PLTA

BAB I

DASAR TEORI

A.    Bendung

Menurut standar tata cara perencanaan umum bendung, yang diartikan dengan bendung  adalah suatu bangunan air dengan kelengkapan yang dibangun melintang sungai atau sudetan yang sengaja dibuat untuk meninggikan taraf muka air atau untuk mendapatkan tinggi terjun. Sehingga air dapat disadap dan dialirkan secara gravitasi ke tempat yang membutuhkannya. Sedangkan bangunan air adalah setiap pekerjaan sipil yang dibangun dibadan sungai untuk berbagai keperluan.

Bendung berfungsi antara lain untuk meninggikan taraf muka air, agar sungai dapat disadap sesuai dengan kebutuhan dan untuk mengandalikan aliran, angkutan sedimen dan geometri sungai sehingga air dapat dimanfaatkan secara aman,efektif,efisien, dan optimal.

Bendung sebagai pengatur tinggi muka air sebagai dapat dibedakan menjadi bendung pelimpah dan bendung gerak.Bendung pelimpah terbuat dari pasang batu. Bendung pelimpah yang dibangun melintang sungai, akan memberikan tinggi minimum kepada bangunan intake untuk keperluan irigasi maupun PLTA, dan merupakan penghalang selama terjadi banjir dan dapat menyebabkan genangan di udik bendung.

Bendung pelimpah terdiri dari antara lain tubuh bendung dan mercu bendung. Tubuh bendung merupakan bendung ambang tetap yang berfungsi untuk meninggikan taraf muka air sungai. Mercu bendung berfungsi untuk mengatur tinggi air minimum, melewatkan debit banjir dan untuk membatasi tinggi genangan yang akan terjadi di udik bendung.

Berikut ini adalah gambaran tingkatan-tingkatan  kapasitas pada tampungan yang berlaku pada bendung.

MSL

Penstock

Heff.

River Bed

MWL

NWL

Tampungan Mati

Kapasitas efektif

FWL

Power House PLTA

 

Keterangan gambar :

NWL  = Normal Water Level (muka air operasi normal)

MWL  = Minimum Water Level (muka air operasi minimum)

MSL   = Maksimum Sediment Level (Batas Maksimum muka sedimen)

FWL   = Flood Water Level (muka air banjir rencana)

H_eff      = Effective Head (Tinggi Jatuh Efektif)

1)      Perencanaan Tubuh  Bendung

Perencanaan Tubuh Bendung meliputi :

° Mercu Bendung

a)      Tinggi Mercu Bendung

            Tinggi mercu bendung ,p, yaitu ketinggian antara elevasi lantai udik/ dasar sungai di udik bendung elevasi mercu. Dalam penentuan ketinggian mercu bendung ini, belum ada rumus ketentuan yang pasti.Hanya berdasarkan pengalaman dengan pertimbangan stabilitas bendung.

  Yang harus dipertimbangkan dalam penentuan tinggi mercu bendung  seperti:

-          Kebutuhan penyadapan untuk memperoleh debit dan tinggi tekan

-          Kebutuhan tinggi energy untuk pembilasan

-          Tinggi muka air genangan yang akan terjadi

-          Kesempurnaan aliran pada bendung.

-         Kebutuhan pengendalian angkutan sedimen yang terjadi di bendung.

      Tinggi mercu bendung,p, dianjurkan tidak lebih dari 4 meter dan minimum 0,5 H. Namun jika diketahui elevasi dasar sungai, maka dapat digunakan rumus :

° Lebar Bendung

Lebar bendung adalah jarak antara pangkal bendung (abutment), sebaiknya sama dengan lebar rata-rata sungai pada bagian yang  stabil.Dalam menentukan lebar bendung, faktor utama yang dapat dipakai adalah pertimbangan lebar sungai yang ada, dengan menghubungkan antara puncak/ mercu bendung dengan dasar sungai (h ), maka akan didapat lebar sungai (b).

Lebar efektif bendung (Be) dihubungkan dengan lebar bendung yang sebenarnya / lebar mercu bendung (B) dengan persamaan :

dimana :

Be = panjang mercu efektif m

Bb             = panjang mercu bruto m

∑b = jumlah lebar pembilas

∑t  = jumlah pilar-pilar pembilas

n    =  jumlah pilar pembilas dan pilar jembatan

kp = koefisien kontraksi pilar

ka  = koefisien kontraksi pangkal bendung

H   = tinggi tekan total  di atas mercu, yaitu h + k

 h= tinggi air, k= v²/2g

            Harga koefisien kontraksi pilar dapat dipelajari dari standar perencanaan irigasi KP-02

° Pangkal Bendung

Pangkal bendung (abutment) berfungsi menghubungkan bendung dengan tanggul dan harus dapat mengalirkan air dengan tenang di sepanjang permukaannya serta tidak menimbulkan turbulensi dan tinggi jagaan dari pangkal bendung adalah

° Kolam Olak

Suatu bangunan peredam energi yang berbentuk kolam dimana prinsip peredam energinya yang sebagian terjadi akibat pergeseran molekul-molekul air sehingga timbul olak-olakan di dalam kolam olak tersebut.

