PROPOSAL REVISI PENELITIAN DOKTOR BARU DANA ITS TAHUN 2020

PROPOSAL REVISI

PENELITIAN DOKTOR BARU

DANA ITS TAHUN 2020

Judul Penelitian:

Studi Eksperimen Karakteristik Kemampuan Self-Start

pada Turbin Arus Laut Sumbu Vertikal

Tim Peneliti:

Dr. Dendy Satrio, S.ST. (Departemen Teknik Kelautan/ Fakultas Teknologi Kelautan/ Institut Teknologi Sepuluh Nopember)

Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, M.Sc., Ph.D., C.Eng., FRINA (Departemen Teknik Perkapalan/ Fakultas Teknologi Kelautan/ Institut Teknologi Sepuluh Nopember)

DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2020

ii DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR TABEL ... iii

DAFTAR GAMBAR ... iv

DAFTAR LAMPIRAN ... v

BAB I RINGKASAN ... 1

BAB II LATAR BELAKANG ... 2

2.1 Latar Belakang ... 2

2.2 Rumusan Masalah ... 4

2.3 Tujuan ... 4

2.4 Urgensi Penelitian ... 4

2.5 Skema Penelitian ... 5

BAB III TINJAUAN PUSTAKA ... 6

3.1 Road Map Penelitian ... 6

3.2 State of the Art Penelitian ... 6

3.3 Energi Arus Laut ... 7

3.4 Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLTAL) ... 8

3.5 Turbin Arus Laut ... 10

BAB IV METODE ... 13

4.1 Diagram Alir Penelitian ... 13

4.2 Tempat dan Waktu Penelitian ... 14

4.3 Peralatan dan Model Eksperimental ... 14

4.4 Variabel Penelitian dan Kondisi Operasi ... 15

4.5 Pembagian Tugas Peneliti ... 17

BAB V JADWAL DAN RANCANGAN BIAYA ... 18

5.1 Jadwal ... 18

5.2 Rancangan Biaya ... 19

BAB VI DAFTAR PUSTAKA ... 20

BAB VII LAMPIRAN ... 22

7.1 Biodata Tim Peneliti ... 22

iii DAFTAR TABEL

Tabel 1. State of the art penelitian kemampuan self-start turbin arus laut sumbu vertikal .. 7 Tabel 2. Susunan tim peneliti dan pembagian tugas ... 17 Tabel 3. Jadwal kegiatan penelitian ... 18 Tabel 4. Rencana anggaran biaya penelitian yang diajukan ... 19

iv DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Roadmap sektor energi arus laut di Indonesia ... 3

Gambar 2. Road map dan track record penelitian turbin arus laut dari peneliti ... 6

Gambar 3. Skema proses konversi energi pada PLTAL ... 8

Gambar 4. Turbin SeaGen ... 9

Gambar 5. Turbin Darrieus BPPT ... 10

Gambar 6. Beberapa konfigurasi turbin sumbu horizontal ... 11

Gambar 7. Beberapa konfigurasi turbin sumbu vertikal ... 12

Gambar 8. Diagram alir penelitian ... 13

Gambar 9. Fasilitas towing tank FTK-ITS ... 14

v DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Biodata Tim Peneliti ... 21 Lampiran 3. Target Luaran ... 24 Lampiran 4. Rencana Anggaran Biaya Penelitian ... 25

1 BAB I

RINGKASAN

Sebagian besar pembangkit listrik di Indonesia masih menggunakan sumber energi kovensional. Padahal teknologi konversi energi arus laut banyak diusulkan sebagai solusi untuk pembangkit listrik dengan sumber energi terbarukan. Hingga saat ini teknologi tersebut masih pada tahap penelitian, pengembangan, dan pengujian lapangan. Turbin tipe vertikal memiliki beberapa kelebihan yaitu lebih murah dalam produksi, kemudahan instalasi karena generator dapat diletakkan di atas struktur dan cocok untuk sistem terapung. Kelebihan itu sangat sesuai dengan kondisi lingkungan laut dan kemampuan teknologi produksi yang ada di Indonesia. Apalagi Indonesia memiliki potensi praktis energi arus laut yang mencapai 18 GW. Akan tetapi, turbin jenis vertikal memiliki kemampuan self-start yang tergolong lebih rendah dari tipe horizontal. Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan dari topik penelitian doktoral yang sudah dikerjakan. Penelitian doktoral sebelumnya telah mengkaji tentang kinerja turbin vertikal dengan tiga parameter yaitu (1) kemampuan self-start, (2) fluktuasi torsi dan (3) efisiensi. Akan tetapi, kajian kemampuan self-start masih sebatas mengetahui pada kecepatan arus berapa turbin mulai berputar sehingga perlu dilakukan kajian lebih dalam mengenai karakteristik dan upaya peningkatannya melalui skema Penelitian Doktor Baru. Tahap pertama penelitian difokuskan pada penelitian dengan cara mengkaji secara lebih dalam literatur yang telah diterbitkan mengenai kemampuan self-start turbin arus laut sumbu vertikal. Selanjutnya, penelitian fokus untuk mencari cara atau modifikasi agar kemampuan self-start turbin bisa lebih baik melalui pengujian eksperimen turbin vertikal dengan menggunakan towing tank. Penelitian ini penting dilakukan karena belum banyak peneliti yang fokus mendalami masalah ini. Oleh karena itu, penelitian ini diharapkan bisa mengetahui karakteristik kemampuan self-start turbin arus laut sumbu vertikal dan bisa meningkatkan kemampuan ekstrasi energi di keadaan awal operasi dan terutama di wilayah dengan potensi arus yang rendah seperti yang ada di Indonesia. Target luaran penelitian ini adalah wajib satu Jurnal Internasional terindeks Scopus Q2 (target Journal of Marine Science and Application diterbitkan Springer, Q2, H-index 18, SJR 0,37) dan tambahan yaitu prototipe turbin sumbu vertikal. Selain itu, selama proses penelitian juga diharapkan dapat mengikuti konferensi internasional yang fokus di bidang ini yaitu AWTEC 2020 di Australia (Asian Wave and Tidal Energy Conference).

