4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Perancangan terdahulu dan patent
Sidenmark,Canadian Patent CA2715601,2019
Gambar 2.1 gambar ponton Keterangan:
1. Pelampung 2. Rangka 3. Pendulum
Pembangkit listrik yang mempunyai nilai ideal jika diaplikasikan di Indonesia yang terdapat wilayah pesisir yang merupakan tempat terpencil adalah system Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Sistem Pendulum atau Sistem Bandul (PLTGL-SP) atau (PLTGL-SB). Sistem ini akan bekerja dengan berdasarkan prinsip yaitu bandul dapat bergerak mengikuti pola gerakan gelombang laut. Cara ini dapat bekerja sangat sederhana dan mudah diwujudkan. Energi yang dihasilkan gelombang laut akan menggoyangkan ponton yang bergerak dan terintegrasi dengan bandul. Dengan menggerakkan
1 2
3
bandil double-freewheel untuk dapat memutar dinamo yang akan
menghasilkan energi listrik (Utomo dkk, 2008; Drew et.al, 2009, Ogai et.al, 2010).
Beberapa bentuk PLTGL-SP dapat diperlihatkan pada Gambar 2.2
Pengaplikasian PLTGL-SP sudah dilakukan pada perairan Mentawai Sumatera Barat, dengan tinggi gelombang 2,0-3,5 meter (Utomo dkk, 2018).
Pembangkit ini dinilai ideal untuk diaplikasikan di wilayah pesisir khususnya di Indonesia tetapi dengan daya listrik yang dihasilkan sangat tidak menentu karena bergantung pada besarnya gelombang laut (Abdullatif dkk, 2013).
Gambar 2.2 Salah satu bentuk PLTGL-SP (Utomo dkk, 2018)
2.2 Gelombang laut
Gelombang laut merupakan salah satu fenomena yang terjadi dialam yang sering terjadi dipermukaan laut. Gelombang laut merupakan sebuah peristiwa naik dan turunnya permukaan air laut dimana bergerak secara vertikal yang akan membentuk grafik sinusoidal. Gelombang laut ini berbentuk gelombang yang transversal dan membentuk lembah dan puncak yang mempunyai
perbedaan dengan gelombang laut longitudinal dan mempunyai regangan dan rapatan.
Hind casting Gelombang adalah teknik prediksi gelombang yang akan datang dengan cara menggunakan hasil data angin sebelumnya. Data angin juga dapat digunakan untuk memprediksi tinggi gelombang dan periode terjadinya gelombang dipermukaan laut. Terjadinya gelombang dipermukaan laut akan dipengaruhi oleh hembusan angin.
Fetch merupakan tempat pembangkit gelombang air laut yang dibatasi oleh luasan daratan yang mengitari laut. Daerah fetch adalah tempat dengan kecepatan angin tetap. Sedangkan jarak yang terjadi fetch merupakan jarak tanpa hambatan dimana ada angin sedang bertiup. (Wakkary,2017)
Konversi energi gelombang laut mempunya beberapa macam mekanisme, salah satunya merupakan pendulum. Model lengan pendulum horizontal / datar diperkenalkan pada awalnya oleh Zamrisyaf SY,
kemudian dimodelkan pertama kali oleh Ardi dan diuji coba secara eksperimen menggunakan percobaan simulator gelombang oleh Ario.
Selanjutnya terus dikembangkan pendulum yang datar jumlah tunggal dan ditempatkan pada ponton dan diberi penyalur transmisi roda gigi, dan pendulum datar jumlah tiga. Pendulum kemudian terus dikembangkan dengan menyudut terhadap perbedaan arah normal ponton sehingga berbentuk konis Dua model pendulum datar dan konis, tunggal dan ganda, mempunyai konsep yang hampir sama dengan menentukan analogi momen inersia pendulum pada dua model tersebut.
