Studi Model Fisik Kolam Pengendap Sedimen Dan Peredam Gelombang Bentuk Lingkaran Di Pltgu Cilegon

PIT HATHI XXVI, Banjarmasin, 23-25 Oktober 2009

1

STUDI MODEL FISIK KOLAM PENGENDAP SEDIMEN DAN PEREDAM GELOMBANG BENTUK LINGKARAN

DI PLTGU CILEGON Tania Edna Bhakty, Chairul Paotonan, Nur Yuwono, Aria Imam Ambara,

Edgaloyn, Sajiharjo, Bambang Susmono [email protected], [email protected], [email protected], [email protected],

[email protected]

1. Intisari PLTGU Cilegon 700 MW merupakan PTL yang vital untuk kawasan

industri Cilegon dan interkoneksi Jawa-Madura. Sistem pendingin pada PLTGU Cilegon menggunakan air laut dari Laut Jawa melalui open channel cooling water intake. Saat terjadi gelombang besar di Laut Jawa, gelombang masuk melalui intake, sampah dan sedimen tersedot masuk sampai ke pangkal intake, sehingga dapat mengganggu kinerja sistem pendingin. Salah satu alternatif untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah dengan membuat Kolam Pengendap dan Peredam Gelombang. Untuk mendapatkan model kolam yang optimal, maka perlu dilakukan pengujian model fisik 3 dimensi.

Skala model pengujian kolam adalah 1:25. Pengujian dilakukan pada kondisi HWL dan LWL dengan variasi periode gelombang 1,2-1,8 detik. Dinding sisi dalam Kolam Pengendap dan Peredam Gelombang dibuat dalam 3 variasi, yaitu batu pecah, beton tegak dan beton step.

Hasil pengujian model fisik Kolam Pengendap dan Peredam Gelombang menunjukkan bahwa pada semua model dinding sisi dalam kolam, sampah dan sedimen belum bisa terkumpul pada suatu wilayah tertentu. Aliran dalam kolam lebih lambat, tetapi terdapat kecepatan aliran yang dominan pada bagian kolam yang searah dengan aliran yang keluar dari saluran hulu. Peredaman gelombang dalam cukup efektif, terutama pada perlakuan aliran dan gelombang.

2. Latar Belakang Masalah

PLTGU Cilegon 700 MW merupakan PTL yang vital untuk kawasan

industri Cilegon dan interkoneksi Jawa-Madura. Sistem pendingin pada

PLTGU Cilegon menggunakan air laut dari Laut Jawa melalui open

channel cooling water intake dengan panjang 525m dan lebar 7m yang

melewatkan debit sebesar 30,5 m3/detik. Mulut intake berupa pengantar

yang berbentuk corong dengan lebar bagian depan 16 m berada pada

kedalaman -2.5m MSL langsung menghadap ke perairan Laut Jawa (teluk

mailto:[email protected]�






2

Banten). Saat gelombang besar intake tersebut menghantarkan

gelombang laut masuk ke pintu pengambilan di pangkal intake.

Permasalahan lain adalah masalah sampah dan sedimen yang tersedot

masuk sampai ke pangkal intake, sehingga dapat mengganggu kinerja

sistem pendingin.

Saluran hulu

Saluran hilir

Area yang dimodelkan

KOLAM

Gambar 1. Area Intake Saluran PLTGU Cilegon yang dimodelkan

Salah satu alternatif untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah

dengan pembuatan Kolam Pengendap dan Peredam Gelombang di

bagian tengah saluran intake (Gambar 1). Kolam tersebut diharapkan

mampu meredam gelombang, menahan sampah dan material sedimen

mengingat lokasi intake berdekatan dengan muara saluran drainase kota.

Perancangan dan penempatan Kolam secara optimal, akan dapat

mengatasi permasalahan gelombang, sampah dan sediemen dengan

baik.