2 BAB II

LATAR BELAKANG

2.1 Latar Belakang

Dewasa ini ketergantungan terhadap ketersediaan energi semakin hari semakin meningkat. Hal ini disebabkan karena pertambahan jumlah penduduk, pertumbuhan perekonomian, perkembangan dunia industri, kemajuan teknologi dan meningkatnya standar kenyamanan hidup di masyarakat [1]. Sebagian besar pemasok energi Indonesia masih menggunakan bahan bakar fosil yaitu minyak bumi dan batubara. Sumber energi tersebut memiliki dampak yang dapat merusak lingkungan seperti pencemaran udara, emisi gas rumah kaca dan pemanasan global. Permasalahan lain adalah tingginya harga bahan bakar fosil, meningkatnya jumlah impor minyak bumi akibat naiknya konsumsi bahan bakar nasional, serta cadangan minyak bumi yang semakin menipis. Oleh karena itu pengembangan energi alternatif perlu menjadi fokus perhatian yang penting.

Energi yang dihasilkan dari tenaga air (energi hidro) adalah sumber energi yang ramah lingkungan. Energi tersebut hingga saat ini merupakan sumber energi terbarukan yang paling banyak dimanfaatkan di dunia dan juga paling murah [2]. Selain itu, energi hidro memiliki efisiensi yang sangat tinggi apabila dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga listrik [3]. Energi listrik merupakan energi yang paling dibutuhkan di dunia karena sebagian besar peralatan yang digunakan untuk kehidupan sehari-hari manusia memakai energi listrik. Apabila ditotal kurang lebih 18% energi listrik dunia ditopang oleh hidro energi [4]. Energi hidro banyak digunakan karena energi tersebut dapat diprediksi, dapat diatur dan ketersediaannya tersebar di berbagai wilayah dunia, baik di wilayah daratan maupun di wilayah lautan.

Energi laut merupakan salah satu bagian dari energi hidro. Indonesia memiliki wilayah perairan yang cukup luas. Sehingga potensi energi laut yang dimiliki sangat besar. Salah satu jenis sumber energi terbarukan yang berasal dari laut adalah energi arus laut. Total potensi teoritis, potensi teknis dan potensi praktis energi arus laut Indonesia mencapai 160.000 MW, 2.000 MW dan 1.200 MW [5]. Namun disayangkan hingga saat ini pemanfaatanya masih sangat minim. Padahal teknologi konversi energi arus laut banyak diusulkan sebagai solusi untuk pembangkit listrik. Hingga saat ini teknologi tersebut masih pada tahap penelitian, pengembangan, dan pengujian lapangan, belum mencapai tahap komersial yang sukses [6]. Padahal sejak tahun 2006, Kementerian Negara Riset dan Teknologi sudah merencanakan

3 pemanfaatan energi arus laut dalam Buku Putih yang berjudul “Penelitian, Pengembangan dan Penerapan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bidang Sumber Energi Baru dan Terbarukan untuk Mendukung Keamanan Ketersediaan Energi Tahun 2025” (Gambar 1). Mulai tahun 2016 hingga tahun 2025 Indonesia mempunyai target pengembangan hingga kapasitas 10 x 1000 MW.

Gambar 1. Roadmap sektor energi arus laut di Indonesia [7]

Oleh karena itu, penelitian ini akan membahas tentang pemanfaatan energi arus laut yang ada di Indonesia untuk turut serta membantu dan melanjutkan program pemerintah dalam upaya pengembangan energi arus laut. Energi arus laut ini dapat ditangkap dengan menggunakan teknologi yang bernama Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLTAL). PLTAL terdiri dari beberapa komponen, salah satunya yang paling penting adalah turbin. Turbin merupakan komponen yang berfungsi untuk merubah energi kinetik dari arus laut menjadi energi mekanik. Berdasarkan susunan fisik posisi sumbu putar terhadap permukaan tanah, turbin arus laut dapat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu turbin sumbu horizontal dan turbin sumbu vertikal [8].

