PLTGL (PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GELOMBANG LAUT) PELAMPUNG SEJAJAR

(1)

i

TUGAS BESAR ELEMEN MESIN 2

Oleh:

Nama : 1. Adlan Ferliansyah (G1C018063) 2. Aris Purwanto (G1C018017) 3. Meri Andani Saputra (G1C019004) 4. Noverson Lumbangaol (G1C019032) 5. Riston Sinaga (G1C019056)

6. Ilhamsyah Fitra (G1C019074)

Dosen Pembimbing : Ahmad Fauzan Suryono, S.T., M.T

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS BENGKULU 2022

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GELOMBANG LAUT

PELAMPUNG SEJAJAR

(2)

i

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR GAMBAR ... ii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Pendahuluan ... 1

1.2 Tujuan ... 2

1.3 Manfaat ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 2

BAB II FUNGSI DAN MEKANISME ... 3

2.1 Fungsi Alat ... 3

2.2 Mekanisme Pengoperasian Alat ... 3

BAB III KONSEP PERANCANGAN ... 4

3.1 Persyaratan Rancangan ... 4

3.2 Gambar Rancangan ... 4

3.3 Komponen PLTGL ... 5

3.4 Perhitungan Rancangan ... 9

3.5 Desain Konsep Mekanisme PLTGL ... 13

(3)

ii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3. 1 Gambar Rancangan PLTGL ... 4

Gambar 3.2 Komponen PLTGL Pelampung Sejajar... 5

Gambar 3.3 Pelampung ... 5

Gambar 3.4 Roda Gigi ... 6

Gambar 3.5 Roda gigi searah (ratchet) ... 6

Gambar 3.6 Rumah Bantalan dan Bantalan ... 7

Gambar 3.7 Generator ... 7

Gambar 3.8 Rantai ... 8

Gambar 3.9 Rack Gear helical ... 8

Gambar 3.10 Free Body Diagram PLTGL ... 13

Gambar 3.11 Skema Mekanisme PLTGL Pelampung Sejajar ... 14

Gambar 3.12 Prinsip Kerja Alat PLTGL ... 14

Gambar 3.13 Sistem Roda Gigi Searah... 15

(4)

1

BAB I

LATAR BELAKANG

1.1 Pendahuluan

Di zaman yang semakin maju, di perkirakan krisis energi akan melanda dunia di masa yang akan datang. Hal ini dikarenakan semakin langkanya minyak bumi dan semakin meningkatnya permintaan energi disebabkan adanya pola pergeseran hidup manusia ke arah yang lebih berkembang. Oleh karena itu diperlukan sebuah solusi baru dengan memanfaatkan energi lain, yaitu energi yang dapat diperbaharui atau sering disebut Energi Baru Terbarukan (EBT ). Karena jika kita tergantung pada energi yang tidak dapat diperbaharui saja, maka di masa depan kita akan kesulitan untuk memanfaatkan energi ini karena keterbatasan sumber dari energi tersebut.

Energi Baru Terbarukan (EBT) di Indonesia masih sangat sedikit. Hal tersebut tidak lepas dari kendala serta proses pemanfaatan EBT yang tidak banyak dipahami oleh masyarakat. Salah satu potensi EBT yang dapat dimanfaatakan oleh masyarakat kota Bengkulu adalah Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut. Gelombang laut merupakan sumber energi yang cukup besar. Gelombang laut merupakan gerakan air laut yang turun-naik atau bergulung-gulung. Maka dari itu kami memanfaatkan energi ini sebagai energi terbarukan. Walaupun Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut kapasitas daya keluaranya tidak terlalu besar diantara energi terbarukan lainnya seperti Pembangkit listrik tenaga Air (PLTA) tetapi kami berharap pembangkit listik tenaga ombak ini dapat membantu masyarakat yang berada di pulau pulau kecil yang ada di provinsi Bengkulu yang belum mendapatkan suplay listrik dari PLN. Dan dapat di terapkan serta di kembangkan kedepannya sebagai energi alternatif yang dapat menggantikan energi listrik konvensional.

Oleh karena pentingnya energi baru terbarukan maka kami berinisiatif untuk memanfaatkan dan mengoptimalkan sumber energy tersebut, sehingga energy tersebut bisa digunakan ketika salah satu sumber energy utama cenderung rendah.