3. Kajian Pustaka

Pada tahun 2008 telah dilakukan kajian melalui model hidraulik 2

dimensi dan telah ditemukan metode untuk mengatasi permasalahan

masuknya ombak ke dalam saluran dengan menggunakan peredam

berupa rangkaian pipa. Peredaman dengan rangkaian pipa tersebut cukup


3

efektif mengurangi energi ombak yang masuk tetapi belum sepenuhnya

mengatasi masalah sampah. Pemasangan trash rack di depan peredam

gelombang mampu menahan sampah, tetapi menyebabkan terjadinya

kehilangan energi yang cukup besar pada aliran, sehingga apabila tidak

dipelihara secara rutin dapat mengganggu kontinuitas ketersediaan debit

air pendingin. Pemeliharaan rutin dengan alat mekanik/elektrik terkendala

ketersediaan ruang bebas di kiri-kanan saluran intake.

Meskipun terdapat solusi sementara untuk mengatasi permasalahan

peredaman gelombang dan penahan sampah di hulu saluran intake, tetapi

mengingat perkembangan kota Cilegon dan sekitarnya yang sangat pesat,

maka perlu dipikirkan selain penanganan sampah dan gangguan

gelombang yang lebih komprehensif juga permasalahan material sedimen

yang masuk ke dalam intake. Salah satu alternatif adalah dengan

pembuatan kolam pengendap sedimen dan peredam gelombang.

Penelitian yang dilakukan di laboratorium hidraulik dilakukan dengan

model 3-D, sehingga pengetahuan tentang cara perencanaan model

hidraulik sangat diperlukan dalam rangka pelaksanaan penelitian tersebut.

Berbagai permasalahan yang fenomenanya belum dapat diformulasikan

dapat dipecahkan lewat penelitian laboratorium. Penelitian-penelitian

dasar yang dilakukan di laboratorium, hasilnya (biasanya berupa formula

atau grafik) dapat dimanfaatkan untuk pemecahan masalah atau

dipergunakan untuk membantu model matematik (PLN, 2008)

4. Landasan Teori Model fisik harus dibuat berdasarkan kondisi lapangan. Model yang

digunakan harus memenuhi beberapa kriteria kesebangunan yaitu,

sebangun geometrik, sebangun kinematik, dan sebangun dinamik.

4.1. Sebangun Geometrik

Sebangun geometrik dipenuhi apabila model dan prototip mempunyai

bentuk sama tetapi berbeda ukuran, yang berarti bahwa perbandingan


4

antara semua ukuran panjang di model dan prototip adalah sama.

Perbandingan ini disebut dengan skala geometrik model nL. Skala

geometrik model ini dapat ditulis secara matematis sebagai berikut:

nL = M

P

LL

dengan: LP = panjang (jarak) di prototip

LM = panjang (jarak) di model

Berdasarkan persamaan tersebut, skala yang lain dapat ditentukan

sebagai berikut:

Skala luas (nL2) = 2

2

)()(

M

P

LL =

m

p

AA

Skala volume (nL3) = 3

3

)()(

m

P

LL =

m

p

VV

4.2. Sebangun Kinematik

Sebangun kinematik dipenuhi apabila antara model dan prototip terjadi

kesebangunan geometrik dan perbandingan antara kecepatan dan

percepatan di dua titik yang bersesuaian pada model dan prototip untuk

bidang pengaliran adalah sama. Secara matematis ditulis sebagai berikut:

m

p

UU

)()(

1

1 = m

p

UU

)()(

2

2 m

p

aa

)()(

1

1 = m

p

aa

)()(

2

2

dengan : U = kecepatan

a = percepatan

Besaran kinematik seperti kecepatan, percepatan dan debit

dinyatakan dalam bentuk skala panjang dan waktu.

Skala kecepatan : m

p

uu

= mm

pp

TLTL

//

= T

L

nn = nu

Skala percepatan : m

p

aa

= 2

2

//

mm

pp

TLTL

= 2T

L

nn = na

Untuk skala debit : m

p

QQ

= TLTL

m

p

//

3

3

= T

L

nn 3

= nQ


5

4.3. Sebangun Dinamik

Sebangun dinamik ini dicapai jika antara model dan prototip terjadi

kesebangunan kinematik sehingga gaya-gaya yang bekerja pada model

sebanding dan arahnya sama untuk seluruh bidang pengaliran. Yang

dimaksud dengan gaya-gaya tersebut diantaranya adalah:

Gaya inersia : Fi = m.a = ρL3(L/T2)=ρu2L2

Gaya tekanan : Fp = p.A=p.L2

Gaya berat : Fw = m.g = ρL3g

Gaya gesek : Fv = µ (U/L).L

Gaya kenyal : Fe = E.A = E.L2

Gaya tegangan muka : Fs = σ L

Apabila di prototip yang berperan adalah gaya inersia dan gaya berat

maka kesebangunan dinamik dapat ditentukan berdasarkan kriteria

kesebangunan Froude:

Fr2 = g

L

FF =

gLLu.3

22

..ρρ =

Lgu.

