perancangan penstock pada pltm ciherang beres res
TRANSCRIPT
-
PERANCANGAN PENSTOCK PADA PLTM CIHERANG
DI DESA CIAWI KECAMATAN WANAYASA
KABUPATEN PURWAKARTA
SKRIPSI
untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana Terapan D4 pada
Program Studi Teknologi Pembangkit Tenaga Listrik
Jurusan Teknik Konversi Energi
disusun oleh
Rifki Nurul Shadikin
NIM: 091724024
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK
JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2013
-
i
PERANCANGAN PENSTOCK PADA PLTM CIHERANG
DI DESA CIAWI KECAMATAN WANAYASA
KABUPATEN PURWAKARTA
SKRIPSI
untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana Terapan D4 pada
Program Studi Teknologi Pembangkit Tenaga Listrik
Jurusan Teknik Konversi Energi
disusun oleh
Rifki Nurul Shadikin
NIM: 091724024
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK
JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2013
-
ii
LEMBAR PENGESAHAN
Judul : Perancangan Penstock pada PLTM Ciherang di Desa Ciawi Kecamatan
Wanayasa Kabupaten Purwakarta
Nama : Rifki Nurul Shadikin
NIM : 091724024
Telah dipertahankan di hadapan dewan penguji pada tanggal 4 Juli 2013 dan
dinyatakan LULUS, sebagai syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains Terapan di
Program Studi Teknologi Pembangkit Tenaga Listrik Jurusan Teknik Konversi Energi
Politeknik Negeri Bandung.
Penguji I : Ir. Teguh Sasono, M.T.
Penguji II : Drs. Djafar Sodiq, M.Eng.
Pembimbing I Pembimbing II
Ir. Sri Paryanto Mursid, M.Sc. Ir. Wahyu B Mursanto, M.Eng.
19630707 199103 1 002 19651005 199403 1 002
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Konversi Energi
Ir.Aceng Daud M.Eng.
-
iii
195802051984031003
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Nama : Rifki Nurul Shadikin
Tempat Tanggal Lahir : Bandung 16 September 1991
Jenis Kelamin : Laki Laki
Agama : Islam
Alamat : Jalan Terusan Derwati No. 187 04/03 Bandung
No Telepon : 0856 5907 6907
E-mail : [email protected]
Pendidikan :
2009 2013 Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung
2006 2009 SMAN 25 Bandung
2003 2006 SMPN 48 Bandung
1997 2003 SDN Derwati I Bandung
Pengalaman :
2012 Kerja Praktek di PT PJB UP Cirata Purwakarta, Jawa Barat
2010 2013 Anggota Himpunan Mahasiswa Teknik Konversi Energi
2006 2009 Anggota PPRPG Mountaba, Bandung
2003 2006 Ketua divisi II OSIS SMPN 48 Bandung
-
iv
ABSTRAK
Penstock adalah pipa bertekanan dan mengarahkan aliran air langsung menuju
turbin. Pemilihan dan perancangan penstock yang optimal akan mendapatkan hasil yang
optimum untuk memutarkan turbin sehingga dapat menekan biaya yang dipakai untuk
modal pembuatan PLTM. Tujuan khusus skripsi ini adalah melakukan perancangan
penstock pada PLTM Ciherang. Pada perancangan ini tahapannya adalah sebagai berikut:
persiapan perancangan menentukan debit desain menentukan bahan penstock menentukan
layout penstock menentukan jumlah belokan menentukan panjang penstock menentukan
diameter penstock menentukan tebal penstock menghitung rugi rugi penstock
menggambar desain. Selanjutnya akan menghasilkan data dari perhitungan tersebut. Data
yang diperoleh dianalisa agar mendapatkan hasil perancangan yang layak direalisasikan.
Setelah melakukan tahapan tersebut maka menghasilkan data dimensi penstock. Data
tersebut diantaranya bahan yang digunakan terbuat dari baja galvanize, diameternya
sebesar 1,34 m dengan tebal 0,024 m, panjang lintasannya sebesar 580 m, memiliki dua
belokan dan satu cabang untuk dua turbin, jumlah anchor block 4 buah dan jumlah slide
block 92 buah.
Kata kunci:PLTM, penstock.
-
v
ABSTRACK
The steady depletion of non-renewable energy reserves it is required to take
advantage of renewable energy / non fossil one potential micro power / MHP has the
potential of 458.75 MW, with an abundance of potential then the design of micro power
reduction of non-renewable energy reserves. Discuss more about the design of penstock.
Penstock pipe is pressurized and direct the flow of water directly to the turbine serves to
withstand the pressure caused by water hammer. The selection and design of optimal
penstock will get optimum results for turbines rotate so as to reduce the cost of capital
used for the manufacture of micro power plants. The specific objective of this thesis is to
design the micro power penstock Ciherang. This thesis preparation methodology used is as
follows: determine the design discharge preparation materials penstock design to
determine determine determine the amount of the bend penstock layout determines the
length of penstock diameter penstock determine determine the thickness penstock counting
losses penstock design drawing. Next will generate data from these calculations. The data
obtained were analyzed in order to get the proper design is realized.
-
vi
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penyusun panjatkan kehadirat ALLAH SWT yang telah
memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan sripsi ini,
penyusunan skripsi yang berjudul PERANCANGAN PENSTOCK PADA PLTM
CIHERANG DI DESA CIAWI KECAMATAN WANAYASA KABUPATEN
PURWAKARTA dapat terselesaikan. Penyusunan skripsi ini adalah salah satu syarat
untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains Terapan di Program Studi Teknologi Pembangkit
Tenaga Listrik, Jurusan Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung.
Semoga hasil penulisan skripsi ini dapat bermanfaat bagi penyusun khususnya dan
pembaca pada umumnya. Penyusun sampaikan terima kasih kepada semua pihak yang
telah membantu pelaksanaan dan penyusunan skripsi.
Bandung, Juli 2013
Penyusun
-
vii
UCAPAN TERIMA KASIH
Penyusun menyampaikan ucapan terima kasih terhadap pihak - pihak yang membantu
dalam pelaksanaan dan penyusunan Skripsi:
1. Kepada Alloh SWT yang selalu memberikan kesehatan, kemudahan dan
kelancaran.
2. Orang tua Bapak Ajab Kosmara dan Ibu Euis Kartini yang selalu mendoakan dan
memberi dukungan moral maupun materi.
3. Kakak dan adik tiada hentinya memberi motivasi dan saran dalam penyusunan
skripsi ini.
4. Bapak Ir. Sri Paryanto Mursid, M.T. sebagai dosen pembimbing I yang selalu
membimbing memberi masukan dan materi dalam skripsi ini.
5. Bapak Ir. Wahyu Budi Mursanto, M.Eng sebagai dosen pembimbing II telah
memberikan bimbingan dan memberikan ilmu untuk kelancaran skripsi
6. Bapak Ir. Teguh Sasono, M.T. sebagai koordinator Sidang Skripsi Jurusan Teknik
Konversi Energi dan sebagai Penguji yang memberikan arahan dalam pelaksanaan
Sidang Skripsi.
7. Bapak Drs. Djafar Sodiq M.Eng. selaku penguji pada sidang skripsi yang telah
memberikan masukan.
8. Bapak Aceng Daud, ST. M.Eng, sebagai ketua Jurusan Teknik Konversi Energi
memberikan motivasi.
9. Semua Dosen maupun Teknisi yang selalu memberikan masukan.
10. Rifani Siti Nabila tak hentinya memberikan motivasi dan semangat dalam
penyusunan skipsi ini.
11. Rekan kerja skripsi Andri Ichsan Ismail dan rekan rekan yang lain yang saling
membantu satu sama lain dalam pelaksanaan skripsi.
12. Mahasiswa Teknologi Pembangkit Tenaga Listrik angkatan 2009 selalu
memberikan motivasi.
