PERENCANAAN DAM DAN SPILLWAY YANG DILENGKAPI PLTMH DI KAMPUS TEMBALANG

(1)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 181 JOKO SANTOSO L2A 001 086

5. BAB V

PERENCANAAN STRUKTUR

PERENCANAAN STRUKTUR

5.1. TINJAUAN UMUM

Perencanaan struktur dam meliputi perhitungan – perhitungan konstruksi tubuh dam dan PLTMH yaitu perencanaan spillway yang meliputi bentuk dan ukuran crest spillway, peralihan mercu spillway ke saluran peluncur, koordinat lengkung mercu spillway bagian hulu dan hilir, saluran peluncur sampai bangunan peredam energi. Dalam perencanaan tubuh dam, komponen-komponen yang perlu diperhatikan adalah dimensi dan stabilitas dam. Perencanaan PLTMH meliputi perhitungan daya yang dihasilkan, penentuan turbin, pipa pesat dan instalasi pengatur air serta perencanaan saluran pembuangan.

5.2. PERENCANAAN TUBUH DAM

5.2.1. Tinggi Dam

Tinggi tubuh dam ditentukan berdasarkan kapasitas desain kolam dam yang terpilih yaitu 57795,503 m3 . Berdasarkan grafik hubungan antara elv. dan kapasitas kolam maka direncanakan puncak bendung terletak pada elevasi +179,245 m.

Dari hasil flood routing didapat elv. muka air banjir +183,234 m. Sedangkan Elevasi dasar kolam +165 dan elevasi tanah dasar dam +165 ditambah tinggi jagaan, maka tinggi dam adalah :

Tinggi dam = ( (+183,234) - (+165) ) = 18,234 m

(2)

Untuk mendapatkan tinggi puncak dam maka perlu dicari tinggi jagaan. Tinggi jagaan adalah jarak bebas antara mercu dam dengan permukaan air maksimum rencana. Tinggi jagaan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Hfh + (hw atau

(Sosrodarsono & Takeda, 1999) di mana :

Hf = tinggi jagaan (tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air dam) (m)

h = tinggi kenaikan permukaan air akibat timbulnya banjir abnormal(m) hw = tinggi ombak akibat tiupan angin (m)

he = tinggi ombak akibat gempa (m)

ha = tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air dam, apabila terjadi

kemacetan-kemacetan pada pintu bangunan pelimpah. (m)

hi = tinggi tambahan yang didasarkan pada tingkat urgensi dari dam(m) Untuk mendapatkan tinggi jagaan, maka perlu dicari h, hw, he, ha, hi.

1. Tinggi kenaikan permukaan air yang disebabkan oleh banjir abnormal

(h) dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :

T

Qo = Debit banjir rencana (m³/dt )

Q = Debit Outflow bangunan pelimpah untuk banjir abnormal(m³/dt)  = 0,2 untuk bangunan pelimpah terbuka

 = 1,0 untuk bangunan pelimpah tertutup h = kedalaman pelimpah rencana (m)

(3)

T = durasi terjadinya banjir abnormal (1 s/d 3 jam) Untuk perhitungan digunakan data-data sebagai berikut :

Qo = 95,414 m³/dt

2. Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin (hw)

Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin sangat dipengaruhi oleh panjangnya lintasan ombak (F) dan kecepatan angin di atas permukaan air dam. Panjang lintasan ombak yang dipakai adalah Feff sebesar

253 m. Sedangkan kecepatan angin (maksimal) di atas permukaan air dam diambil dari data di stasiun BMG Semarang yaitu 20 m/det. Dengan kemiringan hulu 1:3 dan permukaan lereng hulu direncanakan terdiri dari hamparan batu pelindung (kasar).

(4)

Gambar 5-2 Panjang Lintasan Ombak Efektif

(5)

3. Tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa (he)

Digunakan data-data pada tabel berikut :

Tabel 5.1 Koefisien Gempa

Zone Koefisien (Z) Keterangan

A

(Sumber : DHV Consultant, 1991)

Tabel 5.2 Percepatan Dasar Gempa

Periode Ulang (tahun) Percepatan dasar gempa (Ac) (cm/dt²) (Sumber : DHV Consultant, 1991)

Tabel 5.3 Faktor Koreksi

Tipe Batuan Faktor (V)

Rock Foundation Diluvium (Rock Fill Dam)

(6)

digunakan yaitu:

(1). Koefisien gempa (z) = 0,80

(2). Percepatan dasar gempa (Ac) = 181,21 cm/dt²

(3). Faktor koreksi (V) = 1,1

(7)

(8)

sebagai berikut :

e =

Didapatkan tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa adalah :

0

e = Intensitas seismis horizontal  = Siklus seismis ( 1 detik )

Jadi tinggi puncak ombak di atas permukaan air rata-rata 2

e

h

= 0,313 m.

4. Kenaikan permukaan air dam yang disebabkan oleh ketidaknormalan

operasi pintu – pintu bangunan pelimpah (ha)

(9)

5. Angka tambahan tinggi jagaan yang didasarkan pada tipe dam (hi)

Mengingat limpasan melalui mercu dam urugan sangat riskan, maka untuk dam tipe ini angka tambahan tinggi jagaan (hi) ditentukan sebesar 1,0 m (hi = 1,0 m). (Sosrodarsono & Takeda, 1978). Berdasarkan data perhitungan tersebut di atas di mana :

h 0,267 m

hw 0,15 m

2

e

h

0,313 m

ha 0,5 m

hi 1,0 m

Tinggi jagaan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Hfh + (hw atau

2

e

h

) + ha + hi

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) Hf hw +

2

e

h

+ ha + hi

 Alternatif tinggi jagaan 1

Hfh + hw + ha + hi

Hf = 0,267 + 0,15+ 0,5 + 1,0

= 2,017 m

Hfh +

2

e

h

+ ha + hi

Hf = 0,267 + 0,313 + 0,5 + 1,0 = 2,080 m

Hf hw +

2

e

h

+ ha + hi

(10)

standard untuk tinggi jagaan pada bendungan urugan adalah sebagai berikut:

 Lebih rendah dari 50 m Hf ≥ 2,0 m

 Dengan tinggi jagaan 50 s/d 100 m Hf ≥ 3,0 m

 Lebih Tinggi dari 100 m Hf ≥ 3,5 m

(Sosrodarsono & Takeda, 1978)

Dari ketiga alternatif tinggi jagaan tersebut diambil tinggi jagaan 3 m.

Tinggi puncak Dam = tinggi dam + tinggi jagaan

= 18,234 + 3

= 21,234 m.

Jadi elevasi puncak dam = Elevasi dasar dam + Tinggi Puncak

= +165,00 + 21,234 m

(11)

5.2.3. Kemiringan Tubuh Tanggul

Kemiringan lereng tanggul adalah perbandingan antara panjang garis vertikal yang melalui puncak dengan panjang garis horizontal yang melalui tumit masing masing.

