendatar saluran pembawa (contoh SL= 1/100=0.01) n : koefisien kekasaran (lihat Tabel 5.4.2) Secara singkat, pada kasus potongan melintang empat persegipanjang, dengan lebar (B)=0.6m, kedalaman air (h)=0.5m, kemiringan longitudinal (SL)=1/200=0.005, koefisien kekasaran (n)=0.015. A= Bh = 0.6 0.5 = 0.30 m2 P= B + 2 h = 0.6 + 2 0.5 =1.60 m R= AP = 0.301.60 = 0.188 m Qd= A R 2/3SL1/2 n = 0.30 1.60 2/30.005 1/2 0.015 = 1.94 m3/- 5-17 -


(2) Metode sederhana Untuk menyederhanakan metode diatas, maka metode berikut ini digunakan untuk menentukan potongan melintang yang kemudian dijelaskan di [Referensi 5-1 Metode sederhana untuk menentukan potongan melintang] Referensi ini digunakan untuk menentukan potongan melintang pada dua bentuk berikut ini.

1.0 B=0.6 and 0.8m B=0.6 and 0.8m m=0.5

Potongan melintang empat persegipanjang

Potongan melintang trapesium

H* harus dihitung untuk setiap slope yang berbeda. Secara singkat, pada kasus potongan melintang trapesium, disain debit (Q)=0.5m3/det, lebar (B)=0.8m, kemiringan longitudinal (SLA,B,C,D)=1/100, 1/50, 1/100, 1/200 yang merupakan bagian paling halus dari saluran pembawa, koefisien kekasaran (n)=0.015. Kedalaman air (H*) mendekati 0.3 m di Referensi 5-1 gambar-4. Oleh karena itu kedalaman air yang sebenarnya (H) adalah H = H* 0.1 (SL)0.5 HA,C = H* 0.1 (SLA,C)0.5 = 0.30.1(0.01) 0.5 = 0.3 HB = H* 0.1 (SLB)0.5 = 0.30.1(0.02) 0.5 = 0.21 HD = H* 0.1 (SLD)0.5 = 0.30.1(0.005) 0.5 = 0.42 Dan ketinggian dari bagian melintang dari Slope A,C adalah 0.60m(0.3+0.20.3), Ketinggian bagian melintang dari Slope B adalah 0.55m(0.21+0.20.3), Ketinggian dari bagian melintang dari Slope D adalah 0.75m(0.42+0.20.3).Slope A Slope B

Slope C Slope D

SLA = 1/100 SLB = 1/50 SLC = 1/100 SLD = 1/200

- 5-18 -


5.5 Bak Penenang 5.5.1 Kapasitas bak penenang (1) Fungsi bak penenang Fungsi bak penenang secara kasar ada dua jenis. Mengontrol perbedaan debit dalam penstock dan sebuah saluran pembawa karena fluktuasi beban. Pemindahan sampah terakhir (tanah dan pasir, kayu yang mengapung, dll.) dalam air yang mengalir

(2) Definisi kapasitas bak penenang Kapasitas bak penenang didefinisikan sebagai kedalaman air dari hc ke h0 dari panjang bak penenang L seperti terlihat dalam Gambar 5.5.1.

Spillway

Headrace

As

1.0 2.0

B-b Bspw dsc SLe

3050cm

Screen

Ht 0.5 hc3050cm 1.0

h0

h>1.0 d

1.0 20.00.5

h0=H*0.1Sle H*Refer to 'Reference 5-1' hc=(Qd2)(B2)}1/3=1.1g=9.8 d=1.273(QdVopt0.5 Vopt:Refer to 'Reference 5-2' Vsc=Asdsc=BLdsc10secQd B,dsc:desided depend on site condition.

