1
PEMANFAATAN PEMBANGKIT LISTRIK TEKNOLOGI
SALTER DUCK PADA BUOY DI SELAT MADURA
Riki Sanjaya, Ir. Sardono Sarwito, M.Sc., Indra Ranu, ST. MT.
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
(ITS) Surabaya.
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: navale.engineering@yahoo.com
Abstrak— Indonesia sebagai negara kepulauan memiliki17.508 pulau, dengan panjang + 81 km dari garis pantai + 290, yang berarti bahwa Indonesia memiliki potensi energi laut sangat besar, terutama gelombang laut. Oleh karena itu, Indonesia perlu mengambil peran dalam hal penelitian dan pengembangan energi dari energi laut gelombang laut terutama, karena teknologi ini berpotensi dapat memecahkan masalah energi listrik sebagai negara kepulauan, termasuk menyediakan energi listrik. Analisis ini memanfaatkan gelombang laut sebagai sumber utama untuk dikonversi menjadi sumber listrik dengan menggunakan pendulum Salter Duck. Kondisi gelombang yang dianalisis pada tinggi gelombang 0,5 m, 1m dan 1.5m dan periode 13s, 14s, 15s. Untuk mengkonversi energi gelombang menggunakan bandul dengan massa 5kg, 15kg 10kg, dan lengan bandul dari 0,6 m,, 0.8m 1m, dan 1.5m dan Bebek Draft Salter dari 1m, 1.5m dan 2 m. Hasil terbaik diperoleh pada frekuensi hz Bebek Salter 1/14.17 dengan massa 10 kg dan lengan pendulum 1 m menghasilkan tenaga putar dari 669,12 watt sebagai masukan untuk generator listrik.
Kata Kunci: Salter Duck, Pendulum, Wave Energy.
I. PENDAHULUAN
Indonesia adalah negara kepulauan terbesar di dunia dengan luas lautan mencakup ¾ dari wilayah negara. Salah satu sumber energi alternative yang belum dimanfaatkan secara optimal adalah laut. Secara umum, potensi energi laut dibagi menjadi 3 jenis, yaitu : energi pasang surut air laut (tidal power), energi gelombang laut (wave energy), dan energi panas laut (ocean thermal energy).
Laut mempunyai potensi sumber energi yang besar, sehingga layak untuk dikembangkan. Selain itu, energinya tersedia secara terus menerus (kontinue) dan ramah lingkungan (terbarukan). Potensi terbesar dari laut yang bisa dimanfaatkan adalah arus laut dan energi gelombangnya. Dua bentuk utama dari arus-arus laut adalah arus-arus marine dan arus-arus pasang surut. Keduanya dipengaruhi oleh rotasi Bumi. Arus-arus pasang surut terjadi dengan cara yang sangat berbeda dibanding arus marine. Arus pasang surut berlangsung sebagai hasil gravitasi,yang tergantung pada lokasi dan geografis. Arus ini berlangsung dalam suatu siklus. Ombak/Gelombang laut terjadi sebagai akibat perpindahan kalor dari matahari. Panas yang diterima oleh permukaan laut menyebabkan adanya perbedaan tekanan. Dengan adanya perbedaan tekanan ini akan menyebabkan terjadinya angin yang bergerak dari laut ke darat ( angin laut) atau sebaliknya (angin darat). Angin ini menyebabkan air ikut bergerak,dengan gerakan air inilah yang disebut dengan Gelombang laut.
Ada kira-kira 8,000 -80,000 TWh/yr atau 1 -10 TW dari energi gelombang didalam seluruh samudra, dan di rerata masing-masing gelombangmenghasilkan 10 – 50 kW
II.TINJAUAN PUSTAKA
1. Pengertian gelombang ombak.
Gelombang ombak adalah pergerakan naik dan turunnya air dengan arah tegak lurus permukaan air laut yang membentuk kurva/grafik sinusoidal. Gelombang laut biasanya disebabkan oleh angin. Angin di atas lautan memindahkan tenaganya ke permukaan perairan, menyebabkan riak-riak, alunan/bukit, dan berubah menjadi apa yang kita sebut sebagai gelombang atau ombak.
Gambar 1. Ilustrasi pergerakan partikel zat cair pada gelombang
Amati gerakan pelampung di dalam gambar gelombang di atas. Perhatikan bahwa sebenarnya pelampung bergerak dalam suatu lingkaran (orbital) ketika gelombang bergerak naik dan turun. Partikel air berada dalam satu tempat, bergerak di suatu lingkaran, naik dan turun dengan suatu gerakan kecil dari sisi satu kembali ke sisi semula. Gerakan ini memberi gambaran suatu bentuk gelombang. Pelampung yang mengapung di air pindah ke pola yang sama, naik turun di suatu lingkaran yang lambat, yang dibawa oleh pergerakan air. Di bawah permukaan, gerakan putaran gelombang itu semakin mengecil. Pergerakan orbital yang mengecil seiring dengan kedalaman air, sehingga kemudian di dasarnya hanya akan meninggalkan suatu gerakan kecil mendatar dari sisi ke sisi yang disebut “surge”.
