DESAIN DASAR PLTM-PLTMH

DESAIN DASAR PLTM-PLTMH Bangunan Pengambilan / Intake Bangunan pengambilan terdiri dari pintu dan saluran pengambilan. Untuk memperkecil endapan pasir dan kerikil yang masih terbawa dalam saluran irigasi masuk ke bangunan sadap, maka ambang pintu pengambilan harus lebih tinggi dari dasar sungai atau lantai pembilas bendung. Bangunan pengambilan direncanakan dilengkapi dengan pintu pengatur debit, maka air yang melalui bangunan pengambilan dihitung berdasarkan persamaan : Dimana : Q : debit rencana (m3/detik) m : koefisien debit 0.85 b : lebar pintu pengambilan a : tinggi bukaan pintu g : percepatan gravitasi (9.81 m/detik2) z : kehilangan tenaga Kecepatan masuk direncanakan berkisar antara 1-2 m3/detik. ( Excel pintu pengambilan) desain intake pada mikrohidro Qt = Ai x Cv x Ca x (2g x H) 0,5 Dimana, Qf : Volume aliran masuk pada lubang dibawah permukaan air (m3/s) Ai : Daerah Intake (m2) Ai = bi x (dh + hi) dh = 0,1 – 0,15 m Cv : koefisien velositas Cv = 1/ (1+ f) f : Koefisien dari aliran yang berkurang (lihat gambar berikutnya) Angularity, f = 0,5 Haunch, f = 0,5 Rounded, f = 0,1 (round) Bellmouth, f = 0,05-0,01 Protruding, f = 0,1 f = 0,5 + 0,3 cosƟ Bsp, sp : mengacu pada bak pengendap Ca : Koefisien kontraksi (mendekati 0,6) formula merriman’s Ca = 0,582 + (0,0418/ (1.1 + d/D) Dimana, D, d : Perbandingan antara aliran atas dan aliran bawah dari aliran kontraksi ketika, d << D, Ca = 0,582 H : tingkat perbedaan aliran atas dan aliran bawah pada lubang (m) (JICA, manual pembangunan PLTMH) Saluran Pembawa Saluran terbuka sebelum kolam pasir direncanakan mengikuti elevasi kontur sedemikian rupa sehingga dapat meminimalkan volume pekerjaan pasangan batu, timbunan, dan galian. Kapasitas saluran direncanakan sebesar debit maksimum pengambilan untuk membangkitkan PLTM/PLTMH. Tinggi Jagaan Pada saluran penghantar terbuka,tinggi jagaan direncanakan dengan menggunakan kriteria perencanaan bangunan irigasi seperti pada tabel berikut. Tabel 5.5 Tinggi Jagaan untuk Saluran Pasangan Batu Debit (m3/detik) Tanggul (m) Pasangan (m) <0,5 0,5 - 1,5 1,5 – 5,0 5,0 – 10,0 10,0 – 15,0 >15,0 0,4 0.5 0,6 0,75 0,85 1,0 0,20 0,20 0,25 0,30 0,40 0,50 Sumber : Standar Perencanaan Irigasi KP-03 Kecepatan Aliran Kecepatan yang direncanakan diambil sesuai dengan material yang digunakan dan juga untuk mencegah terakumulasinya sedimentasi. Tabel 5.6 adalah acuan untuk perencanaan kecepatan aliran No. Tipe Saluran Koefisien Kekasaran Manning 1. Beton 0,011 – 0,015 2. Pasangan batu 0,017 – 0,030 3. Galian batu 0,025 – 0,040 Perencanaan Dimensi dan Debit Saluran Kriteria desain pada perencanaan dimensi dan debit saluran pengantar terbuka menggunakan rumus persamaan Manning seperti berikut ini : Q = AxV V=1/n x R2/3S1/2 Dimana : V = kecepatan aliran (m/detik) Q = debit (m3/detik) A = luas penampang (m2) R = jari-jari hidrolis (m) S = kemiringan dasar saluran n = koefisien kekasaran Manning Kedalaman air pada saluran penghantar adalah 2 m pada saat maksimum, kemiringan dasar saluran 0.00074 dan koefisien kekasaran Manning 0.02 diperoleh kecepatan aliran sebesar 1.36 m/detik dan lebar saluran penghantar adalah 4 meter. Penampang saluran berbentuk segi empat dengan konstruksi pasangan batu kali yang diplester. Data teknis saluran penghantar sebelum kolam pengendap pasir adalah sebagai berikut : Tabel 5.7 Data teknis saluran penghantar sebelum kolam pengendap pasir Parameter Notasi Nilai Satuan Debit Rencana Q 10,91 m³/dt Panjang L 58 m Lebar Dasar B 4 m Tinggi Basah h 2 m Keliling Basah P 8 m Luas penampang