S=12

Gambar 5.5.1 Gambar kapasitas bak penenang

- 5-19 -


Kapasitas bak penenang Vsc = AsdscBLdsc dimana, As: area bak penenang B : lebar bak penenang L : panjang bak penenang dsc: kedalaman air dari kedalaman aliran yang sama dari sebuah saluran ketika menggunakan debit maksimum (h0) menuju kedalaman kritis dari ujung tanggul untuk menjebak pasir dalam sebuah bak penenang (hc)[Referensi] Pada bagian membujur, kedalaman aliran yang sama: ho=H*0.1(SLe)0.5 H* : merefer pada {Ref.5-1} SLe : slope dari akhir saluran dari saluran pembawa 2 )(gB2)}1/3 : 1.1 g : 9.8 kedalaman kritikal: hc={(

(3) Menentukan kapasitas sebuah bak penenang Kapasitas bak penenang harus dipertimbangkan dari metode kontrol beban dan metode debit seperti disebutkan dibawah ini: a. Pada kasus hanya beban yang dikontrol Pada kasus pengontrolan fluktuasi beban permintaan yang dipertimbangkan, pada umumnya pengarah dummy load diterapkan. Pengarah dummy load adalah gabungan dari pemanas pendingin air atau pemanas pendingin udara, perbedaan energi listrik yang dihasilkan melalui pembangkitan di rumah turbin dan beban aktual untuk menyerap panas. Kontrol debit tidak ditampilkan. Kapasitas bak penenang harus diamankan hanya untuk menyerap getaran dari saluran pembawa dengan maksimum debit sekitar 10 kali sampai 20 kali dari maksimum debit (Qd). Suatu format frame dari pengontrolan beban dengan menggunakan suatu pengarah dummy load ditunjukkan dalam gambar 5.5.2.

Tenaga listrik

Power demand

Generated power

Waktu

Gambar 5.5.2 Diagram aturan dari konsumsi load

- 5-20 -

Debit air

Dummy load consumption


b. Dalam kasus beban dan debit yang sudah dikontrol Dalam kasus pengontrolan beban dan debit, digunakan untuk kontrol beban suatu pengarah mekanik atau pengarah elektrik. Pengarah ini mempunyai fungsi untuk mengontrol operasi balingbaling menuju ke optimal debit ketika beban listriknya berubah. Pada umumnya pengarah mekanik tidak sensitif merespon perubahan beban, kapasitas bak penenang dalam kasus ini harus diamankan pada selang 120 kali sampai 180 kali dari Qd. Di sisi lain pengarah elektrik merespon perubahan beban dengan baik oleh karena itu kapasitas bak penenang di desain berada di sekitar 30 kali sampai 60 kali dari Qd dalam banyak kasus. 5.5.2 Hal-hal penting untuk disain bak penenang Detail disain untuk bak penenang pembangkit listrik tenaga air skala kecil pada dasarnya sama seperti pembangkit listrik tenaga air skala medium dan halhal penting yang perlu didiskusikan adalah : (1) Meliputi kedalaman air dan ketinggian pemasangan dari inlet penstock Pada pembangkit listrik tenaga air skala kecil diameter pipa pesat pada umumnya kecil (biasanya 1.0 m atau kurang), penstock seharusnya cukup untuk mengamankan seluruh kedalaman air dimana sama atau lebih besar dari diameter di dalam pipa pesat. Bagaimanapun, pada kasus saluran dimana diameter didalam pipa pesat dan inklinasi pipa pesat besar seperti yang diilustrasikan dibawah ini, terjadinya aliran turbulensi sudah dijelaskan sebelumnya. Sedangkan seluruh kedalaman air diputuskan dengan menggunakan ilustrasi referensi di bawah ini dimana diameter di dalam penstock bertambah 1.0 m.

Sudut vertikal penstock

Berputar ketika Qmax

- 5-21 -


h = d2 dimana, h : kedalaman air dari pusat inlet ke level air paling rendah dari bak penenang = seluruh kedalaman air (m) d : diameter dalam dari penstock (m) Seluruh kedalaman air Seluruh kedalaman air pada inlet penstock harus diatas nilai berikut untuk mencegah terjadinya aliran turbulen. d 1.0 m h 1.0 d d > 1.0 m h d2 dimana h : kedalaman air dari pusat inlet ke level air terendah dari bak penenang = seluruh kedalaman air (m) d : diameter dalam dari penstock (m)

NWL LWL h 3050cm d 12d

Ketinggian pemasangan penstock Terdapat banyak laporan kasus dengan pengoperasian yang tidak baik yang mengakibatkan aliran sedimen ke dalam pipa pesat, sehingga dapat merusak turbin dan peralatan yang lain. Oleh karena itu, dasar pemasukan dari pipa pesat ditempatkan lebih tinggi dari dasar bak penenang (antara 30 50 cm).