Untuk kemiringan lereng hulu = 1 : 3 Untuk kemiringan hilir = 1 : 2,25

Tabel 5.4 Kemiringan Tanggul yang diajurkan

Material Urugan Material Utama

Kemiringan Lereng

Vertikal : Horisontal

Hulu Hilir

1. Urugan homogen

2. Urugan majemuk a.Urugan batu dengan inti

lempung atau dinding

diafragma

b. Kerikil-kerakal dengan

inti lempung atau dinding

diafragma

CH

CL

SC

GC

GM

SM

Pecahan batu

Kerikil-kerakal

1 : 3

1 : 1,50

1 : 2,50

1 : 2,25

1 : 1,25

1 : 1,75

(Sumber: Ibnu Kasiro dkk,1994)

5.2.4. Panjang Dam

(12)

Lebar mercu dam minimum dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :

B = 3,6 H1/3 – 3,0 (Sosrodarsono & Takeda, 1978)

di mana :

H = Tinggi Dam ( 21,234 m )

Maka B = 3,6 (21,234)1/3 – 3,0 = 6,968 m

Karena digunakan dam urugan tipe homogen, maka untuk memberikan rasa aman terhadap kestabilan terhadap longsornya lapisan kedap air lebar dam dibagian puncak dam diambil 7 m.

5.3. PERHITUNGAN STABILITAS TUBUH DAM

Tinjauan stabilitas tubuh dam meliputi tinjauan terhadap : 1. Stabilitas lereng dam terhadap filtrasi

2. Stabilitas lereng dam terhadap longsor

5.3.1. Stabilitas Lereng Dam Terhadap Aliran Filtrasi

Stabilitas lereng dam terhadap rembesan ditinjau dengan cara sebagai berikut:

1. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi sesuai dengan garis parabola

diketahui :

h = 18,234 m (kondisi FSL) l1 = 54,702 m

l2 = 58,527 m

 = 23,96º

d = 0,333.l1l2_{= (0,333 . 54,702) + 58,527 = 76,743 m}

(13)

HILALUDIN L2A 001 078 193

0 (Sosrodarsono & Takeda, 1978)

=



18,234

 

2  76,743



2 76,743 = 2,136 m

Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan persamaan :

2

Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut :

X - 1,068 0 5 10 15 20 25 30

Y 0,000 2,136 5,091 6,876 8,285 9,487 10,553 11,521

x 35 40 45 50 55 60 65 70

y 12,413 13,245 14,029 14,770 15,477 16,152 16,800 17,424

Untuk  kurang dari 300, harga a =

dapat ditentukan nilai :



Sehingga didapat nilai :

(14)

y0 = 2.136

L1 = 54.702 L2 = 58.527

7.000

+ 185.234 dpl

+ 165 dpl 16.411

d = 76.743

a + d_{a = 2} 4.787

a0 = 1.068 MAB

+ 183.234 dpl

Dari hasil perhitungan didapat garis depresi aliran yang keluar melalui lereng hilir dam sehingga tidak aman terhadap bangunan untuk itu perlu digunakan drainase kaki maupun drainase alas.

Gambar 5-5 Garis Depresi Pada Bendungan Homogen (Sesuai Dengan Garis Parabola)

2. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi dengan menggunakan

drainase kaki

diketahui :

h = 18,234 m (kondisi FSL)

l1 = 54,702 m

l2 = 53,527 m

 = 135º

d = 0,333.l₁l₂= (0,333 x 54,702) + 53,527 = 71,742 m maka :

d d h

Y  2 2 

0 =



18,234

 

71,742

 

71,742



2

2 _ _

= 2,280 m

Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan persamaan :

2 0 0.

2y x y

(15)

+ 183.234 dpl MAB

d = 71.742

Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut :

x -1,14 0 5 10 15 20 25 30

y 0 2,280 5,291 7,127 8,579 9,818 10,918 11,916

x 35 40 45 50 55 60 65 70

y 12,837 13,697 14,505 15,271 16,000 16,697 17,367 18,011

Untuk  = 1350, berdasarkan grafik pada Gambar 2.13 didapat nilai C =

Gambar 5-6 Garis Depresi Pada Bendungan Homogen Dengan Drainase Kaki

3. Jaringan Trayektori aliran filtrasi (seepage flow-net)

Kapasitas aliran filtrasi asumsi Kh = Kv

Dengan menggunakan rumus jaringan trayektori aliran sebagai berikut:

L

di mana :

(16)

Ne = angka pembagi dari garis equipotensial

k = koefisien filtrasi

H = tinggi tekanan air total (m)

L = panjang profil melintang tubuh dam (m) Dari data yang ada di dapat :

Nf = 4 (asumsi)

Ne = 8 (asumsi)

k = 5x10-6 cm/det = 5x10-8 m/dt (asumsi) H = 18,234 m

L = 113,2285 m

Maka debit aliran filtrasi adalah sebagai berikut :

Q = 5 10 18,234 113,2285 8

4_  8 

   

 

= 5,161 x 10-5 m³/dt = 5,161 x 10-5 .60.60.24 = 4,459 m³/hari

Syarat, Q < 2% Q inflow (0,02 x 95,414 =1,908 m³/dt)rata-rata waduk

11 3.2 29

1 2 3 4 5 6 7 8

4 3

2 1

MA B

Gambar 5-7 Jaringan Trayektori

4. Tinjauan terhadap gejala sufosi (piping) dan sembulan (boiling)

(17)

di mana :

c = kecepatan kritis

w1 = berat butiran bahan dalam air = 0,92 t/m³

g = gravitasi = 9,8 m/det²

F = luas permukaan yang menampung aliran filtrasi

= 2 m x 1 m = 2 m²(untuk per satuan meter panjang bidang)

Kecepatan rembesan yang terjadi pada dam adalah :

V = k . i = l h k_. 2

di mana :

5.3.2. Stabilitas Lereng Dam Terhadap Longsor

(18)

Perhitungan menggunakan metode irisan bidang luncur.

Data Teknis

Tinggi Dam = 20,234 m

Tinggi Air = 18,234 m

Elevasi Air Waduk = + 183,234 m (FSL) Lebar Mercu Dam = 7 m

Kemiringan Hulu = 1 : 3 Kemiringan Hilir = 1 : 2,25

Tabel 5.5 Kondisi Perencanaan Teknis Material Urugan sebagai Dasar Perhitungan Zone tubuh

Kekuatan Geser γ timbunan dalam beberapa kondisi Intensitas beban

dam Basah Kering seismis horisontal

C (t/m³) Φ (0) γsat (t/m³) γd (t/m³) (e)

Zone kedap air 0,6 18 1,712 1,209 0,147

Untuk perhitungan kestabilan terhadap longsor digunakan persamaan berikut





e e s

T T

tg N U N Cl F

  

    

 .  ; F_s > 1,2

(19)

JOKO SANTOSO L2A 001 086

(20)

HILALUDIN

L2A 001 078

200 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Tabel 5.6 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Baru Selesai dibangun Bagian Hulu

(21)

Tugas Akhir

HILALUDIN

L2A 001 078

201 JOKO SANTOSO L2A 001 086

(22)

HILALUDIN

L2A 001 078

202 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Tabel 5.7 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Baru Selesai dibangun Bagian Hilir

(23)

Tugas Akhir

Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN

L2A 001 078

203 JOKO SANTOSO L2A 001 086

(24)

HILALUDIN

L2A 001 078

204 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Tabel 5.8 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mencapai Elevasi Muka Air Banjir Bagian Hulu

(25)

Tugas Akhir

Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN

L2A 001 078

205 JOKO SANTOSO L2A 001 086

(26)

HILALUDIN

L2A 001 078

206 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Tabel 5.9 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mencapai Elevasi Muka Air Banjir Bagian Hilir

(27)