Turbin arus laut sumbu horizontal memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan lebih banyak dikembangkan oleh berbagai perusahaan energi terbarukan di dunia. Sedangkan turbin arus laut sumbu vertikal memiliki keadaan sebaliknya. Salah satu kelemahan tipe vertikal adalah

4 menghasilkan gaya tangensial fluktuatif yang dapat membangkitkan reaksi torsi sehingga dapat menimbulkan getaran [9]. Fluktuasi gaya yang terjadi secara berulang dan terus menerus dapat mematahkan poros [10]. Apabila poros turbin sering rusak maka PLTAL akan sering mengalami perbaikan, sehingga efisiensi kinerja pembangkit juga akan menurun. Selain itu tipe vertikal juga memiliki kelemahan membutuhkan gaya yang cukup besar untuk mulai berputar [11]. Akan tetapi, tipe vertikal memiliki beberapa kelebihan yaitu lebih murah dalam produksi, kemudahan instalasi karena generator dapat diletakkan di atas, dan cocok untuk sistem struktur terapung [9, 11]. Kelebihan itu sangat sesuai dengan kondisi lingkungan laut dan kemampuan teknologi produksi yang ada di Indonesia. Apalagi Indonesia memiliki potensi praktis energi arus laut yang mencapai 1.200 MW. Oleh karena itu, penelitian ini akan membahas lebih lanjut tentang kinerja turbin arus laut sumbu vertikal serta untuk menjawab beberapa kekurangan yang ada pada turbin arus laut sumbu vertikal.

2.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut maka dapat disimpulkan dan dipilih bahwa penelitian ini akan fokus membahas tentang salah satu kekurangan yang ada di turbin vertikal yaitu kemampuan self-start yang cenderung rendah pada turbin arus laut sumbu vertikal. Sehingga penelitian ini diharapkan dapat mempelajari perilaku dan karakteristik kemampuan self-start nya kemudian diharapkan dapat memberikan solusi dan inovasi terhadap kekurangan tersebut.

2.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

- Mendapatkan informasi karakteristik kemampuan self-start pada turbin arus laut sumbu vertikal

- Mengetahui kinerja turbin arus laut sumbu vertikal secara eksperimental

- Memberikan solusi dan inovasi untuk mengatasi masalah kemampuan self-start pada turbin arus laut sumbu vertikal

2.4 Urgensi Penelitian

Peta potensi energi arus laut sudah diterbitkan sejak tahun 2014. Total potensi teoritis, potensi teknis dan potensi praktis energi arus laut Indonesia mencapai 160.000 MW, 2.000 MW dan 1.200 MW [5]. Akan tetapi, teknologinya hingga saat ini belum ada yang komersial. Hal ini karena karakteristik arus laut di Indonesia cenderung rendah. Berbeda dengan arus

5 laut yang ada di Eropa. Teknologi dari luar negeri tidak bisa serta merta dibawa ke Indonesia. Oleh karena itu, penelitian yang dilakukan harus sesuai dengan kondisi yang ada di Indonesia. Kemampuan self-start sangat penting dipelajari karena supaya tahu turbin itu dapat bekerja dengan baik di Indonesia.

2.5 Skema Penelitian

Skema penelitian yang diajukan adalah Penelitian Doktor Baru. Ketua Peneliti merupakan alumni Program PMDSU ITS Batch 2 yang lulus tepat waktu pada Bulan September 2019. Setelah itu, Ketua Peneliti mengikuti seleksi Dosen Non PNS di ITS dan alhamdulillah diterima di Departemen Teknik Kelautan. Bidang yang digeluti adalah tentang Energi Laut, khususnya energi arus laut. Penelitian doktoral sebelumnya telah mengkaji tentang kinerja turbin vertikal dengan tiga parameter yaitu (1) kemampuan self-start, (2) fluktuasi torsi dan (3) efisiensi. Akan tetapi, kajian kemampuan self-start masih sebatas mengetahui pada kecepatan arus berapa turbin mulai berputar. Selanjutnya perlu dilakukan kajian lebih dalam mengenai karakteristik dan upaya peningkatannya melalui skema Penelitian Doktor Baru.

6 BAB 3

TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Road Map Penelitian

Penelitian tentang turbin arus laut ini telah dibangun dan dikembangkan sejak tahun 2015. Pengetahuan dan pengalaman yang telah dilakukan terus dikembangkan sesuai bidang keahlihan yang ditekuni. Beberapa capaian seperti publikasi di jurnal internasional dan seminar internasional [12, 13, 14, 15, 16] serta laporan disertasi telah didapatkan dan dapat dilihat pada Biodata Peneliti di Lampiran. Tahun 2020 ini mengusulkan penelitian yang didapatkan saat penelitian sebelumnya. Beberapa permasalahan seperti ini coba diatasi agar target pada tahun 2024 penelitian telah sampai pada Pengujian Sistem Semi Lapangan seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.

Gambar 2. Road map dan track record penelitian turbin arus laut dari peneliti

3.2 State of the Art Penelitian

Penelitian tentang kemampuan self-start turbin arus laut sangat jarang dilakukan. Beberapa penelitian terkait yang telah ditemukan disajikan pada Tabel 1. Oleh karena itu, judul yang diajukan dalam proposal penelitian ini sangat penting untuk dilakukan guna mendapatkan informasi lebih dalam mengenai kemampuan self-start turbin arus laut tipe vertikal dan bagaimana upaya meningkatkannya.

2015-2016 Studi Literatur 2017-2018 Studi Numerik dengan CFD 2018-2019 Studi Eksperimen di Towing Tank 2020-2021 Studi Eksperimen Self-Start 2024 Pengujian Sistem Semi Lapangan Kajian permasalahan sistem lainnya

7 Tabel 1. State of the art penelitian kemampuan self-start turbin arus laut sumbu vertikal [17,

18, 19]

Tahun Peneliti Judul Hasil Utama

2007 Dominy B., Lunt P., Bickerdyke A., Dominy J. Self-starting capability of Darrieus turbine

Sudu turbin menggunakan foil tipe symmetrical NACA 0012. Penelitian dilakukan dengan cara simulasi

sehingga butuh data secara eksperimen.

