dfdf

1. Bab 5 DISAIN UNTUK KONSTRUKSISIPIL
Dalam pembangunan pembangkit listrik skala kecil dibutuhkan biaya pembangunan
yang mahal. Pembahasan kali ini akan dijelaskan elemen teknologi dijelaskan dengan
asumsi yang dibutuhkan untuk mengurangi biaya konstruksi sipil.
5.1 Dam intake
5.1.1 Tipe-tipe dasar dam intake
(1) Dan beton graviti
(2) Dam beton mengapung
(3) Dam tanah
(4) Dam urugan batu
(5) Dam pasangan batu basah
(6) Dam batu bronjong
(7) Dam batu bronjong diperkuat beton
(8) Dam ranting kayu
(9) Dam kayu
(10) Dam bingkai kayu dengan kerikil
Keuntungan dam urugan batu fleksibel dan dam batu bronjong adalah tidak terlalu
dipengaruhi oleh kondisi dari tanah dasarnya dan relatif mudah diperbaiki jika
mengalami kerusakan.

2. Table 5.1.1 Tipe dasar dam intake untuk pembangkit listrik tenaga air skala
kecildan kondisi aplikasinya
Tipe Garis Besar Gambar Kondisi aplikasinya
Dam Beton Beton digunakan untuk mengkonstruksi Fondasi: pada prinsipnya, lapisan
graviti bangunan secara keseluruhan. batu
Kondisi sungai : tidak dipengaruhi
oleh kemiringan,
keluaran air atau
tingkat beban
sedimen
Kondisi intake : penampilan yang
baik, intake efisien
Dam beton Bagian infiltrasi yang diperpanjang dari Fondasinya : pada prinsipnya,
mengapung fondasinya dengan diputus,dll. Untuk kerikil
menyempurnakan penampilannya. Kondisi sungai : tidak dipengaruhi
oleh kemiringan,
keluaran air atau
tingkat beban
sedimen
Kondisi intake : penampilan yang
baik, intake efisien
Dam tanah Tanah (earth) digunakan untuk bahan utama Fondasi : bervariasi dari
dan penggunaan daribatu gosong dan tanah (earth)
dinding utama tergantung dari kondisi jika sampai lapisan
diperlukan batu
Kondisi sungai : aliran yang tidak
deras dan mudah
diatasi bila terjadi
banjir
Kondisi intake : efisiensi intake
yang baik
dikarenakan
penampilan yang
baik jika
dikerjakan dengan
hati –hati
Dam urugan Kerikil digunakan sebagaibahan utama dari Fondasi : berbagai jenis tanah
batu bangunannya.Penggunaan dari dinding (earth) sampai
utama tergantung dari kondisi jika
Kondisi sungai
lapisan batu
diperlukan : sungai dimana dam
tanah dapat hanyut
jika menggunakan
keluaran air yang
normal
Kondisi intake : keterbatasan
penggunaan sungai
karena efisiensi
intake yang rendah

3. Dam pasangan Pengisian ruang dengan kerikil dan Fondasi : berbagai jenis
batu basah semen,dll. tanah (earth)
sampai lapisan
batu
Kondisi sungai : tidak dipengaruhi
oleh kemiringan,
keluaran air atau
tingkat beban
sedimen
Kondisi intake : penampilan yang
baik dan intake
yang efisien
Dam batu Batu belah dibungkus dengan jarring logam Fondasi : berbagai jenis
bronjong untuk menyempurnakan kesatuannya. tanah (earth)
sampai lapisan
batu
Kondisi tanah : sungaidimana
dam urugan batu
bisa hanyut dengan
menggunakan
keluaran air yang
normal
Kondisi intake : keterbatasan
penggunaan sungai
karena efisiensi
intake yang rendah
Dam batu Penguatan permukaan batu bronjong dengan Fondasi : berbagai jenis
bronjong beton. tanah sampai
diperkuat lapisan batu
beton Kondisi sungai : sungaidimana
jaring logam dapat
mengalami
kerusakan jika
aliran sungai
terlalu deras
Kondisi intake : dapat diterapkan
jika efisiensi intake
yang tinggi
diperlukan
Dam ranting Dam sederhana dengan menggunakan Fondasi : berbagai jenis
kayu ranting pohon lokal. tanah (earth)
sampai lapisan
kerikil.
Kondisi sungai : pengikisan terjadi
jika terdapat banjir.
Kondisi intake : pada bagian dengan
volume intake
yang rendah atau
intake dari aliran
(stream) sampai
suplemen untuk
sungaidi musim
kemarau