2

gLuFr =

Dengan demikian apabila dalam kegiatan modelisasi tersebut gaya

gravitasi dan gaya inersia sama sama memegang peranan penting dalam

permasalahan, maka rasio kedua gaya tersebut pada model dan prototip

harus sama. Kriteria ini disebut kriteria kesebangunan menurut kondisi

bilangan Froude (Kriteria sebangun Froude).

1)( 5,0 ==

L

UFr n

nn

Untuk mendapatkan kesebangunan dinamik tidak perlu semua gaya

yang ada mempunyai perbandingan yang sama, hanya dipilih gaya-gaya

yang penting dalam permasalahan saja yang diperhitungkan. Apabila

terlalu banyak gaya yang diperhatikan maka besar model harus sama

dengan prototip. Untuk menentukan skala model dalam hubungannya


6

dengan kesebangunan dinamik, maka dipilih gaya-gaya yang penting

saja, sedangkan gaya yang tidak penting dapat diabaikan.

4.4. Kondisi Batas

Dalam pembuatan model hidraulik, suatu hal yang harus mendapat

perhatian pertama adalah penetapan kondisi batas. Kondisi batas yang

baik akan memberikan pola aliran yang mirip dengan situasi yang

sebenarnya. Kondisi batas adalah suatu kondisi atau situasi yang secara

fisik merupakan pembatas daerah yang akan dimodelkan dan membatasi

besaran masukan. Dalam hal ini, kondisi batas yang membatasi daerah

yang dimodelkan dapat disebut sebagai batas hulu (lokasi aliran yang

masuk ke model) dan kondisi batas hilir (lokasi aliran yang meninggalkan

model). Kondisi aliran, baik yang keluar maupun masuk model harus

memenuhi kriteria tertentu sesuai dengan kondisi yang ada di lapangan.

Untuk kondisi batas hulu dan hilir harus memenuhi beberapa

persyaratan berikut :

a. relatif jauh dari bangunan yang akan dimodelkan agar hasil atau

keluaran tidak banyak dipengaruhi kesalahan di kondisi batas hulu,

b. kondisi batas hulu berupa laut yang mempunyai kedalaman

tertentu, gelombang rencana dan debit yang diambil (diperlukan)

untuk pendingin pembangkit listrik,

c. kondisi batas hilir menyesuaikan elevasi muka air dengan yang

terjadi di lapangan.

5. Hasil Penelitian dan Pembahasan

5.1. Dimensi Pokok Prototipe yang dimodelkan

Skala model penelitian ini disusun berdasarkan Model tak terdistorsi

dan Kesebangunan Froude. Mengingat keterbatasan ruang, wave

generator dan pompa, maka ditetapkan skala nL = 25. Adapun skala yang

lain dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Dimensi Pokok Prototipe yang dimodelkan


7

No Besaran Skala Prototip Model 1 Lebar mulut intake/pengarah 1:25 1600 cm 64 cm 2 Lebar saluran intake 1:25 700 cm 28 cm 3 Tinggi intake 1:25 575 cm 23 cm 4 Panjang seluruh intake 1:25 52500 cm 2100 cm 5 Panjang intake yang dimodelkan 1:25 22000 cm 880 cm 6 Kedalaman aliran (HWL) 1:25 314 cm 12.56 cm 7 Kedalaman aliran (LWL) 1:25 186 cm 7.44 cm 8 Debit intake 1:3.125 30.5 m3/s 9.75 l/s 9 Kecepatan aliran (HWL) 1:5 1,38 m/s 0.28 m/s 10 Kecepatan aliran (LWL) 1:5 2.34 m/s 0.47 m/s 11 Tinggi gelombang (HWL) 1:25 2 m 8 cm. 12 Periode gelombang 1:5 6-8 s 1,2-1,6 s 13 Panjang gelombang 1:25 99.84 m 3.99 m. 14 Kolam peredam gelombang 1:25 40 x 40 m 1.6 x 1.6 m

