Abstrak—
Indonesia sebagai negara maritim mempunyai
wilayah lautan sebesar 2/3 dari seluruh wilayah Indonesia. Wilayah lautan yang luas tentunya mempunyai potensi yang besar pula, demikian juga energi gelombang lautnya. Energi gelombang laut dapat dirubah menjadi energi listrik dengan menggunakan teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL). Beberapa jenis mekanisme telah dikembangkan dan disesuaikan dengan kondisi gelombang laut yang ada. Dengan alasan tersebut, maka banyak penelitian dilakukan dengan membuat sebuah prototipe dalam skala laboratorium, sebelum diaplikasikan ke laut lepas di wilayah Indonesia. Pada penelitian ini ibuat sebuah prototipe mekanisme PLTGL skala laboratorium dengan metode pelampung. Akibat adanya gelombang air, maka pelampung yang bergerak naik turun akan memutar poros utama. Gerakan naik turun pelampung disearahkan oleh adanya one way bearing sehingga poros dapat berputar secara kontinyu. Pada penelitian ini dititik beratkan pada pengaruh bentuk pelampung, terhadap energi listrik yang dihasilkan. Pengujian dilakukan dengan memvariasikan bentuk pelampung serta memberikan variasi pada frekuensi dan amplitudo gelombang air. Selanjutnya energi listrik yang dihasilkan akan dianalisa. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa semakin besar nilai frekuensi dan amplitudo gelombang maka energi listrik yang dihasilkan PLTGL metode pelampung semakin tinggi. Pelampung bola memiliki nilai efisiensi yang lebih besar dibandingkan dengan pelampung oval dan pelampung tabung dengan nilai yang paling besar 63.62% dengan daya bangkitan 0,10832 W dan energi bangkitan terbesar terjadi pada saat frekuensi inverter 15. Energi bangkitan terbesar memiliki nilai 0,17626 W dengan efisiensi 12.09%. Terjadi pada saat amplitudo strok 7,5 cm dan frekuensi inverter 15 Hz dengan menggunakan bentuk pelampung bola.Kata Kunci— gelombang laut, pelampung, energi listrik, bentuk pelampung
I. PENDAHULUAN
AAT ini rakyat Indonesia masih bergantung pada bahan bakar fosil untuk memenuhi keperluan energi sehari-hari. Melihat kecenderungan sumber energi dari bahan bakar fosil yang kian menipis maka pemerintah mengeluarkan kebijakan. Salah satu kebijakan pemerintah adalah masalah penghematan energi, sehingga perlu dicari sumber energi alternatif yang ramah lingkungan untuk mendukung program pemerintah tersebut. Dan salah satu energi alternatif yang belum banyak dikembangkan adalah energi gelombang laut.
Laut adalah bagian terbesar di bumi ini, mencapai sekitar 75% luasnya dari total luas bumi, dan Indonesia sebagai negara maritim mempunyai wilayah lautan sebesar 2/3 dari seluruh wilayah Indonesia. Wilayah lautan yang luas tentunya mempunyai potensi yang besar pula, demikian juga energi gelombang lautnya. Energi gelombang laut dapat diartikan dengan energi yang didapat dari permukaan laut
akibat pergerakan air laut. Energi gelombang laut merupakaan salah satu sumber energi yang belum banyak dimanfaatkan untuk saat ini. Energi ini tersedia melimpah selama 24 jam sehingga dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik tersebut dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik sehari-hari, bahkan dapat menjadi salah satu sumber energi alternatif di masa yang akan datang.
Energi gelombang laut dapat dirubah menjadi energi listrik dengan menggunakan teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL). Pengembangan teknologi tersebut memerlukan penelitian yang mendalam dan dilakukan terus menerus. Beberapa jenis mekanisme telah dikembangkan dan disesuaikan dengan kondisi gelombang laut yang ada. Dengan alasan tersebut, maka pada penelitian ini dibuat sebuah prototipe PLTGL dalam skala laboratorium, sebelum diaplikasikan ke laut lepas di wilayah Indonesia.
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Gelombang Laut
Gelombang laut merupakan energi transisi yang terbawa oleh sifat aslinya. Gelombang permukaan merupakan gambaran yang sederhana untuk menunjukkan bentuk dari suatu energi lautan. Adapun gejala dari energi gelombang laut bersumber pada fenomena – fenomena berikut :
a) Benda yang bergerak pada atau dekat permukaan yang menyebabkan terjadinya gelombang dengan perioda kecil.
b) Angin yang merupakan sumber penyebab utama gelombang lautan.
c) Gangguan seismik yang menyebabkan terjadinya gelombang pasang atau tsunami.
d) Medan gravitasi bumi dan bulan menyebabkan gelombang pasang yang tinggi.
