STUDI KELAYAKAN PLTM KALIWADAS PEKALONGA

(1)

PT. SOMMIT TRAKONAD PT.BINA TIRTA ENERGI

Konsultan Perencana Independent Power Producer

Page 7 - 1

Bab 7

Basic Desain

7.1Pelaksanaan Konstruksi Sipil

Pada Bab ini akan diuraikan ketersediaan head sesuai dengan kondisi lapangan,

dilanjutkan dengan perhitungan daya. Untuk uraian bangunan air pada PLTM Kaliwadas

direncanakan di Saluran Irigasi Primer atau Induk Kesesi. Bangunan air yang dibuat pada

saluran primer tersebut, adalah bangunan bagi yang berfungsi untuk mengatur tinggi

muka air dan membagi air ke saluran tersier yang sudah ada serta untuk rencana

keperluan pembangkit PLTM Kaliwadas. Mempertimbangkan kriteria disain dan disain,

secara bersamaan melakukan penggambaran infrastruktur PLTM. Kriteria teknis menjadi faktor utama namun tidak meninggalkan faktor estetika.

(2)

Page 7 - 2 7.1.1 Rencana Pekerjaan Bangunan Air ( Bangunan Bagi )

1. Lokasi Bangunan Pembagi

Rencana bangunan pembagi ditempatkan pada Saluran Irigasi Induk Kesesi yang

terletak di hulu bangunan terjun ( B.Ki.1 ). Rencana pintu pengambilan (intake)

untuk keperluan pembangkit direncanakan dibuat disebelah Kanan saluran induk.

Lebar Saluran Induk Kesesi yang akan dibuat bangunan pembagi untuk keperluan pembangkit 9,5 m dan keperluan irigasi terseier adalah 1,5 m.

2. Tinggi Muka Air Maksimum di Saluran Primer

Tinggi muka air maksimum saluran primer (tinggi muka air sebelum ada

bangunan) dihitung berdasarkan Q banjir 50 th = 82.05 m³/dtk dengan

menggunakan rumus Chezy :

V = C  R.S Langkah perhitungan adalah sebagai berikut :

Data

Debit Banjir Rencana : Qbjr = 82.05 m ³/dtk

Lebar Rata-Rata : b = 6 m

Kemiringan Tebing Talut : 1 : 1

Gradien Rata-Rata : S = 0.005

Saluran Berbatu :  = 0.02 Luas Penampang Basah : A = (b+mh)h

Keliling Basah : P = b + 2h  1 + m² Jari-jari Hidrolis : R = A/P

Koefisien Pengaliran : C = 87( 1+ /  R)

Kecepatan Aliran Sungai : V = C  R.S

Debit : Q = A.V

3. Lebar Bangunan Pengambilan

Yang dimaksud dengan lebar bangunan pengambilan adalah lebar saluran

pengarah yang mengarahkan air dari saluran primer ke headpond. Untuk tidak

terlalu banyak menggangu aliran saluran irigasi setelah ada bangunan bagi

(3)

Page 7 - 3 sama dengan lebar normal saluran (B= Bn). Lebar rencana bangunan pengarah

ditetapkan = 9,5 m

Pintu Bangunan Bagi ( Saluran Pengarah )

Pintu bangunan saluran pengarah dibuat untuk mengatur tinggi muka air dan debit

saluran primer yang masuk ke headpond. Lebar pintu saluran pengarah ditentukan

oleh besarnya debit yang melewati bangunan bagi.

Banyaknya serta dimensi pintu saluran pengarah yang dipergunakan adalah

sebagai berikut :

Q = µ a B ( 2gh )^0.5

Dimana :

Q = Debit yang melalui pintu saluran pengarah, (m³ /dtk)

m = Koefesien debit 0.90

µ = Koefesien debit 0.90

B = Lebar pintu, (m)

g = Percepatan gravitasi, (m/dtk2) h = Kedalam air di depan pintu, (m)

Dari persamaan diatas jumlah dan dimensi pintu bagi adalah 2 x (1.7m x

2.5m)

7.1.2 Rencana Pekerjaan Headpond

Aliran sebelum masuk ke pipa pesat perlu dibuat seragam tidak terjadi turbulensi.

Sehubungan dengan hal tersebut, kriteria perencanaan bak penenang adalah : - Dasar pipa pesat berada di atas permukaan sedimen yang direncanakan.

- Pada saat down surging, posisi “down surge water level – DSWL” di atas

dasar pipa pesat (S) adalah 2 x diameter pipa pesat (D) atau kedalaman bak

penenang ditentukan berdasarkan ukuran posisi pipa pesat dari muka air (S)

adalah :

2 / 1

D V C

(4)

Page 7 - 4

dimana

C = 0,54

V = kecepatan pada pipa pesat (m/detik)

D = diameter pipa pesat

Dari kedua harga S dipilih harga S yang terbesar

Dimensi bak penenang direncanakan sebagai berikut :  Lebar bak penenang minimal

B = 3 x lebar dasar saluran pembawa

= 3 x 4,5 = 13,5 m  Panjang bak penenang minimal

L = 2,5 x B

= 2,5 x 13,5 = 33,75 m (direncanankan 50 m)

Waktu bukaan pintu saat turbin akan beroperasi di rencanakan t = 60 detik,

sehingga kapasitas headpond direncanakan dapat menampung volume air selama 60 detik di atas saluran.

V Qt

= 8 x 60 = 480 m3 Sehingga kedalaman headpond (ht) :

V = ht x L x B

ht = V

L x B

= 480

33 x 10

= 1.45 m (direncanakan 1,75 m)

Saluran hantar berbentuk trapesium dengan lebar penampang 12 meter dan dalam 1,75

meter mampu mengalirkan air 12 m3/detik. Saluran hantar sepanjang 1250 meter ini

memiliki instalasi penjebak pasir (sandtrap) yang dilengkapi dengan pintu pembilas pada

jarak 400 meter dari bendung. Pembilasan pasir dan lumpur rutin dilakukan oleh petugas

(5)

Page 7 - 5

Gambar 7.2 Saluran hantar dan bak penenang Gambar 7.3 Pintu pembilas sandtrap

7.1.3 Rencana Pekerjaan Penstock

Pipa pesat berfungsi mengalirkan air dari bak penenang ke inlet turbine hingga

runner blade berputar.

Pipa pesat dirancang dengan mempertimbangkan hal-hal sebagai berikut :

- Jalur pipa dirancang sependek mungkin

- Jumlah belokan seminimal mungkin

- Aman terhadap momen lentur, baik vertikal maupun horizontal

- Mempunyai tahanan hidrolis minimum tertentu untuk menghindari tekanan

udara di bawah tekanan atmosfer - Efek terhadap turbin

- Kenaikan tekanan akibat water hammer

- Kenaikan tekanan pada saat pengetesan

Syarat-syarat struktural pipa pesat :

- Blok anker diletakkan pada jarak maksimum 100 m untuk pipa pesat tipe

permukaan yang berfungsi untuk menahan gaya-gaya yang timbul akibat

pergeseran pada belokan.

- Di antara blok anker, dipasang tumpuan sadel pada setiap jarak ± 5 m,

masing-masing dipasang cincin penopang.

- Pipa pesat dengan sambungan kaku memerlukan sambungan pemuaian untuk

(6)

Page 7 - 6 1. Pemilihan Diameter

Pemilihan diameter pipa pesat harus mempertimbangkan biaya pembangunan,

kehilangan tenaga dan faktor-faktor lainnya.

Pada perencanaan ini, jenis pipa pesat yang digunakan menurut klasifikasi

penempatannya adalah pipa pesat permukaan (exposed penstock).

Pipa pesat dengan diameter ekonomis ditentukan berdasarkan kecepatan 2 – 3 m/detik.