(2) Ruang saringan yang sesuai untuk jenis turbin, dll. Ruang saringan (ukuran efektif mesh saringan) secara kasar ditentukan berdasarkan diameter katupnya tetapi tetap harus mempertimbangkan tipe dan dimensi dari turbin dan kuantitas sebagaimana kualitas dari kotoran/sampah yang mungkin melewatinya. Nilai referensi ukuran efektif jarak saringan dijelaskan di bawah ini.

- 5-22 -


Ukuran efektif mesh saingan (mm)

50

20

200

400

600

800

1000

Diameter katup(mm)

Ukuran efektif mesh saringan (referensi) (3) Instalasi pipa lubang angin sebagai pelengkap pintu bak penenang Jika instalasi pintu bak penenang dilakukan untuk pusat tenaga listrik, maka diperlukan instalasi pipa lubang angin di belakang pintu bak penenang untuk mencegah rusaknya saluran penstock. Dalam kasus ini, formula empiris dibawah ini digunakan untuk menentukan dimensi pipa lubang angin. P2L d = 0.0068 ( ) 0.273 H2 dimana, d : diameter dalam dari pipa lubang angin (m) P : nilai output dari turbin (kW) L : panjang total pipa lubang angin (m) H : head (m)Sumber: Sarkaria, G.S., Quick Design of Air Vents for Power Intakes, Proc. A.S.C.E., Vol. 85, No. PO.6, Dec., 1959

(4) Spillway pada bak penenang Secara umum, spillway akan dipasang pada bak penenang supaya kelebihan kuantitas air dialirkan ke sungai dengan aman ketika turbin dihentikan. Ukuran dari spillway ditentukan dengan persamaan berikut. Qd=CBspwhspw1.5 hspw={Qd(CBspw)}1/1.5 Qd : disain debit (m3/s) C : koefisien, biasanya C=1.8 Bspw : lebar spillway (m , merefer ke Gambar 5.1.1) hspw : kedalaman spillway (m)- 5-23 -


5.6 Penstock 5.6.1 Bahan Penstock Saat ini, bahan utama pipa pesat adalah pipapipa baja, pipapipa ductile dan pipa FRPM (fibre reinforced plastic multi-unit). Sedangkan pembangkit tenaga air skala kecil menggunakan pipa pipa hard vinyl chloride, pipapipa howell atau pipa-pipa spiral welded dapat dipertimbangkan karena diameternya kecil dan tekanan internalnya relatif rendah. Karakteristik pipapipa ini diperlihatkan pada tabel 5.6.1 (Bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil). 5.6.2 Perhitungan ketebalan pipa baja

Ketebalan minimum dari pipa baja penstock ditentukan dengan rumus berikut. Pd dan t0=0.4cm or t0(d+80)40 cm t0 = + t (cm) 2a dimana, t0: ketebalan minimum pipa P: disain tekanan air yaitu tekanan hidrostatis + water hammer (kgf/cm2) , dalam skema mikrohidro P=1.1tekanan hidrostatis. Secara singkat, jika head (Hp, merefer ke gambar berikut) dimana dari bak penenang ke turbin adalah 25m, P=2.51.1=2.75 kgf/cm2. d: diameter dalam (cm) a: stress yang dapat diterima (kgf/cm2) SS400: 1300kgf/cm2 : efsiensi pengelasan (0.850.9) t : margin (pada umumnya 0.15cm) 5.6.3 Menentukan Diameter Penstock Pada umumnya diameter pipa pesat ditentukan berdasarkan pembandingan dengan biaya pipa pesat dan biaya kehilangan head pipa pesat. Metode sederhana untuk menentukan diameter penstock dapat dilihat pada [Referensi 5-2 Metode Sederhana untuk menentukan Diameter Penstock]. Diameter penstock dapat ditentukan berdasarkan Sudut ratarata Penstock (Lihat gambar berikut) dan Desain Debit (Q).Head Tank Lp Hp