Semua pihak yang tidak bisa penyusun tuliskan satu per satu terima kasih untuk
semua hal yang telah membantu dalam penyusunan Skripsi
-
viii
PERNYATAAN KEASLIAN
Saya yang bertanda tangan dibawah ini menyatakan bahwa, skripsi ini merupakan
karya saya sendiri (ASLI), dan isi dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah
diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademis di suatu Institusi Pendidikan,
dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah
ditulis dan/atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah
dan disebutkan dalam daftar pustaka
Bandung, Juli 2013
Rifki Nurul Shadikin
NIM: 091724024
-
ix
DAFTAR ISI
COVER LEMBAR JUDUL .................................................................................................i
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................................. ii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ........................................................................................... iii
ABSTRAK ........................................................................................................................... iv
KATA PENGANTAR ........................................................................................................ vi
UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................................. vii
PERNYATAAN KEASLIAN .......................................................................................... viii
DAFTAR ISI ....................................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... xi
DAFTAR TABEL .............................................................................................................. xii
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................... xiii
DAFTAR NOMENKLATUR .......................................................................................... xiv
BAB I .................................................................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................................... 1
1.2 Tujuan ........................................................................................................................ 2
1.3 Rumusan Masalah ...................................................................................................... 2
1.4 Batasan Masalah ........................................................................................................ 3
1.5 Metodologi ................................................................................................................. 3
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................................ 4
BAB II ................................................................................................................................... 6
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM) ........................................................ 6
2.1.1 Definisi PLTM .................................................................................................... 6
2.1.2 Komponen Utama PLTM ................................................................................... 7
2.2 Penstock ..................................................................................................................... 8
2.2.1 Pengertian Penstock ............................................................................................ 8
2.2.2 Bahan Penstock ................................................................................................... 8
2.2.3 Sambungan Penstock ........................................................................................ 11
2.2.4 Katup................................................................................................................. 14
2.2.5 Perancangan Penstock ...................................................................................... 15
2.2.6 Suppots dan Anchors......................................................................................... 20
-
x
BAB III ............................................................................................................................... 25
3.1 Penentuan Lintasan Penstock .................................................................................. 25
3.2 Penentuan Bahan Penstock ...................................................................................... 25
3.3 Penentuan Katup ...................................................................................................... 25
3.4 Diameter Penstock ................................................................................................... 26
3.5 Penentuan Tebal Penstock ....................................................................................... 26
3.6 Menghitung Kecepatan Aliran ................................................................................. 27
3.7 Rugi Rugi Pada Penstock ...................................................................................... 27
3.8 Menghitung Head net ............................................................................................... 29
3.9 Menentukan Surge Pressure .................................................................................... 29
3.10 Sambungan pada Penstock ..................................................................................... 31
3.11 Perhitungan Anchor Block dan Slide Block ............................................................ 31
3.12 Perhitungan Gaya yang Terjadi Anchor Block dan Slide Block pada Penstock ..... 32
3.12.1 Gaya pada Anchor Block 1 ................................................................................ 33
3.12.2 Gaya yang Terjadi pada Slide Block 1 .............................................................. 37
BAB IV ............................................................................................................................... 45
4.1 Pendahuluan ............................................................................................................. 45
4.2 Dimensi Penstock .................................................................................................... 45
4.3 Anchor Block dan Slide Block .................................................................................. 46
BAB V ................................................................................................................................. 48
5.1 Kesimpulan .............................................................................................................. 48
5.2 Saran ........................................................................................................................ 48
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 49
-
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Diagram Alir Perancangan ................................................................................ 5
Gambar 2.1 Prinsip Kerja PLTM .......................................................................................... 7
Gambar 2.2 Komponen Penstock .......................................................................................... 8
Gambar 2.3 Sambungan Flanged ........................................................................................ 12
Gambar 2.4 Sambungan Spigot dan Socket ......................................................................... 12
Gambar 2.5 Sambungan Mekanik ....................................................................................... 13
Gambar 2.6 Sambungan Las ................................................................................................ 13
Gambar 2.7 Katup ............................................................................................................... 15
Gambar 2.8 Diagram Moody untuk Faktor Friksi pada Pipa .............................................. 17
Gambar 2.9 Hubungan Viskositas Air dengan Suhu ........................................................... 17
Gambar 2.10 Rugi rugi Turbulensi pada penstock ............................................................ 18
Gambar 2.11 Self-Berat Pada Bagian Penstock Antara Dua Anchor Block ........................ 20
Gambar 2.12 Gaya pada Slide Block ................................................................................... 21
Gambar 2.13 Gaya Anchor Block pada Penstock ................................................................ 23
Gambar 2.14 Gaya yang Bekerja A. Pada Lengkungan Hidrostatis. B. Oleh Momentum
Linier .................................................................................................................................. 24
Gambar 3.1 Lintasan Penstock ............................................................................................ 25
Gambar 3.2 Gaya yang Terjadi pada Belokan 1 .................................................................. 33
Gambar 3.3 Gaya yang Terjadi pada Slide Block 1 ............................................................ 37
-
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Potensi Energi Terbarukan di Indonesia................................................................ 1
Tabel 2.1 Jenis Bahan ............................................................................................................ 9
Tabel 2.2 Karakteristik fisik bahan .................................................................................... 11
Tabel 2.3 Nilai Koefisien Roughness .................................................................................. 16
Tabel 3.1 Jarak Ekspansion Joint ........................................................................................ 31
Tabel 3.2 Data Gaya Proyeksi Sumbu x dan z Negatif ....................................................... 41
Tabel 3.3 Data Gaya Proyeksi Sumbu x dan z Positif ......................................................... 42
Tabel 4.1 Data Perancangan penstock ................................................................................ 45
-
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Kondisi Daerah PLTM CIHERANG ........................................................ L-1
Lampiran B LAYOUT PENSTOCK ............................................................................. L-16
-
xiv
DAFTAR NOMENKLATUR
Abase = Luas area base
a = Kecepatan rambat gelombang
d = Diameter
E = Modulus young elastisitas
e = Esentrisitis
F = Gaya
f = Bilangan friksi
FDC = Flow diagram curve
g = grafitasi
GGL = Gaya gerak listrik
h = ketinggian
HDPE = High density polyethylene
hfriksi = Rugi ketinggian akibat gesekan
hgross = Ketinggian kotor
hnet = Ketinggian bersih
hsurge = Rugi ketinggian akibat tekanan surge
htotal = Jumlah ketinggian
hturb = Rugi ketinggian akibat turbulensi
hwall loss = Rugi ketinggian pada dinding pipa
i = Arus
k = Konstanta roughness
kg/m2 = Kilogram per meter persegi
kg/m3 = Kilogram per meter kubik
kW = Kilo watt
kWh = Kilo watt hour
-
xv
L = Panjang pipa
m = Meter
m2 = Meter persegi
m3 = Meter kubik
m/s = Meter per detik
m3/s = Meter kubik per detik
m/s2 = Meter per detik kuadrat
MW = Mega watt
N = Newton
Nm = Newton meter
N/m2 = Newton per meter persegi
P = Daya
PLTA = Pembangkit listrik tenaga air
PLTM = Pembangkit listrik tenaga minihidro
PVC = Polyvinyl cloride
Q = Debit
Qd = Debit desain
Re No = Bilangan reynold
ROR = Run off river
S = Kekuatan bahan
SF = Safety factor
SNI = Standar nasional Indonesia
t = tebal pipa
-
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Era globalisasi banyak manusia yang membutuhkan energi listrik, karena semakin
berkembangnya teknologi khususnya peralatan elektronik yang membutuhkan energi
listrik. Listrik dapat dihasilkan dari Gaya Gerak Listrik (GGL) yang ditimbulkan putaran
generator. Generator diputarkan oleh penggerak berupa turbin, yang mengubah energi
potensial menjadi energi kinetik. Salah satu pembangkit listrik yang ramah lingkungan
adalah PLTA, karena tidak menghasilkan limbah berbahaya bagi lingkungan di sekitar
pembangkit. PLTA adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan energi air dan head
(ketinggian). Skala kecil dari PLTA adalah PLTM kependekan dari Pembangkit Listrik
Tenaga Mini Hidro.
Upaya menghambat penurunan jumlah energi tak-terbarukan dengan memanfaatkan
energi terbarukan salahsatunya adalah energi air untuk PLTM, berdasarkan Departemen
ESDM tahun 2006 sumber energi Mini/Mikrohidro memiliki kapasitas terpasang sebesar 8
MW dari potensi 156.487 MW yang bisa dimanfaatkan jadi hanya 0,005% yang baru
diperlihatkan pada tabel 1.1.
Tabel 1.1 Potensi Energi Terbarukan di Indonesia[1]
Energi Non Fosil Potensi
(MW)
Kapasitas Terpasang
(MW)
Pemanfaatan
(%)
Air 75.670 4.200 5.550
Biomassa 49.810 302,4 0,607
Panas Bumi 27.000 800 2.960
Mini/Mikro Hidro 458,75 84 18,30
Energi Surya 156,487 8 0,005
Energi Angin 9,286 0,50 0,005
Total 318.711,75 5.391,9 27,427
PLTM dapat membangkitkan energi listrik berupa daya antara 1 MW sampai dengan
10 MW. PLTM yang banyak digunakan di Indonesia adalah Run of River (ROR), dengan
memanfaatkan aliran sungai kemudian dibendung untuk dialirkan ke head race (saluran
-
2
pembawa) yang menuju ke head pound (bak penenang) kemudian masuk ke dalam
penstock (pipa pesat), setelah itu menggerakkan turbin yang dikopel dengan generator
sehingga menghasilkan listrik, sedangkan air dari turbin dikeluarkan melalui tail race
(saluran pembuangan) untuk dikembalikan ke sungai.
Semakin menurunnya energi cadangan tak terbarukan maka dituntut untuk
memanfaatkan energi terbarukan/ non fosil salah satunya potensi PLTM/PLTMH, dengan
potensi yang berlimpah maka dilakukan perancangan PLTM untuk menghambat
penurunan energi cadangan tak terbarukan. Pembahasan ditekankan pada perancangan
penstock. Penstock adalah pipa bertekanan dan mengarahkan aliran air langsung menuju
turbin Pemilihan dan perancangan penstock yang optimal akan mendapatkan hasil yang
optimun untuk memutarkan turbin sehingga dapat menekan biaya yang dipakai untuk
modal pembuatan PLTM.
1.2 Tujuan
Tujuan penyusunan skripsi ini adalah melakukan perancangan penstock pada PLTM
Ciherang di Desa Ciawi Kecamatan Wanasaya Purwakarta. Meliputi perancangan dimensi
penstock dan kekuatan beban terhadap tumpuannya.
1.3 Rumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam penulisan ini yaitu desain perancangan
penstock. Perancangan ini membutuhkan studi potensi berupa data hidrologi dan topografi.
Data tersebut penulis peroleh berdasarkan hasil kajian dari ahlinya. Data hidrologi berupa
data debit ketersediaan air dan data debit banjir. Data topografi berupa peta topografi dan
data kemiringan (bentuk) muka bumi lokasi PLTM. Perancangan penstock dilakukan
sesuai standar yang berlaku yaitu mengacu pada SNI 7-6405-2000 dan SNI 13-3472-1994.
Cakupan perancangan meliputi lokasi penstock, karakteristik air yang masuk, debit
desain, debit banjir, korosi pada penstock, menentukan ukuran vent pipe (pipa nafas) yang
bertujuan untuk mencegah terjadinya low pressure (tekanan rendah) akibat tersumbatnya
ujung penstock selain itu bertujuan untuk mengeluarkan udara dari penstock ketika start
awat PLTM beroperasi, rugi rugi yang terjadi dan water hammer (tekanan air balik,
ketika katup intake turbin ditutup tiba - tiba).
-
3
Parameter yang diperlukan dalam perancangan adalah penentuan panjang lintasan,
jumlah lintasan, diameter, tebal, antisipasi terjadi water hammer, jumlah bend (belokan),
penentuan jumlah anchor dan support serta jaraknya. Hal yang harus diperhatikan pada
sambungan dalam desain ini jenis sambungannya diantaranya flange, socket, sleeve type
expansion joint, dan drain valve. Joint (sambungan) dipilih berdasarkan bahan penstock
yang digunakan. Pemilihan material perlu diperhatikan.
1.4 Batasan Masalah
Pada skripsi ini ada pembatasan masalah yaitu:
Pada bidang sipil hanya dilakukan pemilihan komponennya.
Gaya tekanan yang terjadi pada penstock dibahas secara umum.
Sambungan dilakukan pemilihan yang paling optimal.
Metoda pengelasan sambungan tidak dilakukan.
1.5 Metodologi
Penyusunan Skripsi ini metodologi yang digunakan adalah sebagaimana dijelaskan
sebagai berikut:
1. Persiapan Perancangan
Tahap ini penulis mengumpulkan data data yang berkaitan dalam perancangan
penstock, meliputi data hidrologi dan data topografi.
2. Menentukan Debit Desain
Debit desain diperoleh dari Flow Duration Curve (FDC), menentukan debit yang
paling besar menghasilkan energi dalam setahun dan pembangkit tetap beroperasi saat
debit minimum.
3. Menentukan Bahan Penstock
Bahan yang digunakan biasanya adalah HDPE, baja, atau PVC. Tergantung pada
pemilihan letak penstock, ditanam dalam tanah atau muncul di atas permukaan tanah.
4. Menentukan Layout Penstock
Layout penstock ditentukan dari peta topografi dengan memperhatikan garis kontur
pada kordinat rencana lokasi penstock akan dipasang. Garis garis kontur tersebut
dapat menentukan layput penstock yang akan dirancang.
-
4
5. Menentukan Jumlah Belokan
Menentukan jumlah belokan dapat dilakukan dengan cara melihat bagaimana
layout penstock tersebut akan dirancang.
6. Menentukan Panjang Penstock
Perhitungan panjang penstock yang diperoleh dari selisih elevasi intake dan outlet
penstock maka diperoleh panjangnya dan jumlah belokan.