Penentuan dimensi pipa dihitung dengan rumus :

Diameter pipa pesat dihitung sebagai berikut :

Q = A.V  A = Q/V

A = ¼ . D² = 0.7857 D²  Q = 0.787 D²  D² = Q V Vx0,7857

dimana

d = Diameter pipa

Q = Debit desain = 8 m³ /dtk

V = Kecepatan aliran = 3 m/dtk

Jadi :

Diameter pipa = = 1.84 m ≈ 2 m

Karema remcama 2 pipa, maka masing-masing pipa berdiameter = 1 m

2. Ketebalan Pipa Pesat

Ketebalan dinding pipa pesat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai

berikut :

t = ( D + 800 / 400 )

dimana

t = Tebal pipa pesat , mm

D = Diameter pipa pesat, mm D = Q

V x 0,7857

D = 8

(7)

Page 7 - 7 Jadi : t = ( 2000 + 800 ) = 7.00 mm

400

Tebal Pipa Rencana :

t r = t + tebal faktor korosi

= 7.00 + 2.00 = 9,00 mm

Diambil tebal pipa sesuai standard pabrik : t r = 9 mm

Optimasi tata letak PLTM dilakukan berdasarkan lahan yang ada mengikuti tata

letaknya. Berdasarkan peninjauan lapangan disepakati bahwa tata letak

semaksimal mungkin berada pada lahan kosong yang berada di sebelah bangunan

terjun bersebelahan dengan rumah Ibu Kasih. Infrastruktur Bendung hingga Bak

Penenang menggunakan bangunan irigasi yang sudah ada, sudah diuraikan pada

awal Bab ini. Selanjutnya bangunan PLTM yang akan dibuat baru adalah mulai

dari pipa pesat hingga gedung sentral. Acuan titik koordinat menggunakan patok

Benchmark (BM) milik Badan Nasional yang tepat berada di Ki-1.

(8)

Page 7 - 8 Bangunan Pipa pesat (penstock) dan Gedung Sentral (Powerhouse) PLTM

Kaliwadas terletak tepat disebelah terjunan Ki-1sebagaimana dapat dilihat

pada gambar dibawah. Tinggi jatuh murni memanfaatkan terjunan tanpa

mengganggu fungsi irigasi.

3. Analisa Water Hammer

Percepatan atau perlambatan aliran dalam pipa pesat akibat

membuka/menutupnya katup turbin menyebabkan gelombang tekanan pada

pipa pesat. Gelombang ini dapat memperbesar atau memperkecil tekanan

sepanjang pipa pesat dan menghasilkan water hammer. Penutupan katup

turbin akan menghasilkan water hammer positif, sedangkan bila katup dibuka

terjadi sebaliknya.

Analisa water hammer dilakukan untuk mengetahui tekanan maksimum dan

minimum sepanjang pipa pesat. Tekanan maksimum dan minimum tersebut

harus berada dalam batas toleransi tertentu, dimana kenaikan tekanan harus kurang dari 25% dan tekanan minimum harus lebih besar dari tekanan

atmosfer.

4. Kehilangan Energi

1) Akibat pintu masuk

h f1 = K.V² /2g

dimana

h f1 = Kehilangan energi, m

K = Koefisien pintu masuk = 0,5

V = Kecepatan aliran = 3,00 m/dtk

g = Percepatan Gravitasi = 9,81 m/dtk² Jadi :

h f1 = 0,5 x 3² /2 x 9,81 = 0,23 m

2) Akibat gesekan sepanjang pipa

h f2 = 8 . f. L/D5. (Q² / (π2 . g))

(9)

Page 7 - 9

dimana

f : Koefisien gesekan pipa = 0,04

L : Panjang pipa = 35,00 m

D : Diameter Pipa = 1.00 m

Q : Debit desain = 8 m³ /dtk

Jadi :

h f2 = 8 x 0.04 x ( 35/ 1.005) x ( 82 / ( 3.14² x 9,81 ))

= 0.23 m

3) Akibat Belokan

h f3 = . V² /2g

dimana

 = Koefisien belokan pada pipa pesat tergantung dari sudut

belokan ()

belokan pipa pesat yang terjadi sebesar 11o, maka  diambil sebesar 0.1. Jadi kehilangan energi di pipa pesat karena belokan adalah :

h f3 = 0.1 x 32 / (2x9.81)

= 0.046 m

Jadi total kehilangan energi di pipa pesat adalah :

h ftotal = 0.23 + 0.23 +0.05

= 0.20 m

Total Kehilangan Head Ditetapkan = 0.20 m

5. Analisa Kavitasi

Kavitasi ini tidak diinginkan karena dapat menyebabkan pengikisan, getaran

mekanis dan pengurangan efisiensi dari turbin. Faktor penting yang harus

diperhatikan dalam pemasangan turbin reaksi adalah jarak antara turbin

dengan tail water (draft head).

Parameter kavitasi adalah :

σ =

H Hs Hv

Ha 

(10)

Page 7 - 10

dimana

σ = faktor kavitasi

Ha = tekanan atmosfir (9,83 m Aq)

Hv = tekanan uap jenuh pada suhu 25oC (0,32 m Aq) H = head efektif (5.5 m)

Hs = tinggi isap / draft head

Dari persamaan di atas, jarak maksimum turbin di atas tail water adalah :

Hs = Ha – Hv –σ.H

Diperoleh Kecepatan Spesifik (ns) untuk Turbin Kaplan (Schweiger &

Gregory, 1989) :

ns =

486 . 0

2283

H = 7.200.486 2283

= 874.666 (m – kW)

Faktor kavitasi (σ) :

σ = 0,0348 x (ns/100)1,283 x 1,5 = 0,0348 x (874.666/100)1,283 x 1,5 = 0,843

Maka :

Hs = Ha – Hv –σ.H

Hs = 9,830 – 0,32 – (0,843 x 7.20) = 3,44 m

Elevasi titik pusat turbin (Z) :

Z = TWL + Hs

dimana

TWL = elevasi muka air di tail race (139,89 m)

Hs = tinggi isap / draft head

Z = TWL + Hs

= 139,89+ 3,44 = 143,33 m

(11)

Page 7 - 11 6. Penyangga Pipa Pesat (Anchor Block)

Penyangga pipa pesat (anchor block) harus aman terhadap geseran,

eksentrisitas dan tegangan tanah. Fungsi penyangga ini adalah untuk menahan

gaya-gaya yang timbul pada perletakan pipa pesat.

Gaya-gaya yang harus ditahan oleh penyangga/blok anker dibagi menjadi 2

bagian, yaitu gaya-gaya dari arah hulu dan arah hilir.

Gaya-gaya dari arah hulu dan hilir meliputi :

- Berat pipa pesat

- Gaya gesekan di atas tumpuan (intermediate support)

- Gaya gesekan pada sambungan pemuaian

- Gaya tekanan air dari expansion joint

- Komponen aksial tekanan hidrostatis

- Gaya kejut

7.1.4 Rencana Pekerjaan Rumah Pembangkit (Power House)

Rencana denah gedung sentral disesuaikan dengan dimensi peralatan

mekanikal-elektrikal yang terpasang, antara lain : turbine, generator, trafo, junction box,

baterai dan lain-lain. Rencana denah gedung sentral didesain sedemikian rupa,

selain untuk melindungi peralatan-peralatan mekanikal-elektrikal diatas juga

dimaksudkan sebagai ruang kontrol/pengendalian semua aktivitas

kepembangkitan dan aktivitas pengelolaannya.

Secara umum persyaratan gedung sentral, meliputi hal-hal sebagai berikut :

- Mempunyai space ruang yang cukup lebar untuk aktivitas bongkar-pasang

peralatan elektikal-mekanikal beserta perlengkapannya, baik pada waktu

pemasangan pertama kali maupun perawatannya.

- Mempunyai struktur pondasi kuat, sehingga aman dari bahaya kegagalan daya

dukung tanah maupun settlement.

- Mempunyai konstruksi yang aman untuk melindungi peralatan di dalamnya

(12)

Page 7 - 12

Gambar 7. 5 Rencana Area Pembangunan PLTM Kaliwadas

Secara umum persyaratan gedung sentral, meliputi hal-hal sebagai berikut :

- Mempunyai space ruang yang cukup lebar untuk aktivitas bongkar-pasang

peralatan elektikal-mekanikal beserta perlengkapannya, baik pada waktu

pemasangan pertama kali maupun perawatannya.