Tugas Akhir

Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN

L2A 001 078

207 JOKO SANTOSO L2A 001 086

(28)

HILALUDIN

L2A 001 078

208 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Tabel 5.10 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mengalami Penurunan Air Mendadak (Rapid Dradown)

(29)

5.4. PERENCANAAN PELIMPAH (SPILLWAY)

Spillway atau bangunan pelimpah adalah bangunan yang berfungsi untuk mengalirkan air banjir di dalam reservoir sehingga air banjir tersebut tidak merusak tubuh dam. Dalam perencanaan ini, bangunan pelimpah yang akan direncanakan adalah ambang berbentuk bendung pelimpah. Bangunan pelimpah biasanya terdii dari empat bagian utama yaitu:

1. Saluran pangarah aliran 2. Saluran pengatur aliran 3. Saluran peluncur 4. Peredam energi

5.4.1. Saluran Pengarah aliran

Saluran pengarah aliran dimaksudkan agar aliran air senantiasa dalam kodisi hidrolika yang baik dengan mengatur kecepatan alirannya tidak melebihi 4 m/det dengan lebar semakin mengecil ke arah hilir. Apabila kecepatan aliran melebihi 4 m/det, maka aliran akan bersifat helisoidal dan kapasitas alirannya akan menurun. Disamping itu aliran helisoidal tersebut akan mengakibatkan peningkatan beban hidrodinamis pada bangunan pelimpah tersebut.

Berdasarkan pengujian-pengujian yang ada saluran pengaruh aliran ditentukan sebagai berikut :

Gambar 5-13 Saluran Pengarah Aliran dan Ambang Pengatur Debit pada Bangunan Pelimpah

W H

V < 4 m/det

V

(30)

Ketinggian air di atas mercu H = 183,234 – 179,245 = 3,989 m Qoutyang melewati spillway Q = 95,19 m³/det

Maka :

H

W .

5 1 

989 , 3 5 1



W = 0,797 m



W dipakai = 2 m > 0,797 m

5.4.2. Saluran Pengatur Aliran

5.4.2.1. Tipe Bendung Pelimpah (over flow weir type)

Dipakai tipe bendung pelimpah dengan menggunakan metode yang dikembangkan oleh U.S.B.R. Dari analisis data sebelumnya, maka hasil perhitungannya adalah sebagai berikut :

Q = Qout lewat spillway = 95,19 m³/det

L = lebar mercu bendung = 12 m

Tinggi tekanan kecepatan aliran di dalam saluran pengarah :

Gambar 5-14 Saluran Pengarah Aliran dan Ambang Pengatur Debit pada Bangunan Pelimpah

V

Hv

He

d

h

+183,234

+ 179,,245

(31)

Asumsi Bef = B = 12 m

Misal kedalaman air dalam saluran h = 5,989 m, maka : Luas penampang basah di dalam saluran ini adalah : A = 5,989 x 12 = 71,868 m²

Kecepatan aliran :

  

Jadi tinggi kecepatan aliran :





5.4.2.2. Penampang Bendung

Bentuk dan Ukuran Crest Spillway dihitung berdasarkan Civil Engineering Department US Army – US & DS Profile. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut :

1. Rumus DS Profile

y Hd x1.85 2 0.85

2. Rumus untuk US Profile

(32)

Gambar 5-15 Koordinat Penampang Memanjang Ambang Pengatur Debit pada Bangunan Pelimpah

dimana :

US Profile = profil bangunan pelimpah bagian hulu DS Profile = profil bangunan pelimpah bagian hilir

x = absis

y = ordinat

a = 0,175 Hd

b = 0,282 Hd

 Koordinat Lengkung Mercu Spillway Bagian Hilir

Penampang lintang sebelah hilir dari titik tertinggi mercu bendung dapat diperoleh dengan Rumus lengkung Harold sebagai berikut:

Rumus lengkung Harold

Y

Bagian yang lebih ke hilir dari lengkung diteruskan dengan rumus :

85

titik nol dari koordinat X,Y

(33)

Tabel 5.11 Koordinat Penampang Ambang Bendung Pelimpah

Koordinat Lengkung Koordinat Setelah Lengkung

X y x y

0,28 0,014 0,28 0,095

0,55 0,051 0,55 0,172

0,83 0,108 0,83 0,242

1,10 0,184 1,10 0,309

1,38 0,278 1,38 0,374

1,65 0,390 1,65 0,437

1,93 0,518 1,93 0,498

2,20 0,663 2,20 0,558

2,48 0,825 2,48 0,617

2,75 1,002 2,75 0,674

3,03 1,196 3,03 0,731

3,30 1,404 3,30 0,787

3,58 1,629 3,58 0,843

3,85 1,868 3,85 0,898

4,13 2,122 4,13 0,952

4,40 2,391 4,40 1,005

 Lengkung Mercu Spillway Bagian Hulu

Penampang lintang sebelah hulu dapat diperoleh dengan rumus sebagai berikut:

Untuk  r1 = 0,5 . Hd = 0,5 . 3,989 = 1,994 m

(34)

O = 12,5° y

C B

A

8 .80 m 9.0 0 m M A N

M A B

S = 1 : 1 0 0 .90 m + 1 83 ,23 4

+ 1 79 ,24 5

+ 1 77 ,24 5

Saluran transisi diperlukan karena adanya perubahan bentuk penampang saluran pengatur dengan saluran peluncur.

Bentuk saluran transisi ditentukan sebagai berikut :

Gambar 5-16 Skema Bagian Transisi Saluran Pengarah pada Bangunan Pelimpah

Dengan ketentuan tersebut diatas dan keadaan topografi yang ada dimana b1 = 12 m, b2 = 8 m maka :

 y = 2 m

 l = y/tgθ = 9 m

 s = 1 : 10

(35)

5.4.3. Saluran Peluncur

5.4.3.1. Peralihan Mercu Spillway ke Saluran Peluncur

Pada perencanaan bangunan pelimpah antara tinggi mercu dengan bangunan peredam energi diberi saluran peluncur (flood way). Saluran peluncur ini berfungsi untuk mengalirkan air, agar air yang melimpah dari mercu dapat mengalir dengan lancar tanpa hambatan-hambatan hidrolis. Untuk mencari kedalaman air di bagian kaki spillway, dengan menggunakan rumus :



B

Dalam kondisi tersebut kecepatan aliran pada lereng bagian hilir spillway tidak dipengaruhi koefisien debit, maka :

(36)

Data perencanaan yang telah diperoleh dari perhitungan sebelumnya adalah sebagai berikut :

 Q outflow = 95,19 m³/det

a. Kedalaman kritis (Yc) saluran peluncur :

g

Maka : yu < Yc, berarti aliran yang terjadi adalah aliran super kritis.

b. Kecepatan kritis (Vc)

Yc

Saluran peluncur direncanakan dengan penampang berbentuk segi empat untuk aliran kritis maupun non kritis, saluran peluncur direncanakan dengan kemiringan seperti tertera pada gambar 5.18 ke arah hilir hingga berakhirnya spillway. Saluran peluncur direncanakan dengan kemiringan saluran sebesar 1/2 ke arah hilir hingga berakhirnya spillway. Saluran peluncur ini disambung dengan bangunan peredam energi ( energy dissipater ).

Saluran peluncur dalam perencanaan ini dibentuk sebagai berikut :  Tampak atas lurus.

