DESAIN RINCI PLTM DAN ANALISIS EKONOMI

(1)

DESAIN RINCI PLTM DAN ANALISIS EKONOMI

6.1 UMUM

Bangunan air yang akan dibuat desain rinci untuk pembangkit listrik tenaga minihidro PLTM-Pekatan NTB ini terdiri dari:

1. bendung, mencakup desain mercu bendung; lebar bendung, kolam olak;

bangunan pengambilan; bangunan pembilas

2. saluran, mencakup saluran penghantar; bak penenang; pipa pesat; saluran

pembuang; bangunan kantong lumpur

6.1.1 Data Hidrologi

Sungai : Segare

Desa/Kampung : Dasan Tengak/Pekatan

Areal : 109 km2

Penggunaan tanah : hutan sekunder, semak belukar, kebun rakyat.

Firm flow : 0.85 m3/detik

Design Flow : 5.23 m3/detik

PMF : 938 m3/detik

Flood flow : 375 m3/detik (100 tahun)

Design flow : 342 m3/detik (50 tahun) Curah hujan rata-rata : 5.4 mm/hari

Kelembaban rata-rata : 81.4%

6.1.2 Data Geoteknik

1. kondisi tanah permukaan (top soil) disekitar poros bendung pada tebing kiri dan kanan setebal (1.4-2.2) m terdiri dari silty sand dan sand (non plastis) dengan nilai kekuatann tekan qu = (0.4-1.3) kg/cm2, berat volume γm= (1.66-1.7)t/m3,

kohesi c =(0.35-0.76) Kg/cm2, sudut perlawanan geser φ = 8.90-9.50.

2. kondisi geologi teknik disepanjang saluran penghantar pada lapisan tanah atas atau top soil dengan ketebalan (1.8-2.6)m merupakan silt dan sand. Dibawah lapisan tersebut terdapat batuan dasar berupa lapisan endapan breksi volkanik. Hasil pengujian laboratorium lapisan tanah bagian atas memperlihatkan nilai berat volume γm= (1.65-1.78)t/m3, γdmaks= (1.525-1.66)t/m3, Wopt = 20.5-28.5%,

(2)

3. kondisi geoteknik pada lokasi bak penenang untuk lapisan tanah bagian atas (top soil) berupa silt dan sand dengan ketebalan (2.2-5)m, memiliki parameter hasil pengujian laboratorium dengan berat volume γm= (1.54-1.75)t/m3.

kekuatan tekan qu= 1.44 kg/cm2 dan kekuatan geser tanah C= 1.1 Kg/cm2, sudut

geser dalam φ = 12.70

, batuan dasar dibawahnya berupa breksi vulkanik. Secara struktural bak penenang harus terletak pada pondasi yang mempunyai daya dukung yang baik, stabil dan aman terhadap penurunan.

4. kondisi geoteknik sepanjang jalur pipa pesat terdiri dari 2 lapisan tanah atas atau top soil dengan ketebalan antara (1-5)m berupa sandy silt dengan berat volume γm= (1.54-1.7)t/m3. kuat tekan =1.44 Kg/cm2, kohesi C =1.1 Kg/cm2

sudut perlawanan geser dalam φ = 12.70

, γdmaks= (1.39-1.89)t/m3, Wopt =

14-26.25%, CBR rencana = (10.4-11)%. Lapisan bawah top soil berupa batuan dasar jenis breksi/lava.

6.1.3 Data Teknis

Gross head : 17.93 m

Net head : 17.5 m

Elevasi mercu : +71.05 m

Panjang saluran pembawa : 600 m

Panjang pipa pesat : 140 m

Panjang jalan masuk : 300 m

Kapasitas : 682 kW

Produksi : 4,337,533 kWh

6.2 DESAIN BANGUNAN UTAMA

6.2.1 Lokasi bendung

Bendung PLTM pekatan direncanakan sebagai bendung tetap tipe pelimpah dengan mercu bulat satu jari-jari dan peredam energi tipe bak tenggelam. Muka hulu mercu vertikal dan kemiringan muka hilir mercu 1 : 1. Badan bendung terbuat dari pasangan batu dengan lapisan beton pada permukaannya. Debit banjir rencana yang diperhitungkan untuk perencanaan adalah Q50 = 342 m3/det.

Lokasi bendung pekatan terletak pada sungai segare dengan koordinat:

• X : +9490.7 m

(3)

• Z : +65.0 m

Lebar sungai rata-rata pada kondisi bendung adalah 40 meter dengan kemiringan hidrolik 1.5%.

6.2.2 Mercu bendung

Dari hasil pengukuran topografi dan perhitungan kehilangan dan elevasi muka air serta beda tinggi akibat kemiringan, elevasi mercu bendung diketahui sebagai berikut:

Elevasi muka air bak penenang : 70,33 m

Kehilangan energi total : 0,58 m

Beda tinggi akibat kemiringan : 0,14 m+

Elevasi mercu bendung : 71,05 m

Elevasi dasar sungai : 65 m

Tinggi bendung : 6 m

Perhitungan untuk menentukan mercu bendung dan muka air rencana dilakukan dengan menggunakan persamaan tinggi energi debit untuk bendung ambang pendek dengan pengontrol segi empat, yaitu :

5 . 1 1 3 2 3 2 _g_BeH C Q= d

Koefisien debit Cd adalah hasil dari:

Co yang merupakan fungsi H1/r (gambar 6.1)

C yang merupakan fungsi p/H (gambar 6.2)1 1

Harga-harga Co pada gambar 6.1 valid apabila mercu bendung tinggi di atas dasar rata-rata alur pengarah (p/H1>1.5), untuk harga – harga p yang kurang dari 1.5 maka

gambar 6.2 dapat dipakai untuk menentukan faktor pengurangan C1. Tekanan pada

mercu adalah fungsi antara perbandingan antara H1 dan r (H1/r) gambar . untuk

menghindari bahaya kavitasi lokal, tekanan minimum pada mercu bendung harus dibatasi sampai -1 m. Tekanan air jika mercu bendung terbuat dari pasangan batu. Jari-jari mercu bendung pada pasangan batu akan berkisar antara 0.3-0.7 kali Hmax.

(4)

Gambar 6. 2 Koefisien C1 sebagai fungsi perbandingan p/H1

Gambar 6. 3 Tekanan pada mercu bendung bulat sebagai fungsi perbandingan H1/r

6.2.3 Lebar bendung

Lebar bendung yaitu jarak antara pangkal-pangkalnya diambil sama dengan lebar rata-rata sungai pada bagian yang stabil. Lebar efektif mercu bendung (Be) dihubungkan dengan lebar mercu yang sebenarnya (B) yaitu jarak antara pangkal-pangkal bendung ditentukan dengan persamaan berikut:

(

)

1

2nKp Ka H B

Be= − +

Dimana:

B = lebar bersih bendung

N = Jumlah pilar

Kp = Koefisien kontraksi pilar

Ka = Koefisien kontraksi pangkal bendung

Pada tubuh bendung dilengkapi dengan pintu bilas sebanyak 2 buah, pintu dipisahkan pilar dengan lebar 1 meter.

Data perhitungan: Q : 342 m3/s

R : 1,3 m

P : 6 m

B : bsungai-n(bpembilas)

n : jumlah pilar bangunan pembilas. B = 40-(2 x 1m) = 38 m

(5)

Lebar efektif mercu bendung: Be = B-2(nK +Kp a)H1

Be = 38- 2(2 x 0,001+0,1)H1

Be = 38 – 0,24 He

Nilai He belum diketahui sehingga mencari lebar efektif harus menggunakan proses trial dan error.

Tabel 6. 1 Perhitungan desain mercu bendung PLTM Pekatan

Q50 Be p r Cd H1 H1/r p/H1 p/pg m3/s m m m m C0 C1 p/pg 342 16 6.05 1.3 1 5.4 4.15 1.12 1.373 0.93 -0.462 -2.49 36.7 6.05 1.3 1.28 2.64 2.03 2.3 1.35 0.943 -0.245 -0.65 37.37 6.05 1.3 1.27 2.61 2.01 2.32 1.35 0.943 -0.245 -0.64 37.37 6.05 1.3 1.27 2.61 2.01 2.32 1.35 0.943 -0.245 -0.64 Grafik

Dari perhitungan diperoleh:

Lebar efektif bendung :37,37 m

Koefisien debit : 1,27

Tinggi energi hulu H1 : 2,61m 6.2.4 Kolam Olak

Banjir diperkirakan akan mengangkut batu-batu bongkah, oleh karena itu digunakan bangunan peredam energi tipe bak tenggelam (bucket type).

