Desain Penstok Bask 2

5/10/2018 Desain Penstok Bask 2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/desain-penstok-bask-2 1/34

AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 1 - 34

KLIEN : PT. PLN (Persero)

NAMA PEKERJAAN : EKSPANSI PLTA TES (4.4 MW)

LOKASI : TES, BENGKULU

REV TANGGAL DESKRIPSI PREP’D CHK’D APP’D



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 2 - 34

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI......................................................................................................2

1 DATA PENSTOK .............................................................................................. 3

1.1 DIMENSI PENSTOK ................................................................................................................ 3

1.2 PERHITUNGAN DATA............................................................................................................. 5

1.3 PROPERTI MATERIAL.............................................................................................................. 51.4 PERTIMBANGAN DESAIN.......................................................................................................... 6

1.5 K ETEBALAN MINIMUM SHELL.................................................................................................... 6

1.6 ALIRAN DALAM PENSTOK ........................................................................................................ 7

1.7 LUAS BAJA........................................................................................................................ 8

1.8 LUAS AIR......................................................................................................................... 8

1.9 BERAT BAJA...................................................................................................................... 9

1.10 BERAT AIR...................................................................................................................... 9

1.11 ANALISIS WATER HAMMER.................................................................................................. 10

2 TEGANGAN PADA PENSTOK .......................................................................... 12

2.1 HOOP S TRESS.................................................................................................................. 12

2.2 LONGITUDINAL S TRESS......................................................................................................... 13

2.2.1 Exposed ...............................................................................................................14

2.2.2 Embedded ...........................................................................................................20

2.3 SHEAR S TRESS................................................................................................................. 21

3 PENGECEKAN KEKUATAN MATERIAL .............................................................. 22

3.1 WATER FULLY FILLED PADA PENSTOK ....................................................................................... 22

3.2 DURING WATER FILLING....................................................................................................... 24

3.3 EMPTY PIPE..................................................................................................................... 26

4 MISCELLANEOUS PENSTOCK ......................................................................... 30

4.1 SLIDE DISTANCE OF EXPANSION JOINT....................................................................................... 30

4.2 DEFLEKSI ANTARA TUMPUAN.................................................................................................. 31

4.3 MANHOLE....................................................................................................................... 32



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 3 - 34

1 DATA PENSTOK

1.1 DIMENSI PENSTOK

Penstok untuk Tes terdiri dari satu section dimana aliran air dalam pipa tunggal. Untuk

mendistribusikan aliran ke turbin.



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 4 - 34

Gambar 1 Long Section Penstok



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 5 - 34

Tabel 1 Dimensi Section Penstok

Section

1

2 A3 A

45 A

6 A

1.2 PERHITUNGAN DATA

Inlet Muka Air Normal : 559.15 m

Elevasi As Surge Tank Penstok : 534.24 m

Elevasi As Wye Branch : 552.49 m

Turbin Inlet Elevasi As : 508.50 m

Rated Flow (QR) : 9.70 m3/s

Berat Jenis Air (ρw) : 1000 kg/m3

1.3 PROPERTI MATERIAL

Material : JIS SM 400 B

Tensile Strength (σu) : 400 N/mm2

Yield Strength (σy) : 245 N/mm2

Allowable stress

Diambil minimum antara (1/3) * Tensile Strength dan 0.6 *Yield strength

(1/3 x σu) : 1.359 x 107 kg/m2



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 6 - 34

0.6 x yield strength (t≤16mm) : 1.498 x 107 kg/m2

0.6 x yield strength (t>16mm) : 1.437 x 107 kg/m2

Allowable Stress (σa) : 1.359 x 107 kg/m2

Density of Steel (ρs) : 7850 kg/m3

Modulus of Elasticity (E) : 2,1 10

10

kg/m

2

Poisson Ratio (v) : 0,3

1.4 PERTIMBANGAN DESAIN

Rated Flow (QR ) : 9.70 m3/s

Permitable Max. velocity Penstok : 6.00 m/s

Maximum time for sudden closure : 6 s

Inlet valve closing time (tvc) : 120 s

Inlet valve opening time (tvo) : 60 s

Governor Closing Time (tgc) : 5 s

1.5 KETEBALAN MINIMUM SHELL

Ketebalan Minimum Shell termasuk korosi yang diizinkan untuk diameter yang telah

ditentukan adalah

for section 1-2 :

400

8001

min

+=

d t mm

min

2300 800

400t

+=

tmin = 7.75 mm

for section 3-9 :



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 7 - 34

400

8002

min

+=

d t mm

min

2000 800

400t

+=

tmin = 7 mm

sebagai standar, ketebalan minimum shell tidak boleh kurang dari 7, 75 mm bahkan

jika diameter pipa kecil dan pengaku digunakan.