 Penampang melintang berbentuk segi empat.  Kemiringan diatur sebagai berikut :

(37)

6

.2

5

0

2 0.0 00 2 5.0 00

SALU R AN PE LU N C U R 4

1 P EN AMPAN G L U R US

PE NA MPAN G TE R OM PET

Gambar 5-18 Penampang Memanjang Saluran Peluncur (Hasil Analisa)

Bagian yang berbentuk terompet pada ujung saluran peluncur bertujuan agar aliran dari saluran peluncur yang merupakan aliran super kritis dan mempunyai kecepatan tinggi, sedikit demi sedikit dapat dikurangi akibat melebarnya aliran dan aliran tersebut menjadi semakin stabil.

8

m

20 m

1

0

.4

0

m

Gambar 5-19 Bagian Berbentuk Terompet pada Ujung Hilir Saluran Peluncur

(38)

9.00 m

C B

A

8.80 m MAN

MAB + 183.234

+ 177.245 + 179.245

25.00 m 20.00 m

D

E

+ 175.745

+ 174.845

+ 170.395

+ 165.395

Gambar 5-20 Potongan Memanjang Spillway (Hasil Analisa)

Garis dasar saluran ditentukan dengan perhitungan hidrolik yang dilakukan dengan rumus Bernoulli sebagai berikut :

Gambar 5-21 Skema Penampang Memanjang Aliran pada Saluran

V1

hd1

1

hv1

l

l1 V2

2

hd2

h1 hv2

(39)

Elevasi ambang hilir = elevasi ambang udik

e

g

V1 : kecepatan aliran air pada bidang-1

V2 : kecepatan aliran air pada bidang-2

hd1 : kedalaman air pada bidang-1

hd2 : kedalaman air pada bidang-2

l1 : panjang lereng dasar diantara bidang-1 dan bidang-2

l : jarak horisontal diantara bidang-1 dan bidang-2

R : radius (jari-jari) hidrolika rata-rata pada potongan saluran yang diambil S0 : kemiringan dasar saluran

S : kemiringan permukaan aliran

hl : kehilangan energi karena gesekan dan lain-lain

he : perbedaan tinggi antara garis energi dengan permukaan air

(40)

 Jari-jari hidrolis rata-rata

R = A/(2Hd+ B) = 3,597 m

Dengan menggunakan rumus :

(41)

 Dengan demikian tinggi tekanan total diperoleh : Hd2 + he = 0,991 + 3,354 = 4,345 m < 10,584 m

 Dicoba lagi dengan asumsi kecepatan aliran yang berbeda :

V2 B hd2 A2 R2 Rrata Vrata Hv2 hv1 hl he+hd 13 12 0,610 7,322 0,554 0,996 7,162 8,614 0,089 0,082 9,395 13,883 12 0,571 6,855 0,522 0,938 7,606 9,829 0,089 0,100 10,584 14 12 0,567 6,799 0,518 0,931 7,662 9,990 0,089 0,103 10,749

 Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 13,883 m/det didapatkan hd+he = 10,584 m ~ 10,584 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka: he = (he+hd) – hd2 = 10,584 m – 0,571 = 10,013 m

hv = he – hl = 10,013 – 0,100 = 9,913 m  Froude number pada titik B adalah :

Fr =

2 2

.hd g

V

=

571 , 0 * 81 , 9

887 , 13

= 5,867

 Di titik C :

 Tinggi energi potensial di bidang C = hd + he

= 3,989 + (179,245 – 171,75 ) = 3,989 + 7,495

= 11,484 m

 ∆l = 17,8 m

 ∆l1 = 18,476 m

 Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di C berturut-turut sesuai tabel sehingga didapatkan :

(42)

= 11,484 m ~ 11,484 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka: he = (he+hd) – hd2 = 11,484 – 0,547 = 10,937 m

 Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di D berturut-turut sesuai tabel sehingga didapatkan :

(43)

= 3,989 + (179,245 – 160,5 ) = 3,989 + 18,745

= 22,734 m

 ∆l = 62,8 m

 ∆l1 = 64,860 m

 Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di E berturut-turut sesuai tabel sehingga didapatkan :

 Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 19,886 m/det didapatkan hd+he = 22,735 m ~ 22,734 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka: he = (he+hd) – hd2 = 22,735 – 0,399 = 22,336 m

hv = he – hl = 22,336 – 2,091 = 20,245 m  Froude number pada titik E adalah :

Fr =

2 2

.hd g

V

=

399 , 0 * 81 , 9

19,886

= 10,051

5.4.5. Peredam Energi

Bangunan peredam energi digunakan untuk menghilangkan atau setidaknya mengurangi energi air yang melimpah dengan energi yang tinggi dari bangunan pelimpah agar tidak merusak bangunan atau instalasi lain di sebelah hilir bangunan pelimpah. Suatu bangunan peredam energi yang berbentuk kolam, dimana prinsip peredam energinya yang sebagian besar terjadi akibat proses pergesekan di antara molekul-molekul air, sehingga timbul olakan-olakan di dalam kolam tersebut dinamakan peredam energi tipe kolam olakan.

Dalam perencanaan dam ini menggunakan bangunan peredam energi tipe kolam olak USBR. Penggolongan tipe kolam olak USBR adalah :

 USBR I : Bilangan Froude < 4,5

(44)

 USBR IV : Bilangan Froude 2,5 < Fr < 4,5

Perhitungan kolam olak digunakan rumus-rumus sebagai berikut :

V q Y 

Y g V Fr

 

Dimana :

V = Kecepatan awal loncatan (m/dt)

g = Percepatan gravitasi = 9,81 m²/dt

B = Lebar saluran = 12 m

Fr = Bilangan froude Y = tinggi konjugasi Perhitungan :

V = 19,886 m³/dt Y = Q/B V

Y = 95,19 / (12 x 19,886) Y = 0,398 m

Fr =

gY

V _{= 19,886 / ( 9,81 . 0,398)}0,5

= 10,051

Tipe kolam olak yang digunakan ditentukan berdasarkan nilai Fr dan V. Fr = 10,051

V = 19,886 m/det

(45)

Gambar 5-22 Bentuk Kolam Olakan

a Panjang kolam olakan

Ukuran panjang kolam olakan tergantung pada bilangan Froude aliran yang akan melintasi kolam tersebut. Karena Froude number > 4,5 maka digunakan kolam olak type USBR type III.

Gambar 5-23 Panjang Loncatan Hidrolis pada Kolam Olakan Datar

(46)

d1

d 1 d1

0 .5d 1

h3

0.3h3

h3 0.5h3

0.75h3

0.8d2

 Kondisi sesungguhnya pada kolam olakan type III

- Dengan Fr = 10,051, dari grafik didapatkan nilai L/d2 = 2,7 - D2/D1 = 0,5 x



1 8



1

2

1 

 F

- D2/0,398 = 0,5 x (18.10,0512) -1

- D2 = 5,262 m

- L = 2,7 x 5,262 = 14,209 m ~ dipakai 15 m

b Gigi-gigi pemencar aliran, gigi-gigi benturan dan ambang ujung hilir kolam olakan

Gigi-gigi pemencar aliran yang berfungsi sebagai pembagi berkas aliran terletak di ujung saluran sebelum masuk ke dalam kolam olakan. Sedangkan gigi-gigi benturan yang berfungsi sebagai penghadang aliran serta mendeformir loncatan hidrolis menjadi pendek terletak pada dasar kolam olakan. Adapun ambang ujung hilir kolam olakan dibuat rata tanpa bergerigi.