2010 Alam Md. J., Iqbal M. T.

A Low Cut-In Speed Marine Current Turbine.

Upaya perbaikan kemampuan self-start dilakukan dengan memodifikasi

menjadi hybrid turbine antara tipe Darrieus and Savonius. Kemampuan self-start meningkat tapi performa menurun.

2019 Gaurav Saini∗, R.P. Saini

Comparative investigations for performance and self-starting

characteristics of hybrid and single Darrieus hydrokinetic turbine

Upaya perbaikan kemampuan self-start juga dilakukan dengan memodifikasi menjadi hybrid turbine antara tipe Darrieus and Savonius. Kemampuan self-start meningkat dan performa cukup baik.

3.3 Energi Arus Laut

Energi laut adalah energi yang berasal dari laut. Energi laut bisa juga didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja yang dapat diperoleh dari konversi energi di laut menjadi bentuk energi lain yang dapat dimanfaatkan untuk kehidupan manusia. Secara lebih spesifik, Wave Energy Centre yang bekerja sama dengan Implementing Agreement on Ocean Energy System, mendefinisikan bahwa energi laut adalah energi yang dihasilkan dari beberapa teknologi yang menggunakan sumber energi dari tenaga gelombang, arus laut, pasang surut, perbedaan panas laut, dan perbedaan salinitas (kadar garam) untuk menghasilkan energi listrik [20]. Akan tetapi, penelitian ini akan fokus pada energi laut yang bersumber dari tenaga arus laut.

8 Arus laut adalah pergerakan air laut yang sangat luas dan terjadi pada seluruh lautan di dunia. Pergerakan arus laut ini disebabkan oleh adanya aksi angin di atas permukaan laut dan adanya perbedaan kerapatan massa jenis air laut akibat pemanasan matahari. Arus laut juga dihasilkan dari aktifitas pasang surut dan pergerakan gelombang di pantai [20].

Wilayah perairan yaitu terutama selat merupakan tempat melintasnya dan berkumpulnya massa air laut. Lokasi selat memungkinkan massa air laut terkumpul dan bergerak lebih cepat karena semakin menyempitnya ruang gerak bagi sejumlah massa air laut dari laut lepas menuju selat. Pada tempat inilah yang terdapat potensi energi arus laut terbesar dari perairan sekitarnya.

3.4 Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLTAL)

PLTAL adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengubah energi kinetik dari sejumlah massa air laut yang bergerak menjadi energi listrik (Gambar 3). Pembangkit energi arus laut biasanya diletakkan di selat atau daerah laut yang memiliki kecepatan arus tinggi, baik di dasar, tengah maupun permukaan laut. Komponen utama dari pembangkit energi arus laut tersebut adalah turbin.

Gambar 3. Skema proses konversi energi pada PLTAL

Turbin merupakan alat konversi energi kinetik arus laut menjadi suatu kerja mekanis berupa putaran. Kemudian daya yang dihasilkan akan ditransmisikan oleh poros untuk memutar generator. Biasanya sebelum untuk memutar generator perlu dihubungkan terlebih

energi kinetik ( arus laut ) energi mekanik ( turbin ) energi listrik ( generator ) energi mekanik ( poros ) energi mekanik ( transmisi )

9 dahulu dengan sistem transmisi untuk menaikan putaran. Setelah itu, terjadi pemotongan gaya-gaya magnet di dalam generator oleh koil yang berputar sehingga dapat menghasilkan listrik.

Kunci utama pemanfaatan energi arus laut ini sebenarnya terletak pada komponen utamanya yaitu turbin. Kemampuan turbin dalam menangkap energi yang dibawa arus laut sangat penting. Semakin efisien dan handal turbin menagkap energi kinetik arus laut maka semakin banyak listrik yang dihasilkan. Selain itu, pemanfaatan energi arus laut juga bergantung pada lokasi arus laut. Lokasi yang potensial untuk energi arus laut adalah pada selat antara dua pulau atau bentuk geologi laut lainnya yang berbentuk menyempit. Hal ini karena pada daerah tersebut arus laut akan mengalami kenaikan kecepatan karena terjadi penyempitan ruang yang dilaluinya.

Salah satu contoh teknologi arus laut yang telah dikembangkan oleh Marine Current Turbines (MCT) yang berlokasi di Irlandia Utara, UK adalah SeaGen (lihat Gambar 4). Teknologi ini bersumbu horizontal dengan rotor terbuka (Open Rotor). Turbin Seagen ini berdiameter sebesar 15 sampai 20 meter. SeaGen berkapasitas sebesar 300 kW telah dipasang pada tahun 2003 di Devon, Inggris. Alat ini masih beroperasi hingga hari ini. Lalu, Seagen dengan kapasitas sebesar 1,2 MW juga telah dikembangkan pada bulan April 2008 di Strangford Lough, Irlandia Utara, UK. SeaGen dengan kapasitas 1,2 MW adalah teknologi arus skala komersial yang sudah terhubung jaringan listrik pertama kalinya di dunia.