Proses Pembangkitan Gelombang di Laut
Proses terbentuknya pembangkitan gelombang di laut oleh gerakan angin belum sepenuhnya dapat dimengerti, atau dapat dijelaskan secara terperinci. Tetapi meurut perkiraan, gelombang terjadi karena hembusan angin secara teratur, terus-menerus, di atas permukaan air laut. Hembusan angin yang demikian akan membentuk riak permukaan, yang bergerak kira-kira searah dengan hembusan angin (lihat Gambar).
2
Gambar 2.Proses pembentukan gelombang akibat hembusan angin
Bila angin masih terus berhembus dalam waktu yang cukup panjang dan meliputi jarak permukaan laut (fetch) yang cukup besar, maka riak air akan tumbuh menjadi gelombang. Pada saat yang bersamaan riak permukaan baru akan terbentuk di atas gelombang yang terbentuk, dan selanjutnya akan berkembang menjadi gelombang – gelombang baru tersendiri. Proses yang demikian tentunya akan berjalan terus menerus (kontinyu), dan bila gelombang diamati pada waktu dan tempat tertentu, akan terlihat sebagai kombinasi perubahan-perubahan panjang gelombang dan tinggi gelombang yang saling bertautan. Komponen gelombang secara individu masih akan mempunyai sifat-sifat seperti gelombang pada kondisi ideal, yang tidak terpengaruh oleh gelombang-gelombang lain. Sedang dalam kenyataannya, sebagai contoh, gelombang-gelombang yang bergerak secara cepat akan melewati gelombang-gelombang lain yang lebih pendek (lamban), yang selanjutnya mengakibatkan terjadinya perubahan yang terus-menerus bersamaan dengan gerakan gelombang-gelombang yang saling melampaui.
Jelasnya gelombang-gelombang akan mengambil energi dan angin. Penyerapan energi ini akan dilawan dengan mekanisme peredam, yaitu pecahnya gelombang dan kekentalan air. Bila angin secara kontinyu berhembus dengan kecepatan yang tetap untuk waktu dan ‘fetch’ yang cukup panjang, maka jumlah energi yang
terserap oleh gelombang akan diimbangi dengan energi yang dikeluarkan sehingga suatu sistem ‘gelombang sempurna’ (fully
developed waves) akan tercapai. Sistem gelombang demikian
sebenarnya jarang dijumpai karena kondisi ‘steady’ tidak sering
terjadi, dan juga’fetch’ kadang-kadang dibatasi oleh kondisi
geografi lingkungan. Bilamana angin berhenti berhembus, sistem gelombang yang telah terbentuk akan segera melemah. Karena gelombang pecah adalah merupakan mekanisme yang paling dominan, maka gelombang pendek dan lancip, akan menghilang terlebih dulu, sehingga tinggal gelombang-gelombang panjang yang kemudian menghilang oleh gaya-gaya kekentalan, yang pada dasarnya lebih kecil dari gelombang pecah. Proses pelemahan (menghilangnya) gelombang mungkin mencapai beberapa hari, yang bersamaan dengan itu gelombang-gelombang panjang sudah bergerak dan menempuh jarak ribuan kilometer, yang pada jarak yang cukup jauh dan tempat mulainya gelombang akan dapat diamati sebagai alun (swell). Alun biasanya mempunyai periode
yang sangat panjang, dan bentuknya cukup beraturan (reguler).
Sistem gelombang yang terbentuk secara lokal mungkin akan dipengaruhi oleh alun yang terbentuk dan tempat yang jauh yang tentu saja tidak ada kaitannya dengan angin lokal. (Triatmojo, 2006)
2. Pelampung Suar (Buoy).\
Pelampung suar adalah Sarana Bantu Navigasi-Pelayaran apung yang bersuar dan mempunyai jarak tampak sama atau lebih 4
(empat) mil laut yang dapat membantu para navigator adanya bahaya/rintangan navigasi antara lain karang, air dangkal, gosong, kerangka kapal dan/atau untuk menunjukan perairan aman serta pemisah alur, dan dapat dipergunakan sebagai tanda batas wilayah negara.