- Mempunyai struktur pondasi kuat, sehingga aman dari bahaya kegagalan daya

dukung tanah maupun settlement.

- Mempunyai konstruksi yang aman untuk melindungi peralatan di dalamnya

dan aktivitas yang sedang berlangsung.

Rumah pembangkit direncanakan dengan luas kebutuhan ruang 12 meter x 12

meter, berfungsi juga sebagai pusat pengelolaan dan penyimpanan data. Selain itu,

bangunan rumah pembangkit dilengkapi dengan fasilitas rumah jaga untuk

operator turbin. Di dalam bangunan rumah pembangkit berisi turbin dan panel

kontrol elektrik, serta kantor dan administrasi.

(13)

Page 7 - 13

Gambar 7.6 Inlet Penstock

Pada tahap desain dasar (untuk keperluan estimasi biaya), secara umum dimensi

gedung setral PLTM Kaliwadas direncanakan sebagai berikut :

 Tipe Gedung Sentral : Dinding Bata Merah, pondasi dan rangka

beton bertulang

 Luas : 12 x 12 m²

 Elevasi Lantai Pondasi : + 138,42 m

 Elevasi Muka Air Tail Race : + 139,89 m

 Debit Pembangkit,( m³/dtk ) : 8 m3/dtk

 Tinggi Terjun Bruto, (m) : 5,7 m

 Tinggi Terjun Efektif, ditetapkan : 5,5 m

Struktur gedung sentral dibagi menjadi 2 (dua) bagian, yaitu stuktur atas (upper

structure) meliputi pelat atap beton, balok beton dan kolom, dan struktur bawah

(sub structure) meliputi balok sloof dan pondasi.

Struktur Atas (Upper Structure)

Struktur atas (upper structure) pada gedung sentral direncanakan dengan

menggunakan bahan beton untuk kolom pendek, atap dak, dan balok induk.

1. Perencanaan Pelat Atap Beton

Langkah – langkah perencanaan pelat lantai dan atap :

a. Menentukan tebal minimum pelat (h)

- Tegangan leleh baja (fy) : dalam satuan Mpa

(14)

Page 7 - 14 Pada SK SNI T-15-1991-03 pasal 3.2.5 butir 3.3 memberikan pendekatan

empiris mengenai batasan defleksi dilakukan dengan tebal pelat minimum

sebagai berikut :

Dalam segala hal tebal minimum pelat tidak boleh kurang dari harga :

- Untuk m kurang dari (<) 2,0 digunakan nilai h minimal 120 mm.

- Untuk m lebih dari () 2,0 digunakan nilai h minimal 90 mm.

dimana

Ln = bentang bersih pada pelat dihitung dari muka kolom (mm)

m = rasio kekakuan balok terhadap pelat  = rasio panjang terhadap lebar bentang pelat

b. Menentukan momen lentur terjadi

Perencanaan dan analisis pelat dua arah untuk beban gravitasi dilakukan

dengan menggunakan metode koefisien momen. Besar momen lentur dalam

arah bentang panjang :

(15)

Page 7 - 15 Xly = koefisien momen lapangan arah y

Nilai koefisien momen ( X ) diambil dari tabel 13.3.1 dan 13.3.2 PBBI 1971

c. Menentukan tinggi manfaat (d) arah x dan y

pakai = rasio tulangan yang dipakai dalam perencanaan

Pada pelat dua arah, tulangan momen positif untuk kedua arah dipasang

saling tegak lurus. Karena momen positif arah bentang pendek (x) lebih besar

dari bentang panjang (y), maka tulangan bentang pendek diletakkan pada

lapis bawah agar memberikan d (tinggi manfaat) yang besar.

(16)

Page 7 - 16 1. 1,33.perlu > min dipakai nilai : pakai = min

2. 0,002 < 1,33.perlu < min dipakai nilai : pakai = 1,33.ada

3. 1,33.perlu < min, dan juga < 0,002 dipakai nilai : pakai = 0,002

Setelah didapatkan nilai perlu, maka :

Asperlu = perlu.b.d

Nilai lebar pelat (b), diambil tiap 1 meter (1000 mm)

Jarak antar tulangan : s 

Diambil nilai jarak antar tulangan (s) yang terkecil, sehingga didapatkan

nilai Asada :

e. Kontrol kapasitas lentur pelat yang terjadi

Tinggi blok tekan beton :

a =

Kapasitas lentur moninal pelat :

Mn = Asada. fy . (d - a₂)  Mu

2. Perencanaan Balok

Pada kriteria desain PLTM Kaliwadas untuk perencanaan balok,

langkah-langkah adalah sebagai berikut :

a. Menentukan mutu beton dan baja tulangan

- Kuat desak rencana beton (f’c) : dalam satuan Mpa, didapatkan nilai

faktor blok tegangan beton (1), sama dengan : (SK SNI T-15-1991-03 Pasal 3.3.2 butir 7.3)

f’c  30 MPa 1 = 0,85

(17)

Page 7 - 17

b. Menentukan nilai rasio tulangan ()

Dalam menentukan nilai beton dalan keadaan regangan seimbang, yaitu

dimana pada saat regangan beton mencapai maksimun ’cu = 0,003

bersamaan dengan regangan baja mencapai leleh s = y = fy/Es.

s < y

cu = 0,003 _{cu <}_0,003

Gambar 7.7 Diagram Regangan Beton dalam Keadaan Seimbang

b =

c. Menentukan tinggi efektif (d) dan lebar (b) penampang beton

m =

dperlu dan b penampang beton yang proposional digunakan perbandingan

b/dperlu = 1,2 – 3,0.

(18)

Page 7 - 18

 d1 = 50 – 70 mm untuk tulangan tarik 1 lapis  d1 = 71 – 100 mm untuk tulangan tarik 2 lapis,

h

b

d1 d d'

d

d1 d'

b

h

jarak bersih antar tulangan

25 mm

tulangan

1,33agregat terbesar

25 mm

penutup beton

40 mm

Gambar 7.8 Tulangan Tarik Satu Lapis dan Dua Lapis

dimana

d = tinggi efektif penampang, diukur dari serat atas ke pusat tulangan

tarik (mm)

d1 = tebal selimut beton, diukur dari serat bawah ke pusat tulangan tarik (mm)

Mu = momen lentur ultimate akibat beban luar (KNm/Nmm)

 = faktor reduksi kekuatan, diambil nilai 0,80 (lentur tanpa aksial)

h = tinggi total penampang beton (mm)

Setelah nilai dperlu didapat, maka :

h = dperlu + d1

Nilai d1 seperti diatas, tergantung dari banyaknya tulangan tarik yang

digunakan.

Jika nilai dpakai lebih besar (>) dperlu, maka digunakan tulangan sebelah

(19)

Page 7 - 19 Perencanaan Balok Penampang Persegi Menahan Lentur Tulangan

Sebelah.

Balok lentur tulangan sebelah direncanakan, jika nilai dpakai lebih besar (>)

dperlu,.

e. Menentukan luas tulangan (As)

As = ada.b.dada

As = Luas tulangan tarik longitudional (mm2)

N = Jumlah tulangan yang dipakai (buah)

Asada = Luas tulangan tarik longitudional yang ada (mm2)

A1 = Luas tampang 1 buah tulangan (mm2)

ada = Rasio tulangan berdasarkan perhitungan luas penampang beton

f. Kontrol kapasitas lentur balok yang terjadi

Tinggi blok tekan beton :

a =

Kapasitas lentur nominal balok pelat :

Mn = As. fy. (d - 2

a _{) >}



(20)

Page 7 - 20

Gambar 7.9 Diagram Tegangan-Regangan Beton Tulangan Sebelah

dimana

a = tinggi blok tegangan persegi ekivalen (mm)

Mn = kapasitas lentur nominal yang terjadi (KNm/Nmm)

Perencanaan Balok Penampang Persegi Menahan Lentur Tulangan

Rangkap

Balok lentur tulangan rangkap direncanakan, jika nilai dpakai lebih kecil (<)

dperlu,. Langkah – langkah perencanaan sebagai berikut ini :

(21)

Page 7 - 21

jika fs’< fy, maka baja desak belum leleh, sehingga dipakai :

(22)

Page 7 - 22

d As1

b

As' d'

h

x

Mn2

d - d' Cs

d' Mn1

a = .x

T1 d - a/2 Cc

a/2

As2

T2

+

Gambar 7.10 Distribusi Tulangan Rangkap Tarik

dimana

1 = rasio tulangan yang dipakai dalam perencanaan

As1 = luas penampang tulangan baja tarik (mm2)

As2 = luas penampang tulangan baja tarik tambahan (mm2)

As = luas penampang tulangan baja tarik total (mm2)

As’ = luas penampang tulangan baja tekan (mm2)

Kontrol kapasitas Lentur yang terjadi

 = bdada

As

.