Gambar 4. Turbin SeaGen [21]

Di Indonesia sendiri sebenarnya juga sudah mulai mengembangkan teknologi konversi arus laut. Salah satunya yaitu PLTAL Tipe Darrieus yang dibuat oleh BPPH-BPPT (Balai Pengkajian dan Penelitian Hidrodinamika - Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi) sejak tahun 2006 dan memiliki tiga buah baling-baling atau blade (Gambar 5). Turbin Darrieus ini telah dipasang di Selat Larantuka, Flores dan berhasil membangkitkan listrik

10 hingga 10 kW dalam uji coba skala lapangan. Selanjutnya akan terus dikembangkan ke skala lebih besar dan diharapkan bisa terkoneksi dengan jaringan PLN.

Gambar 5. Turbin Darrieus BPPT [22]

Pengembangan teknologi konversi arus laut ini dilakukan dengan mengadopsi teknologi ekstraksi energi angin yang telah lebih dulu dikembangkan. Meskipun kecepatan rata-rata angin lebih besar daripada arus laut, tetapi densitas air laut yang hampir 900 kali jauh lebih besar dari densitas udara, maka apabila ingin mendapat sejumlah energi yang sama, diameter turbin arus laut lebih kecil dari turbin angin sehingga lebih ekonomis. Energi arus laut juga lebih menarik untuk dikembangkan karena sifatnya yang relatif stabil dan dapat diprediksi.

3.5 Turbin Arus Laut

Turbin merupakan alat konversi energi kinetik arus laut menjadi suatu kerja mekanis berupa putaran. Turbin terdiri dari beberapa sudu, biasanya jumlah sudu sebanyak tiga buah untuk mendapatkan keseimbangan momen yang baik dan berputar secara kontinyu.

Turbin arus laut sumbu horizontal merupakan turbin arus laut yang sumbu rotasi rotornya paralel terhadap permukaan tanah. Berdasarkan prinsip hidrodinamika, rotor turbin arus laut sumbu horizontal mengalami gaya lift dan gaya drag, namun gaya lift jauh lebih besar dari gaya drag sehingga rotor turbin ini lebih dikenal dengan rotor turbin tipe lift seperti yang ditunjukan Gambar 6.

11 Gambar 6. Beberapa konfigurasi turbin sumbu horizontal [8]

Turbin arus laut sumbu vertikal merupakan turbin arus laut yang sumbu rotasi rotornya tegak lurus terhadap permukaan tanah (dapat dilihat pada Gambar 7). Prinsip kerja turbin sumbu vertikal akibat kecepatan aliran air yang menyebabkan sudu berputar dengan kecepatan putar tertentu, resultan dari kecepatan tersebut akan menghasilkan gaya hidrodinamis. Gaya angkat (lift) dihasilkan karena bentuk airfoil dari sudu turbin. Sudu-sudu ini memotong aliran air dengan sudut serang yang mengakibatkan perbedaan tekanan. Hasil dari perbedaan tekanan inilah yang mengakibatkan gaya angkat, yang mana mendorong sudu bergerak ke depan. Untuk mendorong turbin, torsi yang disebabkan oleh gaya angkat harus lebih besar dibanding torsi yang dihasilkan oleh gaya hambat (drag) sehingga menghasilkan torsi netto.

12 Gambar 7. Beberapa konfigurasi turbin sumbu vertikal [8]

13 BAB IV

METODE

5.1 Diagram Alir Penelitian

Kegiatan penelitian dilakukan dalam lima tahapan utama. Tahap 1 adalah studi literatur terkait penelitian yang pernah dilakukan terhadap pengamatan kemampuan self-start turbin arus laut sumbu vertikal. Tahap 2 dan 3 adalah mulai eksekusi untuk persiapan eksperimen yaitu mulai dari pembuatan model, pembuatan instrumentasi pengukuran dan pengaturan peralatan eksperimen pada Lab Hidrodinamika ITS. Tahap 4 adalah proses pengambilan data di mana pada tahap ini akan diamati perilaku self-start turbin vertikal. Beberapa video juga diambil untuk bahan kajian dan sekaligus dokumentasi. Tahap 5 adalah evaluasi hasil sekaligus pembuatan laporan dan juga publikasi ilmiah. Bagan alir penelitian secara rinci ditunjukan pada Gambar 8.

14 5.2 Tempat dan Waktu Penelitian

Kegiatan penelitian, koordinasi dan diskusi dengan tim secara umum dilakukan di Fakultas Teknologi Kelautan ITS. Studi eksperimental dilakukan dengan fasilitas yang ada di ITS yaitu di Laboraturium Hidrodinamika dengan menggunakan Towing tank. Jangka waktu penelitian adalah selama delapan bulan dengan rincian sebagai berikut:

Mulai bulan: April tahun: 2020

Berakhir bulan: November tahun: 2020

Penjelasan lebih lanjut terkait pembagian waktu kegiatan penelitian secara lebih detail untuk setiap tahunnya akan ditampilkan pada tabel jadwal.

5.3 Peralatan dan Model Eksperimental

Pembuatan dan pengujian kinerja model secara eksperimental dilakukan dengan fasilitas towing tank yang ada di Laboratorium Hidrodinamika - Fakultas Teknologi Kelautan ITS (Gambar 9).

