STUDI KELAYAKAN PLTM KALIWADAS PEKALONGA

Bab 7 Basic Desain

7.1 Pelaksanaan 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.

Gambar 7.1. Potongan memanjang dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

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

=6m

Kemiringan Tebing Talut

Gradien Rata-Rata

:S

Saluran Berbatu

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

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 (saluran pengarah) tersebut, maka lebar bangunan bagi yang paling ideal adalah 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 (saluran pengarah) tersebut, maka lebar bangunan bagi yang paling ideal adalah

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/dtk 2 )

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 : 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 :

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 m 3

Sehingga kedalaman headpond (ht) :

(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 irigasi WS pemali-Comal setiap minggu pada hari sabtu padi pukul 8.00 hingga 11.00.

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

antisipasi terhadap perubahan temperatur.

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

D=

V x 0,7857

dimana

d = Diameter pipa Q = Debit desain

= 8 m³ /dtk

V = Kecepatan aliran

= 3 m/dtk

Jadi :

Diameter pipa = D= 8 = 1.84 m≈2m

3 x 0.7857

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 :

= ( D + 800 / 400 )

dimana t

= Tebal pipa pesat , mm

D = Diameter pipa pesat, mm

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.

Gambar 7.4 Patok BM Lokasi PLTM

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

= Koefisien pintu masuk

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

f2 h = 8 . f. L/D . (Q² / ( π . g)) f2 h = 8 . f. L/D . (Q² / ( π . g))

f : Koefisien gesekan pipa

: Panjang pipa

= 35,00 m

D : Diameter Pipa

= 1.00 m

: Debit desain

= 8 m³ /dtk

Jadi :

f2 = 8 x 0.04 x ( 35/ 1.00 )x(8 / ( 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 11 o , maka  diambil sebesar 0.1. Jadi kehilangan energi di pipa pesat karena belokan adalah :

f3 = 0.1 x 3 / (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 :

Ha  Hv  Hs Ha  Hv  Hs

= faktor kavitasi = tekanan atmosfir (9,83 m Aq) Ha

o Hv = tekanan uap jenuh pada suhu 25 C (0,32 m Aq)

= head efektif (5.5 m) H = tinggi isap / draft head Hs

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) :

= 874.666 (m – kW)

Faktor kavitasi ( σ) :

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

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

Elevasi titik pusat turbin (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

Hs < Z  3,44 m < 143,33 m (Ok)  aman terhadap kavitasi

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

semua aktivitas kepembangkitan dan aktivitas pengelolaannya.

sebagai

ruang

kontrol/pengendalian

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.

Lokasi PLTM

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.

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

 3 Debit Pembangkit,( m³/dtk )

: 8m /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

- Kuat desak beton rencana (f’c)

: dalam satuan Mpa

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 :

Ln .( 0 , 8  fy 1500 ) tetapi tidak boleh kurang dari

:h 

36  9  Ln .( 0 , 8  fy 1500 )

dan tidak perlu lebih dari

:h 

36 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 :

Mtx = 0,001.qu.Lx2.Xtx Mlx = 0,001.qu.Lx2.Xlx Mty = 0,001.qu.Lx2.Xty Mly = 0,001.qu.Lx2.Xly

dimana

qu

= beban merata (KN/m’)

Lx

= panjang bentang pendek (meter) Xtx = koefisien momen tumpuan arah x Xlx = koefisien momen lapangan arah x Xty = koefisien momen tumpuan arah y

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

 maks = 0,75.  b

min =

fy

dimana b

= rasio tulangan terhadap luas beton efektif dalam keadaan

seimbang

maks = rasio tulangan maksimun 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.

dx

=h – Pb - ½. tul. x

dy

=h – Pb -  tul. x - ½.  tul. y

d. Menentukan Luas Tulangan (As) arah x dan y

- Jika  perlu >  maks , tebal minimum (h) harus perbesar - Jika  min <  perlu <  maks

dipakai nilai :  pakai =  perlu - Jika  perlu <  maks , dan juga <  min , maka :

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 :

As perlu =  perlu .b.d Nilai lebar pelat (b), diambil tiap 1 meter (1000 mm)

Jarak antar tulangan : s 

As perlu

s s  250 mm Diambil nilai jarak antar tulangan (s) yang terkecil, sehingga didapatkan nilai As ada :

 2h

As ada =

e. Kontrol kapasitas lentur pelat yang terjadi Tinggi blok tekan beton :

As ada . fy

0 , 85 . f ' c . b

Kapasitas lentur moninal pelat :