Ap = Hp Lp

Power House

- 5-24 -


Secara singkat, pada kasus disain debit (Qd)=0.50m3/s, panjang penstock (Lp)=60m, ketinggian dari bak penenang ke power house (Hp)=15m, sudut rata-rata (Ap)=15/60=0.25, velositas optimum (Vopt) ditentukan sekitar 2.32 dalam Referensi 52. Oleh karena itu diameter pipa penstock (d) adalah d = 1.273 (QdVopt)0.5 =1.273 (0.52.32)0.5 = 0.59 m

- 5-25 -


Tabel 5.6.1 Bahan-bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil Pipa ResinPipa Howell Pada dasarnya resisten terhadap tekanan eksternal tetapi pipa siap pakai yang tahan tekanan internal ada Relatif mudah dalam pembuatannya karena mudah dilas Pada dasarnya digunakan dengan ditanam dalam tanah Pipa plastik yang diperkuat dengan fibergalss Digunakan untuk pipa yang terbuka dan dapat dibuat lebih ringan dari pipa FRPM dengan dinding yang lebih tipis dengan syarat tidak ada beban eksternal kecuali salju Populer menjadi pilihan untuk pipa penstock dalam pembangkit listrik tenaga air Bahan yang baik untuk disain teknik yang ada Sering dipakai untuk suplai air, saluran, irigasi dan pipa industri Secara umum digunakan dengan ditanam meskipun penggunaan di tempat terbuka memungkinkan Tahanan tinggi terhadap tekanan eksternal maupun internal

Pipa BesiPipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded Sejumlah contoh penggunaan untuk jaringan pemipaan Pada dasarnya digunakan untuk ditanam karena untuk menyembunyikan jalur spiral pengelasan Dapat digunakan sebagai lapisan pipa besi

Pipa Hard Chlorid

Vinyl

Karakterisrik

-5-26 2,000 3,000 mendekati 3,000 2.0 3.0 Class A: 22.5 133 0.010 0.011 0.010 0.012 (umumnya mendekati 0.011) 0.010 0.014 (umumnya mendekati 0.012)

Bahan yang populer untuk pemipaan seperti sering dipakai untuk suplai air dan jaringan saluran Efektif untuk sebuah jaringan pipa dengan debit kecil Mempunyai banyak jenis pipa-pipa siap pakai Sering dikubur dalam tanah karena resistensi yang lemah dan koefisien linear expansi yang besar 2,600

Diameter Maksimum Pipa (mm)

Pipa tebal: 300 Pipa tipis: 800

2,500

Tekanan di dalam yang diijinkan (kgf/cm2)

Pipa tebal: 10 Pipa tipis: 6

mendekati 40

15

Hydraulic Property (n)

0.009 0.010

0.011 0.015 (umumnya mendekati 0.012)

-

- 5-26 -


Pipa ResinPipa Howell Kemampuan kerja bagus karena beratnya ringan Kemampuan kerja baik karena beratnya ringan dan tidak perlu pengelasan di lokasi seperti membentuk cincin karet yang digunakan untuk menyambung pipa Pipa baja digunakan untuk bagian khusus karena persediaan yang terbatas dari pipa FRP khusus Kurang bagus kemampuan kerjanya dibandingkan dengan pipa-pipa FRP Kurang bagus kemampuan kerjanya dibandingkan dengan pipa-pipa FRP Kurang bagus kemampuan kerjanya dibandingkan dengan pipa-pipa FRP

Pipa BesiPipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded

Pipa Hard Chlorid

Vinyl

Kemampuan kerja

Disain dan pengoperasiannya mudah bebannya ringan dan terdapat bebagai macam variasi pipa

-5-27 Tidak ada masalah kebocoran pada sambungan Tidak ada masalah dengan kebocoran selama cara penyambungannya mantap Tidak ada masalah dengan kebocoran selama cara penyambungannya mantap