Diketahui

Debit banjir desain : 342 m3/s

Lebar efektif bendung : 37,37 m

Perencanaan kolam olak adalah sebagai berikut: • Debit satuan : s m q 9,15 / 37 , 37 342 = 3 = • Kedalaman kritis: m h_c 2,04 81 , 9 15 , 9 3 2 = =

• Tinggi energi hulu : H = 73,61 m 1

• Tinggi energi hilir: H = 68,2 m 2

• Selisih tinggi energi: m h H H h 41 , 5 2 , 68 61 , 73 2 1 = − = Δ − = Δ

(6)

• Radius lengkung: 65 , 2 04 , 2 41 , 5 = = Δ c h H 6 , 1 min = c h R berdasarkan gambar 6.4

jari-jari lengkung minimum = 1,6 x 2,04 = 3,26 m diambil 4m. • Kedalaman air minimum, T min

m T m h T c 98 , 4 04 , 2 44 , 2 44 , 2 min min = × = = (lihat gambar 6.5) diambil 5 meter

Lantai lindung = 0,1 x R = 0,4 m. Diambil 1,1 meter.

Gambar 6. 4 Jari-jari minimum bak tenggelam

(7)

Gambar 6. 6 Dimensi kolam olak

6.2.5 Perencanaan Intake di Bendung

Kebutuhan rencana untuk bangunan pengambilan sama dengan debit yang direncakan untuk saluran, yaitu 1,2 x Qrencans . Tetapi dengan adanya kantong lumpur,

debit rencana pengambilan ditambah 20% sehingga debit rencana pengambilan adalah 1,2xQsaluran.

Elevasi ambang diambil 4.89 m diatas dasar sungai, sehingga elevasi dasar bangunan pengambilan diketahui +69.95 m. Elevasi muka air sebelum pintu pengambilan pada keadaan normal +71.03 m, sehingga tinggi dan lebar bersih bukaan bangunan pengambilan menjadi :

a = 71.03 –0.2-69.95 = 0.88 m

b =Q/v*a = 6.28/1.6*0.88 = 4.5 m

Tabel 6. 2 Perhitungan dimensi intake

Qrencana Qsaluran µ z b a v npilar bpilar bpintu

m3/s m3/s m m m m/det m m 3.6 5.18 0.8 0.2 4.5 0.73 1.58 2 0.5 1.5 4.08 5.88 0.8 0.2 4.5 0.82 1.58 2 0.5 1.5 4.64 6.68 0.8 0.2 4.5 0.94 1.58 2 0.5 1.5 5.23 7.53 0.8 0.2 4.5 1.06 1.58 2 0.5 1.5 5.78 8.32 0.8 0.2 4.5 1.17 1.58 2 0.5 1.5

• Debit rencana, Qrencana = 5.23 m3/det

• Debit saluran, Qsaluran =1.2 x Qrencana = 6.28 m3/det

(8)

gz a b Q_int_ake =μ× × × 2 • Lebar intake : gz a Q b ake 2 int × × = μ • Lebar intake = 4,5 m

• Koefisien = 0,8 (pengambilan tenggelam)

• Kehilangan pada bukaan = 0,2 m

• Tinggi bukaan = 1,06 m

• Kecepatan masuk = 1,58 m/det

• Tebal pilar = 0,5 m

• Lebar pintu intake = 1,5 m

• Jumlah pintu = 2 buah

• Elevasi dasar sungai = 65 m

• Elevasi dasar intake = 69,89 m

6.2.6 Perencanaan Pembilas pada Bendung

Bangunan pembilas direncanakan sebagai pembilas bawah dengan pertimbangan untuk mencegah masuknya angkutan sedimen dasar dan fraksi pasir kedalam pengambilan. Mulut pembilas bawah ditempatkan dihulu pengambilan dimana ujung pembilas membagi dua lapisan, lapisan atas mengalir ke pengambilan dan lapisan bawah mengalir melalui saluran pembilas bawah lewat bendung. Pintu diujung pembilas bawah akan tetap terbuka selama aliran air rendah pada musim kemarau pintu pembilas tetap ditutup agar pintu tidak tersumbat, pintu tersebut akan dibuka setiap hari selama beberapa waktu tertentu. Lebar bersih bangunan pembilas adalah 0.6 lebar total pengambilan.

• Debit rencana = 342 m3/det

• Debit diatas mercu,q = 9,15 m3/det/m lebar

• Lebar bersih bangunan pembilas = 0,6x lebar pengambilan = 3,3 m

• Jumlah pintu pembilas = 2 buah

• Jumlah pilar pintu bilas = 1 buah

• Lebar pintu bilas = 1,65 m

• Kecepatan pembilasan = 1,52 m/det

(9)

Q100 Qrencana bbilas nbilas bpilar pintu m3/s m3/s m m 342 4.32 3.3 1 1 1.65 4.9 3.3 1 1 1.65 5.57 3.3 1 1 1.65 6.28 3.3 1 1 1.65 6.94 3.3 1 1 1.65

6.2.7 Perencanaan Dimensi Kantong Lumpur i. Ukuran partikel rencana

Sedimen layang yang terkandung dalam air (a) = 7,9 .10-4mm

-2

Kecepatan endap (w) = 4,81.10 mm

Tabel 6. 4 Ukuran partikel sedimen

diameter (m) 5 2 1 0.5 0.25 0.125 0.063 0.05

kecepatan endap (m/det) 0.25 0.2 0.15 0.075 0.03 0.01 0.003 0.002

ii. Volume kantong lumpur

Rumus: T Q a

V = × _n ×

dimana: a = sedimen yang harus diendapkan

Qn = debit rencana = 6.28 m3/det

T = Periode pembilasan (1/2 bulan)

T Q a

V = × n ×

V = 642.56 m3

iii. Luas permukaan rata-rata

w Q LB= n Rumus : LB = 1305.7 m2 Syarat : L/B >8 L >102.2 m B < 12.78 m

Tabel 6. 5 Perhitungan dimensi kantong lumpur

Qrencana Qs a w T V LB B L m3/s m3/s mm m/det bulan m3 m2 m m 4.32 5.18 0.00079 0.0481 0.5 442.3 898.8 10.6 84.8 4.9 5.88 0.00079 0.0481 0.5 501.27 1018.6 11.28 90.27 5.57 6.68 0.00079 0.0481 0.5 570.07 1158.4 12.03 96.27 7.53

(10)

iv. Penentuan kemiringan pada saat kantong lumpur hampir penuh

Kecepatan yang perlu direncanakan sehingga dapat mencegah tumbuhnya vegetasi dan agar pertikel yang lebih besar tidak langsung mengendap dihilir pengambilan. Koefisien kekasaran Ks diambil untuk dasar dari pasangan batu.

Penampang terbentuk trapesium dengan kemiringan 1:1. perhitungannya adalah sebagai berikut:

• Kecepatan pengendapan = 0.4 m/det

• Koefisien kekasaran, K s = 45 • Luas tampungan, An= Qn/Vn = 15.69 m2 • Lebar puncak = 12.14 m • Kedalaman air h n = 1.23 m mkolam = 1 • Luas trapesium = 13.42 m • Keliling basah P n = 15.02 m = A /P Rn n n = 1,04 m • Kemiringan in = 0,00007

v. Penentuan kemiringan pada saat kantong lumpur kosong/pembilasan

• Kecepatan pengurasan = 1.5 m/det

• Debit pengurasan, Qs =1,2 Q n = 6.28 m3/det

• Luas tampungan, As= Qs/V s = 4.18 m2

• Lebar dasar = 11.55 m

• Kedalaman air h =A s s/b = 0.36 m

• Keliling basah P s = 12.27 m (persegi)

R = s A /Ps s = 0.34 m

• Koefisien kekasaran, K s = 40(pembilasan)

• Kemiringan is = 0.0059

• Pembilasan dilakukan pada aliran subkritis (Fr<1)= 0.8 • Volume kantong lumpur =0.5*b*L+0.5*b(is-in)L2= 642.56 m3

• Panjang kantong lumpur = 85 m

(

)

2 5 . 0 5 . 0 b L bi i L V = × + s − n

vi. Efisiensi kantong lumpur

Telah diperoleh parameter kantong lumpur yaitu:

• Panjang kantong lumpur = 85 m

• Kedalaman air h n = 1.23 m

(11)

• Kecepatan endap rencana = 0.00571 m/det

• Diameter yang sesuai = 0.063 mm

• Diameter rencana = 0.0079 mm

• Kecepatan endapan rencana w = 0.0048 m/det

= 0.84 w/ w0

w/ vn = 0.012

dari grafik camp diperoleh efisiensi = 0.68

Gambar 6. 7 Grafik pembilasan sedimen Camp untuk aliran turbulen

6.2.8 Perencanaan Saluran Pembawa

Bentuk saluran pembawa : TRAPESIUM

• Debit rencana = 5.23 m3/det

• Debit saluran, Qs = 6.28 m

• Panjang saluran,L = 600 m

• Kemiringana saluran, S=1:1000 = 0.0003

• Kemiringan talud = 0.25

• Kekasaran manning (pasangan batu) = 0.0167

• Lebar dasar saluran,b = 4.5 m

• Kedalaman saluran, y = 1.35 m

• Luas penampang, A = 6.53 m2

• Keliling basah, P = 7.28 m

• Jari-jari hidrolik, R = 0.9m

(12)

• Elevasi dasar saluran setelah intake = +69.95m

6.2.9 Pipa Pesat

Pipa pesat direncanakan terletak pada permukaan bertumpu pada pondasi dan pada belokan diperkuat dengan angker blok. Perhitungan meliputi dimensi pipa, kehilangan tinggi tekan dan struktur pendukungnya.