5.2. Metode Pengujian Model

Pengukuran tinggi muka air dilakukan dengan cara membaca mistar

yang dipasang dititik-titik tertentu di saluran, sedangkan pengujian pola

aliran dilakukan dengan menggunakan tracer. Kecepatan aliran diukur

dengan pelampung, kamera dan curent meter. Tinggi gelombang diukur

dengan wave probe yang dihubungkan langsung ke komputer, sehingga

hasil pengukuran dapat langsung dibaca dari layar monitor. Titik-titik

pengukuran tinggi gelombang ditunjukkan oleh Gambar 4.

Gambar 2. Zona Pengukuran Tinggi Gelombang

5.3. Kalibrasi Model

Sebelum melakukan pengujian model, baik model eksisting maupun

model Kolam, terlebih dahulu dilakukan kalibrasi model, yaitu kalibrasi

debit, kalibrasi periode gelombang dan kalibrasi tinggi gelombang.

Zona A

Zona B

Zona C Zona E


8

5.4. Model Eksisting

a. Elevasi Muka Air dan Kecepatan Aliran

Untuk mendapatkan gambaran tentang kinerja model pada prototipe

(kondisi eksisting), maka dilakukan pengujian aliran, gelombang serta

kombinasi aliran dan gelombang. Pengujian model dilakukan pada kondisi

HWL dan LWL dengan periode gelombang 1,2-1,8s.

Hasil pengujian pada Gambar 5 menunjukkan bahwa model saluran

eksisting secara umum menirukan kondisi prototipe. Pada kondisi HWL,

terjadi penurunan elevasi muka air di hulu yang disebabkan oleh pintu

yang diatur pada kondisi bukaan pintu sebesar LWL.

Saat muka air pada kondisi HWL dan bukaan pintu sebesar LWL,

saluran masih mampu mengalirkan debit sebesar 9,75 l/s. Jika bukaan

pintu diturunkan lagi dan berada pada posisi dibawah LWL, maka saluran

tidak mampu melewatkan debit kebutuhan.

a) Elevasi Muka Air (m)

b) Kecepatan Aliran (m/s)

Gambar 3. Saluran Eksisting

Untuk pengujian selanjutnya pada model kolam, tinggi bukaan pintu

terendah yang digunakan adalah pada posisi LWL.

b. Hasil Pengujian Gelombang

Hasil pengujian gelombang pada kondisi dengan aliran dan tanpa

aliran disajikan pada Gambar 6. Nilai rerata koefisien transmisi pada

Gambar 6 saat kondisi HWL dan LWL masing-masing adalah 0.76 dan

0.66, yang menunjukkan bahwa saluran eksisting belum mampu meredam

gelombang.


9

Gambar 4. Peredaman Gelombang Saluran Eksisting

5.5. Perancangan simulasi model Kolam Pengendap dan Peredam Gelombang

Tampang melintang model Kolam Pengendap dan Peredam

Gelombang yang diuji disajikan pada Gambar 7. Pengujian yang

dilakukan pada model kolam adalah pengujian aliran, sampah dan

sedimen, pengujian gelombang dengan aliran dan pengujian gelombang

tanpa aliran. Pengujian model dilakukan pada kondisi HWL dan LWL

dengan periode gelombang 1,2-1,8s.

Bentuk awal Kolam Pengendap dan Peredam Gelombang adalah

seperti yang disajikan oleh foto pada Gambar 7(a),(b) dan dinamakan

sebagai Model M0. Bentuk yang demikian itu bertujuan agar aliran dalam

kolam bias berputar, sehingga sampah bisa berkumpul di tengah kolam.

Hasil pengamatan pada model menunjukkan bahwa aliran tidak berputar

dalam kolam, melainkan menyusur pada salah satu dinding kolam dan

langsung menuju saluran hilir. Bentuk dinding menonjol dan tajam di mulut

saluran hilir menyebabkan terjadinya kehilangan tenaga yang cukup

besar/vortex. Untuk menghilangkan vortex tersebut, maka bentuk mulut

saluran hilir dimodifikasi, dengan menambahkan divider. Modifikasi bentuk

dengan penambahan divider juga dilakukan pada bagian hilir saluran hulu


10

(mulut kolam) dengan tujuan agar kecepatan aliran di dalam kolam dapat

menyebar di seluruh permukaan kolam Gambar 7(c). Model ini dinamakan

Model M1.

a) Batu Pecah

b) Beton Tegak

c) Beton Step

Gambar 5. Tampang Lintang Kolam Pengendap dan Peredam Gelombang

5.6. Hasil Pengujian Model Kolam

Pengujian pada model M0 dilakukan pada 3 macam dinding kolam.

Perbandingan kinerja model M0 ditunjukkan oleh Tabel 2.

Tabel 2. Perbandingan Kinerja Model M0

Model Parameter Pembanding

Aliran Sampah Sedimen Gelombang

M0A

a. Aliran di dalam kolam lebih lambat tetapi tidak menyebar di seluruh permukaan kolam. Aliran menyusur di salah satu dinding kolam.

b. Terjadi vortex di mulut saluran hilir c. Pada kondisi HWL profil aliran di hilir

Sampah belum bisa terkumpul di tengah kolam dan tetap

Sedimen tertahan di dalam kolam. Kajian pergerakan sedimen diamati

Peredaman gelombang paling efektif, terutama pada perlakuan aliran dan gelombang. Permasalahannya adalah dari sudut estetika kurang baik, karena sampah

Modifikasi mulut kolam

Bentuk tajam di mulut saluran hilir


11

Model Parameter Pembanding

Aliran Sampah Sedimen Gelombang saluran masih menirukan fenomena di prototipe

d. Pada kondisi LWL, terjadi penurunan elevasi muka air yang besar di saluran hilir

mengikuti pola pergerakan aliran

melalui pendekatan kecepatan aliran di dalam kolam.

akan tersangkut dan masuk ke sela-sela batu

M0B

a. Kondisi aliran secara umum sama dengan model M0A

b. Elevasi muka air di dalam saluran lebih rendah dibandingkan elevasi muka air pada model M0A

Kondisi pergerakan sampah sama dengan Model M0A

Kondisi pergerakan sedimen sama dengan Model M0A

Peredaman gelombang kurang efektif dibandingkan dengan model M0A.

M0C

a. Kondisi aliran secara umum sama dengan model M0A

b. Elevasi muka air di dalam saluran lebih tinggi dibanding model M0B tetapi lebih rendah dari model M0A

Kondisi pergerakan sampah sama dengan Model M0A

Kondisi pergerakan sedimen sama dengan Model M0A

Peredaman gelombang lebih efektif dibanding model M0B, namun kurang efektif jika dibandingkan dengan model M0A. Dari sudut pandang estetika model ini cukup bagus.

Berdasarkan informasi pada Tabel 2, maka pengujian selanjutnya

pada model M1 adalah pengujian dengan menggunakan dinding beton

step.

a. Elevasi Muka Air Model M0 Step b. Elevasi Muka Air Model M1 Step

c. Kecepatan Aliran Model M0 Step d. Elevasi Muka Air Model M1 Step

Gambar 6. Profil Muka Air dan Kecepatan Aliran

Vortex


12

Hasil pengujian model M1 step menunjukkan bahwa sudah tidak

terjadi kehilangan energi yang besar/vortex di hilir kolam (Gambar 8).

Elevasi muka air dan kecepatan aliran di saluran hilir (setelah kolam)

sudah menirukan fenomena yang terjadi di saluran eksisting prototipe.

Gambar 9 menunjukkan profil kecepatan aliran di saluran hulu, dalam

kolam dan saluran hilir untuk model M1 Step pada kondisi HWL.