7. Menentukan Diameter Penstock
Menentukan diameter membutuhkan data kecepatan aliran (V) dan debit desain
(Qd) maka diperoleh diameter penstock - nya.
8. Menentukan Tebal Penstock
Tebal penstock diperlukan daya hidro, effisiensi sambungan, diameter penstock,
dan tegangan bahan penstock dapat diperoleh tebal penstock tersebut.
9. Menghitung Rugi Rugi Penstock
Menghitung rugi rugi yang terjadi pada penstock diantaranya rugi rugi gesekan
akibat belokan dan sambungan, rugi rugi .
10. Menggambar desain
Pada tahap ini melakukan gambar detail penstock menggunakan software yang
sudah tersertifikasi (AutoCAD), gambar desain dapat dilakukan setelah semua
perhitungan selesai dilakukan.
Gambar 1.1 menunjukkan diagram alir perancangan penstock.
1.6 Sistematika Penulisan
BAB I Pendahuluan: Bab ini bersisi mengenai latar belakang, tujuan, rumusan
masalah, metodologi, dan sistematika penulisan.
BAB II Tinjauan Pustaka: Bab ini berisi tentang teori-teori yang relvan dengan
perancangan penstock..
BAB III Perancangan Penstock: Bab ini berisi tentang perancangan penstock.
BAB IV Analisis Perancangan: Bab ini berisi data dan analisis perancangan
penstock.
BAB V Penutup: berisi kesimpulan dan saran berdasarkan hasil analisa data.
-
5
Tidak
Ya
Gambar 1.1 Diagram Alir Perancangan
Cari friksi pada tabel
moody
Menghitung Head Loss
Desain
Penstok
Menghitung Head Loss
Pengambilan Data
Potensi / Data Kriteria
Desain
Blue Print
Head Loss
diterima
Menghitung V, Re No,
Penentuan Diameter
-
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM)
2.1.1 Definisi PLTM
Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM), adalah suatu pembangkit listrik skala
kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi,
sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan
jumlah debit air. Minihidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mini yang
berarti kecil dan hidro yang berarti air. Secara teknis, PLTM memiliki tiga komponen
utama yaitu air (sebagai sumber energi), turbin, dan generator.
Minihidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian
tertentu. Pada dasarnya, minihidro memanfaatkan energi potensial jatuhan air (head).
Semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah
menjadi energi listrik. Disamping faktor geografis (tata letak sungai), tinggi jatuhan air
dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi
tinggi. Air dialirkan melalui sebuah penstock kedalam rumah pembangkit yang pada
umumnya dibangun di bagian tepi sungai untuk menggerakkan turbin atau kincir air
minihidro. Energi mekanik yang berasal dari putaran poros turbin akan diubah menjadi
energi listrik oleh sebuah generator.
Beberapa keuntungan yang terdapat pada pembangkit listrik tenaga listrik minihidro
adalah sebagai berikut:
1. Dibandingkan dengan pembangkit listrik jenis yang lain, PLTM ini cukup murah
karena menggunakan energi alam.
2. Memiliki konstruksi yang sederhana dan dapat dioperasikan di daerah terpencil
dengan tenaga terampil penduduk daerah setempat dengan sedikit latihan.
3. Tidak menimbulkan pencemaran.
4. Dapat dipadukan dengan program lainnya seperti irigasi dan perikanan.
5. Dapat mendorong masyarakat agar dapat menjaga kelestarian hutan sehingga
ketersediaan air terjamin.
-
7
Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro (PLTM) pada prinsipnya memanfaatkan beda
ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran air saluran irigasi, sungai
atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi
mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan menghasilkan listrik.
Gambar 2.1 memperlihatkan prinsip kerja PLTM.
Gambar 2.1 Prinsip Kerja PLTM
2.1.2 Komponen Utama PLTM
Komponen utama PLTM meliputi:
1. Bendungan (Weir)
2. Saluran masuk (Intake)
3. Saluran Pembawa (Waterways)
4. Penjebak Pasir (Sandtrap)
5. Bak Penenang (Forebay)
6. Saluran Pelimpah (spillway)
7. Pipa Pesat (Penstock)
8. Rumah Pembangkit (Power House)
9. Saluran Buang (Tailrace)
-
8
2.2 Penstock[2]
2.2.1 Pengertian Penstock
Gambar 2.2 Komponen Penstock[2]
Penstock adalah sebuah pipa bertekanan yang mengalirkan air bertekanan dari
bak penenang (forebay) ke turbin. Berfungsi untuk menahan gaya pukulan air yang
diakibatkan oleh penutupan katup secara tiba tiba. Bagian bagian penstock dapat
dilihat pada gambar 2.2.
Hal yang perlu diperhatian dalam perancangan ini adalah jenis bahan yang
digunakan, panjang lintasan yang ditentukan dari peta topografi, penentuan tebal
penstock, rugi rugi yang terjadi seperti : rugi gesekan dan rugi turbulensi.
2.2.2 Bahan Penstock[2][3]
Bahan yang digunakan untuk penstock bermacam macam mulai dari bahan
alami sampai bahan buatan. Bahan alami yang digunakan adalah bahan yang terbuat
dari kayu atau bambu. Bahan buatan terbuat dari baja, beton, unplasticized polyvinyl
chloride (uPVC), high density pyethylene (HDPE) dan glass reinforced plastic
(GRP). Tabel 2.1 memperlihatkan berbagai jenis bahan penstock.
-
9
Tabel 2.1 Jenis Bahan
Baja
Penstock berbahan baja banyak digunakan untuk pembangkit listrik tenaga air.
Harganya relatif mahal dan diproduksi di tempat lokal, bisa di pesan mulai dari ukuran
medium di bengkel pembuatan baja. Penstock baja ini dibuat dari plat baja roll
kemudian plat tersebut digabungkan menjadi satu kesatuan membuat bentuk silinder.
Memiliki gaya gesekan menengah, baja yang dilapis cat atau dilapis coating umur
-
10
pemakaiannya bisa mencapai 20 tahun. Sanbungan yang digunakan adalah flanges,
pengelasan di lokasi, dan sambungan mekanik.
Unplasticized polyvinyl chloride (uPVC)
Bahan uPVC jarang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga air di dunia.
Harganya relatif mahal, memiliki diameter antara 25 mm sampai 500 mm, dan cocok
untuk tekanan tinggi. Secara umum diameter luarnya konstan untuk range pressure
rating menggunakan diameter yang ada di pasaran. Memiliki gaya gesek yang rendah
tahan terhadap korosi, transportasi menuju lokasi mudah, namun umurnya pendek
antara 5 sampai 10 tahun. Penstock jenis rentan terhadap suhu tinggi maka lebih baik
ditempatkan di dalam permukaan tanah karena agar terhindar dari panas matahari
secara langsung.
High density pyethylene (HDPE)
HDPE adalah alternatif dari uPVC tetapi lebih mahal. Diameter yang tersedia
di pasaran mulai dari 25 mm sampai lebih dari 1 m. HDPE memiliki rugi gesekan
paling kecil dan tahan terhadap korosi. Secara umum sambungan dengan cara
dipanaskan dan fusi dibawah tekanan meengunakan alat khusus. Diameter yang kecil
dapat menggunakan sambungan fitting.
Glass reinforced plastic (GRP)
Penstock GRP terbuat dari bahan resin diperkuat dengan serat fiber spiral dan
inert filler seperti pasir. GRP dapat digunakan pada kondisi tekanan tinggi, bahannya
ringan dan memiliki rugi gesekan yang rendah. Bahannya rapuh sehingga pada saat
pemasangan harus hati hati. Sambungan yang digunakan biasanya adalah spigot
dan soket dengan flexible seal.
Beton
Penstock bahan beton tidak cocok digunakan pada tekanan inoderate.
Bahannya berat dan pengangkutan ke lokasi sangat sulit. Karakteristik rugi gesak
yang bagus harus mengeluarkan biaya yang mahal. Sambungan menggunakan
sambungan ring karet.
Berbagai karakteristik bahan penstock diperlihatkan pada tabel 2.2 di bawah
ini.
-
11
Tabel 2.2 Karakteristik fisik bahan [2]
2.2.3 Sambungan Penstock [2]
Sambungan pada penstock perlu dilakukan pipa yang digunakan merupakan
gabungan dari beberapa pipa yang memiliki panjang disesuaikan kondisi di lokasi
perancangan. Hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan sambungan adalah
sebagaimana dijelaskan di bawah ini:
Sambungan yang sesuai dengan bahan pipa yang digunakan.
Keahlian teknisi dalam pemasangan sambungan.
Pada cuaca ekstrim sambungan yang digunakan harus tahan pada cuaca
tersebut.
Mudah dalam pemasangan.
Jenis sambungan yang digunakan ada empat , diantaranya adalah sebagai berikut:
1. Sambungan Flanged
Flanged biasanya digunakan untuk menyambung berbahan logam campuran
dan baja. Pemasangan flanged sangat mudah dilakukan, akan tetapi biaya
sambungan jenis ini sangat mahal. Contoh gambar sambungan flanged ada pada
gambar 2.3 di bawah ini.
-
12
Gambar 2.3 Sambungan Flanged [2]
2. Sambungan spigot dan socket
Sambungan Spigot dan socket secara umumnya terbuat dari kerah, biasanya
digunkaan untuk meningkatkan diameter selama pembuatan. Sambungan spigot
dan socket ini biasanya digunakan untuk material pipa jenis uPVC. Ada dua jenis
seal yaitu O ring dan single atau multiple V Contoh dari sambungan spigot dan
socket dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Sambungan Spigot dan Socket [2]
3. Sambungan Mekanik
Sambungan mekanik ini jarang digunakan untuk penyambungan pipa
karena biayanya mahal. Sistem sambungan ini dapat menyambungkan pipa yang
-
13
bahannya berbeda. Contohnya sambungan antara baja dengan uPVC. Contoh
gambar sambungan mekanik ada pada gambar 2.5 seperti di bawah ini.
Gambar 2.5 Sambungan Mekanik [2]
4. Sambungan Las
Gambar 2.6 Sambungan Las[2]
Sambungan las merupakan jenis sambungan dengan cara pengelasan. Metoda
yang digunakan pada bahan HDPE dibutuhkan teknik khusus sambungan ini relatif
mahal dan harus membawa peralatan las ke lokasi instalasi. Keuntungan dari
sambungan dengan pengelasan ini yaitu dapat menyambung pipa pada tikungan
dengan tikungan khusus. Contoh sambungan ini dapat dilihat pada gambar 2.6.
-
14
5. Expansion joint
Pada penstock umumnya akan terdapat perbedaan suhu. Perbedaan suhu yang
dimana pada suatu saat terjadi perbuahan suhu pada penstock. Expansion joint
merupakan sambungan yang didesain karena akibat dari pemuaian karena
perubahan suhu yang ekstrim pada pipa. Sehingga terjadi perubahan panjang pada
ujung-ujung pipa. Expansion joint biasanya diperhitungan di awal atau akhir
sambungan dari penstock. Tetapi expansion joint juga bisa didesain di setiap atau
sebelum anchor block. Berikut perhitungan dalam menentukan expansion joint
seperti yang tertera pada persamaan (1).