Bentuk gelombang dibagi menjadi berbagi bentuk yang masing – masing memiliki karakteristik dan energi yang berbeda. Secara umum ada dua jenis gelombang yang sering dijumpai, yaitu gelombang linier dan gelombang non linier. Gelombang linier ini memiliki karakteristik berbentuk sinusoidal dengan panjang gelombang yang lebih besar dari tinggi gelombang.
Studi Ekperimental Pengaruh Bentuk Pelampung Pada Mekanisme
Pltgl Metode Pelampung Terhadap Energi Listrik Yang Dihasilkan
Jefry Anang Cahyadi dan Wiwiek Hendrowati
Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail: wiwiek@me.its.ac.id
Gambar 1 menunjukan suatu gelombang yang berada pada sistem kordinat x-y-z. Gelombang menjalar pada sumbu x. Beberapa notasi didalam pemodelan yang dikembangkan oleh Airy seperti gambar diatas adalah :
h : Jarak antara muka air rata dan dasar laut ( kedalaman laut )
η : Fluktuasi muka air terhadap muka air diam A : Amplitudo gelombang
H : Tinggi gelombang = 2A
L : Panjang gelombang, jarak antara dua puncak gelombang yang berurutan
T : Periode gelombang, yaitu interval waktu yang diperlukan oleh partikel air untuk kembali pada kedudukan yang sama dengan sebelumnya
C : Kecepatan rambat gelombang = L/T σ : Frekuensi gelombang = 2π / T g : Gravitasi = 9,81 m / s2
λ : Panjang gelombang
dengan menggunakan amplitudo gelombang, daya ombak dapat juga ditulis sebagai fungsi tinggi gelombang, H. sehingga persamaanya menjadi
𝑃𝑃𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤=𝜌𝜌 𝑔𝑔 2 𝐻𝐻2 𝑇𝑇𝑇𝑇 32𝜋𝜋 Keterangn :
b : lebar gelombang
Dari persamaan tersebut, dapat diketahui gaya ombak yang dikonversikan oleh mekanisme PLTGL metode pelampung dengan rumusan sebagai berikut
𝐹𝐹
wave=
P
wave𝜆𝜆
𝑇𝑇
III. METODOLOGI PENELITIAN
Pada Tugas akhir ini tahapan-tahapan yang harus dilakukan sebelum melakukan pengujian adalah sebagai berikut :
A. Studi Literatur dan Identifikasi Masalah
Studi literatur ini dilakukan agar dapat menambah
wawasan, pengetahuan penulis terhadap materi yang akan dibahas pada tugas akhir ini. Pada tahap studi literatur penulis melakukan kajian dan mengambil beberapa teori penunjang dari buku-buku, artikel, jurnal ilmiah, dan tugas akhir terdahulu. Diharapkan dari hasil studi literatur ini, penulis dapat menganalisa hasil dari pengujian yang dilakukan. B. Identifikasi Masalah
Pada proses ini dilakukan identifikasi dan perumusan masalah yaitu tentang energi listrik yang dihasilkan dari bentuk pelampung yang berbeda untuk mendapatkan hasil yang optimal.
C. Perencanaan dan Pembuatan Mekanisme
Perencanaan ini bertujuan untuk mendapatkan desain dan mekanisme yang optimal dengan memperhatikan data yang telah didapat dari studi literatur. Dari hasil perencanaan dapat diketahui spesifikasi dari bahan maupun dimensi dari komponen yang akan diperlukan untuk pembuatan prototipe. Dari komponen yang diperoleh kemudian dilakukan perakitan untuk membuat prototipe yang sesuai dengan desain yang telah dibuat. Mekanisme model konversi energi gelombang laut ini terdiri dari 2 buah pelampung yang akan divariasikan bentuk pelampung mekanisme dengan pelampung berbentuk bola, tabung dan oval.
