Alpen Steel | Renewable Energy

~ Perencanaan Sipil PLTMH

Perencanaan Sipil
 

•  Saluran penghantar (head race)

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 pemetiharaannya

•  Struktur bangunan yang memadai

•  Kehilangan tinggi tekan (head losses) yang kecil

Perencanaan hidrolis

Dimensi saluran dihitung menggunakan formula untuk perhitungan aliran seragam (uniform flow) pada saluran terbuka. Proses perencanaan hidrolis saluran pembawa dilakukan menggunakan software engineering hydraulic Flow Pro. 2. Pada perencanaan ini ditetapkan slope saluran pembawa sebesar 0.001 dengan koefisien Manning 0.012.

 

  1. Kecepatan aliran

Kecepatan aliran pada saluran penghantar direncanakan sedemikian rupa untuk mencegah sedimentasi akibat kecepatan rendah maupun pengerusan tanah akibat kecepatan tinggi. Kecepatan aliran yang diCiinkan dalam saluran ditetapkan dengan asumsi ukuran butir material sedimen 0.2 - 0.3 mm

Kecepatan aliran yang diijinkan pada perencanaan ini adalah :

•  Kecepatan maksimum

:

2 m/det, saluran pasangan batu tanpa plesteran

•  Kecepatan minimum

:

0.3 m/det, saluran pasangan batu plesteran

0.5 m/det, saluran tanpa pasangan/plesteran

Kecepatan rata aliran yang diijinkan pada perencanaan ini berkisar 0.5 - 0.7 m/det.

Tabe15.1 Perhitungan Saluran Pembawa, Flow Pro 2

U-SHAPED CHANNEL

SI Units

U-shaped Channel

Discharge

Diameter

Manning's n

Slope

Control Depth

0.75

1.2

0.012

0.001

1,000

Normal Depth

XSee Area

Crit. Depth

XSec Area

Flow Type

0,546

0,656

0,342

0,410

Subcritical

Distance

Depth

Energy

Area

Velocity

36,900

0,970

0,991

1,164

0,644

74,486

0,940

0,962

1,128

0,665

112,876

0,909

0,934

1,091

0,687

150,000

0,881

0,907

1,057

0,709

•  Bak penenang dan pengendap (head tank)

Konstruksi bak penenang dalam perencanaan ini adalah sebagaimana ditampilkan pada gambar 5.4. Perhitungan dimensi bak penenang dilakukan dengan beberapa kriteria, yaitu :

•  Volume bak 10 - 20 kali debit yang masuk untuk menjamin aliran steady di pipa pesat dan mampu meredam tekanan balik pada saat penutupan aliran di pipa pesat.

•  Bak penenang direncanakan dengan menetapkan kecepatan vertikal partikel sedimer 0.03 m/det.

•  Pipa pesat ditempatkan 15 cm di atas dasar bak penenang untuk menghindarkan masuknya batu atau benda-benda yang tidak diijinkan terbawa memasuki turbin, karena berpotensi merusak runner turbin.

•  Pipa pesat ditempatkan pada jarak minimum 4 x D (diameter pipa pesat) dari muka air untuk menjamin tidak terjadi turbulensi dan pusaran yang memungkinkan masuknya udara bersama aliran air di dalam pipa pesat

•  Bak penenang dilengkapi trash rack untuk mencegah sampah dan benda-benda yang tidak diinginkan memasuki pipa pesat bersama aliran air.

•  Pipa penguras ditempatkan di bak pengendap dan bak penenang sebagai kelengkapan untuk perawatan (pembuangan endapan sedimen).

•  Bak penenang diiengkapi pelimpas yang direncanakan untuk membuang kelebihan debit pada saat banjir. Bangunan bak penenang dan saluran pembawa direncanakan terjaga ketinggian permukaan pada saat banjir sampai maksimum 25% dari debit desain.

•  Konstruksi bak penenang dan pengendap berupa pasangan batu diplester dengan dasar bak berupa cor-an beton tumbuk (tanpa tulangan) kedap air.

•  Pipa pesat (penstock)

Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penenang (forebay tank). Perencanaan pipa pesat mencakup pemilihan material, diameter penstock, tebal dan jenis sambungan (coordination point). Pemilihan material berdasarkan pertimbangan kondisi operasi, aksesibility, berat, sistem penyambungan dan biaya. Diameter pipa pesat dipilih dengan pertimbangan keamanan, kemudahan proses pembuatan, ketersediaan material dan tingkat rugirugi (fiction losses) seminimal mungkin. Ketebalan penstock dipilih untuk menahan tekanan hidrolik dan surge pressure yang dapat terjadi.