Keterangan :
Satuan dalam centimeter (cm)
Gambar 2.1Pelampung suar (Buoy) PT. Kemenangan Powerbuoy
Pembangkit PowerBuoy dengan generator putar memiliki prinsip kerja berputar dengan pendulum yang sebagai rotornya dan generator yang sebagai stator. Permodelannya pada saat delombang laut atau angin menghantam PowerBouy maka PowerBouy tersebut mengalami kemiringan yang akan menyebabkan perputaran pendulum yang terdapat pada PowerBouy tersebut. Sekali hantaman dapat menghasilkan perputaran yang begitu lama dan secara otomatis menghasilkan daya yang besar pula. Massa dan panjang lengan mempengaruhi daya yang dihasilkan.
3
Kelebihan dari PowerBuoy dengan generator putar ini dapat ditempatkan pada perairan yang dangkal seperti Selat Madura karena pendesainan tidak meninggi seperti PowerBuoy generator linear. Daya yang dihasilkan sangat besar.
3. Salter Duck
Pada tahun 1974 Salter memperkenalkan suatu konsep pengkonversi energi yang cukup unik yang mampu menghasilkan effisiensi sebesar 90% pada gelombang sinusiodal 2 dimensi. Dia menyebutnya dengan “nodding duck” berdasarkan bentuknya maupun operasinya, yang di ilustrasikan pada gambar 2.4
Gambar 2.12. Nomenclature for the nodding duck wave energy converter
Paunch dari “bebek” tersebut dibentuk seperti itu dalam memeanfaatkan tekanan dinamik yang disebabkan oleh gelombang yang akan mempengaruhi gerakan partikel dari air yang secara effisien akan memaksa “bebek” tersebut untuk berotasi pada sumbu O. Sebagai tambahan, perubahan tekanan hidrostatis akan memberikan konstribusi untuk rotasinya dengan menyebabkan bouyant forebody dekat beak menjadi naik turun. Ketika kedua tekanan ini mempengaruhi pergerakan dari tiap fase, nodding duck mengkonversi dari energi kinetik dan potensial dari gelombang menjadi energi mekanik rotasi. Energi mekanik rotasi ini lalu di konversi menjadi energi listrik dengan menggunkan hydraulic – electric subsystem. Analisis matematis dari operasi perangkat ini dapat ditemukan dalam paper yang dibuat oleh Salter pada tahun 1976. (McCormick 1981)
III. PROSES EKSPERIMENT.
Pada bab ini menguraikan langkah-langkah dalam pengolahan data-data yang telah didapatkan sebelumnya. Data yang didapatkan, mewakili keseluruhan data sistem yang digunakan dalam menentukan daya yang dihasilkan oleh Salter Duck.
Sistem pendulum yang akan di simulasikan dengan menggunakan perangkat lunak didasarkan pada apa yang telah dijelaskan pada bab dasar teori. Data dari simulasi yang dibutuhkan adalah dimensi dari Salter Duck dan juga gerakan pitching akibat
gelombang laut.
Daya Buoy
Dengan mengathui karakter lampu buoy (tipe nyala) dapat diketahui daya buoy. Salah satu karakter yang dipilih adalah 0.5
sec + 4.5 sec (sesuai standart IALA) yang berarti 0.5 terang dan 4.5 gelap. Maka daya buoy yang dipelukan diperlukan pada buoy ialah 20 watt untuk satu buah lampu.
Buoy yang dipakai pada Skripsi ini adalah Buoy dari produksi PT. Kemenangan bertype KST. Data Buoy didapat dari Distrik Navigasi Klas I Surabaya, yang berada dalam naungan Dirjend. Perhubungan Laut, Dapertement Perhubungan.
Gambar 3.1 Buoy kapasitas Minimum Baterry
Bouy yang direncanakan menyala pada malam h ari yang selama 12 j am dari pukul 17.30 s.d 05.30 maka daya yang diperlukan adalah
= P x t (Wh/hari) (4.1) = 20 x 12 (waktu menyala lampu) = 240 Wh/hari
Daya Salter Duck
Besarnya daya putar pendulum dengan menggunakan teknologi Saloter Duck didapatkan dari perhitungan :
P = ω . τ (4.4) dimana : P = daya (watt)
4
ω = kecepatan anguler (rad/s) τ = torsi (Nm)
Sedangkan untuk perhitungan torsi pendulum di dapatkan dari persamaan:
τ = I . α
τ = mr2 . α (4.5)
dimana :
τ = torsi putar pendulum (Nm) m = massa pendulum (kg) r = lengan pendulum (m)
α = Percepatan anguler pendulum (rad/s2)
untuk mencari percepatan anguler dari perhitungan: (4.6)
dimana :
α = Percepatan anguler pendulum (rad/s2)
ω = Kecepatan anguler pendulum awal
= Kecepatan anguler pendulum awal pada saat ‘t’ t = waktu (s)
Hasil Tabel Terlampir
Pada tabel diatas nilai kecepatan anguler (rad/s) dengan tanda (-) menunjukkan kecepatan putar berlawanan arah jarum, sedangkan kecepatan anguler (rad/s) dengan tanda (+) menunjukkan arah putaran searah jarum jam.