Diameter pipa pesat dihitung dengan persamaan yang hanya tergantung dari besarnya aliran (debit rencana) yang akan melewatinya, yaitu:

• Persamaan diameter pipa pesat

5 , 0 72 , 0 Q D=

• Debit rencana = 5,23 m3/det

0.5

• Diameter pipa pesat 0.72*5.23 = 1,65 m

• Panjang pipa pesat = 120 m

in D t 400 20 + =

• Tebal pipa pesat, = 0,2121 in= 0,0054m

• Tebal pipa pesat yang diambil = 6 mm

• Kecepatan, v = 2,46 m/det

Tabel 6. 6 Perhitungan dimensi pipa pesat

Qrencana D L v m3/s m m t0 t0 m/s 4.32 1.37 120 0.1845 6 2.46 4.9 1.45 120 0.1931 6 2.46 5.57 1.55 120 0.2027 6 2.46 6.28 1.65 120 0.2121 6 2.46 6.94 1.73 120 0.2204 6 2.46 tebal pipa • Kekasaran ekivalen,e = 0,00015

• Kekasaran relatif, e/d = 0,000091

• Viskositas kinematik = 8,93. 10-7 m2/det

• Bilangan reynolds = 4,53 106

• Faktor gesekan, = 0,0123

(13)

ε ε/d Re f hf 0.0015 0.00011 8.93E-07 3760000 0.0127 0.41 0.0015 0.000103 8.93E-07 4000000 0.0125 0.38 0.0015 0.0000967 8.93E-07 4270000 0.0124 0.35 0.0015 0.0000911 8.93E-07 4530000 0.0123 0.33 0.0015 0.0000867 8.93E-07 4760000 0.0121 0.31 6.2.10 Bak penenang

Kolam penenang ditempatkan sebelum intake pipa pesat untuk memperoleh dan mengatur aliran yang stabil menuju pipa pesat. Kolam penenang direncanakan berbentuk segiempat.

Dimensi kolam penenang :

B = 3 b L = 2 B Dimana:

B : lebar kolam penenang

L : panjang kolam penenang

b : lebar saluran penghantar

persamaan untuk menghitung kedalaman air dikolam penenang yang arah alirannya tegak lurus dengan arah aliran pipa pesat adalah:

h = S + D

S = 0.54 v D0.5

Dimana:

h = kedalaman air dikolam penenang

S = kedalaman air diatas pipa pesat v = kecepatan aliran pipa pesat

D = diameter pipa pesat

Perhitungan: B = 3*4.5 = 13.5 m L = 2*13.5 = 27 m Q = 5.23 m3/det D = 1.65 m v = Q/A= 5.23/(0.25*3.14*1.652) =2.45 m/det s = 0.54*2.46*1.650.5 = 1.7 h = 1.7 +1.65 = 3.35 m

• Bentuk saluran = segiempat

• Kemiringan saluran, S=1:1000 = 0,001

(14)

g v h z z h_eff _f 2 2 3 3 1− − − = • Dari pers. Energi

• Elevasi muka air di tail race = 52,4 m

• Tinggi jatuh efektif = 17,5 m

• Kehilangan di tail race, g v 2 2 3 = 0,104 m

• Kehilangan akibat gesekan pada pipa

Dg v fL hf 2 2 = = 0,33 m

• Elevasi muka air bak penenang = 70,33 m

• Elevasi dasar bak penenang = 66,98 m

• Lebar bak penenang, B = 3 bsaluran = 13.5 m

• Panjang bak penenang, L = 2B = 27 m

6.2.11 Saluran Pembuang

Saluran pembuang direncanakan untuk menampung dan mengalirkan air yang keluar dari turbin kembali kesungai. Oleh karena itu dimensi saluran pembuang ditentukan oleh debit yang keluar dari turbin, yaitu debit rencana pembangkitan. Saluran pembuang direncanakan berbentuk segiempat diperkuat dengan pasangan batu. Persamaan hidrolik saluran segiempat:

• Luas A = b*y

• Keliling basah,P = b+2y

• Jari-jari hidrolik,R = A/P

• Kecepatan,v = (1/n) R2/3 0.5 I

Ditentukan:

• Debit rencana = 5,23 m3/det

• Kemiringan saluran, S=1:1000 = 0,001

• Kekasaran Manning (pasangan batu) = 0,0167

• Bentuk saluran = segi empat

Perhitungan dilakukan dengan cara coba-coba untuk kedalaman y, kemudian hasilnya diperiksa dengan persamaan debit.

• Lebar dasar saluran, b = 4 m

• Kedalaman saluran = 0.93 m

• Luas penampang, A=b.y=0.93*4 = 3.7 m2

• Keliling basah, P=b+2y = 5.87 m

• Jari-jari hidrolik, R=A/P = 0,64 m

2 1 3 2 1 S R n v=

• Kecepatan disaluran = 1,4 m/det

(15)

• Tinggi jagaan = 1 m

6.2.12 Kehilangan Tinggi Tekan

Kehilangan energi akibat masukan

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = g v K Hf e 2 2 Dimana: H f = kehilangan energi

= koefisien, tergantung bentuk masukan untuk ”circulat Bell Mouth” (0.1) Ke

= kecepatan masuk = 1.58 m/det Va

g = percepatan gravitasi = 9.81 m/det2 maka: m H_f 0.0127 81 . 9 * 2 58 . 1 1 . 0 2 = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ =

Kehilangan energi akibat saringan

δ β sin 2 3 4 2 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = b s c g v c Hf Dimana: H f = kehilangan energi

v = kecepatan awal = 1.58 m/det

g = percepatan gravitasi =9.8 m/det2 c = koefisien saringan jeruji

β = koefisien baja = 2.42 untuk jeruji persegi dan 1.8 untuk jeruji bulat s = tebal jeruji = 0.01 m

b = jarak antar jeruji = 0.05 m δ = inklinasi saringan =820

(16)

m H c b s c 026 . 0 8 . 9 * 2 58 . 1 21 . 0 21 . 0 82 sin 05 . 0 01 . 0 8 . 1 sin 2 1 3 4 3 4 = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ =β δ

• Kecepatan menuju intake = 1,58 m/det

• Faktor bentuk jeruji = 1,8 (bulat)

• Tebal jeruji,s = 0,14 m

• Panjang jeruji, L = 1 m

• Jarak bersih antara jeruji, b = 0,1 m

Kehilangan energi pada ambang intake = 0.2 m

(

h z

)

gz b Q=μ − 2 Dimana: Q = debit desain μ = koefisien debit b = lebar ambang, m

h = tinggi diatas ambang, m

Z = kehilangan energi, m

g = percepatan gravitasi, m/det2.

Kehilangan energi pada ambang intake hf = 0.2 m

Kehilangan dikantong pasir

2

h = (vintake – vdesand) /2g

• kecepatan di intake = 1.58 m/det

• kecepatan di desand = 0.4 m/det

• kehilangan energi = 0.07 m

Kehilangan tinggi tekan disaluran penghantar

5 4 2 2 R L v n Hf = Dimana: H f = kehilangan energi, m n = kekasaran manning

v = kecepatan pada kanal

L = panjang kanal

(17)

• panjang saluran, L = 600 m

• kemiringan saluran, S=1:1000 = 0,003

• kemiringan penampang = 0.25

• kekasaran Manning = 0.0167

• jari-jari hidrolik = 0.91 m

• kecepatan disaluran, v = 0.98 m/det

• kehilangan energi total disaluran = 0.136 m

Kehilangan energi di bak penenang Akibat ekspansi tiba-tiba

H f = K V2/2g dengan K= 1

• kecepatan saluran = 0.98 m/det

• Hf = 0.048 m

Akibat saringan

H f = c V2/2g dengan c= 0.25

Hf = 0.012

Kehilangan energi pada bak penenang = 0.048+0.012 = 0.06 m.

