6 FASILITAS BANGUNAN SIPIL

Manual Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

6. STRUKTUR SIPIL

Perlu dipahami bahwa hambatan utama dalam pembangunan pembangkit listrik skala kecil adalah biaya pembangunan yang relative tinggi. Bab ini akan menjelaskan tentang elemen teknologi yang dibutuhkan, dengan asumsi dapat mengurangi biaya konstruksi sipil.

6.1 Bendungan (Weir) dan Intake

Bendungan untuk instalasi PLTMH terdiri dari berbagai variasi tipe yang dapat dipilih dan digunakan sesuai dengan kebutuhan dan tentunya atas pertimbangan dana yang tersedia. Bendungan tersebut berfungsi untuk menampung aliran air sungai. Sebuah bendungan dilengkapi dengan pintu air untuk membuang kotoran/lumpur yang mengendap. Perlengkapan lainnya adalah: penjebak/saringan sampah. PLTMH, umumnya merupakan pembangkit tipe run off river sehingga bangunan intake dibangun berdekatan dengan bendungan dengan memilih dasar sungai yang stabil dan aman terhadap banjir.

6.1.1 Tipe-tipe dasar dam intake

Terdapat beberapa jenis tipe dasar dam intake seperti yang disebutkan dibawah ini.

(1) Dam beton graviti(2) Dam beton mengapung(3) Dam tanah(4) Dam urugan batu

6-1


(5) Dam pasangan batu basah(6) Dam batu bronjong(7) Dam batu bronjong diperkuat beton(8) Dam ranting kayu(9) Dam kayu(10) Dam bingkai kayu dengan kerikil

Dari jenis-jenis diatas, dam urugan batu fleksibel dan dam batu bronjong, secara umum 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.

Table 6.1 Tipe Dasar Dam Intake untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil dan Kondisi Aplikasinya

Tipe Garis Besar Gambar Kondisi aplikasinyaDam Beton graviti

Beton digunakan untuk mengkonstruksi bangunan secara keseluruhan.

Fondasi : lapisan batuKondisi 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.

Fondasinya : kerikilKondisi sungai : tidak dipengaruhi

oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen

Kondisi intake : penampilan yang baik, intake efisien

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

6-2


yang baik dikarenakan penampilan yang baik jika dikerjakan dengan hati –hati

Dam urugan batu

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

Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu

Kondisi sungai : sungai dimana dam tanah dapat hanyut jika menggunakan keluaran air yang normal

Kondisi intake : keterbatasan penggunaan sungai karena efisiensi intake yang rendah

Dam pasangan batu basah

Pengisian ruang dengan kerikil dan semen,dll.


Kondisi sungai : tidak dipengaruhi oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen

Kondisi intake : penampilan yang baik dan intake yang efisien

Dam batu bronjong

Batu belah dibungkus dengan jarring logam untuk menyempurnakan kesatuannya.


Kondisi tanah : sungai dimana dam urugan batu bisa hanyut dengan menggunakan keluaran air yang normal

Kondisi intake : keterbatasan penggunaan sungai karena efisiensi intake yang rendah

6-3


Dam batu bronjong diperkuat beton

Penguatan permukaan batu bronjong dengan beton.

Fondasi : berbagai jenis tanah sampai lapisan batu

Kondisi sungai : sungai dimana jaring logam dapat mengalami kerusakan jika aliran sungai terlalu deras

Kondisi intake : dapat diterapkan jika efisiensi intake yang tinggi diperlukan

Dam ranting kayu

Dam sederhana dengan menggunakan ranting pohon lokal.

Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan kerikil.

Kondisi sungai : pengikisan terjadi jika terdapat banjir.

Kondisi intake : pada bagian dengan volume intake yang rendah atau intake dari aliran (stream) sampai suplemen untuk sungai di musim kemarau

Dam kayu Dam dengan menggunakan kayu. Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu.

Kondisi sungai : aliran yang tidak deras dengan pergerakan sedimen yang rendah.

Kondisi intake : suatu tingkat dari efisiensi intake dalam keadaan yang aman jika permukaannya dilapisi, dll.

Dam bingkai kayu dengan kerikil

Didalam frame kayu diisi dengan kerikil untuk meningkatkan stabilitasnya.

Fondasi : berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu.

Kondisi sungai : dam urugan kerikil dapat hanyut jika menggunakan debit air yang normal

Kondisi intake : keterbatasan penggunaan bagian air sungai karena efisiensi intake yang rendah

6-4


6.1.2 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.

(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.