X = a (Thot Tcold) L [m] (1)
Dimana: x = panjang expansion pipa (m)
A = coefficient of expansion dapat dilihat pada tabel 2.1 (m/m )
L = panjang penstock (m)
Thot = Temperatur tertinggi pada pipa (
Tcold = Temperatur terendah pada pipa (
2.2.4 Katup
Katup merupakan bagian dari penstock yang berfungsi untuk mengontrol
aliran fluida dalam penstock. Katup yang sering digunakan untuk kontrol pada
pentock yaitu gate valve, butterfly valve, globe valve, ball valve dan pilot valve.
Posisi katup tersebut biasanya berapa di saluran masuk penstock dan saluran masuk
turbin. Gambar 2.7 memperlihatkan berbagai macam katup.
-
15
Gambar 2.7 Katup[2]
2.2.5 Perancangan Penstock
1. Diameter Penstock[3]
Menentukan diameter penstock menggunakan persamaan (2) seperti yang
tertera di bawah ini.
D = 0,72 . Q0,5
(2)
Dimana : D = diameter penstock (m)
Q = debit (m3/s)
2. Tebal Penstock[2]
Menentukan ketebalan batang penstock menggunakan persamaan (3) yang
dijelaskan sebagai berikut.
t = (3)
Dimana : t = tebal penstock (m)
p = tekanan water hammer (kg/m2)
= tegangan yang diijinkan dari bahan penstock (kg/m2)
= effisiensi sambungan
d = diameter (m)
-
16
3. Kecepatan Aliran Penstock[2]
Menentukan kecepatan aliran menggunakan persamaan (4) yang ada pada persamaan di
bawah ini.
v = (4)
Dimana : v = kecepatan aliran (m/s)
d = diameter penstock (m)
Menghitung faktor friksi ini dibutuhkan data dengan melihat faktor friksi dari diagram
moody pada gambar 2.9 dengan menentukan terlebih dulu nilai nilai roughness dapat
dilihat pada gambar 2.8 di bawah ini. Setelah mendapat nilai k maka dilanjutkan pada
perhitungan mencari nilai k/d dan Q/d agar dapat menemukan nilai friksi.
Tabel 2.3 Nilai Koefisien Roughness [2]
Tabel 2.3 menjelaskan berbagai jenis bahan yang digunakan penstock berhubungan
dengan koefisien roughness semakin pendek umur pemakain penstock maka koefisien
roughness semakin kecil, sebaliknya jika umurnya panjang maka koefisien roughness
semakin besar.
-
17
Gambar 2.8 Diagram Moody untuk Faktor Friksi pada Pipa [2]
Gambar 2.9 Hubungan Viskositas Air dengan Suhu[4]
Gambar 2.9 digunakan untuk mendapatkan nilai viskositas air, dengan cara
memasukan parameter temperatur air pada lokasi perancangan PLTM.
-
18
4. Menghitung hfriction[2]
Menghitung hfriktion dapat menggunakan persamaan (5)
hfriction loss = hwall loss + hturb loss (5)
Dimana : hfriction loss = rugi gesekan (m)
hwall loss = rugi pada dinding penstock (m)
hturb loss = rugi pada aliran turbulensi (m)
Gambar 2.10 Rugi rugi Turbulensi pada penstock [2]
-
19
Rugi - rugi yang terjadi pada penstock dapat dilihat pada gambar 2.10, meliputi rugi
pada jenis entrance profile yang dipilih, belokan, penyempitan pipa, dan katup yang
dipilih. Persamaan (6) dan (7) memperlihatkan persamaan untuk menghitung losses di
beberapa tempat.
hwall loss = (6)
Dimana : Q = debit (m3/s)
L = panjang penstock (m)
d = diameter (m)
f = konstanta friksi (dari diagram moody)
hturb loss = (Kentrance + Kbend + Kcontraction 1 + ... + Kvalve ) (7)
Dimana : v = kecepatan aliran (m/s)
g = gaya gravitasi (m/s2)
5. Menghitung hsurge dan Kecepatan Rambat Gelombang (a)[2]
Menghitung hsurge dan cepat rambat gelombang dilihat pada persamaan (8) dan (9).
Surge pressure
hsurge = (8)
Dimana : v = kecepatan aliran
a = kecepatan rambat gelombang
a = (9)
Dimana : d = diameter (m)
t = ketebalan dinding penstock (m)
E = modulus youngs elastisitas (N/m2)
6. Menghitung safety factor:[2]
Menghitung safety factor digunakan persaman (10).
SF = (10)
-
20
Dimana : SF = safety factor
t = ketebalan dinding penstock (m)
S = kekuatan bahan (N/m2)
d = diameter (m)
htotal = Rugi rugi total (m)
2.2.6 Suppots dan Anchors
1. Pencangan slide dan anchor block[4]
Penstock harus tetap aman ketika diletakan di atas permukaan tanah.
penstock berada pada posisi di bak penenang, air masuk ke dalam penstock. anchor
blok ditempatkan pada tikungan penstock, slide block berada pada antara
sambungan penstock untuk menahan kekuatan penstock tersebut. Pada gambar 2.11
dapat dilihat gaya yang terjadi pada dua anchor block.
Gambar 2.11 Self-Weight Pada Bagian Penstock Antara Dua Anchor Block[4]
2. Gaya aktual pada Sliding Block[4]
Sliding block dirancang untuk menahan penstock agar tetap pada posisinya
dan hanya memungkinkan arah gaya aksial. Desain bervariasi tergantung pada
ketahanan terhadap pergeseran bearing, semakin banyak gesekan bearing penstock,
-
21
semakin besar gaya aksial dan semakin besar massa beton yang dibutuhkan.
Gambar 2.12 memperlihatkan gaya yang menekan penstock pada slide block.
Gambar 2.12 Gaya pada Slide Block[4]
Gaya berat dari penstock dan fluida pada slide block.
Menghitung gaya dan gesekan penstock pada slide block dapat menggunakan
persamaan (11) dan (12).
Fpen = L (qw + qp) cos (11)
Ffriction = Fpen (12)
Dimana Fpen adalah kekuatan bearing yang disebabkan oleh berat penstock
dan air, Ffriction adalah bagian gesekan penstock bergerak naik atau turun (k adalah
koefisien gesek kinetik tergantung pada desain slide block yang mungkin berbeda
dari k = 0,2 - 0,5).
Gaya berat slide block
Gaya berat slide block dapat dihitung menurut persamaan (13).
Wb = Vblock block g (13)
Wb adalah gaya berat blok geser dihitung dengan volume Vb dan kepadatan b
bahan yang digunakan.
-
22
Kekuatan gaya horizontal pada penstock
Kekuatan gaya horizontal dapat dihitung menurut persamaan (14), (15) dan
(16).
Fpen x= Fpen . sin (14)
Ffriction X = Ffriction cos (15)
F X = Fpen x +Ffriction X (16)
Kekuatan gaya vertikal pada penstock
Kekuatan gaya vertikal dapat dihitung menurut persamaan (17), (18) dan (19).
Fpen z= Fpen .. cos (17)
Ffriction z = Ffriction cos (18)
Fz = - Fpen z + Ffriction z - Wb (19)
Resultan dari gaya horizontal dan vertikal pada penstock
Resultan dari gaya horizontal dapat dihitung dengan rumus sebagaimana
ditunjukkan pada persamaan (20).
Rup = (20)
3. Gaya aktual pada anchor block[4]
Dibandingkan dengan blok geser, anchor blok dirancang untuk menahan
penstock sehingga tidak memungkinkan penstock untuk bergerak ke arah manapun.
Gaya yang terjadi pada belokan dapat dilihat pada gambar 2.13 dan gambar 2.14.
-
23
Gambar 2.13 Gaya Anchor Block pada Penstock[4]
Gaya akibat berat beban air dan penstock
Gaya akibat berat beban air dan penstock dapat dihitung dengan persamaan
(21) dan (22).
Fpen up = Lup (qw + qp) cos up (21)
Fpen down = Ldown (qw + qp) cos down (22)
Dimana: qw = g
qp = dext teff steel g
Komponen berat pipa disepanjang gerak (aksial) pipa dapat dihitung dengan
persamaan (23) dan (24).
Fpen up = Lup (qp) Sin up (23)
Fpen down = Ldown (qp) sin down (24)
-
24
A B
Gambar 2.14 Gaya yang Bekerja A. Pada Lengkungan Hidrostatis. B. Oleh
Momentum Linier [4]
Lengkungan yang diakibatkan oleh tekanan hidrostatis dihitung menurut
persamaan (25).
F3 = 15400 htotal z din2 sin ) (25)
Lengkungan yang diakibatkan oleh momentum linier dihitung menurut
persamaan (26).
Fv = (26)
Lengkungan yang diakibatkan oleh tekanan hidrostatis didaerah expansion
joint dapat dihitung menurut persamaan (27).
F7 = 3 x 104
htotal din twall (27)
Lengkungan yang diakibatkan oleh tekanan hidrodinamis dapat dihitung
menurut persamaan (28)
F8 = 2,5 x 103
sin ) (28)
Rumus berat anchor block dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
(29)
Wb = Vb . b . g (29)
-
25
BAB III
PERANCANGAN PENSTOCK
3.1 Penentuan Lintasan Penstock
Gambar 3.1 Potongan Memanjang Lintasan Penstock
Lintasan Penstock ditentukan menggunakan satu lintasan kemudian di ujung
lintasan yang akan masuk turbin bercabang menjadi dua. Hal tersebut dipilih karena
untuk megoptimalkan lintasannya. Panjang lintasan mengikuti kontur pada peta
topografi yang cenderung rata agar pada memudahkan saat pemasangan. Panjang
lintasan penstock adalah 580 m, dari bak penenang sampai menuju turbin. Lintasan
tersebut terdiri dari pipa pipa yang disambung hingga mendapatkan panjang pipa
yang dibutuhkan. Panjang pipa tersebut adalah 6 m, karena lokasi PLTM ini dengan
dengan jalan besar maka kendaraan untuk transportasi pipa tersebut bisa dikirim
sampai ke lokasi. Gambar 3.1 memperlihatkan potongan memanjang lintasan
penstock.
3.2 Penentuan Bahan Penstock[2]
Bahan penstock yang digunakan adalah bahan Mild Steel Galvanized (Baja
berlapis). Bahan tersebut dipilih karena kapasitas pembakit listrik ini kapasitasnya
cukup besar yaitu 1,8 MW. Bahan baja ini diperhitungkan dapat menahan tekanan
pukulan air yang sewaktu waktu terjadi, kemudian umur dari baja ini panjang bisa
mencapai 20 tahun.
3.3 Penentuan Katup[2]
Pada perancangan ini membutuhkan dua katup utama, kedua katup tersebut
dipasang pada saluran masuk penstock dan saluran keluar penstock. Katup tersebut
-
26
berfungsi untuk mengatur jumlah air yang mengalir di penstock dan berfungsi
untuk menutup aliran air ketika akan dilakukan overhaul.