1.      Kolam olak USBR tipe I

Kolam olak USBR tipe 1 adalah suatu kolam olakkan yang dasar yang datar dan terjadinya peredaman energi yang terkandung dalam aliran dengan lenturansecara langsung aliran tersebut ke atas permukaan dasar atas kolam.

2.      Kolam Olak USBR Tipe II

Kolam olakan datar tipe II,terjadinya peredamanenergi yang terkandung didalam aliran adalah akibat gesekan diantaramolekul-molekul air di dalam kolam dan dibantu oleh perlengkapanperlengkapanyang dibuat berupa gigi pemencar aliran dipinggir udik dasarkolam dan ambang bergerigi di pinggir hilirnya.

Kolam olakan type ini cocok digunakan untuk aliran dengan tekananhidrostatis yang tinggi dan debit yang besar (q<45 m3/det/m, tekananhidrostatis) 60 m dan bilangan Froude > 4,5). Gigi pemencar aliran berfungsi untuk lebih meningkatkan effektkifitas peredaman sedang ambang bergerigiberfungsi sebagai penstabilloncatan hidrolis dalam kolam olakan tersebut.

Kolam olakan type ini sangat sesuai untuk bendungan urugan danpenggunaannyapun cukup luas.Akan tetapi untuk bangunan pelimpah, misalnya dengan V = 18 m/detmaka akan lebih ekonomis apabila dipergunakan kolam olakan d~tar TypeIII.

3.      Kolam Olak USBR Tipe III

Prinsip kerja kolam olak ini hampir sama dengan system kerja kolam olak USBR Tipe II namun lebih sesuai dengan mengalirkan air dengan tekanan hidrostatif yang rendah dengan debit yang kecil(q < 18,5m³/det/m, V < 18 m/det dan bilangan Froude > 4,5).

4.       Kolam Olak USBR Tipe IV

Tipe ini cocok dengan tekanan hidrostatif yang rendah dengan debit besar per unit lebar yaitu untuk aliran superkritis dengan bilangan froude antara 2,5 – 4,5

° Bangunan Pengambilan

                  Bangunan intake adalah suatu bangunan pada bendung yang berfungsi sebagai penyadap aliran sungai, mengatur pemasukan air dan sedimen serta menghindarkan sedimen dasar sungai dan sampah masuk ke intake.Terletak di bagian sisi bendung, di tembok pangkal dan merupakan satu kesatuan dengan bangunan pembilas.

              Tata letak intake diatur sedemikian rupa sehingga memenuhi fungsi dan biasanya diatur sebagai berikut:

-          Sedekat mungkin dengan bangunan pembilas.

-          Merupakan satu kesatuan dengan pembilas.

-          Tidak menyulitkan penyadapan aliran.

-          Tidak menimbulkan pengendapan sedimen dan turbulensi aliran di udik intake.

1.      Macam Intake

        Intake biasa, yang umumnya direncanakan yaitu intake dengan pintu berlubang satu atau lebih dan dilengkapi dengan pintu dinding banjir dan perlengkapan lainya. Lebar satu pintu tidak lebih dari 2,50 mdan diletakkan di bagian udik. Pengaliran melalui bawah pintu. Besarnya debit diatur melalui tinggi bukaan pintu.

        Intake gorong,- gorong; tanpa pintu dibagian udik, pintu-pintu diletakkan di bagian hilir gorong-gorong. Lubang intake lebih dari satu dengan lebar masing-masing lubang kurang dari 2,5 m. pengoperasian pintu intake dilakukan secara mekanik.

Intake frontal, intake diletakkan di tembok pangkal, jauh dari bangunan pembilas/bendung.

Dua intake di satu sisi bendung, dimana pintu intake untuk sisi yang lain diletakkan di pilar pembilas bendung.