•  Pemilihan pipa pesat

Data dan asumsi awal perhitungan pipa pesat:

•  Material pipa pesat menggunakan plat baja diroll dan dilas (welded rolled steel. Hat ini dipilih sebagai alternatif terbaik untuk mendaotkan biaya terkecil. Material yang digunakan adalah mild steel (St 37) dengan kekuatan cukup.

•  Head losses pada sistem pemipaan (penstock) diasumsikan sekitar 4% terhadap head gross.

•  Diameter pipa pesat

Diameter minimum pipa pesat dapat dihitung dengan persamaan

D=( 10.3 n 2 Q 2 L / hf ) 0.1875

Di mana:

n = koefisien kekasaran (roughness) untuk welded steel, 0.012

Q = debit desain sebesar m 3 /S

L = panjang penstock, m

H = tinggi jatuhan air (gross head), m

Tabel 5. 2 Material Pipa Pesat

Material Young's modulus
of elasticity
E (N/m 2 )E9
linear expansion
a (n/m QC)E6
Ultimate
tensile strength
(N/m 2 )E6
N

Weleded steel

206

12

400

0.012

Polyethylene

0.55

140

5

0.009

Polyvinyl chloride (PVC)

2.75

54

13

3,009

Asbestos cenent

n.a

8.1

na

0.011

Cast iron

78.5

10

140

0.014

Dutiie iron

16,7

11

340

0.015

• Tebal plat

Perhitungan tebal plat dapat menggunakan persamaan

tp = (P i .D/ 2sf.Kf)+ts

dimana :

ts = adalah penambahan ketebalan pipa untuk faktor korosi

P1 = tekanan hidrostatik, kNi P mm 2

D = diameter dalam pipa

Kf = faktor pehgelasan sebesar 0.9 untuk pengelasan dengan inspeksi x-ray faktor pengelasan sebesar 0.8 untuk pengelasan biasa

sf = desaintegangan pipa yang diijinkan

Pendekatan paling sederhana menggunakan rekomendasi ASME untuk tebal penstock minimum (mm) adalah 2,5 kali diameter pipa (m) di tambah 1,2 mm.

t min = 2.5D + 1.2 mm

Rekomendasi lain adalah

t min =(D+508)/1400

•  Waterhammer

Pada saat penutupan inlet valve dapat terjadi tekanan gelombang aliran air di dalam pipa yang dikenal sebagai waterhammer. Tekanan baiik akibat tertahannya aliran air oleh penutupan katup akan berinteraksi dengan tekanan air yang menuju inlet valve sehingga terjadi tekanan tinggi yang dapat merusak penstock. Besarnya tekanan tersebut dipengaruhi oleh faktor

•  Kecepatan gelombang tekanan ( pressure wave speed ), c yang besarnya

C= [ 10 -3 K/(1+ KD/Et)] 0.5

Dimana :

K = modulus bulk air, 2.1 x 10' N/m 2

E = modulus elastilk material, untuk welded steel 2.1 x 11C N/m 2

D = diameter pipa (mm)

t = tebal pipa (mm)

•  Surge pressure pada pipa, Ps (m kolom air)

P S = c.?V/g

di mana :

?V = kecepatan aliran air didalam pilpa adalah 4Q/ ? D 2

g = percepatan gravitasi m/det 2

Tekanan total (tekanan kritis) di dalam pipa adalah sebesar, Pc:

Pc = PO + PS

= (0.96 Hgross) + PS

dimana Po adalah tekanan hidrostatik dalam pipa dengan asumsi headloss 4% Sementara itu tegangan yang terjadi pada dinding pipa adalah

s = Pc. D/2.t

Tegangan pada dinding pipa tersebut dibandingkan dengan kekuatan tarik material dan tegangan yang diijinkan. Apabila tegangan pada dinding pipa lebih besar maka penentuan diameter dan ketebalan pipa diulang (iterasi) sampai diperoleh kondisi yang aman. Perhitungan rinci kekuatan dan keamanan pipa dilampirkan pada setiap lokasi rencana pengembangan PLTMH.

•  Tumpuan pipa pesat (saddles support)

Tumpuan pipa pesat, baik pondasi anchor block, saddle support, berfungsi untuk mengikat dan menahan penstock. Jarak antar tumpuan (L) ditentukan oleh besarnya defleksi maksimum penstock yang diijinkan. Jarak maksimum dudukan pondasi penstok dapat dihitung dengan formula:

L = 182.61 x {[(D + 0.0147) 4 - D 4 ]/ p} 0.333

Dimana.