’ =

ada

d b

As

. '

(23)

Page 7 - 23

Gambar 7.11 Diagram Tegangan – Regangan Beton Tulangan Rangkap

(24)

Page 7 - 24

dimana

d’ = tebal selimut beton, diukur dari serat atas ke pusat tulangan tekan (mm)

fs’ = tegangan tulangan baja tekan yang terjadi (Mpa)

Perencanaan Geser Balok

Langkah–langkah perencanaan tulangan geser pada balok, sebagai berikut :

l. Menentukan tegangan geser beton (Vc)

Tegangan geser beton biasa dinyatakan dalam fungsi dari f' dan c

kapasitas beton dalam menerima geser menurut SK SNI T-15-1991-03

adalah sebesar :

Vc = . ' . 6

1

   

 

c

f b. d

Sedangkan kekuatan minimal tulangan geser vertikal menahan geser, dinyatakan dalam :

Vsmin = 1 . b . d ₃

I II III

1/2.L

V IV Vc

Vc Vn

Vc

Vn

(25)

Page 7 - 25

m. Menentukan jarak sengkang

Berdasarkan kriteria jarak sengkang pada SK SNI T-15-1991-03, adalah

sebagai berikut :

- Bila Vu  0,5  Vc Tidak perlu tulangan geser

- Bila 0,5.Vc < Vu  Vc

Perlu tulangan geser kecuali untuk struktur sebagai berikut : struktur pelat

(lantai, atap, pondasi), balok h  25 cm, atau h  2,5hf.

Tulangan geser dengan jarak :

s 

Maka perlu tulangan geser, dengan jarak sengkang :

s 

Maka perlu tulangan geser, dengan jarak sengkang :

(26)

Page 7 - 26 Maka perlu tulangan geser, dengan jarak sengkang :

s 

n. Menentukan kekuatan tulangan geser vertikal (Vs)

Setelah jarak sengkang (s) diketahui, maka nilai Vs dapat dicari :

Vs =

o. Kontrol gaya geser

Bila gaya geser terfaktor : Vu >  Vc

maka kelebihan gaya geser tersebut adalah Vu -  Vc, ditahan oleh tulangan geser :

Vs = Vu -  Vc

dimana

Vs = kuat geser nominal tulangan geser (N)

Vsmin = kuat geser nominal tulangan geser minimal (N)

Vc = tegangan ijin geser beton (MPa)

Vu = gaya geser berfaktor akibat beban luar (N)

 = faktor reduksi kekuatan, diambil nilai 0,60 (geser dan torsi)

Av = luas penampang tulangan geser (mm)

3. Perencanaan Kolom Pendek

Sebagai bagian dari kerangka bangunan, kolom menempati posisi penting.

Kegagalan kolom akan berakibat langsung pada runtuhnya komponen struktur

lain yang berhubungan dengannya, atau bahkan merupakan batas runtuh total

dari keseluruhan struktur bangunan. Pada umumnya kegagalan/keruntuhan

kolom tidak diawali dengan suatu gejala, melainkan bersifat mendadak.

(27)

Page 7 - 27 dengan memberi cadangan kekuatan lebih tinggi dari komponen struktur

lainnya.

Perencanaan Kolom Pendek menggunakan rumus-rumus sebagai berikut :

a. Menentukan propertis penampang kolom

- Kuat desak beton rencana (f’c) : dalam satuan Mpa

- Panjang (h) dan lebar (b) kolom disesuaikan dengan bentuk konfigurasi

struktur gedung.

b. Menghitung kapasitas kolom pendek

Perencanaan kolom pada hakekatnya menentukan dimensi atau bentuk

penampang dan baja tulangan yang diperlukan, termasuk jenis pengikat

sengkang atau pengikat spiral. Karena rasio tulangan 0,01 g  0,08, maka persamaan kuat desak aksial digunakan untuk perencanaan.

persegi atau diameter kolom bulat dapat ditentukan.

(28)

Page 7 - 28 Po = 0,85 . fc’ . (Ag – Ast) + Ast . fy

Pno = 0,8 . Po ; untuk sengkang biasa

Pno = 0,85 . Po ; untuk sengkang spiral

Dimana

Po = kuat desak aksial nominal pada eksentrisitas nol (N)

Pu = gaya desak aksial terfaktor pada eksentrisitas tertentu (N)

Pn = kuat desak aksial pada eksentrisitas tertentu (N)

Ast = luas tulangan total pada kolom (mm2)

As’ = luas tulangan tekan pada kolom (mm2) As = luas tulangan tarik pada kolom (mm2)

Struktur Bawah (Sub Structure)

Struktur bawah (sub structure) pada gedung sentral direncanakan dengan

menggunakan bahan beton untuk pondasi. Perencanaan pondasi ini menggunakan

pondasi dangkal, yaitu pondasi telapak. Hal ini dikarenakan kondisi tanah dilokasi

proyek termasuk tanah keras. Perencanaan pondasi meliputi perencanaan dimensi

luas penampang tapak dan juga penulangannya. Perencanaan dimensi pondasi

menggunakan rumus-rumus sebagai berikut ini :

1. Menentukan data mutu beton, baja tulangan, ukuran kolom, data tanah.

- Kuat desak rencana beton (f’c) : dalam satuan Mpa

- Data-data tanah berupa nilai sudut geser dalam (), kohesi (c), dan berat

volume tanah tersebut (’).

- Pada proses perancangan pondasi ini digunakan pola keruntuhan geser umum

(General Shear Failure) dengan asumsi bentuk bujur sangkar.

2. Menentukan dimensi luas tapak pondasi (A)

Dalam perencanaan ini yang digunakan sebagai acuan untuk memperoleh

dimensi pondasi adalah daya dukung tanah ijin. (qall), yang besarnya :

qall =

SF q_ultnetto

(29)

Page 7 - 29 Dalam hal ini nilai yang digunakan untuk qall diambil dari besarnya tahanan

conus (qc) dari data sondir tanah.

a. Untuk beban aksial sentries (e = 0)

Jika resultan beban berhimpit dengan pusat berat luas pondasi, maka nilai

eksentrisitas sama dengan nol dan tekanan pada dasar pondasi dapat

dianggap disebar merata ke seluruh luasan pondasi. Sehingga besar

penampang tapak :

didukung fondasi, momen-monen tersebut dapat digantikan dengan beban

vertikal yang titik tangkap gayanya pada jarak e dari pusat berat pondasi.

P

Eksentrisitas kolom menyebabkan tegangan tanah dibawah pondasi tidak

(30)

Page 7 - 30 qallrata-rata = ½ (qall max + qall min)

Sehingga untuk dimensi penampang tapak, digunakan nilai qall terbesar

Aperlu = 

c. Kontrol kapasitas daya dukung tanah (qult)

Kapasitas daya dukung tanah yang terjadi di dasar pondasi adalah :

qult netto = qult bruto– q

Nilai q : q = h .’

dimana

qult bruto = kapasitas daya dukung kotor tanah (kg/cm2)

qult netto = kapasitas daya dukung bersih tanah (kg/cm2)

b = lebar efektif pondasi (m)

q = beban merata tanah diatas pondasi dibawah permukaan

tanah (kg/cm2)

’ = berat volume tanah (kg/cm3)

h = kedalaman tanah diatas pondasi (m)

Df = kedalaman pondasi (m)

Untuk memperoleh nilai qult bruto dapat digunakan nilai tegangan ijin tanah

(qult bruto) yang direkomendasikan dalam Laporan Hasil Penyelidikan Tanah

oleh Laboratorium.