Gambar 5-24 Ukuran gigi-gigi pemencar dan gigi-gigi benturan aliran

1. Dimensi kolam olakan

 Ukuran kolam olakan adalah 10,40 m x 15 m

 Ukuran gigi-gigi pemencar aliran adalah Dl = 0,398 m ≈ 0,4 m, karena lebar ujung saluran peluncur adalah 10 m maka jumlah gigi-gigi dibuat = 25 buah @ 40 cm, jarak antara gigi-gigi-gigi-gigi = 40 cm dan jarak tepi ke dinding masing-masing = 40 cm

cek jumlah jarak = 13 x 0,4 + 12 x 0,4 + 2 x 0,4 = 10,40 m

(47)

karena lebar kolam olakan adalah 15 m maka jumlah gigi-gigi dibuat = 9 buah @ 0,95 m, jarak antara gigi-gigi = 0,75 x h3 = 0,75 x 0,95 = 0,712 m ≈ 0,7 m dan jarak tepi ke dinding masing-masing = 0,5 x h3 = 0,5 x 0,95 = 0,475 m ≈ 0,5 m.

cek jumlah jarak = 9 x 0,93 + 8 x 0,7 + 2 x 0,5 = 15,00 m.

 Ukuran ambang ujung hilir kolam olakan dengan mengacu pada gambar 5.25 didapatkan nilai h4/d1 = 1,50  h4 = 1,50 x 0,398 = 0,597 m dengan kemiringan 1 : 2

 Jarak antara gigi-gigi pemencar aliran s/d gigi-gigi benturan (tepi ke tepi) adalah : 0,8 d2 = 0,8 x 5,262 = 4,209 m

Gambar 5-25 Tinggi Gigi Benturan dan Ambang Hilir pada Kolam Olakan Datar Type III

2. Tinggi jagaan

Tinggi jagaan pada bangunan pelimpah (spillway) dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Fb = C . V . d

atau

Fb = 0,6 + 0,037 . V. 3

1

d

Fb minimal = 0,5 s/d 0,6 m di atas permukaan al

Fb = tinggi jagaan

C = koefisien = 0,1 untuk penampang saluran berbentuk persegi panjang dan 0,13 untuk penampang berbentuk trapesium

V = kecepatan aliran (m/det)

(48)

 d2 = 5,262 m  b = 10 m

 A = 5,262. 10,4 = 54,724 m²

 V = Q/A = 95,19/54,724 = 1,739 m/det  Tinggi jagaan :

Fb = 0,10 . 1,739 . 5,262

Fb = 0,915

Atau

Fb = 0,6 + (0,037 . 1,739 . 5,2621/3) Fb = 0,71 m

Dipakai nilai tertinggi yaitu Fb = 0,915 m ≈ Fb = 1,00 m

5.5. ANALISIS STABILITAS BANGUNAN PELIMPAH

Perhitungan stabilitas konstruksi bangunan pelimpah ditinjau dengan dua kondisi sebagai berikut :

1. Kondisi muka air normal

 Akibat Berat Sendiri

Rumus : G Vol Dimana :

G = Berat konstruksi (ton) V = Volume (m3)

 = Berat jenis pasangan batu (2,2 ton/m3)

Jarak ditinjau ke titik G selanjutnya perhitungan disajikan dalam tabel berikut :

Tabel 5.12 Perhitungan Gaya Akibat Berat Sendiri

No X Y γ G =vol . γ jarak momen

(ton) (m) (ton m)

G1 2,00 2,00 2,2 8,80 1,00 8,80

G2 6,00 1,00 2,2 12,10 5,00 60,5

G3 6,00 4,00 2,2 26,40 6,00 158,4

(49)

No X Y γ G =vol . γ jarak momen

(ton) (m) (ton m)

G5 2,60 1,00 2,2 5,72 7,50 42,90

G6 1,60 4,50 2,2 15,84 8,30 131,47

G7 1,60 0,50 2,2 1,17 8,03 9,43

Jumlah 71,13 362,13

(sumber: perhitungan)

 Akibat Gaya Gempa

Gaya akibat beban gempa berupa gaya horizontal (He) dan momen (M), besarnya :

G E

He 

Dimana E adalah koefisien gempa = 0,14 Tabel 5.13 Gaya Akibat Gaya Gempa

No Berat

bangunan

E Gaya jarak momen

(ton) Horizontal (m) (ton m) (He=G.0,14)

G1 8,80 0,14 1,23 1,00 1,23

G2 12,10 0,14 1,69 4,75 8,05

G3 26,40 0,14 3,70 4,00 14,78

G4 1,10 0,14 0,15 5,87 0,90

G5 5,72 0,14 0,80 7,50 6,01

G6 15,84 0,14 2,22 8,30 18,41

G7 1,17 0,14 0,16 8,03 1,32

9,96 50,70

 Akibat Gaya Angkat (Uplift Pressure)

Tekanan air tanah (Px) dihitung dengan rumus : H

Hx Px  Dimana :

Px = tekanan air pada titik x (T/m2) Lx = jarak jalur rembesan pada titik x (m) L = panjang total jalur rembesan (m) Hw = beda tinggi energi

(50)

Tabel 5.14 Perhitungan Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Air

Titik Garis _Lane Panjang Rembesan H=Lw/Cw Hx Px=Hx-H V H 1/3H Lw Cw = 5,98

A 0,00 0,00 2,00 2,00

A-B 1,00

B 1,00 0,17 3,00 2,83

B-C 0,25 0,08

C 1,08 0,18 3,00 2,82

CD 0,50

D 1,58 0,26 2,50 2,24

D-E 1,00 0,33

E 1,92 0,32 2,50 2,18

E-F 0,50

F 2,42 0,40 3,00 2,60

F-G 0,50 0,17

G 2,58 0,43 3,00 2,57

G-H 0,50

H 3,08 0,52 2,50 1,98

H-I 1,00 0,33

I 3,42 0,57 2,50 1,93

I-J 0,50

J 3,92 0,65 3,00 2,35

J-K 0,50 0,17

K 4,08 0,68 3,00 2,32

K-L 0,50

L 4,58 0,77 2,50 1,73

L-M 1,00 0,33

M 4,92 0,82 2,50 1,68

M-N 3,00

N 7,92 1,32 5,00 3,68

N-O 2,60 0,87

O 8,78 1,47 5,00 3,53

O-P 1,00

P 9,78 1,64 4,00 2,36

(51)

Titik Garis Lane

Panjang Rembesan H=Lw/Cw

Hx Px=Hx-H

Angka rembesan (Cw) =

Hw

Tabel 5.15 Perhitungan Gaya Angkat

Gaya Luas x Tekanan

Gaya

Vertikal Jarak

Momen Vertikal (ton) (m) (ton m) U1 (2,6.3,53)+(0,5.3,53.(3,68-3,53)) 9,372 7,50 70,287 U2 (1.2,36)+(0,5.1.(3,53-2,36)) 2,948 1,10 3,243 U3 (3,2.2,19)+(0.5.3,2.(2,36-2,19)) 7,282 4,75 34,592 U4 (2.2,91)+(0,5.2.(3,02-2,91)) 5,928 1,00 5,928

