PROPOSAL
PENELITIAN UNGGULAN
DANA ITS TAHUN 2020
HALAMAN SAMPUL
Judul Penelitian:
Pengembangan Dan Pengujian Lapangan Pembangkit Listrik Tenaga
Hidrokinetik (PLTHk) Tipe Darrieus - Straight Blade Cascaded
Sistem Terapung Pada Aliran Kanal Terbuka
Tim Peneliti:
Dr. Ridho Hantoro, ST., MT. (Departemen Teknik Fisika / FTIRS) Erna Septyaningrum, ST., MT. (Departemen Teknik Fisika / FTIRS) Juniarko Prananda, ST., MT. (Departemen Teknik Sistem Perkapalan / FTK) Dedi Budi Purwanto ST. MT. (Departemen Teknik Sistem Perkapalan / FTK)
DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA 2020
i
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL ... i
DAFTAR ISI ... i
DAFTAR TABEL ... iii
DAFTAR GAMBAR ... iv
BAB 1 RINGKASAN ... v
BAB 2 LATAR BELAKANG ... 1
2.1 Latar Belakang ... 1
2.2 Rumusan Masalah ... 3
2.3 Tujuan... 4
2.4 Urgensi Penelitian ... 4
2.5 Target Luaran ... 5
BAB 3 TINJAUAN PUSTAKA ... 7
3.1 Analisis Performa Turbin Hidrokinetik... 7
3.2 Konfigurasi Peletakan Turbin ... 2
3.3 Bangunan Apung ... 4
3.4 Gaya Apung... 4
3.5 Gaya Berat ... 4
3.6 Stabilitas Benda di Air ... 5
3.7 Katamaran ... 7
3.8 Response Amplitude Operator (RAO) ... 8
BAB 4 METODE... 10
4.1 Diagram Alir Penelitian ... 10
4.2 Desain Turbin ... 12
4.3 Desain Konfigurasi Eksperimental... 13
4.4 Desain Ponton ... 14
ii
BAB 5 Jadwal Penelitian dan Anggaran Biaya ... 17
5.1 Jadwal Penelitian ... 17
5.2 Anggaran Biaya ... 20
BAB 6 DAFTAR PUSTAKA ... 22
iii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Ukuran geometri turbin 13
Tabel 4.2 Ukuran Geometri Ponton 14
Tabel 4.3 Jadwal Penelitian 17
Tabel 5.4 Alokasi Biaya Penelitian Tahun Pertama 20
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kebutuhan Energi Final Indonesia ... 1
Gambar 2.2 Road map penelitian yang sudah dilakukan (2012 – sekarang) ... 6
Gambar 3.1 Azimuth (ϴ) turbin vertikal aksis ... 7
Gambar 3.2 Konfigurasi umum turbin hidrokinetik : (a) sea bed system dan (b) floating system [3]. ... 2
Gambar 3.3 Degrees of freedom (DOF) pada turbin hidrokinetik. ... 2
Gambar 3.4 Keseimbangan Stabil ... 5
Gambar 3.5 Keseimbangan Unstabil ... 6
Gambar 3.6 Letak Titik Stabilitas ... 6
Gambar 3.7 Profil Kecepatan pada Kapal Katamaran ... 8
Gambar 4.1 Diagram Alir Penelitian Tahun Pertama ... 11
Gambar 4.2 Diagram Alir Penelitian Tahun Kedua ... 12
Gambar 4.3 Turbin cascade darrieus straight blade ... 13
Gambar 4.4 Desain konfigurasi untuk eksperimen turbin hidrokinetik ... 14
Gambar 4.5 Desain Ponton Katamaran ... 14
v
BAB 1 RINGKASAN
Pemerataan elektrifikasi di Indonesia menjadi sebuah tantangan tersendiri bagi para peneliti untuk terus mengembangkan inovasi teknologi dibidang EBT. Untuk menjangkau pemerataan elektrifikasi pada daerah – daerah terpencil dibutuhkan sebuah teknologi yang tepat guna, salah satunya adalah turbin hidrokinetik. Instalasi turbin arus (hidrokinetik) dapat dilakukan dengan menggunakan dua acara, yaitu peletakan di kanal dengan menggunakan sistem jembatan dan peletakan menggunakan platform apung.
Vertical Axis Turbine – Sstraight Blade Cascaded (VAHT-SBC) akan digunakan dalam penelitian ini, dimana turbin diasumsikan diletakkan pada floating platform sehingga beban hidrodinamis (kecepatan arus) berpengaruh terhadap stabilitas platform dalam 6-DOF (Degrees of Freedom) yang terdiri dari 3 gerak rotasional dan 3 gerak translasi pada sumbu x,y,z. Berdasarkan studi literatur yang telah dilakukan, diketahui bahwa sudut kemiringan yang diakibatkan oleh beban hidrodinamis dapat berpengaruh terhadap performansi turbin.
Oleh karena itu, tujuan dalam penelitian ini adalah mengembangkan desain dan purwarupa sistem PLTHk model terapung yang stabil untuk pemanfaatan turbin hidrokinetik jenis VAHT-SBC. Untuk mencapai tujuan tersebut, metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah berbasis simulasi dan eksperimental.
Pada tahun pertama penelitian akan berfokus untuk mendapatkan konfigurasi turbin dengan posisi inklinasi terbaik. Pada tahun kedua, penelitian akan berfokus pada stabilitas model ponton untuk jenis turbin VAHT-SBC. Diharapkan hasil dari penelitian ini adalah sebuah purwarupa PLTHk system terapung yang matang secara teknologi dan kedepannya dapat bernilai komersil. Sebagai penunjang pencapaian kesiapan teknologi tersebut, progress kemajuan selama penelitian akan di publikasikan dalam forum seminar internasional maupun publikasi artikel ilmiah bertaraf internasional. Sehingga, diharapkan hasil dari penelitian ini dapat diakui secara global kematangan teknologi dan kebermanfaatannya.
1
BAB 2
LATAR BELAKANG
2.1 Latar Belakang
Semakin berkembangnya zaman kebutuhan energi di Indonesia semakin meningkat, terutama kebutuhan energi listrik. Listrik menjadi kebutuhan pokok masyarakat dan menjadi penunjang disegala aspek kehidupan, hal ini terjadi karena energi listrik mudah dalam penyaluran dan juga dapat dengan mudah dirubah ke bentuk energi. Begitu pentingnya kebutuhan masyarakat terhadap energi listrik, mengakibatkan sebagian besar kehidupan masyarakat didukung oleh listrik. Tidak hanya masyarakat yang membutuhkan melainkan pembangunan nasional, yang dapat meningkatan taraf hidup bangsa Indonesia. Dapat dibuktikan melalui Outlook Energi Indonesia 2018 yang dibuat oleh Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) yaitu rata-rata pertumbuhan PDB sebesar 6,04% per tahun dalam rentang tahun 2016-2050 yang mengakibatkan laju pertumbuhan kebutuhan energi final sebesar 5,3% per tahun. Maka dari itu, kebutuhan energi final meningkat dari 795 juta SBM pada tahun 2016 menjadi 4.569 SBM pada tahun 2050 dan kebutuhan energi final untuk listrik sebesar 21,3% pada tahun 2050 [1].
Gambar 2.1 Kebutuhan Energi Final Indonesia
Kebutuhan energi final listrik tercatat kebutuhan terbesar kedua setelah kebutuhan BBM sebesar 40,1%, kebutuhan gas di urutan ketiga sebesar 17,7%, diikuti batubara sebesar 11%, dan LPG, bahan bakat nabati (BBN) dan biomass dibawah 4% [1]. Namun, ketersediaan energi listrik untuk kebutuhan dalam lingkup nasional kurang merata secara keseluruhan dapat dibuktikan masih banyaknya desa – desa yang belum terjangkau aliran listrik, hal ini disebabkan dengan meningkatnya kebutuhan beban listrik di perkotaan, mengakibatkan peningkatan kebutuhan energi listrik yang signifikan. Sehingga diperlukan inovasi terbaru
2
untuk mengembangkan energi yang telah ada menjadi energi baru-terbarukan agar dapat digunakan secara berkelanjutan. Salah satu implementasi dari energi baru-terbarukan yaitu menggunakan energi hidrokinetik.
Turbin hidrokinetik merupakan adaptasi dari tubin angin lepas pantai dimana teknologi yang digunakan pada turbin hidrokinetik mirip dengan turbin angin. Teknologi di bidang turbin hidrokinetik masih dalam tahap pengembangan sehingga masih banyak celah kajian yang harus di teliti. Karena teknologi turbin angin sudah relatif lebih matang maka dapat digunakan reliabilitas data dari hasil analisa tubin angin sebagai referensi turbin hidrokinetik [2].