Gambar 9. Fasilitas towing tank FTK-ITS

Dimensi dari towing tank yaitu: - Panjang : 50 m

- Lebar : 3 m - Kedalaman : 2 m

15 Model eksperimen turbin arus laut yang akan dibuat adalah tipe sumbu vertikal (Gambar 10). Spesifikasi dan ilustrasi model tersebut adalah sebagai berikut:

Gambar 10. Penampang samping turbin dan kerangka dan penampang model turbin

Parameter geometri dari model yaitu: - Jumlah sudu : 3

- Panjang chord : 0,07 m

- Tipe foil : NACA 63(4)021 - Panjang span : 0,7 m

- Aspek rasio : 10 - Jari-jari : 0,5 m - Jumlah lengan : 6

5.4 Variabel Penelitian dan Kondisi Operasi

Pada pengujian eksperimen akan dibuat model dengan spesifikasi tersebut. Model akan ditarik dengan keadaan stedi dengan kecepatan tertentu pada towing tank untuk mensimulasikan aliran fluida. Kecepatan tarik akan divariasikan untuk mendapat karakteristik pengujian. Sedangkan air pada kolam dalam keadaan diam. Nilai kecepatan kereta dalam menarik model dengan fluida yang diam akan relatif dengan kecepatan fluida apabila fluida bergerak dengan model yang diam. Kemudian variabel yang diukur pada pengujian adalah kecepatan fluida (kecepatan tarik), torsi yang dibangkitkan, dan RPM. Perilaku kemampuan turbin saat pertama kali berputar (self-start) akan diamati dan diteliti.

16 Respon posisi 0 terhadap kemampuan self-start

Respon posisi 1 terhadap kemampuan self-start

Respon posisi 2 terhadap kemampuan self-start arah arus arah arus arah arus

0

1

2

17 Respon posisi 3 terhadap kemampuan self-start

5.5 Pembagian Tugas Peneliti

Susunan Tim Peneliti dan tugas masing-masing dalam kegiatan penelitian ini diberikan dalam Tabel 2.

Tabel 2. Susunan tim peneliti dan pembagian tugas

No Nama/NIDN Instansi Asal Uraian Tugas

1 Dr. Dendy Satrio, S.ST. / 1993202011013 Teknik Kelautan / FTK ITS

 Penanggung jawab penelitian

 Perencana program penelitian

 Review kemampuan self-start

 Perencana pengujian turbin vertikal

 Menganalisa hasil pengujian eksperimen

 Membuat laporan penelitian

3

Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, M.Sc., Ph.D.

Teknik Perkapalan / FTK ITS

 Melakukan validasi hasil pengujian eksperimen

 Menganalisa hasil pengujian eksperimen

 Menyusun draft paper publikasi

3 Asisten Peneliti

Mahasiswa Sarjana atau Pasca Sarjana FTK ITS

 Membantu menyiapkan model eksperimen

 Membantu monitoring pembuatan turbin dan kerangka di bengkel

 Membantu proses pengambilan data

arah arus

18 BAB V

JADWAL

5.1 Jadwal

Kegiatan penelitian ini dijadwalkan akan berlangsung selama 8 bulan dengan rencana kegiatan dan alokasi waktu sebagaimana ditunjukkan dalam Tabel 3.

Tabel 3. Jadwal kegiatan penelitian

1 2 3 4 5 6 7 8

1 Rapat Kerja dan Koordinasi

2 Review Kemampuan Self-Start Turbin Vertikal

Review paper perkembangan desain turbin

Review kemampuan self-start turbin sumbu vertikal Identifikasi dan inovasi desain turbin

3 Uji Eksperimen Model Turbin Arus Laut

Perancangan model eksperimen Pembuatan model turbin

Pembuatan instrumentasi pengukuran Pengujian model

Validasi hasil pengujian eksperimen Analisis hasil pengujian eksperimen

4 Publikasi Ilmiah dan Pembuatan Laporan

ke-19 5.2 Rancangan Anggaran Biaya

Rencana anggaran biaya penelitian secara rinci diberikan pada Tabel 4.

Tabel 4. Rencana anggaran biaya penelitian yang diajukan

Honor Honor/Bulan (Rp) Honor

Asisten Peneliti 1 500,000 2,000,000

2,000,000 Material Justifikasi Pembelian Kuantitas Harga Satuan (Rp) Harga ATK (kertas A4, CD, dll) Administrasi 4 200,000 800,000

Tinta printer Cetak dokumen 1 360,000 360,000

Biaya fotocopy dan jilid Copy data 4 125,000 500,000

Pulsa dan kuota internet Konsumsi 4 200,000 800,000

Konsumsi Konsumsi 16 150,000 2,400,000

Pembuatan sudu turbin Model eksperimen 6 3,200,000 19,200,000 Pembuatan kerangka turbin Model eksperimen 1 8,240,000 8,240,000 Alat ukur torsi Alat ukur pengujian 1 6,500,000 6,500,000 Alat ukur RPM Alat ukur pengujian 2 3,200,000 3,200,000 42,000,000

Material Justifikasi Perjalanan Kuantitas Harga Satuan (Rp) Biaya Pendaftaran dan akomodasi

seminar internasional Kegiatan temu ilmiah 1 5,000,000 5,000,000 Transportasi lokal Persiapan pengujian 4 250,000 1,000,000 6,000,000

Material Justifikasi Sewa Kuantitas Harga Satuan (Rp) Biaya

- - - - -0 50,000,000 3. Transportasi Subtotal 3 (Rp) 4. Sewa Subtotal 4 (Rp) Total Anggaran yang Diperlukan Seluruhnya (Rp)

1. Honorarium

Waktu (Bulan) 4

Subtotal 1 (Rp)

2. Pembelian bahan habis pakai

20 BAB VI

DAFTAR PUSTAKA

1. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia. 2010. Indonesia Energy Outlook (IEO) 2010. Jakarta: KESDM.

