BAB IV ANALISA HASIL
4.1
Bendung Tipe bendung yang disarankan adalah bendung pelimpah pasangan batu
dengan diplester halus. Bagian bendung yang harus diperlihatkan adalah mercu bendung, bangunan pembilas, kolam olakan, apron bendung, tanggul pelindung, kepala bendung (abutment) dan bangunan pengambilan. Untuk meminimumkan harga bendung, maka bendung didisain serendah mungkin namun tetap dapat berfungsi untuk mengalihkan air ke intake dan aman terhadap bahaya banjir baik bendung sendiri maupun bangunan di sekitarnya.
Didalam merencanakan lebar bendung
dipengaruhi oleh lebar sungai yang akan dibendung dan debit banjir rencana yang dipakai, dalam hal ini memakai debit rencana periode 100 tahun untuk disain. Didalam perhitungan bendung hal-hal yang perlu diperhatikan ialah bagaimana kita mendisain bendung yang aman dan ifisien baik dari segi kekuatan dan materialnya tidak terlalu boros.
80
81
4.1.1 Dimensi Bendung
Dalam hal ini menurut analisa kami dengan melihat lokasi dan kondisi topografi yang ada bendung yang akan kami rencanakan adalah bendung dengan tipe mercu bulat dengan satu jari-jari dan dengan menggunakan peredam energi tipe bak tenggelam. Diharapkan dengan desain seperti itu bendung aman terhadap gaya-gaya luar dan efisien tidak boros didalam pemakaian material sehingga dapat menghemat waktu dan biaya didalam proses pelaksanaan nanti. Sketsa tampak potongan melintang bendung dapat dilihat pada gambar dibawah dengan ukuran yang telah kami desain sedemikian rupa sehingga layak untuk diterapkan dilapangan.
Gambar 4.1 Potongan Tubuh Bendung
82
4.1.2 Pengambilan Intake Bangunan pengambilan berfungsi untuk mengelakkan air dari sungai dalam jumlah yang diinginkan. Pengambilan sebaiknya dibuat sedekat mungkin dengan pembilas dan as Bendung. Lebih disukai jika pengambilan ditempatkan di ujung tikungan luar sungai atau pada ruas luar guna memperkecil masuknya sedimen. Dalam hal ini pengambilan dibuat pada bagian kiri bendung dengan arah 900 dari AS tengah sungai, agar penyadapan dapat berlangsung lancar, maka lengkung tembok pengambilan dibuat stream line dan diplester halus. Tinggi intake direncanakan 1,5 m atau elevasi intake adalah ± 384 m. gambar sketsa pintu pengambilan dapat dilihat dibawah ini.
Gambar 4.2 Potongan Melintang Intake Bendung
83
Elevasi ambang bangunan pengambilan ditentukan dari tinggi dasar sungai. Ambang direncanakan atas dasar dengan ketentuan berikut: 0,50 m jika sungai hanya mengangkut lanau 1,00 m bila sungai juga mengangkut pasir dan kerikil 1,50 m kalau sungai mengangkut batu-batu bongkah. 4.1.3 Kolam Pengendap Pasir (Desand) a. Umum Ukuran partikel minimum yang masih dapat diendapkan berupa partikel-partikel sedimen halus, sehingga nilai d = 0,50 mm dari tabel b. Perhitungan dimensi kolam pengendap pasir Kecepatan kritis pengendapan V = a x d1/2 Dengan d = 0,50 mm , maka menurut tabel Camp dibawah ini.
84
Grafik 4.1 Hubungan diameter ayak dengan kecepatan endapan Didapat nilai a = 45 Maka
V = a x d1/2 = 45 x (0,50)1/2 = 31,82 mm/det = 3,18 cm/det
-
Kecepatan pengendapan Partikel
Untuk d = 0.50 mm, maka dari Grafik L. Sudry dibawah ini didapat nilai kecepatan pengendapan (W) = 6 cm/det di baca dari grafik.