2.      Arah intake, komponen dan letak bangunan

      a.      Arah intake:

1.      Tegak lurus membentuk sudut 90^o terhadap sumbu sungai.

2.     Menyudut membentuk sudut 45^o- 60^o terhadap sumbu sungai.

3.     Keadaan tertentu yang ditetapkan berdasarkan hasil uji model hidrolik di laboratorium.

      b.      Komponen utama bangunan intake:

1.      Ambang/lantai dinding bangunan tembok sayap

2.      Pintu dan perlengkapanya serta dinding penahan banjir.

3.      Pilar penempatan pintu bila pintu lebih dari satu buah.

4.      Jembatan pelayan

5.      Rumah pintu

6.      Saringan sampah

7.      Sponeng dan sponeng cadangan, dan lain-lain.

      c.       Letak intake

         Harus ditata sedemikian rupa sehingga berada di tikungan luar aliran yang membentuk aliran helicoidal. Sehingga pada keadaan suangai banjir, angkutan sedimen dasar yang mendekat ke intake akan terlempar ke tikungan dalam menjauhi intake.

° Bangunan Pembilas

       Bangunan pembilas adalah salah satu perlengkapan pokok bendung yang terletak di dekat dan menjadi satu kesatuan dengan intake.Berfungsi untuk menghindarkan angkutan muatan sedimen dasar dan mengurangi angkutan muatan sedimen layang masuk ke intake.

Bangunan pembilas dapat dibedakan menjadi:

-          Type Bangunan pembilas konvensional, terdiri dari satu dan dua lubang pintu. Umumnya dibangun pada bendung kecil dengan bentang berkisar 20 m.

-          Type Bangunan undersluice dan shunt undersluice.

Bangunan pembilas konvensional banyak dijumpai pada bendung yang dibangun sesudah tahun 1970-an untuk bentukbendung irigasi teknis.Ditempatkan pada bentang di bagian sisi yang arahnya tegak lurus sumbu bendung.

Bangunan pembilas shunt undersluice digunakan pada bendung di sungai ruas hulu, untuk menghindarkan benturan batu dan benda padat lainya terhadap bangunan.

° Bangunan Kantong Lumpur

Kantong lumpur merupakan pembesaran potongan melintang saluran sampai panjang tertentu untuk mengurangi kecepatan aliran dan memberi kesempatan kepada sedimen untuk mengendap.Untuk menampung endapan sedimen ini, dasar bagian saluran tersebut diperdalam atau diperlebar.Untuk pembersihan endapan sedimen ini dilakukan baik secara periodic maupun tergantung kondisi lapangan.

° Saluran Penghantar

Saluran penghantar (head race) berfungsi untuk mengalirkan air dari intake sampai ke bak penenang. Perencanaan saluran penghantar berdasarkan pada kriteria:

•  Nilai ekonomis yang tinggi

•  Efisiensi fungsi

•  Aman terhadap tinjauan teknis

•  Mudah pengerjaannya

•  Mudah pemetiharaannya

•  Struktur bangunan yang memadai

•  Kehilangan tinggi tekan (head losses) yang kecil

° Kolam Penenang

Perhitungan dimensi kolam penenang dilakukan dengan beberapa kriteria, yaitu :

§  Volume kolam 10 - 20 kali debit yang masuk untuk menjamin aliran steady di pipa pesat dan mampu meredam tekanan balik pada saat penutupan aliran di pipa pesat.

§  Kolam  penenang direncanakan dengan menetapkan kecepatan vertikal partikel sedimer 0.03 m/det.

§  Pipa pesat ditempatkan 15 cm di atas dasar kolam penenang untuk menghindarkan masuknya batu atau benda-benda yang tidak diijinkan terbawa memasuki turbin, karena berpotensi merusak runner turbin.

§  Pipa pesat ditempatkan pada jarak minimum 4 x D (diameter pipa pesat) dari muka air untuk menjamin tidak terjadi turbulensi dan pusaran yang memungkinkan masuknya udara bersama aliran air di dalam pipa pesat .

§  Kolam penenang dilengkapi trash rack untuk mencegah sampah dan benda-benda yang tidak diinginkan memasuki pipa pesat bersama aliran air.

§  Pipa penguras ditempatkan di kolam pengendap dan kolam penenang sebagai kelengkapan untuk perawatan (pembuangan endapan sedimen).

§  Kolam penenang diiengkapi pelimpas yang direncanakan untuk membuang kelebihan debit pada saat banjir. Bangunan kolam penenang dan saluran pembawa direncanakan terjaga ketinggian permukaan pada saat banjir sampai maksimum 25% dari debit desain.

§  Konstruksi kolam penenang dan pengendap berupa pasangan batu diplester dengan dasar kolam berupa cor-an beton tumbuk (tanpa tulangan) kedap air.