6-5


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 Sub Bab 6.3 dan Gambar 6.4)ic : Kemiringan dari dasar bak pengendap (biasanya sekitar 1/20 – 1/30)ir : Kemiringan sungai sekarang.

Gambar 6.1 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)

6-6

Inlet L

ic

ir

d2

d1

hi


Gambar.6.2 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) 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.

6.2 Intake

6.2.1 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 6.2.

6-7

Inlet L

ic

ir d2

D2 hi


Tabel 6.2 Contoh Tipe dari Metode Intake Tyrolean

Metode Intake Garis Besar Gambar KarakteristikKeuntungan dan Masalah yang ditemui

berdasarkan survey di lapangan Tipe Saringan 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.

< 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.

Tipe Tanpa Saringan

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.

< 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.

6-8


6.2.2 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.

H

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=0.10～0.15mCv : Koefisien velositas : Cv = 1/(1 + f)f : Koefisien dari aliran yang berkurang (lihat gambar berikutnya)

Bsp, sp: Mengacu pada Bab 5-5.3 Bak pengendap

Level air banjir

→

Level air spillway

Level air normal

Ｂ sp

ｈｓ p

Ai

hi

dh

dh

hi

bi

6-9


Gambar.6.3 Koefisien dari aliran yang berkurang pada berbagai bentuk pemasukan.

Ca : Koefisien kontraksi (mendekati 0.6; lihat formula berikut)

dimana, D, d: perbandingan antara aliran atas dan aliran bawah dari aliran kontraksi

ketika, d << D, Ca = 0.582H: tingkat perbedaan aliran atas dan aliran bawah pada lubang (m)

(2) Garis besar dari peralatan

Hal–hal penting untuk disain adalah sebagai berikut.

1) Adalah perlu bagi intake mempunyai keran penutup dari pada sebuah keran terbuka sehingga akan menjadi sebuah tekanan intake ketika terjadi kenaikan level air sungai.

2) Intake harus diletakkan pada sudut yang tepat ke arah aliran sungai yang memungkinkan sehingga ketinggian dari pendekatan kecepatan aliran air pada saat banjir diminimalkan.

3) Pada saat banjir dimana debit air melebihi desain volume intake, maka kapasitas saluran pelimpah pada bak pengendap atau titik permulaan dari saluran air haruslah cukup besar.

Ca = 0.582 + (formula Merriman’s)0.0418

1.1 + d/D

Angularity Haunch Rounded

Bellmouth Protruding

f = 0.1 (round) - 0.2 (orthogon)

f = 0.5 f = 0.25

f = 0.05 – 0.01 f = 0.1f = 0.5 + 0.3 cosθ + 0.2 cos2θ

θ

6-10


6.3 Bak Pengendap

Bak pengendap tidak hanya mempunyai struktur yang hanya mampu untuk menempatkan dan memindahkan sedimen yang ukurannya lebih besar dari ukuran minimum yang dapat merusak turbin, dll. tetapi juga suatu saluran pelimpah untuk menjaga agar debit air yang berlebih tidak mengalir ke saluran air. Konfigurasi dasar dari bak pengendap diilustrasikan di bawah ini.

Gambar 6.4 Konfigurasi dasar dari bak pengendap

[Referensi]Pada bagian membujur, kedalaman aliran sama: ho1=H*×0.1/(SLs)0.5

H* : lihat ke {Ref.5-1}SLs : kemiringan pada ujung akhir head raceho2={(α×Qd2)/(g×B2)}1/3

α=1.1Qd= Disain debit air (m3/s)g=9.8B:Lebar Headrace (m)jika ho1<ho2, ho=ho1

jika ho1≦ho2, ho=ho2

Conduit section

Widening sectionSettling section

Bb

1.0

2.0

Dam

SpillwayStoplog Flushing gate

Intake

Headrace

Bsp

hs

hsp+

15cm

h0

10～

15ｃ

ｍ

hi

ic=1/20～1/30

IntakeStoplog

bi

ＬｃＬｗＬｓ

Ｌ

Sediment PitFlushing gate

6-11


Setiap bagian dari bak pengendap mempunyai fungsi sebagai berikut.

(1) Bagian penyalur

Bagian penyalur menghubungkan intake dengan bak pengendap. Ini diperlukan bahwa bagian penyalur harus membatasi panjangnya.

(2) Bagian melebar:

Ini mengatur aliran air dari saluran penyalur ke pencegah terjadinya kolam pusaran dan aliran turbulen dan mengurangi kecepatan aliran masuk ke bak pengendap untuk menentukan kecepatan sebelumnya.