Konfigurasi turbin hidrokinetik dibagi menjadi dua menurut peletakannya yaitu di dasar laut dan menggunakan platform apung [3]. Lebih ringkasnya, platform apung biasanya terhubung dengan sistem mooring yang terdiri dari kabel atau rantai dan berfungsi untuk menjaga platform agar tetap stabil saat dikenai beban lingkungan (arus air, angin, dan gelombang laut). Meskipun sistem mooring dapat membatasi pergerakan pada platform apung, sistem mooring masih sulit untuk menjaga agar paltform berada pada posisi yang benar – benar steady, hal ini disebabkan karena adanya pengaruh dari beban stokastik gelombang laut [4].
Konversi energi lepas pantai telah berkembang dalam skala penelitian maupun komersil, baik energi kinetik angin maupun energi kinetik arus air [5]. Konversi energi kinetik dibagi menjadi dua berdasarkan axisnya yaitu Horizontal Axis Turbine (HAT) dan
Vertikal Axis Turbine (VAT) [6]. Floating VAT mempunyai beberapa kelebihan dibanding
dengan floating HAT di antaranya stabilitas daya apung, profil blade yang sederhana, fatigue
load gravity yang lebih rendah, investasi yang lebih rendah dan mampu berputar pada arus
yang relatif rendah, dimana hal ini sesuai dengan keadaan arus laut dan perairan di Indonesia [8], [9].
Penelitian dibidang PLTHk (Pembangkit Listrik Tenaga Hidrokinetik) telah dilakukkan sejak tahun 2009. Pada tahapan sebelumnya, kelompok peneliti energi hidrokinetik ITS telah melakukan penelitian dan pengembangan teknologi hidrokinetik turbin, yang mencakup aspek: bentuk, ukuran, tipe, dan parameter-parameter fisis yang mempengaruhi kinerja turbin hidrokinetik, serta berhasil melakukan site-test prototype pada kanal terbuka.
Prototype turbin yang dikembangkan merupakan modifikasi dari turbin hidrokinetik
3
site test dan simulasi numerik menunjukkan bahwa turbin tersebut memiliki koefisien kinerja
0.42.
Saat ini, pengembangan untuk turbin hidrokinetik pada kanal terbuka yaitu menggunakan sistem terapung dengan menggunakan ponton katamaran (floating
hydrokinetic turbine). Selain, mudah untuk dipindahkan, keunggulan lain penggunaan
Ponton untuk turbin hidrokinetik juga dapat berfungsi untuk mengurangi kerusakan ekosistem air, dikarenakan ponton menggunakan mekanisme terapung, sehingga turbin hidrokinetik tidak akan bersentuhan dengan dasar atau tanah disekitar sungai [9].
Penelitian di bidang hidrokinetik akan terus dilakukan guna mencapai teknologi PLTHk yang tepat guna untuk meningkatkan elektrifikasi di Indonesia terutama pada pulau – pulau terpencil yang biasanya tidak terjangkau oleh listrik dari pemerintah. Untuk menjawab kebutuhan tersebut, kelompok peneliti energi hidrokinetik ITS, berkomitmen akan melakukan riset mengenai konfigurasi turbin hidrokinetik hingga layak komersil dan sesuai untuk di implementasikan pada daerah – daerah tersebut.
2.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka rumusan masalah yang akan diangkat dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Tahun ke - 1 (Pelaksanaan Tahun 2020), Fabrikasi Turbin, Platform Apung, Pengujian Skala Lab.
Hidrokinetik turbin merupakan komponen utama pengkonversi energi arus air dalam PLTHk (Pembangkit Listrik Tenaga Hidrokinetik) sistem terapung. Dimana posisi inklinasi turbin dan lokasi instalasi turbin pada platform apung akan berpengaruh terhadap performansi pembangkitan energi oleh turbin. Oleh karena itu, diperlukan informasi yang lebih mendalam terkait dengan sudut kemiringan turbin terhadap performansi turbin dan informasi stabilitas platform apung yang sesuai dengan perilaku turbin hidrokinetik (VAHT-SBC) dengan melakukkan pengujian skala lab maupun simulasi.
Tahun ke - 2 (Pelaksanaan Tahun 2021) Pengujian Lapangan di Kanal Terbuka
Penelitian PLTHk system terapung ini dilakukkan secara parsial, dimana pengujian performansi turbin dan pengujian stabilitas patform apung dilakukkan secara terpisah ditahun pertama. Kemudian penelitan parsial (turbin hidrokinetik dan model platform apung)
4
tersebut akan di uji dilingkungan sebenarnya untuk memvalidasi model yang telah diteliti di tahun pertama.
2.3 Tujuan
Berdasarkan rumusan masalah tersebut, maka tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Tahun ke - 1 (Pelaksanaan Tahun 2020)
1. Desain dan fabrikasi turbin hidrokinetik VAHT – SBC dengan ukuran 40 cm x 40 cm. 2. Pengujian lapangan turbin hidrokinetik VAHT - SBC di kanal terbuka untuk
mendapatkan konfigurasi inklinasi turbin terbaik.
3. Pembuatan dan Pengujian model platform apung PLTHk system terapung skala lab menggunakan water tunnel.
Tahun ke - 2 (Pelaksanaan Tahun 2021)
1. Fabrikasi model platform apung untuk system PLTHk
2. Integrasi hasil fabrikasi model platform apung dan hasil fabrikasi turbin hidrokinetik VAHT – SBC untuk PLTHk system terapung
3. Pelaksanaan site test di kanal terbuka
2.4 Urgensi Penelitian
Beberapa aspek yang menjadi urgensi dalam penelitian ini, yaitu :
1. Ditinjau dari segi kemanfaatan, turbin hidrokinetik dengan konfigurasi terapung memiliki karakteristik yang khas, yaitu praktis dan dinamis. Praktis dalam hal ini adalah mudah diterapkan di berbagai kondisi aliran air (sungai, kanal dan laut). Dinamis dalam pengertian ini adalah mudah untuk dipindahkan tanpa merusak struktur lokasi instalasi. Mengingat goal besar dari penelitian ini adalah komersialisasi dan tepat guna untuk masyarakat global, terutama untuk masyarakat di pulau – pulau terpencil yang berharap mendapatkan pasokan listrik.
2. Tema penelitian ini merupakan salah satu cabang dari peta jalan (roadmap) penelitian yang telah dilakukan oleh peneliti, sebagai bagian dari pengembangan riset – riset terkemuka dibidang “Energi Berkelanjutan” dan termasuk dalam Rencana Induk Riset Nasional 2017-2045 yang dikeluarkan oleh Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi.
5
2.5 Target Luaran
Terdapat beberapa target luaran dari penelitian yang akan diusulkan, yaitu :
Tahun 1 (Pelaksanaan Tahun 2020)
1. Purwarupa turbin hidrokinetik VAHT-SBC
2. Publikasi makalah ilmiah pada Seminar Internasional.
3. Design Engineering Drawing (DED) PLTHk Sistem Terapung.
Tahun 2 (Pelaksanaan Tahun 2021)
1. Purwarupa berupa Ponton untuk Pembangkit Listrik Tenaga Hidrokinetik (PLTHk). 2. Laporan hasil kinerja PLHk Sistem terapung.