4. Dam kayu Dam dengan menggunakan kayu. Fondasi : berbagai jenis
tanah (earth)
sampai lapisan
batu.
Kondisi sungai : aliran yang tidak
deras dengan
pergerakan
sedimen yang
rendah.
Kondisi intake : suatu tingkat dari
efisiensi intake
dalam keadaan
yang aman jika
permukaannya
dilapisi, dll.
Dam bingkai Didalam frame kayu diisi dengan kerikil Fondasi : berbagai jenis
kayu dengan untuk meningkatkan stabilitasnya. tanah (earth)
kerikil sampai lapisan
batu.
Kondisi sungai : sungaidimana dam
urugan kerikil
dapat hanyut jika
menggunakan debit
air yang normal
Kondisi intake : keterbatasan
penggunaan bagian
air sungai karena
efisiensi intake
yang rendah
5.1.2 Memutuskan ketinggian dam
(1) Kondisi yang membatasi ketinggian saluran
Ketinggian dam pada lokasi dimana saluran air dikonstruksi di bawah jalan yang
sudah ada, seringkali ditentukan dengan referensi pada ketinggian jalan yang
bersangkutan.
(2) Kemungkinan kenaikan dasar sungai dibagian hilir
kenaikan dasar sungai di masa depan harus diperkirakan untuk memutuskan
ketinggian dari dam jika lokasi yang direncanakan terdapat pada kasus kasus
berikut ini
1). Kemiringan sungai yang tidak terlalu curam dengan tingkat perubahan /
pergerakan sedimen yang cukup tinggi
2)Keberadaan check dam yang tidak terisi penuh, dll. di bagian hilir dari dam
intake yang direncanakan.
3) Keberadaan dari lokasi yang rusak di bagian hilir yang cenderung akan
berlanjut
mengalami kerusakan di kemudian hari.
4) Keberadaan bagian sempit di daerah hilir yang akan menghalangi jalannya
aliran sedimen dan/atau sampah kayu.
.

5. (3) Kondisi untuk memindahkan sedimen dari depan dam dan bak pengendap dengan
metode intake (intake tyrolean dan intake sisi)
1) Intake sisi
Pada kasus intake sisi, kasus berikut (a) atau (b), yang mana saja lebih tinggi,
diadopsi.
a. Tinggi dam (D1) ditentukan dalam hubungan dengan elevasi dasar dari pintu
pemeriksaan dari dam intake
D1 = d1 + h
b. Tinggi dam (D2) ditentukan dengan kemiringan dasar dari bak
pengendap D2 = d2 + h + L (ic – ir)
Dimana,
d1 : Tinggi dari dasar pintu pemeriksaan ke dasar dari pintu pemasukan air
(biasanya 0.5 – 1.0 m)
d2 : Perbedaan antara dasar dari pintu pemeriksaan dari bak pengendap dasar
sungai pada lokasi yang sama (biasanya sekitar 0.5 m)
hi : Kedalam air dari pintu pemasukan air (biasanya ditentukan untuk membuat
kecepatan aliran masuk mendekati 0.5 – 1.0 m/det)
L : Panjang bak pengendap (Lihat Bab 5-5.3 dan Gambar 5.3.1)
ic : Kemiringan dari dasar bak pengendap (biasanya sekitar 1/20 – 1/30)
ir : Kemiringan sungai sekarang.

6. Inlet L
hi
ic d1
ir
d2
Gambar 5.1.1 Potongan dari intake sisi dan dam
2) Intake tyrolean
Intake tyrolean dimana air diambil dari asumsi dasar bahwa didepan dam diisi
dengan sedimen dan oleh karena itu, ketinggian dam ditentukan dengan kasus D2
untuk intake sisi.
D2 = d2 + hi + L (ic – ir)
Inlet L
D2 hi
i
c
ir d2
Gambar.5.1.2 Potongan dari intake tyrolean dan dam
(4) Pengaruh pada pembangkitan daya listrik
ketinggian dam secara signifikan mempengaruhi tingkat pembangkitan energi listrik.
Berdasarkan hal tersebut, adalah perlu untuk menentukan ketinggian dam pada lokasi
seperti itu dengan membandingkan perubahan yang diharapkan dari kedua biaya
konstruksi dan pembangkitan energi listrik karena perbedaan dari ketinggian dam.
(5) Pengaruh dari air di bagian belakang
Ketika jalan, tanah pemukiman, pertanian dan jembatan, dll. ada di area yang elevasinya
lebih rendah di bagian hulu dari sebuah lokasi dam intake yang direncanakan, perlu
untuk menentukan ketinggian dam untuk mencegah banjir karena air di bagian belakang

7. -5-8-
5.2 Intake
5.2.1 Metode Intake
Tabel 5.2.1 Contoh Tipe dari Metode Intake Tyrolean
Metode Intake Garis Besar Gambar Karakteristik
Keuntungan dan Masalah yang ditemui
berdasarkan survey di lapangan
Tipe Saringan • Jika sebuah saringan dipasang untuk menutup sebagian < Keuntungan >
besar saluran sungai, adalah memiliki daya tahan yang • Sebuah pintu pengecekan dari dam intake dapat
tinggi terhadap fluktuasi dasar sungai. Sebuah intake dihilangkan.
yang cukup lebar dapat mengambil 100 % intake dari air • Sebuah fasilitas intake yang lengkap cocok untuk
sungai. Kelebihan aliran dapat terjadi karena daun-daun sebuah sungai yang sempit dan deras.
yang jatuh, dll. mengumpul pada permukaan saringan, • Intake yang stabil memungkinkan untuk mengatasi
lebar saringan harus memiliki lebar yang cukup. perubahan dasar sungai bagian hilir.
Kapasitas pengendapan dari dam berhubungan dengan
arus pengendapan juga harus dianalisa. < Permasalahan >
• Tipeini umum dipakai dan nilai intake secara umum • Pada saat banjir atau air mengalir, endapan dan
0.1 – 0.3 m3
/det per unit lebar di dasarkan pada sebuah sampah mengalir di saluran.
sudut batang yang dipasang hingga 30°, sebuah jarak • Sebuah saringan yang tersumbat oleh kerikil, dll,
antar bidang batang 20 – 30 mm dan sebuah panjang dibutuhkan banyak tenaga untuk membersihkannya.
batang yang kira-kira 1 m.
Tipe Tanpa • Aliran air biasanya mengalir melalui bagian atas dam < Keuntungan)
Saringan dan kemudian menuju bak pengendap melalui saluran • Sebuah fasilitas intake yang lengkap sesuai untuk
intake yang diletakkan memotong saluran sungai dan sungai yang sempit atau deras.
berada di sepanjang ambang akhir (pembelokan). • Intake yang stabil memungkinkan untuk mengatasi
Dengan kenaikan debit sungai, maka aliran air akan perubahan dasar sungai bagian hilir.
mengalir ke ambang akhir dan menjadi suatu aliran • Sedimen dan sampah dikeluarkan secara alami pada
yang cepat menuju ke ambang akhir, hal ini saat banjir.
menyebabkan tidak mungkin terjadi banjir pada intake.
Akan tetapi, jika sedimen yang tersimpan di saluran < Permasalahan >
intake dapat hanyut melalui air terjun di ambang akhir, • Banyak sekali sedimen dan sampah yang mengalir
maka perawatan dari saluran intake menjadi lebih melalui saluran.
mudah. Karena bagan dari tipe ini mempunyai • Penggosokan secara rutin pada bak pengendap
kesamaan dengan bagian pada tipe tipe saringan, sangat diperlukan.
ketiadaan dari saringan berarti pengurangan biaya
perawatan dan tenaga kerja untuk merawat saringan.