Kontrol tegangan ijin yang terjadi :

qult netto qkontak

(31)

Page 7 - 31 Geser satu (1) arah

Tebal pelat (h) diasumsikan terlebih dahulu, sehingga nilai d dapat dicari :

d = h – Penutup beton(Pb) - ½.tulangan

Gaya geser akibat beban luar (Vu) yang bekerja pada penampang kritis :

Vu = m. L. qu pada arah – x

Kekuatan beton menahan gaya geser (Vc) :

- Arah – x : Vcx = 1₆. f'c. L . d  Vux

- Arah – y : Vcy = 1₆. f'c. P . d  y

Vu

Geser dua (2) arah/ Pons

Gaya geser akibat beban luar yang bekerja pada penampang kritis :

Vu = qu. ((P.L) – (x.y))

x = hk + d

y = bk + d

Kekuatan beton menahan gaya geser (Vc), diambil nilai terbesar diantara :

Vc = 4. f' . bo. D c

(32)

Page 7 - 32 Kontrol gaya geser terjadi :

 Bila Vc x,y  Vu x,y/, maka tegangan geser aman.  Bila Vc x,y < Vu x,y/, maka tebal pelat perlu diperbesar.

e. Perencanaan Tulangan Lentur Pondasi

Diambil nilai lebar (b) pondasi tiap 1 meter = 1000 mm - Tulangan arah x : l1 = ½ (P – hk)

pondasi diambil nilai penutup beton (Pb)  70 mm.

(33)

Page 7 - 33 Dipilih diameter () tulangan, didapatkan A1, jarak antar tulangan :

s 

perlu

As

A₁_.1000

Sehingga nilai Asada dapat dihitung : Asada =

s

A₁_.1000

Kontrol kapasitas lentur yang terjadi :

Tinggi blok tekan pelat pondasi :

a =

b c f

fy As

. ' . 85 , 0

.

Kapasitas lentur moninal pelat pondasi :

Mn = As. fy. (d - 2

a ₎_



Mu

Struktur bawah yang lain, selain pondasi power house adalah saluran

pembuang (tailrace) direncanakan menggunakan struktur beton bertulang

dan pasangan batu di bagian hilir. Pembebanan yang diperhitungkan pada

struktur tailrace yaitu tekanan tanah aktif maupun pasif, tekanan air, dan

beban tambahan (surcharge load) yang diambil 1 ton/m2.

Gambar 7.13 Skematik lokasi Pipa Pesat, Gedung Sentral, dan Saluran Pembuang

(34)

Page 7 - 34 7.1.5 Rencana Pekerjaan Tail Race

Saluran pembuang akhir (tailrace) direncanakan berbentuk persegi empat dari

pasangan batu.

Kapasitas saluran direncanakan berdasarkan :

Qdesain = 82.05 m³/dtk

b = 3.5 m h = 1.5 m

Perhitungan dimensi tailrace adalah sebagai berikut :  A = b.h

 V = Q/A

 P = b + 2h  R = A/P

 Manning : V = K x i½ x R 2/3 i½

= V

k x R2/3

7.1.6 Rencana Pekerjaan Rumah Jaga

Rumah jaga berukuran 3 x 3 m2, terdiri dari ruang duduk, dapur dan WC. Rumah jaga berfungsi sebagai tempat transit karyawan yang bertugas pada malam hari.

Spesifikasi dari rumah jaga PLTM Kaliwadas, adalah :

- atap : rangka atap kayu bengkirai

- kolom : beton bertulang

- dinding : pasangan bata ½ bata

- lantai : keramik 30 x 30

- cat : cathylex, putih

- jendela/kusen : aluminium

- kaca : rayban, 3 – 5 mm

(35)

Page 7 - 35 - pondasi : pondasi telapak beton bertulang pondasi menerus, pasangan

batu kali

- sanitasi : KIA, pipa PVC

7.1.7 Rencana Pekerjaan Jalan Masuk ke Power House ( Access Road )

Kriteria desain pekerjaan jalan masuk ke power house (access road) PLTMH

Rakit sepanjang 75 m dengan perkerasan badan jalan penetrasi macadam, antara lain meliputi : aspek perencanaan geometrik, persiapan material dan persiapan

tanah dasar untuk jalan, pondasi jalan, dan material perkerasan untuk permukaan

jalan. Secara umum penampang jalan masuk direncanakan sebagai berikut :

Kelas Jalan : III B

Panjang Jalan, (m) : 75 m Lebar Badan Jalan, (m) : 3,00 Lebar Bahu Jalan, (m) : 1 m Kemiringan Melintang Badan Jalan : 2 % Kemiringan Melintang Bahu Jalan : 3 %

Konstruksi Perkerasan Badan Jalan : Penetrasi Macadam Tebal Perkerasan, (cm) : 33 cm

Pekerjaan ini mencakup aspek-aspek perencanaan yang harus diperhatikan

menurut spesifikasi dan standar yang ada namun juga dengan mempertimbangkan

fungsi jalan akses tersebut. Dalam hal ini fungsi jalan akses adalah sebagai

prasana infrastruktur untuk keperluan transportasi / pengangkutan peralatan

mekanikal-elektrikal ke lokasi gedung sentral pada waktu operasional PLTMH

maupun perawatan.

1. Klasifikasi dan Lalu Lintas Jalan

Menurut fungsinya jalan ini diklasifikasikan sebagai jalan penghubung, yaitu

jalan penghubung untuk keperluan operasional dan perawatan dari jalan desa

terdekat menuju ke lokasi PLTM Kaliwadas. Volume lalu lintas dinyatakan

dalam satuan smp (satuan mobil penumpang) yang mewakili ke dua arah lalu

(36)

Page 7 - 36 Direktorat Jendral Bina Marga Departemen Permukiman Prasarana Wilayah,

jalan masuk menuju ke power house digolongkan sebagai jalan kelas III.

Tabel Klasifikasi Jalan Berdasarkan volume Lalu Lintas Harian

No. Fungsi Kelas LHR (smp)

1. Jalan Utama I > 20.000 2. Jalan Sekunder IIA 6.000 – 20.000

IIB 1.500 – 8.000 IIC < 2.000

3. Jalan Penghubung III -

Sedangkan Klasifikasi lokasi eksisting berdasarkan kemiringan lereng yang

lebih besar

Tabel.Kalsifikasi Lokasi Eksisting Berdasarkan Kemiringan Lereng

No. Golongan Medan Lereng Melintang

( % )

1. Datar 0 – 9

2. Perbukitan 10 – 24

3. Pegunungan ≥ 25

2. Perencanaan Penampang Melintang

Penampang melintang jalan akses yang direncanakan harus sesuai dengan

klasifikasi dan kebutuhan lalu lintas. Berdasarkan perkiraan LHR, dapat

ditentukan kebutuhan lajur yang diperlukan, adalah sebagai berikut :

- lebar daerah penguasaan (ROW) : 8 meter

- jumlah jalur : 1 buah

- lebar pekerasan normal : 3 meter

- lebar bahu jalan : 1 meter

- lereng melintang perkerasan (enormal) : 2 %

- lereng melintang bahu jalan : 3 %

(37)

Page 7 - 37 samping (horizontal) : 1,5 – 3,5 meter

atas (vertikal) : 4,5 meter

Drainase jalan berupa saluran tepi dan saluran melintang ditentukan

berdasarkan data hidrologi setempat. Kapasitas tampungan drainase harus

cukup untuk dapat mengalirkan air untuk mengurangi pengaruh jelek air

terhadap perkerasan jalan.

