Oleh :
ASKAR ANDI AMAR MAARIF
105 811 1051 16 105 811 1052 16
PROGRAM STUDI TEKNIK PENGAIRAN JURUSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR 2021
ii
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Makassar
Disusun dan Diajukan oleh :
ASKAR ANDI AMAR MAARIF 105811105116 105811105216
PROGRAM STUDI TEKNIK PENGAIRAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR 2021
iii
iv
v Abstrak
Energi gelombang laut dapat dimanfaatkan dengan berbagai cara salah satunya adalah dengan cara alternatif menggunakan pompa gelombang tipe pelampung. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi diameter tabung tehadap kinerja pompa untuk menghasilkan debit yang maksimal. Penelitian ini dilakukan dengan cara meletakkan model ditengah kolam simulasi gelombang dengan kedalaman 27 cm dan 29 cm dengan menggunakan 3 variasi diameter tabung yaitu diameter Ø 2.0 cm, Ø 2.5 cm, dan Ø 3.0 cm dengan periode (T) 1.3 detik, 1.4 detik, 1.5 detik serta menggunakan stroke (pembangkit) 6, 7, dan 8. Dari hasil penelitian menunjukan bahwa pada kedalaman 27 cm debit (Q) yang dihasilkan pompa diameter (Ø) 2.0 cm dengan periode (T) 1.3 detik dan stroke 8 adalah 1.06x10-5 m3/detik pada pompa diameter (Ø) 2.5 cm periode (T) 1.3 detik dan stroke 8 adalah 1.33x10-5 m3/detik pada pompa diameter (Ø) 3.0 cm periode (T) 1.3 detik dan stroke 8 adalah 1.92x10-6 m3/detik. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kinerja pompa yang menghasilkan debit yang besar adalah tabung berdiameter (Ø) 3.0 cm, karena semakin besar ukuran diameter (Ø) tabung maka semakin besar pula debit (Q) yang dihasilkan.
Kata kunci : Diameter tabung (Ø), gelombang, periode (T), pompa pelampung, debit (Q).
Abstract
Ocean wave energy can be utilized in various ways, one of which is an alternative way using a buoy type wave pump. This study aims to determine the effect of tube diameter variations on pump performance to produce maximum discharge. This research was conducted by placing the model in the middle of the wave simulation pool with a depth of 27 cm and 29 cm using 3 variations of tube diameter, namely diameter Ø 2.0 cm, Ø 2.5 cm, Ø 3.0 cm with a period (T) of 1.3 seconds, 1.4 seconds, 1.5 seconds and using stroke (generators) 6, 7, and 8. From the result of the study showed that at a depth of 27 cm the discharge (Q) produced a pump diameter (Ø) 2.0 cm with period (T) 1.3 seconds and a stroke of 8 is 1.06x10-5 m3/s, at pump diameter (Ø) 2.5 cm the period (T) 1.3 seconds and a stroke 8 is 1.33x10-5 m3/s, at pump diameter (Ø) 3.0 cm the period (T) 1.3 seconds and the stroke 8 is 1.92x10-5 m3/s. from the results of the study it can be concluded that the performance of the pump that produces a large discharge is a tube with a diameter (Ø) 3.0 cm. because the large the diameter of the tube, the greater the resulting discharge.
Keywords : tube diameter (Ø), wave, period (T), float pump, discharge (Q).
vi
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT, karena rahmat dan hidayah-Nyalah sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Laporan Ujian Hasil ini dengan baik. Salawat serta salam tak henti-hentinya kami haturkan kepada Baginda Rasulullah SAW beserta keluarga dan kerabatnya.
Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan akademik yang harus ditempuh dalam rangka menyelesaikan Program Studi pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar. Adapun judul tugas akhir kami adalah “ STUDI PENGARUH VARIASI DIAMETER TABUNG TERHADAP KINERJA POMPA TIPE PELAMPUNG”.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis mendapatkan banyak masukan yang berguna dari berbagai pihak sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan.
Oleh karena itu dengan segala ketulusan serta keikhlasan hati, kami mengucapkan terimakasih dan penghargaan setinggi tingginya kepada:
1. Bapak Prof. Dr. H. Ambo Asse, M.Ag sebagai Rektor Universitas Muhammadiyah Makassar.
2. Ibu Dr. Hj. Nurnawaty, ST.,MT., IPM sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.
3. Bapak Andi Makbul Syamsuri, ST., MT., IPM sebagai Ketua Program Studi Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.
vii
4. Bapak Dr. Ir. H. Riswal K, ST., MT selaku pembimbing I dalam penyusunan tugas akhir ini.
5. Bapak Ir. Hamzah Al-Imran, ST., MT., IPM selaku Dosen Pembimbing II atas segala kesabaran dan waktu yang telah diluangkan untuk memberikan bimbingan dan pengarahan mulai dari awal penelitian hingga terselesainya penulisan tugas akhir ini.
6. Terkhusus kepada Ayahanda dan Ibunda tercinta yang senantiasa memberikan limpahan kasih sayang, doa serta pengorbanan kepada penulis.
7. Bapak dan Ibu dosen serta staff pegawai pada Fakultas Teknik atas segala waktunya yang telah mendidik dan melayani kami selama mengikuti proses belajar mengajar di Universitas Muhammadiyah Makassar.
Pada akhir penulisan tugas akhir ini, penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis meminta saran dan kritik yang bersifat membangun sehingga laporan tugas akhir ini dapat menjadi lebih baik dan menambah penegetahuan kami dalam menulis laporan selanjutnya. Semoga laporan tugas akhir ini dapat berguna bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya.
Wassalamualaikum Wr.Wb
Makassar, 20 Mei 2021
Penulis
viii
DAFTAR ISI
SAMPUL ... i
HALAMAN JUDUL ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
PENGESAHAN ... iv
ABSTRAK ... v
KATA PENGANTAR ... vi
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL... xiv
DAFTAR NOTASI ... xv
BAB 1 PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1
B. Rumusan Masalah ... 2
C. Tujuan Penelitian ... 3
D. Manfaat Penelitian ... 3
E. Batasan Masalah... 3
F. Sistematika Penulisan ... 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA A. Gelombang ... 5
1. Pengertian Gelombang Air Laut ... 5
B. Karakteristik Gelombang ... 7
ix
C. Energi Gelombang Laut ... 12
D. Hukum Dasar Model ... 19
1. Sebangun Geometrik ... 19
2. Sebangun Kinematik ... 20
3. Sebangun Dinamik ... 21
E. Kinerja Pompa ... 22
F. Daya Pompa ... 23
G. Efisiensi Pompa ... 25
H. Matriks Penelitian ... 26
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN A. Waktu Dan Tempat Penelitian ... 29
B. Jenis Penelitian Dan Sumber Data ... 29
1. Data Primer ... 29
2. Data Sekunder ... 29
C. Bahan Dan Alat ... 30
D. Variabel Penelitian ... 33
E. Pelaksanaan Studi Model ... 34
F. Pelaksanaan Simulasi ... 37
G. Flowchart Pelaksanaan Penelitian ... 39
BAB 4 ANALISA DAN PEMBAHASAN A. Analisa Hasil ... 40
1. Panjang Gelombang ... 40
x
2. Tinggi Gelombang ... 41
3. Kecepatan Aliran ... 43
4. Daya Gelombang ... 44
5. Daya Air Hasil Pemomaan ... 45
6. Efisiensi Pompa Pelampung ... 46
7. Daya Pompa ... 47
B. Pembahasan ... 48
1. Hubungan periode gelombang (T) terhadap debit (Q) pada model pompa Ø 2.0 cm, 2.5 cm, dan 3.0 cm pada Kedalaman 27 cm... 48
2. Hubungan periode gelombang (T) terhadap debit (Q) pada model pompa Ø 2.0 cm, 2.5 cm, dan 3.0 cm pada kedalaman 29 cm... 49
3. Hubungan diameter (Ø) tabung terhadap debit (Q) pada periode 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik untuk kedalaman 27 cm... 50
4. Hubungan diameter (Ø) tabung terhadap debit (Q) pada periode 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik untuk kedalaman 29 cm... 52
5. Hubungan diameter (Ø) tabung terhadap efisiensi (ȠT) pompa pada periode 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik untuk kedalaman 27 cm... 53
6. Hubungan diameter (Ø) tabung terhadap efisiensi (ȠT) pompa pada periode 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik untuk kedalaman 29 cm... 54
7. Hubungan ketinggian outlet terhadap debit (Q) pompa pada periode 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik untuk kedalaman 27 cm... 55
8. Hubungan ketinggian outlet terhadap debit (Q) pompa pada periode 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik untuk kedalaman 29 cm... 56
xi BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan ... 57 B. Saran ... 57 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Karakteristik Gelombang ... 8
2. Gerak Partikel Air Dalam Gelombang ... 11
3. Sketsa Mekanisme Kerja Pompa Gelombang Tipe Flap... 18
4. Skema Pompa Piston ... 23
5. Pipa Dengan Pompa ... 24
6. Tangki Pembangkit Gelombang ... 31
7. Model Pompa Gelombang Dalam Saluran Kaca Tembus Pandang ... 31
8.