3.4 Diameter Penstock[3]
Menentukan diameter penstock dengan mengetahui terlebih dahulu Qd yang
telah ditentukan. Qd tersebut sebesar 3,5 m3/s. Diameter penstock ditentukan
menurut persamaan (2):
Qd = 3,5 m3/s
D = 0,72 x Qd0,5
= 0,72 x 3,5 m3/s
= 1,34 m
Diameter penstock dihitung menggunakan persamaan (2). Diameter
penstock yang digunakan adalah 1,346 m.
3.5 Penentuan Tebal Penstock[2]
Menentukan ketebalan batang penstock menggunakan persamaan (3). Tebal
ini digunakan seoptimal mungkin agar kuat menahan tekanan pukulan air ketika
katup input turbin ditutup secara tiba tiba. Uraian perhitungannya adalah sebagai
berikut:
Diketahui:
H = 65 m
= 0,8 m
D = 1,34 m
P = 65000
= 1100 x 104 kg/m2
t = + es
= 0,024 m
Tebal minimal penstock :
tmin =
= 0,182 inchi
-
27
= 0,00462 m
= 0,46 cm
Bahan penstock yang dipakai adalah baja (steel). Dari hasil perhitungan di
atas maka diperoleh tebal penstock 0,024 m. Tebal minimum yang dijinkan
adalah 0,00463 m.
3.6 Menghitung Kecepatan Aliran[2]
Menghitung kecepatan aliran pada penstock menggunakan persamaan
berikut (4). Kecepatan aliran ini membutuhkan data debit dan diameter untuk
mendapatkan nilai kecepatan aliran yang mengalir pada penstock.
D = 1,34 m
V =
= 2,45 m/s
Setelah dilakukan perhitungan didapatkan ,maka kecepatan aliran yang
mengalir pada penstock adalah 2,45 m/s.
3.7 Rugi Rugi Pada Penstock
Penstock menggunakan bahan baja (steel) memiliki dua buah katup yaitu
satu gate valve dan satu butterfly valve. Gate valve ini berada pada masukan
penstock dan butterfly valve terletak pada keluar penstock. Belokan pada penstock
berjumlah empat buah berupa belokan (bend) dengan masing masing sudut
lengkung sebesar 50, 10
0, 60
0,
200.
Saluran dari bak penenang ke penstock
menggunakan koefisien gesek yang paling kecil yaitu 0,2.
Menghitung rugi rugi gesekan pada dinding pipa.
material : Mild steel (galvanized)
K = 0,15 keadaan normal
L = 580 m
k/D = 0,11
Q/D = 2,59
F = 0,038 data diperoleh dari grafik Moody
-
28
h wall loss =
= 4,87 m
Koefisien nilai Roughness untuk bahan Mild Steel dari tabel adalah 0,15
dipilih pada keadaan normal umur bahan sekitar 5 15 tahun. Faktor friksi didapat
dari grafik Moody pada gambar 2.9, mencari nilai k/D dan Q/D maka diperoleh
nilai faktor friksi sebesar 0,038. Setelah dilakukan perhitungan maka nilai gesekan
pada dinding penstock adalah 4,87 m.
Menghitung rugi rugi gesekan pada belokan, katup, konstruksi dan saluran masuk
jumlah total
K enterance = 0,2 1 0,2
K bend 1 = 0,01 1 0,01
-
29
Menghitung rugi rugi friksi
h friction = h wall loss + h turb loss
= 5,33 M
Mendapatkan nilai hfriction , parameter yang dibutuhkan adalah hwall loss dan
hturb loss. Nilainya adalah 4,87 m dan 0,46 m. Setelah dilakukan perhitungan maka
diperoleh nilai h friction adalah 5,33 m.
3.8 Menghitung Head net [2]
Headnet adalah beda ketinggian jatuh air bersih yang digunakan untuk
menghitung daya yang dibangkitkan oleh pembangkit. Headnet diperoleh dari Hgross
dikurangi dengan rugi rugi yang terjadi pada penstock.
h gross = 70 m
h net = h gross h friction
= 64,6 m
Setelah dilakukan perhitungan diperoleh nilai hnet sebesar 64,6 m dibulatkan
65 m.
Persentase kehilangan head akibat rugi rugi
% Losses = h friction x 100%
h gross
= 7,6 %
Dari uraian perhitungan di atas maka diperoleh pensentase kehilangan tinggi
akibat rugi rugi yang terjadi pada penstock adalah sebesar 7,6%.
3.9 Menentukan Surge Pressure [2]
Menentukan pressure wave velocity :
a =
Dimana E adalah Youngs Modulus dari tabel 2.1.
a =
-
30
=
= 1110,5 m/s
Menggunakan persamaan Surge pressure
hsurge =
=
= 278,4 m
Hsurge yang diperoleh dari perhitungan adalah 278,4 m. Data ini digunakan
untuk menghitung htotal.
Menghitung Rugi Rugi Total
h total = h gross + hsurge
= 70 + 278,4
= 348,4 m
Tinggi surge yang diperoleh adalah 278,4 m , setelah itu maka head total
sebesar 348,4 m. Htotal ini digunakan untuk mengitung safety factor.
Menghitung Safety Factor[2]
SF =
=
= 3,5
Safety factor yang diperoleh adalah 3,5 maka penstock ini sudah memenuhi
kriteria untuk dilakukan instalasi.
Mengitung Jarak Ekspansion Joint[2]
x = a (Thot Tcold) L
Dik : Tcold = 20
-
31
Thot = 35
L = 50 m
a = 12 x 10-6
m/m
maka :
x = 12 x 10-6
m/m . (35 - 20 ). 50 m
x = 9 mm
X sebesar 9 mm ini dipasang di setiap sambungan awal dari pipa penstock. X
tersebut adalah jarak expansion joint. Perhitungan di atas adalah contoh
perhitungan yang digunakan untuk mencari jarak expansion joint yang digunakan
menggunakan expansion joint pertama dengan panjang penstock 50 m. Data yang
diperoleh untuk masing masing jarak expansion joint dapat dilihat pada tabel 3.1
di bawah ini.
Tabel 3.1 Jarak Expansion Joint
Expansion Joint Panjang Pipa (m) x (mm)
Pertama 50 9
Ke-dua 250 45
Ke-empat 185 33,3
Ke-lima 20 0,9
3.10 Sambungan pada Penstock [2]
Pada perancangan penstock ini sambungan yang digunakan adalah
sambungan dengan pengelasan. Hal ini dipilih agar biaya yang dikeluarkan relatif
murah jika dibandingkan dengan sambungan flanged, spocket, dan spigot.
Pengelasan sambungan dilakukan di lokasi PLTM. Panjang pipa pipa yang akan
dilas adalah 6 m per pipa.
3.11 Perhitungan Anchor Block dan Slide Block [2]
Perhitungan untuk anchor block meliputi dimensi yang akan digunakan
pada perancangan penstock. Anchor block biasanya dipasang pada belokan. Belokan
yang terdapat pada perancangan penstock ini terdapat 4 belokan dengan masing
masing sudut kemiringannya adalah 50, 10
0, 60
0, dan 20
0. Gaya yang terjadi pada
-
32
anchor block akan dihitung agar memenuhi kriteria. Menentukan jumlah anchor
block dapat dilakukan dengan pendekatan sebagai berikut.
Kebutuhan beton untuk setiap anchor block menggunakan pendekatan
sebagai berikut[4]
Kebutuhan beton = d/ 300 mm x 2 m3
= 1340 mm/ 300 mm x 2 m3
= 8,93 m3
Dari perhitungan di atas maka diperoleh volume beton anchor block adalah
8,93 m3. Volume tersebut untuk satu anchor block pada satu tikungan. Jumlah
anchor block adalah berjumlah 4 buah untuk menahan tumpuan penstock.
Slide block ditempatkan pada setiap sambungan pipa. Pada sisi slide block
untuk menahan penstcok dapat ditentukan dengan persamaan berikut.
Kebutuhan slide block = (jumlah panjang penstock / panjang tiap pipa)
jumlah anchor block
= (580/6) 4
= 96 4 = 92 slide block
3.12 Perhitungan Gaya yang Terjadi Anchor Block dan Slide Block pada Penstock [4]
Pada anchor block dan slide block terjadi gaya yang diakibatkan gaya lain
yang timbul gaya tersebut dapat mengakibatkan pergeseran pada posisi anchor block
dan slide block. Penjelasan perhitungan tersebut dapat dilihat pada gambar 3.2
penjelasan di bawah ini.
-
33
3.12.1 Gaya pada Anchor Block 1[4]
Gambar 3.2 Gaya yang Terjadi pada Belokan 1
1. Gaya pada Penstock Anchor Block
Diketahui:
d in = 0,8 m
= 3,14 water = 1000 kg/m3
g = 9,81 m/s2
qw = (d2/4) g
qw = 4928,544 N/m
Diketahui :
steel = 7800 kg/m3
t eff = 0,54 m
d ext = 1,34 m
qp = .d ext. t eff. steel .g
= 173856,8539 N/m
Diketahui:
Lup = 3 m
-
34
cos up = 1
= 0
Fpen up = up (qw qp) cos up = 536356,1936 N
Diketahui:
Ldown = 3 m
cos down = 0,996
= 5
Fpen down = up (qw qp) cos down = 534210,7688 N
2. Berat pipa di sepanjang gerak (pipa) aksial
Diketahui:
Lup = 6 m
i up = 0
= 0
Fpenup = up (qp) in up = 0 N
Diketahui:
Ldown = 2,4 m
i down = 0,087
= 5
Fpendown = up (qp) in down = 36301,31109 N
3. Lengkungan yang Diakibatkan oleh Tekanan Hidrostatis
Diketahui:
Q = 3,5 m3/s
-
35
Vup = 2,4573406 m/s
Vdown = 2,4573406 m/s
Cos = 1
= 0
Fv = w.Q (Vup2 + Vdown2 2 . Vup .V down . Cos )0,5
= 0 N
4. Lengkungan yang Diakibatkan Oleh Momentum Linier
Diketahui:
Q = 3,5 m3/s
Vup = 2,4573406 m/s
Vdown = 2,4573406 m/s
Cos = 1
= 0
Fv = w.Q (Vup2 + Vdown2 - 2 . Vup .V down . Cos )0,5
= 0 N
5. Lengkungan yang Diakibatkan Oleh Tekanan Hydrostatis di Daerah expansion
joint
Diketahui:
h total = 379,94229 m
d in = 1,2969917 m
t wall = 0,0500049 m
F7 = 3 x 104 h total d in twall
= 739246,17 N
6. Lengkungan yang Diakibatkan Oleh Tekanan Hydrodinamis
Diketahui:
in (-/2) = 0,0436
(-/2) = 2,5
= 0
= 5
-
36
F8 = 2,5 . 103 (Q2/d in2)sin (-/2)
= 793,758129 N
7. Gaya Akibat Expansion joint
Diketahui:
E = 2E+11 N/m2
A = 0,000012 m/m0C
T cold = 20 0C
T out = 32 0C
F5 = E . a (Thot - Tin) d t wall
= 5865058,168 N
8. Gaya Anchor Block yang Dibutuhkan untuk Menahan Semua Gaya yang Terjadi di
beban anchor block
Diketahui:
Fpen up = 536356,19
Fpen down = 534210,77
F3 = 429140,25
F8 = 793,75813
Wb = Vb . b . g
Wb - Fpen up - Fpen down - F3 - F8 = 0
Wb = Fpen up + Fpen down + F3 + F8
= 1500500,972 N
-
37
3.12.2 Gaya yang Terjadi pada Slide Block 1
Gaya yang terjadi pada slide block dapat dijelaskan dengan bantuan gambar 3.3 dan
penjelasannya sebagai berikut.