(3) Bagian pengendap:

Fungsi dari bagian ini adalah untuk menempatkan sedimen diatas ukuran dan panjang tertentu (1) yang kemudian dihitung dengan menggunakan formula yang didasarkan pada hubungan antara kecepatan pengendapan, kecepatan aliran dalam bak pengendap dan kedalaman air.

Panjang dari bak pengendap (Ls) biasanya ditentukan berdasarkan sebuah margin untuk menghitung dua kali panjang dengan menggunakan formulanya.

dimana,l : Panjang minimum bak pengendap (m)

hs : Kedalam air bak pengendap (m) ( -lihat Gambar 5.3.1)U : kecepatan marginal pengendapan untuk endapan yang akan diendapkan

(m/s)Umumnya sekitar 0.1 m/s untuk target ukuran butiran sekitar 0.5 – 1 mm.

V : Rata – rata kecepatan aliran di bak pengendap (m/s)Pada umumnya sekitar 0.3 m/s tetapi ditoleransi sampai 0.6 m/s pada kasus dimana lebar bak pengendap dibatasi.V = Qd/(B×hs)

Qd : desain debit (m3/s) B : lebar bak pengendap (m)

(4) Tempat endapan:

Area ini merupakan tempat penimbunan sedimen

(5) Spillway

Spillway mengalirkan aliran masuk bagian bawah dimana mengalir dari intake. Ukuran dari spillway akan diputuskan dengan persamaan berikut.

l ×hs 　　　　　　　 Ls = 2×l

VU

6-12


Q1 = C×Bsp×hsp1.5 → hsp={Qf /(C×Bcp)}1/1.5

Dimana,Qf : volume aliran masuk dari lubang di bagian bawah (m3/s)

C : Koefisien =1.80 hsp: kedalaman air pada spillway (m, lihat Gambar 6.3.1) Bsp: lebar spillway (m, lihat Gambar 6.3.1)

6.4 Saluran Pembawa

6.4.1 Tipe dan struktur dasar saluran Karena secara umum jumlah air yang terangkut kecil, saluran pembawa untuk sebuah pembangkit listrik tenaga air secara mendasar mengadopsi struktur terbuka, seperti sebuah saluran terbuka atau sebuah saluran tertutup, dll. Sejumlah contoh dan struktur dasar mereka diberikan masing-masing dalam Tabel 5.4.1 dan Tabel 5.4.2.

6-13


Tabel 6.3 Tipe-tipe Saluran Pembawa untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil

Tipe Gambar Keuntungan dan Permasalahan Kekhasan strukturnya

Saluran terbuka < Keuntungan > Relatif murah Mudah mengkonstruksinya

< Permasalahan > 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)

Pipa tertutup / saluran tertutup

< 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.

6-14


Tabel 6.4 Struktur Dasar Saluran untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil

Tipe Garis Besar Diagram Keuntungan dan Permasalahan

Saluran tanah sederhanan

< 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.

Saluran lajur (batu dan batu keras)

< 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)

Saluran pasangan batu basah

< 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

Saluran beton < Keuntungan > Tingkat kebebasan yang cukup tinggi

untuk desain potongan melintang.

< Permasalahan > Konstruksi sulit jika diameter

dalamnya kecil Masa konstruksinya relatif lama

Saluran < Keuntungan>

n=0.030

n=0.025

Plastered : n=0.015Non Plastered : n=0.020

n=0.015

n=0.015

6-15


berpagar kayu 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

Saluran Box Culvert

< 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.

Saluran pipa hume

< 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.

6.4.2 Menentukan potongan melintang dan kemiringan (slope) longitudinal

n=0.015

n=0.015

6-16


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 perhitunganQd= A × R 2/3 × SL 1/2 /n

Qd : disain debit untuk saluran pembawa (m3/s) A : luas dari potongan melintang (m2) R : R=A/P (m) P : panjang sisi-sisi basah (m) mengacu pada gambar berikut.

SL : Slope mendatar saluran pembawa (contoh SL= 1/100=0.01) n : koefisien kekasaran (lihat Tabel 6.4.2)

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= B×h = 0.6 × 0.5 = 0.30 m2

P= B + 2 × h = 0.6 + 2 × 0.5 =1.60 m R= A/P = 0.30/1.60 = 0.188 m

Qd= A ×R 2/3×SL1/2 / n = 0.30 ×1.60 2/3×0.005 1/2 / 0.015 = 1.94 m3/s

(2) Metode sederhana

Permukaan air

: P

6-17


Untuk menyederhanakan metode diatas, maka metode berikut ini digunakan untuk menentukan potongan melintang yang kemudian dijelaskan di [Referensi 6-1 Metode sederhana untuk menentukan potongan melintang]

Referensi ini digunakan untuk menentukan potongan melintang pada dua bentuk berikut ini.