7.1.8 Perencanaan Geometri Jalan Akses

1. Alinyemen Horizontal

Penentuan alinyemen horizontal untuk perencanaan jalan akses masuk

direncanakan dengan pertimbangan :

- Penyediaan drainase yang baik

- Pekerjaan tanah cut and fill

- Peningkatan konstruksi dan perbaikan alinyemen jalan mendatang

2. Jari – jari Lengkung Minimum

Jari-jari lengkung minimum yang digunakan adalah 30 m (untuk daerah

khusus) atau dengan menggunakan rumus :

R =

) .(

127

2

fm e V



dengan :

Rm = Jari-jari tikungan minimum (m)

V = kecepatan rencana (meter/detik)

e = kemiringan tikungan (%)

fm = koefisien gesekan melintang, untuk pekerasan aspal

f = 0,14 – 0,24

3. Perencanaan Perkerasan

Perencanaan perkerasan jalan berdasarkan petunjuk Perencanaan Tabel

Perkerasan Lentur Jalan Raya dengan Metode Analisa Komponen SKBI 2.3.36.1987 Direktorat Jendral Bina Marga, Derpartemen Pekerjaan

(38)

Page 7 - 38 Faktor-faktor perencanaan tebal perkerasan :

- Beban kendaraan rencana

- Lalu lintas harian rata-rata (LHR)

- Perkembangan lalu lintas

- Kekuatan material perkersan dan tanah dasar (CBR)

- Lintas ekivalen permukaan, tengah dan akhir

- Indeks tebal perkerasan

Pekerjaan perkerasan meliputi persiapan permukaan tanah dasar,

penyusunan fondasi, dan material untuk jalan akses seperti dijelaskan

sebagai berikut :

Tanah dasar

Permukaan tanah dasar yang baik galian dan timbunan akan dipadatkan

untuk mencapai kestabilan yang merupakan dasar untuk perletakan struktur

perkerasan lainnya.

Material

Material yang digunakan untuk pondasi jalan dan material permukaan

meliputi dua tipe material seperti berikut :

- Galian dan timbunan

Lapisan tanah yang tidak sesuai akan digali dan digantikan dengan

material yang sesuai sebagai sub grade.

- Pondasi bawah (subgrade), pondasi atas (base), dan material

permukaan (surface course). Material surface coarse berupa batu

kapur, material base coarse berupa batu pecah yang bergradasi baik

dengan kekerasan, dan kekuatan yang memenuhi syarat. Material sub

base coarse berupa sirtu dengan gradasi yang baik.

Bangunan Pelengkap

Bangunan pelengkap PLTM Kaliwadas yang akan dibangun sesuai dengan

kebutuhan yang ada, seperti :

- Sarana Penerangan Jalan Umum (SPJU) di daerah gedung sentral

(39)

Page 7 - 39 7.1.9 Rencana Pekerjaan Relokasi Saluran Irigasi Tersier

Relokasi atau pemindahan Saluran Irigasi Tersier adalah pemindahan Saluran

Irigasi Tersier existing (yang sudah ada) sesuai dengan fungsinya, karena lokasi

dimana saluran existing tersebut berada termasuk pada rencana lokasi

pembangunan PLTMH.

Pada lokasi rencana pembangunan PLTM Kaliwadas, Saluran Irigasi Tersier existing tersebut terletak pada lokasi dimana rencana relokasi jalan akan di

bangun, sehingga saluran tersebut perlu dipindahkan dengan tidak mengurangi

fungsinya secara teknis, sehingga saluran irigasi yang baru tersebut dibuat dengan

menggunakan parameter saluran sesuai dengan parameter saluran existing

terdahulu.

Saluran Irigasi Tersier tersebut rencananya akan dipindahkan ke lokasi di sebelah

timur lokasi relokasi jalan.

7.1.10 Rencana Pekerjaan Relokasi Jalan

Relokasi atau pemindahan jalan adalah pemindahan sarana jalan existing (yang

sudah ada) sesuai dengan fungsinya, karena lokasi dimana jalan lama yang sudah

ada tersebut termasuk pada rencana lokasi pembangunan PLTM.

Pada lokasi rencana pembangunan PLTM Kaliwadas, jalan existing tersebut

terletak pada lokasi dimana rencana power house dan rencana jalan masuk menuju

ke power house akan di bangun, sehingga jalan tersebut perlu dipindahkan dengan

tidak mengurangi fungsinya secara teknis.

Jalan tersebut rencananya akan dipindahkan/digeser ke lokasi sebelah timur + 5

meter dari jalan yang lama. Untuk kriteria desain rencana pekerjaan relokasi jalan,

secara umum sama dengan kriteria desain pada rencana pekerjaan jalan masuk

menuju power house. Jalan yang akan di relokasi sepanjang 100 m dengan

perkerasan badan jalan penetrasi aspal, antara lain meliputi : aspek perencanaan

geometrik, persiapan material dan persiapan tanah dasar untuk jalan, pondasi

(40)

Page 7 - 40 Secara umum pekerjaan relokasi jalan direncanakan sebagai berikut :

Kelas Jalan : III B

Panjang Jalan, (m) : 100 m Lebar Badan Jalan, (m) : 6,00 Lebar Bahu Jalan, (m) : 1 m Kemiringan Melintang Badan Jalan : 2 % Kemiringan Melintang Bahu Jalan : 3 % Konstruksi Perkerasan Badan Jalan : Penetrasi Aspal Tebal Perkerasan, (cm) : 33 cm

7.2Perancangan Elektro Mechanical ( EM )

7.2.1 Pemilihan Turbin

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan

energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran

poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. Berdasarkan

prinsip kerjanya, turbin air dibagi menjadi dua kelompok :

- Turbin impuls (cross-flow, pelton & turgo)

untuk jenis ini, tekanan pada setiap sisi sudut geraknya lrunnernya

bagian turbin yang berputar - sama.

- Turbin reaksi ( francis - kaplan - propeller)

Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air relatif spesifik. Pada beberapa daerah

operasi memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin. Pemilihan jenis turbin

pada daerah operasi yang overlaping ini memerlukan perhitungan yang lebih

mendalam. Pada dasarnya daerah kerja operasi turbin menurut Keller2

dikelompokkan menjadi :

 Low head powerplant : dengan tinggi jatuhan air (head) sampai

10 m

(41)

Page 7 - 41

 High head power plant : dengan tinggi jatuhan air yang memenuhi

persamaan : H ≥ 100 (Q)0-113

dimana, H =head, m Q = desain debit, m3/dtk

Secara umum hasil survey lapangan mendapatkan potensi pengembangan PLTM

Kaliwadas dengan tinggi jatuhan (head) 5.5 m, yang dapat dikategorikan pada

head rendah dan medium.

Tabel Daerah Operasi Turbin

Jenis Turbin Variasi Head, m

Kaplan dan Propeller 2 < H < 20

Francis 10 < H < 350

Peiton 50 < H < 1000

Crossfiow 6 < H < 100

Turgo 50 < H < 250

Kriteria Pemilihan Jenis Turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan

dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Pada

tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem

operasi turbin, yaitu :

 Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan

untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan

jenis turbin, sebagai contoh : turbin pelton efektif untuk operasi pada head

tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah.  Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang

(42)

Page 7 - 42  Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai

contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator dengan turbin

pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat mencapai putaran

yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow berputar sangat

lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi.

Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai "kecepatan spesifik, Ns",

yang didefinisikan dengan formula :

Ns = N x P0.51 H 0.21

dimana

N = kecepatan putaran turbin, rpm

P = maksimum turbin output, kW

H = head efektif , m

Output turbin dihitung dengan formula :

P=9.81 x Q x H x qt

dimana

Q = debit air, m3/dtk H = efektif head, m

qt = efisiensi turbin

= 0.8 - 0.85 untuk turbin pelton

= 0.8 - 0.9 untuk turbin francis

= 0.7 - 0.8 untuk turbin crossfiow

= 0.8 - 0.9 untuk turbin propellerkaplan

Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu berdasarkan

data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air adalah sebagai

berikut :

Turbin Pelton 12≤Ns≤25

Turbin Francis 60≤;Ns≤300

Turbin Crossflow 40≤Ns≤200

(43)

Page 7 - 43 Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin maka perencanaan dan pemilihan

jenis turbin akan menjadi lebih mudah. Beberapa formula yang dikembangkan

dari data eksperimental berbagai jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan

estimasi perhitungan kecepatan spesifik turbin, yaitu :

Turbin Pelton (1 jet) Ns = 85.49/H0.243 (Siervo & Lugaresi, 1978)

Turbin Francis Ns = 3763/H0.854 (Schweiger & Gregory, 1989)

Turbin Kaplan Ns = 2283/H0.486 (Schweiger & Gregory, 1989)

Turbin Crossfiow Ns = 513.25/H0.505 (Kpordze & Wamick, 1983)

Turbin Propeller Ns = 2702/H0.5 (USBR, 1976)

Dengan mengetahui besaran kecepatan spesifik maka dimensi dasar turbin dapat

diestimasi (diperkirakan). Pada perencanaan PLTM ini, pilihan turbin yang cocok

untuk lokasi yang tersedia adalah Turbin Kaplan dengan head sampai 7,70 m.