Model lengan pendulum vertikal hanya akan menghasilkan gerak dimana pendulum berayun pada bidang sehingga pergerakannya diprediksi dan tidak acak dibandingkan model datar. Pendulum model vertikal sederhana terletak di atas ponton dan bergerak miring.Pengembangan selanjutnya terus dilakukan dengan adanya penambahan denga menambahkan transmisi gigi, dan digabugkan dengan lengan angguk. Daya yang bangkitan akan semakin besar jika dengan lengan pendulum pendek, massa pada pendulum semakin besar. Respon pada pendulum dengan vertikal sederhana akan menurun pada kondisi amplitudo tinggi dan mendekati frekuensi pribadi.
(Noerpamoengkas,2017)
2.3 Fenomena gelombang laut
(Wolfbrandt,2005) Dalam perancangan mengatakan bahwa Gelombang laut air merupakan energi yang dapat transisi dimana terbawa oleh sifat aslinya. Gelombang pada permukaan merupakan salah satu gambaran yang sederhana untuk menunjukkan dari suatu energi lautan. Adapun energi gelombang laut bersumber pada fenomena berikut :
a) Benda bergerak dekat permukaan akan menyebabkan terjadinya efek gelombang dengan jumlah perioda kecil.
b) Angin merupakan sumber terjadinya utama gelombang air laut..
c) Gerakan seismik menyebabkan terjadinya energy gelombang pasang dan tsunami.
d) Gravitasi bumi dan bulan salah satu yang menyebabkan terjadinya gelombang pasang yang tinggi.
Bentuk dari gelombang dapat menjadi berbagi beberapa bentuk yang masing – masing memiliki karakater dan energi yang berbeda. Pada umumnya ada dua jenis gelombang yang sering ditemui :
a. Gelombang linier
Gelombang linier memiliki bebrapa karakteristik dengan bentuk sinusoidal dan panjang gelombang lebih besar dari tinggi gelombang.
Gambar 2.3 gelombang linier b. Gelombang non linier
Gelombang nonlinier memiliki amplitudo puncak dan lembah dengan besar yang berbeda, perbedaan mengacu padad SWL (still water level).
Gambar 2.4 Gelombag non linier
2.4 Proses terjadinya gelombang
(Wolfbrandt,2005) Proses ini terbentuk dari pembangkitan gelombang di laut karena adanya gerakan angin, atau dapat.Beberapa prediksi, terjadinya gelombang karena adanya tiupan angin secara teratur, terus menerus, di atas permukaan laut. Tiupan angin demikian akan membentuk riak yang terjadi pada permukaan, yang bergerak dengan searah dan hembusan angin (Seperti terlihat pada gambar 2.3).
Gambar 2.5 Proses terjadinya gelombang
Apabila angin terus berhembus dalam kurun waktu yang cukup panjang dan akan meliputi jarak pada permukaan laut (fetch) cukup besar, maka akan tumbuh menjadi gelombang. Saat yang sama, riak permukaan akan mulai terbentuk di atas permukaan gelombang, dan selanjutnya akan menjadi
gelombang – gelombang baru. Proses demikian akan berjalan berulang atau terus menerus (kontinyu), dan apabila gelombang terus diamati dalam waktu hingga tempat tertentu, akan terlihat sebagai gabungan, perubahan panjang gelombang sehingga tinggi gelombang .
Komponen dalam gelombang masih akan mempunyai sifat seperti gelombang pada kondisi ideal, yang tidak akan terpengaruh oleh gelombang lain.Pada kenyataannya, sebagai contoh, gelombang-gelombang yang dapat bergerak dengan cepat akan melewati gelombang-gelombang pada lain dimana lebih pendek (lamban), kemudian selanjutnya berakibat terjadinya perubahan yang terus-menerus bersama dengan gerakan gelombang-gelombang yang saling melewati.