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 6-1 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 = 0.3×0.1 / (0.01) 0.5 = 0.3HB = H* × 0.1 / (SLB)0.5 = 0.3×0.1 / (0.02) 0.5 = 0.21HD = H* × 0.1 / (SLD)0.5 = 0.3×0.1 / (0.005) 0.5 = 0.42

Dan ketinggian dari bagian melintang dari Slope A,C adalah 0.60m (0.3+0.2 ~ 0.3),Ketinggian bagian melintang dari Slope B adalah 0.55m (0.21+0.2 ~ 0.3),Ketinggian dari bagian melintang dari Slope D adalah 0.75m (0.42+0.2 ~ 0.3).

6.5 Bak Penenang

B=0.6 and 0.8m

1.0

m=0.5B=0.6 and 0.8m

Slope ASlope B

Slope C

Slope D

SLA = 1/100

SLB = 1/50SLC = 1/100

SLD = 1/200

6-18


6.5.1 Kapasitas bak penenang

(1) Fungsi bak penenang

Fungsi bak penenang secara umum 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 6.5.

Gambar 6.5 Gambar Kapasitas Bak Penenang

Kapasitas bak penenang Vsc = As×dsc = B×L×dsc

0.5

1.0

dsc

As

d

Bspw

hc

h0

h>1.0xd

S=1~ 2 x d

1.0

20.0

Ｂ

L

1.02.0

30~50cm

b

B-b

Headrace

30 ~50cm

Ht

Spillway

Screen

SLe

　h0 = H* x 0.1 / (Sle)0.5 H*: Mengacu pada Ref 6-1

hc = {(α x Q d2) / (g x B2)}1/3 α = 1,1 g = 9,8

d = 1.273 x (Qd / V opt )0.5 Vopt: mengacu pada Ref 6-2Vsc = As x dsc = B x L x dsc ≥ 10 sec x QdB, dsc: diputuskan tergantung pada kondisi lapangan

6-19


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 pembawakedalaman kritikal: hc = {(α×Qd2) / (g×B2)}1/3 α: 1.1 g : 9.8

(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 6.6.

Gambar 6.6 Diagram aturan dari konsumsi beban

b. Dalam kasus beban dan debit yang sudah dikontrol

Generated power

Dummy load consumption

Waktu

Power demand

Tena

ga li

stri

k

Deb

it a

ir

6-20


Dalam kasus pengontrolan beban dan debit, digunakan untuk kontrol beban suatu pengarah mekanik atau pengarah elektrik. Pengarah ini mempunyai fungsi untuk mengontrol operasi baling–baling 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.

6.5.2 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 hal–hal 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.

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)

Sudut vertikal penstock

Berputar ketika Qmax

6-21


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

dimanah : kedalaman air dari pusat inlet ke level air terendah dari bak penenang =

seluruh kedalaman air (m)d : diameter dalam dari penstock (m)

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.

NWL

LWL

h

30～ 50cmd

1 ～ 2d

200 400 600 800 1000

20

50

Diameter katup (mm)

Ukuran efektif mesh saringan (mm)

6-22


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.

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 = C × Bspw × hspw1.5 → hspw={Qd / (C×Bspw)}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)6.6 Penstock

6.6.1 Bahan penstock

d = 0.0068 ( ) 0.273P2 . L

H2

6-23


Saat ini, bahan utama pipa pesat adalah pipa–pipa baja, pipa–pipa ductile dan pipa FRPM (fibre reinforced plastic multi-unit). Sedangkan pembangkit tenaga air skala kecil menggunakan pipa – pipa hard vinyl chloride, pipa–pipa howell atau pipa-pipa spiral welded dapat dipertimbangkan karena diameternya kecil dan tekanan internalnya relatif rendah. Karakteristik pipa–pipa ini diperlihatkan pada tabel 6.6.1 (Bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil).

