BAB 4Desain PLTMH

PT Wahana Pengembangan Usaha

4.1 Perencanaan Bangunan SipilPerencanaan fasilitas utama bangunan sipil PLTMH Kioko terdiri dari:

a. Bangunan Bendung (Weir)

b. Penyadapan air (intake),

c. Saluran pembawa (head race),

d. Bak pengendap, bak penenang (forebay),

e. Draft Tube (pipa hisap)

f. Saluran Buang (tail race).g. Rumah Turbin (power house)

4.1.1 Bendung

Bangunan sipil utama dibedakan atas bangunan yang dirancang berdasarkan debit rencana turbin dan bangunan yang dirancang berdasarkan debit banjir rencana.

Sedangkan bangunan yang dirancang berdasarkan debit rencana turbin adalah pintu pengambilan, saluran pembawa, kolam pengendap pasir, bak penenang, pipa pesat, dan saluran pembuang.

Tipe bendung yang dipilih adalah tipe bendung pelimpah pasangan batu dengan lapisan beton pada permukaan ausnya. Bagian bendung yang harus direncanakan adalah mercu bendung, pintu pembilas, peredam energi (kolam olakan), tanggul pelindung, tembok pangkal (abutment) dan bangunan pengambilan. Bendung dirancang serendah mungkin tetapi tetap dapat berfungsi untuk mengalihkan air ke bangunan pengambilan dan aman terhadap banjir baik untuk bendung sendiri maupun untuk bangunan sekitarnya.Lebar bendung adalah jarak antara kedua pangkal bendung (abutment).

Lebar bendung sebaiknya diambil sama dengan lebar rata-rata sungai dengan lebar maksimum hendaknya tidak lebih dari 1,2 kali lebar rata-rata sungai pada ruas yang stabil. Setelah dikaji dari berbagai kondisi dan pertimbangan, maka ditentukan parameter teknis bendung PLTM Kioko, sebagai berikut , lihat Gambar 5.1 :Elevasi Dasar Bendung

: +15,372 mTinggi Bendung (p)

: 1,00 mElevasi Mercu Bendung

: +16,372 mLebar Bendung Optimal (Bb)

: 31,60 mPintu Bilas (b)

: 1 x 1.0 mTebal Pilar

: 1 x 0.6 m`

Gambar 4. 1 Lebar dan Tinggi Bendung4.1.2 Dimensi Saluran Pembawa

Saluran pembawa terbagi menjadi 2 macam yaitu dari pipa dan pasangan batu berbentuk persegi, Gambar 5.2 dan Gambar 5.3. Kapasitas debit nya diambil 120 % kali debit rencana turbin, yaitu 1,2 x 0,980 = 1,176 m3/dt. Untuk perhitungan penentuan dimensinya digunakan rumus stickler, sebagai berikut :

Dimana :V = kecepatan aliran, m/det

k = koefisien stickler

R = jari-jari hidraulis

I = kemiringan dasar

Bila dikombinasikan dengan rumus kontinyuitas, maka diperoleh hubungan dengan penampang saluran pipa sebagai berikut.

Dimana :Q = debit aliran, m3/dt.

V = kecepatan, m/det.

A = luas penampang, m2.

D = Diameter Pipa, m

Gambar 4. 2 Penampang Saluran Pembawa Pipa.Untuk bagian saluran yang berbentuk persegi, diperoleh persamaan seperti dibawah ini.

Dimana :Q = debit aliran, m3/dt.

A = luas penampang, m2.

b = lebar dasar, m

h = tinggi aliran, m.

SHAPE \* MERGEFORMAT

Gambar 4. 3 Penampang Saluran Pembawa Persegi.Direncanakan:Panjang saluran pembawa: 100 meter

Tinggi saluran pembawa : 1,1 meter

Lebar saluran pembawa : 1,5 meter

4.1.3 Pipa Hisap (draft Tube)

Proses konversi energi dari energi potensial hidrolik menjadi energi kinetik yang akan dirubah menjadi energi mekanik oleh unit turbin terjadi melalui gaya suction head. Pemanfaatan potensi air yang berkumpul di bak penenang (head tank). Air dari bak penenang mengalir melalui turbin yang selanjutnya dihisap oleh pipa hisap (draftube) sehingga turbin berputarn yang terdapat di bawah rumah pembangkit.

Pipa hisap yang diperlukan pada perencanaan PLTMH menggunakan besi plat mild steel 4 mm yang di-roll dan dilas ditempat. Pipa sepanjang 10 m dengan diameter 580 mm akan diperkuat struktur pondasi (anchor block) berupa coran beton tumbuk.

Pada bagian ujung pipa pesat dilengkapi dengan kolam olak agar pipa selalu terendam air unutk mencegah adanya udara masuk.