6
Gambar 2.2 Road map penelitian yang sudah dilakukan (2012 – sekarang) (D-1) Design array hydrokinetic ocean
turbine dengan variasi arah gelombang
(PS-2) Kemampuan Self Start Pada
VACT Terhadap Variasi Tipe Pitch - 2011
(PC-1) Power Control System Pada VACT Tipe
Darrieus Menggunakan Generator DC - 2012
(PS-3) Variasi Sudut Pitch dan
Jumlah Blade pada VACT - 2012
(SV-1) Getaran Lateral Dan Torsional Pada
Poros VACT Dengan Massa Tergumpal – 2013
(PS-4) Passive-Pitch Dengan Flapping Wing
Pada VACT Darrieus Straight-Bladed - 2014
(AT-1) Design array hydrokinetic ocean
turbine dengan variasi arah gelombang
(H-1) Pengaruh ketinggian dan frekuensi
gelombang terhadap kinerja turbin (PS-1) Passive-Pitch Pada VACTDarrieus Straight-Bladed - 2010
HYDROKINETIC TURBINE (WATER CURRENT
APPLICATION)
STRUCTURE & VIBRATION DIFFUSER
ARRAY TURBINE
POWER & CONTROL PHONTON AND MORING
DESIGN EFFECT OF OCEAN ENVIRONMENT
ON HYDRODYNAMICS
(H-2) Studi Eksperimental Pengaruh Jumlah Foil Terhadap
Efisiensi Turbin Heliks Straight Blade Cascade - 2014
(AT-2) Analisis Perubahan Sudut Kemiringan Strip Turbin V
Blade Darrieus Terhadap Performansi dan Profil Wake - 2014
(D-3) Simulasi Efek Rasio Penyumbatan Channel
Penampang Trapesium Dan Efek Bursting Terhadap Kinerja Turbin Vertikal Arus Sungai - 2015
(AT-3) Analisis Profil Aliran Fluida Di Belakang Liner
(Penyearah Aliran) Dengan Turbin Arus Sungai Tipe Straight-Blade Darrieus -2015
(D-2) Analisa Pengaruh Geometri Kanal Terhadap Kinerja
Turbin Vertikal Aksis Jenis Darrieus Straight Bladed - 2015
(H-4) Rancang Bangun Turbin Arus Laut Sumbu Vertikal
Straight Blade Cascade Dengan Pengaruh Variasi Jumlah Blade Terhadap Efisiensi Turbin – 2016/2017
(SV-2) Respon Getaran Lateral Dan Torsional Pada
Poros Turbin Sumbu Vertikal Arus Sungai Tipe
Darrieus Flapped Blade - 2014
(PC-2) Pengembangan Generator Less Lenz
Untuk Karakteristik Low-RPM - 2013
(PC-3) Prototype Generator Less Lenz Untuk
Karakteristik Low-RPM – 2015/2016
(PC-4) Integrasi Control Pada Generator Less
Lenz Untuk Karakteristik Low-RPM – 2016/2017
(H-3) Pengujian Efek Perubahan Dimensi Turbin
Hidrokinetik Sumbu Vertikal Straight Blade Cascade - 2015
(AT-4) Profil Wake Di Belakang Array-Turbine
Arus Laut Tipe Darrieus Cascade – 2017/2018
(H-7) Studi Experimental Effect Jumlah Blade dan Jarak
Antar Blade terhadap performansi turbin VAHT-SBC
(PS-5) Studi Experimentale Efek Posisi dan Jumlah
Passive-Pitch Blade terhadap Performansi VAHT-SBC (PC-5) Integrasi Generator pada VAHT-SBC
(PC-6) Load Control pada Pembangkit
Listrik Hidrokinetik
(SV-3) Studi Numerik Efek bentuk Arm terhadap
Perfomansi dan Beban Dinamik VAHT
(SV-4) Studi Numerik Beban Dinamik pada
VAHT-SBC
(H-5) Efek Kemiringan Poros Terhadap Performansi
Hidrokinetik Tipe Darrieus-Straight Blade Cascaded 2018
(H-5) Studi Eksperimental Pengaruh Perbesaran Dimensi
dan Konfigurasi Counter-Rotating Turbin terhadap Performansi Turbin Arus Laut Vertical Axis Straight Blade Cascade – 2016/2017
(AT-5) Studi Eksperimental Counter-rotating Turbine
dalam Konfigurasi Array Turbin Hidrokinetik Tipe Darrieus Straight-blade – 2017/2018
(H-7) Analisa Kestabilan Ponton pada PLTHk (Pembangkit Listrik Tenaga Hidrokinetik) (H-6) Studi Eksperimental Inklinasi Turbin pada Beban
7
BAB 3
TINJAUAN PUSTAKA
3.1 Analisis Performa Turbin Hidrokinetik
Terdapat beberapa variabel untuk mengevaluasi sebuah Turbin Hidrokinetik. Diantaranya ialah Reynold number (Re), kecepatan sudut (ω), tip speed ratio (TSR), torsi (T), coefficient of torque (Ct), daya mekanik, dan efisiensi.
Reynold Number adalah rasio antara gaya inersia terhadap gaya viskos terhadap suatu
kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk menunjukkan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen.
𝑅𝑒 =𝜌𝑣𝐷
𝜇 (3.1)
Kecepatan sudut merupakan banyaknya putaran turbin dalam satuan waktu tertentu. Kecepatan sudut turbin dapat dinyatakan dalam satuan RPM (rotation per minute) atau rad/s. Variabel TSR masih berhubungan dengan RPM. TSR adalah perbandingan antara kecepatan tangensial foil turbin dengan kecepatan arus air. Nilai TSR menyatakan seberapa cepat turbin berputar terhadap kecepatan arus tertentu. Secara matematis, TSR dinyatakan dalam persamaan berikut.
λ =𝑅𝜔
𝑉 (3.2)
Torsi merupakan perkalian antara gaya dengan jari-jari turbin. Torsi dapat pula dinyatakan sebagai kekuatan turbin dalam berputar. Turbin vertikal aksis memiliki sudut azimuth 0o ketika leading edge dari standard blade (blade referensi / foil referensi) berhadapan langsung dengan arah arus. Gambar 3.1 menunjukkan besarnya azimuth (ϴ) dalam turbin vertikal aksis.
2
3.2 Konfigurasi Peletakan Turbin
Konfigurasi utama pada peletakan turbin hidrokinetik yang umum di pakai ditunjukkan di Gambar 3.2, dimana pada (a) konfigurasi HAT dan VAT diletakkan di dasar laut, sedangkan gambar (b) menunjukkan konfigurasi HAT dan VAT yang didukung dengan floating platform.
Gambar 3.2 Konfigurasi umum turbin hidrokinetik : (a) sea bed system dan (b) floating
system [3].
Seperti konfigurasi yang telah disebutkan diatas, bahwa swept area dari turbin cenderung relatif lebih kecil terhadap total dimensi dari sistem turbin. Meskipun dapat menggunakan floating platform untuk mengangkat struktur turbin yang terendam, jangkauan kedalaman yang dapat digunakan memiliki batasan karena tingginya beban hidrodinamis pada turbin. Menambah ukuran turbin untuk mendapatkan energi yang lebih besar membutuhkan kekuatan struktur pendukung yang cukup besar untuk menjaga posisi turbin agar tetap tegak lurus [3].
Gambar 3.3 Degrees of freedom (DOF) pada turbin hidrokinetik.
Floating platform biasanya menggunakan mooring system untuk menjaga platform
3
platform, namun sulit untuk menjaga platform agar tetap stabil pada posisinya karena adanya
gaya gelombang laut. Platform akan memiliki gerak yang berlebih pada 6-DOF dibawah pengaruh beban lingkungan seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.3, 6-DOF termasuk 3 gerakan rotasi dan 3 gerakan translasi.
Variabel Coefficient of torque (Ct) masih berhubungan dengan torsi turbin. Coefficient
of torque (Ct) adalah koefisien yang menyatakan besarnya torsi suatu turbin terhadap
kecepatan arus tertentu. Berdasarkan koefisien ini, peneliti dapat membandingkan besarnya torsi satu turbin dengan turbin yang lain, walaupun tipe dan dimensi turbin yang dibandingkan berbeda satu sama lain. Atau dengan kata lain variabel Ct merupakan variabel yang comparable untuk membandingkan besarnya torsi satu turbin dengan turbin yang lain. Secara matematis, Ct dinyatakan oleh persamaan berikut.
𝐶𝑇 = 𝑇
1 2𝜌𝐴𝑉2𝑅
(3.3)
Daya mekanik turbin merupakan perkalian antara kecepatan sudut (rad/s) dengan torsi turbin (Nm). Semakin besar daya mekanik suatu turbin, maka potensi daya listrik yang dapat dihasilkan juga semakin besar. Sedangkan, efisiensi merupakan perbandingan antara daya mekanik (daya output turbin) dengan daya yang tersedia (daya input arus air). Daya input arus air sangat dipengaruhi oleh kecepatan arus (V). Efisiensi yang dimaksud pada Tugas Akhir ini ialah efisiensi mekanik dari turbin. Efisiensi menyatakan persentase daya mekanik (daya output turbin) yang dapat dihasilkan terhadap daya input arus air tertentu. Semakin besar efisiensi, maka semakin besar daya yang dapat dihasilkan oleh turbin tersebut. Oleh karena itu, performansi turbin direpresentasikan dalam efisiensi.
Berdasarkan variabel efisiensi, peneliti dapat membandingkan performansi satu turbin dengan turbin yang lain, walaupun tipe dan dimensi turbin yang dibandingkan berbeda satu sama lain. Atau dengan kata lain efisiensi merupakan variabel yang comparable untuk membandingkan besarnya performansi satu turbin dengan turbin yang lain. Efisiensi biasa pula disebut dengan Coefficient of Power (Cp). Secara matematis, Cp dinyatakan oleh persamaan berikut . Sedangkan efisiensi sama seperti Cp, akan tetapi dinyatakan dalam persentase. 𝑃 = 𝑇𝜔 (3.4) 𝐶𝑃 = 𝑃 𝑃𝑎𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒= 𝑇𝜔 0,5𝜌𝐴𝑉3 = 𝑇 0,5𝜌𝐴𝑉2𝑅. 𝑅𝜔 𝑉 = 𝐶𝑇 𝑥 λ (3.5) 𝜂 = 𝑃 𝑃𝑎𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒. 100% = 𝑇𝜔 0,5𝜌𝐴𝑉3. 100% (3.6)
4
3.3 Bangunan Apung
Pengertian dari bangunan apung adalah suatu objek atau konstruksi yang mengapung di atas air yang digunakan untuk tujuan tertentu. Contoh dari bangunan apung yang banyak dikenal adalah kapal yang biasa digunakan sebagai sarana angkutan barang ataupun transportasi. Ponton juga merupakan salah satu jenis bangunan apung, tidak memiliki sistem penggerak sehingga gerakannya sangat dipengaruhi oleh gerakan gelombang laut atau arus air pada sungai. Berikut gaya-gaya yang berlaku pada bangunan apung.