Mn

= As ada . fy . (d - a )  Mu

2. Perencanaan Balok

Pada kriteria desain PLTM Kaliwadas untuk perencanaan balok, langkah- langkah adalah sebagai berikut :

a. Menentukan mutu beton dan baja tulangan - Tegangan leleh baja (fy)

: dalam satuan Mpa

- 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 f’c > 30 MPa 1 = 0,85 – 0,008.(f’c – 30)  0,65 - 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 f’c > 30 MPa 1 = 0,85 – 0,008.(f’c – 30)  0,65

Gambar 7.7 Diagram Regangan Beton dalam Keadaan Seimbang

 maks = 0,75.  b

dalam perencanaan dipakai nilai : pakai = 0,5.  maks

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

fy

0 , 85 . f ' c Rn = .fy.(1 – ½..m)

b.d2 = Mu

Rn Mu 

Karena nilai diketahui, maka d perlu dan b penampang beton dapat

Rn

dicari dengan cara coba-coba (trial and errors). Untuk mendapatkan nilai

d perlu dan b penampang beton yang proposional digunakan perbandingan b/d perlu = 1,2 – 3,0.

Pada beton tulangan sebelah digunakan nilai d 1 :

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

penutup beton

jarak bersih antar tulangan

 25 mm 40 mm b 

 b  1,33agregat terbesar

tulangan

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 d perlu didapat, maka :

h =d perlu +d 1

Nilai d 1 seperti diatas, tergantung dari banyaknya tulangan tarik yang digunakan.

Jika nilai d pakai lebih besar (>) d perlu , maka digunakan tulangan sebelah Jika nilai d pakai lebih kecil (<) d perlu , maka digunakan tulangan rangkap

Perencanaan Balok Penampang Persegi Menahan Lentur Tulangan Sebelah. Balok lentur tulangan sebelah direncanakan, jika nilai d pakai lebih besar (>)

d perlu ,.

d. Menentukan  ada dan Rn ada

e. Menentukan luas tulangan (As)

As

= ada.b.dada

As

As ada = n. A 1 > As

dimana As

= Luas tulangan tarik longitudional (mm2)

= 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 :

As . fy

0 , 85 . f ' c . b

Kapasitas lentur nominal balok pelat :

Mn = As. fy. (d -

a) > Mu

 c = 0,003 kf'c

a/2

Cc = 0,85f'c ab

As

Ts = As.Fs

Diagram Balok

Diagram Diagram

Momen dan Gaya

Ekivalen

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 d pakai lebih kecil (<)

d perlu ,. Langkah – langkah perencanaan sebagai berikut ini :

g. Menentukan As 1 dan Mn 1 As 1 =  1 .b.dada As 1 . fy

h. Menentukan Mn 2

Mu

  Mn = Mn1 + Mn2

Mn2 = Mu - Mn 1  Mn2 = Mu - Mn 1 

i. Menentukan As’ = As 2 dan As  0 , 85 . f ' c .  1 d ' 

fs’ = 600.  1 

 (    ' ). fy d 

jika fs’  fy, maka baja desak sudah leleh, sehingga dipakai :

fs’ = fy

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

As = As 1 + As’, As’ = As 2

Gambar 7.10 Distribusi Tulangan Rangkap Tarik

dimana

 1 = rasio tulangan yang dipakai dalam perencanaan As 1 = 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 (mm 2 )

Kontrol kapasitas Lentur yang terjadi

As

ada

As '

b . d ada

Gambar 7.11 Diagram Tegangan – Regangan Beton Tulangan Rangkap j. Baja desak belum leleh

baja desak belum leleh, sehingga : fs’ = fs’

= (As. fy – As’. fs’). (d - a

2 ) + (As’. fs’). (d – d’)

k. Baja desak telah leleh

 0 , 85 . f ' c .  1 d '   600 

( - ’)  

  600  fy   baja desak telah leleh, sehingga : fs’ = fy

= (As – As’). fy. (d - a

2 ) + (As’. fy). (d – d’) 2 ) + (As’. fy). (d – d’)

(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 :

 1  Vc =  . f ' c  . b. d

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

Vs min =

1 .b.d

Vc  Vc

Gambar 7.12 Diagram Gaya Geser Balok Gambar 7.12 Diagram Gaya Geser Balok

- 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  2,5h f .