Diameter pipa hisap (draftube)

Pemilihan diameter pipa hisap didasari oleh kondisi sebagai berikut :

1. Pipa dengan diameter besar memiliki head losses kecil, tetapi lebih berat, tebal dan mahal.

2. Pipa dengan diameter kecil memiliki kehilangan energi yang besar karena friksi yang besar, tetapi beratnya lebih kecil, dan murah.

Pertimbangan utama pemilihan diameter pipa PLTMH adalah tingkat keamanan. Untuk itu pemilihan diameter pipa memerlukan iterasi untuk mendapatkan kombinasi terbaik antara biaya dan keamanan.

Diameter minimum pipa dapat dihitung dengan persamaan :

D = (10.3 n2Q2L / hf )0.1875

dengan asumsi hf = 0.02 H , maka :

D = 3.22 (n2Q2L / H)0.1875

D = 0.57 m

dimana :

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

Q = debit desain sebesar 0.980 m3/det

L = panjang pipa, 10 m

H = tinggi jatuhan air (gross head) sebesar 4 m

Dengan menggunakan material pipa welded rolled steel plate, maka diameter nominal 570 mm dapat dipenuhi. Diameter pipa dan ketebalannya tersebut akan dikaji ulang untuk diketahui tingkat keamanannya.

Berdasarkan perhitungan head losses dan kemananan terhadap pengaruh water hammer, diperoleh tebal plat 4 mm untuk material St 37 (mild steel) dengan safety faktor di atas 2.

4.1.4 Bak PenenangDimensi Bak ditentukan sebagai berikut :

B = 2b dan L = 2B

Dimana : B = lebar kolam (bak) penenang

b = lebar saluran

L = panjang kolam

Dari perhitungan dimensi saluran telah diperoleh lebar saluran ;

b = 1,5 m, sehingga dimensi kolam adalah

B = 2 x 1, 5= 3 m, dan

L = 2 x 5 = 10 m.

4.1.5 Elevasi Muka Air TailraceTailrace merupakan permukaan air yang berada setelah lokasi turbin. Air yang berasal dari turbin dialirkan ke sungai melalui saluran pembuang akhir, masuk kembali ke sungai induk melewati peredam energi. Peredam energi yang dipakai adalah tipe bak (bucket type). Elevasi tailrace ditetapkan pada + 16,272 m.4.1.6 Saluran PembuangSaluran yang digunakan untuk mengalirkan air dari gedung sentral ke sungai adalah saluran terbuka. Banyaknya saluran dari turbin ke luar gedung sentral sebanyak dua buah, yaitu sesuai dengan banyaknya turbin yang dipakai, kemudian saluran tersebut disatukan kembali di luar gedung.

Panjang saluran pembuang di luar gedung, L = 6 m. Perhitungan dimensi saluran dapat dilihat di bawah ini.

Asumsi :

Tidak ada kebocoran air pada saat melewati turbin

Penampang melintang saluran berbentuk segi empat

Kecepatan air di saluran, V = 1,5 m/det

Saluran dibuat dari pasangan batuan

4.1.7 Rumah PembangkitPerencanaan rumah pembangkit ini adalah memerlukan galian tanah yang cukup dalam.

Data desain gedung pembangkit (power house) sebagai berikut :

-Dimensi gedung pembangkit=4 x 3,5m

-Type bangunan

=Semi Permanen-Atap

=Seng Gelombang-Pasangan dinding

=Batu bata4.2 Perencanaan Sistem Mekanikal & Elektrikal

4.2.1 Turbin

Turbin yang digunakan pada PLTMH Kioko adalah tipe Propeller Open Flume.

Untuk dapat menghitung daya turbin perlu diketahui parameter-parameter desain pembangkitan yang didapatkan dari hasil analisis hidrologi

Parameter desain sistem pembangkit PLTM Kioko sebagai berikut :

Tinggi jatuh bersih (efektif)=3.99m

Debit maksimum=0,98m3/det

Debit desain=0,98m3/det

Debit minimum (0,40.Qmaks)=0,39m3/det

Efisiensi turbin=0,75

Output dari Turbin (daya poros turbin) dapat dihitung dengan rumus berikut ini:

Pt = 9.8 x He x Qt x t

Pt : Daya Poros Turbin (kW)

He : Head effektif (m)

Qt : Debit desain (m3/s)

t : efisiensi turbin (%)

Jadi daya poros Turbin adalah

Pt = 9.8 x He x Qt x t

= 9.8 x 3.99 x 0.98 x 0.75

= 28.74 kW

Kecepatan putaran turbin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan kecepatan spesifik yang berhubungan dengan output daya poros turbin :

ns = (n x P) / H5/4

n = (ns x H5/4) / P

Dimana :

ns : Kecepatan spesifik ( M kW) Untuk Turbin Propeller,

n : Kecepatan putaran turbin (rpm) diestimasikan sebesar 700 rpm.