Jumlah 25,530 114,049

Tabel 5.16 Perhitungan Gaya Hidrostatis

Gaya Luas x Tekanan

Gaya

Horizontal Jarak

Momen Vertikal (ton) (m) (ton m)

(52)

Gaya Luas x Tekanan

Gaya

Horizontal Jarak

Momen

 Akibat Tekanan Tanah

Berdasarkan data penyelidikan tanah dari laboratorium mekanika tanah Teknik Sipil Undip menghasilkan parameter tanah berupa, (φ) = 18°, (γsat) = 1,7125 T/m3. Tekanan tanah dihitung dengan

rumus sebagai berukut :

2

Tabel 5.17 Perhitungan Tekanan Tanah

Gaya Luas x Tekanan Gaya horizontal Jarak

Momen vertikal (ton) (m) (ton m)

(53)

Gaya Luas x Tekanan Gaya horizontal Jarak

Momen vertikal (ton) (m) (ton m)

Jumlah 15,96 18,62

Tabel 5.18 Resume Gaya-gaya pada Kondisi Normal

No. Jenis Gaya

 Kontrol Stabilitas Pada Kondisi Normal

a. Terhadap Guling

5

b. Terhadap Geser

(54)

c. Terhadap Eksentrisitas



d. Terhadap Daya Dukung Tanah

Dari data tanah pada lokasi dam diperoleh :

γ = 1,7125 T/m3 c = 1,6

φ = 18°

Dari grafik Terzaghi diperoleh : Nc = 15,78

Nq = 6,2 Nγ = 4 B = 7 m

Rumus daya dukung tanah Terzaghi adalah sebagai berikut :

 = 1,6.15,78+1,7125.6,2+0,5.1,7125.7.4

(55)

  

1 6



19.85 2

min

m kN B

e B

RV _ _



(56)

Gambar 5-26 Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Air

+179.25

(57)

Tugas Akhir

Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN

L2A 001 078

237 JOKO SANTOSO L2A 001 086

(58)

Pada saat banjir gaya-gaya yang bekerja ada yang mengalami perubahan seperti gaya tekan ke atas (Uplift Pressue) dan hidrostatis

 Gaya Tekan ke atas

Tabel 5.19 Perhitungan Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Ai Banjir

Titik Garis Lane

Hx Px=Hx-H V H 1/3H Lw Cw = 2.96

A 0,00 0,00 5,99 5,99

A-B 1,00

B 1,00 0,33 6,99 6,66

B-C 0,25 0,08

C 1,08 0,36 6,99 6,63

CD 0,50

D 1,58 0,53 6,49 5,96

D-E 1,00 0,33

E 1,92 0,64 6,49 5,85

E-F 0,50

F 2,42 0,81 6,99 6,18

F-G 0,50 0,17

G 2,58 0,86 6,99 6,13

G-H 0,50

H 3,08 1,03 6,49 5,46

H-I 1,00 0,33

I 3,42 1,14 6,49 5,35

I-J 0,50

J 3,92 1,31 6,99 5,68

J-K 0,50 0,17

K 4,08 1,36 6,99 5,63

K-L 0,50

L 4,58 1,53 6,49 4,96

L-M 1,00 0,33

M 4,92 1,64 6,49 4,85

M-N 3,00

N 7,92 2,64 8,99 6,35

N-O 2,60 0,87

O 8,78 2,93 8,99 6,06

(59)

Titik Garis Lane

Hx Px=Hx-(sumber : perhitungan)

Akibat kondisi banjir :

1. Muka air hulu = +183,234 m

Tabel 5.20 Perhitungan Gaya Angkat

Gaya Luas x Tekanan

Gaya

Vertikal Jarak

Momen Vertikal (ton) (m) (ton m) U1 (2.6.6,06)+(0.5.2.6.(6,35-6,06)) 16,125 7,50 120,934 U2 (1.4.72)+(0.5.1.(6.06-4.72)) 5.390 1.10 5.929 U3 (3,2.4,37)+(0,5.3.2.(4,72-4,37)) 14,545 4,75 69,088 U4 (2.4,81)+(0,5.2.(5,03-4,81)) 9,844 1,00 9,844

(60)

Gaya Luas x Tekanan

Gaya

Horizontal Jarak

Momen

Tabel 5.22 Resume Gaya-gaya pada Kondisi Banjir

No. Jenis Gaya

 Kontrol Stabilitas Pada Kondisi Banjir

a. Terhadap Guling

(61)

b. Terhadap Geser

5

c. Terhadap Eksentrisitas



d. Terhadap daya Dukung Tanah

Dari data tanah pada lokasi dam diperoleh :

γ = 1,7125 T/m3 c = 1,6

φ = 18°

Dari grafik Terzaghi diperoleh : Nc = 15,78

Nq = 6,2 Nγ = 4 B = 7 m

Rumus daya dukung tanah Terzaghi adalah sebagai berikut :

 = 1,6.15,78+1,7125.6,2+0,5.1,7125.7.4

(62)

3

 

e_B



B RV ₁_6 



  

1 6



19.88 2

max

m kN B

e B

RV _ _



 < qall (aman)

  

1 6



12.56 2

min

m kN B

e B

RV _ _



(63)

(64)

 Data design :

Material pipa pesat = plat baja Tegangan ijin :

- Tarik dan tekan = 1200 kg/cm2 - Geser = 750 kg/cm2 Efisiensi sambungan 1as = 0,85

Korosi ijin = 2 mm Beban rencana :

- Tinggi terjun maksimum = 18.24 m - Tinggi terjun design = 14.25 m

5.6.1. Dimensi Pipa Pesat

a. Diameter pipa pesat

Dihitung dengan Gordon dan Penman :

Q andalan = Debit air = 0.113 m3/det Do = 0,72 * (Qair)0.5

= 0,72*(0.113)0.5 = 0.242 m = 24.2 cm Direncanakan diameter pipa pesat 25 cm b. Tebal plat pipa pesat

   _

 

  

* Do * P to

(Mosonyi,1991) Di mana:

to = Tebal plat (mm)

P = Tekanan air dalam pipa pesat (kg/cm2) = 0,1 * Hdyn = 0,1*(1,2*Ho)

Ho = Tinggi terjun desain maksimum = 18.24 m

 = Tegangan ijin plat baja (= 1300 kg/cm2)

η = Efisiensi sambungan las (0,85)

(65)

HILALUDIN L2A 001 078 245 yang dipakai adalah 6 mm.

5.6.2. Stabilitas Pipa Pesat

 Tekanan air maksimum akibat Water Hammer Konstanta Allievi

(66)

HILALUDIN L2A 001 078 246 mempengaruhi stabilitas pipa pesat tersebut.