85
Grafik 4.2 Hubungan gradasi butiran dengan kecepatan pengendapan -
Panjang ideal kolam
Untuk menghitung panjang ideal kolam digunakan rumus : p= hx
Dimana : h = kedalaman kolam ( m ) V = kecepatan kritis pengendapan ( cm/det ) W = kecepatan pengendapan partikel ( cm/det ) -
Kedalaman kolam
86
Direncanakan kedalaman kolam h = 4 m = 400 cm p=hx
= 400 x
= 212 cm = 2,12 m -
Lebar kolam Lebar kolam dapat dihitung dengan rumus b=
=
= 10,15 m -
10,50 m
Luas Kolam Luas kolam pengendap pasir dapat dihitung dengan rumus : A= pxLxh = 2,12 x 10,50 x 4 = 89, 04 m2
Maka didapat dimensi kolam pengendap pasir Panjang kolam ( p )
= 2,12m
Lebar kolam ( L )
= 10,50 m
87
Kedalaman kolam ( h ) = 4 m 4.1.4 Saluran Penghantar (Waterway) Bentuk saluran penghantar direncanakan trapesium dan kotak dengan lining adalah batu kali yang plester. Kecepatan aliran didalam saluran direncanakan 3,25 m³/det untuk trapezium yang diambil seperempat dari lebar sungai. Debit rencana saluran penghantar adalah 13m3/det. Kapasitas saluran direncanakan 120% debit rencana yaitu sebesar 15,6 m3/det. Hal ini untuk mengantisipasi berkurang debit karena sampah atau kotoran lain yang menggangu, mengingat panjang saluran penghantar adalah +1000 m. a. Saluran Trapesium Untuk dimensi saluran yang berbentuk trapesium yang sudah direncanakan dapat dilihat dari gambar dibawah ini.
0 0
Ganbar 4.3 Saluran Trapesium
88
Data : 1. Ditentukan lebar saluran bawah sebesar ( b ) = 2,70 m 2. Kemiringan dinding saluran kanan dan kiri diambil 1 : 2. 3. Tinggi air ( h ) = 2,00 m 4. Tinggi jagaan diambil ( w ) = 0,50 m Maka : Tinggi saluran = Tinggi air + Tinggi jagaan = 2 + 0,50 = 2,50 m Lebar saluran atas dapat dihitung dengan rumus : a = b + (2 x m x h) Dimana : a = lebar saluran atas ( m ) m = kemiringan horizontal saluran ( m ) h = tinggi air ( m ) b = lebar saluran bawah ( m ) maka : a= b+(2xmxh) = 2,70 + ( 2 x 0,50 x 2 )
89
= 4,70 m Luas penampang basah saluran dapat dihitung dengan rumus :
A=hx
Dimana : A = luas penampang basah saluran b = lebar saluran bawah m = kemiringan horizontal saluran h = tinggi air maka :
A=hx
=2x = 7,4 m2 Keliling basah saluran dapat dihitung dengan rumus : P = b + ( 2 x h ) x ( 1 + m2 )1/2 = 2,70 + ( 2 x 2 ) x ( 1 + 0,502 )1/2 = 7,17 m²
90
Jari –jari hidrolis dapat dihitung dengan rumus :
r =
=
= 1,03 m Kehilangan energi saluran Panjang saluran trapesium hingga ke bak penenang sebesar ( p ) = 500 m, maka diperkirakan kehilangan energi sepanjang saluran adalah :
V=
x 13 m3/det =
3,25 m/det
hf =
Dimana :
Maka :
n
= koefisien kekasaran manning ( 0,013 )
V
= kecepatan aliran saluran ( 3,25 m³/det )
p
= panjang saluran ( 500 m )
R
= jari-jari hidrolis saluran ( 1,03 m )
91
hf =
=
= 0,85 m³ Sepanjang saluran terdapat 5 tikungan, kehilangan energi karena tikungan tersebut adalah :
hb = kb x
= 0,3 x
x5
x5
= 0,80 m³ Total kehilangan energi sepanjang saluran adalah : hs = hf + hb = 0,85 + 0,80 = 1,65 m³/det Pelimpah samping Pelimpah samping direncanakan terletak di hilir kantong pasir, yang berfungsi untuk megalirkan air berlebih dari saluran pada saat