3.4 Gaya Apung
Hukum gaya apung ditemukan ditemukan oleh Archimedes lebih dari 2200 tahun yang lalu [13]. Prinsip Archimedes didapatkan melalui pengamatan sederhana yaitu sebuah benda yang mengapung di air yang mengalami fenomena dimana bobot dari benda tersebut berkurang meskipun pada benda sudah bekerja gaya berat, fenomena tersebut dikarenakan adanya gaya keatas, yang dinamakan gaya apung (buoyancy). Besar dari gaya apung setara dengan massa air yang dipindahkan oleh benda yang tercelup di air [14]. Seperti yang telah dibahas pada hukum Archimedes, semua benda yang berada di dalam air akan mengalami gaya apung (bouyancy). Adapun bunyi hukum Archimedes adalah :
“Benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami gaya angkat yang besarnya setara dengan berat volume zat cair yang dipindahkan.”
Berdasarkan Kim, Chang Gil, (2001) memformulasikan buoyancy dengan persamaan sebagai berikut :
𝐹𝐴 = 𝜌 . 𝑔 . 𝑉𝑎 (3.7)
Dimana :
FA = Gaya Apung
ρ = Massa Jenis
g = Kecepatan Gravitasi
Va = Volume Air yang dipindahkan
3.5 Gaya Berat
Pada bangunan apung selain memperoleh gaya apung, bangunan apung juga memperoleh gaya yang mengarah ke bawah yaitu gaya berat. Pada semua benda terdapat memiliki gaya berat dan pada suatu benda terdapat titik kumpul dari semua
5
gaya yang bekerja pada benda yang biasa disebut titik berat (center of gravity). Untuk mencari nilai dari gaya berat bias dilihat melalui persamaan dibawah ini
𝑊 = 𝑚 . 𝑔 (3.8)
Dimana :
W = Gaya Berat
m = massa benda
g = kecepatan gravitas
3.6 Stabilitas Benda di Air
Sebuah benda dikatakan stabil atau dalam keadaan seimbang ketika jumlah dari gaya yang bekerja pada benda dan jumlah dari momen yang bekerja pada benda terhadap suatu titik sama dengan nol. Ketika suatu benda di air mengalami senget/kemiringan maka titik B akan bergeser ke titik B’ dan titik G akan menjadi metasentris (M), jarak antara metasentris (M) dengan titik G dapat disebut ketinggian metasentris (GM). Keadaan setimbang suatu benda dibagi menjadi tiga kondisi yaitu keseimbangan stabil (stable equilibrium), keseimbangan netral (neutral equilibrium) dan keseimbangan labil (unstable equilibrium) [15].
Gambar 3.4 Keseimbangan Stabil
Sebuah benda yang berada pada posisi keseimbangan dikenai pengaruh dari luar dan berubah ke suatu posisi baru, lalu ketika pengaruh luar hilang/tidak ada mampu bergerak kembali ke posisi awal, kondisi ini disebut keseimbangan stabil (stable
equilibrium) dan bisa disebut stabilitas positif terhadap acuan keseimbangan posisi
awalnya yang terbentuk karena adanya gaya apung dan gaya berat. Kondisi kesetimbangan stabil terjadi ketika titik M berada diatas titik G [15].
Apabila saat benda tersebut dikenai pengaruh luar dan bergerak dari posisi kesetimbanganya ke posisi baru, kemudian ketika pengaruh luar tersebut hilang/tidak ada, benda tidak kembali ke posisi awalnya dan tetap pada posisi baru tersebut, kondisi
6
ini disebut keseimbangan netral (neutral equilibrium), dimana letak titik titik M dan titik G bertepatan atau GM sama dengan nol [15].
Gambar 3.5 Keseimbangan Unstabil
Apabila suatu benda setelah dikenai pengaruh luar dan bergerak ke posisi baru, kemudian ketika pengaruh dari luar hilang/tidak ada, benda tersebut terus bergerak menjauhi posisi awalnya, maka kondisi keseimbangan ini dikatakan keseimbangan labil (unstable equilibrium), dimana letak titik M berada dibawah titik G dan kondisi
ini dapat digolongkan sebagai stabilitas negatif terhadap acuan posisi awalnya.
Gambar 3.6 Letak Titik Stabilitas
• Titik Berat (Center of Gravity, G)
Titik berat (G) dapat diartikan sebagai titik tangkap dari semua gaya yang bekerja pada suatu benda dan mengarah ke bawah. Letak titik berat (G) pada benda tanpa muatan ditentukan oleh hasil percobaan stabilitas. Perlu diketahui bahwa letak titik berat (G) bergantung dari pembagian berat yang bekerja pada benda. Jadi, selama tidak ada berat yang digeser titik berat (G) tidak akan berubah walaupun benda mengalami oleng atau mengangguk/trim. Berat turbin pada penelitian ini ± 1 ton, dimana akan mempengaruhi letak titik berat (G) jikalau posisi dari turbin digeser dan mempengaruhi respon gerak ponton ketika terkena gaya dari luar.
7 • Titik Apung (Center of Buoyancy, B)
Titik apung (center of buoyancy) biasa dikenal dengan titik B dari sebuah benda yang mengapung, merupakan titik tangkap dari semua gaya yang menekan kearah atas dari bagian benda yang tercelup di dalam air. Titik apung (B) akan berubah-ubah seiring dengan perubahan sarat kapal (draft), jadi titik apung (B) tidak merupakan suatu titik yang tetap. Dalam teori stabilitas benda di air, titik apung (B) yang menyebabkan suatu benda mampu untuk kembali ke posisi awal setelah mengalami oleng atau mengangguk/trim. Letak dari titik apung (B) juga bergantung pada besarnya kemiringan dari benda (bila kemiringan berubah maka letak titik apung (B) akan berubah).
• Titik Metasentris (M)
Titik metasentris atau sering disebut dengan titik M ialah sebuah titik semu dari batas dimana titik berat (G) tidak boleh melewati dan berada di atasnya agar benda tetap pada kondisi stabilitas positif atau keseimbangan stabil. Meta memiliki arti berubah, jadi letak titik metasentris tidak tetap atau berubah-berubah bergantung dari besarnya sudut senget/kemiringan. Apabila benda mengalami senget, maka titik apung (B) bergerak di sepanjang busur dengan titik M poros atau titik pusat pada bidang tengah benda (center of line).
3.7 Katamaran
Kapal tipe katamaran merupakan jenis kapal yang memiliki dua lambung yang saling terhubung dengan konstruksi geladak yang kuat dan merentang diatas nya yang mampu menahan momen bending (bending moment) dan gaya geser (shear force) yang bekerja pada garis tengah kapal (center of line). Kapal jenis ini sudah banyak diterapkan dalam dunia perkapalan. Sampai sekarang kapal jenis ini banyak digunakan untuk kapal-kapal penumpang, perahu-perahu layar, dan juga perahu nelayan. Banyak model bentuk dari kapal katamaran, namun dapat disederhanakan menjadi tiga model bentuk dasar yaitu :
1. Simetri
2. Flat dibagian dalam (inner flat hull) 3. Flat dibagian luar (outer flat hull)
Profil aliran setelah menabrak ketiga bentuk diatas dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
8
Gambar 3.7 Profil Kecepatan pada Kapal Katamaran
Penelitian yang dilakukan oleh Deddy Chrismianto menunjukkan bahwa bentuk lambung kapal yang memiliki bentuk flat di salah satu sisi nya memiliki hambatan yang lebih kecil jika dibandingkan dengan bentuk lambung kapal yang simetri.
Banyak dilakukan penelitian dan pengembangan kapal katamaran untuk berbagai penerapan pada dunia perkapalan yang diyakini memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan kapal monomaran. Keunggulan kapal katamaran yaitu :
1. Kapal katamaran memiliki tahanan geser yang lebih kecil dibandingkan kapal monomaran dengan lebar kapal sama, sehingga memiliki imbas pada kecepatan kapal katamaran lebih besar dengan daya dorong yang sama. 2. Kapal katamaran memiliki lebar geladak yang lebih besar
3. Volume benaman dan luas permukaan basah cenderung kecil
4. Memiliki stabilitas yang lebih baik karena memiliki dua lambung 5. Memiliki tahanan yang lebih kecil, maka menghemat biaya operasional 6. Frekuensi gelombang yang tinggi namun amplitude gelombang relative kecil,
sehingga kenyamanannya lebih tinggi [16].