basah A 8 m2 Jari-jari basah R 1 m Kemiringan dasar S 0,074 % Koefisien manning n 0,02 - Kecepatan V 1,36 m/dt Tinggi jagaan W 0,25 m Konstruksi Pasangan Beton     Kolam Pengendap Pasir Kolam pengendap pasir berfungsi untuk menghindari masuknya bahan-bahan endapan ke dalam turbin. Perhitungan kolam pengendap pasir (desand) berdasarkan persamaan di bawah ini: Dimana : W = kecepatan pengendapan (m3/detik) L = panjang kolam pengendapan (m) V = kecepatan aliran (m) Y = kedalaman aliran (m) Dengan debit rencana sebesar 10.91 m3/detik, kedalaman kolam pengendap pasir 2.88 m, lebar kolam 7 m dan ukuran minimum butiran sedimen yang diendapkan 16.2 mg/l, diperoleh kecepatan endap sebesar 0.1 m/detik dan panjang kolam pasir minimum 15.6 m. Diambil panjang kolam pasir 21 m. Pelimpah Samping pada Kolam Pengendap Mercu pelimpah didesain dari pasangan batu dengan lapis beton. Bagian bangunan pelimpah yang harus diperhatikan adalah mercu pelimpah dan alur sebelah hilir pelimpah eksisting. Air yang meluap melalui bangunan pelimpah direncanakan akan masuk alur sebelah hilir dan langsung masuk sungai. Untuk meminimumkan harga pelimpah, maka direncanakan sesuai dengan bangunan eksisting sepanjang dinding kolam pasir sebelah kiri. Persamaan debit ambang pendek dengan pengontrol segi empat adalah sebagai berikut : Dimana : Q : debit rencana (m3/detik) Cd : koefisien debit b : lebar pelimpah samping (m) g : percepatan gravitasi (9,81 m/detik2) H : tinggi head di atas mercu pelimpah Perencanaan Volume Tampungan dan Periode Pengurasan Volume tampungan tergantung pada banyaknya sedimen yang masuk yang dapat mengendap dan periode pengurasan. Analisis laboratorium sedimentasi menunjukkan nilai total suspended solid berkisar 14.2 mg/l pada saat debit sungai 10.91 m3/detik. Volume sedimen saat itu adalah = 14.2 x 10.91 x 10^-6 x 3600 x 24 = 339,34 m3/bulan Kedalaman kantong pasir di bawah saluran pengendap pasir bervariasi antara 0,88 meter, lebar bagian bawah kantong 7 m. Dengan demikian volume kantong pasir adalah (21 x 7 x 0,88) = 129,36 m3. Dengan demikian periode pengurasan adalah 129,36/339,94 = 0,38 bulan atau 11 hari sekali. Kolam penangkap pasir harus dilengkapi dengan pintu penguras. Kolam pengendap pasir harus dilengkapi dengan pintu penguras yang dapat mengalirkan air secara cepat keluar dari saluran pengendap pasir pada saat sedimen yang mengendap pada kantong pasir akan diambil. Pembersihan sedimen pada kantong lumpur dapat memakai pembilasan dan/atau secara manual dengan memakai peralatan excavator ukuran kecil. Data teknis kolam pengendap pasir dan saluran pelimpahnya adalah berikut : Tabel 5.8 Data teknis kolam pengendap pasir dan saluran pelimpahnya Parameter Notasi Nilai Satuan Debit Rencana Q 10,91 m³/dt Kedalaman Kolam Y 2,88 m Kecepatan mengendap w 0,1 m/dt Lebar rata-rata B 7 m Panjang Kolam pengendap L 21 m Koefisien manning n 0,02   Konstruksi Pasangan batu   Pelimpah       Lebar b 15 m Debit rencana/ kapasitas pelimpah Q 10,91 m³/dt Kedalaman Pelimpah H1 2,25 m Koeff Debit Cd 1,03 m Konstruksi Pasangan Batu   Bak Penenang Aliran sebelum masuk ke pipa pesat perlu di buat seragam sehingga tidak terjadi turbulensi. Sehubungan dengan hal tesebut, kriteria tinjauan terhadap bak penenang eksisting 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: Di mana: C = 0,54 V = kecepatan pada pipa pesat (m/ detik) D = diameter pipa pesat (m) Dari kedua formula tersebut di peroleh harga S yaitu kedalaman minimum sebesar 2.04 m dan 4.7 m. Harga S di pilih harga yang terbesar, yaitu 4.7 m. Selanjutnya dalam