Pada dasamya setiap pembangunan mikro hidro berusaha untuk mendapatkan head yang maksimum. Konsekuensinya lokasi rumah pembangkit power house
berada pada tempat yang serendah mungkin. Karena alasan keamanan dan konstruksi, lantai rumah pembangkit harus seialu lebih tinggi dibandingkan
permukaan air sungai. Data dan informasi ketinggian permukaan sungai pada waktu
banjir sangat diperlukan dalam menentukan lokasi rumah pembangkit.
Selain lokasi rumah pembangkit berada pada ketinggian yang aman, saluran pembuangan air tail race harus terlindung oleh kondisi alam, seperti batu-batuan
besar. Disarankan ujung saluran tail race tidak terletak pada bagian sisi luar sungai karena akan mendapat beban yang besar pada saat banjir, serta memungkinkan
masuknya aliran air menuju ke rumah pembangkit.
2.4 Perencanaan Sipil
Perencanaan sipil terdiri dari:
2.4.1 Pengerjaan saluran penghantar head race
Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang disalurkan. Ada berbagai macam saluran pembawa, antara lain terowongan,
saluran terbuka dan saluran tertutup.Konstruksi saluran pembawa dapat berupa pasangan batu kali atau hanya berupa tanah yang digali.Pada saluran yang
panjang,perlu dilengkapi dengan saluran pelimpah pada jarak tertentu. Ini untuk menjaga jika terjadi banjir maka kelebihan air akan terbuang melalui saluran
tersebut. Saluran penghantar berfungsi untuk mengalirkan air dari intake sampai ke bak
penenang. Perencanaan saluran penghantar berdasarkan pada kriteria: •
Nilai ekonomis yang tinggi
• Efisiensi fungsi
• Aman terhadap tinjauan teknis
• Mudah pengerjaannya
• Mudah pemeliharaannya
• Struktur bangunan yang memadai
• Kehilangan tinggi tekan head losses yang kecil. Contoh bangunan
headrace dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2. 4 Contoh saluran pembawa headrace
Karena secara umum jumlah air yang terangkut kecil, saluran pembawa untuk sebuah pembangkit listrik tenaga air secara mendasar mengadopsi struktur terbuka,
seperti sebuah saluran terbuka atau sebuah saluran tertutup. pada
lampiran 1.1 dapat
dijadikan referensi untuk menentukan tipe saluran pembawa untuk PLTA skala kecil.
2.4.1.1 Menentukan potongan melintang dan kemiringan slope longitudinal
Ukuran potongan melintang dan kemiringan harus ditentukan supaya debit yang Dibutuhkan turbin dapat diarahkan secara ekonomis ke bak penenang pada
umumnya Ukuran potongan melintang berhubungan erat dengan kemiringan. kemiringan saluran Pembawa harus dibuat sehalus mungkin untuk mengurangi
kehilangan ketinggian perbedaan antara level air pada intake dan bak penenang tetapi hal ini akan menyebabkan kecepatan yang lebih rendah dan potongan
melintang yang lebih besar.selain itu kemiringan yang curam, akan menyebabkan kecepatan aliran yang tinggi dan bagian yang lebih kecil tetapi juga kehilangan
ketinggian yang lebih besar. pertama-tama kita harus mengetahui panjang saluran yang akan dibuat serta
material yang digunakan pada saluran apakah saluran akan dilining atau tidak dan apakah menggunakan saluran talang.
Bagian penampang melintang dari saluran pembawa ditentukan berdasarkan metode dibawah ini.
Qd= A × R
23
× SL
12
n 2.5 Qd : disain debit untuk saluran pembawa m
3
s A : luas dari potongan melintang m
2
R : R=AP m P : panjang sisi-sisi basah m
SL : Slope mendatar saluran pembawa contoh SL= 1100=0.01 n : koefisien kekasaran
Selain dengan menggunakan rumus manning diatas, dimensi saluran juga dapat dihitung dengan cara berikut :
a. tentukan harga kecepatan aliran pada saluran pembawa,dimana kecepatan tidak boleh melebihi kecepatan maksimum dan kurang dari kecepatan minimum yang
diberikan oleh tabel 2.1 Tabel 2.1 kecepatan maksimum pada saluran
Material Kecepatan
maksimummdetik Lempung berpasir
0,5 Lempung
0,6 Lanau berlempung
0.7 Lanau
1,8 Pasangan batu
2,0 beton
2,0
Sumber : micro hydro desidn manual adam Harvey 1993
Sementara untuk kecepatan minimum, diambil sebesat 0,3 mdetik untuk menghindari terjadinya sedimentasi.
b. Dari tabel 2.2. tentukan nilai kemiringan sisi saluran N bila saluran berbentuk
trapesium dan untuk saluran persegi nilai N = 0. Kemudian tentukan nilai koefisien kekasaran n.