Pt : Output Turbin (kW)

Berdasarkan parameter desain di atas, maka PLTM Kioko didesain 1 unit turbin pada debit discharge 0,98 m3/det dan head efektif 3,99 m, aplikasi turbin yang digunakan berada pada daerah low head dengan debit air relatif cukup . Kondisi ini membatasi penggunaan jenis turbin yang dapat dipilih. Jenis turbin yang cocok untuk daerah kerja tersebut adalah Turbin Propeller Open Flume dengan efisiensi turbin yang relatif tinggi.

Turbin Propeller umumnya memiliki variasi debit yang lebar (beroperasi s/d 0,4.Qmaks) dengan efisiensi tinggi (0,75 0,90). Turbin aksial yang cocok digunakan pada PLTMH Kioko adalah jenis Propeller Open Flume yang dapat bekerja pada variasi debit yang lebar tanpa mengalami penurunan efisiensi yang drastis (0,75 0,90). Gambar 3 - 1 menunjukkan aplikasi berbagai jenis turbin berdasarkan hubungan debit dan tinggi jatuh air (Head Vs Debit).

4.2.2 Desain Transmisi Daya Mekanik

Sistem transmisi mekanik berfungsi meneruskan energi mekanik putaran poros turbin ke generator sekaligus menaikkan putaran sesuai spesifikasi generator (1500 rpm). Desain transmisi mekanik PLTMH Kioko menggunakan V Belt. Efisiensi sistem transmisi mekanik didesain sebesar 80% yang dapat dipenuhi oleh sistem transmisi pulley dan V belt ini.

Perhitungan Transmisi Daya Mekanik:

Pt = 28.74 kW

n1 = 700 rpm

n2 = 1500 rpm

a) Rasio Kecepatan (i)

i = n2/n1 = 1500/700 = 2.14 (peningkatan kecepatan)

b) Faktor Koreksi (fc) Rasio Kecepatan & Faktor Koreksi Sistem Penggerak.

Faktor koreksi peningkatan kecepatan = 1.11

Faktor koreksi Sistem Penggerak = 1.2

fc = 1.11 x 1.2 = 1.33

c) Daya Rencana (Pd)

Pd = Pt x fc = 28.74 x 1.33 = 38.22 kW

d) Pemilihan Jenis Sabuk/Belt yang digunakan

Dari table pemilihan jenis sabuk, untuk Daya Rencana 38.22 kW didapat Sabuk Tipe B.

e) Pemilihan Diameter Puli Minimum (D2)

Diameter puli minimum yang digunakan pada Daya Rencana 38.22 kW dipakai Puli dengan Diameter 224 mm.

f) Perhitungan Diameter Puli Besar

D1 = D2 x i

= 224 x 2.14 = 479.36 mm

Diameter puli besar yang digunakan sesuai dengan standar yang ada, yaitu 500 mm, sehingga rasio kecepatan menjadi:

i = D1/D2 = 500/224 = 2.23

g) Jarak Antar Pusat Puli (C)

C = D1 + D2 = 500 + 224 = 724 mm.

h) Panjang Sabuk/Belt (L)

L = 2C + /2 (D2 + D1) + 1/4C (D1 D2)2 = 2x724 + (3.14/2) (224+500) + (1/4x724) (500-224)2 = 2611 mm

Panjang sabuk yang dipilih sesuai dengan Standar adalah 2640 mm Tipe B 102.

i) Kapasitas Daya Transmisi dari satu Sabuk (Po)

Po = 15.97 + 1.21 x K( = 17.18 x 0.94

= 18.12 kW

j) Jumlah Sabuk yang digunakan.

N = Pd/Po = 38.22 / 18.12

= 2.1 ( 3 (jumlah Sabuk yang digunakan)

4.2.3 Generator

Daya output generator

Pg = (g x Pt

= 0.85 x 28.74

= 24.43 kW

dimana :

Pg = Daya out-put generator (kW)

(g = Efisiensi Generator (0,85)

Pt = Daya out-put turbin (kW)

Jadi daya terpasang atau kapasitas terpasang (installed capacity) PLTM Kioko adalah 24.43 kW.

Kapasitas generator

PAktif = Pg / cos q

= 24.43 / 0.80

= 30.54 kVA ~ 31 kVA.

Dimana :

Pg = daya ouput generator, kW.

cos q = factor daya (0,80)

Jadi kapasitas generator PLTM Kioko adalah 31 kVA

4.2.4 Spesifikasi Turbin dan Generator

Berdasarkan pemilihan jenis turbin dan generator pada pembahasan diatas. yaitu Jenis Turbin Propeller Open Flume, maka direkomendasikan untuk menggunakan hasil pabrikan turbin dan generator dalam satu paket yang mempunyai spesifikasi teknik dalam kisaran yang mendekati hasil perhitungan teoritis sebagai berikut :

1. Spesifikasi Turbin

-Tinggi jatuh air (net head)=3,99m

-Debit operasi=0,98m3/det

-Daya output maksimum=28.74kW

-Kecepatan putaran turbin=700rpm

-Type turbin

= Propeller Open Flume.