2. Güney, M. S. dan Kaygusuz, K. 2010. Hydrokinetic energy conversion systems: a technology status review. Renewable Sustainable Energy Rev 2010; 14: 2996–3004. 3. Ozturk M., Bezir, N. C., Ozek, N. 2009. Hydropower-water and renewable energy in

Turkey: sources and policy. Renewable Sustainable Energy Rev 2009; 13: 605–15. 4. Ren 21. 2012. Renewables 2012 global status report. Paris.

5. Mukhtasor, Susilohadi, Erwandi, Pandoe, W., Iswadi, A., Firdaus, A. M., Prabowo, H., Sudjono, E., Prasetyo, E., Iluhade, D. 2014. Potensi Energi Laut Indonesia. Badan Litbang Kementrian Energi dan Sumberdaya Mineral (ESDM) dan Asosiasi Energi Laut Indonesia (ASELI).

6. Khan, M. J., Bhuyan, G., Moshref, A., Morison, K. 2008. An Assessment of Variable Characteristics of the Pacific Northwest Regions Wave and Tidal Current Power Resources, and their Interaction with Electricity Demand & Implications for Large Scale Development Scenarios for the Region. Tech. Rep. 17485-21-00 (Rep 3); January 2008. 7. Kementerian Negara Riset dan Teknologi Republik Indonesia. 2006. Penelitian,

Pengembangan dan Penerapan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bidang Sumber Energi Baru dan Terbarukan untuk Mendukung Keamanan Ketersediaan Energi Tahun 2025. Jakarta: KEMENRISTEK.

8. Khan, M. J., Bhuyan, G., Iqbal, M. T., Quaicoe, J. E. 2009. Hydrokinetic energy conversion systems and assessment of horizontal and vertical axis turbines for river and tidal applications: A technology status review. Elsevier: Applied Energy 86 (2009) 1823–1835.

9. Zeiner-Gundersen, D. H. 2015. A novel flexible foil vertical axis turbine for river, ocean, and tidal applications. Elsevier: Applied Energy 151 (2015) 60–66.

10. Hantoro, R., Utama, I. K. A. P., Erwandi, Sulisetyono, A. 2010. Ketidakstabilan Gaya dan Interaksi Fluida-Struktur pada Turbin Sumbu Vertikal untuk Pembangkit Energi Arus Laut. ResearchGate.

21 11. Kirke, B. K., dan Lazauskas, L. 2011. Limitations of fixed pitch Darrieus hydrokinetic

turbines and the challenge of variable pitch. Elsevier: Renewable Energy 36 (2011) 893-897.

12. Satrio, D., Utama, I. K. A. P., Mukhtasor. 2016. Vertical Axis Tidal Turbine: Advantages and Challenges Review. OMASe 2016 711007: 64-75.

13. Satrio D., Utama I. K. A. P., Mukhtasor. 2018. Numerical Investigation of Contra Rotating Vertical-Axis Tidal-Current Turbine. Journal of Marine Science and Application (2018) 17: 208-215.

14. Satrio D., Utama I. K. A. P., Mukhtasor. 2018. The influence of time step setting on the CFD simulation result of vertical axis tidal current turbine. Journal of Mechanical Engineering and Sciences Volume 12 Issue 1 (2018) pp. 3399-3409.

15. Satrio D., Utama I. K. A. P., Mukhtasor. 2018. Performance Enhancement Effort for Vertical-Axis Tidal-Current Turbine in Low Water Velocity. Proceeding of The 4th Asian Wave and Tidal Energy Conference (AWTEC), No. 318. National Taiwan Ocean University, Taiwan, 2018.

16. Utama I. K. A. P., Satrio D., Mukhtasor. 2020. Numerical Simulation of Foil with Leading-Edge Tubercle for Vertical-Axis Tidal-Current Turbine. Journal of Mechanical Engineering and Sciences. UMP Publisher, 2019. (under review)

17. Dominy B., Lunt P., Bickerdyke A., Dominy J. 2006. Self-starting capability of Darrieus turbine. Journal Power and Energy: ImechE Vol. 221 Part A, pages 111 – 120.

18. Alam Md. J., Iqbal M. T. 2010. A Low Cut-In Speed Marine Current Turbine. Journal of Ocean Technology: Vol. 4, No 5, pages: 49 – 61.

19. Saini, G., Saini, R.P. Comparative investigations for performance and self-starting characteristics of hybrid and single Darrieus hydrokinetic turbine.

20. Mukhtasor. 2015. Mengenal Energi Laut. Surabaya: Indonesian Counterpart for Energy and Solutions (ICEES). Energy Reports 6 (2020) 96–100.