Mesin Pembangkit Gelombang ... 319. Mistar Ukur Pada Flume ... 32
10. Komputer Dan Wave Monitor ... 32
11. Tampak Atas Penempatan Model Pompa Gelombang Dalam Saluran ... 35
12. Tampak Samping Model Pompa Gelombang Dalam Saluran ... 35
13. Model Pompa Gelombang Tipe Pelampung ... 35
14. Flowchart Pelaksanaan Penelitian ... 39
15. Grafik Hubungan periode gelombang (T) terhadap debit (Q) pada model pompa Ø 2.0 cm, 2.5 cm, dan 3.0 cm pada kedalaman 27 cm... 48
16. Grafik Hubungan periode gelombang (T) terhadap debit (Q) pada model pompa Ø 2.0 cm, 2.5 cm, dan 3.0 cm pada kedalaman 29 cm…... 49
17. Grafik Hubungan diameter (Ø) tabung terhadap debit (Q) pada periode 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik untuk kedalaman 27 cm…... 50 18. Grafik Hubungan diameter (Ø) tabung terhadap debit (Q) pada
xiii
periode 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik untuk kedalaman 29 cm…... 52 19. Grafik Hubungan diameter (Ø) tabung terhadap efisiensi (ȠT)
pompa pada periode 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik untuk
kedalaman 27 cm…... 53 20. Grafik Hubungan diameter (Ø) tabung terhadap efisiensi (ȠT)
pompa pada periode 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik untuk
kedalaman 29 cm…... 54 21. Grafik Hubungan ketinggian outlet terhadap debit (Q)
pompa pada periode 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik
untuk kedalaman 27 cm... 55 22. Grafik Hubungan ketinggian outlet terhadap debit (Q)
pompa pada periode 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik
untuk kedalaman 29 cm... 56
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Klasifikasi Gelombang Berdasarkan Periode ... 9
2. Batasan Gelombang Air Dangkal, Air Transisi Dan Air Dalam ... 10
3. Variasi Model Pompa Gelombang Tipe Pelampung ... 36
4. Dimensi Model Dan Parameter Gelombang ... 37
5. Data Pengamatan Tinggi Gelombang kedalaman 29 cm ... 41
6. Data Pengamatan Tinggi Gelombang kedalaman 27 cm ... 42
xv
DAFTAR NOTASI
A Luas Penampang
B Lebar Papan Osilasi (m) C Kecepatan Rambat (m/s)
d Diameter Pipa (m)
Dp Daya Pompa
Dv Daya Air Hasil Pemompaan (kgf.m/s) Dw Daya Gelombang (kgf.m/s)
F Gaya (kg/m2)
f Faktor Gesekan
f Koefisien Kerugian
Fa Gaya Apung (N)
FB Gaya Apung (kN)
FG Gaya Berat (kN)
g Percepatan Grafitasi (m/s2)
H Tinggi Gelombang (m)
h Kedalaman Air Saluran (m)
He Kehilangan Energi Akibat Gesekan
H0 Tinggi Gelombang Didepan Papan Osilasi (m) H1 Tinggi Gelombang Dibelakang Papan Osilasi (m) hf Kehilangan Energi (m)
hm Ukuran Tinggi Pada Model
xvi hp Ukuran Tinggi Pada Prototipe
L Persamaan Panjang (m)
Lm Ukuran Panjang Model Lp Ukuran Panjang Prototipe na Skala Percepatan
nB Skala Panjang Struktur
nd Skala Kedalaman
nh Skala Tinggi
nL Skala Panjang
ns Skala Sarat
𝜂𝑇 Efisiensi Pompa Gelombang
nT Skala Waktu
nu Skala Kecepatan
P Tekanan (pa)
Q Debit (m3/s)
V Kecepatan Aliran (m/detik) A Luas penampang (m2) r Jari – Jari (m)
T Periode Gelombang (s)
t Tinggi (m)
v Kecepatan Penjalaran Gelombang
V Volume (m3)
Wf Berat Pelampung Di Air (kg)
xvii Wu Berat Pelampung (kg)
Z Tinggi Pemompaan (m)
ρ Rapat Massa Air (kg/m3) ρ Massa Jenis Air (1000 kg/m3) γ Berat Jenis Air (1000 kg/m3)
Ø Diameter
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sebagai negara Kepulauan terbesar di dunia dengan lebih dari 65% wilayah laut, Indonesia memiliki potensi pembangunan ekonomi yang sangat besar. Potensi tersebut berupa sumberdaya alami seperti terumbu karang, hutan mangrove, pantai berpasir, ataupun sumberdaya buatan seperti tambak, kawasan pariwisata, kawasan industry dan perhubungan. Meskipun demikian kontribusi sektor kelautan masih relatif kecil bagi perekonomian nasional. Wilayah pesisir dan lautan di Indonesia, memiliki sumberdaya alam melimpah yang sekaligus juga menyimpan berbagai permasalahan yang perlu ditangani secara terintegrasi dan terpadu.
Salah satu sumber energi yang sangat besar tetapi masih jarang dimanfaatkan adalah energi gelombang. Pemanfaatan energi gelombang yang sering dipergunakan adalah dengan cara membuat struktur bangunan pengumpulan energi gelombang dan digunakan untuk energi penggerak turbin yang dapat menghasilkan listrik.
Energi gelombang memiliki potensi sekitar 8000 - 80.000 TWh / tahun atau 1-10 TW di seluruh dunia dan juga energi yang tersedia per meter persegi gelombang 15-20 kali lebih banyak daripada angin dan matahari. Sekitar 1-5% dari kebutuhan listrik dunia dapat disediakan oleh energi gelombang. Potensi energi gelombang yang dapat diekstrak dapat memberikan kontribusi yang besar terhadap kebutuhan listrik dunia. Diklaim bahwa biaya untuk memanfaatkan energi
gelombang 4-6 kali lebih banyak dari sumber tenaga konvensional. Namun, biaya energi gelombang bisa bersaing dengan energi konvensional jika digunakan sebagai unit energi dasar (Emre Ozkop, 2012)
Salah satu penelitian sebelumnya yang relevan antara lain Juventus Welly Gintingdkk 2018, meneliti kinerja prototipe papan osilasi pada pompa flap tenaga gelombang untuk pemanfaatan mata air dimana pengujian dua jenis bahan untuk papan osilasi ditujukan untuk meningkatkan kinerja pompa flap tenaga gelombang, menghasilkan parameter berupa debit pemompaan dan tinggi gelombang.
Tujuan utama dari pemanfaatan energi gelombang laut untuk mensuplai air laut kedaratan untuk berbagai keperluan seperti: Irigasi, perikanan air asin atau payau, tambak udang dan memutar turbin listrik. Oleh karena itu dengan memanfaatkan energi gelombang laut kita dapat menggunakan pompa gelombang tipe pelampung dengan arah gerak vertikal.