Gambar 3.3 Gaya yang Terjadi pada Slide Block 1
1. Gaya Berat dari Penstock dan Fluida pada Slide Block
Diketahui:
qw = 4928,544 N/m
qp = 173856,8539 N/m
Cos = 0,996
= 5
L = 6 m
Fpen = (qw qp) cos = 1068421,538 N
Diketahui:
k = 0,5
F pen = 1068421,538 N
2. Gaya Berat Slide Block
Diketahui:
-
38
V block = 0,48 m3
block = 2300 kg/m3
g = 9,81 m/s2
Wb = V block . block . g.
= 10830,24 N
3. Gaya Horizontal dari Penstock
Diketahui:
Fpen = 1068421,538 N
= 5
in = 0,087
Fpen x = Fpen . in
= 92952,67378 N
Diketahui:
F friction = 534210,7688 N
Cos = 0,996
= 5
F friction x = F friction . Cos
= 532073,9258 N
F x = Fpen x + F friction x
= 625026,5995 N
4. Gaya Vertikal dari Penstock
Diketahui:
Fpen = 1068421,538 N
Cos = 0,996
-
39
Fpen z = Fpen . Cos
= 1064147,852 N
Diketahui:
F friction = 534210,7688 N
in = 0,087
F friction z = F friction . in
= 46476,33689 N
Diketahui:
Fpen z = 1064147,852 N
F friction z = 46476,33689 N
Wb = 10830,24 N
F z = .-Fpen z +F friction z Wb
= -1028501,75 N
negatif karena arah gaya ke bawah
5. Gaya Resultan Horizontal dan Vertikal Penstock
R up = (Fx2 + Fz
2 )0,5
= 1203525,7 N
Perhitungan Dimensi Anchor block
Diketahui :
D = 1,34 m
t wall = 0,006 m
steel = 7800 kg/m3
water = 1000 kg/m3
g = 9,8 m/s
2
= 3,14
-
40
Wp = . d. t wall . steel . g.
= 3,14 x 1,34 x 0,006 x 7800 x 9,8
= 1929,7 N
Ww = . (d2/4) . water .g.
= 3,14 x (1,342/4) x 1000 x 9,8
= 13813,5 N
Dari perhitungan di atas maka diperoleh hasil nilai Wp adalah 1929,7 N dan
Ww adalah 13813,5 N. Nilai berat penstock (Wp) dan berat air (Ww) ini digunakan
untuk menghitung gaya F1 dan F2. Untuk lebih jelasnya dapat melihat uraiannya di
bawah ini. L disini adalah panjang penstock antara dua slide block dan alfa ()
adalah sudut kemiringan penstock itu sendiri.
F1 = (Wp+Ww) L . Cos
= (1929,7 + 13813) x 6 x 0,7071
= 66792,6 N
F2 = 0,5 x F1
= 0,5 x 66792,6
= 33396,31 N
Setelah dilakukan perhitungan maka diperoleh nilai F1 adalah 66792,6 N
dan nilai F2 adalah 33396,31 N.
Pada perhitungan slide area dibutuhkan nilai tinggi slide block dimana
tinggi tersebut sama dengan tinggi. Tinggi nya adalah 2 m dan nilai x, dimana x ini
adalah tinggi dari segitiga slide block dengan nilai x adalah 0,8 m.
Diketahui : tinggi = 2 m
x = 0,8
Slide area = tinggi + (x/2)
= 2 + (0,8/2)
= 2,4 m
Slide area ini merupakan area yang dibutuhkan untuk slide block. Setelah
dilakukan perhitungan maka diperoleh nilai slide area-nya adalah 2,4 m.
Diketahui : w = 2,2 m
concrete = 2300 kg/m2
-
41
Wb = Slide area x w x concrete x g
= 0,8 x 0,8 x 2300 x 9,8
= 119011 N
Dari uraian di atas diperoleh bahwa nilai berat slide block (Wb) adalah
14425,6 N.
b = (0.33 x 0.3) + (0.5 x 0.5)
0,8
= 0,4 m
Gaya yang terjadi pada penstock adalah gaya F1, F2, dan Wb. Gaya tersebut
diproyeksikan pada sumbu x dan z, dimana sumbu x bernilai negatif. Sudut
kemiringan () adalah 450. Gaya pada penstock tersebut dapat dilihat pada tabel 3.2
sebagaimana dijelaskan di bawah ini.
Tabel 3.2 Data Gaya Proyeksi Sumbu x dan z Negatif
F (N) x (N) z (N)
F1 = 66792,6
F1 in = -47229 F1 Cos = +47229
F2 = 33396,3
F2 Cos = -23615 F2 in = -23615
Wb = 119011
0 +119011
Total H = -70844 V = +142625,7
Dari tabel di atas dapat dijelaskan bahwa nilai Wb pada sumbu x adalah 0
karena tidak ada gaya yang terjadi pada posisi tersebut sehingga nilainya adalah 0.
Sehingga jumlah gaya pada H adalah -70844 N. Nilai Wb pada sumbu z adalah
+119011 N, sehingga total gaya yang terjadi pada V adalah +142625,7 N.
M = (F2 x F2 arm) + (F1 x F1 arm) + (Wb x Wb arm)
= (33396,3 x 0,93) + (66792,6 x 0,04) + (119011 x 0.43 )
= 58597 Nm
Setelah dilakukan perhitungan maka total Momen yang terjadi adalah 58597
Nm. Data ini digunakan untuk mengetahui berapa besar terjadi pergeseran pada
penstock.
vertical force = M/V = 0,41 m
-
42
Nilai yang diperoleh dari perhitungan vertical vorce adalah 0,41 m. Nilai
tersbut masih dalam ambang normal.
Gaya yang terjadi pada penstock adalah gaya F1, F2, dan Wb. Gaya tersebut
diproyeksikan pada sumbu x dan z, dimana sumbu x bernilai positif. Sudut
kemiringan () adalah 450. Gaya pada penstock tersebut dapat dilihat pada tabel 3.3
seperti di bawah ini.
Tabel 3.3 Data Gaya Proyeksi Sumbu x dan z Positif
F (N) x (N) z (N)
F1 = 66792,6
F1 in = -47229 F1 Cos = +47229
F2 = 33396,3
F2 Cos = +23615 F2 Sin = +23615
Wb = 119011
0 +119011
Total H = -23614,53 V = +189854,8
Dari tabel di atas dapat dijelaskan bahwa nilai Wb pada sumbu x adalah 0
karena tidak ada gaya yang terjadi pada posisi tersebut sehingga nilainya adalah 0.
Sehingga jumlah gaya pada H adalah -23614,53 N. Nilai Wb pada sumbu z adalah
+119011 N, sehingga total gaya yang terjadi pada V adalah +189854,8 N.
M = (F2 x F2 arm) + (F1 x F1 arm) + (Wb x Wb arm)
= (33396,3 x 0,93) + (66792,6 x 0,04) + (119011 x 0,43 )
= 98673,4 Nm
Setelah dilakukan perhitungan maka total momen yang terjadi adalah
104627,73 Nm. Data ini digunakan untuk mengetahui berapa besar terjadi
pergeseran pada penstock.
vertical vorce = M/V = 0,69 m
Nilai yang diperoleh dari perhitungan vertical vorce adalah 0,69 m. Nilai
tersbut masih dalam ambang normal.
Soil movement
Pada soil movement dihitung Pbase , dimana Pbase ini adalah momen yang terjadi
padapenstock, Pbase digunakan dapat agar dapat dianalisis terhadap Psoil menurut
persamaan (30).
-
43
(30)
Dari uraian di atas maka diperoleh nilai Pbase adalah 393331 N/m2. Psoil nya
adalah 200000-300000 . Pbase< Psoil maka kondisinya stabil. Pada analisis ini Pbase =
393331< Psoil = 200000-300000 kondisinya adalah stabil.
Sliding
Pada sliding ini kondisi H lebih kecil dari V maka kondisinya stabil
tetapi jika sebaliknya maka kondisinya tidak stabil.
H < V
70843,601 < 0,5 x 142626
70843,601 < 71312,867
Silding pada perancangan slide block ini sudah memenuhi kriteria, karena
H lebih kecil dari V. Maka kondisi sliding dalam kondisi stabil.
Toppling
e pada kondisi pipa saat konstruksi, nilai e = 0,1
e <
0,1 < 2 / 6
0,1 < 0,33
-
44
e pada kondisi pipa saat ekspanding, nilai e = 0,4
e <
0,4 < 2 / 6
0,4 > 0,33
Pada uraian diatas dapat dijelaskan bahwa pada kondisi penstock
konstruksi e lebih besar dari Lbase/6 dengan nilai 0,1 < 0,33, maka kondisinya
stabil. Pada kondisi pipa saat ekspanding e lebih besar dari Lbase/6, namun pada
uraian diatas e lebih kecil dari Lbase/6 dengan nilai 0,4 > 0,33. Maka kondisi slide
blok tidak stabil ketika ekspanding.
-
45
BAB IV
ANALISIS PERANCANGAN
4.1 Pendahuluan
Perancangan ini dimulai dengan jumlah tersedianya air yang menjadi sumber
utama pembangkit listrik tenaga air dalam skala kecil disebut Pembangkit Listrik
Tenaga Mini Hidro. Sumber air tersebut diperoleh dari sungai yang memiliki beda
ketinggian relatif tinggi dan memiliki jumlah debit yang tinggi pula. Mengingat
Pembangkit ini memanfaatkan kedua hal tersebut agar dapat memperoleh daya yang
optimal.
Perancangan penstock telah dilakukan pada bab sebelumnya meliputi
perancangan penentuan bahan , kemudian dimensi dari penstock itu sendiri terdiri dari
penentuan panjang penstock, diameter penstock, tebal dinding penstock yang diizinkan
agar bisa menghindari terjadinya korosi dan dapat menahan tekanan pukulan air ketika
katup keluaran penstock ditutup secara tiba tiba. Menentukan jumlah belokan dan
sudut kemiringannya. Menentukan jumlah katup dan jenis katup yang digunakan pada
penstock.