6.6.2 Perhitungan ketebalan pipa baja

Ketebalan minimum dari pipa baja penstock ditentukan dengan rumus berikut.

dimana, t0: ketebalan minimum pipaP: disain tekanan air yaitu tekanan hidrostatis + water hammer (kgf/cm2) , dalam skema

mikrohidro P = 1.1 × tekanan hidrostatis.Secara singkat, jika head (Hp, merefer ke gambar berikut) dimana dari bak penenang ke turbin adalah 25m, P = 2.5 × 1.1 = 2.75 kgf/cm2. d: diameter dalam (cm)θa: stress yang dapat diterima (kgf/cm2) SS400: 1300kgf/cm2

η: efsiensi pengelasan (0.85 ~ 0.9)δt : margin (pada umumnya 0.15 cm)

6.6.3 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 6-2 Metode Sederhana untuk menentukan Diameter Penstock].Diameter penstock dapat ditentukan berdasarkan “Sudut rata–rata Penstock (Lihat gambar berikut)” dan “Desain Debit (Q)”.

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 6-2. Oleh karena itu diameter pipa penstock (d) adalah

t0 = + δt (cm)P×d

2×θa×η

Lp

Head Tank

Power House

Hp

Ap = Hp ／ Lp

dan t0 = ≥ 0.4cm or t0 ≥ (d+80) / 40 cm

6-24


d = 1.273 × (Qd / Vopt)0.5 =1.273 × (0.5 / 2.32)0.5 = 0.59 m

6-25


Tabel 6.5 Bahan-bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil

Pipa Resin Pipa BesiPipa Hard Vinyl Chlorid

Pipa Howell Pipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded

Karakterisrik 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

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

Sejumlah contoh penggunaan untuk jaringan pemipaan

Pada dasarnya digunakan untuk ditanam karena untuk menyembunyikan jalur spiral pengelasan

Dapat digunakan sebagai lapisan pipa besi

Diameter Maksimum Pipa (mm)

Pipa tebal: 300Pipa tipis: 800

2,000 3,000 mendekati 3,000 2,600 2,500

Tekanan di dalam yang diijinkan (kgf/cm2)

Pipa tebal: 10Pipa tipis: 6

2.0 – 3.0 Class A: 22.5 133 mendekati 40 15

Hydraulic Property (n)

0.009 – 0.010 0.010 – 0.011 0.010 – 0.012(umumnya mendekati 0.011)

0.010 – 0.014(umumnya mendekati 0.012)

0.011 – 0.015 (umumnya mendekati 0.012)

-

6-26


Pipa Resin Pipa BesiPipa Hard Vinyl Chlorid

Pipa Howell Pipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded

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

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



Kerapatan terhadap kebocoran

Kerapatan bagus memungkinkan sebagai pengikat sambungan

Tidak ada masalah kebocoran pada sambungan

Tidak ada masalah dengan kebocoran selama cara penyambungannya mantap

Tidak ada masalah dengan kebocoran selama cara penyambungannya mantap

bagus Tidak ada masalah

6-27


6.7 Pondasi Rumah Pembangkit Rumah pembangkit dapat diklasifikasikan ke dalam ‘tipe diatas tanah’, ‘tipe semi-dibawah 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).

6.7.1 Pondasi untuk Turbin Impulse

Gambar 6.7.1 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 30-50 cm. Kedalaman air (hc) di afterbay dapat dihitung dengan persamaan berikut.

1.1 X Qd2

hc = ( )1/3

9.8 X b2

dimana,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.6-3).

6-28


Gambar 6.7 Pondasi Rumah pembangkit untuk Turbin Impulse (Turbin Crossflow)

6.7.2 Pondasi untuk Turbin Reaksi

Gambar 6.8(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 6.8(b))

a. Pintu Tailrace b. Pompa di rumah pembangkit

hc

HL3

(Ref 6-3)

hc = { }1/3

9.8 x b2

Flood Water Level(Maximum)

20cm

boSection A-A

20cm

b

bo: tergantung Qd dan He

A

A

Afterbay Tailrace cannel Outlet

1.1 x Qd2

30~50 cm

30~50 cm

6-29


Gambar 6.8(a) Pondasi Rumah Pembangkit untuk Turbin Reaction (turbin Francis)

Gambar 6.8(b) Cara Pemasangan ke Bagian Lebih Rendah Seperti Contoh

Pump

Gate

HL3

Flood Water Level (Maxmum)

Section A-A

1.5×d3

Flood Water Level(Maximum)30～50cmｈｃ

2×d3

d3

20cm

1.15×d3

1.5×d3

Hs

HL3

(Ref.6-3)

hc={ }1/3

A

A

Hs : tergantung pada karakterisrik turbin

1.1 x Qd2

9.8 x b2

6-30

6 FASILITAS BANGUNAN SIPIL

Documents