Sebuah gelombang dapat tertdiri dari beberapa diantarnya:
a. Puncak pada gelombang (Crest) merupakan titik tertinggi dari gelombang.
b. Lembah dari gelombang (Trough) merupakan titik yang terendah gelombang, diantara dua puncak pada gelombang.
c. Panjang gelombang(Wave length) merupakan jarak antara dua puncak gelombang atau merupakan antara dua lembah gelombang
d. Tinggi gelombang (Wave height) merupakan jarak tegak antara puncak atau lembah dari gelombang.
e. Periode gelombang (Wave period) merupakan lama waktu yang dibutuhkan oleh dua puncak gelombang dari berurutan untuk melalui satu titik.
Bhat (1978), Garisson (1993), dan Gross (1993) menyatakan bahwa ada 4 bentuk besaran yang dapat daikaitkan dengan gelombang. Yakni :
a. Amplitudo gelombang (A) merupakan jarak antara puncak gelombang dari permukaan rata-rata air.
b. Frekuensi gelombang (f) merupakan besar gelombang yang melewati suatu titik dalam suatu waktu tertentu (biasanya diartikan dalam bentuk satuan detik).
c. Kecepatan gelombang (C) merupakan jarak yang akan ditempuh gelombang laut dalam satu dalam satuan waktu tertentu.
d. Kemiringan gelombang (H/L) merupakan perbandingan antara tinggi gelombang laut dan panjang gelombang.
2.5 Titik Benda Apung
(Reza. 2014) Mengatkan bahwa titik-titik paling penting dalam sebuah Benda Apung. Stabilitas merupakan kemampuan suatu benda melayang atau untuk mengapung dan kembali ke pada kedudukan awal setelah mengalami beberapa gangguan kecil mengalami (miring). Ada bebrapa macam yaitu tiga macam titik penting didalam sebuah teori stabilitas, yaitu titik berat (centre of gravity), titik apung (centre of bouyancy), dan titik metasentris.
a. Titik Berat (Centre of Gravity)
Titik berat (centre of gravity) biasa dikenal! dengan titik G, merupakan titik tangkap! dari beberapa gaya yang akan menekan ke bagian bawah. Pada bangunan! apung letak titik G ini dapat kita diketahui dengan beberapa perhitungan pada semua pembagian beratnya,
semakin besar dan berat pada bagian yang diatas maka semakin!
tinggi pula posisi dari! titik G. Karena yang letak titik pada G ini
dengan posisinya yang tergantung pada pembagian berat pada benda, jadi selama ini tidak ada berat yang dapat digeser, akan ditambah, dengan dikurangi posisi dan titik G ini tidak dapat berubah walaupun dengan benda mengalami trim! (angguk) atau rolling! (oleng).
b. Titik Apung (Centre of Bouyancy)
Titik! apung (centre of bouyancy) atau! biasa dikenal !dengan titik B, merupakan titik! tangkap dari !resultan gaya-gaya !yang menekan tegak ke atas! dari bagian benda! yang tercelup ke air. Titik!
tangkap B! ini bukanlah merupakan! suatu titik yang! tetap, tetapi bisa! berpindah sebagai akibat! adanya perubahan! sarat air pada benda.
Pada! bangunan apung, titik! B inilah yang
menyebabkan! benda dapat kembali! ke posisi semula! setelah benda!
mengalami! trim(angguk) atau rolling (oleng).
c. Titik Metasentris
Titik metasentris! atau biasa !dikenal dengan !titik M, merupakan titik perpotongan! vektor gaya ke atas! pada keadaan seimbang dengan! vektor gaya! ke atas pada keadaan! miring dengan sudut! kecil. Titik metasentris ini! posisinya dapat! berubah - ubah
tergantung dari besarnya sudut kemiringan! suatu benda.Pada keadaan setimbang! tanpa beban tinggi metasentris! dapat diketahui dengan!