Untuk memanfaatkan energi gelombang laut kita dapat menggunakan pompa gelombang tipe pelampung dengan arah gerak vertikal. Kinerja pompa tipe pelampung dapat dilihat dari dua parameter yaitu tingkat kemampuan pompa untuk menghasilkan debit dan tingkat efisiensinya. Oleh karena itu penelitian ini akan difokuskan pada pengaruh variasi diameter tabung terhadap kinerja pompa untuk mendapatkan debit yang maksimal.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut rumusan masalah adalah :
1. Bagaimana pengaruh variasi diameter tabung terhadap kinerja pompa tipe pelampung ?
C. Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah diatas, tujuan penelitian ini adalah:
1. Untuk menganalisis pengaruh variasi diameter tabung terhadap kinerja pompa gelombang tipe pelampung.
2. Untuk menganalisis pengaruh variasi diameter tabung terhadap efisiensi pompa tipe pelampung.
D. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Mendapatkan model prototipe dan dimensinya dengan pemanfaatan energi gelombang sebagai salah satu energi alternatif terbaharukan dalam skala laboratorium.
2. Sebagai acuan untuk penelitian lebih lanjut dalam skala yang sebenarnya.
E. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah:
1. Jenis model yang digunakan adalah tabung acrylic transparan yang dirakit dilengkapi pelampung dan piston dengan ukuran diameter tabung, tinggi model dan jumlah lubang inlet dan outlet yang bervariasi.
2. Arah datang gelombang tegak lurus terhadap struktur.
3. Gelombang yang dibangkitkan adalah gelombang dengan kondisi belum pecah.
4. Fluida yang digunakan adalah air tawar, salinitas dan pengaruh mineral air tidak diperhitungkan.
5. Model yang digunakan adalah pompa gelombang dengan 3 variasi diameter (Ø) tabung kecil (2,0 cm), tabung sedang (2,5 cm), tabung besar (3,0 cm).
6. Kinerja pompa yang dimaksud adalah tingkat kemampuan pompa untuk menghasilkan debit (Q) serta tingkat efisiensi pompa tipe pelampung
F. Sistematika Penulisan
BAB I Pendahuluan, meliputi latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II Kajian Pustaka, berisi teori-teori yang relevan dengan teori dasar gelombang, karakteristik gelombang, hukum dasar gelombang, energi gelombang, tekanan pompa, teknologi konversi energi gelombang dengan menggunakan pompa gelombang.
BAB III Metode penelitian, berisi tentang waktu dan tempat penelitian, jenis penelitian dan sumber data, alat dan bahan, desain penelitian, metode pengambilan data, karakteristik gelombang, metode analisis data, variabel penelitian, prosedur penelitian, dan flow chart.
BAB IV Hasil dan Pembahasan, bab ini berisi hasil tentang analisis data dan deskripsi hasil penelitian dari alat pemompa gelombang tipe pelampung,
BAB V Penutup, meliputi kesimpulan dan saran dari permasalahan yang telah dibahas pada bab sebelumnya.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Gelombang
1. Pengertian Gelombang Air Laut
Gelombang air laut adalah bentuk permukaan laut yang berupa punggung atau puncak gelombang dan palung atau lembah gelombang oleh gerak ayun (oscillatory movement) akibat tiupan angin, erupsi gunung api, pelongsoran dasar laut, atau lalu lintas kapal (Sunarto, 2003).
Menurut kurniawan et al. (2011) gelombang laut adalah pergerakan naik dan turunynya air laut dengan arah tegak lurus permukaan air laut yang membentuk kurva sinusoidal. Gelombang atau ombak yang terjadi di lautan dapat diklasifikasikan menjadi beberapa macam tergantung kepada gaya pembangkitnya.
Pembangki gelombang laut dapat disebabkan oleh: angin (gelombang angin), gaya tari menarik bumi-bulan-matahari (gelombang pasang-surut), gempa (vulkanik ata tektonik) di dasar laut (gelombang tsunami), ataupun gelombang yang disebabk oleh gerakan kapal. Gelombang yang sehari-hari terjadi dan diperhitungkan dalam bidang teknik pantai adalah gelombang angin dan pasang-surut (pasut).
Gelombang yang terjadi dilautan dapat di klasifikasikan menjadi beberapa macam berdasarkan gaya pembangkitnya. Gaya pembangkit tersebut terutama berasal dari angin, gaya Tarik menarik bumi, bulan, matahari atau
yang disebut dengan gelombang pasang surut dan gempa bumi (Nicholas dan Williams 2009)
Gelombang dapat membentuk, merusak pantai dan dapat berpengaruh pada bangunan-bangunan pantai. Energi gelombang akan membangkitkan arus dan mempengaruhi pergerakan sedimen dalam arah tegak lurus pantai (cross-shore) dan sejajar pantai (longshore). Pada perencanaan teknis bidang teknik pantai, gelombang adalah faktor utama yang harus diperhitungkan karena akan menyebabkan gaya yang bekerja pada bangunan pantai (Kurniawan et al. 2011).
Pratikto (2000) menjelaskan bahwa bentuk dan perambatan gelombang yang bervariasi dan tidak beraturan sangat mempengaruhi karakteristik gelombang yang terjadi. Selain terjadi perubahan tinggi, panjang serta kecepatan gelombang juga terjadi fenomena lain seperti pendangkalan, refraksi, difraksi dan pantulan sebelum gelombang tersebut pecah. Pendangkalan gelombang merupakan proses berkurangnya tinggi gelombang akibat perubahan kedalaman dimana kecepatan gelombangnya berkurang dan akibatnya juga terjadi refraksi karena arah gerak puncak gelombang mengikuti bentuk kontur kedalaman laut.
Daerah yang dilewati oleh gelombang adalah offshore zone, surf zone dan swash zone. Daerah lepas pantai (offshore zone) merupakan daerah yang
terbentang dari lokasi gelombang pecah ke laut. Surf zone adalah gerak orbit partikel air oleh gelombang yang menimbulkan transport massa air disertai terangkutnya sedimen dasar dalam arah menuju pantai. Surf zone dan swash zone memiliki arti yang berlawanan karena swash zone merupakan gerak orbit partikel
air oleh gelombang yang menimbulkan transport massa air disertai terangkutnya sedimen dasar dalam arah menuju pantai (Hidayat, 2005).
B. Karakteristik Gelombang
Parameter penting untuk menjelaskan gelombang air adalah panjang gelombang, tinggi gelombang dan kedalaman air dimana gelombang tersebut menjalar. Parameter-parameter yang lain seperti pengaruh kecepatan dapat ditentukan dari ketiga parameter pokok diatas. Adapun pengertian dari beberapa parameter diatas, Bambang Triadmodjo (1999) :
a. Amplitudo (a) adalah jarak vertikal antara puncak/titik tertinggi gelombang atau lembah/titik terendah gelombang, dengan muka air tenang (H/2).
b. Periode gelombang (T) adalah waktu tempuh di antara dua puncak atau dua lembah gelombang secara berurutan pada titik yang tetap (satuan detik).
c. Panjang gelombang (L) adalah jarak horizontal antara dua puncak atau dua lembah yang berurutan (satuan meter) anjang gelombang (L) adalah jarak antara dua puncak atau dua lembah gelombang berturut-turut. Panjang gelombang dapat diukur dengan melihat waktu yang dibutuhkan oleh puncak gelombang berikutnya yang melalui satu titik kemudian dicatat jarak atau panjang gelombang dari waktu yang diperlukan dua gelombang puncak tersebut (satuan meter).
d. Tinggi gelombang (H) adalah jarak vertikal antara puncak gelombang dengan lembah gelombang. Pengukuran tinggi gelombang dilakukan dengan cara memancangkan tiang pasut ke dalam perairan.
e. Kecepatan rambat gelombang (celerity) (C) adalah perbandingan antara panjang gelombang dan periode gelombang (L/T). ketika gelombang air menjalar dengan kecepatan C. partikel air tidak turut bergerak ke arah perambatan gelombang. Sedangkan sumbu koordinat untuk menjelaskan gerak gelombang berada pada kedalaman muka air tenang.