Semua ketebalan shell yang dipilih lebih tebal dari ketebalan shell dihitung minimal di

atas, karena itu telah memenuhi syarat minimum dan dilanjutkan untuk perhitungan tegangan.

1.6 ALIRAN DALAM PENSTOK

Section 1-2

2

11

1

4

d

Q

A

QV d d

π

==

1 2

4 12.500

(2.30)V

π

×=

×

V1 = 3.01 m/s

Section 3-9

( ) ( )2 2

2 2

2 2

4d d Q Q

V A d π

= =

2 2

4 9.70

(2)V

π

×=

×

V2 = 3.09 m/s

Kecepatan untuk semua sections Penstok berada di bawah batas dari aliran

maksimum 6m/s dalam Penstok.



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 8 - 34

1.7 LUAS BAJA

Luas baja dihitung seperti

( )[ ]4

22

d t d A s

−+= π

Tabel 2. Luas Baja

Section

2

3

45

1.8 LUAS AIR

Luas air dihitung seperti

4

2d Aw

π =

Section 1-2

( )2

21

1

2.30

4 4w

d A π π = =

Aw1 = 4.155 m2



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 9 - 34

Section 3-9

( )22

2

2

2.0

4 4w

d A

π π = =

Aw2 = 3.142 m2

1.9 BERAT BAJA

Dihitung seperti

s s s Aw ρ =

Tabel 3. Berat baja Penstok Per meter

Secti

2

34

1.10 BERAT AIR

Dihitung seperti

wwwAw ρ =

Section 1-2

( ) ( )1 14.155 1000

w w ww A ρ = =

ww1 = 4155 kg/m



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 10 - 34

Section 3-9

( ) ( )2 23.142 1000

w w ww A ρ = =

ws2 = 3142kg/m

1.11 ANALISIS WATER HAMMER

Analisis Surge dan Water Hammer dilakukan dengan menggunakan Hytran 3.1.2, program

perhitungan fluida.



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 11 - 34

Gambar 2. Hidrolik Envelope



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 12 - 34

Tabel 4. Atenuasi Head pada sudden trip

Secti

23

4

56

2 TEGANGAN PADA PENSTOK

2.1 HOOP STRESS

Hoop stress yang terjadi di Penstok untuk tekanan internal dengan ketebalan shell yang dipilih adalah

t

Hd h

ϕ σ 05.0=

Dimana :

H : Hydrostatic head (H a ) + water hammer head (h)

d : diameter bagian dalam Penstok

t : shell thickness

φ : joint coefficient, 0.85

Berikut adalah hoop stress pada beberapa titik kritis yang dipilih, upstream dari

tegangan-tegangan Power House ini digunakan sebagai circumferential stress (σ1) untuk

perhitungan tegangan ekivalen pada pengecekan kekuatan material.



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 13 - 34

Hoop Stress pada titik sebelum Power House

t

Hd h

ϕ σ 05.0=

Ha = 54.95 m

h = 20.76 m

H = 55.54 + 18.69 = 75.71 m

Maka

( ) ( )

( ) ( )

75.71 2.00.05 1,113.38

0.85 0.008hσ = = kg/cm2

11,133,823.53h

σ = kg/m2

Hoop stresses pada lokasi lainnya dihitung pada Tabel 5. Semua hoop stress dihitung

langsung di upstream dari anchor blocks.

Tabel 5. Hoop stress pada anchor blocks

Lokasi AB1

h (m) 1.

H (m) 6.

d (m) 2.t (m) 0.0

2.2 LONGITUDINAL STRESS

Jumlah longitudinal stress at pada setiap titik kritis digunakan sebagai longitudinal

stress (σ2) untuk perhitungan equivalent stress dalam pengecekan kekuatan material.