3.8 Response Amplitude Operator (RAO)
Response Amplitude Operator (RAO) adalah fungsi respon yang terjadi akibat gelombang dalam domain frekuensi yang mengenai struktur mengapung, dimana merupakan rasio output terhadap input yang diberikan [17]. Penerapan RAO biasa digunakan dalam industri minyak dan gas lepas pantai untuk mentransfer beban luar (gelombang) dalam domain frekuensi ke bentuk respon pada suatu struktur. Menurut Djatmiko (2012), respon gerakan RAO terbagi menjadi dua yaitu:
9
a. Respon gerakan RAO untuk gerakan translasi yaitu surge, sway¸ dan heave (k = 1, 2, 3 atau x, y, z), merupakan perbandingan langsung antara amplitudo gerakannya dibanding dengan amplitudo gelombang insidental. Persamaan dibawah ini digunakan untuk menentukan RAO untuk gerakan translasi
𝑅𝐴𝑂 =𝑋𝑝(𝜔)
Ƞ(𝜔) (𝑚 𝑚⁄ ) (3.9)
Dimana :
Xp (ω) = Amplitudo dari struktur Ƞ (ω) = Amplitudo gelombang
b. RAO untuk gerakan rotasi yaitu roll, pitch, dan yaw (k = 3, 4, 5 atau θ, ϕ , ψ) adalah merupakan perbandingan antara amplitudo gerakan rotasi (dalam radian) dengan kemiringan gelombang (hasil kali antara angka gelombang, Kw= ω2/g, dengan amplitudo gelombang datang) [18][19]. Persamaan
digunakan untuk menentukan RAO gerakan rotasi adalah sebagai berikut
𝑅𝐴𝑂 = 𝑋𝑝(𝜔)
𝐾𝑤.Ƞ(𝜔)=
𝑋𝑝(𝜔)
(𝜔2 𝑔⁄ )Ƞ(𝜔)(𝑟𝑎𝑑 𝑟𝑎𝑑⁄ ) (3.10)
Jika ingin mengubah amplitude respon gerakan rotasi kedalam satuan derajat, maka persamaan diatas dirubah dengan 1 rad = 57,3°
10
BAB 4 METODE 4.1 Diagram Alir Penelitian
Dasar dari penelitian PLTHk (Pembangkit Listrik Tenaga Hidrokinetik) Sistem Terapung ini meliputi desain model, studi simulasi, pengujian laboratorium dan pengujian lapangan dengan jangka waktu dua tahun. Penelitian ini dimulai dengan melakukkan pembuatan konsep desain PLTHk Sistem Terapung yang diajukan untuk pendanaan penelitian.
Pada tahun pertama, desain turbin VAHT – SBC (Vertical Axis Hidrokinetik Turbine
- Straight Blade Casscaded) dimensinya akan disesuaikan dengan site testing yang telah
disurvey. Selanjutnya, turbin dan support sistem akan difabrikasi berdasarkan kondisi lingkungan site testing. Pengujian eksperimental yang dilakukkan meliputi inklinasi turbin terhadap performansinya, rpm, torsi ,dll. Data yang diperoleh kemudian akan disimulasikan lebih lanjut menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk memperoleh informasi lebih mendalam terkait fenomena – fenomena yang terjadi pada turbin saat eksperimental. Hasil dari pengujian turbin secara eksperimental maupun simulasi selanjutnya akan dipublikasikan ke Forum Jurnal Internasional.
Langkah selanjutnya adalah mendesain platform apung dan melakukkan simulasi untuk stabiltas platform apung. Setelah variasi platform apung yang stabil didapatkan, fabrikasi platform apung dann turbin hidrokinetik skala kecil “Skala Laboratorium” dilakukkan untuk diujikan di water tunnel dan diharapkan hasil simulasi dan eksperimental lab sudah bisa saling sesuai atau tervalidasi.
Tahun ke – 2, pengembangan desain platform apung dan simulasi dilakukkan lebih jauh untuk mendapatkan stabilitas ponton yang baik ketika platform apung diintegrasikan dengan turbin VAHT-SBC skala site testing. Setelah menemukan konfigurasi ponton terbaik, selanjutnya adalah melakukkan Detail Engineering Drawing (DED) untuk kemudian platform apung dan support turbin difabrikasi dengan ukuran yang sesuai dengan
site testing.
Hasil analisa dari perhitungan simulasi dan data eksperimental akan diajukkan untuk publikasi jurnal internasional yang kedua. Sehingga, pada monitoring dan evaluasi tahun kedua, purwarupa skala Lab, purwarupa site testing dan dua publikasi ilmiah telah dilakukkan dalam kurun waktu dua tahun masa penelitian. Diagram alir penelitian ditunjukkan pada gambar 4.1 dan 4.2.
11
PENELTIAN TAHUN KE - 1
TIM PENELITI DRPM MANUFAKTUR LOKASI DAN KETERANGAN
PENGGUNAAN Koordinasi Tim Penelitian protoype PLTHk Terapung Seleksi Kelayakan Pendanaan Persetujuan Pendanaan
Desain dan Set up Experimental Turbin VAHT-SBC Keterangan: 1. Pembuatan Proposal dan Desain PLTHk Sistem Terapung 2. Desain PLTHk Sistem Terapung yang meliptui desain turbin dan eksperimental setup untuk pengujian turbin di kanal terbuka. 3. Site Test Ekperimental dilakukan dengan variasi kemiringan yang ditentukan dan variasi kemiringan bebas.
Data yang diambil: a. Torsi turbin b. RPM turbin c. Sudut Inklinasi Turbin 4. Simulasi dilakukkan untuk kecepatan arus 0.7 m/s, 1 m/s, 1.5 m/s, dan 2 m/s dan pada kemiringan turbin 0 º, 15º, 30º dan kemiringan bebas (relative terhadap kecepatan arus) 5. Simulasi dilakukkan untuk mengetaahui stabilitas platform apung pada kecepatan arus 1.5 m/s, 2 m/s dan 2.5 m/s untuk 2 jenis platform apung simetris dan asimetris
6.
Pengujian PLTHk Sistem Terapung dilakukkan di Laboratorium konversi energi dan pengkondisian lingkungan di DTF menggunakan water tunnel Fabrikasi Turbin VAHT-SBC Penyediaan kebutuhan bahan dan peralatan Site Testing inklinasi turbin di Kanal Terbuka Analisa data (kinerja turbin) Studi Komputasi (Simulasi) Analisa Hasil Eksperimental dan Simulasi Penentuan Konfigurasi Kemiringan Turbin Terbaik Monitoring dan Evaluasi TAHUN KE - 2 Submit Jurnal Internasional Desain Platform Apung PLTHk
Fabrikasi Platoform Apung Dan Turbin Hidrokinetik
Skala Laboratorim Pengujian Sistem PLTHk Terapung Skala Laboratorium Simulasi Komputasional Stabilitas Platform Apung Survey Lokasi Pengujian Ket 3 Ket 4
12
PENELTIAN TAHUN KE - 2
TIM PENELITI DRPM MANUFAKTUR LOKASI DAN KETERANGAN
PENGGUNAAN Pengembangan model ponton Fabrikasi model ponton Penyediaan kebutuhan bahan dan peralatan Site Testing Simulasi Integrasi Turbin
VAHT-SBC dan Platform Apung Analisa Hasil Simulasi Penentuan Konfigurasi Ponton terbaik Monitoring dan Evaluasi Akhir SELESAI Publikasi Jurnal Internasional Penyusunan Laporan Akhir Analisis data eksperimental Tahun ke - 1 Keterangan: 1.
Pada tahap ini, penelitian yang dilakukkan adalah membuat purwarupa skala laboraorium dan telah didapatkan model dan stabilitas apungnya.
2.
Setelah bentuk ponton terbaik didapatkan ditahun pertama, pada tahun kedua dilakukkan simulasi pada ponton katamaran dengan jarak ponton 0.5 m, 0.75m, dan 0.5 m. posisi peletakkan
turbin VAHT-SBC
disimulasikan dengan variasi jarak 0.25 m berturut – urut hingga 2 m dibelakang ponton.
3.
Site Test integrasi turbin VAHT-SBC dan Platform Apung dilakukkan pada kanal terbuka Data yang diambil: a. Torsi turbin b. RPM turbin c. Sarat air d. Stabilitas PLTHk Sistem Terapung DED PLTHk Sistem Terapung Monitoring dan Evaluasi Kemajuan
Gambar 4.2 Diagram Alir Penelitian Tahun Kedua
4.2 Desain Turbin
Turbin yang digunakkan dalam penelitian ini jenis adalah turbin vertikal jenis Darrieus
Straight-Blade memiliki blade sebanyak 9 buah dan disusun cascade dalam 3 arm. Jenis hydrofoil yang digunakan adalah NACA 0018, yang merupakan jenis hydrofoil simetris.