8. 5.2.2 Poin-poin penting untuk mendisain intake
penting untuk menghindari volume aliran air yang cenderung melebihi desain volume
intake agar tidak terjadi kerusakan pada salurannya. kontrol pintu otomatis untuk
pembangkit listrik tenaga air skala kecil dapat menyebabkan biaya meningkat, sehingga
dipilih kontrol manual, pada kasus fasilitas intake untuk pembangkit tenaga air skala
kecil yang dibangun di daerah pegunungan terisolir, sehingga banjir sulit untuk
mencapainya..
(1) Prinsip
Metode ini cenderung merupakan bagian dari desain intake yang menjadi lubang bila
terjadi kenaikan air sungai yang disebabkan oleh banjir. Metode ini pada umumnya
digunakan untuk intake tyrolean atau untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil di
Indonesia.
Volume aliran masuk dihitung dengan menggunakan formula berikut ini.
Level air banjir
bi
Dh
Hi Ai
Dh
Ｂsp
Level air spillway
ｈｓp H
Level air normal
hi
→
Q = A
i
x Cv x Ca x (2g x H ) 0.5
f
Dimana,
Qf : Volume aliran masuk pada lubang dibawah permukaan air (m3/s)
Ai : Daerah intake (m2) Ai=bi × (dh + hi) dh=0.10～0.15m
Cv : Koefisien velositas : Cv = 1/(1 + f)
f : Koefisien dari aliran yang berkurang (lihat gambar berikutnya)
Bsp, hsp: Mengacu pada Bab 5-5.3 Bak pengendap

9. Angularity Haunch Rounded
f = 0.5 f = 0.25 f = 0.1 (round)
- 0.2 (orthogon)
Bellmouth Protruding
θ
f = 0.05 – 0.01 f = 0.1
f = 0.5 + 0.3 cosθ
+ 0.2 cos2θ
Gambar.5.2.1 Koefisien dari aliran yang berkurang pada berbagai bentuk
pemasukan.
Ca : Koefisien kontraksi (mendekati 0.6; lihat formula berikut)
Ca = 0.582 +
0.0418
(formula Merrim an’s)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)
(2) Garis besar dari peralatan
Hal–hal penting untuk disain adalah sebagai berikut.
1) intake harus mempunyai keran penutup dari pada sebuah keran terbuka sehingga
akan menjadi sebuah tekanan intake ketika terjadi kenaikan level air sungai.
2) Intake harus diletakkan pada sudut yang tepat ke arah aliran sungai yang
memungkinkan sehingga ketinggian dari pendekatan kecepatan aliran air pada
saat banjir diminimalkan.
3) Pada saat banjir dimana debit air melebihi desain volume intake, maka kapasitas
saluran pelimpah pada bak pengendap atau titik permulaan dari saluran air
haruslah cukup besar.

10. 5.3 Bak pengendap
Bak pengendap tidak hanya mempunyai struktur yang hanya mampu untuk
menempatkan dan memindahkan sedimen yang ukurannya lebih besar dari ukuran
minimum yang dapat merusak turbin, dll. tetapi juga suatu saluran pelimpah untuk
menjaga agar debit air yang berlebih tidak mengalir ke saluran air. Konfigurasi dasar
dari bak pengendap diilustrasikan di bawah ini.
Dam
Intake
Stoplog
Spillway
Flushing gate
b
B
1.0
2.0
Conduit section Settling section
～ｃｍ15
Widening section
Bsp
Intake
10
hi
hs
hsp+15cm
Headrace
Stoplog
h0
ic=1/20～1/30
Sediment Pit Flushing gate
Ｌｃ Ｌｗ Ｌｓ
bi Ｌ
Gambar 5.3.1 Konfigurasi dasar dari bak pengendap
[Referensi]
Pada bagian membujur, kedalaman aliran sama: ho1=H*×0.1／(SLs)0.5
H* : lihat ke {Ref.5-1}
SLs : kemiringan pada ujungakhir
headrace ho2={(α×Qd2)/(g×B2)}1/3
α=1.1
Qd= Disain debit air
(m3/s) g=9.8
B:Lebar Headrace (m)
jika ho1<ho2, ho=ho1
jika ho1≦ho2, ho=ho2

11. Setiap bagian dari bak pengendap mempunyai fungsi sebagai berikut.
(1) Bagian penyalur
Bagian penyalur menghubungkan intake dengan bak pengendap. Ini diperlukan bahwa
bagian penyalur harus membatasi panjangnya.
(2) Bagian melebar:
Ini mengatur aliran air dari saluran penyalur ke pencegah terjadinya kolam pusaran dan
aliran turbulen dan mengurangi kecepatan aliran masuk ke bak pengendap untuk
menentukan kecepatan sebelumnya.
(3) Bagian pengendap:
Fungsi dari bagian ini adalah untuk menempatkan sedimen diatas ukuran dan panjang
tertentu (1) yang kemudian dihitung dengan menggunakan formula yang didasarkan
pada hubungan antara kecepatan pengendapan, kecepatan aliran dalam bak pengendap
dan kedalaman air.
Panjang dari bak pengendap (Ls) biasanya ditentukan berdasarkan sebuah margin untuk
menghitung dua kali panjang dengan menggunakan formulanya.
l ≥
V
×hs Ls = 2×l
U
dimana,
l : Panjang minimum bak pengendap (m)
hs : Kedalam air bak pengendap (m) ( -lihat Gambar 5.3.1)
U : kecepatan marginal pengendapan untuk endapan yang akan diendapkan
(m/s)
Umumnya sekitar 0.1 m/s untuk target ukuran butiran sekitar 0.5 – 1 mm.
V : Rata – rata kecepatan aliran di bak pengendap (m/s)
Pada umumnya sekitar 0.3 m/s tetapi ditoleransi sampai 0.6 m/s pada kasus
dimana lebar bak pengendap dibatasi.
V = Qd/(B×hs)
Qd : desain debit (m3/s)
B : lebar bak pengendap (m)
(4) Tempat endapan:
Area ini merupakan tempat penimbunan sedimen
(5) Spillway
Spillway mengalirkan aliran masuk bagian bawah dimana mengalir dari intake. Ukuran
dari spillway akan diputuskan dengan persamaan berikut.
Ｑｆ= C×Bsp×hsp1.5→hsp={Q f /(C×Bcp)}1/1.5
Dimana,
Qf : volume aliran masuk dari lubang di bagian bawah (m3/s, lihat Bab 5-5.2.2 (1))
C : Koefisien =1.80
hsp: kedalaman air pada spillway (m, lihat Gambar 5.3.1)
Bsp: lebar spillway (m, lihat Gambar 5.3.1)

12. 5.4 Saluran Pembawa
5.4.1 Tipe dan Struktur Dasar Saluran
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, dll. Sejumlah contoh dan struktur dasar mereka
diberikan masing-masing dalam Tabel 5.4.1 dan Tabel 5.4.2.
Tabel 5.4.1 Tipe-tipe saluran pembawa untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil
Tipe Gambar Keuntungan dan Permasalahan Kekhasan strukturnya
Saluran terbuka < Keuntungan > • Saluran tanah sederhana
• Relatif murah • Jalur saluran (jalur
• Mudah mengkonstruksinya pasangan batu basah atau
< Permasalahan >
kering, jalur beton)
• Pagar Saluran ( terbuat dari
• Kemungkinan aliran sedimen dari kayu, beton atau tembaga)
lereng diatasnya • Jalur saluran berbentuk
• Tingginya tingkat jatuh daun – lembaran
daunan,dll. • Saluran berbentuk setengah
tabung (seperti pipa –pipa
yang berbelok -belok, dll)
-5-14-
Pipa tertutup / < Keuntungan > • Tabung yang dipendam
saluran tertutup • Pada umumnya volume pekerjaan (Hume, PVC or FRPM)
tanahnya besar. • Box culvert
• Rendahnya rata - rata sedimen dan • Pagar saluran dengan
daun – daunan yang jatuh di tutupnya.
saluran.
< Permasalahan >
• Sulitnya merawat dan meninjau
saluran, termasuk pembersihan dan
perbaikkannya.

14. Tabel 5.4.2 Struktur dasar saluran untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil
Tipe Garis Besar Diagram Keuntungan dan Permasalahan
Saluran tanah < Keuntungan >
sederhanan • Mudah dikonstruksi
• Murah
• Mudah diperbaiki
< Permasalahan >
• Mudah mengalami kerusakan pada
dindingnya
• Tidak dapat diterapkan pada tanah
n=0.030 yang tinggi tingkat permeabelnya
(permeable = mudah ditembus air)
• Sulit untuk membersihkan timbunan
sedimennya.
Saluran lajur < Keuntungan >
(batu dan batu • Konstruksinya relatif mudah
keras) • Dapat dibangun dengan
menggunakan bahan - bahan lokal
• Ketahanan tinggi terhadap gerusan
• Relatif mudah diperbaiki
< Permasalahan >
n=0.025 Tidak dapat diterapkan pada tanah yang
tinggi tingkat permeabelnya
(permeable = mudah ditembus air)
Saluran < Keuntungan >
pasangan batu • Dapat dibangun dengan
basah menggunakan bahan - bahan lokal
• Ketahanan yang tinggi terhadap
gerusan
• Dapat diterapkan pada tanah yang
tinggi tingkat permeabelnya
(permeable = mudah ditembus air)
Plastered : n=0.015 < Permasalahan >
Non Plastered : n=0.020 • Lebih mahal daripada saluran tanah
sederhana atau saluran pasangan batu
kering (saluran lajur batu/batu
keras).
• Relatif banyak memerlukan tenaga
kerja
Saluran beton < Keuntungan >
• Tingkat kebebasan yang cukup tinggi
untuk desain potongan melintang.
< Permasalahan >
• Konstruksi sulit jika diameter
dalamnya kecil
n=0.015 • Masa konstruksinya relatif lama

15. Saluran < Keuntungan>
berpagar kayu • Lebih murah bila dibandingkan
dengan saluran dari beton.
• Susunannya fleksible jika terjadi
deformasi tanah kecil.
< Permasalahan>
• Penggunaan yang terbatas jika
menggunakan fondasi tanah (earth)
n=0.015 • Kurang cocok untuk cross - section
yang cukup besar.
• Sulit untuk memastikan kerapatan air
(water-tightness)yang sempurna.
• Mudah rusak
Saluran Box < Keuntungan >
Culvert • Konstruksi yang mudah bila
dibandingkan dengan pipa hume
pada lereng curam dengan
kemiringan potongan melintang
• Periode konstruksi yang relatif
singkat dapat diterapkan pada
potongan melintang yang kecil, jika
produk siap pakainya digunakan
• Kaya dengan berbagai jenis variasi
produk siap pakai..
< Permasalahan>
n=0.015 • Beban yang berat
• Biaya transportasiyang cukup tinggi,
jika menggunakan produk siap pakai.
• Periode konstruksi yang cukup lama,
jika dibuat langsung di daerah yang
bersangkutan.
Saluran pipa < Keuntungan >
hume • Mudah dikonstruksi di daerah tidak
terlalu curam
• Periode konstruksinya relatif singkat
• Ketahanan yang tinggi
• Dapat diterapkan pada potongan
melintang yang kecil
• Memungkinkan untuk konstruksi
yang tinggi dengan bentangan yang
pendek
< Permasalahan >n=0.015
• Biaya transportasiyang cukup tinggi
dan beban yang berat.

16. 5.4.2 Menentukan Potongan Melintang dan Kemiringan (slope) Longitudinal
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 besar.
Bagian penampang melintang dari saluran pembawa ditentukan berdasarkan metode
dibawah ini.
(1) Metode perhitungan
Qd= A ×R 2/3×S 1/2 ／n
L
Qd : disain debit untuk saluran pembawa (m3/s)
A : luas dari potongan melintang (m2)
R : R=A／P (m)
P : panjang sisi-sisi basah (m) mengacu pada gambar berikut.
Permukaan air
: P
SL : Slope mendatar saluran pembawa (contoh SL= 1/100=0.01) n
: koefisien kekasaran (lihat Tabel 5.4.2)
Secara singkat, pada kasus potongan melintang empat persegipanjang, dengan lebar
(B)=0.6m, kedalaman air (h)=0.5m, kemiringan longitudinal (SL)=1/200=0.005,
koefisien kekasaran (n)=0.015.
A= B×h = 0.6 × 0.5 = 0.30 m2
P= B + 2 × h = 0.6 + 2 × 0.5 =1.60 m
R= A／P = 0.30／1.60 = 0.188 m
∴ Qd= A ×R 2/3×SL
1/2 ／n = 0.30 ×1.60 2/3×0.005 1/2 ／0.015 = 1.94 m3/ｓ
(2) Metode sederhana
Untuk menyederhanakan metode diatas, maka metode berikut ini digunakan untuk
menentukan potongan melintang yang kemudian dijelaskan di [Referensi 5-1 Metode
sederhana untuk menentukan potongan melintang]
Referensi ini digunakan untuk menentukan potongan melintang pada dua bentuk berikut
ini.

17. 1.0
B=0.6 and 0.8m B=0.6 and 0.8m m=0.5
Potongan melintang empat persegipanjang Potongan melintang trapesium
H* harus dihitung untuk setiap slope yang berbeda. Secara singkat, pada kasus potongan
melintang trapesium, disain debit (Q)=0.5m3/det, lebar (B)=0.8m, kemiringan
longitudinal (SLA,B,C,D)=1/100, 1/50, 1/100, 1/200 yang merupakan bagian paling halus
dari saluran pembawa, koefisien kekasaran (n)=0.015.
Kedalaman air (H*) mendekati 0.3 m di Referensi 5-1 gambar-4. Oleh karena itu
kedalaman air yang sebenarnya (H) adalah
H = H* × 0.1 ／(SL)0.5
HA,C = H* × 0.1 ／(SLA,C)0.5 = 0.3×0.1／(0.01) 0.5 = 0.3
HB = H* × 0.1 ／(SLB)0.5 = 0.3×0.1／(0.02) 0.5 = 0.21
HD = H* × 0.1 ／(SLD)0.5 = 0.3×0.1／(0.005) 0.5 = 0.42
Dan ketinggian dari bagian melintang dari Slope A,C adalah 0.60m(0.3+0.2～0.3),
Ketinggian bagian melintang dari Slope B adalah 0.55m(0.21+0.2～0.3),
Ketinggian dari bagian melintang dari Slope D adalah 0.75m(0.42+0.2～0.3
5.5 Bak Penenang
5.5.1 Kapasitas bak penenang
(1) Fungsi bak penenang
Fungsi bak penenang secara kasar ada dua jenis.
• Mengontrol perbedaan debit dalam penstock dan sebuah saluran pembawa
karena fluktuasi beban.
• Pemindahan sampah terakhir (tanah dan pasir, kayu yang mengapung, dll.)
dalam air yang mengalir
(2) Definisi kapasitas bak penenang
Kapasitas bak penenang Vsc = As×dsc＝B×L×dsc
dimana, As: area bak penenang
B : lebar bak penenang L :
panjang bak penenang
dsc: kedalaman air dari kedalaman aliran yang sama dari sebuah saluran
ketika menggunakan debit maksimum (h0) menuju kedalaman kritis
dari ujung tanggul untuk menjebak pasir dalam sebuah bak
penenang (hc)
[Referensi]
Pada bagian membujur, kedalaman aliran yang sama: ho=H*×0.1／(SLe)0.5
H* : merefer pada {Ref.5-1}

18. SLe : slope dari akhir saluran dari saluran pembawa
kedalaman kritikal: hc={(α 2)／(g×B2)}1/3 α:1.1 g : 9.8
(3) Menentukan kapasitas sebuah bak penenang
Kapasitas bak penenang harus dipertimbangkan dari metode kontrol beban dan metode
debit seperti disebutkan dibawah ini:
a. Pada kasus hanya beban yang dikontrol
Pada kasus pengontrolan fluktuasi beban permintaan yang dipertimbangkan, pada
umumnya pengarah dummy load diterapkan. Pengarah dummy load adalah
gabungan dari pemanas – pendingin air atau pemanas – pendingin udara, perbedaan
energi listrik yang dihasilkan melalui pembangkitan di rumah turbin dan beban
aktual untuk menyerap panas. Kontrol debit tidak ditampilkan.
Kapasitas bak penenang harus diamankan hanya untuk menyerap getaran dari
saluran pembawa dengan maksimum debit sekitar 10 kali sampai 20 kali dari
maksimum debit (Qd).
Suatu format frame dari pengontrolan beban dengan menggunakan suatu pengarah
dummy load ditunjukkan dalam gambar 5.5.2.
Tenagalistrik
Power demand Generated power
Dummy load consumption
Waktu
Gambar 5.5.2 Diagram aturan dari konsumsi load
b. Dalam kasus beban dan debit yang sudah dikontrol
Dalam kasus pengontrolan beban dan debit, digunakan untuk kontrol beban
suatu pengarah mekanik atau pengarah elektrik. Pengarah ini mempunyai
fungsi untuk mengontrol operasi baling–baling menuju ke optimal debit
ketika beban listriknya berubah.
Debitair

19. 5.5.2 Hal-hal penting untuk disain bak penenang
(1) Meliputi kedalaman air dan ketinggian pemasangan dari inlet penstock
Pada pembangkit listrik tenaga air skala kecil diameter pipa pesat pada umumnya kecil
(biasanya 1.0 m atau kurang), penstock seharusnya cukup untuk mengamankan seluruh
kedalaman air dimana sama atau lebih besar dari diameter di dalam pipa pesat.
h = d2
dimana,
h : kedalaman air dari pusat inlet ke level air paling rendah dari bak penenang =
seluruh kedalaman air (m)
d : diameter dalam dari penstock (m)
• Seluruh kedalaman air
Seluruh kedalaman air pada inlet penstock harus diatas nilai berikut untuk
mencegah terjadinya aliran turbulen.
d ≤1.0 m → h ≥1.0 d d
> 1.0 m → h ≥d2
dimana
h : kedalaman air dari pusat inlet ke level air terendah dari bak penenang =
seluruh kedalaman air (m)
d : diameter dalam dari penstock (m)
• Ketinggian pemasangan penstock
Terdapat banyak laporan kasus dengan pengoperasian yang tidak baik yang
mengakibatkan aliran sedimen ke dalam pipa pesat, sehingga dapat merusak
turbin dan peralatan yang lain. Oleh karena itu, dasar pemasukan dari pipa pesat
ditempatkan lebih tinggi dari dasar bak penenang (antara 30 – 50 cm).
(2) Ruang saringan yang sesuai untuk jenis turbin, dll.
Ruang saringan (ukuran efektif mesh saringan) secara kasar ditentukan berdasarkan
diameter katupnya tetapi tetap harus mempertimbangkan tipe dan dimensi dari turbin
dan kuantitas sebagaimana kualitas dari kotoran/sampah yang mungkin melewatinya.
Nilai referensi ukuran efektif jarak saringan dijelaskan di bawah ini.

20. Ukuran efektif
mesh saingan
(mm)
50
20
200 400 600 800 1000
Diameter katup(mm)
Ukuran efektif mesh saringan (referensi)
(3) Instalasi pipa lubang angin sebagai pelengkap pintu bak penenang
Jika instalasi pintu bak penenang dilakukan untuk pusat tenaga listrik, maka diperlukan
instalasi pipa lubang angin di belakang pintu bak penenang untuk mencegah rusaknya
saluran penstock.
Dalam kasus ini, formula empiris dibawah ini digunakan untuk menentukan dimensi
pipa lubang angin.
d = 0.0068 (
P2
・L
)0.273
H2
dimana,
d : diameter dalam dari pipa lubang angin (m)
P : nilai output dari turbin (kW)
L : panjang total pipa lubang angin (m)
H : head (m)
Sumber: Sarkaria, G.S., “Quick Design of Air Vents for Power Intakes”, Proc. A.S.C.E., Vol. 85, No.
PO.6, Dec., 1959
(4) Spillway pada bak penenang
Secara umum, spillway akan dipasang pada bak penenang supaya kelebihan kuantitas
air dialirkan ke sungai dengan aman ketika turbin dihentikan. Ukuran dari spillway
ditentukan dengan persamaan berikut.
Qd=C×Bspw×hspw
1.5 → hspw={Qd／(C×Bspw)}1/1.5
Qd : disain debit (m3/s)
C : koefisien, biasanya C=1.8
Bspw : lebar spillway (m , merefer ke Gambar
5.1.1) hspw : kedalaman spillway (m)

21. 5.6 Penstock
5.6.1 Bahan Penstock
Saat ini, bahan utama pipa pesat adalah pipa–pipa baja, pipa–pipa ductile dan pipa
FRPM (fibre reinforced plastic multi-unit).
5.6.2 Perhitungan ketebalan pipa baja
Ketebalan minimum dari pipa baja penstock ditentukan dengan rumus berikut.
P×d
t0 = + δt (cm) dan t0=≧0.4cm or t0≧(d+80)／40 cm 2×θa×η
dimana, t0: ketebalan minimum pipa
P: disain tekanan air yaitu tekanan hidrostatis + water hammer
(kgf/cm2) , dalam skema mikrohidro P=1.1×tekanan hidrostatis.
Secara singkat, jika head (Hp, merefer ke gambar berikut) dimana
dari bak penenang ke turbin adalah 25m, P=2.5×1.1=2.75 kgf/cm2.
d: diameter dalam (cm)
θa: stress yang dapat diterima (kgf/cm2) SS400:
1300kgf/cm2 η: efsiensi pengelasan (0.85～0.9)
δt: margin (pada umumnya 0.15cm)
5.6.3 Menentukan Diameter Penstock
Pada umumnya diameter pipa pesat ditentukan berdasarkan pembandingan dengan
biaya pipa pesat dan biaya kehilangan head pipa pesat. Metode sederhana untuk
menentukan diameter penstock dapat dilihat pada [Referensi 5-2 Metode Sederhana
untuk menentukan Diameter Penstock].
Secara singkat, pada kasus disain debit (Qd)=0.50m3/s, panjang penstock (Lp)=60m,
ketinggian dari bak penenang ke power house (Hp)=15m, sudut rata-rata
(Ap)=15/60=0.25, velositas optimum (Vopt) ditentukan sekitar 2.32 dalam Referensi 5-
2. Oleh karena itu diameter pipa penstock (d) adalah
d = 1.273 × (Qd／Vopt)0.5 =1.273 × (0.5／2.32)0.5 = 0.59 m

22. Tabel 5.6.1 Bahan-bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil
Pipa Resin Pipa Besi
Pipa Hard Vinyl
Pipa Howell Pipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded
Chlorid
Karakterisrik • Bahan yang populer • Pada dasarnya • Pipaplastik yang • Populer menjadi • Sering dipakai untuk • Sejumlah contoh
untuk pemipaan resisten terhadap diperkuat dengan pilihan untuk pipa suplai air, saluran, penggunaan untuk
sepertisering tekanan eksternal fibergalss penstock dalam irigasi dan pipa jaringan pemipaan
dipakai untuk tetapipipasiap • Digunakan untuk pembangkit listrik industri • Pada dasarnya
suplai air dan pakai yang tahan pipayang terbuka tenaga air • Secara umum digunakan untuk
jaringan saluran tekanan internal ada dan dapat dibuat • Bahan yang baik digunakan dengan ditanam karena
• Efektif untuk • Relatif mudah lebih ringan dari untuk disain teknik ditanam meskipun untuk
sebuah jaringan dalam pipaFRPM dengan yang ada penggunaan di tempat menyembunyikan
pipadengan debit pembuatannya dinding yang lebih terbuka jalur spiral
kecil karena mudah dilas tipis dengan syarat memungkinkan pengelasan
• Mempunyaibanyak • Pada dasarnya tidak ada beban • Tahanan tinggi • Dapat digunakan
jenis pipa-pipasiap digunakan dengan eksternal kecuali terhadap tekanan sebagai lapisan pipa
pakai ditanam dalam salju eksternal maupun besi
• Sering dikubur tanah internal
dalam tanah karena
resistensi yang
lemah dan koefisien
linear expansi yang
besar
Diameter Pipatebal: 300 2,000 3,000 mendekati 3,000 2,600 2,500
Maksimum Pipa Pipatipis:∅800
(mm)
Tekanan di dalam Pipa tebal: 10 2.0 – 3.0 Class A: 22.5 133 mendekati 40 15
yang diijinkan Pipatipis:6
(kgf/cm2
)
Hydraulic Property 0.009 – 0.010 0.010 – 0.011 0.010 – 0.012 0.010 – 0.014 0.011 – 0.015 -
(n) (umumnya mendekati (umumnya mendekati (umumnya mendekati
0.011) 0.012) 0.012)