Selanjutnya adalah menentukan ukuran ukuran pada Slide Block yang
memiliki fungsi untuk menahan penstock agar tetap kokoh pada posisinya dan
menahan gaya - gaya yang terjadi pada penstock yang dapat mengakibatkan
pergeseran pada penstock dan posisi anchor block.
4.2 Dimensi Penstock
Tabel 4.1 Data Perancangan penstock
No Data perancangan Hasil Perancangan
1 Bahan Penstock Mild Steel Galvanized
2 Panjang Penstock 580 m
3 Diameter Penstock 1,34 m
4 Tebal Penstock 0,024 m
5 Kecepatan Aliran 2,457 m/s
-
46
6 Jumlah belokan 4 belokan
7 Belokan Pertama 50
8 Belokan Ke-dua 100
9 Belokan Ke-tiga 600
10 Belokan Ke-empat 200
11 Jumlah Katup 2 katup
12 Gate Valve 1 katup
13 Butterfly Valve 1 katup
14 Jumlah Anchor Block 4 buah
15 Jumlah Slide Block 92 buah
Setelah dilakukan perhitungan sebagaimana dijelaskan pada Bab III
Perancangan Penstock menggunakan persamaan yang terdapat pada Bab II Tinjauan
Pustaka perancangan dimensi ini meliputi diameter yang digunakan, ketebalan yang
mampu menahan tekanan pukulan air, maka diperoleh data pada tabel 4.1 di atas.
Pada tabel di atas dapat dijelaskan bahwa bahan yang digunakan adalah pipa
baja. Mengingat energi yang dibangkitkan adalah 1,8 MW maka dibutuhkan bahan
yang mampu menahan tekanan pukulan air akibat katup keluaran penstock ditutup
secara tiba tiba.
4.3 Anchor Block dan Slide Block
Pada anchor block dan slide block dilakukan analisis mengenai kekuatan
permukaan yang ditempati oleh block. Setelah dilakukan perhitungan pada Bab III
maka diperoleh data Pbase adalah 393331 N/m2. Psoil nya adalah 200000-300000 . P-
base< Psoil maka kondisinya stabil. Pada analisis ini Pbase = 393331< Psoil = 200000-
300000 kondisinya adalah stabil.
Kemudian menganalisis sliding setelah dilakukan perhitungan maka diperoleh
nilai H sebesar 70843,601 dan V sebesar 71312,867. Sliding pada perancangan
-
47
slide block ini sudah memenuhi kriteria, karena H lebih kecil dari V. Maka
kondisi sliding dalam kondisi stabil.
Pada uraian Bab III mengenai Toppling dapat dijelaskan bahwa pada kondisi
penstock konstruksi e lebih besar dari Lbase/6 dengan nilai 0,1 < 0,33, maka
kondisinya stabil. Pada kondisi pipa saat ekspanding e lebih besar dari Lbase/6, namun
pada uraian di atas e lebih kecil dari Lbase/6 dengan nilai 0,4 > 0,33. Maka kondisi
slide block tidak stabil ketika ekspanding.
-
48
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan perancangan maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
Bahan penstock yang digunakan adalah penstock yang terbuat dari baja.
Panjang lintasannya adalah 580 m dengan jumlah belokan sebanyak dua buah
dan satu cabang dengan sudut belokan 50, 10
0, 60
0, 15
0.
Jumlah anchor block pada penstock ini adalah 4 buah.
Jumlah slide block 92 buah
Diameter penstock nya adalah 1,34 m dengan tebal 0,024 m.
Jarak renggang ada 4 Expansion Joint masing masing sejauh 9 mm, 45 mm,
33,3 mm, 0,9 mm.
Pbase dari penstock ini adalah 393331 N/m2 maka keadaan permukaan tanah
dapat menahan gaya geser yang terjadi.
Nilai H sebesar 70843,601 dan V sebesar 71312,867. Sliding pada
perancangan slide block ini sudah memenuhi kriteria, karena H lebih kecil
dari V. Maka kondisi sliding dalam kondisi stabil
5.2 Saran
Pada perancangan ini agar lebih baik maka penulis memberikan saran
dengan manambahkan analisis ekonomi secara rinci agar perancangan penstock
lebih baik.
-
49
DAFTAR PUSTAKA
[1] Departemen ESDM, Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2005-2025:
jakarta.
[2] Harvey, Adam. 1993. Micro-Hydro Design Manual, Intermediate Technology
Publications: London.
[3] Warnick, C.C. 1984. Hydropower Engineering, Prentice-Hall, Inc: America.
[4] Arduser dan Leif, Civil Work for Micro Hydro Unit.University os Applied
Sciences Northwestern Switzerland: Swiss.
[5] Sulasno. 1990. Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga, Mikro edisi pertama.
Satya Wacana: Semarang.
[6] U.S. Departement of the Interior : 1967.
[7] IMIDAP. 2008. Standardisasi Peralatan dan Komponen Pembangkit Listrik
Tenaga Mikrohidro (PLTMH). ESDM: Jakarta.
-
L-1
LAMPIRAN A
KONDISI DAERAH PLTM CIHERANG
Pada perancangan penstock ini dilakukan di PLTM Ciherang,
Deskripsi proyek PLTM Ciherang Kabupaten Purwakarta ini dapat
dideskripsikan sebagai berikut :
Nama Sungai : Ciherang
Desa : Ciawi, Bungur Jaya dan Pondok Bungur
Kecamatan : Wanayasa dan Pondok Salam
Kabupaten : Purwakarta
Propinsi : Jawa Barat
Letak geografis : 1070 09 36.1 BT 07o 10 35.5 LU
Peta lokasi PLTM Ciherang dapat dilihat pada gambar-gambar berikut ini.
Gambar L 1
Lokasi Studi PLTM Ciherang
(Peta Administrasi Jawa Barat)
Lokasi
PLTM Ciherang
-
L-2
Gambar L 2
Lokasi PLTM Ciherang
(Peta Administrasi Kabupaten Purwakarta)
Lokasi
PLTM
-
L-3
Data Hidrologi
Analisa Data Debit Sungai Ciherang
PLTM ini akan mengandalkan ketersediaan debit sungai karena
skema PLTM ROR (Run off River) tidak memiliki waduk genangan,
sehingga sangat bergantung kepada prakiraan distribusi debit yang
tersedia sepanjang tahun di sungai tempat PLTM dibangun. Di sinilah
besaran "debit optimal" berperan. Debit optimal dapat diperoleh dari data
debit langsung, apabila tersedia dalam jangka waktu yang panjang, atau
dari simulasi debit andalan berdasarkan data klimatologi, yang dalam hal
ini dilakukan dengan Metoda Mock.
FLOW DURATION CURVE (FDC)
PLTM CIHERANG
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00
Probabilitas (%)
Q (
m3
/dt)
FDC (pra FS)
FDC (draft FS)
FDC (rata-rata)
Gambar L 3
Kurva Durasi Debit
-
L-4
Tabel L 1 Rekapitulasi debit per 5 % PLTM Ciherang
Prob Q mock 1 Q mock 2 Q rata-rata
(%) (m3/dt) (m3/dt) (m3/dt)
1 5 10.69 12.21 10.95
2 10 9.61 10.81 9.71
3 15 8.69 10.03 8.86
4 20 7.77 9.46 8.11
5 25 6.60 8.51 7.05
6 30 5.75 7.89 6.32
7 35 5.37 7.55 5.96
8 40 5.09 7.12 5.61
9 45 4.59 6.69 5.14
10 50 4.04 6.27 4.65
11 55 3.66 5.76 4.21
12 60 3.19 4.94 3.57
13 65 2.61 4.55 3.08
14 70 2.35 4.21 2.78
15 75 2.16 3.79 2.47
16 80 1.98 3.55 2.27
17 85 1.79 2.96 1.87
18 90 1.49 2.70 1.59
19 95 1.32 1.59 0.96
No
Debit Banjir
Debit banjir diperlukan untuk perancangan bangunan bendung
pada sungai. Sesuai dengan kaidah perancangan bangunan sipil, bendung
direncanakan untuk dapat bertahan terhadap keadaan paling berbahaya.
Tingkat bahaya banjir dalam teknik keairan dinyatakan dengan periode
ulang. Untuk perancangan bendung PLTM Ciherang ini digunakan
periode ulang 100 tahun.
Untuk keperluan studi dan perencanaan ini, telah dilakukan analisa
terhadap data curah hujan dan untuk selanjutnya akan diperoleh data
debit banjir yang dihitung dengan menggunakan metoda analisis terhadap
curah hujan rancangan yaitu Metoda Mononobe.
Dari hasil perhitungan tersebut diperoleh nilai debit banjir yang
optimal yaitu nilai hasil analisa terhadap data hujan rancangan dengan
menggunakan metoda terpilih yaitu metode yang menghasilkan nilai
-
L-5
pendekatan dengan nilai standar penyimpangan data terendah serta
selisih terhadap rata-rata relatif yang terkecil yaitu metoda Mononobe.
Selanjutnya hasil analisis tersebut ditampilkan dalam bentuk tabulasi
sebagai berikut :
Tabel L 2 Rekapitulasi Perhitungan Debit Banjir
N
o
Nama
sungai
Nama
Embun
g
Luas
DPS
(km2
)
Panjan
g
Sungai
(km)
Debit Banjir Periode Ulang (m3/detik)
Q2 Q5 Q10 Q25 Q50 Q100
1 Ciheran
g
Desa
Ciawi,
Bungur
Jaya
dan
Pondok
Bungur
68,0
0 20,00
164,2
1
253,5
7
312,7
3
387,4
8
442,9
4
497,9
9
Dari tabel diatas terlihat bahwa debit banjir yang digunakan adalah
debit yang diperoleh dari hasil perhitungan metoda Mononobe, yaitu
sebesar 479,99 m3/det.
Penentuan Debit Desain Optimal
Pada tahap ini akan ditetapkan nilai debit optimal sebagai dasar
perencanaan hidraulik bangunan utama PLTM Ciherang. Debit optimal
yang dimaksud disini adalah debit yang memberikan Unit Construction
Cost (UCC) yang paling rendah. Artinya, diusahakan agar biaya
pembangunan PLTM untuk setiap satuan energi yang dihasilkan
(Rp/kWh) adalah nilai yang paling murah. Untuk itu perlu dihitung
prakiraan biaya konstruksi untuk setiap nilai debit tertentu serta besarnya
energi yang dapat dibangkitkan oleh besarnya nilai debit tersebut.
Harga Satuan yang digunakan untuk menghitung biaya didasarkan
atas data harga satuan (unit price) dan harga dasar (basic price) yang
dikeluarkan oleh dinas pekerjaan umum, Kabupaten Purwakarta. Untuk
harga satuan yang tidak/belum tercantum pada data di atas, dilakukan
analisis harga satuan dari berbagai sumber yang ada.