Kerapatan terhadap kebocoran

Kerapatan bagus memungkinkan sebagai pengikat sambungan

bagus

Tidak ada masalah

- 5-27 -


5.7 Pondasi Rumah Pembangkit (Rumah pembangkit) Rumah pembangkit dapat diklasifikasikan ke dalam tipe diatas tanah, tipe semidibawah tanah dan ; tipe dibawah tanah. Sebagian besar pembangkit listrik tenaga air skala kecil adalah tipe diatas tanah Dimensi untuk lantai rumah pembangkit seperti peralatan dasar dan pendukung seharusnya ditentukan dengan memperhitungkan kenyamanan selama operasi, perawatan dan pekerjaan pemasangan, dan area lantai seharusnya digunakan secara efektif. Berbagai tipe pondasi rumah pembangkit dapat dipertimbangkan tergantung pada tipe turbin. Bagaimanapun tipe pondasi untuk rumah pembangkit dapat diklasifikasikan ke dalam untuk Turbin Impulse (seperti turbin Pelton, turbin Turgo dan turbin Crossflow) dan untuk Turbin Reaction (turbin Francis, turbin Propeller). 5.7.1 Pondasi untuk Turbin Impulse Gambar 5.7.1 menunjukkan pondasi untuk turbin Crossflow dimana sering digunakan dalam skema mikrohidro seperti sebuah turbin impulse. Pada kasus turbin impulse, air yang dilepaskan oleh runner, secara langsung dikeluarkan ke dalam udara di tailrace. Permukaan air dibawah turbin akan bergelombang. Oleh karena itu jarak bebas antara dasar rumah pembangkit dengan permukaan air di afterbay harus dijaga paling tidak 3050 cm. Kedalaman air (hc) di afterbay dapat dihitung dengan persamaan berikut. 1.1 X Qd2 hc = ( 9.8 X b2

)1/3

hc : kedalaman air di afterbay (m) Qd: disain debit (m3/s) b : lebar saluran tailrace (m) Level air di afterbay harus ditentukan lebih tinggi daripada estimasi level air banjir. Kemudian pada kasus turbin impulse, head antara pusat turbin dan level air pada outlet menjadi kerugian head (HL3:merefer ke Ref.5-3).

- 5-28 -


A

2 hc={ 1.1Qd

9.8

}

1/3

3050cm

Flood Water Level(Maximum)

HL3 (see Ref.5-3) 3050cm

AAfterbay Tailrace cannel Outlet

Section A-Abo bo: depends on Qd and He

20cm b

20cm

Gambar 5.7.1 Pondasi Rumah pembangkit untuk Turbin Impulse (Turbin Crossflow) 5.7.2 Pondasi untuk Turbin Reaction Gambar 5.7.2(a) menunjukkan pondasi untuk turbin Francis yang merupakan jenis turbin reaction. Air dikeluarkan ke dalam afterbay melalui turbin. Pada kasus turbin reaction, head antara turbin dan level air dapat digunakan untuk membangkitkan tenaga. Sehingga adalah memungkinkan bahwa turbin dipasang dibawah level air banjir pada kondisi untuk melengkapi peralatan berikut.(lihat Gambar 5.7.2(b)) a. Pintu Tailrace b. Pompa di rumah pembangkit

- 5-29 -


A

d3 Hsdepens on characteristic of turbine2 hc={ 1.1Qd

9.8

}

1/3

Hs20cm 3050cm Flood Water Level(Maximum)

1.15d3 23 1.5d3 HL3 (see Ref.53)

A Section A-A

1.5d3

Gambar 5.7.2(a) Pondasi rumah pembangkit untuk Turbin Reaction (turbin Francis)

Pump

Flood Water Level (Maxmum)

Gate HL3

Gambar 5.7.2(b) Cara pemasangan ke bagian lebih rendah seperti contoh

- 5-30 -

Panduan untuk Pembangunan Pembangkit Listrik Mikro Hidro Bab 5 Referensi

{Ref. 5-1 Metode sederhana untuk Menentukan Bagian Melintang}

0.60 0.55 0.50 0.45 Water Depth Dammy H* (m) 0.40n=0.015

0.35 0.30 0.25 0.20 0.150.6m

n=0.020 n=0.025 n=0.030

H=H*0.1/(SLmin)0.50.20.3m H

0.10 0.05 0.00 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Turbine Discharge Q (m3/s)

Gambar 1 Menentukan potongan melintang Saluran Bentuk Empat Persegipanjang (B=0.6m)