Hasil perhitungan data diatas didapatkan daya rata yang didapatkan adalah ± 100 watt. Daya yang terbesar didapatkan pada Frekuensi Salter Duck 1/14.17 dengan massa pendulum 10 kg dan lengan pendulum 1 m . sedangkan daya yang terkecil pada Frekuensi Salter Duck 1/14.67 dengan massa pendulum 5 kg dan lengan pendulum 0.8 m
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dengan data simulasi yang terlampir, kita bisa mengkolerasikan hasil data dengan daya yang dibutuhkan oleh buoy. Perhitungan yang akan dipakai ialah dari data yang terkecil. Bila data terkecil memenuhi kebutuhan buoy maka data simulasi telah mem. Data yang dipakai yaitu Frekuensi Salter Duck 1/14.67 dengan massa pendulum 5 kg dan lengan pendulum 0.8 m.
Waktu yang dibutuhkan perjam.
3600 sec : 14.67 sec/gel= 245,4 (4.7) Waktu yang dibutuhkan selama perharinya 12 jam . 245.4 sec x 12 jam =2944,8 perhari (4.8) Selama 12 jam daya yang dihasilkan: 2944,8 x 7,27 watt = 7950,9 w/hari (4.9)
Namun, kita kolerasikan daya Bouy yang direncankanan menyala pada malam hari yang selama 12 jam dari pukul 17.30 s.d 05.30 maka daya yang diperlukan adalah
= P x t (Wh/hari)
= 20 x 12 (waktu menyala lampu) = 240 W/hari
Selisih yang dihasilkan data pada pengujian salter duck dengan daya yang dibutuhkan Buoy 7950,9 – 240 = 7710,9 w/hari. Maka hasil yang di dapat sangat mencukupi kebutuhan Buoy untuk perharinya.
Karena tegangan battery yang di pakai 12 volt, maka maka daya dalam satu hari yang dihasilkan oleh salter duck untuk pengisian battry adalah 7950.9 watt
Pada umumnya pengisian / charging battry mengalami kerugian, hal ini karena ada sebagian energi yang hilang menjadi panas atau hilang saat menjadi konversi dari energi listrik menjadi energi kimia.
V. KESIMPULAN.
Sesuai dengan tujuan awal dari penulisan ini, yaitu untuk mengetahui daya yang dihasilkan oleh Salter duck untuk memenuhi kebutuhan pada buoy. Maka dari analisa yang telah dilakukan diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Daya yang dihasilkan oleh Salter Duck sangat memenuhi untuk kebutuhan daya pada Buoy.
2. Daya paling besar yang dihasilkan dari putaran pendulum yaitu pada frekuensi 1/14.17 dengan massa 10 kg d an lengan 1 m sebesar 669.12 watt. Sedangkan daya terkecil pada frekuensi 1/14.67 dengan massa 5 kg dan lengan 0.8m 3. Pada stabilitas buoy dengan pemakaian teknologi Salter
Duck pada umumnya kemiringan yang terjadi akibat gelombang laut dan hembusan angin sekitar 5’ maupun 10’ diperoleh moment pengembalian lebih besar saat terjadi gelombang laut, sehingga dapat dipastikan bahwa buoy dapat ke posisi semula.
5
DAFTAR PUSTAKA
[1] Balitbang Ketenagalistrikan PLN dan LPPM ITS.2010 ,”Studi Pemodelan dan Simulasi Pembangkit Listrik tenaga Gelombang Laut-Sistem Bandulan (PLTGL-SB),”Surabaya
[2] Martin, George H. 1982 ,”Kinematika dan Dinamika Teknik”, Jakarta : Penerbit Erlangga
[3] Hibbeler, R.C. 1998 ,”Mekanika Teknik Dinamika”, Jakarta
: PT.Prenhalindo
[4] Thomshon, William T. 1992 ,”Teori Getaran Dan Penerapan,” Jakarta : Penerbit Erlangga
[5] Syafril Riza, 2011”Studi Penerapan Salter Duck di Laut
Jawa Sebagai Alternatif Pembangkit Listrik”,
Surabaya : Jurusan Sistem Perkapalan FTK ITS
[6] Ardi Noerpamoengkas, 2011 ,”Pemodelan Dan Simulasi Respon Pendulum Akibat Eksitasi Harmonik Gelombang Laut Pada Pembangkit Listrik Tenaga
Gelombang Laut Sistem Pendulum-Ponton Datar”,