13
Tabel 4.1 Ukuran geometri turbin
No Besaran Nilai
(cm)
1 Chord 5
2 Span 40
3 Arm 20
4 Diameter Shaft Atas 2
5 Diameter Shaft Bawah 1
6 Panjang shaft 150
Turbin yang akan digunakan dalam penelitian ini memiliki aspek rasio 8:1 yang merupakan perbandingan antara span (panjang blade) dan cord dimana panjang cord adalah 5 cm dan panjang span adalah 40 cm. Ratio height to diameter (β) adalah 1 :1 sehingga tinggi turbin 40 cm dan diameter turbin adalah 40 cm. Shaft (poros) turbin dibuat mengecil dari diameter atas 2 cm menjadi 1 cm di bawah turbin dengan tinggi shaft sebesar 150 cm.
Gambar 4.3 Turbin cascade darrieus straight blade 4.3 Desain Konfigurasi Eksperimental.
Uji eksperimental akan dilakukan di Towing Tank Laboraturium Hidrodinamika, Fakultas Teknologi Kelautan ITS. Towing tank yang digunkan memiliki panjang 50 meter, lebar 3 meter dengan kedalaman 2 meter. Untuk menghasilkan kecepatan arus air dengan kecepatan tertentu, towing tank dilengkapi dengan kereta tarik yang mampu bergerak sesuai dengan kecepatan yang diinginkan.
Pengujian akan dilakukan pada beberapa variasi kecepatan dan variasi sudut kemiringan. Pengujian awal telah dilakukan untuk mengetahui performansi turbin pada kemiringan 0° (tegak lurus). Pengukuran kecepatan sdut turbin pada pengujian awal ini menggunakan tachometer sehingga didapatkan nilai RPM seperti yang tersaji pada tabel 4.3.
14
Gambar 4.4 Desain konfigurasi untuk eksperimen turbin hidrokinetik 4.4 Desain Ponton
Pada tahap ini dilakukan pembuatan desain ponton untuk turbin hidrokinetik untuk mendapatkan ponton yang memiliki RAO yang kecil. Untuk desain ponton yang dibuat yaitu ponton katamaran dan turbin akan diletakkan diantara dua lambung ponto tersebut. untuk desain ponton katamaran dapat dilihat pada gambar 4.4 dan dimensi ponton bisa dilihat pada tabel 4.2
Tabel 4.2 Ukuran Geometri Ponton
Jenis Ponton Parameter Nilai (m)
Ponton Katamaran
Panjang Lambung 2
Lebar Lambung 0,5
Tinggi Lambung 0,5
Jarak Antar Lambung 0,6
15
4.5 Organisasi Tim Peneliti
Organisasi tim peneliti pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 5.1 berikut:
Gambar 4.6 Organisasi Tim Peneliti
Adapun penjelasan kompetensi dan tanggung jawab dari peneliti adalah sebagai berikut:
Ketua Peneliti
Kompetensi : Ketua peneliti telah mempunyai rekam jejak penelitian yang cukup kuat
dalam tema yang diusulkan. Kompetensi yang dimiliki oleh ketua peneliti merupakan akumulasi dari pendidikan dan penelitian yang telah dilakukan di bidang turbin hidrokinetik selama bertahun – tahun.
Tanggung Jawab
✓ Memberikan arahan tema penelitian terhadap anggota mahasiswa sesuai dengan bidang kompetensinya.
✓ Mendesain turbine cascade hidrokinetik poros vertical beserta supporting
configuration.
✓ Memastikan penelitian selesai tepat waktu dan tepat sasaran. ✓ Mengkoordinasi pengadaan komponen dan bahan penelitian.
✓ Melakukan koordinasi dalam pembuatan laporan dan publikasi ilmiah terkait hasil penelitian.
Ketua Peneliti (Dosen) Dr.Ridho Hantoro, ST, MT Anggota I (Dosen) Erna Septyaningrum, ST, MT Anggota II (Dosen) Juniarko Prananda, S.T, MT
Anggota III (Dosen) Dedi Budi Purwanto ST.
MT.
Anggota IV (Mahasiswa) Achmad Rhomafika A
16
Anggota I dan II (Dosen) Kompetensi :
Angota I dalam tim penelitian ini memiliki kompetensi yang cukup baik di bidang turbin hidrokinetik, dimana didalam masa studi sarjana dan magisternya, anggota I memilih hidrokinetik sebagai tema tugas akhir dan thesisnya.
Anggota II memiliki kompetensi dibidang control dan instrumentasi, dimana dalam masa studinya, anggota II telah melakukuan beberapa publikasi dibidang control.
Tanggung Jawab
✓ Melakukan pendampingan dan pengawasan pada seluruh tahapan penelitian. ✓ Memandu dan supervisi proses pengambilan data penelitian secara keseluruhan. ✓ Merancang konfigurasi pengambilan data pada tahap eksperimental.
✓ Anggota II melakukan perancangan monitoring alat ukur yang digunakan dalam penelitian.
Anggota III (mahasiswa) Tanggung Jawab
✓ Melakukan fabrikasi turbin hidrokinetik dan konfigurasi pendukungnya. ✓ Melakukan pengambilan data pada tahap eksperimental.
✓ Melakukan simulasi menggunakan Computational Fluid Dynamics. ✓ Membantu dalam penyusunan laporan.
17
BAB 5
Jadwal Penelitian dan Anggaran Biaya 5.1 Jadwal Penelitian
Penelitian ini direncanakan untuk selesai dalam kurun waktu sepuluh bulan dengan rincian seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.1 berikut ini :
Tabel 5.1 Jadwal Penelitian
No. Kegiatan Bulan ke-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 Pengadaan barang dan
komponen
2 Fabrikasi turbin,
konfigurasi pendukung. 3
Kalibrasi alat ukur dan Eksperimenal di towing tank 4 Analisis data eksperimental 5 Simulasi CFD dan validasi terhadap data eksperimental
6 Analisa data hasil
simulasi CFD
7 Publikasi Jurnal
Internasional 1
8 Penentuan model
ponton yang sesuai dengan kemiringan turbin hidrokinetik 40x40 dan pembuatan desain 3D ponton.
18
No. Kegiatan Bulan ke-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
9 Simulasi variasi
peletakan turbin pada ponton.
10 Survey lokasi terbaik
untuk penempatan ponton
11 Fabrikasi model ponton
yang telah ditentukan
12 Site test model ponton
+ turbin pada lokasi yang telah ditentukan
13 Analisis data eksperimental 14 Conference / Submit Journal 2 15 Penyusunan laporan akhir.
20
5.2 Anggaran Biaya
Alokasi biaya dari kegiatan penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 5.2 dan 5.3 berikut.
Tabel 5.2 Alokasi Biaya Penelitian Tahun Pertama
1. Bahan Habis Pakai
Item Bahan Volum
e Satua n Harga Satuan (Rp) Harga Total (Rp)
Turbin Hidrokinetik 40x40 1 unit 18,000,000 18,000,000
cat dan anti Fouling 3 Paket 1,000,000 3,000,000
Tools dan Aksesories 2 Paket 4,000,000 8,000,000
Transmisi Mekanik 2 paket 5,000,000 10,000,000
Support Turbin 1 Paket 5,000,000 5,000,000
Bearing 6 Unit 250,000 1,500,000
Shaft 1 buah 2,750,000 2,750,000
Kertas HVS, Spidol, Catridge, dll (ATK) 1 paket 1,000,000 1,000,000
Laporan, Jurnal, Dokumen (Fotocopy) 2 paket 500,000 1,000,000
Sub Total 50,250,000
2. Peralatan Penunjang
Workshop 1 paket 5,000,000 5,000,000
Currentmeter 2 buah 1,000,000 2,000,000
Underwater Camera 3 buah 2,000,000 6,000,000
Clinometer 3 buah 2,500,000 7,500,000 Tachometer 3 buah 1,500,000 4,500,000 Multimeter 3 buah 1,000,000 3,000,000 Torquemeter 1 buah 1,500,000 1,500,000 Sub Total 29,500,000 3. Perjalanan
Sewa kendaraan bak terbuka 2 unit
500,000 1,000,000
Sewa mobil 3 unit
750,000 2,250,000
Akomodasi site test 3 paket 2,000,000 6,000,000
Akomodasi Rapat 20 paket 250,000 5,000,000
Sub Total 14,250,000
4. Lain - lain
Publikasi Jurnal Internasional 1 Paket 10,000,000 10,000,000
Poster, Banner 2 buah 500,000 1,000,000
Seminar Internasional 1 Paket 5,000,000 5,000,000
Sub Total 16,000,000
Total Keseluruhan
110,000,00 0
21
Tabel 5.3 Alokasi Biaya Penelitian Tahun Kedua
1. Bahan Habis Pakai
Item Bahan Volume Satuan
Harga Satuan
(Rp)
Harga Total (Rp)
Ponton Katamaran 1 Unit 50,000,000 50,000,000
Kerangka Ponton 1 Unit 8,000,000 8,000,000
Penyangga Integrasi Turbin 1 Unit 4,000,000 4,000,000
cat dan anti Fouling 1 Paket 1,000,000 1,000,000
Mooring 1 Unit 8,000,000 8,000,000 Bevel 1 Paket 6,000,000 6,000,000 Gearbox 1 Paket 8,000,000 8,000,000 Pelaporan 1 paket 2,000,000 2,000,000 Sub Total 87,000,000 2. Peralatan Penunjang 3. Perjalanan
Perjalan survey lokasi pengujian 2 paket 2,500,000 5,000,000
Perjalan ke lokasi site test 2 paket 2,000,000 4,000,000
Akomodasi Rapat 20 paket 250,000 5,000,000
Perjalanan ke Seminar 2 paket 2,000,000 4,000,000
Sub Total 18,000,000
4. Lain - Lain
Biaya Seminar Internasional 1 paket 5,000,000 5,000,000
Sub Total 5,000,000
22
BAB 6
DAFTAR PUSTAKA
[1] Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Outlook Energi Indonesia 2018. Jakarta, 2018.