2. Spesifikasi Sistransmisi Mekanik

Putaran Turbin (n1)

= 700 rpm

Putaran Generator (n2)

= 1500 rpm

Diameter Puli Turbin (D1)= 500 mm

Diameter Puli Generator (D2) = 224 mm

Tipe Sabuk/Belt

= Tipe B 102 dengan panjang 2640 mm.

Jumlah Sabuk

= 3 buah.

3. Spesifikasi Generator

-Kapasitas terpasang=28.74kW

-Daya aktif=31 kVA

-Rpm generator=1500 rpm

-Faktor daya (Cos Q)

=0.80

4.2.5 Sistem Kontrol

Sistem kontrol yang digunakan pada PLTMH Kioko adalah sitem kontrol jenis IGC (Induction Generator Controller) dengan rating 31 kW per unit, sistem pengaturan beban yang menggunakan motor induksi sebagai generator (IMAG).

Sistem kontrol bertugas mengatur kompensasi beban untuk menyeimbangkan beban dengan daya output generator. Sistem ini melindungi generator dan turbin dari run away speed apabila terjadi beban putus atau drop. Sistem kontrol ini menyatu dengan panel kontrol listrik dan bekerja secara otomatis.

Sebagai penyeimbang beban digunakan ballast load air heater. Kapasitas ballast load didesain berlebih (over) sebesar mikromum 20% yaitu sebesar 31 kW per unit, sehingga selalu bekerja pada kondisi yang aman di bawah rating kapasitas ballast load. Hal ini mempengaruhi umur penggunaan ballast load.

4.2.6 Jaringan Distribusi dan SRIR

Sistem jaringan listrik PLTMH Kioko digunakan jaringan Tegangan Rendah. Sistem jaringan dan distribusi tenaga listrik mengikuti standardisasi sistem kelistrikan di Indonesia. Untuk jalur utama JTR menggunakan kabel twisted Al 3 x 50 mm2 + N.35 mm2, sedangkan untuk koneksi ke konsumen menggunakan kabel twisted Al 2 x 10 mm2. Sebagai tiang listrik digunakan konstruksi besi 7 m.

Jaringan distribusi PLTMH Kioko terdistribusi melayani rumah ,pasar dan home industri, instalasi rumah (house wiring) dilakukan sesuai standard SNI dalam penggunaan material kabel dan aksesoris. Jumlah titik lampu setiap rumah sebanyak 3 buah untuk ruang tamu dan ruang keluarga, kamar utama, dan dapur/belakang rumah. Setiap rumah dilengkapi pembatas arus 1 A untuk mencegah penggunaan listrik yang berlebih.

Tabel 4.1 Resume Perencanaan Elektrikal MekanikalTurbin

1Pabrikan:

2Jenis Turbin:Propeller Open Flume

3Jumlah:1Unit

4Head efektif:3,99m

5Debit desain (Q):0,98m3/detik

6Kapasitas daya pada debit desain (output generator):23,76kW

7Menggunakan pulley :Ya

8Jenis Belt yang digunakan:V - Belt

Generator dan Kontrol

Sistem kontrol:

1Type :IGC 30kW

2Untuk sistem pengontrolan beban

aJenis beban ballast:air heater

bKapasitas beban ballast:30kW

Generator

1Pabrikan:

2Tipe :Asinkron

3Rating tegangan:400/230 V

4Frekuensi:50 Hz

5Kecepatan putaran:1500 rpm

6Phasa:3phasa

7Rating daya :40hp

8Faktor daya:0.8

9Efisiensi (optimum):88%

10Jumlah:1unit

Distribusi dan Instalasi Rumah

aTiang:Tiang Besi 7 m

bTransmisi utama:Twisted 3x70 + N50mm2

cDistribusi:Twisted 3x35 + N25mm2

dDistribusi rumah:Twisted 2 x 10 mm2

80 cm

Bab 4

DESAIN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH)

31,6 m

30 m

1,0

0,6

2,60 m

30 cm

+ 16,372

+15,372

1,00 m

///////////////////////

Dh

Optibelt Product Range Catalogue.

Laporan InterimStudi Kelayakan dan DED PLTMH di Kabupaten Buton Utara 4-1Laporan InterimStudi Kelayakan dan DED PLTMH di Kabupaten Buton Utara 4-3

_1275370473.unknown

_1279353574.unknown

_1226127207.unknown