Jadi kehilangan energi total dari intake sampai bak penenang adalah 0.505 m.

6.3 PERENCANAAN ELEKTRO MEKANIS

6.3.1 Susunan perlatan Elektro Mekanis

Peralatan elektro mekanis yang dibutuhkan oleh PLTM Pekatan-NTB terdiri dari:

• Turbin air lengkap dengan governor

• Pengaman kecepatan lebih

• Generator lengkap dengan AVR

• Pengaman generator terdiri dari:

i. Pengaman beban lebih

ii. Pengaman arus lebih

iii. Pengaman putaran/frekuensi lebih

iv. Pengaman terhadap daya balik

v. Pengaman terhadap suhu lebih • Peralatan sinkronisasi

• Transformator daya lengkap dengan pengamannya:

i. Bucholz Relay

ii. Level Oil

(18)

6.3.2 Pemilihan Turbin

Prosedur penentuan tipe turbin didasarkan pada data-data head dan kapasitas (Q). kemudian sejauh mungkin kecepatan putar ditentukan sama dengan kecepatan putar generatornya. Dari putaran spesifik selanjutnya dapat ditentukan tipe turbin yang tepat untuk kondisi tersebut.

Jenis turbin yang akan diinstalasikan ditentukan dengan menghitung putaran spesifik (ns) turbin dari data-data yang ada. Putaran spesifik turbin dihitung dengan rumus:

4 5 H P n ns = dimana:

n = putaran poros turbin (rpm) H = tinggi jatuh air (head, m)

P = daya turbin ( DK)

Data-data PLTM Pekatan

Head netto = 13 m

= 17,5 m

debit aliran Q50% = 3,6 m3/det

Q45% = 4,08 m3/det

Q40% = 4,64 m3/det

Q35% = 5,23 m3/det

Q30% = 5,78 m3/det

Kebutuhan daya = 0,6 MWatt

Putaran Turbin = 375 rpm

Jumlah turbin = 1 unit

N= ρ*Q*g*H N= 0.8*1000*4.6*9.81*17.5 N= 641 kwatt Harga kecepatan: 256 5 . 17 641 375 4 5 4 5 = = = s s s n n H P n n

jenis turbin air yang sesuai untuk ns= 256 adalah Turbin Francis kecepatan

rendah.

debit air yang diperlukan oleh turbin dihitung dengan mengasumsikan bahwa efisiensi total turbin adalah 76% yaitu :

(19)

det / 6 , 4 76 , 0 5 , 17 81 , 9 1000 10 6 , 0 3 6 m Q x x x x Q gH P Q = = = η ρ

kebutuhan debit air sebesar 4,6 m3/det tersebut dipenuhi pada durasi 40% yaitu pada Q40 = 4,64 m3/det.

Bagian yang terpenting dari suatu turbin air adalah roda jalan (runner). Roda jalan perlu direncanakan seteliti mungkin dalam perhitungan dan pengerjaannya sehingga diperoleh efisiensi yang maksimum. Agar dapat diperoleh efisiensi yang maksimum maka kerugian-kerugian yang dapat terjadi pada turbin diusahakan sekecil mungkin. Kerugian-kerugian pada turbin adalah :

a) kerugian volumetric (bocor) b) Kerugian hidrolis, yaitu :

- Kerugian gesekan hidrolis antara fluida kerja dengan dinding turbin dan sudut gerak

- kerugian energi kinetik ketika meninggalkan roda jalan - kerugian tumbukan hidrolis

c) Kerugian mekanis

Dari antara kerugian-kerugian diatas, ada kontradiksi antara kerugian energi kinetik dengan kerugian gesekan hidrolis. Kedua kerugian ini tergantung pada ukuran roda gerak maka harus direncanakan roda gerak sedemikian rupa sehingga diperoleh jumlah kerugian yang minimum.

Kerugian gesekan hidrolis dapat dikurangi dengan memperkecil diameter keluar roda gerak D2. Tetapi hal ini mengakibatkan kerugian energi kinetik bertambah besar yang

setara dengan g c H 2 2 2 2 =

Jadi untuk memperkecil kerugian dengan memperkecil C2 berarti sama dengan

memperbesar D2. Karena adanya kontradiksi antara kedua kerugian tersebut, maka

perlu adanya kompromi diantara keduanya.

Suatu anjuran dari Brown J. Guthrie untuk mengkompromikan keduanya dengan mengambil D23n/Q1 berkisar antara 85 s/d 115, tergantung pada pengerjaan akhir

(20)

Menentukan Dimensi Dasar Roda Jalan

Dimensi dasar roda jalan adalah diameter masuk (D dan D ), diameter keluar D1 2 3,

dan tinggi roda jalan (H + H ) seperti pada gambar berikut : 1 2

Harga koefisien kecepatan tangensial roda jalan untuk turbin yang memiliki kecepatan spesifik yang sama adalah konstan. Koefisien kecepatan tangensial didefinisikan sebagai : ) 2 60 /( 3n gH D ku =π

Dengan menggunakan kurva Ku vs n , untuk n = 256 didapat ks s u ≈ 0,95 Maka

diameter keluaran runner (D ) adalah : 3

m x x x x x D 90 , 0 375 14 , 3 50 , 17 81 , 9 2 60 95 , 0 3 = =

Hasil perhitungan dimensi dasar runner yang lain ditabel sebagai berikut:

Bahan Roda Jalan

Roda jalan (runner) harus memiliki sifat-sifat antara lain: tahap terhadap fitting akibat kavitasi,mampu las (weldability) yang baik, kuat, dan lain-lain. Untuk maksud tersebut bahan roda jalan dipilih dari Baja cor Tahan Karat 5NI-13Cr

Dimensi Utama Rumah Spiral

Dimensi utama rumah spiral dapat ditentukan setelah dameter keluaran runner (D3)

diketahui. Dimensi utama sebuah rumah spiral dapat dilihat pada gambar berikut:

Untuk putaran spesifik n =107,3 dan diameter keluaran runner Ds 3 = 0,90 m, berikut

ini adalah table hasil perhitungan besar-besaran rumah spiral :

Tinggi Hisap Turbin

Tinggi hisap turbin Hs adalah jarak vertical dari permukaan air bawah sampai titik

(21)

Tinggi hisap turbin ini sangat berpengaruh terhadap bahaya kavitasi. Kavitasi dapat merusak sudu-sudu jalan dan sangat mempengaruhi efisiensi. Letak roda gerak harus pada tempat yang sebaik-baiknya, yaitu pada jarak vertikal antara roda gerak dan permukaan air bawah (memperkecil tinggi hisap turbin H ) yang kecil. s

Penentuan tinggi hisap turbin, Hs, mengikuti persamaan berikut :

Tinggi hisap poros turbin dihitung menggunakan rumus kavitasi :

3 / 4 1 ) ( ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − = q u a maks s S Q n p p g h ρ dimana :

h = tinggi poros turbin terhadap muka air bawah s

pa = tekanan udara (atmosfer)

= tekanan uap air pada temperature yang diambil (25°C) pu

ρ = kerapatan massa air n = kecepatan putar / detik Q = laju aliran air dalam m3/s

S = bilangan hisap yang tergantung karakterisktik turbin q

Harga Sq tergantung pada kecepatan spesifik turbin nq :

Q = 4,60 m3/s H = 17,50 m 4 / 3 ) ( 333 gH Q n nq =

Dengan Menggunakan harga-harga: pa = 103000 N/m2 pu = 0,03 kg/cm2 = 2943 N/m2 ρ = 1000 kg/m3 n = 375 rpm = 6,25 putaran/s diperoleh n = 94,19 q

dari table harga Sq diperoleh:

S = 0,45 q ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − = 3 / 4 45 , 0 60 , 4 25 , 6 1000 2943 103000 81 , 9 1 s h akan didapat: = 6,07 m hs

(22)

Katup Masukan (Inlet Valve)

Untuk mengisolasi turbin saat perawatan atau pada saat tidak difungsikan dipergunakan katup yang dipasang diantara pipa penstock dan rumah spiral turbin. Pemilihan tipe katup yang dipergunakan didasarkan pada tekanan hidrostatik yang bekerja pada katup.

Katup yang dipergunakan adalah katup kupu-kupu (butterfly valve) yang digerakkan secara elektro mekanik dengan servomotor.

• Governor

Governor berfungsi untuk menjaga putaran poros turbin konstan (pada beban generator yang berubah-ubah) sehingga frekuensi listrik yang dihasilkan generator kontan sebesar 50Hz. Governor yang disarankan adalah jenis Hidro mekanik, dengan cirri sinyal diberikan melalui pendulum dan semua gerak pengendali sudu-sudu arah dilakukan melalui servo tenaga hidrolik.