Secara skematik dimensi mengenai karakteristik gelombang dapat dilihat pada gambar 1 berikut :
Gambar 1. Karakteristik Gelombang
Menurut Nontji (1987) antara panjang dan tinggi gelombang tidak ada satu hubungan yang pasti akan tetapi gelombang mempunyai jarak antar dua puncak gelombang yang makin jauh, akan mempunyai kemungkinan mencapai gelombang yang semakin tinggi. Pond and Pickard (1983) mengklasifikasikan gelombang berdasarkan periodenya, seperti yang disajikan pada Tabel 1. Berikut ini :
Tabel 1. Klasifikasi gelombang berdasarkan periode
Periode Panjang Gelombang Jenis Gelombang 0 – 0,2 detik
0,2 – 0,9 detik
Beberapa centimeter Mencapai 130 meter
Riak (Riplles) Gelombang angin
0,9 – 0,15 detik Beberapa ratus meter Gelombang besar (Swell) 15 – 30 detik
0,5 menit – 1 jam
Ribuan meter Ribuan kilometer
Long Swell
Gelombang dengan periode yang panjang (termasuk
Tsunami) 5, 12, 25 jam Beberapa kilometer Pasang surut
Gelombang terjadi sebab adanya hembusan angin di permukaan air. Daerah dimana gelombang terbentuk disebut daerah pembangkitan gelombang (wave generating area). Gelombang yang terjadi di daerah pembangkitan disebut ‘sea’
sedangkan gelombang yang terbentuk diluar daerah pembangkitan disebut ‘swell’.
Ketika gelombang menjalar, partikel air bergerak dalam suatu lingkaran vertikal kecil dan tetap pada posisinya selagi bentuk dan energi gelombang berjalan maju.
Partikel air di permukaan bergerak dalam suatu lingkaran besar dan membentuk puncak gelombang di puncak lingkaran dan lembah gelombang pada lintasan terendah. Di bawah permukaan, air bergerak dalam lingkaran-lingkaran yang makin kecil sampai pada kedalaman lebih besar dari setengah panjang gelombang.
Gelombang dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian yaitu :
1. Gelombang pendek (wave of short period) merupakan gelombang dengan periode kurang dari 5 menit. Gelombang pendek sering dikenal dengan ombak dan dapat diakibatkan oleh angin, gempa dan gerakan kapal.
2. Gelombang panjang (long wave) merupakan gelombang dengan periode beberapa jam. Gelombang panjang sering dikenal dengan pasang surut yang terjadi akibat gaya tarik menarik antara bumi dengan benda-benda ruang angkasa terutama bulan dan matahari.
Jika ditinjau dari kedalaman perairan dimana gelombang menjalar, maka gelombang dikelompokkan dalam 3 kategori yaitu gelombang air dangkal, transisi dan air dalam. Batasan dari ketiga kategori tersebut didasarkan pada rasio antara kedalaman dan panjang gelombang (d/L). Batasan penggunaannya dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Batasan gelombang air dangkal, air transisi dan air dalam Kategori
Gelombang
d/L πd/L Tanh(2πd/L)
Air Dalam 0.5 >π ≈ 1
Air Transisi 0.05 - 0.5 0.25 - π Tanh(2πd/L)
Air Dangkal 0.5 < 0.25 2πd/L
Sumber: Bambang triatmodjo (1999)
Gelombang juga dapat dikelompokkan berdasarkan rasio antara tinggi gelombang dan panjang gelombang. Pada pengelompokkan ini dikenal ~ 1 II-13 gelombang amplitudo kecil dan gelombang amplitudo berhingga (Stock, Cnoidal, Solitair). Gelombang amplitudo kecil dikembangkan oleh Airy sehingga dikenal dengan Teori Gelombang Airy. Teori Gelombang Airy diturunkan berdasarkan anggapan bahwa perbandingan antara tinggi gelombang dengan panjangnya atau kedalamanya sangat kecil, sedangkan teori gelombang amplitudo berhingga
memperhitungkan besarnya rasio antara tinggi gelombang terhadap panjang dan kedalaman airnya.
Dalam gelombang terdapat partikel-partikel air yang berubah selama penjalaran gelombang dari laut dalam sampai laut dangkal. Bentuk partikel yang terdapat dalam gelombang yang bergerak menuju laut dangkal seperti pada Gambar 2.
Gambar 2. Gerak partikel air dalam gelombang. Sumber: Buku teknik pantai Pada saat gelombang bergerak menuju ke garis pantai (shoreline), gelombang mulai bergesekan dengan dasar laut dan menyebabkan pecahnya gelombang ditepi pantai. Hal ini juga berpengaruh pada garis pantai dan bangunan yang ada disekitarnya. Keenam peristiwa tersebut adalah :
a. Refraksi gelombang yaitu peristiwa berbeloknya arah gerak puncak gelombang.
b. Difraksi gelombang yaitu peristiwa berpindahnya energi di sepanjang puncak gelombang ke arah daerah yang terlindung.
c. Refleksi gelombang yaitu peristiwa pemantulan energi gelombang yang biasanya disebabkan oleh suatu bidang bangunan di lokasi pantai.
d. Wave shoaling yaitu peristiwa membesarnya tinggi gelombang saat bergerak ke tempat yang lebih dangkal.
e. Wave damping yaitu peristiwa tereduksinya energi gelombang yang biasanya disebabkan adanya gaya gesekan dengan dasar pantai.
f. Wave breaking yaitu peristiwa pecahnya gelombang yang biasanya terjadi pada saat gelombang mendekati garis pantai (surf zone).
Gelombang yang memecah di pantai merupakan penyebab utama proses erosi dan akresi (pengendapan) garis pantai. Karakteristik gelombang ini tergantung pada kecepatan angin, durasi dan jarak seret gelombang (fetch).
C. Energi Gelombang Laut.
Energi gelombang laut merupakan energi terbarukan yang artinya energi yang tidak akan habis. Bila sebuah pelampung diletakan diatas gelombang, maka pelampung tersebut akan bergerak naik turun mengikuti gerakan gelombang laut tersebut. Gerakan naik turun ini sebagai salah satu faktor yang dapat menghasilkan energi. Faktor lain yang dapat mempengaruhi energi gelombang selain gerakan naik turun ialah kecepatan naik turun dan tinggi naik turun pada pelampung. Agar energi yang terdapat dalam gelombang dapat dimanfaatkan, maka energi tersebut harus di ubah menjadi energi bentuk lain seperti energi listrik atau tenaga isap maupun tekan. Untuk mengubah energi gelombang ke energi listrik dan tenaga isap maupun tekan dibutuhkan alat generator listrik dan pompa piston.
Menurut (Department of the Interior, 2006) Transpormasi energi melalui proses osilasi yang energi gelombangnya ditangkap oleh papan osilasi yang diletakkan vertical dengan ukuran engsel di dasar, pada saat flap menerima gaya
gelombang dan mengakibatkan flap bergerak maju mundur secara harminik.
Pergerakan papan osilasi tersebut menggerakan lengan torak yang dipasang tegak lurus dengan papan osilasi pergerakan maju mundurnya lengan torak mengakibatkan klep akan terbuka dan tertutup. Pada saat klep terbuka mengakibatkan air laut masuk dan mengisi tabung piston dan pada saat flap mundur mengakibat gaya gelombang diteruskan ke lengan torak dan mendorong piston.
Sebagai akibatnya di tabung piston akan terdapat tekanan, yang akan diteruskan ke pipa penyalur untuk memompa air ke atas dengan ketinggian tertentu. Mekanisme ini terjadi berulang-ulang hingga air dalam tabung tabung akan terdorong dan mengalir dengan Q tertentu. Papan osilasi didesain agar bisa berosilasi mengikuti gerakan gelombang dengan bebas, maka papan harus dibuat dari bahan yang mengapung. Teknologi ini merupakan penangkap energi gelombang dengan sistem pompa tenaga gelombang pada prinsipnya merupakan transformasi energi gelombang menjadi energi pemompaan yang menghasilkan debit air dan tinggi pemompaan.
Hampir mirip dengan ide dasar McCormick (1981), Siliman (2001) mendesain pompa air laut tenaga gelombang, dimana energi gelombang ditangkap melalui flap dan diteruskan oleh piston untuk mendorong air laut yang terdapat dalam tabung piston ke permukaan (Siliman, 2001). Dengan tujuan utama memanfaatkan energi gelombang untuk menyuplai air laut ke daratan untuk berbagai keperluan seperti untuk irigasi perikanan air asin atau payau dan pemanfatannya untuk tambak udang.
Untuk mengkonversi energi gelombang laut terdapat 3 (tiga) sistem dasar yaitu sistem kanal yang menyalurkan gelombang ke dalam reservoar atau kolam, sistem pelampung yang menggerakan pompa hidrolik, dan sistem osilasi kolom air yang memanfaatkan gelombang untuk menekan udara di dalam sebuah wadah.
Tenaga mekanik yang dihasilkan dari sistem-sistem tersebut ada yang akan mengaktifkan generator secara langsung atau mentransfernya ke dalam fluida kerja, air atau udara, yang selanjutnya akan menggerakan turbin atau generator.
Ada 3 cara untuk menangkap energi gelombang, yaitu:
1. Dengan pelampung yaitu dimana alat ini akan membangkitkan listrik dari hasil gerakan vertikal dan rotasional pelampung. Alat ini dapat ditambatkan pada sebuah rakit yang mengambang atau alat yang tertambat di dasar laut.
2. Kolom air yang berosilasi (Oscillating Water Column) yaitu Alat ini membangkitkan listrik dari naik turunnya air akibat gelombang dalam sebuah pipa silindris yang berlubang. Naik turunnya kolom air ini akan mengakibatkan keluar masuknya udara pada lubang bagian atas pipa dan menggerakkan turbin.
3. Wave Surge atau Focusing Devices) yaitu alat yang biasa juga disebut sebagai tapered channel atau kanal meruncing atau sistem tapchan, dipasang pada sebuah struktur kanal yang dibangun di pantai untuk mengkonsentrasikan gelombang, membawanya ke dalam kolam penampung yang ditinggikan. Air yang mengalir keluar dari kolam penampung ini yang digunakan untuk membangkitkan listrik dengan menggunakan teknologi standar hydropower.
Pada pemanfaatan Pompa tenaga gelombang laut ini sebagai pembangkit energi listrik, air laut hasil pemompaan ditampung dalam suatu reservoir pada
ketinggian tertentu. Pompa dibangun serial yang terdiri dari banyak unit untuk mensuplai satu reservoir. Selanjutnya dari reservoir air dialirkan ke bawah melalui pipa pesat untuk memutar turbin yang dihubungkan dengan generator.
Berdasarkan teori gelombang Airy diturunkan dari persamaan kontinuitas untuk aliran tak rotasi, yaitu persamaan Laplace. Persamaan panjang (L) dan kecepatan rambat (C) gelombang dinyatakan sebagai berikut (US Army Corps of Engineers, 2006).
𝐿 = 𝑔
2𝜋𝑇2𝑡𝑎𝑛ℎ2𝜋ℎ
𝐿 ... (1) Pada perairan dalam, h lebih besar dan 𝑡𝑎𝑛ℎ2𝜋ℎ
𝐿 = 1.0; karena itu, 𝐿 = 𝐿𝑂 = 𝑔𝑇2
𝐿 ... (4) 𝐶 = 𝑔
2𝜋𝑇𝑡𝑎𝑛ℎ2𝜋𝑑
𝐿 ... (5) dimana :
T : periode gelombang [s]
g : percepatan grafitasi [m/s2] π
h : kedalaman air (still water depth) [m].
Peralatan pompa gelombang menangkap energi gelombang air laut yang besarnya merupakan total dari energi kinetik dan energi potensial untuk memompa air ke atas. Efisiensi pompa yang merupakan tingkat efektifitas pompa untuk menangkap energi adalah perbandingan dari energi kinetik air hasil pemompaan terhadap energi gelombang air laut.
Karena energi gelombang yang ditangkap oleh alat tidak kontinyu, maka dalam evaluasi ditinjau parameter daya rata-rata untuk satu gelombang, yang besarnya adalah :
𝐷𝑤 =1
8𝛾𝐻2𝜐 𝑔 ... (6)
Dimana :
Dw = daya gelombang (kgf.m/s) 𝛾 = berat jenis air (1000 kg/m3) B = lebar papan osilasi (m) H = tinggi gelombang (m)
v = kecepatan penjalaran gelombang = √𝑔ℎ g = percepatan grafitasi (m/s2)
h = Kedalaman Air Saluran (m)
Sedangkan daya air hasil pemompaan dirumuskan sebagai : 𝐷𝑣 = 𝛾𝑍𝑄𝑔 = 𝑦𝑍 𝑉
𝑇 𝑔 ... (7) Dimana :
𝐷𝑣 = Daya Air Hasil Pemompaan (kgf.m/s) Z = Tinggi pemompaan (m)
Q = Debit Rata-Rata Hasil Pemompaan (m3/s)
V = Volume air dari hasil pemompaan selama satu periode gelombang (m3)
T = Periode gelombang (s)
Efisiensi pompa gelombang yang merupakan efisiensi keseluruhan alat (𝜂𝑇), yang merupakan perbandingan antara daya yang bekerja pada papan osilasi dengan daya yang dihasilkan pada air dari hasil pemompaan. Daya yang bekerja pada papan osilasi dihitung dengan persamaan (6) sedangkan daya hasil pemompaan dihitung dengan persamaan (7), sehingga efisiensi pompa bisa dihitung dengan :
𝜂𝑇 =1𝛾 𝑄 𝑍 𝑔
8𝛾 𝐵 𝐻𝑜2𝑣= 8 𝑍
𝑉 𝑇 𝑔
𝐵𝐻𝑜2𝑣... (8) Dimana :
𝛾 = Berat jenis air = 1000 kg/m3
Q = Debit rata-rata hasil pemompaan (m3/s) Z = Tinggi pemompaan (m)
V = Volume air hasil pemompaan oleh satu osilasi papan atau satu langkah gerakan pompa, yang dibangkitkan oleh satu periode gelombang (m3)
T = Periode Gelombang (s) B = Lebar papan osilasi (m) Ho = Tinggi gelombang (m)
v = Kecepatan penjalaran gelombang = √𝑔ℎ g = Percepatan grafitasi (m/s2)
h = Kedalaman air salunan (m)
Besarnya efisiensi penangkapan gelombang oleh papan osilasi dirumuskan sebagai :
𝜂𝐻 =
1
8 𝛾 𝑔 𝐵 𝐻𝑜2−1
8𝛾 𝑔 𝐵 𝐻12 1
8 𝛾 𝑔 𝐵 𝐻𝑜2 =𝐻𝑜2−𝐻12
𝐻𝑜2 ... (9)
Dimana :
𝛾 = Berat jenis air (1000 kgf/m3) g = Percepatan grafitasi (m/s2)
Ho = Tinggi Gelombang di depan papan osilasi (m) H1 = Tinggi Gelombang dibelakang papan osilasi (m)
Gambar 3. Sketsa mekanisme kerja pompa gelombang tipe flap
Dalam hal ini, akan terjadi transfer energi dalam arah tegak lurus ke daerah terlindung.
D. Hukum Dasar Model
Konsep dasar permodelan dengan bantuan skala model yaitu membentuk kembali masalah atau fenomena yang ada di prototipe dalam skala yang lebih kecil, sehingga fenomena yang terjadi di model akan sebangun (mirip) dengan yang ada di prototipe. Kesebangunan yang dimaksud adalah berupa sebangun geometrik, sebangun kinematik dan sebangun dinamik (Nur Yuwono, 1996).
Hubungan antara model dan prototipe diturunkan dengan skala, untuk masing-masing parameter mempunyai skala tersendiri dan besarnya tidak sama.
m p
L L
n L
m p
h h
n h
Skala dapat didefinisikan sebagai rasio antara nilai yang ada di prototipe dengan nilai parameter tersebut pada model.
1. Sebangun Geometrik
Sebangun geometrik adalah suatu kesebangunan dimana bentuk dan model sama dengan bentuk prototipe tetapi ukuran bisa berbeda. Perbandingan antara semua ukuran panjang antara model dan prototipe adalah sama. Ada dua macam kesebangunan geometrik, yaitu sebangun geometrik sempurna (tanpa distorsi) dan sebangun geometrik dengan distorsi (distorted). Pada sebangun geometrik sempurna skala panjang arah horisontal (skala panjang) dan skala panjang arah vertikal (skala tinggi) adalah sama, sedangkan pada distorted model skala panjang dan skala tinggi tidak sama. Jika memungkinkan sebaiknya skala dibuat tanpa distorsi, namun jika terpaksa, maka skala dapat dibuat distorsi. Sebangun geometrik dapat dinyatakan dalam bentuk :
... (10)
... (11)
Dengan :
nL = skala panjang nh = skala tinggi
Lp = ukuran panjang prototipe Lm = ukuran panjang model hp = ukuran tinggi pada prototipe hm = ukuran tinggi pada model
2. Sebangun Kinematik
Sebangun kinematik adalah kesebangunan yang memenuhi kriteria sebangun geometrik dan perbandingan kecepatan dan percepatan aliran pada dua titik di model dan prototipe pada arah yang sama adalah sama besar. Pada model tanpa distorsi, perbandingan kecepatan dan percepatan pada semua arah adalah sama, sedangkan pada model dengan distorsi perbandingan yang sama hanya pada arah tertentu saja, yaitu pada arah vertikal atau horisontal. Oleh sebab itu pada permasalahan yang menyangkut tiga dimensi sebaiknya tidak menggunakan distorted model. Skala kecepatan diberi notasi nu, skala percepatan na, dan skala waktu nT didefinisikan sebagai berikut :
... (12)
... (13)
... (14)
... (15)
3. Sebangun Dinamik
Sebangun dinamik adalah sebuah kesebangunan yang memenuhi kriteria sebangun geometrik dan kinematik, serta perbandingan gaya-gaya yang bekerja pada model dan prototipe untuk seluruh pengaliran pada arah yang sama adalah sama besar. Gaya-gaya yang dimaksud adalah gaya inersia, gaya tekanan, gaya berat, gaya gesek, gaya kenyal dan tegangan permukaan.
T L
m p
u n
n u n u
m p
T T
n T
T2
L
m p
a n
n a n a
T L
m p
Q n
n Q
n Q 3
Beberapa sebangun dinamik yaitu sebangun dinamik Reynold (Reynold number) yang diekspresikan sebagai perbandingan gaya inersia terhadap gaya
gesek, sebangun dinamik froude (froude number) yaitu perbandingan gaya inersia dan gaya gravitasi, bilangan Cauchy (Cauchy Number) yaitu perbandingan gaya inersia dan gaya elastik serta bilangan Weiber (Weiber Number) yaitu perbandingan antara gaya tegangan permukaan dan gaya inersia.
Untuk penelitian refleksi dan transmisi gelombang terhadap gelombang yang merambat melalui pemecah gelombang terapung banyak dipengaruhi gaya gravitasi sehingga digunakan kesebangunan Froud. Dengan pertimbangan fasilitas yang ada di laboratorium, maka pada penelitian ini, akan menggunakan skala panjang yang sama dengan skala tinggi (undistorted models) dan menggunakan kesebangunan Froude.
... (16)
Dengan demikian bila gaya gravitasi memegang peranan penting dalam permasalahan, maka perbandingan gaya gravitasi dan gaya inersia pada model dan prototipe harus sama.
... (17)
... (18)
Oleh karena digunakan model tanpa distorsi, maka skala panjang gelombang nL, skala panjang struktur nB, skala kedalaman nd dan skala sarat ns
adalah sama seperti berikut : gL U gL
L U Fr L
2
3 2
3)( / )
(
5 ,
L0
U
F n
n n
r
1
m p r
r r
F F
F n
... (19)
Sedangkan skala waktu nT dan skala gravitasi ditulis seperti berikut:
nT = nL1/2 ... (20)
ng = 1 ... (21)
E. Kinerja Pompa
Pompa tenaga gelombang adalah salah satu cara pemanfaatan energi gelombang laut untuk memompakan air laut ke suatu tempat yang lebih tinggi.
Dengan cara ini diharapkan biaya operasional dan perawatan lebih kecil jika dibandingkan dengan menggunakan pompa air listrik atau tenaga diesel, karena setelah pompa air terpasang air akan mengalir dengan sendirinya atau air berlebih dapat dibuang dengan mudah dan biaya perawatan pada valve pompa dan piston relatif lebih murah (Pongmanda, Triatmadja, & Nizam, 2003).
Kinerja pompa gelombang dapat diketahui dengan melihat kemampuan pompa untuk menghasilkan debit atau tingkat efektifitas pompa serta tingkat efisiensi pompa.
F. Daya Pompa
Pompa merupakan sebuah peralatan mekanis untuk mengubah energi mekanik dari mesin penggerak pompa menjadi energi tekan fluida yang dapat membantu memindahkan fluida ke tempat yang lebih tinggi elevasinya. Pompa juga dapat digunakan untuk memindahkan fluida ke tempat lain dengan cara menaikkan
s d H B
L n n n n
n
tekanan dan kecepatan melalui gerak piston (torak) atau impeller. Prinsip kerja dari pompa piston adalah berputarnya selubung putar yang menyebabkan piston bergerak sesuai dengan posisi ujung piston di atas piring dakian. Fluida terhisap dengan silinder dan ditekan ke saluran buang akibat gerakan naik turun piston.
Fungsi dari pompa ini adalah untuk pemenuhan kebutuhan tekanan tinggi dan kapasitas rendah. Skema pompa piston ditunjukan pada gambar 4 (Sutikno (1998:30)
Gambar 4. Skema pompa piston.
Jika pompa menaikkan zat cair dari kolam satu ke kolam yang lain dengan selisih muka air Hs1, daya yang digunakan oleh pompa menaikkan zat cair setinggi Hs adalah sama dengan tinggi Hs ditambah dengan kehilangan tenaga selama
pengaliran dalam pipa tersebut.
Kehilangan tenaga adalah ekivalen dengan penambahan tinggi elevasi, sehingga efeknya sama jika pompa menaikkan zat cair setinggi 𝐻 = 𝐻𝑠+ ∑ ℎ𝑡, Seperti pada gambar 4 tinggi kecepatan diabaikan sehingga garis tenaga berimpit dengan garis tekanan. Kehilangan tenaga terjadi pada pengaliran pipa 1 dan 2 yaitu sebesar ht1 dan ht2. Pada pipa 1 yang merupakan pipa isap, garis tenaga (dan tekanan) menurun sampai di bawah pipa.
Gambar 5. Pipa dengan pompa
Bagian pipa di mana garis tekanan di bawah sumbu pipa mempunyai tekanan negatif, sedangkan pipa 2 merupakan pipa tekan.
Daya yang diperlukan pompa untuk menaikkan zat cair : 𝐷 = 𝑄𝐻𝛾 . 𝑔
ƞ𝑇 ... (22) dengan ƞT adalah efisiensi pompa. Pada pemakaian pompa, efisiensi pompa digunakan sebagai pembagi dalam rumus daya pompa. Head pompa adalah kemampuan suatu pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ketempat lain yang berbeda ketinggian atau kemampuan pompa untuk memindahkan fluida antara dua tempat yang berbeda jaraknya.
G. Efisiensi Pompa
Daya pompa dapat ditentukan dari kemampuan pompa menghasilkan debit air pada suatu head tertentu yang disebabkan oleh tekanan yang diteruskan piston karena adanya fluks energi gelombang gaya yang diterima selebar flap.
Efisiensi adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan (daya output) terhadap daya yang diterima (daya input). Hasil perhitungan dan plotting data efisiensi menghasilkan nilai efisiensi yang bervariasi karena data yang digunakan
bevariasi pula. Besarnya efisiensi sangat dipengaruhi oleh tinggi gelombang (H), periode gelombang (T), kedalaman air (d), head (he), debit (Q), kecepatan gelombang (C), dan lebar flap (b)
Efisiensi pompa dapat ditentukan dengan membandingkan daya output dengan daya input yang dinyatakan dengan persamaan :
ȠT =
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 100% ... (23)
26 G. Matriks Penelitian
No Nama Penulis Judul Hasil Parameter Riset Struktur Model
1 Juventus welly ginting, I ketut dharma setiawan, 2018
Kinerja protitipe papan osilasi pada pompa flap tenaga
gelombang untuk pemanfaatan mata air di pantai banyu asri, kota singaraja-bali
Pengujian prototype pomppa flap tenaga gelombang untuk pemanfaatan mata air dipantai banyu asri diperoleh beberapa kesimpulan, saat pergerakan ppan osilasi yang mendorong air tawar dari mata air laut rata-rata (MSL= Mean Sea Levei), oleh karena itu pompa dapat mengalirkan air tawar efektif selama 12 jam dalam sehari diakibatkan karena tipe pasang surut di perairan panta bany asri singaraja merupakan tipe semi diurnal (2 kali pasang, 2 kali surut), dimana satu siklus muka air laut elevasi rata-rata selama hanya 6 jam.
EP: energy potensial Ρ: massa jenis air laut H: ketinggian gelombang E: energy total
KE: energy kinetik
2
Silman Pongmanda, Radianta Triatmadja, Nizam 2003
Studi Efisiensi Pompa Air Laut Energi
Gelombang Tipe Flap
Jika diameter pipa mendekati nol akan memberikan debit yang besarnya mendekati nol pula dan jika diameter pipa dibuat semakin besar maka piston akan bergerak dengan simpangan kecil sehingga deit yang dihasilkan akan nol karena air akan kembali melalui celah piston. Debit yang dihasilkan pada model D1 dapat menghasilkan debit seperti model D2 dengan mengubah ukuran flap sehingga perbandingan gaya yang diteruskan flap pada model D1 dan D2
sama.
H: tinggi gelombang T: periode gelombang d: diameter pisston D: head (he)
S: simpangan flap Q: debit yang dihasilkan W: berat bandul katup Yk: simpangan bola katup
27 3
Dwi Prasetio Utomo, Muhammad Agus Sahbana, Nova Risdiyanto ismail, 2014
Perbedaan Diameter Pelampung Terhadap Kinerja Ocean Wave Energy Sebagai Pembangkit Tenaga Listrik
Arus dan voltase yang terbaik di dapat pada piston berdiameter 20 cm. Tinggi gelombang 15 cm dan diameter piston 20 cm menghasilkan arus paling tinggi yaitu 7,50 ampere, menghasilkan voltase paling tinggi yaitu 51,70 V, dan menghasilkan efisiensi paling tinggi yaitu 8,31%.
H : tinggi gelombang D : diameter pelampung T : Kecepatan
Gelombang
Rpm : putaran poros Ampere : Arus listrik Volt : tegangan listrik
% : Efisiensi PLT gelombang
4
Budi Haryanto.
Radianta Triatmadja.
Nizam. 2003
Optimasi Pompa Air Laut Energi Gelombang
Pompa air laut tipe flap dapat digunakan untuk memompa air laut ke daratan dengan keuntungan lebih, tanpa bahan bakar, dan bebas polusi.
Panjang gelombang (L) Kecepatan rambat (C) Percepatan gravitasi (g) 𝜋=3,14
Periode gelombang (T) Kedalaman air (d) Energi gelombang rerata (E)
Tinggi gelombang (H) Rapat massa air (ᵖ)
5
I Putu Samskerta, Juventus W.R.
Ginting, Sudarta. 2014
Tinggi dan debit pemompaan yang diha- silkan oleh pompa dipen-garuhi oleh fungsi tinggi gelombang (H0), keda-laman (h), keting-gian pemompaan (z), perioda gelombang (T), panjang lintasan piston (s) dan simpangan pompa (D). Kedalaman muka air (d) memberikan pengaruh yang
kedalaman air (h), tinggi gelombang di depan flap (H0), tinggi di belakang flap (H1), periode gelombang (T), simpangan flap (D),
28 Pemanfaatan
energi
gelombang laut dengan pompa gelombang flap horizontal
paling signifikan pada ketinggian pemom- paan, sedang debit pemompaan paling signifikan dipengaruhi panjang lintasan piston (s). Ketinggian pemom-paan maksimum dicapai pada kondisi muka air pasang (HWL) yaitu mencapai 380 cm (H0
= 21 cm dan H0 = 30 cm). Debit pemompaan maksimum sebesar 314,2 ml/s terjadi pada kedalaman air 55 cm (H0 = 15 cm) pada panjang lintasan 18cm.
panjang lintasan piston (s), tinggi
pemompaan (Z) dan debit yang dihasilkan (Q).
6 Mustakim 2013
Pengauh kecepatan sudut terhadap efisiensi pompa sentrifugal jenis tunggal
Dari hasil eksperimen diperoleh jika kecepatan sudut pompa bertambah maka debit aliran akan meningkat, ini sebabkan karna putaran poros pompa yang memutar impeller berputar semakin tinggi sehingga air yang dipindahkan semakin banyak.
γ: berat fluida persatuan volume
Q: kapasitas
H: head totoal pompa NP: daya pompa T torsi dinamometer
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Riset Teknik Pantai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin di kabupaten Gowa, dengan waktu pengambilan data penelitian selama 3 bulan.
B. Jenis Penelitian dan Sumber Data
Jenis penelitian yang diterapkan adalah Eksperimental, dimana kondisi penelitian dibuat dan diatur oleh peneliti dengan merujuk pada literatur-literatur yang berhubungan dengan penelitian tersebut, serta adanya kontrol, dengan tujuan untuk menyelidiki ada-tidaknya hubungan sebab akibat dan berapa besar hubungan sebab akibat tersebut dengan cara memberikan perlakuan-perlakuan tertentu pada beberapa kelompok eksperimental serta menyediakan kontrol untuk perbandingan.
Penelitian ini menggunakan dua sumber data yaitu : 1. Data primer
Data primer adalah data yang diperoleh langsung dari simulasi model fisik di laboratorium
2. Data sekunder
Data sekunder adalah data yang diperoleh dari referensi dan hasil penelitian yang sudah ada yang berkaitan dengan penelitian pompa gelombang
C. Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain :
1. Tabung transparan berbentuk silinder yang terbuat dari bahan acrylic bening dengan tebal 0,3 cm dengan menggunakan 3 variasi diameter yaitu ∅ 2,0 cm
∅ 2,5 cm dan ∅ 3,0 cm . Bagian atas dan bawah dibuat 2 lubang intlet tiap tabung yang sejajar dengan diameter lubang tabung yaitu ∅ 2,5 cm.
2. Pelampung berbentuk persegi yang terbuat dari pipa plastik PVC dengan ukuran diameter ∅ 5,5 cm dan lebar pelampung 20 cm
3. Piston yang ditempatkan pada bagian dalam tabung yang bergerak vertikal seirama dengan naik turunnya pelampung dan berfungsi untuk menekan air sehingga air akan keluar melalui lubang outlet. Piston terbuat dari bahan karet yang tahan air dan dibuat sesuai dengan ukuran diameter tabung yang akan digunakan.
4. Pipa outlet yang terbuat dari pipa transparan dengan diameter ∅ 0.5 cm yang berfungsi sebagai pipa penyalur air yang ditekan oleh piston. Panjang pipa outlet yang akan digunakan disesuaikan dengan kondisi laboratorium.
Alat yang akan digunakan pada penelitian antara lain :
1. Saluran gelombang yang terbuat dari flume baja dengan panjang 15 m, lebar 0,3 m dan tinggi efektif 0.5 m yang dilengkapi dengan alat pembangkit gelombang.
Gambar 6. Tangki pembangkit gelombang
Gambar 7. Model pompa gelombang dalam saluran kaca tembus pandang
2. Mesin pembangkit gelombang yang terdiri dari mesin utama, pulley yang berfungsi mengatur waktu putaran piringan yang dihubungkan pada stroke sehingga menggerakkan flap pembangkit gelombang.
Gambar 8. Mesin pembangkit gelombang
3. Mistar ukur yang digunakan untuk mengukur kedalaman dan tinggi gelombang
Gambar 9. Mistar ukur pada flume
4. Komputer yang dilengkapi aplikasi pembaca gelombang untuk pengambilan data.
Gambar 10. Komputer dan Wave monitor
5. Meteran yang digunakan untuk mengukur panjang gelombang 6. Gelas ukur digunakan untuk pengambilan air yang keluar pada outlet
7. Timbangan ketelitian digunakan untuk menimbang hasil air yang keluar pada outlet
8. Stopwatch digunakan untuk menghitung periode gelombang 9. Kamera digunakan untuk dokumentasi
10. Alat tulis dan kertas
D. Variabel Penelitian
Sesuai dengan tujuan penelitian yang telah dibahas pada bab sebelumnya maka variabel yang diteliti adalah tinggi gelombang (h), periode gelombang (T), panjang gelombang (L), debit (Q), lamanya waktu pengisian tabung pompa gelombang (t), tinggi tekanan (H) serta diameter tabung dan jumlah lubang intlet.