[2] Z. Hu and X. Du, “Reliability analysis for hydrokinetic turbine blades,” Renew.
Energy, vol. 48, pp. 251–262, 2012.
[3] H. Akimoto, K. Tanaka, and K. Uzawa, “Technical note A conceptual study of fl oating axis water current turbine for low-cost energy capturing from river , tide and ocean currents,” Renew. Energy, vol. 57, pp. 283–288, 2013.
[4] H. Lei, D. Zhou, J. Lu, C. Chen, Z. Han, and Y. Bao, “The impact of pitch motion of a platform on the aerodynamic performance of a floating vertical axis wind turbine,” Energy, vol. 119, pp. 369–383, 2017.
[5] G. Stewart, “A Review and Comparison of Floating Offshore Wind Turbine Model Experiments,” Energy Procedia, vol. 94, no. 1876, pp. 227–231, 2016.
[6] M. J. Khan, G. Bhuyan, M. T. Iqbal, and J. E. Quaicoe, “Hydrokinetic energy conversion systems and assessment of horizontal and vertical axis turbines for river and tidal applications : A technology status review,” Appl. Energy, vol. 86, no. 10, pp. 1823–1835, 2009.
[7] K. Orhan, R. Mayerle, and W. W. Pandoe, “Assesment of Energy Production Potential from Tidal Stream Currents in Indonesia,” Energy Procedia, vol. 76, pp. 7–16, 2015.
[8] M. Borg and M. Collu, “Offshore floating vertical axis wind turbines, dynamics modelling state of the art. Part III: Hydrodynamics and coupled modelling approaches,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 46, pp. 296–310, 2015.
[9] A. Rachman and U. Haluoleo, “Reviews : Pontoon , an alternative flexibale cheap mounting option for the renewable decentralized river current turbine power service,” no. May, 2014.
[10] N. P. Purba et al., “Suitable Locations of Ocean Renewable Energy (ORE) in Indonesia Region-GIS Approached,” Energy Procedia, vol. 65, pp. 230–238, 2015.
[11] D. P. Coiro, A. De Marco, F. Nicolosi, S. Melone, and F. Montella, “Dynamic Behaviour of the Patented Kobold Tidal Current Turbine : Numerical and Experimental Aspects,” vol. 45, no. 3, 2005.
23
[12] S. Brusca, R. Lanzafame, and M. Messina, “Design of a vertical-axis wind turbine: how the aspect ratio affects the turbines performance,” Int. J. Energy Environ.
Eng., vol. 5, no. 4, pp. 333–340, 2014.
[13] P. Mohazzabi, “Archimedes’ Principle Revisited,” J. Appl. Math. Phys., vol. 05, no. 04, pp. 836–843, 2017.
[14] A. Francescutto and A. D. Papanikolaou, “Buoyancy, Stability, and Subdivision: From Archimedes to SOLAS 2009 and the Way Ahead,” Proc. Inst. Mech. Eng.
Part M J. Eng. Marit. Environ., vol. 225, no. 1, pp. 17–32, 2010.
[15] P. Sivaraj, “A Study on Mathematichal Modelling of Ship Stability,” Int. J.
Multidiscip. Res. Stud., vol. 02, no. July, 2019.
[16] D. Chrismianto, B. A. Arswendo, and Y. Sobirin, “Pengaruh Variasi Bentuk Hull Kapal Catamaran Terhadap Besar Hambatan Total Menggunakan Cfd,” vol. 11, no. 2, pp. 99–106, 2014.
[17] G. K. V. Ramachandran, A. Robertson, J. M. Jonkman, and M. D. Masciola, “Investigation of Response Amplitude Operators for Floating Offshore Wind Turbines,” Proc. Int. Offshore Polar Eng. Conf., no. July, pp. 369–376, 2013. [18] A. Baidowi, I. S. Arief, and A. Munib, “Analysis of the Motion Response on the
Cylindrical Platform of the Deep Sea,” Int. J. Mar. Eng. Innov. Res., vol. 3, no. 4, pp. 118–127, 2019.
[19] E. B. Djatmiko, Perilaku dan Operabilitas Bangunan Laut di Atas Gelombang
24
BAB 7 LAMPIRAN Biodata Peneliti
1. Ketua
a. Nama Lengkap : Dr. Ridho Hantoro, ST, MT
b. Jenis Kelamin : Laki-laki
c. NIP : 197612232005011001
d. Fungsional/Pangkat/Gol. : Lektor / Penata Muda
e. Jabatan Struktural : Sek Prodi Pascasarjana
f. Bidang Keahlian : Rekayasa Energi Terbarukan
g. Fakultas / Jurusan : Teknik Fisika
h. Alamat Rumah dan No. Telp
: Jl.Manyar Indah 8/16 Sukolilo Surabaya (08155015475)
i. Riwayat Penelitian yang relevan :
1. 2015 “Development of Ocean Renewable Energy for Fishing Boat Powering” Balitbang East Java Province.
2. 2015 “Basic Design and Simulation of Ocean Current Turbine Development, P3GL” Ministry of Energy and Mineral Resources.
3. 2014 “Pilot Project Development on River Hydrokinetic Turbine” Research Grants. 4. 2013 “Potential Mapping Research on Microhydro Renewable Energy Resources In
Palu, Central Sulawesi region” EPI-Unet ITS-Tadulako Univ.
5. 2012 “Development of Solar Fishing Boat for Small Fishery” Balitbang East Java Province
j. Riwayat pengabdian yang relevan :
1. 2008 “Integrated Microhydro Implementation and Development Program (IMIDAP) – UNDP” Kementerian ESDM.
2. 2007 “Studi dan pengembangan pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH)” Kab. Lamandau – Kalimantan Tengah.
3. 2007 “Studi dan pengembangan pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH)” Sendi-Trawas dan Wotlemah-Mojokerto.
k. Publikasi yang relevan :
1. 2017 “Performance Investigation of an Innovative Vertical Axis Hydrokinetic Turbine -Straght Blade Cascaded (VAHT-SBC) for Low Current Speed” The 1st international Conference On Sciene, Mathematics, Environtment and Education.
2. 2017 “Innovation in Vertical Axis Hydrokinetic Turbine -Straght Blade Cascaded (VAHT-SBC) Design and Testing for Low Current Speed Power Generation” The 1st
international Conference On Sciene, Mathematics, Environtment and Education. 3. 2016 “Study And Modeling Of Energy Supply At Moti Island-Ternate Based On
Renewable Energy” IPTEK The Journal for Technology and Science.
4. 2016 “Simulation Bursting Effects To The Performance Vertical Axiz River Turbine Using Computational Fluid Dynamics” IPTEK Journal of Proceedings Series.
5. 2011 “Lateral Force Fluctuation on the Shaft of Vertical-Axis Ocean Current Turbine”
Australian Journal of Basic and Applied Sciences (AJBAS).
6. 2011 “Vibration and responses characteristics of lateral cantilever shaft vibration of a vertical-axis ocean current turbine” International Journal of Earth Sciences and Engineering (IJEE), CAFET-INNOVA Technical Society
25 l. Hak Paten:
1. LPHKAI (draft Paten)/Turbin Helical dengan Selubung (Ducting) sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Arus Air
m. Tugas Akhir / Disertasi Yang Relevan Dan Selesai Dibimbing :
1. Erna Septyaningrum “Studi Eksperimental Counter Rotating Turbine Dalam Konfigurasi Array Turbine Tipe Darrieus Straight Blade”.