Input putaran turbin diberikan secara mekanik atau melalui rangkaian elektro motor sebagai pilihannya. Governor dilengkapi dengan pompa hidrolik, tangki minyak balik, tangki bertekanan, dan peralatan pengendalinya. Untuk mencegah putaran liar (runway speed) system pengendali dilengkapi dengan tombol penutup sudu-sudu arah yang diaktifkan melalui system sentrifugal. • Katup kupu-kupu

Untuk mengisolasi turbin pada saat tidak difungsikan, dipergunakan katup kupu-kupu. Katup digerakan secara manual melalui system roda gigi.

6.3.3 Generator

Untuk membangkitkan daya sebesar 0,6 MW dengan 1 unit turbin maka dipilih generator dengan data sebagai berikut:

• Daya = 750 KVA • Tegangan = 380/220 Volt • Phasa = 3 phasa • Freukensi = 50 Hz • Putaran = 375 rpm • Power Factor = 0,8-1

• Kelas isolasi = F (tropicalized)

• Pengatur putaran = 5%

(23)

6.3.4 Switchgear

Switchgear tegangan rendah

Switchgear tegangan rendah yang dipakai disini adalah panel cubicle type free standing, dilengkapi dengan pemutus CB. Tebal pelat cubicle minimum 3 mm, switachgear tegangan rendah dilengkapi dengan alat ukur sebagai berikut:

• Ampere meter 0-1000 A • kW meter

• Volt meter • kWh meter

• Volt selector switch 6 posisi • Cos pi meter

• Frekuensi meter

Switchgear tegangan menengah 20 kW Switchgear tegangan menengah terdiri dari :

• Incoming dan transformer daya diamankan dengan LBS

• Panel ukur yang mengatur tegangan dan arus lengkap dengan trafo tegangan 20/0,1 KV dan trafo arus 100/1 ampere.

• Outgoing transmisi diamankan dengan circuit breaker.

6.3.5 Transformator

Transformator disini digunakan untuk menaikan tegangan dari 380 volt menjadi 20 kila volt sehingga sesuai dengan tegangan transmisi. Transformator yang dipakai adalah:

• Trafo basah dengan pendingin minyak • Pemakaian luar

• Tegangan 4000 V/20kV dengan 5 tampung pada sisi tegangna tinggi yaitu 18 kV, 19 kV, 20 kV, 21 kV, 22 kV yang dapat diubah ketika tidak bertegangan. • Daya 1 x 1250 kVA

• Vektor grup Dy5

6.3.6 Kebutuhan Daya Sendiri

Untuk memnuhi kebutuhan listrik pada power house dan sekitarnya diperlukan daya yang diambil dari generator itu sendiri. Penyambungan diambil dari busbar utama melalui outgoing yang langsung dihubungkan ke panel distribusi pemakaian sendiri. Daya untuk kebutuhan sendiri meliputi:

(24)

• Daya untuk batere charger

6.3.7 Perhitungan Dimensi

Perhitungan kavitasi

Tinggi poros turbin dihitung menggunakan rumus kavitasi:

( )

3 4 1 ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − = q u a maks s S Q n P P g h ρ dimana:

hs = tinggi poros turbin terhadap muka air bawah Pa = tekanan udara (atmosfer)

Pu = tekanan uap air pada temperature yang diambil 25 derajat celcius

ρ = kerapatan massa air

n = kecepatan putar/detik

Q = laju aliran air

Sq = bilangan hisap yang tergantung karakteristik turbin. Harga Sq terganting pada kecepatan spesifik turbin nq: Q = 4,6 m3/det H = 17,5 m

( )

34 333 gH Q n n_q=

dengan menggunakan harga-harga: Pa = 103000 N/m2 Pu = 0,03 Kg/cm2 = 2943 N/m2 ρ = 1000 Kg/m3 n = 375 rpm = 6,25 putaran/s diperoleh nq= 94,12

dari tabel harga Sq diperoleh Sq = 0,9

Akan didapat hs = 6,46 m

Untuk keamanan0 dan kemudahan pemilihan turbin, ditentukan tinggi poros turbin terhadap muka air 3 meter.

Perhitungan dimensi turbin Kecepatan spesifik turbin adalah:

256 5 , 17 600 375 25 , 1 25 , 1 = = = n s H P n n

(25)

menggunakan kurva de leva, factor kecepatan didapat: u= 0,95

diameter keluar sudu menjadi:

9 , 0 5 , 84 3 3 = = D n H D ωu n

diameter runner atas:

D1= (0,4 +94,5/ns)xD3 = 0,69 m Diameter saluran masuk rumah spiral: A= (1,2-19,56/ns)xD3 = 1,01 m Lebar rumah spiral:

B = [(1,5+48,8/ns)+(0,98+63,6/ns)]xD3 = 2,63 m Jarak poros turbin keporos pipa masuk:

C = ( 1,1 +54,8/ns)xD3 = 1,18 m.

6.4 ANALISIS STABILITAS BANGUNAN

Gaya –gaya yang bekerja pada bangunan adalah: • Tekanan air, didalam dan luar

• Tekanan Lumpur • Gaya gempa • Berat bangunan • Reaksi pondasi

6.4.1 Rembesan dan Tekanan Air Tanah

Rembesan dibawah bendung diperiksa dengan Teori Lane guna menyelidiki adanya bahaya erosi dibawah tanah dan tekanan air di bawah bendung. Dalam teori angka rembesan Lane, diandaikan bahwa bidang horizontal memiliki daya tahan terhadap aliran (rembesan) 3 kali lebih lemah dibandingkan dengan bidang vertical. Ini dapat dipakai untuk menghitung gaya tekan keatas dibawah bendung dengan cara membagi beda tinggi energi pada bendung sesuai dengan panjang relative di sepanjang pondasi, dinyatakan dalam bentuk rumus :

H L L H P x x x = − .Δ dimana:

Px = gaya angkat pada x, Kg/m2

L = panjang total bidang kontak bangunan dan tanah bawah, m Lx = jarak sepanjang bidang kontak dari hulu sampai x, m

H = beda tinggi energi, m

Hx = tinggi energi dihulu bendung, m

(26)

atau lebih terhadap bidang horizontal, dianggap vertical. Angka rembesan menurut Lane adalah : w v v w H H L C

∑

+ = 3 1 dimana:

Cw = angka rembesan Lane

Lv = panjang vertical Lane ΣHv = jumlah panjang horizontal Hw =beda tinggi muka air, m

Perhitungan rembesan dan tekanan air tanah diperlihatkan pada tabel mengacu pada jalur rembesan seperti pada gambar.

(27)

Lv Lh 1/3 Lh Iw 1 0 0 1-2 1.9 2 1.9 3.77 79 75.23 2-3 0.5 0.167 3 2.07 4.1 79 74.9 3-4 1.5 4 3.57 7.07 63 55.93 4-5 2.5 0.833 5 4.4 8.72 63 54.28 5-6 1.5 6 5.9 11.69 78 66.31 6-7 0.5 0.167 7 6.07 12.02 78 65.98 7-8 1.5 8 7.57 14.99 63 48.01 8-9 3 1 9 8.57 16.98 63 46.02 9-10 1.5 10 10.57 19.95 78 58.05 10-11 0.5 0.167 11 10.23 20.28 78 57.72 11-12 1.5 12 11.73 23.25 63 39.75 12-A 3 1 A 12.73 25.23 63 37.77 A-B 5.6 B 18.33 36.33 119 82.67 B-C 5 1.667 C 20 39.63 119 79.37 C-D 2 D 22 43.6 99 55.4 D-E 8.5 2.833 E 24.83 49.21 99 49.79 E-F 2.1 F 26.93 53.37 120 66.63 F-G 1.1 0.367 G 27.3 54.1 120 65.9 G-H 5.5 H 32.8 65 65 0 H P=H-∆H Panjang Rembesan Titik Garis ∆H =Iw/C 60 60 6.4.2 Stabilitas Bendung

(28)

• Selama debit sungai rendah pada waktu muka air hulu hanya mencapai elevasi mercu dan pada waktu bak dikeringkan

• Selama terjadi banjir rencana Stabilitas sungai rendah

1.