D. Rancangan Mekanisme
Variasi dari bentuk penampang pelampung akan memberikan damapak pada gaya ombak yang diterima mekanisme PLTGL metode pelampung pada bagian panjang ombak
Dari rumusan diatas, dapat diketahui bahwa semakin panjang penampang yang terkena air pada pelampung maka akan mempengaruhi daya yang diterima oleh pelampung. Pada penelitian ini menitik beratkan pada variasi bentuk pelampung terhadap ombak yang diberikan dari kolam pembuat gelombang. Bentuk yang digunakan dalam penelitian ini yaitu pelampung bola, pelampung tabung dan pelampung oval. Panjang penampang yang terkena air pada masing-maasing pelampung memiliki nilai 0,098m pada pelampung bulat, 0.095m pada pelampung tabung dan 0,088m pada pelampung oval.
E. Persamaan Gerak Pada Posisi Kontak Dengan Ombak
Gambar. 3 Panjang permukaan melintang pelampung yang terkena air Gambar. 1. Skema dan notasi ombak linier
Dari rumusan diatasPada saat mekanisme PLTGL terkena ombak, persamaan geraknya sebagai berikut:
� 𝑀𝑀 = 𝐼𝐼 × 𝛼𝛼
𝐹𝐹𝑤𝑤× 𝐿𝐿 × 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 + 𝐹𝐹𝑏𝑏× 𝐿𝐿 × 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 − 𝐹𝐹𝑔𝑔× 𝐿𝐿 × 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 − 𝐹𝐹𝐿𝐿× 𝐿𝐿 2� × 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 − 𝑇𝑇𝑤𝑤 = �𝐼𝐼𝑔𝑔+ 𝐼𝐼𝐿𝐿� × 𝛼𝛼
Nilai 𝐶𝐶 adalah perpindaham sudut dari pelampung akibat gelombang, dengan persamaan
𝐶𝐶 =𝐻𝐻𝐿𝐿
Dengan mensubtitusi nilai 𝐶𝐶 maka persamaan menjadi 𝐹𝐹𝑤𝑤× 𝐿𝐿 × 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐻𝐻𝐿𝐿 + 𝐹𝐹𝑏𝑏× 𝐿𝐿 × 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐻𝐻𝐿𝐿 − 𝐹𝐹𝑔𝑔× 𝐿𝐿
× 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐻𝐻𝐿𝐿− 𝐹𝐹𝐿𝐿× 𝐿𝐿 2� × 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐻𝐻𝐿𝐿 − 𝑇𝑇𝑤𝑤= �𝐼𝐼𝑔𝑔+ 𝐼𝐼𝐿𝐿� × 𝛼𝛼 Sehingga akan didapat daya (P) sebagai berikut:
𝑃𝑃 = �𝐹𝐹𝑤𝑤× 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐻𝐻 + 𝐹𝐹𝑏𝑏× 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐻𝐻 − 𝐹𝐹𝑔𝑔× 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐻𝐻 − 𝐹𝐹𝐿𝐿× 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐻𝐻 2� − 𝑇𝑇𝑤𝑤 − �𝐼𝐼𝑔𝑔+ 𝐼𝐼𝐿𝐿� × 𝛼𝛼�𝜔𝜔
Berdasarkan perrsamaan ini, maka pada penelitian ini akan meneliti dampak dari perbedaan geometri permukaan pelampung pada mekanisme PLTGL metode pelampung F. Peralatan Yang Digunakan
• Mekanisme PLTGL metode pelampung • Kolam pembua gelombang
• Oscilloscope • Imultimeter
IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN A. Nilai Amplitudo dan Frekuensi Ombak
Dari perbedaan variasi amplitudo dan strok pada kolam pembuat gelombang akan menyebabkan amplitudo dan frekuensi gelombang yang berbeda-beda sesuai dengan seting alat pembuat gelombang.
Table 1 Data gelombang yang dihasilkan mekanisme pembuat gelombang
Tinggi
frekuensi Inverter
Tinggi Frekuensi λ Strok Ombak( m ) Ombak
(Hz) ( m ) A1 ( 5 cm ) f1 ( 9 ) 0.029 0.907 1.8971 f2 ( 12 ) 0.0332 1.184 1.1132 f3 ( 15 ) 0.0524 1.465 0.7271 A2 ( 6.25 cm ) f1 ( 9 ) 0.04 0.9 1.9267 f2 ( 12 ) 0.064 1.204 1.0766 f3 ( 15 ) 0.0884 1.454 0.7382 A3 ( 7.5 cm ) f1 ( 9 ) 0.043 0.907 1.8971 f2 ( 12 ) 0.0806 1.19 1.1020 f3 ( 15 ) 0.107 1.487 0.7058
B. Daya Ombak Yang Diterima Pelampung
Dari perbedaan variasi tersebut akan dilihat pengaruh variasi bentuk pelampung terhadap amplitudo strok dan frekuensi inventer terhadap daya ombak yang diterima pelampung pada mekanisme PLTGL metode Pelampung.