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 14 - 34

2.2.1 Exposed

Longitudinal Stress pada titik sebelum Anchor Block 7

Longitudinal stress utama untuk pipa exposed pada titik sebelum Anchor Block 7 adalah

sebagai berikut :

1. Beam bending stress

( ) β cos12

1 2bwwM w s +=

2

4td S

π =

( )2

2

3

cos

td

bww

S

M w s

π

β σ

+==

Dimana :

ws : berat baja, 396.16 kg/m

ww : berat air, 3142 kg/m

S : section modulus of steel

b : span, 6 m (span dari pipa sebelum wye branch anchor block )

β : slope angle, 410

maka

( ) ( )

( ) ( )

2

2

391.16 3142 6 cos 41318,705.10

3 0.010 2

o

σ π

+= = kg/m2

Tegangan ini adalah tegangan (+) untuk upper chord pipa dan tekanan (-) untuk

lower chord pipa.



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 15 - 34

Gambar 3. Titik untuk pengecekan Beam Bending Stress

2. Dead weight stress

s A

P 0=σ

Lw P so β sin=

Dimana

Po : dead weight of pipe


L : panjang pipa dari expansion joint ke anchor block selanjutnya, 23.576 m

β : slope angle, 41°

As : Luas baja, 0.050 m2

maka

( ) ( )sin 41 396.16 23.576

121, 417.890.050σ = =

o

kg/m

2



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 16 - 34

Tegangan ini selalu tekanan (-)

3. Support friction stress, hanya terjadi di sebagian pipa yang terdapat tumpuan

S

P a

A

P f

s

f ∑∑ +=σ

( ) β µ cos Lww P w s f

∑ +=Dimana

Pf : friction force over support

μ : 0.3 – 0.5 untuk steel to steel contact tanpa pelumasan (digunakan 0.3)

β : slope angle, 410

L : panjang pipa yang terdapat tumpuan, 23.576 m



As : luas baja, 0.050 m2

a : eccentricity of friction force

untuk 1200 tumpuan saddle

( ) ( )0.4135 0.4135 2 0.4135 2.016 0.83a D d t = = + = = m

S : section modulus of steel

( ) ( )22 0.008 2 0.025

4 4S td

π π = = = m3

Maka

( ) ( )0.3 396.16 3142 23.576 cos41 18,884.22 f P = + =∑

o kg



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 17 - 34

( )0.83 18,884.2218,884.221,000,554.48

0.050 0.025σ = + =

kg/m2

Tegangan ini adalah tegangan (+) ketika pipa kontraksi (cooling ) dan tekanan (-)

ketika pipa expanding (heating ).

4. Expansion joint friction stress

s s

p

Adep

A P π µ

σ 1==

Dimana

Pp : Expansion joint friction force

μ1 : 0.25, friction coefficient dari material packing

e : depth of packing , asumsi 15 cm


p : hydraulic pressure

H p w ρ =

H : hydraulic head, 63.44 m

Maka

p = (1,000)(63.44)= 63440.00 kg/m2

( ) ( ) ( ) ( )2 0.15 0.25 63,440.00 = 14,947.70 p P π = kg

14,947.70 296,190.240.050

σ = = kg/m2

Tegangan ini adalah tegangan (+) ketika pipa kontraksi (cooling ) dan tekanan (-)

ketika pipa ekspansi (heating ).

5. The drag of flowing water



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 18 - 34

s

w

A

H w ∆=σ

∆H = headloss dari friction antara air dan pipa

=∆

g

V

d

L H

2

2

λ

( ) 314.001,0 d k o=λ

Dimana :



L : panjang pipa dari anchor block sampai upstream expansion joint , 23.576 m

V : kecepatan aliran air, 3.09 m/s

λ : koefisien Darcy’s friction, 0.0102

263.44 3.090.0102 0.059

2 2 9.81 H

∆ = = ⋅ m

( ) ( )3,142 0.0593,642.54

0.050σ = = kg/m2


6. Direct water pressure stress from expansion joint

H w

ρ σ =



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 19 - 34

Dimana

H : hydraulic head , 63.44 m

Maka

( ) ( )1, 000 63.44 63, 440.00σ = = kg/m2


Jumlah longitudinal stress berbeda tergantung pada kondisi dan posisi. Pipa ekspansi

ketika peningkatan suhu (heating ) dan kontaksi ketika suhu menurun (cooling ). Orientasi

untuk pengecekan kekuatan material pada upper chord dan lower chord seperti ditunjukkan

pada Gambar 3. Nilai positif menunjukkan tegangan tarik, sedangkan nilai negatif

menunjukkan tegangan tekan. Ringkasan pada Tabel di bawah ini

Tabel 6. Longitudinal Stress pada titik sebelum anchor block 7



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 20 - 34

2.2.2 Embedded

Longitudinal stress utama untuk Penstok yang embedded pada titik sebelum Inlet adalah

sebagai berikut :