Tulangan geser dengan jarak :

- Bila Vc < Vu  (Vc + Vs min  )

Maka perlu tulangan geser, dengan jarak sengkang :

- Bila (Vc + Vs min )< Vu  3.Vc

Maka perlu tulangan geser, dengan jarak sengkang :

- Bila 3.Vc < Vu  5.Vc 

Maka perlu tulangan geser, dengan jarak sengkang :

n. Menentukan kekuatan tulangan geser vertikal (Vs) Setelah jarak sengkang (s) diketahui, maka nilai Vs dapat dicari :

Av . fy . d

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. Sehingga dalam perencanaan kolom harus diperhitungkan lebih cermat 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. Sehingga dalam perencanaan kolom harus diperhitungkan lebih cermat

Perencanaan Kolom Pendek menggunakan rumus-rumus sebagai berikut :

a. Menentukan propertis penampang kolom - Tegangan leleh baja (fy)

: dalam satuan Mpa

- 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.

Pno = 0,85 . fc’ . (Ag – Ast) + Ast . fy

- Untuk sengkang biasa :

Pno = 0,8 .  Po = 0,8. .(0,85 . fc’ . (Ag – Ast) + Ast . fy)

Karena Pu  .Pn, maka untuk kolom sehingga diperoleh Ag perlu : Pu

Ag perlu =

0 , 8 .  .( 0 , 85 . f ' c .( 1   g )  fy .  g )

- Untuk sengkang spiral :

Pno = 0,85 . Po =0,85. .(0,85 . fc’ . (Ag – Ast) + Ast . fy) Karena Pu  .Pn, maka untuk kolom sehingga diperoleh Ag perlu : Pu

Ag perlu =

0 , 85 .  .( 0 , 85 . f ' c .( 1   g )  fy .  g )

Sehingga setelah nilai Ag perlu diperoleh, panjang dan lebar sisi kolom persegi atau diameter kolom bulat dapat ditentukan.

Ag 2 = b.h= 1. .D

Ast

= n% . Ag = As + As’

A As’ st

= As =

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 (mm 2 )

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. - Tegangan leleh baja (fy)

: dalam satuan Mpa

- 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. (q all ), yang besarnya :

q ultnetto

q all =

SF

dimana : SF = Safety Factor (faktor keamaman), diambil nilai : 1,5 –3

Dalam hal ini nilai yang digunakan untuk q all 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 :

A perlu =

q all

b. Untuk beban aksial dan momen eksentries (e  0) Jika resultan beban-beban eksentris dan terdapat momen yang harus didukung fondasi, momen-monen tersebut dapat digantikan dengan beban vertikal yang titik tangkap gayanya pada jarak e dari pusat berat pondasi.

M = P.e berat tanah diatas pondasi

B 2/3.B

1/3.B

e < 1/6.B

qmin (-)

qmin(+)

qmin = 0

e = 1/6.B

e = 1/6.B

qmax(+)

terjadi tegangan tekan

qmax(+)

tarik pada tanah terjadi tegangan

qmax(+)

pada tanah

qall min

- Pada kondisi dimana : e < 1/6.b qall min bernilai negatif (-) - Pada kondisi dimana : e = 1/6.b qall min bernilai nol (0) - Pada kondisi dimana : e > 1/6.b q all min bernilai positif (+)

Eksentrisitas kolom menyebabkan tegangan tanah dibawah pondasi tidak merata, tetapi diasumsikan berubah secara linier sepanjang tapak, sehingga : Eksentrisitas kolom menyebabkan tegangan tanah dibawah pondasi tidak merata, tetapi diasumsikan berubah secara linier sepanjang tapak, sehingga :

Setelah A perlu diketahui lebar (L) dan panjang (P) sisi tapak pondasi bisa dicari dan diperoleh nilai A ada . Sehingga tegangan kontak yang terjadi di dasar pondasi, adalah :

c. Kontrol kapasitas daya dukung tanah (q ult )

Kapasitas daya dukung tanah yang terjadi di dasar pondasi adalah :

q ult netto =q ult bruto – q Nilai q : q

=h.  ’

dimana q 2

ult bruto = kapasitas daya dukung kotor tanah (kg/cm ) q ult 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 q ult bruto dapat digunakan nilai tegangan ijin tanah (q ult bruto ) yang direkomendasikan dalam Laporan Hasil Penyelidikan Tanah oleh Laboratorium.