2. Seno Manggala “Rancang Bangun Turbin Arus Laut Sumbu Vertical Straight Blade Cascade Untuk Mengetahui Pengaruh Variasi Jumlah Blade Terhadap Efisiensi Turbin”.
3. Susilo “Simulasi Mekanisme Passive-Pitch Dengan Flapping Wing Pada Turbin
Vertikal Aksis Arus Sungai Jenis Darrieus Straight-Bladed Berbasis Cfd”
4. Afian Dzihri “Studi Eksperimental Mekanisme Active Pitch Pada Turbin Hidrokinetik Tipe Darrieus”.
5. Abdi Ismail “Studi Eksperimental Pengaruh Jumlah Foil Terhadap Efisiensi Turbin Heliks Cascade Foil”
6. Erna Septyaningrum “Analisis Profil Wake di Belakang Turbin Arus Laut Tipe V-Blade Darrieus Berbasis CFD”
7. I Kadek Yamuna Gangga Putra “Analisis Performansi Turbin Arus Laut Vertikal Aksis Jenis V—Staight dan V Helical Terhadap Perubahan Dimensi Berbasis CFD.
26
Biodata Peneliti
2. Anggota I (Dosen Departemen Teknik Fisika)
a. Nama Lengkap : Erna Septyaningrum, ST, MT.
b. Jenis Kelamin : Perempuan
c. NPP : 1992201912073
d. Bidang Keahlian : Rekayasa Energi dan Pengkondisian Lingkungan
e. Fakultas / Jurusan : Teknologi Industri dan Rekayasa Sistem / Teknik Fisika
f. Alamat Rumah dan No. Telp : Kabongan Kidul RT/RW 01/04, Rembang, 59218,
Indonesia
g. Riwayat Penelitian yang Relevan :
1. 2019 “Pengujian Lapangan (Site Test) Pembangkit Listrik Tenaga Hidrokinetik (PTHk) Skala Kecil Tipe Vertical Axis Darrieus Turbine dengan Inovasi Straight Blade Cascaded”
2. 2019 “Studi Pembangkitan Energi Melalui Pengolahan Sampah Kota (MSW) dengan Proses Hydrothermal Carbonization (HTC) dan Gasifikasi”
3. 2019 “Perancangan dan Implementasi Sistem Monitoring Real-Time Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) di Departemen Teknik Fisika – ITS”
4. 2018 “Experimental Study of Counter-Rotating Turbine in Darrieus Straight-Blade Turbine Array Configuration”
5. 2015 “Analysis of Wake Profile Behind V-Blade Darrieus Ocean Current Turbine Profile Based on Computational Fluid Dynamics”
h. Riwayat Publikasi yang Relevan
1. 2020 “Performance analysis of multi-row vertical axis hydrokinetic turbine–straight blade cascaded (VAHT-SBC) turbines array”
2. 2019 “Analysis of wind energy potential and wind energy development to evaluate performance of wind turbine installation in Bali, Indonesia”
3. 2018 “Impact of Sizing in VAHT-SBC to the Channel Blockage”
4. 2018 “A Novel Design of Vertical Axis Hydrokinetic Turbine Straight-Blade Cascaded (VAHT-SBC): Experimental and Numerical Simulation”, Journal of Engineering and Technological Sciences
5. 2017 “Performance Investigation of an Innovative Vertical Axis Hydrokinetic Turbine – Straight Blade Cascaded (VAHT-SBC) for Low Current Speed”, ICOSMEE
27
Biodata Peneliti
3. Anggota II (Dosen Departemen Teknik Sistem Perkapalan)
a. Nama Lengkap : Juniarko Prananda, ST., MT
b. Jenis Kelamin : Laki - laki
c. NIP : 19900605 201504 1 001
d. Bidang Keahlian : Kontrol Sistem Elektrik
e. Fakultas / Jurusan : Teknologi Kelautan / Sistem Perkapalan
f. Alamat Rumah dan No. Telp : Gubeng Jaya 2 KA / 22, Surabaya, Indonesia g. Riwayat Penelitian yang Relevan
1. 2016-2018 “Design of Ocean Current Hidrokinetic Turbine For Renewable Energy Development In Indonesia.”
2. 2016-2018 “Design Of Ocean Wave Power Plant (Trimaran Pontoon)” 3. 2019 “Design of Multiple Pendulums for Ocean Wave Power Generator using
trimaran”
h. Riwayat Publikasi yang Relevan
1. 2015 “Biogas Quality Assesment for house hold using Fuzzy Logic, Vol. 1/ No. 2/”, e-NARODROID (National) Narotama University
2. 2017 “Study of calculation of degaussing system for reducing magnetic field from submersible vehicle, Vol. 1”, International Journal of Marine Enginering Science and Inovation
28
Biodata Peneliti
4. Anggota II (Dosen Departemen Teknik Sistem Perkapalan)
a. Nama Lengkap : Dedi Budi Purwanto ST. MT.
b. Jenis Kelamin : Laki - laki
c. NIP : 1982032020101210001
d. Bidang Keahlian : Sistem Permesinan kapal
e. Fakultas / Jurusan : T.Perkapalan/Teknologi Kelautan
f. Alamat Rumah dan No. Telp : Jln. Sukolilo Bahagia II/74 - Sukolilo Dian Regency 1 - Keputih - Sukolilo - Surabaya (081233521232)
g. Riwayat Penelitian yang Relevan
1. Pengabdian Masyarakat Terkait Perawatan dan Perbaikan Kapal Ikan Fiberglass sesuai Peraturan Biro Klasifikasi Indonesia untuk Peningkatan Kekuatan Struktur Kapal di Kabupaten Gresik (2019 - Ketua)
2. Penerapan Metode Reparasi Kulit Kapal Kayu Menggunakan Laminasi Fiberglass untuk Meningkatkan Kualitas Kapal Nelayan Tradisional Di Pesisir Kabupaten Lamongan (2019 - Anggota)
3. Penerapan Teknologi Pembuatan Kapal Fibreglass di Kawasan Pesisir Gresik Melalui Pelatihan & Pendampingan untuk Meningkatkan Perekonomian Pengerajin Kapal Kayu (2018 - Anggota)
h. Riwayat Publikasi yang Relevan
1. Technical and Economic Analysis Repair of the Wooden Boat Using Fiberglass Laminates on Fishing Boats in Lamongan District (2019)
2. Design of Deck Reinforcement Structure of an Existing 64 Meter Deck Barge (2019)
3. Design and Production of FRP Catamaran Boat for Better River Transportation in Randuboto Village, Sedayu District, Gresik Regency (2018)
4. Analisa Gerakan Rolling Kapal Bocor Akibat Beban Gelombang Laut Pada Kapal Bulk Carrier (2018)
5. Analysis of Lift and Drag of Mono-foil Hysucat due to Longitudinal Foil-placement Variation (2018)
29
Biodata Peneliti
5. Anggota III ( Mahasiswa )
a. Nama Lengkap : Krisna Cipta Rasa
b. Jenis Kelamin : Laki-laki
c. NRP : 02311640000066
d. Program Studi. : S1 Teknik Fisika
e. Bidang Keahlian : Rekayasa Energi dan Pengondisian Lingkungan
f. Fakultas / Jurusan : Teknologi Industri dan Rekayasa Sistem / Teknik Fisika
g. Alamat Rumah dan No. Telp : Jl. H. Gofur, komp. Lembah Parahyangan blok C-3, Ngamprah, Kab. Bandung Barat
h. Email : Krisnaciptarasa28@gmail.com
i. Riwayat Penelitian yang relevan : - j. Riwayat pengabdian masyarakat : - k. Publikasi : -
l. Hak Paten: - m. Tugas Akhir
On Going, S1 Teknik Fisika ITS “Analisa Kestabilan Ponton pada Pembangkit Listrik Tenaga Matahari Terapung (PLTS Floating PV) di PT. PJB UP CIRATA
Biodata Peneliti
6. Anggota III ( Mahasiswa )
a. Nama Lengkap : Achmad Rhomafika Amrullah
b. Jenis Kelamin : Laki-laki
c. NRP : 02311640000159
d. Program Studi. : S1 Teknik Fisika
e. Bidang Keahlian : Rekayasa Energi dan Pengondisian Lingkungan
f. Fakultas / Jurusan : Teknologi Industri dan Rekayasa Sistem / Teknik Fisika
g. Alamat Rumah dan No. Telp : Jl. Damarwulan RT10/RW03 Ds. Sumuragung, Kec.
Sumberrejo, Kab. Bojonegoro
h. Email : rhomafikaamrullah@gmail.com
i. Riwayat Penelitian yang relevan : - j. Riwayat pengabdian masyarakat : - k. Publikasi : -
l. Hak Paten: - m. Tugas Akhir
On Going, S1 Teknik Fisika ITS “Analisis Kestabilan Ponton Katamaran pada Pembangkit Listrik Tenaga Hidrokinetik (PLTHk)”