92
terjadi banjir. Tinggi muka air dihulu bendung saat terjadi banjir 100 tahun adalah 388 m. Tinggi air diatas ambang intake waktu banjir h’ = 388 – 384 – ½ x y = 388 – 384 – ½ x 2 =3m Maka : V=µx = 0,62 x = 4,7 m³/det Q=AxV = 3 x 4,7 =14,1 m3/det Maka debit yang harus dilimpahkan kedalam desand = 14,1 m3/det – 13 m3/det = 1,1 m3/det Untuk menghitung dimensi pelimpah digunakan rumus : Q = 1,24 x L x H3/2 Dimana :
93
Q = debit pelimpah (1,1 m3/det ) H = tinggi air yang akan melimpah diatas mercu pelimpah diambil sebesar 0,6 m Maka : Q = 1,24 x L x H3/2 1,1 = 1,24 x L x (0,6)3/2 L = 0,52 m 4.1.5 Kolam Penenang Lebar bak penenang direncanakan : = 3 x Lebar saluran = 3 x 4,7 m = 14,1 m Panjang bak penenang p=2x = 2 x 14 m = 28 m Kedalaman bak penenang ditentukan berdasarkan ukuran dan posisi pipa pesat. Kedalaman minimum pengambilan pipa pesat dari muka air ( S ) adalah : S Dimana :
= C x V x D1/2
94
C
= 0,54 m
V
= kecepatan pada pipa pesat ( 3 m/det)
D
= diameter pipa pesat ( 2 m )
Maka : S = ( C x V x D )1/2 = ( 0,54 x 3 x 2 )1/2 = 1.8 m Diambil kedalaman pengambila pipa pesat 4 m > Smin = 1,8 m Lebar Kolam ( )
= 14 m
Panjang Kolam ( p )
= 28 m
Kedalaman Kolam ( h ) = 4 m 4.2 Pipa Pesat Pipa pesat adalah pipa yang melewatkan air dari pintu pengambilan pipa pesat ke gedung sentral. Pipa pesat didesain dengan pertimbangan sebagai berikut : - Pipa pesat dirancang sampai diperoleh panjang minimum - Aman terhadap momen lentur, baik vertikal maupun horizontal - Pipa pesat harus mempunyai tekanan hidrolik yang minimum untuk menghindari tekanan terhadap turbin juga harus dipertimbangkan - Kenaikan tekanan akibat katup dibuka dan ditutup
95
Menurut penempatannya, pipa pesat dibagi tiga tipe yaitu : - Pipa pesat yang ditanam (burried penstock) - Pipa pesat permukaan (exposed penstock) - Sebagian ditanam dan sebagian dipermukaan Menurut kekakuan tumpuan dibagi tiga tipe yaitu : - Pipa kaku - Pipa fleksibel dengan sambungan ekspansi - Pipa semi kaku dengan sambungan pada masing-masing bagian pada tumpuan menerus atau tumpuan tetap Pada perencanaan ini yang digunakan adalah pipa pesat permukaan.Pipa pesat dengan diameter ekonomis ditentukan berdasarkan kecepatan sebesar 2-3 m³/det. Bila debit pada pipa pesat akan dibagi sesuai dengan debit turbin, maka diperlukan pipa cabang. Biasanya cabang mempunyai bentuk yang simetris dan sudutnya harus kurang dari 900. Sudut pencabangan yang lebih kecil, mempunyai sifat hidrolik yang lebih baik. Sebelum memasuki gedung sentral, pipa pesat harus mendatar. Panjang bagian yang mendatar adalah 5 – 10 kali diameter pipa pesat. Syarat struktur pipa pesat adalah : - Blok angker diletakan pada jarak max 150 m pada pipa pesat jenis exposed. Fungsi blok angker selain untuk mengukur, mengakukan pipa pada saat pemasangan, juga untuk menahan gaya-gaya yang timbul akibat pergeseran pada tikungan.