Kontrol tegangan ijin yang terjadi :

q ult netto q kontak

d. Perencanaan Geser Pondasi

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 P  h k  2d .

dimana m =

2 Vu = n. P. qu pada arah –y

L  b k  2d .

dimana n =

Kekuatan beton menahan gaya geser (Vc) :

- Arah –x:

Vc x = 1 . f ' c . L.d  x

Vu

- Arah –y:

1 Vc Vu y = . ' . y f c P.d 

Geser dua (2) arah/ Pons

Gaya geser akibat beban luar yang bekerja pada penampang kritis :

Vu

= qu. ((P.L) – (x.y))

=h k +d

=b k +d

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

= sisi panjang tapak  1,0

sisi pendek tapak

diman 2 a : bo = keliling penampang kritis (mm )

c = rasio sisi panjang dengan sisi pendek

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 :

- Tulangan arah y :

Diambil nilai Mu 1 atau Mu 2 yang terbesar. Untuk Mu yang besar letak tulangan dibawah sedangkan Mu yang kecil letak tulangan diatas. Untuk pondasi diambil nilai penutup beton (Pb)  70 mm.

d = h + Pb - ½.  tul.bawah untuk tulangan bawah

d = h + Pb -  tul.bawah - ½.  tul.atas untuk tulangan atas

1. bila > min , digunakan

 perlu = 

2. bila < min , 1,33. < min digunakan

 perlu = 1,33. 

 perlu =  min Luas tulangan perlu

2. bila < min , 1,33. > min digunakan

As perlu =  perlu . b. d

Luas tulangan susut

As tul. Susut = 0,002. b. h

Dipilih diameter ( ) tulangan, didapatkan A 1 , jarak antar tulangan :

A 1  . 1000

As perlu

A 1  . 1000

Sehingga nilai As ada dapat dihitung : As ada =

Kontrol kapasitas lentur yang terjadi :

Tinggi blok tekan pelat pondasi :

As . fy

0 , 85 . f ' c . b

Kapasitas lentur moninal pelat pondasi :

Mn = As. fy. (d - 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/m 2 .

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

7.1.5 Rencana Pekerjaan Tail Race

Saluran pembuang akhir (tailrace) direncanakan berbentuk persegi empat dari pasangan batu. Kapasitas saluran direncanakan berdasarkan : Q desain = 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

 ½ Manning : V

=Kxi xR

7.1.6 Rencana Pekerjaan Rumah Jaga

Rumah jaga berukuran 3 x 3 m 2 , 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

- plafon

: eternit, kayu kruing

- 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)

 Lebar Bahu Jalan, (m)

:1m

 Kemiringan Melintang Badan Jalan

 Kemiringan Melintang Bahu Jalan

 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 lintas. Berdasarkan Tata Cara Perencanaan Geometrik Jalan Antar Kota

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

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

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 (e normal )

- lereng melintang bahu jalan

- superelevasi maksimum

- kebebasan minimum yang diperlukan - kebebasan minimum yang diperlukan

: 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 .( e  fm )

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 Umum.

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 - Drainase/saluran jalan

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 jalan, dan material perkerasan untuk permukaan jalan.

Secara umum pekerjaan relokasi jalan direncanakan sebagai berikut :  Kelas Jalan

: III B

 Panjang Jalan, (m)

: 100 m

 Lebar Badan Jalan, (m)

 Lebar Bahu Jalan, (m)

:1m

 Kemiringan Melintang Badan Jalan

 Kemiringan Melintang Bahu Jalan

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

: 33 cm

7.2 Perancangan 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

 Medium head power plant : dengan tinggi jatuhan antara low head

dan high-head.

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

persamaan : 0-113 H ≥ 100 (Q)

3 dimana , H =head, m Q = desain debit, m /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

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

tersedia.

 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 :

0.51 Ns = N x P 0.21 H

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 3 = debit air, m /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

Turbin Propeller

250≤Ns≤ 1000

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/H 0.243 (Siervo & Lugaresi, 1978) Turbin Francis 0.854 Ns = 3763/H (Schweiger & Gregory, 1989) Turbin Kaplan 0.486 Ns = 2283/H (Schweiger & Gregory, 1989)

Turbin Crossfiow 0.505 Ns = 513.25/H (Kpordze & Wamick, 1983)

Turbin Propeller 0.5 Ns = 2702/H (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 transmisi sehingga sama dengan putaran generator 250 rpm.

Gambar 7.14 Diagram Aplikasi Berbagai Jenis Turbin

(Head Vs Debit)

Tabel Putaran Generator Sinkron (rpm) Jumlah Pole (kutub)

Frekuensi , 50 Hz

Tabel Run-away speed Turbin, N maks/N Putaran Nominal

Jenis Turbin Runaway speed

N (rpm)

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)

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 yang masuk ke generator.

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 Aplikasi > 100 kVA efisiensi 0.9 - 0.95

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