persamaan sebagai! berikut:
MG = KB + BM – KG MG= KB + I/V – KG Dimana :
I = Inersia penampang (m4) V= Volume tercelup (m3)
Ilustrasi! titik berat! (center of gravity ), titik apung! (centre of buoyancy) dan titik merasentris! kapal seperti ditunjukkan pada! gambar dibawah ini:
Gambar 2.6 Ilustrasi! titik berat dan titik apung
Gambar 2.7 Letak! titik metasentris kapal
2.6 Perhitungan
2.6.1 Perhitungan gaya gelombang
(Kramer, Morten. 2006) dalamr penenelitiannyar mengatakanr bahwa untukr mengetahui gayar ombak atau wave force (Fw) yang terdapat pada gelombang, maka pertamar harus mengetahui energir gelombang yangr tersedia. Energi gelombang total adalah jumlahr dari energi kinetic dan energi potensial. Total energi potensial dan energi kinetic dapat dirumuskan sebagai berikut :
Keterangan :
g = percepatanr grafitasi (9,8 m/s2) ρ = densitasr air (1000 kg/m3) A = amplituder gelombang (m )
Gambar 2.8 Karakteristik gelombang
Untukr mendapatkanr rata – rata energi atau daya darir periode ombak, energi E dikalikanr denganr kecepatan rambat gelombang, vg.
Denganr keterangan T adalahr perioder gelombangr (s) dan L adalahr panjang gelombang (m)
Jikar periode gelombangr dan panjangr gelombangr dihubungkanr sehinggar mendapatkan persamaa:
Denganr menggunakanr persamaanr amplituder daya ombak dapatr ditulisakan sebagair fungsir tinggi gelombang H. sehingga persamaanya menjadi :
Sehingga rdiletahui gayar ombak yangr dikonversi olehr mekanisme pengungkitr denganr rumusan sebagai berikut
Dimana cg merupakanr setengahr kecepatanr rambat suatu gelombangr (c).
Denganr persamaan:
Keterangan :
λ = Panjangr gelombang (m)
T = perioder gelombang (s)
2.6.2 Perhitungan gaya apung
Gayar apungr atau bouyancy forcre (Fb), yaitu gayar tekan keatas pada suatu bendar yang mengapungr sama denganr beratr air yang dipindahkanr (Archimedes Principle ). Gayar buoyancy selalu samar denganr beratr fluida yang dipindahkan:
Fb = ρfluida . Vfluida .g Dimana :
Untuk rbenda terapung rterdapat rketentuan rsebagai berikut:
Benda rterapung = Fa > W Benda rmelayang = Fa = W Benda rtenggelam = Fa < W
2.6.3 Mekanika rgetaran
(Rao, R.S. 2011 ) Mengatakanr bahwa Secarar umum getaranr dapat didefinisikanr sebagai gerakanr bolak-rbalik suatu rbenda rdari posisi awal melalui titik rkeseimbangan. Setiapr rkomponen mekanikal memilikir berat dan propertiesr yang menyerupai pegas, ada dua
kelompokr umum dari getaran, yaitur getaran bebas danr getaran paksa.
Getaranr memiliki ciri-ciri, di antaranya:
1. Untuk menempuhr lintasan satu getaranr diperlukanr waktu yang biasa disebut periode
2. Banyaknya getaran dalam satu sekon disebut frekuensi (f) Amplitudo
rAmplitudo adalah rpengukuran skalar ryang nonnegatif dari rbesar osilasi rsuatu gelombang. rAmplitudo juga rdapat didefinisikan rsebagai jarak terjauhr dari garis rkesetimbangan rdalam
rgelombangsinusoide dihitung dari kedudukan seimbang (lihat Gambar 2.13).
Gambar 2.9 Gerakan bandul
A = titik setimbangr b dan e = titik terjauh (amplitude) Frekuensi
rFrekuensi adalahr ukuran jumlahr putaran ulang rper peristiwa
dalam satuan waktu ryang diberikan. Secara ralternatif, rseseorang bisa mengukur waktu antarar dua buah rkejadian / peristiwa (rdan
menyebutnya sebaga periode), lalur memperhitungkan rfrekuensi ( F ) sebagai rhasil kebalikan dari periode ( T ), sepertir nampak darir rumus di bawah ini:
𝑓𝑓= 1/f
dengan f adalahr frekuensi r (hertz) dan T perioder (sekon atau detik).