Table 2 Daya ombak yang diterima pelampung Tinggi
Gelombang
Frekuensi Inventer
Daya Ombak (Watt) Bola Tabung Oval A1 (5 cm) f1 ( 9 ) 0.1754 0.1684 0.1574 f2 ( 12 ) 0.1761 0.1690 0.1580 f3 ( 15 ) 0.3546 0.3404 0.3181 A2 (6.25 cm) f1 ( 9 ) 0.3364 0.3228 0.3018 f2 ( 12 ) 0.6437 0.6178 0.5775 f3 ( 15 ) 1.0170 0.9761 0.9124 A3 (7.5 cm) f1 ( 9 ) 0.3857 0.3702 0.3461 f2 ( 12 ) 1.0330 0.9915 0.9268 f3 ( 15 ) 1.4570 1.3984 1.3071
Dengan semakin panjang penapang yang terkena air maka daya yang diterima mekanisme PLTGL metode pelampung aka semakin besar pula.
C. Hasil Ekperimen
Variasi bentuk pelampung serta variasi tinggi strok dan frekuensi alat pembuat geloambang terhadap tegangan bangkitan bangkitan.
Table 3 Tegangan RMS bangkitan
Tinggi Strok Frekuensi Inventer
V RMS ( V ) Oval Tabung Bola
A1 (5 cm) f1 ( 9 ) 0.2748 0.3022 0.4654 f2 ( 12 ) 0.3085 0.3187 0.4734 f3 ( 15 ) 0.3185 0.4821 0.5241 A2 (6.25 cm) f1 ( 9 ) 0.4381 0.4447 0.5132 f2 ( 12 ) 0.4586 0.4912 0.5207 f3 ( 15 ) 0.4621 0.4943 0.5427 A3 (7.5) f1 ( 9 ) 0.4526 0.4767 0.5153 f2 ( 12 ) 0.5052 0.5309 0.5267 f3 ( 15 ) 0.5188 0.5824 0.5937 Penyajian data telah diolah menggunakan software matlab. • Pengaruh frekuensi dan amplitudo dengan pelampung
oval terhadap energi bangkitan
Gambar. 4 Pengaruh frekuensi dan amplitudo dengan pelampung oval terhadap energi bangkitan
• Pengaruh frekuensi dan amplitudo dengan pelampung tabung terhadap energ bangkitan
• Pengaruh frekuensi dan amplitudo dengan pelampung bola terhadap energ bangkitan
Dari diagram diatas dengan pengaruh frekuensi dan amplitude strok dengan perubahan bentuk pelampung mekanisme PLTGL metode pelampung terhadap energy listrik yang dihasilkan dapat disajiakn dalam sebuah diagram untuk memudahkan dalam proses membandingkan antara ketiga diagram diatas.
Dari setiap variasi bentuk pelampung dengan frekuensi dan amplitudo yang divariasikan akan mempengaruhi daya yang dihasilkan, denagn semakin besar amplitudo gelombang dan frekuensi gelombang yang diberikan akan berpengaruh pada besarnya daya yang dihasilkan pada masing-masing variasi bentuk pelampung. Sehingga untuk perbandingan dari semua bentuk pelampung, didapatkan bentuk pelampung bulat memiliki nilai energy bangkitan yang paling besar sedangkan bentuk pelampung oval memiliki nilai yang paling rendah.
D. Effisiensi Mekanisme
Table 4 Effisiensi mekanisme
Effisiensi performa PLTGL metode pelampung bahwa semakin tinggi frekuensi dan amplitude ombak maka effisiensi daya semakin menurun. Disebabkan, power input yang semakin besar akibat nilai daya ombsk yang meningkat tidak diikuti power output yang dihasilkan.
V. KESIMPULAN
Setelah melakukan beberapa pengujian dan analisa, pada bab ini akan ditarik kesimpulan mengenai beberapa hal yang telah menjadi hasil dari pengujian sebelumnya.
Bentuk pelampung mempengaruhi energi bangkitan yang dihasilkan oleh PLTGL metode pelampung, bentuk pelampung bola memiliki nilai energi bangkitan yang paling besar dan sesuai untuk tipe gelombang yang meiliki frekuensi kecil dan amplitudo kecil sampai frekuensi besar dan amplitudo besar.