Muka air hulu adalah + 71 m(elevasi mercu) dan muka air hilir +64,5 m (elevasi lantai lindung kolam olak). Gaya-gaya yang bekerja pada bendung dihitung dan ditampilkan menggunakan tabel, meliputi:

• Tekanan air (W -W1 20)

• Tekanan air tanah (S1)

• Beban mati bendung ( G1-G15)

Tabel 6. 9 Gaya Horisontal

Gaya Tinggi Tekanan Gaya Lengan Momen

m kN/m2 kN m kNm W1 6 42 126 8 1008.00 W2 5.6 26.44 148.04 2.8 414.51 5.6 31.43 88.01 1.87 164.58 W3 2 38.78 -77.56 1 -77.56 2 16.77 -16.77 0.67 -11.24 W4 2 34.85 69.7 1 69.70 2 11.79 11.79 0.67 7.90 W₅ 5.5 46.13 -126.86 1.83 -232.15 S₁ 12 0.32 23.04 4 92.16 ΣH= 245.39 ΣM= 1435.90

(29)

Gaya Tinggi Alas Luas Tekanan Gaya Lengan Momen m m m2 kN/m2 kN m kNm G1 1.3 1.3 1.99 22 -43.78 14.1 -617.298 G2 1 0.8 0.4 22 -8.8 13.35 -117.48 G3 1 1 0.5 22 -11 12.77 -140.47 G4 5.3 5.1 13.52 22 -297.44 10.4 -3093.376 G5 8.7 3.1 26.97 22 -593.34 13.65 -8099.091 G6 3.4 5.1 17.34 22 -381.48 10.05 -3833.874 G7 1.4 2.3 1.61 22 -35.42 6.23 -220.6666 G8 1.5 2.5 1.88 22 -41.36 1.93 -79.8248 G9 1.5 1.1 1.65 22 -36.3 0.55 -19.965 G10 2 7 14 22 -308 3.5 -1078 G11 2 5 10 22 -220 12.7 -2794 G12 2 0.6 0.6 22 -13.2 1.3 -17.16 G13 2 1.1 2.2 22 -48.4 0.55 -26.62

Tabel 6. 11 gaya vertikal akibat tekanan air

m kN/m2 kN m kNm W6 5 55.56 277.78 12.7 3527.806 5 2.31 5.78 13.53 78.2034 W7 8.5 34.85 296.24 5.95 1762.628 8.5 3.93 16.7 7.37 123.079 W8 0.6 34.85 20.91 1.4 29.274 0.6 11.79 3.54 1.3 4.602 W9 1.1 46.13 50.74 0.55 27.907 1.1 0.51 0.28 0.73 0.2044 resultan gaya : R =-1005,42 v kN Rh = 245.39 kN Momen: Mv = -10615,57 kN MH = 1435,21 kN

Titik tangkap resultan gaya dari titik G:

h = MH/RH h = 1435,21/245,39 h = 5,85 m v = Mv//Rv v = 10,56 m momen guling:

(30)

Tekanan tanah di bawah bendung Panjang telapak pondasi, L =15,2 m

Eksentrisitas harus lebih kecil dari (L/6) = 2,53 m

OK e R M L e v G 53 , 2 5 , 1 2 < = − = tekanan tanah : 2 / 200 6 1 kN m L e L R ijin v _⎟< = ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ± = σ σ ok m kN ok m kN → = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ₋ × = → = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ × + = 2 min 2 max / 17 , 26 2 , 15 5 , 1 6 1 2 , 15 42 , 1005 / 12 , 106 2 , 15 5 , 1 6 1 2 , 15 42 , 1005 σ σ

keamanan terhadap gelincir meliputi bagian tekanan tanah pasif di ujung hilir konstruksi. Karena perkembangan tekanan tanah pasif memerlukan gerak, maka hanya separuh dari tekanan yang benar-benar berkembang yang dihitung. Juga dengan mempertimbangkan gerusan yang mungkin terjadi sampai setengah kedalaman pondasi, tekanan tanah pasif ep1 menjadi :

(

)

2 1 2 1 / 37 , 32 2 45 5 , 0 5 , 0 m kN e htg g e p w s p = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ _°₊ × × − = ρ ρ ϕ pada koperan C-D:

(

)

2 1 2 1 / 77 , 11 2 45 5 , 0 5 , 0 m kN e htg g e p w s p = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ _°₊ × × − = ρ ρ ϕ

tekanan tanah pasif menjadi

Ep1 = 0,5 x 0,5 h x ep1 =44,51 kN

= 0,5 x 0,5 h

Ep2 CD x ep2 = 5,84 kN

Tekanan pasif total menjadi: =E

Ep p1 + Ep2

Ep = 50,4 kN

(31)

ok S E R R f S p H v → > = ∑ − = 2 6 , 2

Keamanan terhadap guling tanpa tekanan pasif

ok S R R f S H v → > = = 2 05 , 2

keamanan terhadap erosi bawah tanah (piping)

untuk mencegah bagian hilir bangunan harga kemanan terhadap erosi tanah harus sekurang-kurangnya 2, keamanan dapat dihitung dengan rumus:

(

)

s h s a s S = 1+ / dimana : S = factor keamanan s = kedalaman tanah

a = tebal lapisan lindung h s = tekanan air pada titik G

S = 6,06 >2 OK

Keamanan terhadap gempa

Dari peta daerah gempa, dapat dihitung koefisien gempa:

(

)

g a E Z a n A d m c d = × = dimana:

ad = percepatan gempa rencana, cm/det2 n,m = koefisien jenis tanah 2,76 dan 0,71

2 2

ac = percepatan gempa dasar, cm/det = 120 cm/dt

E = koefisien gempa

g = percepatan gravitasi 980 cm/det2

Z = factor yang tergantung pada letak geografis =1 Didapat:

(

)

084 , 0 63 , 82 det / 63 , 82 71 , 0 1 120 76 , 2 2 = = = × = E cm A_d

(32)

gaya horizontal kea rah hilir: kN H G E H e e 43 , 141 39 , 1677 084 , 0 × = = ∑ × =

momen tambahan yang dipakai adalah: He x h = 141,43 x 5,85 = 827,18 kNm

Jumlah momen sekarang menjadi:

M = -8535,18 kNm

Stabilitas bendung dengan adanya gempa Eksentrisitas (guling)

(

/6

)

2,53 7 , 0 2− = →< = = L R M L e v G tekanan tanah: 2 / 200 6 1 kN m L e L R ijin v _⎟< = ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ± = σ σ ok m kN ok m kN → = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ × − = → = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ₊ × = 2 min 2 max / 66 , 47 2 , 15 7 , 0 6 1 2 , 15 42 , 1005 / 64 , 84 2 , 15 7 , 0 6 1 2 , 15 42 , 1005 σ σ gelincir: ok S E H R R f S p e H v → > = ∑ − + = 25 , 1 49 , 1

(33)

stabilitas selama debit banjir

Tabel 6. 12 tekanan air selama terjadi banjir rencana (Lane)

A 12.73 21 90.1 69.1 B 18.33 30.24 146.1 115.86 C 20 32.99 146.1 113.11 D 22 36.29 126.1 89.81 E 24.83 40.96 126.1 85.14 F 26.93 44.42 146.1 101.68 G 27.3 45.03 146.1 101.67 H 32.8 54.1 91.1 37 ∆H =Ix/C H P=H-∆H Titik Ix = 5,41 Hw = 6,06 Cw

Tekanan air pada bak bertambah akibat gaya sentrifugal:

2 /gr P = dv Dimana: d = tebal pancaran v = kecepatan pancaran r = jari-jari bak g = percepatan gravitasi

kecepatan air tanpa memperhitungkan gesekan adalah:

(

)

13,37 /det

2g H z m

v= + =

tebal pancaran air: d- q/v =0,68 m

tekanan sentrifugal pada bak:

p = 3,12 ton/m2

p = 31,18 kN/m2

gaya sentrifugal resultan:

kN F R p F c c 9 , 97 4 = × × = π

berat air dalam bak berkurang sampai 75%, karena udara yang terhisap kedalam air tersebut. Gaya-gaya yang terjadi pada bendung saat banjir adalah:

(34)

Tabel 6. 13 Gaya Horisontal

m kN/m2 kN m kNm W1 6 26.1 156.59 9 1409.31 6 60.5 181.5 8 1452.00 W2 5.6 48.37 270.86 2.8 758.41 5.6 32.73 91.66 1.87 171.40 W3 2 62.87 -125.74 1 -125.74 2 16.31 -16.31 0.67 -10.93 W4 2 59.6 119.2 1 119.20 2 11.58 11.58 0.67 7.76 W5 5.5 25.9 -142.45 2.75 -391.74 44.85 -123.34 1.83 -225.71 W10 3.7 37 -68.45 6.73 -460.67 S1 12 0.32 17.28 4 69.12 ΣH= 372.38 ΣM= 2772.41