-
L-6
Sedangkan volume untuk setiap satuan pekerjaan pada tahap ini
didekati dengan persamaan dari volume yang diusulkan dari MITI, kecuali
untuk perhitungan saluran pembawa digunakan perhitungan hasil
modifikasi. Metoda ini meskipun masih sangat kasar, dinilai masih dapat
digunakan pada tahap optimasi ini. Pada tahap selanjutnya, biaya akan
disusun dengan berdasarkan atas hasil desain dasar.
Penentuan Jumlah Turbin
Jumlah unit turbin yang digunakan untuk PLTM ini adalah 2 unit,
dengan masing-masing daya 2 x 900 kW. Penggunaan 2 unit turbin ini
didasarkan atas pertimbangan :
a. Jumlah energi yang dihasilkan oleh 2 unit turbin (2 x 0,9 MW)
lebih besar bila dibandingkan dengan 1 unit turbin (1,8 MW). Hal
ini karena effisiensi tubin kecil akan meningkat sebagai akibat dari
meningkatnya effisiensi turbin yang berkaitan dengan penggunaan
air (Q/Qmax).
b. Penggunaan 2 unit turbin akan lebih andal dengan mengatur pola
operasi yang bergantian. Overhaul dan pemeliharaan rutin dapat
dilakukan secara bergantian, atau pada kondisi kemarau kering
pembangkit masih tetap beroperasi dengan menggunakan 1 atau 2
unit turbin. Hal ini menambah keandalan suplai listrik.
-
L-7
Debit Desain
Tabel L 3
Debit Desain dan Biaya Energi yang Dibangkitkan
1 5% 65 10.949011 5604.509 74,259.53 6,368.38
2 10% 65 9.5494256 4888.098 66,835.85 5,203.84
3 15% 65 8.8626749 4536.569 63,146.49 4,688.40
4 20% 65 7.9127762 4050.341 57,974.02 4,133.95
5 25% 65 6.9314368 3548.019 52,595.63 3,653.66
6 30% 65 6.2577784 3203.191 48,841.09 3,358.23
7 35% 65 5.9598508 3050.690 47,165.86 3,261.19
8 40% 65 5.6066336 2869.887 44,563.91 3,102.67
9 45% 65 5.1381282 2630.072 41,931.13 3,006.92
10 50% 65 4.6505988 2380.518 38,588.09 2,887.66
11 55% 65 4.2099471 2154.961 36,568.55 2,876.44
12 60% 65 3.5657362 1825.206 33,199.18 2,829.32
13 65% 65 3.0787731 1575.942 30,300.74 2,808.40
14 70% 65 2.7770918 1421.520 28,432.85 2,810.86
15 75% 65 2.4748672 1266.819 26,531.29 2,819.56
16 80% 65 2.2654113 1159.604 25,192.82 2,859.60
17 85% 65 1.8741933 959.350 23,114.25 3,059.90
18 90% 65 1.5919455 814.875 20,741.10 3,167.73
19 95% 65 0.9561931 489.450 16,218.22 3,981.694,073,202.43
NoProb
(%)
Debit
(m3/det)Daya (kW)
Energi Pembangkit
(kWh)
9,409,712.93
8,809,905.95
7,553,916.41
14,543,717.37
14,462,753.83
13,363,079.21
6,547,631.42
12,713,149.26
11,733,957.37
10,789,344.30
10,115,370.58
14,363,082.82
13,944,854.01
14,023,886.22
14,395,340.71
Head (m)Biaya per kWh
(Rp/kWh)
11,660,659.58
12,843,564.50
13,468,659.76
Biaya Total Konstruksi (
Rp. x 106 )
Tabel diatas berdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan pada
program MS. Excel yang sebelumnya telah dibuat maka diperoleh data
data seperti yang tertera pada (tabel 3.3). Debit desain yang digunakan
adalah pada probabilitas 60% dengan debit 3,56 m3/detik, debit tersebut
dipilih karena menghasilkan energi paling besar yaitu 11.733,957,37
kWh.
-
L-8
UMUM
Luas wilayah Kabupaten Purwakarta adalah 971.72 km2, atau sekitar 2,81
persen dari luas wilayah Provinsi Jawa Barat. Jenis penggunaan tanah yang paling
luas adalah untuk Tanaman Tahunan/ Perkebunan dengan luas 27.806 Ha.
Kemudian untuk Hutan Produksi seluas 18.558 Ha. Kabupaten Purwakarta terdiri
dari 17 kecamatan dan 119 pedesaan.
Potensi PLTM Ciherang berada di Sungai Ciherang yang termasuk di wilayah
Kabupaten Purwakarta. Secara lebih detail, pencapaian lokasi di tampilkan pada
tabel L 4.
Tabel L 4 Pencapaian Lokasi Rencana PLTM Ciherang
Rute Jalan Jarak Waktu
Tempuh
Moda
Transportasi Kondisi Jalan
Jakarta Kecamatan
Wanayasa 117 km 2,5 jam
Kendaraan roda
4 Aspal bagus
Kecamatan Wanayasa
Desa Ciawi 4 km `1,15 jam
Kendaraan roda
4 Aspal bagus
Desa Ciawi - Lokasi 0.5 km 0,15 jam Jalan Kaki Jalan Setapak
TOPOGRAFI
Sebagian besar wilayah Purwakarta adalah daratan. Lahan-lahan pertanian
tanaman pangan dan hortikultura, peternakan, perikanan, perkebunan dan
kehutanan merupakan sumber kehidupan bagi masyarakat. Keadaan itu ditunjang
dengan banyaknya sungai besar dan kecil yang dapat dimanfaatkan sebagai
sumber daya pengairan tanaman pertanian.
Berdasarkan kondisi topografi, wilayah Kabupaten Purwakarta
diklasifikasikan menjadi 3kelompok, yaitu :
1. Wilayah Pegunungan. Wilayah ini terletak di tenggara dengan
ketinggian 1.100 sd 2.036 m dpl, meliputi 29,73 % dari total luas wilayah.
-
L-9
2. Wilayah Perbukitan dan Danau. Wilayah ini terletak di barat laut
dengan ketinggian 500 sampai dengan 1.000 m dpl, meliputi 33,8 % dari total
luas wilayah.
3. Wilayah Daratan. Wilayah ini terletak di utara dengan ketinggian 35
sd 499 m dpl, meliputi 36,47 % dari total luas wilayah.
Sedangkan, gambaran kondisi topografi lokasi studi dapat dibagi dalam 3
(tiga) macam bahasan dataran yaitu :
a. Dataran di hulu bendung
Kondisi topografi di sebelah kiri dan kanan bantaran sungai merupakan
lereng perbukitan yang relatif landai. Bagian di sebelah kiri dan kanan sungai
dikelilingi pesawahan milik masyarakat. Bagian bibir sungai merupakan batuan,
dengan lebar sungai yang tidak terlalu besar yaitu sekitar 15 25 m. Bila
dibandingkan dengan lebar sungai dan debit hasil pengukuran, maka kedalaman
sungai di lokasi bendung relatif dangkal.
b. Kondisi topografi antara bendung sampai gedung sentral.
Kondisi topografi daerah ini merupakan lereng yang cukup terjal.
Kemiringan lereng di daerah ini dapat mencapai 45. Selain itu, di beberapa
tempat juga terdapat alur, sehingga di beberapa bagian saluran pembawa akan
dibuat gorong gorong dan talang. Di bagian awal saluran pembawa akan
melewati tebing yang cukup terjal, sedangkan pada bagian lainnya saluran
pembawa akan melalui pesawahan.
Lokasi rencana bak penenang terdapat di daerah pesawahan yang cukup
luas. Lokasi ini diperkirakan cocok, mengingat kebutuhan area bak penenang
yang cukup besar, sebab untuk menampung debit rencana PLTM Ciherang.
-
L-10
c. Kondisi topografi di daerah gedung sentral.
Daerah lokasi rencana gedung sentral terletak di areal pesawahan. Di
perlukan pengecekan kondisi tanah untuk pondasi turbin dan gedung sentral agar
kuat.
KLIMATOLOGI
Dari data sekunder berupa Peta Klimatologi maka diketahui bahwa angka
curah hujan daerah lokasi berkisar antara 3000 4000 mm/thn.
Data hidroklimatologi yang diambil dari stasiun meteorologi yang terdekat
dengan lokasi studi PLTM Ciherang adalah seperti terlihat pada tabel di bawah
ini.
Tabel L 5 Data Klimatologi rata-rata
No Uraian Nilai Rata-rata
1. Suhu / Temperatur (C) 18 - 30
2. Penyinaran Matahari rata-rata (%) 70
3. Kelembaban Udara rata-rata (%) 85 - 89
4. Kecepatan angin (km/jam) 2 - 6
5. Rata-rata hari hujan / tahun 145
6. Curah hujan rata-rata (mm/th) 3000 - 4000
-
L-11
Gambar L 3
Gambaran Tinggi Curah Hujan Lokasi Rencana PLTM Ciherang
(Peta Curah Hujan)
GEOLOGI
Penyelidikan geologi dapat memberikan informasi berbagai aspek geologi
mencakup kondisi fisik suatu daerah yang merupakan bagian dari daya dukung
lahan guna pembangunan fisik Pembangkit Listrik Mini Hidro (PLTM).
Dalam pembahasan geologi di daerah tapak/proyek PLTM mencakup
antara lain: morfologi, sebaran batuan, sifat fisik dan keteknikan tanah/batuan,
serta bahaya lingkungan beraspek geologi seperti erosi, longsor dan sebagainya.
Arahan atau kecenderungan pembangunan PLTM sesuai kemampuan dengan
mempertimbangkan kemungkinan terjadinya beberapa penyimpangan aspek
geologi akibat pembangunan tersebut yang dapat berdampak terhadap kekuatan
dan umum PLTM.
LOKASI
STUDI
-
L-12
A. Geologi Teknik
Bila didasarkan atas peta geologi yang dikeluarkan oleh Direktorat Jendral
Geologi (skala 1: 250.000) diperoleh posisi lokasi studi dibawah ini.
Keterangan :
Qos Batu pasir Tufaan dan Konglomerat : Batupasir dan Konglomerat berasal dari endapan lahar Qob
(Hasil Gunungapi Tua).
Msc Formasi Subang, Anggota Batulempung : Umumnya batu lempung yang mengandung lapisan-lapisan
dan nodula batugamping napalan keras, napal dan lapisan-lapisan batugamping abu-abu tua setebal 2
atau 3 m, kadang-kadang mengandung sisipan batupasir glaukonit hijau.
Qa Aluvium : Lempung, lanau, pasir dan kerikil
Pt Formasi Cilanang : Lapisan-lapisan napal tufaan berselingan dengan batupasir tufaan dan breksi
tufaan. Mengandung lapisan-lapisan konglomerat.
Gambar L 4
Peta Geologi Lokasi PLTM Ciherang
Lokasi
PLTM Ciherang
-
L-13
Tapak lokasi proyek, berdasarkan peta geologi lembar Cianjur yang berada
diatas :
1) Formasi Cilanang (Pt) : Lapisan-lapisan napal tufaan berselingan
dengan batupasir tufaan da