Tabel 2.2 kemiringan sisi saluran Material
Kemiringan sisi saluran Lempung berpasir
2 Lempung
1,5 Lanau berlempung
1 Lanau
0,58 Pasangan batu
0,58 beton
0,58
Sumber : micro hydro desidn manual adam Harvey 1993
c. Hitung luas penampang saluran A dengan menggunakan persamaan
A=
�.� �
2.6
Q = debit rencana saluran F = freeboard yang biasanya bernilai 1,3
d. Hitung ketinggian saluran H,lebar saluran bawah B dan lebar saluran atas T Gunakan suatu variable x sebagai bantuan untuk saluran trapezium yang
berhubungan dengan harga N. X=
2 √1 + �
2
− 2�� 2.7 H=
�
� �+�
2.8 B = H x X 2.9
T = B + 2 x H x N 2.10 Untuk saluran persegi dengan nilai N = 0, maka X = 2 sehingga
H= ��
� 2
� 2.11 T = B = 2.H 2.12
e. Hitung jari-jari hidrolik R dan kemiringan dasar saluran S dengan menggunakan Persamaan manning.
R=
� �
2.13
S= �
��� �
0,667
�
2
2.14
2.4.2 perencanaan pipa pesat penstock
Penstock lihat gambar 2.5 dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke sebuah turbin air. Kondisi topografi dan pemilihan skema PLTMH
mempengaruhi tipe pipa pesat penstock. Umumnya sebagai saluran ini harus didesaindirancang secara benar sesuai kemiringan head sistem PLTMH. Pipa
penstock merupakan salah satu komponen yang mahal dalam pekerjaan PLTMH,
oleh karena itu desainnya perlu dipertimbangkan terhadap keseimbangan antara kehilangan energi dan biaya yang diperlukan. Parameter yang penting dalam desain
pipa penstock terdiri dari material yang digunakan, diameter dan ketebalan pipa serta jenis sambungan yang digunakan.Ramli kadir, 2010
Gambar 2. 5 Contoh pipa pesat penstock sumber : asy’ari, 2008
Saat ini, bahan utama pipa pesat adalah pipa-pipa baja, pipa-pipa ductile dan pipa FRPM fibre reinforced plastic multi-unit. Sedangkan pembangkit tenaga air
skala kecil menggunakan pipa-pipa hard vinyl chloride, pipa-pipa howell atau pipa- pipa spiral welded dapat dipertimbangkan karena diameternya kecil dan tekanan
internalnya relatif rendah. Material yang digunakan. Faktor-faktor utama yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan material yang
digunakan: 1.
Besarnya tekanan air yang harus dipikul 2.
Topografi dari lokasi penempatannya 3.
Volume air yang harus ditampung 4.
Metode penyambungan 5.
Diameter pipa dan gaya gesek
6. Berat dan tingkat kesulitan dalam pemasangangannya
7. Umur rencana
8. Kondisi iklim dan cuaca
9. Harga dan biaya perawatan
10. Transportasi menuju lokasi
Material yang baik untuk digunakan untuk pipa pesat pada mikro hidro di antaranya: 1.
Besi ringan Mild steel 2.
Unplasticized polyvinyl choloride UPVC 3.
High-density polyethylene HDPE 4.
Medium-density polyethylene MDPE.
Karakteristik pipa-pipa ini diperlihatkan pada lampiran 1.2 Bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil.
Untuk mendesain pipa pesat mula-mula tentukan jenis bahan pipa pesat yang direncanakan dan hitung jarak antara saluran penampung menuju turbin dan beda
tinggi H
uss
dari saluran penampung ke turbin. Panjang pipa pesat, didapat dengan menggunakan rumus trigonometri
L
pipa
=
2 2
gross Horizontal
H L
+
2.15 Kecepatan optimum dapat dicari dengan menggunakan rumus United State
Bureau of Reclamation USBR sebagai hubungan anatara kecepatan dengan head untuk pipa.