Longitudinal Stress pada titik sebelum Inlet Power House

1. Poisson’s effect stress

3t t σ ν σ = ⋅

Dimana:

3t σ = Stress due to Poisson’s effect (kgf/cm2)

ν = Poisson’s effect ratio baja (0.3)

t σ = Circumferential stress (kgf/cm2)

section 1

σh (kg/m²) 1,107,72σt3 (kg/m²) 332,31

2. Temperature stress

2t E T σ α = ⋅ ⋅ ∆

Dimana:

2t σ = Stress karena perubahan temperatur (kgf/cm2)

α = Coefficient of linear expansion (1.2 x 10-5 /°C)

E = Elastic Modulus baja (2.1 x 106 kgf/cm2)

ΔT = Perubahan Temperatur (20°C)

Temperaturestress :

α = 1.20E-05 /°CE = 2.10E+06 kg/cm²



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 21 - 34

ΔT= 20 °Cσt2

= 504.00 kg/cm²σt2

= 5,040,000.00 kg/m²

2.3 SHEAR STRESS

Shear stress pada setiap titik kritis digunakan sebagai shear stress (τ) untuk perhitungan

equivalent stress dalam pengecekan kekuatan material.

Shear stress pada titik sebelum Anchor block 7

s A

V =τ

Dimana :

( )β cos

2

bwwV w s +=

Dimana

V : shear force



b : span, 6 m (span pipa sebelum wye branch anchor block )

β : slope angle, 41°


Maka

( ) ( )396.16 3,142 6cos 41 8,009.93

2

o

V +

= = kg

8,009.93

158,717.680.050τ = = kg/m2



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 22 - 34

3 PENGECEKAN KEKUATAN MATERIAL

3.1 WATER FULLY FILLED PADA PENSTOK

Equivalent stress harus lebih rendah daripada stress material yang diizinkan.

2

21

2

2

2

1 3τ σ σ σ σ σ +−+= E < σa

Dimana

σa : 13,591,573.225 kg/m2

σ1 : circumferential stress, diambil sebagai hoop stress

σ2 : longitudinal stress, diambil sebagai jumlah dari longitudinal stress

τ : shear stress

Pipa diperiksa untuk heating (ekspansi) dan cooling (kontraksi) mempertimbangkan

perubahan pada arah expansion joint stress dan temperature stress. Untuk penstock

terbuka titik untuk pengecekan stress diambil pada upper chord pipa (arah jam 12) dan

lower chord pipa (arah jam 6) mempertimbangkan perubahan arah pada balok bending

stress. Pada penstock buried equivalent stress terjadi merata, tidak ada pembedaan upper

dan lower chord.

Equivalent stress pada titik sebelum Powerhouse

Pada saat ekspansi

σ1 = 11,133,823.53 kg/m2

σ2 = -1,705,147.06 kg/m2

τ = 0 kg/m2



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 23 - 34

Maka

2

21

2

2

2

13τ σ σ σ σ σ +−+= E

σE = 12,077,017.82 kg/m2

Pada saat kontraksi

σ1 =11,133,823.53 kg/m2

σ2 = 8,374,852.94 kg/m2

τ = 0 kg/m2

Maka

2

21

2

2

2

1 3τ σ σ σ σ σ +−+= E

σE = 10,042,711.46 kg/m2

Equivalent stress maksimum 12,077,017.82 < 13,591,573.22 kg/m2 → OK

Untuk bagian lainnya, prosesnya serupa seperti diatas, dan digambarkan pada Tabel 7.

Tabel 7. Equivalent stress maksimum

No

1Semua nilai equivalent stress pada Tabel 7 dibawah stress diizinkan 13,591,573.22

kg/m2.



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 24 - 34

3.2 DURING WATER FILLING

Circumferential bending stress disebabkan oleh water filling tidak boleh melebihi 1.5

kali stress material, stress ini hanya terjadi pada bagian yang didukung oleh saddle.

1.5 x σa = 20,387,359.837 kg/m²

Mengacu pada ”Technical Standards For Gates dan Penstocks”, formula perhitungan dari

circumferential dapat dibagi menjadi 3 bagian, tergantung pada rasio dari panjang span

diameter.

1. L > 13D

3

2

6 1

8

mr

t ϕ

ρ π σ

π

⋅ ⋅ = ± −

Dimana,

+ : pipa bagian dalam

- : pipa bagian luar

σφ : Circumferential bending stress (kg/cm2)

ρ : Berat Jenis Fluida (kg/cm3)

2. 13D < L < 7D

( )( )

2 2

1 22 2

1 2 4 12

2 2 4 12

4 2

1 2

3

s

2

12 ....