perencanaan diambil S = 5.4 meter. Dan analisa up-surging dan down-surging dengan debit rencana dan diameter pipa pesat 2.38 m, diperoleh maksimum up-surging sebesar m sedangkan untuk down-surging sebesar m. dengan kondisi tersebut diambil freeboard bak penenang 0.50 m. Dengan ukuran bak penenang panjang 16 m x lebar 8 m, diperoleh kedalaman minimum yang harus disediakan 4.7 m, diambil kedalaman 5.4 m. Kedalaman minimum menurut diameter pipa pesat adalah dua kali diameter penstock = 2x 2.38 m = 4.76 m < 5.4 m. dari dua kondisi tersebut, keduanya masih di bawah kedalaman eksisting. Bangunan bak penenang dilengkapi dengan saringan sampah (trashrack) dan pintu pengambilan pipa pesat termasuk jembatan untuk pengoperasian pintu. Bangunan bak penenang terdiri dari pasangan batu. Dimensi pintu pengambilan pipa pesat adalah 2,5 m x 2,5 m dengan penggerak sistem manual. Fungsi pintu adalah untuk menahan aliran yang akan masuk ke dalam penstock pada saat pembangkit tidak beroperasi atau pada masa peralihan turbin maupun generator. Dalam kondisi darurat, apabila terjadi penutupan inlet valve turbine (PLTM tidak beroperasi), operator harus segera menutup pintu penstock intake secara manual. Oleh karena itu disediakan tangga inspeksi sepanjang jalur pipa pesat dan rumah pembangkit ke bak penenang. Jarak antara gedung sentral dan pintu penstock intake dan pintu pelimpah kurang lebih 370.69 m. apabila pintu penstock intake di tutup dan masih ada aliran dari saluran penghantar, maka air akan melimpah melalui bangunan pelimpah sebelum intake pada bangunan pengambilan di tutup. Data teknis bak penenang dan pelimpah samping adalah sebagai berikut: Tabel 5.10 Data teknis bak penenang dan pelimpah samping Parameter Notasi Nilai Satuan Debit rencana Q 10.91 m³/ detik Panjang L 19 m Lebar rata-rata B 6 m D penstock D 2.38 m Luas tampang penstock A 4.45 m² Kedalaman bak S 5.4 m Koefisien manning n 0.02   Kecepatan v 1.36 m/ detik Konstruksi pasangan batu dilapisi beton kedap air Pelimpah samping Lebar   17 m Kedalaman   0.5 m Kapasitas pelimpah   12.75 m³/ detik Pipa Pesat (Penstock) Pipa pesat berfungsi mengalirkan air dari bak penenang ke turbin untuk memutar runner blade. Untuk pipa pesat eksisting, perlu ditinjau mengenai kapasitas dan stabilitasnya, sedangkan pipa pesat yang baru dirancang dengan mempertimbangkan hal-hal sebagai berikut : Jalur pipa mengikuti jalur terpendek Aman terhadap momen lentur, baik vertikal maupun horizontal Mempunyai tahanan hidrolis minimum tertentu untuk menghindari tekanan udara di bawah tekanan atmosfer Efek tekanan turbin Kenaikan tekanan akibat water hammer Syarat-syarat struktural pipa pesat baru : Blok angker ditekankan pada jarak maksimum 100 m untuk pipa pesat tipe permukaan yang berfungsi untuk menahan gaya-gaya yang timbul akibat pergeseran pada belokan Diantara blok angker, dipasang tumpuan sadel pada setiap jarak 5 m, masing-masing dipasang cincin penopang. Pipa pesat dengan sambungan kaku memerlukan sambungan pemuaian (exposed penstock).untuk antisipasi terhadap perubahan temperature. Pemilihan Diameter Pemilihan diameter pipa pesat harus mempertimbangkan biaya pembangunan, kehilangan tenaga dan factor-faktor lainnya. Pada perencanaan ini, jenis pipa pesat yang digunakan menurut klasifikasi penempatannya adalah pipa pesat pemukaan (exposed penstock). Pipa pesat dengan diameter ekonomis ditentukan berdasarkan kecepatan 2,5m/detik. Penentuan dimensi pipa dihitung dengan rumus : Dengan : Q = Debit aliran (m3/detik) V = kecepatan aliran (m/detik) A = luas penampang pipa (m2) D = diameter dalam pipa pesat (m) Ketebalan Pipa Pesat Ketebalan dinding pipa pesat harus lebih besar daripada rumus empiris di bawah ini dan tidak lebih kecil dari 6 mm. tmin = (D+800)/400 Dengan : tmin = ketebalan minimum dari dinding pipa (mm) D = diameter pipa (mm) Ketebalan dinding pipa harus ditambahkan ketelitian 3,0 mm sebagai proteksi terhadap korosi dan abrasi. Hasil perhitungan awal tersebut akan dikoreksi dengan memperhatikan factor keamanan terhadap water hammer. Selain itu ketebalan pipa pesat juga dihitung berdasarkan tekanan air dengan mempertimbangkan kenaikan tekanan akibat water hammer, dengan persamaan sebagai berikut : Dimana : T : tebal steel liner (mm) Pm : tekanan air (kg/cm2) D : diameter penstock (= 2.38 m) δa : tegangan ijin baja (=1,200 kg/cm2) η : efisiensi (=0.9) ε : perlindungan terhadap korosi (=2 mm) 5.2.9 Gedung Sentral (Powerhouse) Gedung sentral yang merupakan titik pusat pembangkitan direncanakan memiliki beberapa fasilitas yang vital, antara lain : Ruang Turbin dan Generator, Ruang Kontrol, Ruang Perawatan, Crane/Derek Pengangkat, Ruang Perawatan Ruang Turbin dan Generator berada pada elevasi +790,7 m, dimaksudkan untuk menyelaraskan dengan kebutuhan elevasi titik pusat turbin dan penstock. Elevasi ruang Turbin dan Generator berada 1,95 m di bawah elevasi ruang Kontrol dan ruang lainnya juga untuk membedakan aktifitas pekerjaan makanikal dan elektrikal (Ruang Kontrol), sehingga kebersihan ruang control dan ruang lainnya lebih terlindungi dari oli maupun aktifitas perbaikan turbin pada saat overhaul dan lain sebagainya. Ruang turbin dilapisi dengan keramik yang tahan slip juga dimaksudkan untuk memberikan fungsi kebersihan ruangan. Dalam ruang turbin juga dilengkapi dengan sistem penerangan yang ditempatkan pada dinding dikedua sisi dan sistem pemadaman kebakaran yang siap terjangkau setiap saat. System penerangan dengan lampu mercury yang akan diarahkan, dimaksudkan untuk memudahkan system penerangan yang sangat diperlukan pada saat diperlukan perbaikan pada malam air. Ruang Kontrol berada pada elevasi +792,65 m, dengan dilengkapi jendela lebar untuk memberikan kemudahan dalam aktifitas pengontrol generator terutama apabilal diperlukan sistem pengontrol manual. Untuk mengurangi kebisingan maka ruang control direncanakan dengan plafon yang kedap suara dan ruangan sedikit tertutup, untuk menstabilkan suhu dalam ruangan, maka dalam ruang control juga dilengkapi dengan exhaust fan. Crane system pengangkat ditempatkan pada bagian atas (10 m di atas ruang perawatan), dengan ruang gerak cukup fleksibel disepanjang jalur rel, sehingga akan memudahkan melakukan erection/ installing peralatan maupun pengangkatan turbin maupun generator apabila diperlukan perbaikan. Pada bagian depan gedung sentral juga direncanakan lapangan parkir yang cukup luas, disamping berfungsi sebagai lapangan parkir maka juga untuk memudahkan mobil berputar setelah pembongkaran dan pemuatan selesai. Sistem penerangan pada lapangan parkir adalah menggunakan lampu mercury 250 watt. Dimensi gedung sentral adalah sebagai berikut: Tabel 5.11 Dimensi gedung sentral Parameter Keterangan Panjang bangunan 31.86 m Tipe bangunan Upperground Lebar bangunan 10.95 m El. Lantai bangunan El. Dasar turbine Tebal plat lantai 0.12 m Bahan lantai keramik 40 x 40 cm Daya angkat crane 15 ton 5.2.10 Saluran Pembuang (Tailrace) Saluran pembuang akhir direncanakan dapat mengalirkan debit maksimum dengan dilengkapi stop log pada bagian hilir. Tailrace direncanakan dari pasangan batu yang diperkuat konstruksi beton sebagai lapis permukaan, sehingga bahaya kavitasi dan scouring pada bagian hilir turbin dapat direndam. Saluran pembuang akhir berawal dari pembuangan dari draft tube dari turbin dan menyatu dengan saluran pembuang akhir sebelum dikeluarkan ke sungai. 5.2.11 Saringan Sampah Saringan sampah dipasang pada intake dan pengambilan pipa pest (penstock screen) direncanakan sesuai dengan kondisi eksisting. Saringan akan diletakkan dengan posisi miring agak tegak dan cocok untuk dilakukan pembersihan saring dengan jangkar (hand held rakes). Jarak antara sumbu batang vertikal (vertikal bar) diperkirakan ….mm untuk saringan halus. Lebar dan tingginya diatur sesuai kondisi bangunan. Konstruksi saringan tersebut akan didesain tahan terhadap gaya-gaya horizontal pada aeah aliran. Desain konstruksi saringan tersebut meliputi pemilihan dimensi batang vertikal, pipa pengaku horizontal, serta control terhadap lateral buckling dan defleksi. Untuk ukuran panel dipilih sedimikian rupa, sehingga transportasi, pemasangan dan penggantian yang akan datang dapat dilaksanakan dengan hanya menggunakan kapasitas tarik dan peralatan pengangkatan sederhana. 5.2.12 Pintu Air Pintu air yang diperlukan yaitu pada pembilas bendung, bangunan pengambilan, pembilas saluran, kolam pengendapan pasir, pengaambilan pipa pesat dan pelimpah. Pengoperasian pintu air direncanakan secara manual untuk semua jenis pintu. Pintu-pintu difabrikasi dengan menggunakan pelat dan profil baja dengan bentuk konstruksi standar. Pintu-pintu yang diletakkan pada slot pintu yang akan dipasang pada lembaran pelat baja diletakkan pada beton sekunder dudukan pintu air. Dimensi pintu-pintu yang distandarisasikan dengan membuat banyaknya tipe ukuran pintu seminimal mungkin. Untuk setiap tipe pintu yang sama didesain dengan menggunakan head yang sama, dengan mengambil head maksimum. Adapun gaya yang harus diperhitungkan adalah gaya-gaya hidrostatis pada waktu air banjir. Bagian-bagian dari pintu air yang akan didesain meliputi pelat daun pintu (skin plate), balok pengaku horizontal (horizontal stiffener) dan stang pengangkat. Tekanan air per meter lebar : Dengan : h1 = tinggi air pada waktu banjir h2 = tingi pintu pembilas q1 = tekanan air pada pintu paling atas q2 = tekanan air pada pintu paling bawah 5.2.13 Jalan Masuk / Jalan Akses Jalan masuk ke rumah pembangkit diperlukan selama pembangunan untuk mengangkut material/bahan bangunan, peralatan pembangunan, bagian peralatan pembangkit, dan sesudah masa percobaan untuk pengoperasian dan lalu lintas perawatan Pada rumah pembangkit juga harus disediakan tempat parkir yang cukup bagi karyawan dan kendaraan perawatan dan bisa untuk memutar kendaraan pengangkut pembawa peralatan elektrikal-mekanikal mendekati rumah pembangkit. Penampang melintang jalan akses direncanakan sesuai dengan klasifikasi dan kebutuhan lalu lintas ke lokasi PLTM. Kebutuhan lajur yang diperlukan untuk perbaikan jalan masuk sepanjang kurang lebih 1000 m adalah sebagai berikut : lebar daerah penguasaan (ROW) : 8 meter jumlah jalur : 2 buah lebar perkerasan normal : 6 meter lebar bahu jalan : 1 meter lereng melintang perkerasan (e normal) : 2 % lereng melintang bahu jalan : 4 % kebebasan minimum yang diperlukan samping (horizontal) : 1,5-3,5 meter atas (vertikal) : 4,5 meter Drainasi jalan berupa saluran tepid an saluran melintang ditentukan berdasarkan data hidrologi setempat. Kapasitas tampungan drainasi harus cukup untuk dapat mengalirkan air untuk mengurangi pengaruh negatif air terhadap perkerasan jalan. Desain Dasar PLTM/PLTMH 5-19