Semakin besar frekuensi inverter akan menyebabkan frekuensi gelombang ikut meningkat sehingga energi bangkitan yang dihasilkan akan semakin besar.
Semakin besar amplitudo strok maka tinggi gelombng yang dihasilakn akan semakin tinggi dan menyebabkan energi bangkitan semakin besar.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis ucapakan terima kasih banyak kepada dosen penguji dan dosen pembahas yang telah memberikan kritik dan saran dalam proses pengerjaan penelitian ini, terutama kepada Ayah dan Ibu yang telah memberikan doa sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Masjono.,.“Desain dan Simulasi Konverter Energi Gelombang Laut sebagai Pembangkit Tenaga Listrik”. Jurusan Teknik Industri, Akademi Teknik Industri Makasar, Makasar.(2012)
[2] Pratama, Aryo.“Studi Eksperimental Pengaruh Panjang Batang Dan Massa Pendulum Terhadap Energi Listrik Yang Dihasilkan Pada Simulator Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Sistem Bandul (PLTGL-SB) Ponton Datar”. Jurusan Teknik mesin. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya.(2012)
[3] Sari, Ni Made Wulan Pratama.“Studi Eksperimental Pengaruh Variasi Panjang Lengan Pendulum Terhadap Pola Gerak Bandul Dan Voltase Bangkitan Generator Pada Simulator Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Sistem Bandul (PLTGL-SB) Konis”. Jurusan Teknik Sistem Perkapalan.Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya.(2012)
[4] Subagio, Mega Bagus, Fitri, Sutopo Purwono., Soemartojo.. “ Analisa Teknis Sistem Konversi Pneumatis Energi Gelombang Laut Sebagai
Tinggi Strok
Frekuensi Innventer
Effisiensi (%) Bulat Tabung Oval A1 (5cm) f1 ( 9 ) 63.62 34.15 24.00 f2 ( 12 ) 61.73 30.03 30.11 f3 ( 15 ) 38.73 27.13 15.94 A2 (6.25 cm) f1 ( 9 ) 39.15 30.62 31.80 f2 ( 12 ) 21.06 19.53 18.21 f3 ( 15 ) 14.48 12.51 11.70 A3 (7.5cm) f1 ( 9 ) 34.42 30.68 29.60 f2 ( 12 ) 13.42 14.21 13.76 f3 ( 15 ) 12.09 12.12 10.29
Gambar. 5 Pengaruh frekuensi dan amplitudo dengan pelampung tabung terhadap energi bangkitan
Gambar. 6 Pengaruh frekuensi dan amplitudo dengan pelampung tbola terhadap energi bangkitan
Gambar. 7 Perbandingan tegangan RMS bangkitan yang dihasilkan 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 f1 ( 9 ) f2 ( 12 ) f3 ( 15 ) f1 ( 9 ) f2 ( 12 ) f3 ( 15 ) f1 ( 9 ) f2 ( 12 ) f3 ( 15 ) A1 ( 5 cm ) A2 ( 6.25 cm ) A3 ( 7.5 ) Teg an ga n RM S ( V )
Perbandingan Tegangan RMS yang dihasilkan
Pembangkit Listrik “. Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh November . Surabaya.(2012) [5] Kurniawan, Achmad, Fitri, Sutopo Purwono , Prastowo Hari.“Kajian
Teknis Sistem Konversi Pneumatis Energi Gelombang Laut Menggunakan Tanki Bertekanan Dan OWC (Oscillating Water Column)”. Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh November . Surabaya.(2012)
[6] Yonathan, Ryan.”Analisa Performansi Sistem Pneumatis Terhadap Variasi Pembebanan Pelampung”. Jurusan Teknik Sistem Perkapalan.Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya.(2013) [7] Vinning, J.,“Ocean Wave Energi Conversion”.”Advanced Independent
study report electrical and Computer Engineering Department University of Wiscosin-Madison” (2005) 4-6.
[8] McCormick,M.E. “Ocean Wave Energi Conversion”. Wiley,New York.(1981)
[9] Falcao, Antonio F de O., “Wave Energi Utilization :A review of the technologies.,Elsevier” (2010) 900-915.
[10] D. Dimargonas,Andrew.”Vibration for engineer”. Prentice-Hall International.(2002)
[11] Pujanarsa Astu,MT & Djati Nursuhud. “Mesin Konversi Energi”. Yogyakarta:ANDI(2006)