Untuk volume air (V) menggunakan persamaan:
𝑣 = 𝑄. 𝑡 ... (24) Dimana : v = Volume (ml)
Q = Debit (ml/detik) t = Waktu (detik)
Untuk menghitung kecepatan aliran (V) menggunakan persamaan:
V = Q/A ... (25) Dimana : V = Kecepatan aliran (m3/detik)
Q = Debit (m3/detik) A = Luas penampang (m2)
Untuk menghitung debit (Q) dalam tabung pompa gelombang menggunakan persamaan:
𝑄 = 𝑉/𝑡 ... (26) Dimana : V = Volume (ml)
Q = Debit (ml/detik) t = Waktu (detik)
Untuk menghitung daya gelombang (Dw) untuk satu gelombang menggunakan persamaan:
𝐷𝑤 =1
8𝑥 Ƴ 𝑥 𝐵 𝑥 𝐻2 𝑥 𝑣 𝑥 𝑔 ... (27) Untuk menghitung air hasil pemompaan (Dv) menggunakan persamaan:
𝐷𝑣 = Ƴ 𝑥 𝑍 𝑥 𝑄 𝑥 𝑔 ... (28) Untuk menghitung daya pompa menggunakan persamaan:
𝐷𝑝 =𝑄 𝑥 𝐻 𝑥 Ƴ 𝑥 𝑔
ղ𝑇 ... (29) Untuk menghitung efisiensi pompa pelampung menggunakan persamaan:
𝜂𝑇 = Ƴ 𝑥 𝑍 𝑥 𝑄 𝑥 𝑔 1
8 𝑥 Ƴ 𝑥 𝐵 𝑥 𝐻2 x v x g= 8 𝑥 𝑍 𝑥 𝑄 𝑥 𝑔
𝐵 𝑥 𝐻2 𝑥 𝑣 𝑥 𝑔 ... (30) E. Pelaksanaan Studi Model
Berdasarkan variabel penelitian, pembuatan model pompa gelombang tipe pelampung didasarkan pada beberapa spesifikasi sebagai berikut:
1. Berdasarkan pertimbangan fasilitas di laboratorium, bahan yang tersedia dan ketelitian pengukuran, maka digunakan skala model 1 : 10.
2. Model terbuat dari tabung acrylic transparan yang dirakit dilengkapi dengan pelampung dan piston dengan ukuran diameter tabung, tinggi model dan jumlah lubang inlet dan outlet yang bervariasi.
3. Parameter Model
a. Ukuran diameter tabung Ø 2,0 cm, Ø 2,5 cm dan Ø 3,0 cm b. Ukuran tinggi tabung 50 cm
c. Jumlah inlet yaitu : 1 disisi atas tabung dan 1 disisi bawah tabung dengan variasi diameter lobang 2,5 cm
d. Jumlah outlet yaitu : 1 dibagian atas tabung dan 1 dibagian bawah tabung dengan diameter lobang Ø 0,5 cm
e. Pemberat tabung terbuat dari bahan adukan semen yang dipadatkan berbentuk cilinder dengan Ø 15 cm tinggi 10 cm dengan berat 10 kg berfungsi sebagai dudukan tabung sehingga tidak mudah bergeser di saluran pada saat air sudah mulai digerakkan.
Gambar 11. Tampak atas penempatan model pompa gelombang dalam saluran
Gambar 12. Tampak samping model pompa gelombang dalam saluran
Gambar 13. Model pompa gelombang tipe pelampung
Tabel 3. Variasi model pompa gelombang tipe pelampung
No Gambar Protipe Model Pompa Keterangan
1
Model 1
Diameter tabung Ø 2,0 cm Tinggi tabung 50 cm, Diameter lubang inlet atas bawah Ø 2,5 cm,
Diameter lubang outlet atas bawah Ø 0,5 cm, Berat pelampung 1,0 kg, Bentuk pelampung segi empat.
2
Model 2
Diameter tabung Ø 2,5 cm Tinggi tabung 50 cm, Diameter lubang inlet atas bawah Ø 2,5 cm,
Diameter lubang outlet atas bawah Ø 0,5 cm, Berat pelampung 1,0 kg, Bentuk pelampung segi empat.
3
Model 3
Diameter tabung Ø 3,0 cm Tinggi tabung 50 cm, Diameter lubang inlet atas bawah Ø 2,5 cm,
Diameter lubang outlet atas bawah Ø 0,5 cm, Berat pelampung 1,0 kg, Bentuk pelampung segi empat.
Tabel 4. dimensi model dan parameter gelombang
F. Pelaksanaan Simulasi
Persiapan untuk running awal pada flume (tanpa model pompa gelombang), untuk mendapatkan data-data awal yaitu :
1. Mengisi air pada wave flume dengan kedalaman air (d) 27 dan 29 cm untuk setiap model
2. Memulai simulasi gelombang tanpa model dengan menciptakan gelombang dengan cara menekan tombol start pada panel kontrol. Simulasi ini dilakukan untuk memastikan tinggi dan periode gelombang di dalam wave flume telah sesuai dengan variasi yang telah ditentukan dalam penelitian ini.
3. Dengan stroke/pembangkit gelombang 6, 7, 8 untuk mendapat tinggi gelombang
4. Periode (T) 1.3 = 13 detik, 1.4 = 14 detik, 1.5 = 15 detik untuk mendapatkan panjang gelombang (L) setiap 10 kali putaran = 10 detik
5. Menghentikan simulasi gelombang tanpa model dengan menekan tombol stop pada panel kontrol.
Ø Tabung Periode (T) Tinggi Model Kedalaman Air (d) Panjang Gelombang (L)
cm (detik) (m) (m) (m)
1.3 1.94
1.4 2.13
1.5 2.30
1.3 1.94
1.4 2.13
1.5 2.30
1.3 1.94
1.4 2.13
1.5 2.30
No
1
2
3
0.50
0.50
0.50 3.0
2.5
2.0
0.29
0.29
0.29
6. Meletakkan model uji ditengah-tengan wave flume
7. Setelah semua komponen siap, simulasi gelombang dimulai dengan membangkitkan gelombang didalam wave flume seperti pada prosedur No. 2 8. Mengukur air yang keluar pada lubang outlet atas dan bawah dengan waktu 10
detik setiap pengambilan air dan dilakukan sebanyak 3 kali untuk mendapatkan debit.
9. Mengubah tinggi outlet setinggi 5 cm dan kelipatannya sampai ketinggian outlet tidak lagi mengeluarkan air.
10. Mengulangi prosedur 1 sampai 7 sesuai dengan variasi tinggi dan periode gelombang untuk masing-masing jenis model seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3 Dimensi model dan parameter gelombang diperoleh dengan mengganti posisi stroke & variator.
G. Flowchart Pelaksanaan Penelitian
Gambar 14. Flowchart Pelaksanaan Penelitian MULAI
S tudi Literatur Studi Literatur
Pengambilan Data Pembuatan Model
Hasil Akhir
S e
le s a S e le s a i Selesai Variabel Bebas
1. Kedalaman Air (d) 2. Diameter tabung (Ø) 3. Periode Gelombang (T) 4. Tinggi tabung (h)
A nalisis Data Analisis Data
Variabel Terikat 1. Panjang Gelombang (L) 2. Tinggi Gelombang (h) 3. Debit (Q)
4. Efisiensi (ηT) Kalibrasi
BAB IV
ANALISA DAN PEMBAHASAN
A. Analisa Hasil
1. Panjang Gelombang
Dalam penentuan panjang gelombang kita dapat menggunakan dua metode yaitu dengan cara pengukuran langsung dan perhitungan. Metode pengukuran langsung dilakukan dengan cara mengukur panjang gelombang secara langsung yang terdiri dari satu bukit dan satu lembah. Sedangkan untuk metode perhitungan kita menggunakan data periode dan kedalaman yang telah ditentukan. Dalam penelitian ini kita akan menentukan panjang gelombang dengan metode perhitungan. Adapun periode (T) yang digunakan yakni 1.3 detik, 1.4 detik dan 1.5 detik pada kedalaman (d) 27 cm. Salah satu perhitungan panjang gelombang (L) adalah sebagai berikut :
Diketahui : d = 27 cm = 0.27 m T = 1.3 detik
Ditanyakan : Berapa panjang gelombang (L) ? Penyelesaian : L0 = 1.56 (T2)
L0 = 1.56 (1.32 ) L0 = 2.6364 d/ L0 = 0.27/2.6364 = 0.1024