23. Pipa Resin Pipa Besi
Pipa Hard Vinyl
Pipa Howell Pipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded
Chlorid
Kemampuan kerja Disain dan Kemampuan kerja Kemampuan kerja Kurang bagus Kurang bagus Kurang bagus
pengoperasiannya bagus karena baik karena kemampuan kerjanya kemampuan kemampuan
mudah bebannya beratnyaringan beratnyaringan dan dibandingkan dengan kerjanya kerjanya
ringan dan terdapat tidak perlu pipa-pipaFRP dibandingkan dibandingkan
bebagai macam pengelasan di dengan pipa-pipa dengan pipa-pipa
variasi pipa lokasi seperti FRP FRP
membentuk cincin
karet yang
digunakan untuk
menyambung pipa
• Pipabaja
digunakan untuk
bagian khusus
karena persediaan
yang terbatas dari
pipaFRP khusus
Kerapatan terhadap Kerapatan bagus Tidak ada masalah Tidak ada masalah Tidak ada masalah Bagus Tidak ada masalah
kebocoran memungkinkan kebocoran pada dengan kebocoran dengan kebocoran
sebagai pengikat sambungan selama cara selama cara
sambungan penyambungannya penyambungannya
mantap Mantap

25. 5.7 Pondasi Rumah Pembangkit (Rumah pembangkit)
Rumah pembangkit dapat diklasifikasikan ke dalam ‘tipe diatas tanah’, ‘tipe semi-
dibawah tanah’ dan ; tipe dibawah tanah’. Sebagian besar pembangkit listrik tenaga
air skala kecil adalah ‘tipe diatas tanah’
5.7.1 Pondasi untuk Turbin Impulse
Gambar 5.7.1 menunjukkan pondasi untuk turbin Crossflow dimana sering digunakan
dalam skema mikrohidro seperti sebuah turbin impulse. Pada kasus turbin impulse, air
yang dilepaskan oleh runner, secara langsung dikeluarkan ke dalam udara di tailrace.
Permukaan air dibawah turbin akan bergelombang. Oleh karena itu jarak bebas antara
dasar rumah pembangkit dengan permukaan air di afterbay harus dijaga paling tidak
30-50 cm. Kedalaman air (hc) di afterbay dapat dihitung dengan persamaan berikut.
1.1 X Qd2
hc = ( )1/3
9.8 X b2
hc : kedalaman air di afterbay
(m) Qd: disain debit (m3/s)
b : lebar saluran tailrace (m)
5.7.2 Pondasi untuk Turbin Reaction
Gambar 5.7.2(a) menunjukkan pondasi untuk turbin Francis yang merupakan
jenis turbin reaction. Air dikeluarkan ke dalam afterbay melalui turbin.
Pada kasus turbin reaction, head antara turbin dan level air dapat digunakan
untuk membangkitkan tenaga. Sehingga adalah memungkinkan bahwa turbin
dipasang dibawah level air banjir pada kondisi untuk melengkapi peralatan
berikut.(lihat Gambar 5.7.2(b))
a. Pintu Tailrace
b. Pompa di rumah pembangkit
kehilangan Head pada sistem tenaga air ditunjukkan oleh gambar berikut. HL1 dapat
dihitung secara mudah sebagai perbedaan level air antara intake dengan bak
penenang. Dengan cara sama HL3 dapat dihitung sebagai perbedaan level antara
pusat turbin ke tailrace.
He = Hg – (HL1 + HL2 + HL3 )
He: Head Efektif
Hg: Head Kotor
HL1: Kehilangan Head dari intake ke bak penenang
HL2: Kehilangan di penstock
HL3: Head di instalasi dan kehilangan di tailrace
Sehingga HL2 dapat dihitung dengan persamaan berikut.

26. (1) Kehilangan akibat gesekan (Friction loss)
Friction loss (Hf) adalah losses yang terbesar di penstock.
Hf = f ×Ｌp×Ｖp2 ／（2×g×Ｄp）
Hf : Friction loss di penstock (m)
f : koefisien pada diameter pipa penstock
(Dp). f= 124.5×n2／Dp1/3
Lp : Panjang penstock. (m)
Vp : Kecepatan aliran di penstock (m/s) Vp = Q ／ Ap
g : 9.8
Dp : Diameter pipa penstock (m)
n : Koefisien kekasaran (pipa besi: n=0.12, pipa plastik:
n=0.011) Q : Disain debit (m3/s)
Ap : Area potongan melintang pipa
penstock. (m2) Ap = 3.14×Dp2／4.0
(2) Inlet Loss
he = fe × Vp ／(2×g)
he : Inlet loss (m)
fe : Koefisien pada bentuk di inlet. Biasanya fe = 0.5 dalam skema mikrohidro.
(3) Valve Loss
hv = fv × Vp ／(2×g)
hv : Valve loss (m)
fv : Koefisien pada jenis
valve. fv = 0.1 (
butterfly valve)
(4) Lain-lain
“Bend loss (losses di belokan)” dan “kehilangan pada perubahan area potongan
melintang” dipertimbangkan sebagai losses yang lain. Bagaimanapun losses ini

27. dapat diabaikan dalam skema mikrohidro. Biasanya perencana skema
mikrohidro harus memperhitungkan margin berikut sebagai losses lain.
ho = 5～10％×( hf + he +hv )

28. TUGAS 4
PEMBANGKITAN ENERGI TERBARUKAN
“Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro
Hidro”
Oleh
Desfia Arisma
No.BP 1310952001
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik
Universitas Andalas
Padang
2016