96
- Diantara blok angker, dipasang tumpuan sadel pada setiap 6 m, masing-masing titik tumpuan dipasang cicin penopang. - Pipa pesat dengan sambungan kaku memerlukan sambungan ekspansi untuk antisipasi terhadap perubahan temperatur. - Data Desain - Jenis pipa baja di las - Panjang 53 m - Diameter pipa pesat 2 m (diameter dalam), tebal 2 cm. - Debit air : 13 m3/det. - head : 28 m
4.2.1 Pemilihan Diameter Pipa Pesat Untuk megalirkan air dengan debit andalan seperti yang direncanakan maka diperlukan dimensi yang tepat. Penentuan dimensi ini dihitung dengan persamaan kontinuitas : Q=Axv A= D= Dimana : Q = debit aliran (m3/det) v = kecepatan aliran (3 m/det) A = luas penampang pipa (m2)
97
D = diameter pipa (m) Maka : Q = 13m³/det v = 3m/det A=
D=
= 4,3 m²
=
= 2,34 m 2 m
Maka direncanakan diameter pipa pesat sebesar 2 m dan panjang pipa 53 m berdasarkan conture tanah di lapangan.
4.2.2 Pressure Drop ( Kerugian Tekanan ) Kerugian tekanan terjadi akibat aliran fluida mengalami gesekan dengan permukaan saluran dapat juga terjadi ketika aliran melewati sambungan pipa,belokan,katup, difusor, dan sebagainya Besar Pressure Drop bergantung pada : Kecepatan aliran Kekasaran permukaan Panjang pipa Diameter pipa Persamaan matematis kerugian tekanan di dalam saluran sirkuler
98
Dimana : P = kerugian tekanan d = diameter pipa V1 = kecepatan aliran Pipa awal 3m/det f = faktor friksi ( digram Moody ) l = panjang pipa g = grafitasi h = head maka :
= 2385 N/m3 Hubungan antara head dan tekanan P= = 1000 x 9,8 x 28 = 274400 N/m3
99
Kerugian Head ( Head losses )
=
= 0,24 m/det Persamaan matematis kerugian akibat sambungan (kerugian minor) dalam sistem pemipaan hm = = = 0,19 m/det 4.2.3
Pencabangan Pipa Pada lokasi gedung sentral pipa dicabang menjadi 2 bagian,
dengan masing-masing cabang memiliki diameter dekat percabangan 100 cm. Dengan asumsi Q1 = Q2, maka kecepatan air di pipa cabang setelah di reduser atau di perkecil dapat dihitung dengan menggunakan rumus kontinuitas :
V2 =
=
=
100
V2 = ( )2 x 3 = 12m/det
Q2 =
=
= 9,42 m3/det Dengan : Q1 = debit di pipa ( m3/det ) Q2 = debit dicabang ( m3/det ) V1 = kecepatan didalam pipa ( 3m/det ) V2 = kecepatan didalam cabang ( m/det ) d1 = diameter pipa sebelum cabang ( 2 m ) d2 = diameter pipa percabangan (1 m ) A = luas penampang ( m2 ) a. Perbedaan Tekanan Perbedaan tekanan pada antara dua titik manapun pada ketinggian yang berbeda dalam suatu cairan dinyatakan dengan hukum tekanan Hidrostatis dan pesmaan Spesifik energi Benoulli. P1 = p x g x h
101
= 1000 x 9,8 x 1,8 = 17640 N/m3 Tekanan Total : P 2 = P1 +
x V2
= 17640 +
x 12
= 23640 N/m3 Dimana : P1 = Tekanan Awal ( N/m3 ) P2 = Tekanan Total ( N/m3 ) P = rho massa jenis air ( Kg/m3 ) g = grafitasi ( m/det ) h = ketinggian dari pipa penstock dan kolam penenang ( m ) V2= Kecepatan pipa cabang ( m/det )
4.3
Perencanaan Mekanikal dan Elektrikal a. Turbin Pemilihan turbin ditentukan oleh tinggi jatuh, debit sungai tersedia dan jumlah