° Analisis Stabilitas Bendung

Stabilitas suatu bendung harus memenuhi syarat-syarat konstruksi dari bendung, antara lain :

1.      Bendung harus stabil dan mampu menahan air pada waktu banjir

2.      Bendung harus dapat menahan bocoran yang disebabkan oleh aliran sungai dan aliran air yang meresap di dalam tanah

3.      Bendung harus diperhitungkan terhadap daya dukung tanah di bawahnya

4.      Tinggi ambang bendung atau crest level harus dapat memenuhi tinggi muka air minimum yang diperlukan untuk seluruh daerah irigasi

Stabilitas bendung ditentukan oleh gaya-gaya yang bekerja pada bendung seperti :

? Gaya berat

? Gaya gempa

? Tekanan lumpur

? Gaya hidrostatis

? Gaya Uplift Pressure (Gaya Angkat)

B.     Pengertian PLTA

PLTA adalah pembangkitlistrik yang mengandalkan energipotensial dan kinetik dari air untuk menghasilkan energi listrik. PLTA memanfaatkan aliran dari air yang kemudian diubah menjadi energi listrik melalui putaran turbin dan generator

Pembangkit Listrik Tenaga Air merupakan sumber listrik bagi masyarakat yang memberikan banyak keuntungan terutama bagi masyarakat pedalaman di seluruh Indonesia. Disaat sumber energi lain mulai menipis dan memberikan dampak negatif, maka air menjadi sumber yang sangat penting karena dapat dijadikan sumber energi pembangkit listrik yang murah dan tidak menimbulkan polusi. Selain itu, Indonesia kaya akan sumber daya air sehingga sangat berpotensial untuk memproduksi energi listrik yang bersumber daya air. Beberapa waktu yang lalu, masyarakat masih merasakan bahwa ketersediaan listrik mencukupi atau lebih besar dibanding dengan permintaan.

Namun saat ini permintaan akan kebutuhan listrik semakin bertambah, hal ini disebabkan oleh pertambahan jumlah penduduk yang makin tinggi, perkembangan yang cukup pesat di sektor jasa dan industry, pembangunan sarana pemerintahan yang semakin meningkat dan perkembangan sektor – sektor lainnya yang membutuhkan listrik

Kelangkaan Listrik yang terjadi menuntut langkah – langkah nyata dalam upaya penaggulangannya.Sampai dengan tahun 2006 diperlukan penambahan kapasitas pembangkitan di Indonesia sebesar ± 14.500 MW.Untuk mengatasi besarnya kebutuhan daya pembangkit tersebut, maka perlu segera dilakukan pembangunan pembangkit skala kecil yang relatif cepat dan murah sehingga dapat memberikan pasokan yang lebih cepat dalam memenuhi sebagian kebutuhan energi listrik tersebut.

C.     Klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Air

                 Klasifikasi dari pembangkit listrik tenagaair perlu ditentukan terlebih dulu untukmengetahui karakteristik tipe pembangkitlistrik, mengklasifikasikan sistem pembangkitlistrik perlu dilakukan terkaitdengan sistem distribusi energi listrik,apakah listrik dapat disalurkan melaluigrid terpusat ataukah grid terisolasi.

Klasifikasi pembangkit listrik dapat ditentukandari beberapa faktor (Penche,2004) yakni:

1. Berdasarkan tinggi jatuh (head)

•Rendah (< 50 m)

•Menegah (antara 50 m dan 250 m)

•Tinggi (> 250 m)

2. Berdasarkan tipe eksploitasi

•Tengan regulasi aliran air (tipewaduk)

•Tanpa regulasi aliran air (tipe run offriver)

3. Berdasarkan sistem pembawa air

•Sistem bertekanan (pipa tekan)

•Sirkuit campuran (pipa tekan dansaluran)

4. Berdasarkan penempatan rumahpembangkit

•Rumah pembangkit pada bendungan

•Rumah pembangkit pada skemapengalihan

5. Berdasarkan metode konversi energi

• Pemakaian turbin

•Pemompaan dan pemakaian turbinterbalik

6. Berdasarkan tipe turbin

•Impulse

•Reaksi

•Reversible

7. Berdasarkan kapasitas terpasang

•Mikro (< 100 kW)

•Mini (antara 100 kW dan 500 Kw)

•Kecil (antara 500 kW dan 10 MW)

8. Berdasarkan debit desain tiap turbin

•Mikro (Q < 0,4 m3/dt)

•Mini ( 0,4 m3/dt < Q < 12,8 m3/dt)

     • Kecil (Q > 12,8 m3/dt)

9. Berdasarkan besarnya kapasitas energi yang dapat dibangkitkan.

•Mikro Hidro (< 99kW)

• Rendah, ( 100kW–999kW )

•Sedang , ( 1000kW–9999kW )

• Tinggi, ( >10.000kW )

Skala pengembangan masing-masing jenis klasifikasi pembangkitan energi tenaga air didasarkan kepada kepentingan-kepentingan pengembangan wilayah, strategi pembangunan, dan potensi tenaga air yang dimiliki.

D.    Perencanaan Dasar PLTMH

§  Pemilihan Lokasi dan Lay out Dasar

Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) pada dasarnya memanfaatkan energi potensial air (jatuhan air). Semakin tinggi jatuhan air ( head ) maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di samping faktor geografis yang memungkinkan, tinggi jatuhan air ( head ) dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi.

Secara umum lay-out sistem PLTMH merupakan pembangkit jenis run off river, memanfaatkan aliran air permukaan (sungai). Komponen sistern PLTMH tersebut terdiri dari banaunan intake (penyadap) - bendungan, saluran pembavia, bak pengendap dan penenang, saluran pelimpah, pipa pesat, rumah pembangkit dan saluran pembuangan. Basic lay-out pada perencanaan pengembangan PLTMH dimulai dari penentuan lokasi intake, bagaimana aliran air akan dibawa ke turbin dan penentuan tempat rumah pembangkit untuk rnendapatkan tinggi jatuhan ( head ) optimum dan aman dari banjir.

§  Lokasi bangunan intake

Pada umumnya instalasi PLTMH merupakan pembangkit listrik tenaga air jenis aliran sungai langsung, jarang yang merupakan jenis waduk (bendungan besar). Konstruksi bangunan intake untuk mengambil air langsung dari sungai dapat berupa bendungan (intake dam) yang melintang sepanjang lebar sungai atau langsung membagi aliran air sungai tanpa dilengkapi bangunan bendungan. Lokasi intake harus dipilih secara cermat untuk menghindarkan masalah di kemudian hari.

§  Kondisi dasar sungai

Lokasi intake harus memiliki dasar sungai yang relatif stabil, apalagi bila bangunan intake tersebut tanpa bendungan (intake dam). Dasar sungai yang tidak stabil inudah mengalami erosi sehingga permukaan dasar sungai lebih rendah dibandingkan dasar bangunan intake; hal ini akan menghambat aliran air memasuki intake.

Dasar sungai berupa lapisan/lempeng batuan merupakan tempat yang stabil. Tempat di mana kemiringan sungainya kecil, umumnya memiliki dasar sungai yang relatif stabil. Pada kondisi yang tidak memungkinkan diperoleh lokasi intake dengan dasar sungai yang relatif stabil dan erosi pada dasar sungai memungkinkan teladi, maka konstruksi bangunan intake dilengkapi dengan bendungan untuk menjaga ketinggian dasar sungai di sekitar intake.

§  Bentuk aliran sungai

Salah satu permasalahan yang sering terjadi pada instalasi PLTMH adalah kerusakan pada bangunan intake yang disebabkan oleh banjir. Hal tersebut sering terjadi pada intake yang ditempatkan pada sisi luar sungai. Pada bagian sisi luar sungai (b) mudah erosi serta rawan terhadap banjir. Batti-batuan, batang pohon serta berbagai material yang terbawa banjir akan mengarah pada bagian tersebut. Sementara itu bagian sisi dalam sungai (c) merupakan tempat terjadinya pengendapan lumpur dan sedimentasi, schingga tidak cocok untuk lokasi intake. Lokasi intake yang baik terletak sepanjang bagian sungai yang relatif lurus (a), di mana aliran akan terdorong memasuki intake secara alami dengan membawa beban (bed load) yang kecil.

§  Lokasi Rumah Pembangkit (Power House)

Pada dasarnya setiap pembangun an mikrohidro berusaha untuk mendapatkan head yang maksimum. Konsekuensinya lokasi rumah pembangkit (power house) berada pada tempat yang serendah mungkin.Karena alasan keamanan dan 6nstruksi, lantai rumah pembangkit harus selalu lebih tinggi dibandingkan permukaan air sungai.Data dan informasi ketinggian permukaan sungai pada waktu banjir sangat diperlukan dalam menentukan lokasi rumah pembangkit.

Selain lokasi rumah pembangkit berada pada ketinggian yang aman, saluran pembuangan air ( tail race ) harus terlindung oleh kondisi alam, seperti batu-batuan besar. Disarankan ujung saluran tail race tidak terletak pada bagian sisi luar sungai karena akan mendapat beban yang besar pada saat banjir, serta memungkinkan masuknya aliran air menuju ke rumah pembangkit.

§  Lay-out Sistem PLTMH

Lay out sebuah sistem PLTMH merupakan rencana dasar untuk pembangunan PLTMH. Pada lay out dasar digambarkan rencana untuk mengalirkan air dari intake sampai ke saluran pembuangan akhir.

Air dari intake dialirkan ke turbin menggunakan saluran pembawa air berupa kanal dan pipa pesat (penstock). Penggunaan pipa pesat memerlukan biaya yang iebih besar dibandingkan pembuatan kanal terbuka, sehingga dalam membuat lay out perlu diusahakan agar menggunakan pipa pesat sependek mungkin. Pada lokasi.tertentu yang tidak memungkinkan pembuatan saluran pembawa, penggunaan pipa pesat yang panjang tidak dapat dihindari.

Pendekatan dalam membuat lay out sistem PLTMH adalah air dari intake dialirkan melalui penstok sampai ke turbin. Jalur pemipaan mengikuti aliran air, paralel dengan sungai (gbr 5.3, long penstock following river). Metoda ini dapat dipilih seandainya pada medan yang ada tidak memungkinkan untuk dibuat kanal, seperti sisi sungai berupa tebing batuan. Perlu diperhatikan bahwa penstock harus aman terhadap banjir.

E.     Perencanaan Bangunan PLTMH (Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro)

Perencanaan bangunan PLTMH dengansistem pengalihan (diversion) meliputi:

? Bangunan Pengambilan

Bangunan pengambilan bisa terdiri dari:

1.      Pintu pengambilan.

Pintu pengambilan direncanakan untuk mengambil air dari saluran atau sungai asli.

2.      Bendung.
     Bendung digunakan untuk membendung aliran aliran air sehinggaakan mempermudah untuk pengambilanair.

3.      Penyaring (trashrack)

Trashrack digunakan untuk menyaringmuatan sampah dan sedimen yangmasuk, umunya pernyaring direncanakandengan menggunakan jeruji besi.

? Bangunan Tengah

Bangunan tengah meliputi perencanaan:

1. Bak penangkap sedimen

Bak penangkap sedimen dipergunakanuntuk mengendapkan sedimen yangterdapat pada aliran yang menuju pipapesat.

2. Bak penenang (forebay)

Bak penenang digunakan untuk menjagakestabilan debit yang akan masuk keturbin, aliran yang tidak stabil akanmenyebabkan kerusakan pada governor.

3.      Bangunan penguras

Bangunan penguras direncanakan berdasarkankondisi daerah studi, jenisbangunan penguras yang dipergunakandalam studi ini adalah:

a)      Saluran Penguras, digunakan untuk mengalirkan muatan sedimen dari bak penangkap sedimen dan kelebihan air dari pelimpah samping menuju sungai.

b)      Pintu Penguras, direncanakan untuk mengalirkan debit penggelontoran dari bak penenang atau bak pengendap menuju saluran penguras, umumnya pintu penguras didesain lebih kecil dari pintu pengambilan dikarenakan pitnu penguras tidak terlalu sering dipergunakan.

c)      Pelimpah Samping, dipergunakan untuk menjaga elevasi muka air pada bak penenang (forebay) pada elevasi muka air yang direncanakan, sehingga jika terjadi peninggian muka air pada bak penenang maka secara otomatis debit air yang berlebihan akan dilimpahkan menuju saluran pembuang.

d)     Gorong – Gorong (culvert), dipergunakan untuk penggelontoran sedimen pada bak pengendap sedimen jika tidak memungkinkan untuk menggunakan pintu penguras.

e)      Terjunan, dipergunakan apabila terdapat perbedaan elevasi yang cukup besar pada tubuh saluran penguras, terjunan didesain dengan pendekatan loncatan hidrolika pada hilir terjunan.

? Bangunan Pembawa

Bangunan pembawa bisa berupa bangunanpembawa bertekanan (pipa pesat) danjuga saluran terbuka.

²  Pipa Pesat (Penstock)

     Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penenang (forebay tank).Perencanaan pipa pesat mencakup pemilihan material, diameter penstock, tebal dan jenis sambungan (coordination point).Pemilihan material berdasarkan pertimbangan kondisi operasi, aksesibility, berat, sistem penyambungan dan biaya. Diameter pipa pesat dipilih dengan pertimbangan keamanan, kemudahan proses pembuatan, ketersediaan material dan tingkat rugirugi (fiction losses) seminimal mungkin. Ketebalan penstock dipilih untuk menahan tekanan hidrolik dan surge pressure yang dapat terjadi.

1. Diameter pipa pesat

Diameter ekonomis pipa pesat dapatdihitung dengan persamaan
Sarkaria formula :

ESHA formula:

Dimana:

D : diameter pipa (m)

n   : koefisien  kekasaran pipa

Q  : debit pada pipa (m3/dt)

Hf : kehilangan tinggi tekan total padapipa (m)

H : tinggi jatuh (m)

                

Namun dalam penentuan diameter pipapesat perlu diperhitungkan besarnyakehilangan tinggi dikarenakan hal iniakan memperngaruhi besarnya daya yangakan dihasilkan dan juga perlu diperhatikankeaman terhadap gejala pusaran air (vortex).

Material	Young's modulus of elasticity E (N/m 2 )E9	linear expansion a (n/m QC)E6	Ultimate tensile strength (N/m 2 )E6	n
Weleded steel	206	12	400	0.012
Polyethylene	0.55	140	5	0.009
Polyvinyl chloride (PVC)	2.75	54	13	3,009
Asbestos cenent	n.a	8.1	na	0.011
Cast iron	78.5	10	140	0.014
Dutiie iron	16,7	11	340	0.015

Tabel. Koefisien Kekasaran pipa , Modulus Elastis, dan Regangan Ultimate tergantung pada material pipa pesat.

2. Tebal pipa pesat

Tebal pipa pesat dapat dihitung denganpersamaan:

ASME (Mosonyi,1963):

USBR (Varshney,1971):

ESHA (Penche,20004) :

Barlow’s Formulae (Varshney,1971):

Dimana:

H : Tinggi tekan maksimum ( m )

     : tekanan statis + tinggi tekan akibatpukulan air

σ  : tegangan baja yang digunakan(ton/m² )

D : diameter pipa pesat ( m )

t   : tebal pipa pesat ( m )

P  : tekan hidrostatis pipa (kN/mm²)

kf :efisiensi ketahanan0.9 untuk pengelasan dengan inspeksi x-ray, 0.8 untuk pengelasan biasa

es : tebal jagaan untuk sifat korosif (mm)

3. Kebutuhan terhadap tangki gelombang

Pipa pesat membutuhkan tangkigelombang jika L > 4H

4. Kedalaman minimum pipa pesat

Kedalaman minimum akan berpengaruhterhadap gejala vortex, kedalaman minimumdapat dihitung dengan persamaan(Penche,2004):

Dimana:

c : 0,7245 untuk inlet asimetris

0,5434 untuk inlet simetris

V : kecepatan masuk aliran (m/dt)

D : diameter inlet pipa pesat (m)

Gambar 1. Skema Inlet Pipa Pesat

5.Kecepatan gelombang tekanan ( pressure wave speed )

Dimana :

K = modulus bulk air, 2.1 x 10' N/m²

E = modulus elastilk material, untuk welded steel 2.1 x 11C N/m²

D = diameter pipa (mm)

t = tebal pipa (mm)

6. Sistem Pengambilan Melalui Pipa

Pesat (Inlet)Sistem pengambilan pada mulut pipapesat perlu diperhitungkan dengan tujuanuntuk mengatur sistem regulasi debit airyang masuk ke dalam turbin baik saatkondisi operasional maupun kondisiperawatan ,intake pipa pesat biasanyadidesain dengan menggunakan sistemkatup (valve), Tipe katup yang seringdiaplikasikan adalah :

a. Gate valve

b. Butterfly valve

c. Needle valve

? Bangunan Pembuang

Bangunan pembuang digunakan untukmengalirkan debit setelah melalui turbinmeuju ke sungai, bangunan pembauang sendiri bisa rencanakan sesuai dengankondisi lapangan, umunya bangunanpembuang direncanakan dengan tipe saluranterbuka (saluran tailrace).

Tinggi Jatuh Efektif

Tinggi jatuh efektif adalah selisih antaraelevasi muka air pada bangunanpengambilan atau waduk (EMAW) dengantail water level (TWL) dikurangidengan total kehilangan tinggi tekan(Ramos, 2000). Persamaan tinggi jatuhefektif adalah:

dimana:

Heff : tinggi jatuh efektif (m)

EMAW: elevasi muka air waduk atau hulu bangunan pengambilan (m)

TWL :tail water level (m)

hl : total kehilangan tingi tekan (m)

Gambar 2. Sketsa Tinggi JatuhEffektif

Kehilangan tinggi tekan digolongkanmenjadi 2 jenis yaitu kehilangan padasaluran terbuka dan kehilangan padasaluran tertutup.Kehilangan tinggi tekan pada saluranterbuka biasanya terjadi pada intakepengambilan, saluran transisi dan penyaring.

Kehilangan tinggi pada saluran tertutupdikelompokkan menjadi 2 jenis yaitukehilangan tinggi mayor (gesekan) dankehilangan tinggi minor. Kehilangantinggi mayor dihitung dengan persamaandarcy wisbach (Penche,2004):

sedangkan kehilangan minor dihitungdengan persamaan (Ramos, 2000):

dimana:

hf : kehilangan tinggi tekan

V : kecepatan masuk (m/dt)

g : percepatan gravitasi (m/dt2)

L : panjang saluran tertutup / pipa (m)

D : diameter pipa (m)

f : koefisien kekasaran(moody diagram)

ξ : keofisien berdasarkan jenis kontraksi

F.      Perencanaan Peralatan Mekanik Dan Elektrik

Perencanaan peralatan mekanik danelektrik meliputi:

? Turbin Hidraulik

      Turbin dapat diklasifikasikan berdasarkantabel berikut (Ramos,2000):

Tabel 1. Klasifikasi Jenis Turbin :

       

Dalam perencanan turbin parameter yangmendasari adalah kecepatan spesifikturbin (Ns) dan kecepatan putar/sinkron(n) dimana kedua parameter tersebutdihitung dengan persamaan (USBR,1976:):

dimana:

Ns : Kecepatan spesifik turbin (mkW)

n : kecepatan putar/sinkron (rpm)

P : daya (kW)

H : tinggi jatuh effektif (m)

f : frekuensi generator (Hz)

p : jumlah kutub generator

nilai n bisa didapatkan dengan melakukannilai coba-coba dengan persamaan:

Untuk turbin francis:

Untuk Turbin propeller :

Setelah didapatkan nilai parametertersebut maka dapat ditentukan parameterlain seperti:

1. Titik Pusat Dan Kavitasi Pada Turbin

Titik pusat perlu diletakkan pada titikyang aman sehingga terhindar daribahaya kavitasi kavitasi akan terjadi bilanilai σaktual < σkritis, dimana σdapatdihitung dengan persamaan (USBR,1976):

Sedangkan titik pusat turbin dapatdihitung dengan persamaan:

dimana:

Ns : Kecepatan spesifik turbin (mkW)

σc : koefisien thoma kritis

σ : koefisien thoma

Ha : tekanan absolut atmosfer (Pa/gρ)

Hv: tekanan uap jenuh air (Pw/gρ)

H : tinggi jatuh effektif (m)

Hs : tinggi hisap turbin (m)

Z : titik pusat tubrin

twl: elevasi tail water level

b : jarak pusat turbin dengan runner (m)

2. Dimensi turbin

Dimensi turbin reaksi meliputi:Dimensi runner turbin, dimensi wicketgate, dimensi spiral case dan dimensidraft tube.

3. Effisiensi turbin

Effisiensi turbin sangat tergantungpengaruh dari debit aktual dalam turbindengan debit desain turbin (Q/Qd),effisiensi turbin ditunjukkan pada gambarberikut (Ramos,2009):

Gambar 2. Sketsa Tinggi JatuhEffektif

? Peralatan Elektrik

Peralatan elektrik PLTMH berfungsisebagai pengaturan kelistrikan setelahdilakukan proses pembangkitan listrik,peralatan elektrik meliputi generator,governor, speed increaser, transformer,switchgear dan auxiliary equipment.Analisa Pembangkitan EnergiProduksi energi tahunan dihitungberdasarkan tenaga andalan.

Tenaga andalandihitung berdasarkan debit andalanyang tersedia untuk pembangkitan energy listrik yang berupa debit outflow denganperiode n harian.(arismunandar,2005)

Dimana:

E : Energi tiap satu periode (kWh)

H : Tinggi jatuh efektif (m)

Q : Debit outflow (m3/dtk)

ηg : effisiensi generator

ηt : efisiensi turbin

n : jumlah hari dalam satu periode.

G.     Analisa Perhitungan Mikro Hidro

~ Perhitungan Daya dan Energi Listrik

? Daya Poros Turbin

? Daya yang ditransmisikan ke generator

? Daya yang dibangkitkan generator

Dimana :

Q     : Debit air (m³/dtk)

H     : Tinggi Jatuh Efektif

n_t     : Efisiensi Turbin,

074 untuk turbin crossflor T-14, 0,75 untuk turbin propeller open flume local

n_belt  :  0,98 untuk flat belt, 0,95 untuk V belt

n_gen :  Efisiensi Generator

Daya yang dibangkitkan generator ini yang akan disalurkan ke pengguna. Dalam perencanaan jumlah kebutuhan daya di pusat beban harus di bawah kapasitas daya terbangkit, sehingga tegangan listrik stabil dan sistem menjadi lebih handal (berumur panjang).

~      Kebutuhan listrik masyarakat

Kebutuhan listrik masyarakat, khususnya pada program pelistrikan desa sangat dibatasi.Hal ini didasarkan ketersediaan potensi sumber daya air, kemampuan memelihara dan membiayai penggunaan listrik, serta besaran biaya pembangunan.

Salah satu faktor pembatas adalah. pemilihan pembatas arus terkecil di pasaran, yaitu 0.5 A, sehingga daya yang dapat digunakan untuk setiap sambungan instalasi rumah rata-rata sebesar 110 W. Penggunaan listrik masyarakat perdesaan dengan PLTMH ini, khusus untuk penerangan digunakan pada malam hari dengan pertimbangan pada siang hari sebagian besar masyarakat bekerja