Tabel 6. 14 Gaya vertikal akibat berat sendiri

Gaya Tinggi Alas Luas Tekanan Gaya Lengan Momen

m m m2 kN/m2 kN m kNm G1 1.3 1.3 1.99 22 -43.78 11.55 -505.66 G2 1 0.8 0.4 22 -8.8 10.6 -93.28 G3 1 1 0.5 22 -11 10 -110.00 G4 5.3 5.1 13.52 22 -297.33 8.65 -2571.90 G5 8.7 3.1 26.97 22 -593.34 10.93 -6485.21 G6 3.4 5.1 17.34 22 -381.48 8.35 -3185.36 G7 1.4 2.3 1.61 22 -35.42 6.9 -244.40 G8 1.5 2.5 1.88 22 -41.25 2.1 -86.63 G9 1.5 1.1 1.65 22 -36.3 0.55 -19.97 G10 2 7 14 22 -308 3.75 -1155.00 G11 2 5 10 22 -220 11.1 -2442.00 G12 2 0.6 0.6 22 -13.2 1.8 -23.76 G13 2 1.1 2.2 22 -48.4 0.55 -26.62

(35)

Tabel 6. 15 Gaya vertikal akibat tekanan air

m kN/m2 kN m kNm W₆ 5 79.18 395.89 12.7 5027.803 5 1.92 4.81 13.53 65.0793 W7 8.5 59.6 506.58 5.95 3014.151 8.5 3.27 13.9 7.37 102.443 W8 0.6 59.6 35.76 1.4 50.064 0.6 11.58 3.47 1.3 4.511 W9 1.1 70.75 77.83 0.55 42.8065 1.1 0.42 0.23 0.73 0.1679 W₁₁ 6.2 50 -232.5 9.6 -2232 W₁₂ 8.9 9.4 -83.66 8.6 -719.476 W₁₃ 1 146.1 -73.05 14.7 -1073.835 Fc -97.9 4.6 -450.34 ΣVw= 551.36 ΣMvw= 3831.3747 resultan gaya : R = v -1126,02 kN Rh = 372,37 kN Momen guling: Mv = -9837,48 kNm Mh = 2771,48 kNm MG = -7066 kNm

Tekanan tanah dibawah bendung: Panjang telapak pondasi, L = 15,2 Eksentrisitas: OK e R M L e v G 53 , 2 02 , 0 2 < = − = tekanan tanah : 2 / 200 6 1 kN m L e L R ijin v _⎟< = ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ± = σ σ ok m kN ok m kN → = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ × − = → = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ × + = 2 min 2 max / 31 , 88 2 , 15 02 , 0 6 1 2 , 15 02 , 1126 / 04 , 90 2 , 15 02 , 0 6 1 2 , 15 02 , 1126 σ σ

(36)

kemanan S untuk daya dukung adalah: OK S maks ijin → > = = 2,21 1,25 σ σ

keamanan terhadap gelincir tanpa tekanan tanah positif:

ok S R R f S H v → > = = 2 , 1 51 , 1

Keamanan terhadap gelincir dengan tekanan pasif

ok S E R R f S p H v → > = ∑ − = 25 , 1 7 , 1

6.4.3 Analisis Dinding Penahan Tanah

Dinding penahan tanah yang akan digunakan merupakan tipe gravity wall yang terbuat dari pasangan batu kali.jenis ini dipilih karena bahan-bahannya mudah didapat disekitar lokasi. Analisis stabilitas dinding penahan tanah tersebut akan ditinjau terhadap:

• Guling • Geser

• Tegangan tarik pada toe atau heel • Daya dukung tanah

• Uplit

Analisa akan dilakukan pada tiga kondisi yaitu: • Masa konstruksi

• Kondisi normal • Kondisi terjadi gempa

Tanah isisan pada bagian belakang dinding penahan tanah merupakan material timbunan tanah pasir dengan parameter tanah sebagai berikut :

= 1900 kg/m3 γa

φ = a 300

parameter material tanah pada bagian bawah dinding penahan tanah diambil dari keadaan tanah pada lokasi penempatan dinding tersebut. Prosedur dan rumus rumus yang akan digunakan dalam perhitungan perencanaan dinding penahan tanah adalah sebagai berikut:

(37)

a. Masa konstruksi

Menghitung tekanan pasif

Ka Ca Ka H Pa Tan Ka a a 2 2 1 2 45 2 2 × = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ₋ = γ φ dimana:

= berat volume tanah aktif γa

= sudut geser dalam tanah yang menyebabkan tekanan aktif φa

H = tinggi total dinding penahan tanah Ka = koefisien tekanan aktif rankine Pa = Tekanan aktif tanah

Menghitung tekanan Pasif

Kp pD Kp D Cp Pp Tan Kp a 2 2 2 1 2 2 45 γ φ + × = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ₊ = dimana:

= berat volume tanah pasif γp

= sudut geser dalam tanah yang menyebabkan tekanan pasif φp

Kp = koefisien tekanan aktif rankine Pp = Tekanan pasif tanah

Check terhadap Guling (Overtuning)

o r a o M M SF H P M ∑ ∑ = × =

∑

₃ Mo = Momen menggulingkan Mr = Momen menahan

H = tinggi total dinding penahan tanah Pa = tekanan aktif tanah

(38)

Check terhadap Geser (Sliding) a p p p P P C B V SF + + × ∑ = 3 2 3 2 tan φ

ΣV = total gaya vertikal

B = lebar dasar dinding penahan tanah

Cek terhadap eksentrisitas

⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ + ∑ = ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ + ∑ = < ∑ ∑ − ∑ − = B c B V q B c B V q B V Mo M B c heel toe r 6 1 6 1 6 2

Cek terhadap Daya Dukung Tanah

γ γ γ DN BN N C q_ult = . _c + . . _q +0,5. C = koefisien tanah γ =berat volume tanah

B = lebar dasar dinding penahan tanah

Nc,Nq,N γ = parameter daya dukung Terzaghi

toe ult ult q q q q Sf = = max b. Kondisi Normal

• Prosedur dan rumus perhitungan sama seperti masa konstruksi,

• Diasumsikan terdapat muka air tanah setinggi muka air pada saluran, sehingga tekanan hidrostatis akibat muka air tanah dianggap saling menghilangkan

• Ada gaya uplift pada bagian bawah dinding penahan tanah. c. Kondisi terjadi Gempa

(39)

Menghitung tekanan aktif:

(

)

(

)

(

)

₍

(

)(

_{) (}

)

₎

(

)(

)

( )

ae a ae a ae ae ae ae v ae P P H P H P P P Kv Kh d B K K K H P ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + Δ = ∑ − = Δ ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ − = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + − − − − + + − − + = − = − 3 6 , 0 1 tan sin sin sin 1 sin sin cos sin 1 2 1 1 2 2 2 2

θ

β

α

θ

δ

β

θ

φ

δ

φ

θδ

β

θ

φ

γ

Kh = percepatan horizontal akibat gempa =0,12 Kv = Percepatan koefisien vertikal akibat gempa =0

= koefisien tekanan aktif gempa Kae

= Tekanan aktif gempa Pae

Σ = resultan tekanan aktif akibat gempa dan akibat tanah

Menghitung Tekanan Pasif

(

)

(

)

(

)

₍

(

)(

_{) (}

)

₎

2 2 2 2 sin sin sin 1 sin sin cos sin 1 2 1 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + − − − − + + − − + = − = β α θ δ β θ φ δ φ θδ β β θ θ φ γ d B K K Kv H P pe ae ae

6.4.4 Perhitungan Dinding Penahan Tanah

DPT samping lokasi bendung Kondisi Masa Konstruksi Parameter Tanah

Tanah isian:

γa = 1600 kg/m3

φa = 30

(40)

γp = 1740 kg/m3 φp = 8,90 Cp = 3500 kg/m2 Nc = 9,14 N = q 2,48 Nγ = 1,06

Dimensi dinding penahan tanah

H = 10 m B = 6 m D = 2 m β0 = 770 aa =1,5 m bb = 1,4 m cc = 3 m dd = 1,6 m ee = 1 m

Menghitung tekanan Aktif dan Pasif

Фa Ka γa Ca H Pa

30 0.333 1600 0 10 17066.67

Фp Kp γp Cp H Pp

8.9 1.366 1740 3500 2 21116.82

menghitung momen yang menahan

No Luas γbahan Berat Lengan Momen Mc

1 9 2200 19800 3 59400 2 25.5 2200 56100 2.9 162690 3 6.8 2200 14960 4.933 73802.67 4 6.8 1900 10880 5.4677 59477.33 5 8.5 1900 13600 6.5 88400 ΣV 115340ΣMr 443770

Cek terhadap Guling:

Mo Mr SF

79644.44 443770 5.57

SF > 1,5 OK Cek terhadap Geser (Sliding)

V Фp B Cp SF

(41)