unit besarnya tinggi jatuh bersih (net head) yang tersedia pada PLTM Cimandiri adalah 28 m, debit sungai 13 m3/det serta jumlah unit pembangkit 2 unit, dalam hal ini turbin yang dipakai adalah turbin Francis. Kapasitas Turbin :
102
P = 9,8 x Q x H x
t
x
g
= 9,8 x 6,5 x 28 x 0,85 x 0,90 =1.364 kW E = Mw x 365 x 24 x 0,6 = 1,3 x 365 x 24 x 0,6 = 6832 Gwh 4.3.1 Penentuan Kecepatan Spesifik Turbin Pada turbin china untuk perkiraan awal kecepatan specific turbin bisa digunakan persamaan sebagai berikut : ns =
=
= 291 rpm Kecepatan putar turbin ditentukan sebagai berikut :
ns =
=
103
= 413 rpm Untuk PLTM ini dipilih kecepatan putar turbin 1000 rpm Kecepatan spesifik turbin adalah :
ns =
=
= 705 rpm Penentuan D3 (Diameter Runner) Rasio peripheral velocity to sprouting velocity Φ3 = 0,0211 ns2/3 = 0,0211 x 7052/3 = 1,671 Diameter Runner D3
= = = 0,747 m
Cavitation Coeficient (plant sigma) = =
0,8 m
104
= 0,932 m b. Generator Generator yang digunakan adalah generator sinkron 6 fase 50 Hz, 380V dengan sistem eksitasi brushless rotating diode exitors. Tegangan out put yang digunakan untuk generator dengan kapasitas relatif kecil adalah tegangan rendah. Dengan digunakannya tegangan rendah maka penghematan bisa dilakukan pada isolasi generator. Kapasitas generator yang diperlukan dihitung dengan persamaan berikut Pg = Pt x
g
Dimana Pg = kapasitas generator Pt = kapasitas output turbin (836 kw) g
= efisiensi generator 0.90
Kapasitas generator yang digunakan adalah 795 kw Isolasi belitan generator adalah isolasi kelas F (IEC 34) dengan kenaikan temperatur sesuai dengan kelas B. Hal ini diperlukan agar umur isolasi bisa lebih tahan lama. Selain itu juga agar generator bisa memikul beban lebih apabila pada suatu saat air yang tersedia cukup banyak.
105
Generator ditutup dengan sangkar generator (generator enclosure) dan menggunakan pendingin fan yang dipasang pada poros generator. Generator enclosure harus mempunyai kemampuan melindungi generator dengan proteksi indeks minimum sebesar IP 23. Tingkat ini mencegah masuknya partikel padat dengan diameter lebih besar dari 12 mm masuk dalam generator. Selain itu mencegah masuknya air yang jatuh dengan sudut 600 secara vertikal. Sedangkan proteksi indeks untuk box terminal generator adalah IP 54. Apabila dipergunakan saringan udara pada air intake maka saringan tersebut berupa saringan kering yang dapat dicuci. Short Circuit Ratio (SCR) generator dipilih dengan mengingat semakin kecil SCR, maka semakin besar perubahan yang diperlukan pada arus eksifasi untuk mempertahankan tegangan output konstan, pada suatu perubahan arus beban tertentu. Hal ini menyebabkan steady state stability berkurang sehingga diperlukan sistem eksifasi
yang
lebih
cepat.
SCR
yang
rendah akan
menguntungkan karena akan mengurangi ukuran fisik generator. Kecepatan putar generator sebesar 1000 rpm. Generator akan dikopel secara langsung dengan turbin. Generator memiliki ketahanan terhadap overseed turbin paling sedikit 80% untuk periode 30 menit.