-5- 31-


0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55Water Depth Dammy H* (m) n=0.015 n=0.020 n=0.025 n=0.030

0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Turbine Discharge Q (m3/s) 0.8m

H=H*0.1/(SLmin)0.50.20.3m H

Gambar 2 Menentukan Potongan melintang Saluran Bentuk Empat Persegipanjang (B=0.8m)

-5- 32-


0.60 0.55 0.50 0.45 Water Depth Dammy H* (m) 0.40n=0.015

0.35 0.30 0.25 H=H*0.1/(SLmin) 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1:0.50.6m

n=0.020 n=0.025 n=0.030

0.5

0.20.3m H

0.9

1

Turbine Discharge Q (m3/s)

Gambar 3

Menentukan Potongan melintang Saluran Bentuk Trapesium (B=0.6m)

-5- 33-


0.60 0.55 0.50 0.45 0.40Water Depth Dammy H* (m) n=0.015 n=0.020 n=0.025 n=0.030

0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.100.8m 0.20.3m 0.5 0.2-0.3

H=H*0.1/(SLmin) 1:0.5

H

0.05 0.00 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Turbine Discharge Q (m3/s)

Gambar 4

Menentukan Potongan melintang Saluran Bentuk Trapesium (B=0.8m)

-5- 34-


{Ref.5-2 Metode Sederhana menentukan Diameter Penstock}

3.20 3.10 3.00 2.90 2.80 2.70 2.60 2.50 2.40 2.30 2.20 2.10 2.00 1.90 1.80 1.70 1.60 1.50 1.40 1.30 1.20 1.10 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50

O p tim u m v e lo c ity V o p t (m /s)

D=1.273(QVopt)0.5 D:diameter of pipe(m) Q: design discharge(m3/s) Vopt: optimum velocity(m/s)

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40

Average angle of penstock ApMenentukan Diameter Pipa Penstock

-5- 35-


{Ref. 5-3 Perhitungan Head Loss} Kehilangan Head pada sistem tenaga air ditunjukkan oleh gambar berikut. HL1 dapat dihitung secara mudah sebagai perbedaan level air antara intake dengan bak penenang. Dengan cara sama HL3 dapat dihitung sebagai perbedaan level antara pusat turbin ke tailrace.Intake Settling Basin

Headrace

Forebay Penstock

HL2

HL1

He

H

Hg

Powerhouse

Tailrace

HL3

He = Hg (HL1 + HL2 + HL3 ) He: Head Efektif Hg: Head Kotor HL1: Kehilangan Head dari intake ke bak penenang HL2: Kehilangan di penstock HL3: Head di instalasi dan kehilangan di tailrace Sehingga HL2 dapat dihitung dengan persamaan berikut. (1) Kehilangan akibat gesekan (Friction loss) Friction loss (Hf) adalah losses yang terbesar di penstock. Hf = f pp2 2gp

Hf : Friction loss di penstock (m) f : koefisien pada diameter pipa penstock (Dp). f= 124.5n2Dp1/3 Lp : Panjang penstock. (m)

- 5-36 -


Vp : Kecepatan aliran di penstock (m/s) Vp = Q Ap g n : 9.8 (m) Dp : Diameter pipa penstock Q : Disain debit (m3/s) Ap : Area potongan melintang pipa penstock. (m2) Ap = 3.14Dp24.0 (2) Inlet Loss he = fe Vp (2g) he : Inlet loss (m) fe : Koefisien pada bentuk di inlet. Biasanya fe = 0.5 dalam skema mikrohidro. (3) Valve Loss hv = fv Vp (2g) hv : Valve loss (m) fv : Koefisien pada jenis valve. fv = 0.1 ( butterfly valve) (4) Lain-lain Bend loss (losses di belokan) dan kehilangan pada perubahan area potongan melintang dipertimbangkan sebagai losses yang lain. Bagaimanapun losses ini dapat diabaikan dalam skema mikrohidro. Biasanya perencana skema mikrohidro harus memperhitungkan margin berikut sebagai losses lain. ho = 510( hf + he +hv )

: Koefisien kekasaran (pipa besi: n=0.12, pipa plastik: n=0.011)

- 5-37 -

rancangan sipil pltmh

Documents