Pemilihan jenis turbin tersebut berdasarkan ketersediaan teknologi secara lokal

dan biaya pembuatan/pabrikasi yang lebih murah dibandingkan tipe lainnya. Jenis turbin Kaplan yang dipergunakan pada perencanaan ini adalah Kaplan dengan

diameter runner 1.6 m. Turbin tipe ini memiliki efisiensi maksimum yang baik

sebesar 90 % dengan efisiensi pada generator 85 %. Putaran turbin Kaplan pada

head tinggi memiliki kecepatan yang tinggi. Pada sistem mekanik turbin

digunakan sistim kopling dan untuk menaikkan putaran menggunakan sistem

(44)

Page 7 - 44

Gambar 7.14 Diagram Aplikasi Berbagai Jenis Turbin

(Head Vs Debit)

Tabel Putaran Generator Sinkron (rpm)

Jumlah Pole (kutub) Frekuensi , 50 Hz

2 3000

4 1500

6 1000

8 750

10 600

12 500

(45)

Page 7 - 45 Tabel Run-away speed Turbin, N maks/N

Jenis Turbin

Putaran Nominal

N (rpm)

Runaway speed

Semi Kaplan, single regulated 75-100 2-2.4

Kaplan, double regulated 75-150 2.8-3.2

Small-medium Kaplan 250-700 2.8-3.2

Francis (medium & high head) 500-1500 1.8-2.2

Francis (low head) 250-500 1.8-2.2

Pelton 500-1500 1.8-2

Crossflow 100-1000 1.8-2

Turgo 600-1000 2

7.2.2 Pemilihan Generator dan Lain – lain

Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik. Jenis generator yang digunakan pada perencanaan PLTM

ini adalah generator sinkron, sistem eksitasi tanpa sikat (brushless exitation).

1. Generator yang digunakan adalah generator sinkron tanpa sikat dengan

pertimbangan bahwa PLTM Kaliwadas harus dapat beroperasi sendiri.

2. Karena daya yang dibangkitkan generator 2 x 200 kW, maka generator yang digunakan adalah generator dengan poros vertikal yang akan disesuaikan

dengan jenis turbin.

3. Sistem pendingin generator untuk PLTM Kaliwadas diusulkan menggunakan

sistem pendingin udara tertutup dengan udara dingin sebagai “heat excharger”

atau sistem pendingin udara terbuka. Sirkulasi udara dapat dilakukan dengan

fan yang dipasang diluar generator dan menggunakan fan pada generator itu

sendiri. Filter harus dipasang pada arah udara masuk untuk mengurangi debu

(46)

Page 7 - 46 4. Bantalan generator diusulkan untuk menggunakan tipe konvensional dengan

pendingin dan pelumas sendiri. Jika diperlukan pompa minyak untuk pelumas

dan pendinginan, maka dapat dihubungkan dengan poros generator dan unit

ini mampu untuk menghentikan turbin kalau terjadi kekurangan atau

kehilangan tekanan dalam pipa minyak.

5. Kualitas sistem isolasi belitan generator ditentukan oleh kelembaban didalam

generator itu sendiri. Oleh sebab itu diusulkan dipasang pemanas (heater)

pada generator untuk mencegah kondensasi uap air saat generator tidak

dioperasikan.

Spesifikasi generator adalah putaran 250 rpm, 50 Hz, 3 phasa dengan keluaran

tegangan 220 V/380 V. Efisiensi generator secara umum adalah :

Aplikasi < 10 kVA efisiensi 0.7 - 0.8

Aplikasi 10 - 20 kVA efisiensi 0.8 - 0.85

Aplikasi 20 - 50 kVA efisiensi 0.85 Aplikasi 50 - 100 kVA efisiensi 0.85 - 0.9

(47)

Page 7 - 47 Pemilihan Transformator

1. Transformator utama yang digunakan adalah transformator pasangan luar

(outdoor) dan untuk transformator pemakaian sendiri digunakan transformator

tipe pasangan dalam (indoor). Kapasitas transformator utama harus

disesuaikan dengan kapasitas generator, sedangkan untuk transformator

pemakaian sendiri harus disesuaikan dengan kapasitas pemakaian beban yang terdiri dari beban esensial dan non esensial di PLTM Kaliwadas.

2. Tegangan primer dari transformator utama harus sama dengan tegangan

output generator, sedangkan tegangan sekunder harus sama dengan tegangan

di sistem jaringan. Sedangkan tegangan primer pada transformator pemakaian

sendiri sama dengan tegangan di sistem jaringan dan tegangan sekundernya

sesuai dengan tegangan peralatan-peralatan yang digunakan di PLTM

Kaliwadas.

Pemilihan transformator baik transformator utama maupun transformator

pemakaian sendiri sebaiknya memperhitungkan efisiensi dari transformator

dengan tidak mengabaikan rugi-rugi dari setiap jenis transformator.

3. Spesifikasi Transformer unruk PLTM 400 kW yang diberikan oleh pabrik PT.

Trafoindo – Tangerang, sekaligus menjadi rujukan dan pertimbangan yang

akan dipakai atau digunakan di PLTM Kaliwadas adalah tramsformer yang

memiliki spesifikasi sebagai berikut:

Power Transformer

Desain Standar IEC

Kapasitas 625 kVA

Nominal High Voltage 20 kV

High Voltage Winding Insulation 24 kV

Impulse Test Voltage 125kV

Nominal Rating 400 V

Number of Phases 3

Nominal Frequency 50 Hz

(48)

Page 7 - 48

Type of Cooling ONAN

Short Circuit at 750 C 6%

Type of Tap Changer off load

Tappings 5%

in 2,5 % steps

Neutral Grounding Resistance 40Ω

Temperature Insulation Class A

Max Temperature Rise of Windings 65oC Max Temperature Rise Ambient 40oC 60oC Max Allowable Noise Level at 3 mradius 34 dB

Lokasi Outdoor

Sistem Kontrol

Sistem kontrol yang digunakan pada perencanaan PLTM ini menggunakan

pengaturan debit sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan

beban.

Diperlukan pula sistem relay yang berguna untuk menghentikan operasi

pembangkit pada keadaan darurat, disamping sistem kontrol start/stop. Hal ini

akan dilaksanakan apabila terjadi hal-hal sebagai berikut :

 Gangguan listrik pada generator

 Kecepatan putaran lebih

 Tombol emergency ditekan

 Sistem kontrol mengalami gangguan

Sistem kontrol start/stop ini dapat menggunakan panel kontrol lokal atau remote (kontrol jarak jauh) dari suatu pusat ruang kontrol. Kontrol lokal dilakukan dari

governor actuator yang terletak di lantai generator, sedangkan kontrol jarak jauh

dilakukan dari suatu pusat ruang kontrol. Kontrol jarak jauh (remote) dilakukan

pada saat operasi normal, sedangkan kontrol lokal hanya dilakukan pada saat

pengetesan dan tidak dapat dilakukan untuk mengontrol operasi paralel dengan

(49)

Page 7 - 49 Fasilitas-fasilitas yang disediakan pada panel kontrol lokal dan remote yang

terletak di ruang kontrol, seperti :

 Kontrol start / stop

 Unit kontrol lokal, termasuk sinkronisasi

 Unit instrumentasi

 Unit pengukuran

1) Kontrol pembebanan

Kontrol pembebanan minimal dilengkapi dengan fasilitas :

 Batas beban maksimum

 Batas beban minimum

 Kontrol beban

 Kontrol tegangan

2) Kontrol start/stop

Kontrol start/stop dapat dilakukan dengan 3 (tiga) cara yaitu manual, semi

otomatis dan otomatis. Urutan start/stop secara manual dilengkapi dengan sistem

interlock yang berguna untuk menghindari adanya kesalahan urutan.