 Pipa pesat dari baja ada 2 kriteria :

1. Pipa kecil apabila : P * D <10000 kg/cm Maka pipa tidak perlu pakai sabuk/ beugel. 2. Apabila P*D > 10000 kg/cm

Maka pipa memerlukan beugel perkuatan. P = tekanan air

 Tekanan Lingkar Akibat Tekanan Hidrostatis

(67)

5.7. PERENCANAAN TURBIN

5.7.1. Tinggi Terjun (Head)

Turbin yang digunakan pada PLTMH di sini adalah direncanakan menggunakan Turbin Impuls. Adapun alasan digunakannya turbin jenis tersebut karena ketinggian terjunnya kurang dari 40 m. Dari data perencanaan dam dapat ditentukan tinggi terjun sebagai berikut :

Data elevasi :

 MAT (elevasi Muka Air Tinggi) = + 183,234 m  MAN (elevasi Muka Air Normal) = + 179,245 m  MAR (elevasi Muka Air rendah ) = + 169,791 m

5.7.2. Kehilangan Tinggi Terjun (Head Loss)

Dengan adanya penyaluran dari kolam (reservoir) ke saluran pembuangan akan terjadi kehilangan energi terdiri dari :

1. Akibat trash rack dapat dihitimg dengan rumus :

K = Koefisien losses untuk elemen dengan bentuk segi empat = 2,42

t = Tebal elemen = 0,8 cm

b = Celah antar 2 elemen = 6 – 0,8 = 5,2 cm

(68)

(69)

JOKO SANTOSO L2A 001 086 3. Akibat belokan

Hb = fb. (V2/2g) Di mana :

fb = Koefisien belokan (rumus Fuller) fb = (0,131+0,163 (D/R)3,5 ).(θ/90)0,5 D = Diameter dalam pipa (= 65 m) R = Jari-jari lengkung sumbu belokan F = Koefisien kerugian

θ = Sudut belokan = 92 ° Perhitungan :

fb = (0,131+0,163.(D/R)3,5 ).(θ/90)0,5

= (0,131 + 0,163 . (0,242/5)3,5) . (92 / 90)0,5 = 0,1310

Hb = fb. (V2/2g) = 0,1310 . (V2/2 . g) Kehilangan tinggi energi total :

Hl = Hr + Hf + Hb

= 0,062 + 0,018 .(V2/2.g) + 0,1310.(V2/2.g) = 0,062 + 0,149.( V2/2.g)

= 0,062 + 0,149.(2,462/2.9,81) Hl = 0,108 m

5.7.3. Tinggi Terjun Bersih ( Net Head )

Tinggi. terjun bersih adalah tinggi terjun yang dapat digunakan untuk mengerakkan turbin, yaitu pada elevasi tinggi terjun pada MAT dengan elevasi dasar dam dikurangi total kehilangan tinggi terjun.

Hn = (MAT – Elev.dasar) - Hl

Hn = 183,234– 165 – 0,108 = 18,126 m

5.7.4. Turbin

1. Daya Turbin Data :

(70)

 η = 0,85

Perhitungan :

Pt = Hn . Q . g . η

(Mosonyi,1991)

Pt = 18,126 . 0,113 . 9,81 . 0,85 Pt = 17,08 kWatt

2. Putaran spesifik turbin (Ns) Persamaan Desiervo dan Lugaresi (1978) Nsj = 85,49/Hn0,243 .

Di mana: Nsj = Putaran spesifik turbin untuk single jet Nsj = 85,49/18,1260,243

Nsj = 42,281 Putaran spesifik turbin = Ns

z Nsj

Ns 

(Mosonyi,1991)

Di mana : z = jumlah jet 1 42.281

Ns 

Ns = 42,281 Putaran turbin = N N = Ns .(Hn5/4/P1/2) rpm Di mana : P = daya turbin

N = 42,281 . (18,1265/4/17,081/2) N = 382,630 rpm

3. Estimasi putaran lari (Runway speed) Yaitu perhitungan kemampuan putaran turbin.

Nr/N = 0,63 (Ns)0,2 Nr = 0,63 . 42,2810,2.382,630

Nr = 509,740 Nmax = Nr (Hn/Hd)0,5

(71)

JOKO SANTOSO L2A 001 086 4. Dimensi kasar turbin

Kecepatan mutlak pancaran air (Cl) Kecepatan ketuar optimal (UI)

Hn Diameter lingkaran tusuk runner (D)

N

Diameter pancaran air/ nozzle dengan diameter roda jalan/ runner (D) berkisar antara 10 (untuk low head impulse turbin) hingga 24 (untuk high head impulse turbin).

Dipilih D/d = 10

Diameter pancaran d = D/10 = 0,443 / 10 = 0,044

Debit air yang melalui inlet turbin = debit air yang melalui pancaran air. Q = n . A . CI

n = Q/(π . d2. CI)

dimana : n = jumlah pancaran

n = 0,113 / (π . 0,0442_{. 18,292)}

n = 1,016

(72)

Z = (0,443/(2. 0,044)) + 15 Z = 20,4 ≈ 21 buah

5. Pengaturan/ Regulation

Peningkatan kecepatan setelah beban penuh. a. Perhitungan parameter pipa pesat.

 Waktu Refleksi (Tr)

(73)

b. Peningkatan tekanan dinamik maksimum

1997

c. Waktu penutupan minimal (Tf)

2

5.7.5. Pemilihan Tipe Turbin

Data-data :

Hnetto = 18.126 m Q = 0,113 m3/dt Pt = 17,08 kWatt Ns = 42,281

Tabel 5.23 Kecepatan Spesifik Untuk Bermacam-macam Tipe Turbin

Type of runner Ns (Specific speed) (rpm)

(74)

turbin yang dipakai adalah tipe turbin Cross Flow

5.8. GENERATOR

5.8.1. Jenis Dan Tipe Generator

Pemilihan generator tergantung pada kecepatan putar generator : a. Generator dengan kecepatan putar rendah

Biasanya berukuran besar, berat dengan efisiensi rendah b. Generator dengan kecepatan putar tinggi

Berukuran lebih kecil, lebih ringan dengan efisiensi lebih kecil

Sedangkan kecepatan putar generator dipengaruhi oleh kecepatan putar turbin.

Jumlah kutub magnetik pada generator dihitung dengan rumus : P = (60.f)/N

Di mana: P = Jumlah kutub magnetik generator f = Frekuensi generator

N = Kecepatan putar generator

N generator dianggap sama dengan N turbin = 382,630 rpm

Frekuensi generator yang tersedia dipasaran adalah 50-60 Hz , maka diambil 50 Hz

P = (60. 50)/ 382,630 P = 7,84 = 8 buah

Generator yang dipilih adalah generator dengan daya 22 kVA, kecepatan putar generator 382,630 rpm dengan faktor daya 0,8. Daya keluar generator 230/400 Volt.

Klasifikasi lengkap yang dipilih sebagai berikut :

Kapasitas = 22 kVA

Tegangan = 230/400 Volt

Kecepatan putar = 382,630 rpm

Faktor daya = 0,8

Frekwensi = 50 Hz

(75)

5.8.2. Daya yang Dihasilkan PLTMH

Daya yang dapat dipakai diperhitungkan terhadap overall efisiensi (EOV) di mana overall efisiensi tersebut dirumuskan sebagai :

Pkeluar = 9,81.:Qr . Hn.EOV (kW)

Pkeluar = 9,81 . Qr . Hn. Et . Eg . Es . Etr . Ets Di mana :

Qr = debit aliran = 0,113 m3/det Hn = tinggi jatuh bersih = 18,126

Et = effisiensiturbin = untuk turbular turbin = 0,85 Eg = effisiensi generator = untuk daya 100% = 0,90 Es = effisiensi speed increaser = untuk beban 100% = 0,96 Etr = effisiensi transformator = untuk beban 100% = 0,98 Ets = effisiensi transmisi putar = untuk beban 100% = 0,98 Perhitungan :

Pkeluar = 9,81 . 0,113 . 18,126 . 0,85 . 0,9 . 0,96 . 0,98 . 0,98 Pkeluar = 14,172 kWatt

5.9. POWER HOUSE

Power house adalah bangunan tempat pengendalian keseluruhan operasi PLTMH yang didalamnya terdapat instalasi-instalasi listrik seperti generator, turbin dan kantor. Power house yang direncanakan mempunyai panjang 12,5 m, lebar 21 m, dan di bawah bangunan terdapat sarana saluran yang mengalirkan air dari turbin ke saluran pembuangan. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai struktur adalah K250, untuk atap digunakan asbes bergelombang dengan kuda-kuda dari rangka baja dan pondasi setempat.