D = diameter dalam penstock (m)

P = berat satuan dalam keadaan penuh berisi air (kg/m).

Berat satuan pipa pesat dihitung dengan formula

W pipa = ? D x t x l x ?baja

Di mana

W pipa = kg 1 m pipa pesat

D = diameter pipa, m

t = tebal pipa, m

pbaja= 7860 kg/M3

Berat air di dalam pipa dihitung sebesar:

Di mana:

W air = kg 1 m pipa pesat

D = diameter pipa, m

1 = panjang pipa satuan, 1 m

p air = 1000 kg/m3

W air = 0.25nD 2 x 1 x pair

Berat satuan pipa berisi penuh air adalah, P = W pipa + W air . Pada perencanaan

PLTMH ini, jarak antar tumpuan pipa pesat rata-rata adalah 4 m,

•  Rugi-rugi head (Head Losses).

Rugi-rugi head (head losses) diberikan oleh flaktor:

•  Kerugian karena gesekan saat aliran air melewati trashrack

•  Kerugian gesekan aliran fluida di dalam pipa

•  Kerugian karena turbulensi aliran yang dipengaruhi belokan, bukaan katup, perubahan penampang aliran

Reduksi head losses dapat dilakukan dengan cara :

•  Penggunaan diameter pipa yang lebih besar (harus mempertimbangkan biaya)

•  Mengurangi belokan pada penstock dan pemilihan dimensi yang terbaik untukmendapatkan rugi-rugi yang kecil.

Besarnya rugi-rugi pada pipa pesat terdiri dari:

Rugi-rugi karena gesekan selama aliran didalam pipa, hfriction

Hfriction = ?.L.V 2 / 2.g.D

Di mana ;

? = koefisien gesekan berdasarkan diagram Moody, bilangan Reynolds dan koefisien kekasaran material

L = panjang penstock, m

V = kecepatan rata-rata, m/det

G = percepatan gravitasi, m/det 2

D = diameter pipa pesat, m

Persamaan empiris lainnya yang dapat digunakan untuk menghitung rugi-rugi gesekan ini adalah:

(Hf 1 L) = 10.29 n 2 Q21 D5 .333

dimana:

Hf head losses karena gesekan aliran di dalam pipa, m L panjang pipa, m n koefisien kekasaran Manning, 0.012 untuk material welded steel Q debit, m 31S

D diameter penstock, m

Kerugian karena gesekan pada aliran metalui trashrack dapat dihitung dengan formula Kirchmer sebagai berikut

t pr27sin lb 2g

dimana ;

Kt = koefisien gesekan bentuk pelat trashrack

t = tebal plat trashrack

b = jarak antar plat trashrack

Vo = kecepatan aliran air

g = percepatan gravitasi

0 = sudut jatuhan trashrack dengan horisontal

Kerugian karena turbulensi, HI

HI total. V2 1 2g

Di mana, koefisien losses, ~ total besarnya adalah

~ total = Onlet loss + ~ belokantelbow + ~inlet valve + ~reducer/difusor + ~draf'Lube

Berdasarkan perhitungan menggunakan form. ula-formula di atas, maka pada perencanaart PLTM ini ukuran pipa pesat distandarisasi untuk memudahkan aplikasi di lapangan, sebagaimana dapat dilihat di tabel 5.3. Diameter standar pipa dibuat dari plat ukuran 120 cm x 240 cm yang diroll dan dilas.

Tabel 5.3 Standard Penggunaan Pipa Pesat

Tabel 5.6 Koefisier, Kekasaran Manning beberapa material Penstock

Wdded~1 pc~yiem (M) PVC Adx~c~nt 0~kw cam hw V~-~(m,vi) CweffiM, ~ f~ m~ 1~)

(1. 01 2_ TWO 0." (1.011 (1,015 0.014: (1.012

  Anda belum mendaftar atau login.
Anda dapat turut serta menuliskan artikel disini, caranya klik disini
Ada pertanyaan? Ingin berdiskusi? silahkan tulis di Alpensteel Forum

Fast Contact

Show Room & Factory:
 
Jalan Karawang No 2
Bandung 40272 - Indonesia
 
Phone Line1:
022-7244-888 (08:00-17:00)
 
Fax:
022-723-0812 (24 Jam)
 
Handphone:
0852-111-111-77 (Umum) 
 
SMS:
0852-111-111-77 (24 Jam)
BB: 2a02ac52(24 Jam)
PageRank  Hit Counters
free counters
Alpen Steel Facebook