Analisa Penentuan Silinder Hidrolik Pada Kondisi Optimum Pintu Penguras Kolam Pasir PLTA Batang Agam
Riza Muharni 1, Dytchia Septi Kesuma 2 , Femi Earnestly 3
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Sumatera Barat 1,2,3
Email: rizamuharni12@gmail.com 1 , dytchia@gmail.com 2 , femiumsb@gmail.com 3
DOI: http://dx.doi.org/10.31869/rtj.v4i2.2669
Abstract: the  batang  agam  hydroelectric  power  plant  is  a  run  of  river  type  plant  that  has  water purification  stages  before  being  used  to  turn  a  turbine  generator.  One  of  them  is  a  sand  pool  that functions to deposit sand, mud and impurities carried by river water, where the drainage condition is currently  experiencing  some  damage  so  it  needs  to  be  developed  in  the  hoisting  system  of  the  fixed valve drain using a hydraulic lifting system and this requires initial analysis in the form of fixed valve loading at optimum conditions which then becomes the basis for determining the hydraulic cylinder.
The  research  methodology  in  this  writing  includes  field  observations  accompanied  by  a literature  review.  With  the  data  obtained,  we  then  analyze  the  optimum  load  on  the  Batang  Agam hydropower  fixed  valve  drain  to  be  a  reference  in  planning  hydraulic  cylinders  as  a  hoisting  system for the Sand pool fixed valve drain.
From this final project, it can be concluded that the optimum load of the Batang Agam fixed valve drain at an elevation of 684.5 meters above sea level of 10472.95 kg equivalent to 10 tons is a conditional situation in the rainy season, and a medium load at an elevation of 683.7 meters above sea level of 9039.04 kg equivalent to 9 tons, Based on the calculation of hydraulic cylinder power at the optimum load obtained Ø cylindrical tube 360 mm, medium load obtained Ø cylindrical tube 320 mm.
Keywords: hydraulic cylinder, optimum load, fixed valve.

## PENDAHULUAN
PLTA Batang Agam merupakan pembangkit  dengan  tipe run  of  river yang memiliki  tahapan  penjernihan  air  sebelum dimanfaatkan untuk memutar turbin generator.
Salah  satunya  adalah  kolam  pasir  yang berfungsi  mengendapkan  pasir,  lumpur  dan pengotor  yang  terbawa  air  sungai.  Peralatan dalam  sistem  kolam  pasir  meliputi  saringan kolam pasir, dua kolam penampungan air, dua pintu  oulet  kolam  pasir,  saluran flushing ,  dan dua pintu penguras kolam pasir.
Kondisi  pintu  penguras  saat  ini  tengah mengalami beberapa kerusakan meliputi bending  dan  korosi  shaft/stem,  slip  pada  gear box  sehingga  perlu  dilakukan  pengembangan pada  sistem  pengangkat  pintu  penguras  kolam pasir menggunakan sistem pengangkat hidrolik sehingga  diperlukan  analisa  awal  berupa pembebanan pintu pada kondisi optimum yang selanjutnya  menjadi  dasar  penentuan  silinder hidrolik.

## TINJAUAN PUSTAKA
SANDTRAP/ Kolam Pasir
Fungsi utama sandtrap adalah menyaring  dan  mengurangi  lumpur  yang
terbawa aliran air sungai Batang Agam dengan metode  penyaringan  dan  pengendapan  air, sehingga  diharapkan  air  yang  sudah  melewati kolam  pasir  / sandtrap kondisi  bersih  dari sampah  rumah  tangga  dan  kandungan  lumpur rendah.
Kolam  pasir/sandtrap  PLTA  Batang Agam  memiliki  kolam  ganda  (tandem). Panjang  efektif  sandtrap  sepanjang  36,2  m dengan Panjang saluran antara di  hulu sebesar 20 m dan di hilir sebesar 10m. lebar  dasar sisi dalam  sebesar  10,4  m  dan  kemiringan  dasar kolam  sebesar  0,02˚.  Kapasitas  tampungan sedimen di kolam sandtrap mampu menampung  100.000  m3  dan  memiliki  mercu pelimpah  setengah  lingkaran  dengan  mercu pelimpah  berada  pada  elevasi  +683,60  mdpl (meter dari permukaan laut).

## Gaya Hidrostatik Pada Bidang Terendam
Secara  aktual  di  lapangan  pada  model pintu fixed gate, gaya yang bekerja pada pintu air dapat dilihat pada skema gaya berikut:
Gambar  1  Skema  gaya  pada  pintu  air terendam berdasarkan tingkat elevasi
s F g h A      Dimana : s F : Gaya yang terjadi (N)  : Massa jenis air (kg/ m 3 )
g : Gaya gravitasi bumi (9,8 m 3 /s) h
: kedalaman ( 2 1 h h  )(m)
A : Luas penampang pintu
Perencanaan Pintu/Katup Pemilihan alat pengangkat/ hoisting system:
Beberapa  hal  yang  harus  dipertimbangkan untuk jenis pintu ini, adalah :
a. Tipe  lilitan  kabel  baja  dengan  penggerak motor  listrik,  tipe  alat  angkat  ini  paling banyak  digunakan  khususnya  untuk  pintu dengan ukuran sedang dan besar ( > 2,5 x 2,5 meter).
b. Batang  berulir (Screw  spindle) ,  dengan penggerak motor listrik atau manual. Tipe ini  cocok  untuk  pintu-pintu  kecil  dan katup  sorong.  Sebaiknya  tipe  ini  tidak dipakai untuk pintu pintu dengan ketinggian  angkat  yang  cukup  tinggi karena agak sulit strukturnya.
c. Tipe  silinder  hidrolik,  tipe  ini  banyak digunakan  untuk  pintu/katup  tekanan tinggi  dan  ditempat  yang  lokasinya sempit.

## Perhitungan bagian – bagian Pintu
Dalam  perencanaan  Pintu  perlu  dilakukan kalkulasi dengan langkah sebagai berikut:
a. Mengetahui spesifikasi teknik/kebutuhan desain.
Parameter minimal yang harus diketahui adalah tipe pintu, lebar/span pintu, tinggi pintu, desain head, dan tinggi air nominal.
b. Menghitung gaya hidrostatik
Kalkulasi gaya hidrostatik sesuai dengan sub bab 2.2, mengenai gaya hidrostatik pada bidang terendam. c. Menghitung beban sedimen 1 e P C W d    Dimana :
P :  gaya  horizontal  akibat  tekanan sedimen (tf/m 2 )
e C : faktor tekanan sedimen » (0,4 – 0,6)
1 W :  berat  jenis  sedimen  (tf/m 3 )  »  (1,5  – 1,8) (tf/m 3 )
d : tinggi endapan sedimen (m)
d. Menghitung beban angkat (hoist)
s b
G W F F   
Dimana :
G : beban angkat (N) W : Berat pintu (kg)
S F : Beban gesek seal
b F : Beban gesek sepatu luncur

## Dasar sistem hidrolik
Gambar 2 Minyak dalam pipa menurut Hukum Paskal
2 1 2 2 2 1 F r F r  
Dimana :
2 F : Gaya masuk
1
F : Gaya keluar
1 r : Jari – jari piston kesil
2 r : Jari – jari piston besar
Komponen Silinder Hidrolik
a. Piston Rod (batang piston)
Batang  piston  merupakan  baja  pejal  yang dalam silinder hidrolik berfungsi mentransfer daya hidrolik menjadi mekanik pada beban.
b. Gland Bush berfungsi  mempertahankan seal  gland dan  wadah  untuk wiper  seal juga  sebagai pemandu/penopang  batang  piston  untuk
tetap bergerak lurus
sehingga meminimalisir simpangan gerakan batang piston.
c. Rod Seal
Yaitu  material  yang  di  disain  untuk memberikan  tingkat  kerapatan  tinggi sehingga  tidak  ada  kebocoran  fluida  dari tabung  silinder  hidrolik  sehingga  tekanan kerja fluida menjadi optimal.
d. Oil Port Komponen  penghubung  antara  silinder dengan hose/selang fluida sehingga fluida bisa masuk ataupun keluar tabung silinder dengan aman/tanpa kebocoran.
e. Main Shell/Cylinder Tube Tabung  silinder  dan  dalam  tabung  ini terjadi  perpindahan  energi,  yaitu  energi kinetik  fluida  menjadi  mekanik  dimana kinetik  fluida  menekan piston dan dilanjutkan oleh gerak lurus batang piston menuju beban.
f. Piston
Komponen  berbentuk  lingkaran  yang disatukan dengan batang piston, memiliki diameter  sesuai  dengan  diameter  dalam tabung  silinder,  piston  terkena  gaya kinetik  fluida  yang  kemudian  ditransfer ke  batang  piston  dalam  bentuk  gerak mekanik.
g. Cushioning
Sesuai  dengan  kondisi  pada  sistem hidrolik  dimana  pada  kondisi  kerja  akan bergerak  maju  atau  mundur  dengan  cepat dan  menghentak  di  ujung  langkah sehingga diperlukan perlambatan langkah. Hal ini diatasi dengan cara menambahkan saluran  fluida  yang  dihubungkan  dengan check valve.
h. Cylinder Tube Flange
Berbentuk  lingkaran  ataupun  persegi  dan dipadukan dengan silinder tube menggunakan  metode  las  atau  ulir, berfungsi sebagai dudukan/landasan silinder hidrolik.
Ketika  komponen  ini  terletak  didepan silinder  maka  disebut front-tube - flange dan bila dibelakang disebut end-plug-side.
Gambar 3 Komponen pada Silinder Hidrolik (Sumber: “Design and Manufacturing of Hydraulic Presses.”: Q.S. Khan)

## METODOLOGI PENELITIAN
Berikut  ini  merupakan  langkah  – langkah  untuk mencapai tujuan dari penelitian ini, yaitu

## Data perencanaan
Dari  observasi  di  Kolam  Pasir  PLTA Batang  Agam  khususnya  pada  peralatan  Pintu Penguras diperoleh data sebagai berikut: Tabel  1.  Spesifikasi  Pintu  Penguras  Kolam Pasir PLTA Batang Agam
Pintu Penguras Kolam Pasir PLTA Batang Agam Tipe Fixed wheel gate Kuantitas 2 unit Clear span 1,2 m Clear height 1,5 m Head design 5,15 m (WL 683,79 ~EL 678,64 m) Beban sedimen 0,55 m Deck elevation +684,5 mdpl Sill elevation +678,64 mdpl NWL elevation +683,79 mdpl Hoisting system Spindle stem dengan motor listrik Corrosion allowable Ԑ = 0,2 cm Main material Plat pintu, frame pintu = SS400 Durasi open / close
± 7,5 menit / ± 7,5 menit
Sumber: PLN PUSENLIS, 2018
Gambar  4 Grafik Trend data elevasi Kolam Pasir Bulan Februari 2019
Data  elevasi  pada  bulan  Februari  tahun 2019  dapat  menjadi  acuan  pada  perencanaan silinder  hidrolik  karena  pada  bulan  tersebut terdapat  kondisi  elevasi  mencapai  puncak tertinggi  bahkan  melebihi  batas  tampungan Kolam  Pasir  yaitu  684,5  mdpl  dan  elevasi medium yaitu 683,5 mdpl.
Tabel 2. Data Sampling Elevasi Kolam Pasir

## Perhitungan beban Silinder Hidrolik
Dalam  teori  pintu  air  dimana  hoisting  system menerima  beban  angkat  dari  berat  pintu  ( W ), beban  gesek  seal  ( s F ),  beban  gesek  sepatu luncur/roda ( b F ), (Pusdiklat Sumber Daya Air Dan Konstruksi, 2017: 63). Tabel 3. Perhitungan berat Pintu Air
Level titik tengah Pintu sebesar,
1, 5 678, 4 2        mdpl = 679,39 mdpl
Standar nilai massa jenis air (  ) =1000 kg/m 3
Maka s F dapat dikalkulasikan,
Elevasi 684,5 mdpl
2 1 air h h     684,5 1000
679,39
  kg/m 3 = 1008,63 kg/m 3
Kedalaman  ( h )  =  elevasi  atas  –  elevasi  titik tengah pintu 684,5 678, 64 h   m 5,86 h  m
Luas penampang pintu ( A ) = 1, 2 1,5  m A = 1,8 m 2
Dengan demikian,
s F g h A      N s F  1008,63kg/m 3 x 1000kg/m 3 x 5,86m x1,8 m 2 s F  104262,99 N
Tabel 4. Kalkulasi Gaya Pada Elevasi Data Sampling
Beban silinder hidrolik pada elevasi 684,5 mdpl,
s G W F  
G  475,99 kg + 104262,99 N = ((475,99 kg x 0,1 kgf) x 9,8 N) + 104262,99 N
= 104729,47 N
Tabel 5. Total beban silinder hidrolik
Perencanaan tabung/ cylinder tube Diketahui: P = 100 bar = …. kg/cm 2
Total  beban  ( G )  berdasarkan  pada tabel 5 Konversi: P = 100 1, 02 101,97   kg/cm 2
Pada elevasi 684,5 mdpl,  perencanaan diameter tabung silinder sebesar:
F G  G  104729,47 N
= 104729, 47 10 N kgf = 10472,95 kg G A P  2 10472,95 101,97 / kg A kg cm
 102, 71 A  cm 2
2 A r    mm 102, 71 10 2 r mm          
r  163,54 mm
d  327,09 mm
Tabel 6. Diameter Tabung Silinder Teoritis
Gambar 5 Identifikasi dimensi Tabung Silinder dan Batang Piston
(Sumber: ISO 3320, 2013)
Tabel  7.  Penentuan  dimensi  Tabung  Silinder dan Batang Piston berdasarkan ISO3320:2013
Pemilihan silinder hidrolik yang tersedia di pasaran
Silinder hidrolik dengan diameter dalam tabung 360 mm merupakan kategori custom /sesuai  dengan  permintaan  konsumen, sehingga  tidak  ditemukan  detail  teknis  produk di pasaran.
Silinder  hidrolik  diameter  dalam  tabung 320  mm,  banyak  tersedia  di  pasaran,  berikut dua sampling data silinder hidrolik,
Gambar 7 Comer System SRL Cylinder
Hydraulic, Øbore 320mm

## Kalkulasi daya silinder
Diketahui :
P = 100 x 1,02 = 101,97 kg/cm 2
Asumsi pemilihan spesifikasi silinder hydraulic pada beban maksimum pintu penguras Kolam Pasir PLTA Batang Agam, yaitu:
Ø tabung silinder ( D ) = 320 mm = 32 cm
Ø batang piston ( d ) = 200 mm = 20 cm
Maka :
 Langkah turun/ close
F P A   kg 2 4 A D    = (3,14 / 4) x 32 cm = 803,84 cm 2
F  101,97 kg/cm2 x 803,84 cm 2
= 81967,56 kg = 81 ton
 Langkah naik/ open
F P A   kg 2 4 A D    = (3,14 / 4) x 32 cm = 803,84 cm 2
F  101,97 kg/cm 2 x 803,84 cm 2 = 81967,56 kg = 81 ton
Tabel 8. Gaya Silinder Hidrolik (F) VS Beban Silinder (G)

## PENUTUP Simpulan
1. Beban optimum pintu penguras Kolam
Pasir PLTA Batang Agam terjadi pada elevasi  684,5  mdpl  sebesar  10472,95
kg  setara  10  ton  yang  merupakan situasi  kondisional  pada  musim  hujan, dan beban medium pada elevasi 683,7 mdpl sebesar 9039,04 kg setara 9 ton. 2. Berdasarkan  kalkulasi  daya  silinder hidrolik pada beban optimum diperoleh  Ø  tabung  silinder  360  mm, beban  medium  diperoleh  Ø  tabung silinder 320 mm. 3. Berdasarkan  produk  yang  tersedia  di pasaran,  Ø  tabung  silinder  320  mm dapat diperoleh dengan mudah sedangkan  Ø  tabung  silinder  360  mm merupakan barang custom.

## Saran
Untuk  penerapan  sistem  hidrolik  pada pintu  penguras  kolam  pasir  PLTA  Batang Agam,  penulis  memberikan  beberapa  saran sebagai berikut:
1. Sesuai  dengan  hasil  penelitian  maka silinder  hidrolik  dengan  diameter dalam  tabung  320  mm  dapat  di aplikasikan.
2. Pada  dua  pintu  penguras  dapat digunakan dua silinder hidrolik dengan satu hydraulic power pack .
3. Kajian lanjutan untuk hydraulic power pack dengan dua silinder hidrolik.
4. Kajian  lanjutan  mengenai  pengaruh variabel  korosi  pada  pintu  penguras serta metode penanggulangannya.

## DAFTAR PUSTAKA
Toshiba. 1992. Final  As Built Drawing. Japan : PLTA Batang Agam Pusat Pendidikan Dan Pelatihan Sumber Daya
Air  Dan  Konstruksi,  2017,  Modul Desain Peralatan Hidromekanik Pelatihan Perencanaan Bendungan
Tingkat  Dasar,  Modul  09,  Bandung: KEMENTRIAN  PEKERJAAN  UMUM DAN PERUMAHAN RAKYAT. Sularso,  Ir.  M.S.,  M.E.,  1997.  Dasar Perancangan  dan  Pemilihan  Elemen Mesin.. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.
ISO 3320:2013
Q.S.  Khan.  Design  And  Manufacturing  Of Hydraulic  Presses  Volume  I.  Mumbai:
Tanveer Publications.
Q.S.  Khan.  Design  And  Manufacturing  Of Hydraulic  Presses  Volume  II.  Mumbai: Tanveer Publications.