5.10.SALURAN PEMBUANGAN (TAIL RACE)

(76)

Q = A. V

P R (C.D. Soemarto,1999)

V = l/n . R2/3.I1/2 Di mana :

Q = V.A = Debitair A = Luas pcnampang basah

V = Kecepatan air ; V = l/n . R2/3.I1/2 B = Lebar saluran

h = Tinggi air P = Keliling basah

R = A/P = Jari-jari hidrolis n = Koefisien manning = 0,030

I = Kemiringan dasar saluran = 0,0035 Perhitungan :

A = b.h , dimana : b = 2h A = 1,5.h2

P = 2 . h + b = 3,5 h

R = A / P = 1,5 . h2 / (3,5.h) = 0,429 . h V = l/n . R2/3.I1/2

V = 1/0,030 . (0,429 . h)2/3 . 0,00350,5 = 1,122 . h2/3 Q = A . V = 1,5 . h2 . 1,122 . h2/3

= 1,683. h8/3 0,113 = 1,683. h8/3 h = 0,36 m ≈ 1 m

jika h = 1m, maka b = 2h = 2.1 = 2 m

5.11.PERENCANAAN PINTU PENGATUR

5.11.1.Dimensi Profil Horisontal dan Vertikal Pada Pintu

(77)

V e r tik a l H o ris o n ta l

0 ,5 0 ,2 5 0 ,2 5

P 2 P 1 h 2

h 1 h

dimensi profil berdasarkan pada jarak antar profil tetap dan momen maksimal yang terjadi.

Diketahui :

 Tinggi pintu = 50 cm  Lebar pintu = 50 cm  Bahan daun pintu = plat baja  Tegangan ijin baja = 1300 kg/cm2  γair = 1 ton/m3

Gambar 5-29 Dimensi Pintu Pengatur a. Profil Horisontal

P1= ½. γair.(h12-h2).c

P2= ½. γair.(h22-h12).c

Q = P/L M = 1/8.qL2

W = M/σ1

Di mana :

P = Besar tekanan air (T)

γair = Berat jenis air

h = Kedalaman muka air c = Jarak antar profil

q = Beban merata yang bekerja pada profil (T/m) M = Momen yang bekerja pada profil (Tm) L = Panjang profil (m)

W = Modulus penampang pada profil (cm3)

(78)

P1 = 0,5.1,00.(0,752- 0,52).0,5

= 0,078 ton q1 = 0,078/0,5

= 0,156 ton/m M1 = 1/8.0,156.0,52

= 0,005 tm = 487,500 kgcm W1 = 487,500/1300

= 0,375 cm3

P2 = 0,5.1,00.(1,02-0,752).0,5

= 0,109 ton q2 = 0,109/0,5

= 0,218 ton/m

M2 = 1/8 .0,218.0,52

= 0,007 tm = 681,250 kgcm W2 = 681,250/1300

= 0,524 cm3

Profil horisontal 1 dan 2 digunakan profil [3 • Wx = 4,26 cm3

• Ix = 6,39 cm4 • E = 2,1.106 b. Profil Vertikal

Pendimensian menyesuaikan profil horisontal yaitu : bagian tepi menggunakan profil [ 3

c. Syarat Kontrol Lendutan f < f

250 L EI

L Mmaks 48

5 _  2 _

(Mosonyi,1991)

250 L EI

L 681,250 48

5 _  2 _

(79)

JOKO SANTOSO L2A 001 086 d. Tebal Plat Pintu

Lebar profil [ 3 = 0,033 m

Jarak antara profil horisontal (Ch) = 0,5 m a' = Ch – 2 . 0,5 . bp

= 0,5 – 2 . 0,5 . 0,033 = 0,467 m

b' = 0,5 – 2 . 0,5. bp = 0,5 – 2 . 0,5 . 0,033 = 0,467 m

c’ = a' . b' / (a'2 - b'2 )0,5

= 0,467 . 0,467 / (0,4672 + 0,4672)0,5 = 0,330 m

maka tebal plat Rumus:

Pp = 0,5 . γair . (h22 – h12) . c

Ra = Rb = 0,5 . Pp

M = (Ra + Rb). c - (Ra + Rb).2/3 . c ) b a * /( * 6

d 2 2

1

2  _M  

Di mana :

Pp = tekanan pada plat a',b'= sisi - sisi pada plat R = gaya reaksi pada plat

M = momen yang terjadi pada plat d = tebal plat minimum

σ1 = tegangan ijin plat baja

Perhitungan :

Pp = 0,5. 1 . (1,02 - 0,752).0,330 = 0,144 ton

(80)

M = (0,072 +0,072). 0,330 - (0,072 + 0,072 ).2/3.0,330 = 0,016 tm

d2 = 6 . 1584 / (1300.(46,72 + 46,72)0,5) = 0,111 cm

d = 0,333 cm ≈ 0,5 cm dipakai tebal plat adalah 0,5 cm

5.11.2.Dimensi Stang Ulir

Berat pintu pengatur :  Profil Horisontal

[3 = 4,26 . 2 . 0,5 = 4,260 kg  Profil Vertikal

[3 = 4,26 . 0,5 = 2,130 kg

 Plat Pintu = 0,5 . 0,5 . 0,5 . 7600 = 950,000 kg

 Berat Pintu = 956,390 kg

 Mur dan Baut = 20% . 956,39 = 191,278 kg

 Berat total pintu = 1147,668 kg

Diameter stang ulir dihitung menggunakan rumus batang tarik Rumus :

A = n. P/ σ1

d2 = 4A/π Di mana :

A = Luas batang penampang stang ulir P = Gaya pada satu stang ulir

n = Angka keamanan = 3

σ1 = Tegangan ijin baja

Perhitungan :

A = 3 .1.147,668 / 1300 = 2,648 cm2

(81)

Diambil diameter stang ulir (d) = 2,0 cm dan dalam penguliran (v) = 0,5 cm, maka diameter total stang ulir (d1) = 2,0+(2.0,5) = 3 cm

Perhitungan diameter poros roda : W = P. ½ . D / (0,1. σ1)

(Mosonyi,1991) Di mana :

W = Momen tahanan poros roda D = Diameter poros roda P = Gaya angkat

σ1 = Tegangan ijin baja

Perhitungan:

W = 1.147,668 . 0,5 . D/(0,1 . 1300) W = 4,414 D

W = π .D3 /32 D2 = 44,963

D = 6,705 cm = 7,0 cm

5.11.3.Sponning

Diketahui dimensi 3 sebagai berikut :  h = 30 mm

 b = 33 mm  t = 7 mm  d = h + t = 37 mm  a = 5 + (0,5 . d)

= 23.5 mm  b = 3 + (l,1 . d)

= 43,7 mm  c = a + 3 + (0,1.d)

= 23,5 + 3 + (0,1 . 37) = 30,2 mm