V = 0,125
gH 2
2.16
2.4.2.1 Diameter Pipa pesat
Pada umumnya diameter pipa pesat ditentukan berdasarkan pembandingan dengan biaya pipa pesat dan biaya kehilangan head pipa pesat. Karena pipa pesat
mengeluarkan biaya yang besar pada pemasangannya, sehhingga dalam menentukan diameter pipa pesat harus berdasarkan perbandingan dengan biaya pipa pesat dan
biaya kehilangan head pipa pesat. Untuk memilih diameter terbaik dan tipe pipa pesat harus memperhitungkan faktor-
faktor berikut: 1.
Biaya pembelian pipa dan biaya tambahan seperti pemasangan, disain, sambungan dan transportasi.
2. Biaya perawatan pipa seperti pembersihan dan pengecatan ulang.
3. Daya yang dapat dihantarkan pipa setelah mengalami kehilangan akibat
gesekan. 4.
Jumlah aliran yang dapat menyuplai turbin untuk menghasilkan listrik terutama pada saat musim kemarau
5. Daya power optimum
Secara sederhana, diameter pipa dapat dicari dengan menggunakan persamaan dasar: A =
V Q
2.17
V Q
d =
2
. 4
1
π
2.18 Ketebalan pipa:
40 80
+ =
D t
2.19 di mana, t = ketebalan minimum pipa,D = diameter pipa
2.4.2.2 Kehilangan Akibat Gesekan Pada Pipa Pesat
Setelah mendapatkan diameter pipa pesat, kita akan menghitung nialai kehilangan head pada pipa pesat dengan mencari harga faktor gesekan fl.Untuk
mencari fl digunakan grafik pada gambar 2.6 dengan cara menghubungkan garis lengkung antara harga kd terhadap nilai 1,2.Qd. Dari table 2.3 didapat koefisien
untuk beberapa material pipa dengan umur kondisinya. Melalui grafik kehilangan akibat gesekan didapat faktor gesekan fL.
H
kehilangan pada dinding
5 2
. 08
, .
. d
Q L
fL
pipa
=
2. 20 Tabel 2. 3 koefisien kekasaran pipa dalam mm
Material Umur kondisi
5 tahun 5 - 15 tahun 15 tahun
Pipa lunak PVC, HDPE, MDPE
0,003 0,01
0,05 Fiberglas
Beton 0,06
0,15 1,5
Baja ringan : Baja tak berlapis
0,01 0,1
0,5 Baja galvanis
0,06 0,15
0,3 Besi
Baru 0,15
0,3 0,6
Lama - karat rendah 0,6
1,5 3,0
- karat sedang 1,5
3,0 6,0
- karat tinggi 6,0
10,0 20,0
Sumber : micro hydro desidn manual adam Harvey 1993
Gambar 2. 6 Grafik faktor gesekan pada pipa.
Sumber : micro hydro desidn manual adam Harvey 1993
Dari tabel 2.4 didapat faktor kehilangan akibat gerakan turbulen aliran pada pipa, diasumsikan pipa pesat tidak membengkok, namun terdapat putaran pada ketajaman
sudut masuk K
entrance
dan bukaan klep K
Valve
. Tabel 2. 4 koefisien ketajaman sudut masuk
No. Bentuk ketajaman sudut masuk
K Valve 1
1,0
2 0,8
3 0,5
4 0,2
Sumber : micro hydro desidn manual adam Harvey 1993
Tabel 2. 5 Koefisien bukaan klep
Tipe Klep Bola
Pintu Kupu-kupu
K Klep 0,1
0,3 Sumber : micro hydro desidn manual adam Harvey 1993
H
kehilangan pada turbin
=
g V
. 2
2
K
valve
+ K
entrance
Kehilangan akibat gesekan H
kehilangan akibat gesekan
H
kehilangan akibat gesekan
= h
kehilangan pada dinding
+ h
kehilangan pada turbin
Kehilangan =
gross loss
H H
x 100
Efisiensi penstock =
gross loss
gross
H H
H −
2.5 Perencanaan Elektromekanikal