Gambar 7. Profil Kecepatan Aliran Dalam Kolam Model M1 (HWL)

Distribusi kecepatan dalam kolam pada jalur 1 dan 3, hampir merata

mulai dasar hingga permukaan kolam, sedangkan distribusi kecepatan

pada jalur 5 mempunyai pola yang berbeda yaitu kecepatan aliran dalam

kolam berkurang cukup besar. Pola aliran yang demikian menyebabkan

sebagian besar sedimen yang masuk ke dalam kolam melalui saluran hulu

belum dapat mengendap sepenuhnya dalam kolam. Sebagian sedimen

masih ikut terbawa mengikuti pola pergerakan aliran.

a

b

Gambar 8. Pola Pergerakan Aliran dalam Kolam Model M1 Step (HWL)

Gambar 10 (a) menunjukkan pola pergerakan aliran dalam kolam

yang sebagian sudah menyebar di seluruh permukaan kolam. Gambar 10

Jalur 1

Jalur 3 Jalur 5


13

(b) adalah pola pergerakan pelampung dalam kolam. Pelampung yang

berada di sisi terluar dari aliran yang dominan akan memutar ke arah sisi-

sisi kolam, tetapi pelampung yang berada pada posisi searah dengan arah

aliran yang dominan akan bergerak langsung menuju ke saluran hilir. Pola

pergerakan yang demikian itu serupa dengan pola pergerakan sampah

dan sedimen dalam kolam.

Hasil pengujian gelombang dengan dan tanpa aliran disajikan pada

Gambar 11.

a. Model M0 b. Model M1

Gambar 9. Hasil Pengujian Peredaman Gelombang Dinding Step

Nilai koefisien transmisi pada Gambar 11 menunjukkan bahwa kedua

model kolam cukup efektif dalam meredam gelombang, terutama pada

kondisi gelombang dengan aliran. Nilai koefisien transmisi Model M0 pada

kondisi gelombang tanpa aliran nilainya adalah 0.165-0.525, sedangkan


14

pada kondisi gelombang dengan aliran adalah 0.059-0.275. Nilai koefisien

transmisi Model M1 pada kondisi gelombang tanpa aliran nilainya adalah

0.207-0.693, sedangkan pada kondisi gelombang dengan aliran adalah

0.133-0.781.

Secara umum, model M0 menunjukkan kinerja yang lebih baik dalam

meredam gelombang, sedangkan Model M1 menunjukkan kinerja yang

lebih baik dalam menahan sampah dan sedimen dalam kolam.

Hasil yang dapat disimpulkan dari penelitian ini adalah perlu dipikirkan

bentuk lain dari model kolam untuk mengatasi permasalahan PLTGU

Cilegon, dimana model dapat menunjukkan kinerja yang lebih baik dalam

meredam gelombang serta menahan sampah dan sedimen.

6. Ucapan Terima Kasih

Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada PT. PLN, yang telah memperkenankan pemakaian data pekerjaan ”Penelitian/Pelatihan Kajian Model Hidraulik 3-D untuk meningkatkan kinerja Intake PLTGU Cilegon”, tahun 2009.

7. Daftar Pustaka

CEM, 2001, Tha Coastal Engineering Manual, Department of The Army, US Army Corps of Engineers, Washington DC

Chow, V. T, 1998, Open Channel Hydraulics, McGraw Hill Kogakhusa Nizam, 1994, Proses Kepantaian, Program Pasca Sarjana, Universitas

Gadjah Mada, Yogyakarta PLN (Persero) Jasa Enjiniring, 2005, General Plan and Section of CW

Intake Canal, PT. PLN (Persero) Cilegon Combined Cycle Power Plan.

PLN (Persero) Penelitian Dan Pengembangan Ketenagalistrikan, 2008, Laporan Akhir Kajian Model Hidraulik Untuk Mengatasi Masalah Intake PLTGU Cilegon (Uji Model 2-D)

Sharp, J. J., 1981, Hydraulic Modelling, Butterworth & Co., London. Shore Protection Manual, 1984, Department of The Army, US Army Corps

of Engineers, Washington DC Silvester R, Coastal Engineering 1., Elsevier Scientific Publishing

Company, Amsterdam-Oxford-New York, 1974 Triatmodjo, B., 1999, Teknik Pantai, Penerbit Beta Offset, Yogyakarta Yuwono, N., 1996, Perencanaan Model Hidraulik, Lab. Hidraulika dan

Hidrologi, PAU-IT UGM, Yogyakarta

Studi Model Fisik Kolam Pengendap Sedimen Dan Peredam Gelombang Bentuk Lingkaran Di Pltgu Cilegon

Documents

Transcript of Studi Model Fisik Kolam Pengendap Sedimen Dan Peredam Gelombang Bentuk Lingkaran Di Pltgu Cilegon