21. Marine Current Turbines LTD. Sea Generation. <http://www.seageneration.co.uk/> 22. Erwandi, Afian, K., Sasoko, P., Rina, B., Wijanarko, E., Marta. 2011. Vertical axis

marine current turbine development in Indonesian Hydrodynamic Laboratory-Surabaya for Tidal Power Plant. Solo: International Conference and Exhibition on Sustainable Energy and Advanced Materials (ICE SEAM).

22 BAB VII

LAMPIRAN

Lampiran 1. Biodata Tim Peneliti

1. Ketua

a. Nama Lengkap : Dr. Dendy Satrio, S.ST.

b. NPP : 1993202011013

c. Fungsional/Pangkat/Gol : Lektor/III/c d. Bidang Keahlian : Energi Laut

e. Departemen / Fakultas : Teknik Kelautan / Teknologi Kelautan f. Alamat Rumah dan No Telp. : Simo Gunung Kramat Barat 4d/ 16,

Surabaya 60255 Telp: 085730700115

g. Riwayat Penelitian / Pengabdian Masyarakat (2) yang paling Relevan

Tahun Kegiatan Posisi

2014-2014

Penelitian PKM (Program Kreativitas Mahasiswa), Rancang Bangun Pembangkit Listrik Hybrid

Menggunakan Kombinasi Turbin Sailwing dan Turbin Darrieus sebagai Alternatif Pembangkit Energi

Terbarukan

Ketua

2016-2018

Penelitian PMDSU (Pendidikan Magister menuju Doktor untuk Sarjana Unggul) Tahun, Studi Numerik dan Eksperimental Kinerja Turbin untuk Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut

Anggota

h. Publikasi (2) yang paling Relevan

No. Judul Artikel / buku dan Penulis Penerbit, Tahun

1

The influence of time step setting on the CFD simulation result of vertical axis tidal current turbine. /

Dendy Satrio, I.K.A.P. Utama, Mukhtasor.

Journal of Mechanical Engineering and

Sciences, Vol. 12, Issue 1, Hal. 3399-3409. UMP Publisher, 2018.

23 2

Numerical Investigation of Contra Rotating Vertical-Axis Tidal-Current Turbine. / Dendy Satrio, I.K.A.P. Utama, Mukhtasor.

Journal of Marine Science and Application, Vol. 17, Hal. 208-215. Springer, 2018.

i. Paten (2) terakhir -

j. Tugas Akhir, Thesis dan Disertasi (2 terakhir yang paling relevan) yang sudah selesai di bimbing

- 2. Anggota

a. Nama Lengkap : Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, MSc, PhD

b. NIP / NIDN : 196704061992031001/ 0006046702

c. Fungsional/Pangkat/Gol : Guru Besar/IV/d d. Bidang Keahlian : Hidrodinamika

e. Departemen / Fakultas : Teknik Perkapalan / Teknologi Kelautan f. Alamat Rumah dan No Telp. : Perumahan Dosen ITS, Jalan Hidrodinamika

3/6, Surabaya 60111 Telp: 081330271979 g. Riwayat Penelitian / Pengabdian Masyarakat yang Relevan

Tahun Kegiatan Posisi

2016-2018

Penelitian PMDSU (Pendidikan Magister menuju Doktor untuk Sarjana Unggul) Tahun, Studi Numerik dan Eksperimental Kinerja Turbin untuk Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut

Ketua

2018-2019

Rancang Bangun Model Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut-Sistem Bandul (Pltgl-Sb) Ganda Termodifikasi

24 h. Publikasi (2) yang paling Relevan

No. Judul Artikel / buku dan Penulis Penerbit, Tahun

1

Numerical Investigation of Contra Rotating Vertical-Axis Tidal-Current Turbine. / Dendy Satrio, I.K.A.P. Utama, Mukhtasor.

Journal of Marine

Science and Application, Vol. 17, Hal. 208-215. Springer, 2018.

2

Performance analysis of multi-row vertical axis hydrokinetic turbine–straight blade cascaded (VAHT-SBC) turbines array. / E. Septyaningrum, R. Hantoro, I. K. A. P. Utama, J. Prananda, G. Nugroho, A. W. Mahmasani , A. Satwika

Journal of Mechanical Engineering and Sciences, 13(3), 5665 – 5688. 2019.

i. Paten (2) terakhir

No Judul / Tema HKI Jenis Nomor P/ID

1

Kapal Keruk Katamaran menggunakan Bucket Elevator Bersirip

Permohonan paten P00201000325

j. Tugas Akhir/Thesis dan Disertasi (2 terakhir yang paling relevan) yang sudah selesai di bimbing

No. Tahun Judul

1 2011 Disertasi S3

Studi Numerik dan Eksperimen Getaran pada Turbin Sumbu Vertikal Ridho Hantoro (NRP )

2 2019 Disertasi S3

Studi Numerik dan Eksperimen Kinerja Turbin Arus Laut Sumbu Vertikal

25 Lampiran 2. Target Luaran

Kegiatan penelitian ini dijadwalkan akan berlangsung selama 8 bulan. Luaran penelitian yang ditargetkan adalah:

1. Luaran Wajib:

 Publikasi ilmiah di jurnal internasional terindeks oleh Scopus Q2

(target Journal of Marine Science and Application diterbitkan Springer, Q2, H-index 18, SJR 0,37)

2. Luaran Tambahan: