Stabilitas Konstruksi Bendungan

(1)

(2)

Stabilitas Konstruksi Bendungan

Merupakan perhitungan konstruksi untuk menentukan ukuran (dimensi) bendungan, agar mampu menahan muatan-muatan dan gaya-gaya yang bekerja dalam keadaan apapun, (angin, gempa, banjir).

Prinsip-prinsip:

• Untuk mencegah limpasan lewat puncak, maka disediakan bangunan pelimpah dan pengeluaran yang cukup.

• Syarat-syarat stabilitas konstruksi terpenuhi.

• Mencegah gejala pembuluh, maka rembesan air yang

memungkinkan terjadi harus disalurkan lewat saluran pengering, sumur pengering, sumur pelepas tekan.

(3)

Syarat-syarat stabilitas bendungan

Lereng sebelah hulu dan hilir tidak mudah longsor,

harus stabil dan aman dalam keadaan apapun baik

dalam keadaan waduk kosong, penuh air, maupun

turun dengan tiba-tiba (rapid drawdown).

Harus aman terhadap geseran.

Harus aman terhadap penurunan bendungan.

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

(53)

(54)

(55)

(56)

(57)

(58)

(59)

(60)

(61)

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

(67)

(68)

(69)

(70)

(71)

(72)

(73)

(74)

(75)

(76)

(77)

(78)

(79)

(80)

(81)

(82)

(83)

(84)

(85)

(86)

(87)

(88)

(89)

(90)

(91)

(92)

(93)

(94)

(95)

(96)

(97)

(98)

(99)

(100)

(101)

(102)

(103)

Potensi

Potensi Tenaga

Tenaga

Tenaga Air

Tenaga

Air

Air di

Air

di

di Indonesia

Indonesia

Selama ini telah beberapa kali dilakukan studi potensi tenaga air

di negara kita. Pada tahun 1968 Lembaga Masalah

Ketenagaan-PLN (LMK) mencatat potensi tenaga air sebesar 27.625 Mega

Watt (MW). Pada tahun 1971 atas bantuan teknik Pemerintah

Jepang

(OTCA-Overseas

Technical

Cooperation

Agency)

Pemerintah Indonesia minta melakukan studi potensi hidro untuk

menyempurnakan hasil LMK hasilnya menjadi 28.000 MW. Dan

pada seminar Energi Nasional 1974 disajikan oleh Komite

Nasional Indonesia Worl Energi Conference-KNI-WEC sebesar

31.000 MW. Pada tahun 1982 oleh PLN bersama Nippon Koei

dan PT. Indra Karya studi potensi Hidro di Indonesia

menghasilkan 75.091 MW.

(104)

(105)

(106)

Komponen

Komponen Waterway

Waterway

Waterway pada

pada

pada PLTA

pada

PLTA

Apabila instalasi pembangkit listrik tersebut memanfaatkan

perbedaan muka air relatif besar, yaitu perbedaan antara muka air

saluran pembuang dan saluran pengangkut atau waduk, maka

instalasi ini disebut pembangkit listrik dengan terjun tinggi (high

head). Adapun beberapa bagian dari pembangkit listrik ini yaitu :

Bangunan pengambilan

Saluran atau terowong pembawa/pengangkut (headrace

canal/tunnel)

Pipa pesat (penstock)

Tangki peredam (surge tank)

Rumah Pembangkit Tenaga Listrik (power house)

Saluran pembuang (tailrace)

(107)

Bangunan BangunanBangunan

Bangunan PengambilanPengambilanPengambilanPengambilan

Bangunan pengambilan diperlukan untuk mendapatkan atau melewatkan air dari sungai (sumber air : waduk, danau, sungai) menuju ke rumah pembangkit tenaga listrik (power house) melalui saluran atau terowong pembawa (headrace) dan pipa pesat. Bangunan pengambilan ini dilengkapi dengan pintu pengatur dan saringan (trashrack). Trashrack berfungsi untuk menahan benda-benda terapung agar tidak masuk ke saluran pengangkut, sehingga tidak masuk turbin dan merusakkannya, sedangkan pintu air dan stop log, digunakan untuk keadaan darurat (emergency), untuk pemeriksaan dan sebagainya.

Saluran SaluranSaluran

Saluran PembawaPembawaPembawaPembawa (head(head(head(head race)race)race)race) Saluran pembawa adalah saluran yang menyalurkan air dari waduk menuju pipa pesat. Saluran ini biasanya mempunyai kemiringan biasanya mempunyai kemiringan relative kecil. Tipe saluran pembawa biasanya sangat tergantung pada kondisi topografi dan geologi daerah yang dilewati, dan dapat berupa saluran terbuka, pipa ataupun terowongan, baik bertekanan ataupun tidak bertekanan

(108)

Pipa

Pipa Pesat

Pesat

Pipa pesat (penstock) biasanya terbuat dari pipa baja yang mampu menahan tekanan tinggi, dan membawa air dari saluran pembawa ke turbin. Tekanan dan aliran didalam pipa pesat adalah sangat besar. Konstruksi pipa pesat sering dengan kemiringan yang tinggi dan bahkan pula vertikal.

Tangki

Tangki Peredam

Peredam

Peredam (surge

(surge

(surge tank)

(surge

tank)

Tangki peredam berupa pipa vertikal dengan tujuan untuk meredam kenaikan tekanan karena water hammer, yang terjadi akibat pengoperasian turbin ataupun karena sebab-sebab yang lain (contoh PLTA Karangkates, PLTA Saguling, dan lain-lain). Tangki peredam ini diperlukan apabila powerhouse berada jauh dari waduk dan memerlukan pipa pesat untuk mencapai rumah pembangkit tenaga listrik tersebut. Sedangkan untuk power house yang langsung berada dibawah bendungan (tanpa menggunakan pipa pesat, atau memakai pipa pesat sangat pendek) maka surge tank tidak diperlukan, dan waduk akan berfungsi sebagai peredam water hammer tersebut (contoh : PLTA Jatiluhur, PLTA Si Gura-gura, dan lain-lain).

(109)

Rumah RumahRumah

Rumah PembangkitPembangkitPembangkitPembangkit TenagaTenagaTenagaTenaga ListrikListrikListrikListrik (power(power house,(power(power house,house,house, rumahrumahrumahrumah sentralsentralsentralsentral))))

Rumah pembangkit tenaga listrik merupakan bangunan dimana semua mesin dan peralatan pembangkit tenaga listrik berada didalamnya. Tenaga air (tenaga potensial) diubah menjadi tenaga gerak (tenaga kinetik) melalui turbin, dan tenaga gerak ini diubah menjadi tenaga listrik melalui generator. Setelah air diambil tenaganya, air dilepas ke saluran pembuang (tailrace).

Saluran

Saluran Pembuang

Saluran

Pembuang

Pembuang (tailrace)

Pembuang

(tailrace)

Saluran

Saluran Pembuang

Pembuang

Pembuang (tailrace)

Pembuang

(tailrace)

Saluran pembuang dapat berbentuk saluran atau terowongan. Saluran ini menampung air dari turbin untuk dibawa ke sungai lagi. Biasanya saluran ini berupa saluran terbuka (free surface flow), tetapi ada juga yang bertekanan rendah.

(110)

(111)

Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir).

Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir.

Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik.

Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir

Hydropower

Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai.

Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil, dan Memasuki abad 19 turbin air mulai dikembangkan.

(112)

Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air

bergantung pada besarnya head dan debit air.

Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah beda

ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air

keluar dari kincir air/turbin air.

Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalah

merupakan energi potensial air yaitu :

mgh

E

=

mgh

E

=

m adalah massa air

h adalah head (m)

g adalah percepatan gravitasi (m/s2 ₎

Daya merupakan energi tiap satuan waktu

gh

t

m

t

E

=

_P

=

ρ

_Qgh

P t E Q t m = =

ρ

(113)

P adalah daya Nm/s, (watt) yaitu Q adalah kapasitas aliran m3_/s

rrrr

adalah densitas air kg/m3

Qgh

P

=

ρ

Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat diperoleh dari aliran air datar. Dalam hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik

2

1 mv

E

=

v adalah kecepatan aliran air m/s

A adalah luas penampang aliran air m2

2

1 Qv

P

=

ρ

3

2

1 Av

P

=

ρ

dengan menggunakan persamaan kontinuitas Q=AV

(114)

Kincir KincirKincir

Kincir Air (Water Wheel)Air (Water Wheel)Air (Water Wheel)Air (Water Wheel)

Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi mekanik berupa torsi pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu :

• Kincir Air Overshot • Kincir Air Undershot • Kincir Air Breastshot • Kincir Air Tub

(115)

Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian sudu-sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar. Kincir air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis kincir air yang lain.

Kelebihan KelebihanKelebihan Kelebihan

• Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%. • Tidak membutuhkan aliran yang deras.

• Konstruksi yang sederhana. • Mudah dalam perawatan.

• Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah • Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah

yang terisolir. Kekurangan

KekuranganKekurangan Kekurangan

• Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya

reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.

• Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi. • Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan. • Daya yang dihasilkan relatif kecil.

(116)

Kincir Air Undershot

Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head.Tipe ini cocok dipasang pada perairan dangkal pada daerah yang rata. Tipe ini disebut juga dengan ”Vitruvian”. Disini aliran air berlawanan dengan arah sudut yang memutar kincir.

• Konstruksi lebih sederhana • Konstruksi lebih sederhana • Lebih ekonomis

• Mudah untuk dipindahkan Kekurangan

KekuranganKekurangan Kekurangan • Efisiensi kecil

• Daya yang dihasilkan relatif kecil

(117)

Kincir Air Breastshot

Kincir

air

Breastshot

merupakan

perpaduan antara tipe overshot dan

undershot dilihat dari energi yang

diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya

tidak melebihi diameter kincir, arah

aliran air yang menggerakkan kincir

air disekitar sumbu poros dari kincir

air. Kincir air jenis ini menperbaiki

kinerja dari kincir air tipe under shot

•Tipe ini lebih efisien dari tipe under shot

•Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek •Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar

Kekurangan KekuranganKekurangan Kekurangan

•Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit) •Diperlukan dam pada arus aliran datar

(118)

Kincir air Tub merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara horisontal dan sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini dapat dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot. Karena arah gaya dari pancuran air menyamping maka, energi yang diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik.

Kincir Air Tub

►Memiliki konstruksi yang lebih ringkas ►Kecepatan putarnya lebih cepat

Kekurangan KekuranganKekurangan Kekurangan

►Tidak menghasilkan daya yang besar

►Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang lebih teliti

(119)

(120)

Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara

luas untuk pembangkit tenaga listrik.

Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi

mekanis.

Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi

tenaga listrik.

Turbin

Turbin A

A

Air

ir

tenaga listrik.

Prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air

menjadi energi mekanis.

(121)

Turbin Air Dibedakan Menjadi Dua Kelompok Yaitu

Turbin Impuls Dan Turbin Reaksi

1. Turbin Impuls

Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pda nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.

(122)

Turbin TurbinTurbin

Turbin PeltonPeltonPeltonPelton

Terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nosel. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.

Fig 4. Pelton Turbine

* Power: 100 Kw to 10 Mw * Head: from 100m to 1000m * Diameter : up to 1800mm * Arrangement:

* Vertical 3 jets /4 jets * Horizontal 1 jet /2 jets * Double (horizontal 4 jets)

Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudut dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudut dari gaya-gaya samping..

(123)

Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan memberi sudut lebih kecil

Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi

(124)

Turbin TurbinTurbin

Turbin TurgoTurgoTurgoTurgo

Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle membentur sudut pada sudut 20o_{. Kecepatan putar}

turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan

(125)

Turbin TurbinTurbin

Turbin CrossflowCrossflowCrossflowCrossflow

Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3_{/sec dan head antara 1 s/d 200 m}

Turbin Zcrossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel.

(126)

2

22 2.... Turbin

Turbin

Turbin Reaksi

Reaksi

Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang

menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama

melalui sudut. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada

sudut sehingga

runner

(bagian turbin yang berputar) dapat

berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini

dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi

sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah

turbin.

(127)

Turbin TurbinTurbin

Turbin FrancisFrancisFrancisFrancis

Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pad turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat

Fig 3. Francis Turbine

* Power: 100 Kw to 15 Mw * Head: from 15m to 200m * Diameter: 250 to 3500mm * Arrangement: * Vertical shaft * Horizontal shaft

* Semi spiral casing or full spiral casing

(128)

Turbin TurbinTurbin

Turbin KaplanKaplanKaplan &Kaplan &&& PropellerPropellerPropellerPropeller

Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudut

Fig 2 Kaplan Turbine

* Power: 100 Kw to 7 Mw * Head: from 1.80m to 25m * Runner blades : 4 /5 /6 * Diameter: 700 to 4000mm * Simple or double regulation * Arrangement:

* Vertical * Vertical * S type

* Horizontal ( Pit)

(129)

The generator, as you might have guessed, generates the electricity. The basic process of generating electricity in this manner is to rotate a series of magnets inside coils of wire. This process moves electrons, which produces electrical current.

(130)

Pengertian dan prinsip PLTA

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah suatu bentuk perubahan tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentumenjadi tenaga listrik, dengan menggunakan turbin air dangenerator. Daya (power) yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkan rumus berikut (Arismunandar dan Kuwahara, 1991) :P = 9,8 x H eff x Q (kW)

(131)