- Manual

Operator harus melakukan langkah - langkah (urutan) start/stop secara manual.

Lampu indikator akan mati apabila proses telah selesai, sedangkan akan berkedip

apabila proses belum selesai.

- Semi Otomatis

Apabila operator menekan tombol start/stop maka operasi start/stop pada unit

pembangkit akan berlangsung secara otomatis. Sedangkan kontrol pembebanan

(50)

Page 7 - 50 - Otomatis

Unit pembangkit akan start/stop secara otomatis tergantung pada level air di

intake dan level set point yang dipilih.

3) Stop (berhenti) secara otomatis

Unit pembangkit akan berhenti secara otomatis dengan urutan sama seperti stop

normal apabila ketinggian air pada saluran berada dibawah minimum operating

level.

4) Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan)

Inlet valve akan diberi perintah untuk menutup dan Circuit Breaker 20 kV untuk

membuka secara serentak apabila terjadi gangguan listrik, seperti under voltage

atau overspeed rele bekerja. Hal ini akan memberi jaminan bahwa unit

pembangkit dilepas dari sistem secara cepat dan aman.

5) Emergency stop (berhenti pada keadaaan darurat)

Runner blade dikontrol pada posisi tanpa beban, kemudian inlet valve ditutup

dan Circuit Breaker 20 kV dibuka apabila terjadi gangguan mekanis, seperti

temperatur lebih.

6) Emergency shutdown

Emergency shutdown dengan urutan runner blade, inlet valve dan Circuit Breaker

20 kV di trip secara serentak, akan terjadi apabila ada gangguan listrik seperti arus

lebih.

Sistem Pengukuran / Instrumentasi

Untuk pengukuran mekanis dan listrik, diperlukan alat–alat pengukuran

konvensional, seperti amperemeter untuk sistem 20 kV dan sistem 400 Volt yang

berjumlah 1 (satu) buah masing-masing untuk tiap fase. Energi meter (KWH

Meter) dipasang pada generator dan transformator pemakaian sendiri.

Instrument dan indikator peralatan pada pembangkit yang minimal harus ada dan

(51)

Page 7 - 51 a. Turbin

- tekanan pipa pesat

- tekanan minyak servomotor runner blades

- posisi runner blades

- tekanan minyak servomotor inlet valve

- temperatur bantalan turbin

- temperatur seal draft tube

- tekanan draft tube

- batasan minyak bantalan turbin

- pengukuran debit air

b. Speed increaser (penaik kecepatan)

- batasan minyak penaik kecepatan

- temperatur penaik kecepatan

c. Generator

- temperatur bantalan generator

- batasan minyak bantalan generator

- temperatur stator

- kecepatan generator

d. Transformator utama

- temperatur minyak transformator utama

e. Rangkaian 20 kV

- pengukuran daya aktif (kW)

- pengukuran daya reaktif (kVAR)

- pengukuran arus

- pengukuran tegangan

- pengukuran frekuensi

- pengukuran jam jalan (kerja)

- pengukuran energi (KWH)

(52)

Page 7 - 52 f. Elevasi muka air

- pengukuran tinggi permukaan air

g. Sistem pemakaian sendiri

- pengukuran tegangan transformator pemakaian sendiri

- arus

- tegangan panel utama

- pengukuran energi transformator pemakaian sendiri (KWH)

- pengukuran arus standby genset

- pengukuran tegangan standby genset

- pengukuran frekuensi standby genset

- pengukuran jam kerja standby genset

7.2.3 Pemilihan Overhead Crane

Overhead Crane adalah sejenis alat crane yang bisa dipergunakan untuk

mengangkat alat-alat di rumah pompa. Pemilihan overhead crane disesuaikan dengan beban yang akan diangkat nantinya.

7.2.4 Pemilihan Trash Rack dan Stop Log

Saringan Sampah (Trash Rack)

Terdapat 2 (dua) jenis saringan yang biasa digunakan untuk perencanaan PLTM

yaitu saringan kasar (coarse screen) pada bangunan pengambilan (intake) dan

saringan halus (fine screen) pada pengambilan pipa penstock (penstock screen).

Saringan akan diletakan dengan posisi miring agak tegak dan cocok untuk

dilakukan pembersihan saring dengan jangkar (hand held rakes). Jarak antara

sumbu batang vertikal (vertical bar) diperkirakan 90 mm untuk saringan kasar

dan 35 mm untuk saringan halus. Lebar dan tingginya diatur sesuai dengan

kondisi masing-masing bangunan.

Konstruksi saringan tersebut akan didesain tahan terhadap gaya-gaya horizontal

pada arah aliran. Desain konstruksi saringan tersebut meliputi pemilihan dimensi

batang vertikal, pipa pengaku horizontal, serta kontrol terhadap lateral buckling

(53)

Page 7 - 53 Untuk ukuran panel dipilih sedemikian rupa, sehingga transportasi, pemasangan

dan perggantian yang akan datang dapat dilaksanakan dengan hanya

menggunakan kapasitas tarik dan peralatan pengangkat sederhana.

Pada perencanaan detail design PLTM Kaliwadas tidak menggunakan saringan

kasar (coarse screen), karena air dari saluran yang masuk ke kolam pengendap

pasir sudah relatif bersih dari kotoran daun-daun, ranting, dahan pohon, sehingga

adanya saringan kasar (coarse screen) dirasa tidak perlu lagi. Tetapi untuk

saringan halus (fine screen) tetap dipasang pada sebelum pipa pesat (penstock).

Direncanakan akan dibuat 2 (dua) buah trash rack halus pada lokasi tersebut.

Stop Log

Stop log adalah suatu konstruksi pintu kayu berupa susunan balok-balok persegi

yang terletak melintang pada pintu-pintu air yang berfungsi untuk menahan aliran

air saat pemeliharaan dan mempertahankan ketinggian muka air di bagian hulu

saluran agar selalu tetap. Stop log disusun dengan ketinggian sama dengan tinggi

pintu dan lebar sama dengan lebar pintu.

- Moment Lentur (M)

M = 1/8 x q x L2

dimana

q = beban air; beban terbesar pada saluran,(kg/m)

L = panjang log (m)

- Moment Statis (W)

M = 1/6 x b x h2

dimana

b = lebar log (m) h = tinggi log (m)

- Tegangan Lentur (T)

T = M/W

(54)

Page 7 - 54 Pada PLTM Kaliwadas, jumlah susunan stop log sama dengan jumlah pintu-pintu

air yang ada yaitu sebanyak 8 buah.

7.3Perancangan Electrical dan Transmisi

Generator PLTM Kaliwadas membangkitkan energi sebesar 2 X 200 kW dengan

tegangan 400 V 3 phasa. Adapun pemakaian power yang dibangkitkan seluruhnya

adalah untuk dijual ke PLN.

Tegangan yang keluar dari generator pembangkit untuk masuk ke sistem jaringan

PLN, tegangan tersebut dinaikkan dengan menggunakan travo step up daya 1600

kVA dari tegangan 400 V menjadi tegangan 20 kV. Listrik tersebut kemudian

disalurkan melalui jaringan transmisi 20 kV PLTMH Kaliwadas ke jaringan listrik 20

kV PLN terdekat.

Untuk mencatat besaran listrik yang keluar di pembangkit dengan yang terserap PLN,

direncanakan dipasang 2 unit KWH meter, lokasinya 1 unit di unit pembangkit dan 1

unit di titik interkoneksi PLN. Untuk keamanan pada saat terjadinya trouble shooting

pada jaringan transmisi PLTMH Kaliwadas, maka direncanakan sebelum titik