Cek Tegangan Pada Tumit (Toe) dan Sepatu (heel) B Mo Mr V e 6 79644.44 443770 115340 -0.16 B/6 q_toe q_heel 1 16205.74 22240.93 6 B e ≤ Ok

qtoe Positif (tidak terjadi tarik) Ok

qheel Positif (tidak terjadi tarik) Ok

cek terhadap Daya Dukung tanah

Cp γp-γair D B 3500 740 2 6 Nc Nq Nγ 9.14 2.48 1.06 q_ult q_max SF 46153.6 16205.74 2.85 SF > 1,5 OK Kondisi Normal Parameter Tanah Tanah isian: γa = 1600 kg/m3 φa = 30 Ca = 0 kg/m2 Tanah dibawah DPT: γp = 1740 kg/m3 φp = 8,90 Cp = 3500 kg/m2 Nc = 9,14 N = q 2,48 Nγ = 1,06

H = 10 m

B = 6 m

D = 2 m

(42)

aa =1,5 m

bb = 1,4 m

cc = 3 m

dd = 1,6 m

ee = 1 m

tinggi muka air yang menyebabkan uplift Tmau= 4 m Menghitung tekanan aktif dan pasif

Фa Ka γa Ca H Pa

30 0.333 1600 0 10 17066.67

Фp Kp γp-γair Cp H Pp

8.9 1.366 740 3500 2 18384.72

Menghitung Momen yang Menahan

1 9 2200 19800 3 59400 2 25.5 2200 56100 2.9 162690 3 6.8 2200 14960 4.933 73802.67 4 6.8 1900 10880 5.4677 59477.33 5 8.5 1900 13600 6.5 88400 ΣV 115340ΣMr 443770

Cek terhadap Uplift

γair B D Pu SF

1000 6 2 2400 4.81

SF >1,5 OK

Cek terhadap Guling (Overtuning)

Mu (70%) Mo Mr SF

50400 79644.44 443770 3.41

SF >1,5 OK

Cek terhadap Geser

V-Pu Фp B Cp SF

91340 8.9 6 3500 2.45

Cek tegangan pada Tumit (Toe) dan Sepatu (heel)

B Mo+Mu Mr V-Pu e

(43)

B/6 q_toe q_heel

1 8605.74 21840.93

6 B

e ≤ Ok

cek terhadap Daya Dukung Tanah:

Cp γp-γair D B 3500 740 2 6 Nc Nq Nγ 9.14 2.48 1.06 qult qmax SF 38013.6 8605.74 4.42 SF >1,5 OK

Kondisi Terjadi Gempa Parameter Tanah Tanah isian: γa = 1600 kg/m3 φa = 30 Ca = 0 kg/m2 Tanah dibawah DPT: = 1740 kg/m3 γp φp = 8,90 Cp = 3500 kg/m2 Nc = 9,14 N = q 2,48 Nγ = 1,06

H = 10 m B = 6 m D = 2 m β0 = 770 aa =1,5 m bb = 1,4 m cc = 3 m dd = 1,6 m ee = 1 m

(44)

Parameter Gempa

K = v 0

K = h 0,12

Menghitung tekanan aktif akibat gempa:

Ф Kae γa H Pae

6.842 0.501 1600 10 25653.69

menghitung tekanan Pasif

Фp Kp γp-γair Cp D Pp

8.9 1.366 740 3500 2 21116.82

Menghitung Momen Akibat Gempa

Pae PaeCos(90-β+δ) Mae

25653.69 21514.99 33467.77

Menghitung Momen yang Menahan

1 9 2200 19800 3 59400 2 25.5 2200 56100 2.9 162690 3 6.8 2200 14960 4.933 73802.67 4 6.8 1900 10880 5.4677 59477.33 5 8.5 1900 13600 6.5 88400 ΣV 115340ΣMr 443770

Cek terhadap Uplift

γair B D Pu SF

1000 6 2 2400 4.81

SF >1,5 OK

Cek terhadap Guling (Overtuning)

Mu (70%) Mae Mr SF

50400 33467.77 443770 5.29

SF >1,5 OK

Cek terhadap Geser (Sliding)

V-Pu Фp B Cp SF

91340 8.9 6 3500 2.07

SF >1,5 OK

Cek tegangan pada Tumit (Toe) dan Sepatu (heel)

B Mae+Mu Mr V-Pu e

(45)

B/6 q_toe q_heel

1 909.63 29537.04

6 B

e ≤ Ok

cek terhadap daya dukung tanah

Cp γp-γair D B 3500 740 2 6 Nc Nq Nγ 9.14 2.48 1.06 qult qmax SF 38013.6 909.63 41.79 SF >1,5 OK

6.5 ANALISIS KELAYAKAN EKONOMI

Pada sub bab ini akan menguraikan tentang hasil yang diperoleh pada studi optimasi. Analisa ekonomi dan finansial dimaksudkan untuk menilai apakah hasil optimal dari studi optimasi layak atau tidak untuk dilaksanakan.

Studi optimasi PLTM menunjukan bahwa hasil optimal dicapai pada debit 5.2 m3/det, kapasitas pembangkit 682 kW dan total biaya proyek Rp.21,412,509,573 setara dengan biaya proyek Rp. 31,378,500 atau setara dengan US$ 3,304. hasil ini akan dievaluasi untuk masa proyek 32 tahun atau 30 tahun dengan cara menghitung present value, (PV); internal rate return (IRR) dan benefit cost ratio (BCR) dari proyek.

6.5.1 Analisis Ekonomi

Analisis ekonomi dilakukan dengan membandingkan PLTM dan Diesel. Selisih antara biaya investasi dan O&M dari PLTM dengan biaya investasi dan O&M Diesel dianggap sebagai benefit, begitu juga hasil penjualan energinya.

Asumsi dasar yang dipakai dalam analisis ekonomi adalah 1. biaya modal diesel : $630/kW untuk >220 kW 2. biaya O&M

• PLTM 0,5% x biaya investasi

• Diesel : biaya overhaul ($120/kW per 18000 jam operasional) • biaya bahan bakar($0.17/liter dan pelumas$1,6/liter)

(46)

Perhitungan-perhitungan yang dilakukan dalam analisa ekonomi seperti ditunjukan dalam tabel pada lampiran diperoleh hasil EIRR sebesar 12.08% dan BCR sama dengan 1.01. hasil ini menunjukan bahwa proyek layak untuk dilaksanakan jika dibandingkan dengan suku bunga investasi 12%.

6.5.2 Analisis Finansial

Mirip dengan analisa ekonomi, analisa financial dilakukan dengan hanya memperhatikan biaya nyata dan penerimaan nyata dari system PLTM.

Perhitungan yang ditampilkan pada Tabel diperoleh hasil FIRR sebesar 11,76% dan BCR 0,98. Hasil ini menunjukkan bahwa secara financial proyek tidak layak dilaksanakan untuk suku bungan investasi 12 %.

6.5.3 Analisis Sensitivitas

Dari analisis ekonomi diperoleh bahwa proyek layak untuk dilaksanakan, maupun perbedaan EIRR dengan suku bunga investasi kecil 0,8%. Oleh karena itu analisis sensitivitas diarahkan pada kondisi lebih baik yang mungkin dialami proyek, kemudian diperiksa pada kondisi tersebut proyek menjadi layak atau tidak. Kondisi yang dipilih yaitu biaya proyek turun 10%, harga jual/kWh Rp.790 dan kombinasi dari keduanya.

Sedangkan dari hasil analisis finansial hasilnya tidak layak. Analisis sensitivitas untuk analisis sensitivitas juga dilakukan seperti untuk analisis ekonomi.

Kondisi IRR(%) BCR IRR(%) BCR

Investasi turun 10% 13.67 1.23 13.17 1.09

Harga 12.85 1.12 13.17 1.09

Kombinasi 1 dan 2 14.51 1.36 14.68 1.21 Analisis Ekonomi Analisis Finansial

Dari ketiga kondisi tersebut, terlihat bahwa analisa sensitifitas menyimpulkan proyek layak untuk dilaksanakan.

Lazimnya proyek-proyek sarana umum/masyarakat lebih menitik beratkan penilaian atas dasar ekonomi. Hasil yang diperoleh dari analisa ekonomi, EIRR yaitu 12,08% dan BCR sebesar 1,01 menyimpulkan bahwa proyek layak untuk dilaksanakan. Ditambah lagi dengan pertimbangan, bahwa system PLN yang saling terhubung (interconnected) memungkinkan proyek untuk diaksanakan.

(47)

DESAIN RINCI PLTM DAN ANALISIS EKONOMI ...1

6.1 UMUM ...1

6.1.1 Data Hidrologi ...1

6.1.2 Data Geoteknik ...1

6.1.3 Data Teknis...2

6.2 DESAIN BANGUNAN UTAMA ...2

6.2.1 Lokasi bendung...2

6.2.2 Mercu bendung ...3

6.2.3 Lebar bendung ...4

6.2.4 Kolam Olak...5

6.2.5 Perencanaan Intake di Bendung...7