....

1

;

where: poisson's ratio = 0.3

m

s

s

n

n n

m

m

r

C C

C

r t

L r

ϕ

ρ σ λ ν π η λ

π ν λ ϕ ϕ ϕ

λ φ φ φ

ϕ η δ

ϕ ϕ

η δ

ν

⋅ ⋅ = ± + ⋅ ⋅ −

= + + +

= + + +

=⋅ + ⋅

= ⋅

= =



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 25 - 34

Tabel 8. Koefisien Water filling stress.

n

4

1C

n

π =

( )( )

22

2 2

1

12 1 s

nC

ν

−=

− 1 2

2

1C

n=

−2 6.088 0.824 0.667

4 0.381 20.604 0.133

6 0.075 112.179 0.057

8 0.024 363.462 0.032

10 0.010 897.527 0.020

12 0.005 1872.619 0.014

3. 7D > L > 2D

Formula berikut ini hanya dapat digunakan untuk menggantikan φ2 dar iTabel 8.

( )2

2

2 4 2

1 2

2.467 1

C C

η ϕ

η δ

⋅ +=

⋅ + ⋅

Perhitungan seperti pada Tabel 9.



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 26 - 34

Tabel 9. Bending side stress dengan water half filled

Lok

D (c

b (cb/D

rm(cm)

η

Semua stress dibawah 20,387,359.837 kg/m², maka desain akan mencukupi.

3.3 EMPTY PIPE

Tekuk tidak akan terjadi oleh tekanan eksternal untuk 1,5 kali tekanan desain

eksternal.

Contoh perhitungan di bawah ini untuk setiap tipikal, untuk sisa bagian lainnya lihat

Tabel 10.

Untuk pipa exposed section 8



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 27 - 34

3

2

0

2

'1k

E t p

Dv

= −

Desain tekanan eksternal adalah 0.2 kgf/cm2

1.5 x 0.2 = 0.3 kg/cm2

Maka

( )

( )

3 6 3

22

0

2 2.1 102 1

1 ' 2001 0.3k

E t p

v D

× = = − −

Pk = 0.560 kg/cm2 > 0.3 kg/cm2 → OK

Untuk pipa yang tertimbun, section 1-2 ,dan 3-7

Stress karena tekanan eksternal dan tekanan tekuk kritis dihitung menggunakan

formula E. Amstutz

2 * *

0

* 2 * * *

11 12 3.36 1

2

N m N m F N m F N

m s s s s

k r r r

r E t E t E t E

σ σ σ σ σ σ − −+ + ⋅ = ⋅ − ⋅ ⋅

*

21

s

s

s

E E

v=

−

*

2

2

1

11.5 0.5

1 0.002

F F

s s

s

F

v v

E

σ σ µ

µ

σ

=− +

= −

+



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 28 - 34

Dimana

σF = Yield point of material , 2,395.51 kg/cm2

σN = Circumferential direct stress pada deformed pipe shell , iterasi

t = Ketebalan Penstok, 0.8 cm

r m = Radius Penstok, 106.25 cm

ko = Celah antara beton dan permukaan luar pipa, 0 dengan cara

pengisian

2

6 2 6

2 2

6 6

2

0.0004 106.251 12

106.25 2.31 10 0.8 2.31 10

3,864.98 3,864.98106.25 1 106.253.36 1

0.8 2.31 10 2 0.8 2.31 10

1,245.23 kg/cm

N N

N N

N

σ σ

σ σ

σ

+ + ⋅ ⋅ ⋅ − −

= ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

Dengan σN yang telah dihitung, pk dapat ditentukan dengan menggunakan

persamaan berikut :

*

*

1,245.236

2

1 0.35

1,245.23

3,864.98106.25 106.251 0.350.8 0.8 2.31 10

11.25 kg/cm

N k

m m F N

s

pr r

t t E

σ

σ σ

σ

= −

+

=

− + ⋅ ⋅ ⋅ =

2

2

11.25

1.5

7.5 kg/cm

74,967.28 kg/m

k all

p p

SF = =

=

=

Berat Jenis Tanah, γ = 1,800 kg/m3



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 29 - 34

Desain permukaan atas Penstok = +507.35

Elevasi timbunan kembali Powerhouse = +513.15

Kedalaman Penstok embedded , H = 513.15 – 507.35 = 6.65 m

Maka

Stress pembebanan puncak Penstok = γ x H = 11,970.00 kg/m

2

lebih rendahdaripada tekanan tekuk yang diizinkan, pall (63,269.92 kg/cm2)

Tabel 10. Pengecekan tekuk pipa Embeded

Lokasi At (cm)

rm/t 14

Es* 2.31

σN (kg/m2) 10,719,312



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 30 - 34

4 MISCELLANEOUS PENSTOCK

4.1 SLIDE DISTANCE OF EXPANSION JOINT

Dihitung menggunakan formula berikut :

T Ll α =Dimana :

L : jarak antara anchor blocks

α : koefisien linear expansion = 0.000012/0C

T : perubahan temperatur (0C)

max minT T T = −

Perubahan temperatur maksimum terjadi ketika pipa dalam keadaan kosong,

digunakan untuk perhitungan



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 31 - 34

Tmax : 80 0C

Tmin : 15 0C

T = 65 0C

Dibawah adalah sebuah perhitungan expansion slide distance untuk nilai

perhitungan tertinggi sebagai contoh perhitungan, sisanya dapat dilihat padaTabel11.

Untuk expansion joint pada titik setelah Surgetank

L = 170.14 (jarak antara anchor block )

170.14 0.000012 20 0.041l L T α = = × × = m

l = 4.1 cm

Slide type expansion joint yang diizinkan harus 5 cm lebih panjang dari nilai yang

dihitung = 4.1 + 5 ≈ 10 cm (pembulatan ke atas untuk keamanan).

Tabel 11. Slide distance expansion joint

Lokasi

L (m)

l (m)

l (cm)

4.2 DEFLEKSI ANTARA TUMPUAN

Dari European Small Hydropower Association, ESHA “Guide on How to Develop a Small

Hydropower Plant” defleksi maksimum harus berada di bawah L/65000, dimana L adalah

span maksimum antara tumpuan,

6 / 65000 = 0.00009230769 meter = 0.09 mm



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 32 - 34

Dihitung menggunakan formula balok sederhana, belum memasuki sifat Penstok :

EI

wl y

384

cos4

max

β =

Dimana :

( ) ( )( )4 44 4

2 2*0.008 20.02544

64 64

D d I π π + −−= = = m4

1 2396.16 3,141.6 3,537.76 s ww w w= + = + = kg

l = b (jarak antara support, maks span adalah 6 m untuk Tes)

Maka

( ) ( )

( ) ( )

4 0

5

max10

3, 537.76 6 cos 21.93 10

384 2.1 10 0.02544

y −= = ××

m

ymax = 0.0193 mm < 0.09 mm OK!!

Defleksi ini dapat diizinkan untuk span 6 m.

4.3 MANHOLE

Dimensi manhole adalah elips dengan sumbu utama 45 cm & sumbu minor 35 cm, manhole

diposisikan 1,5 m pada downstream of expansion joint . Sebagai contoh, perhitungan untuk

manhole dekat Anchor block 1. Sisanya ditampilkan dalam

Manhole Anchor Block 1

Manhole diposisikan 1.5 m downstream of expansion joint dengan hydraulic head

H = 6.55

Maka hydraulic pressure adalah

1,000 6.55 6,550.00w p H ρ = = × = kg/m2



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 33 - 34

p = 1.5 kg/cm2

Ketebalan plat manhole dihitung sebagai berikut

c KP

bt a

+=

σ cm

Dimana

a : 1/2 dari sumbu utama, a = 22.5 cm

b : 1/2 dari sumbu minor, b = 17.5 cm

p : internal pressure, p = 1.5 kg/cm2

σa : allowable stress of steel , σa = 1,359 x 103 kg/cm2

c : corrosion allowance, c = 0.2 cm

K : koefisien konsentrasi stress, K = 1.82 for a/b =1.29

Maka

( ) ( )1.82 1.517.5 0.2 0.98

1,359t = + = cm

t ≈ 1 cm (ketebalan plat yang tersedia)



AMARTA KARYA

NO DOKUMEN :

DESAIN PENSTOK

Rev.: 0

EXT-TES/200/A/02

NO HAL.

HAL. 34 - 34

Tabel 12. Perhitungan ketebalan Manhole.

Lokasi

Ha (m)

H (m)

P (kg/m²)P (kg/cm²)

a (cm)b cm

Documents

Desain Penstok Bask 2