Penelitian yang pernah dilakukan mengenai potensi gelombang laut, yaitu salah satunya tentang perancangan alat konverter energi gelombang laut yang dilakukan dengan memanfaatkan pelampung yang terhubung dengan roda gigi dan

(5)

2 dihubungkan dengan poros dan generator. Konsep dari penelitian tersebut adalah beberapa perangkat mengapung tertambat disatukan menggunakan rack gear helical

pada roda gigi satu arah yang dikombinasikan 4 buah pelampung untuk menghasilkan rotasi pada poros. Perangkat ini akan mengubah energi ketika gelombang laut yang datang dan mengantarkannya ke generator listrik melalui poros satu arah.

1.2 Tujuan

Tujuan penelitian berdasarkan perumusan masalah adalah sebagai berikut:

1. Memodelkan dan mensimulasikan karakteristik mekanisme PLTGL yang mengkonversi energi gelombang laut menjadi energi listrik.

2. Merancang dan membuat mekanisme PLTGL tipe pelampung sejajar dengan prinsip GGL Induksi pada rotary generator yang mampu bergerak akibat gelombang laut.

3. Melakukan analisis tentang hubungan antara energi gelombang laut terhadap energi listrik yang dihasilkan dengan memvariasikan banyak pelampung dan roda gigi.

1.3 Manfaat

Dari penelitian yang dilakukan maka didapatkan manfaat sebagaimana berikut ini,

1. Dapat memberikan data-data karakteristik tentang gelombang laut dan energi listrik yang dapat dihasilkan.

2. Dapat menjadi dasar untuk penelitian selanjutnya yang berhubungan dengan energi gelombang laut.

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Memodelkan mekanisme PLTGL metode pelampung.

2. Gerakan pelampung dianggap satu derajat kebebasan (vertikal).

3. Nilai damping yang diakibatkan oleh gaya gesek pada bearing diabaikan.

4. Menggunakan pelapung dengan jumlah 4 (empat) buah

(6)

3

BAB II

FUNGSI DAN MEKANISME

2.1 Fungsi Alat

Kebutuhan energi bagi kehidupan manusia adalah hal yang sangat penting.

Segala sesuatu yang menunjang keperluan hidup tergantung pada jumlah ketersediaan energi. Seiring kemajuan zaman, manusia lebih banyak membutuhkan energi yang dapat dimanfaatkan. Gelombang merupakan sumber energi yang cukup besar, gelombang merupakan gerakan air laut yang turun-naik atau bergulung-gulung. Energi gelombang laut adalah energi alternatif yang dibangkitkan melalui efek gerakan tekanan udara akibat fluktuasi pergerakan gelombang. Pemanfaatan energi gelombang laut untuk dijadikan energi listrik dengan menggunakan pembangkit listrik gelombang laut. Jenis pembangkit listrik tenaga gelombang laut ini selain ramah lingkungan, dalam pembangunan dan pengoperasian nya tidak akan merusak ekosistem alam. Salah satu potensi laut dan samudra yang belum banyak diketahui masyarakat umum adalah potensi energi gelombang laut untuk menghasilkan energi listrik. Adapun fungsi alat yaitu memodelkan dan mensimulasikan karakteristik mekanisme PLTGL yang mengkonversi energi gelombang laut menjadi energi listrik (dalam volt) dengan efisiensi yang tinggi.

2.2 Mekanisme Pengoperasian Alat

Mekanisme alat yaitu adalah pada saat lengan bergerak ke atas karena pengaruh gelombang air laut maka gaya yang dihasilkan lengan lurus dan rack gear helical akan dilanjutkan ke roda gigi dan dilanjutkan ke poros dan putaran diterima oleh generator. Torsi hanya bisa lewat saat gelombang naik, ketika gelombang atau rack gear helical turun, roda gigi pada poros tidak bergerak karena menggunakan roda bergigi searah atau ratchet. Ketika Pelampung 1 turun, Pelampung 2 akan naik sesuai dengan arah gelombang laut yang tidak serentak naik, selanjutnya ketika pelampung 2 turun pelampung 3 akan naik dan diikuti dengan pelampung 4. Langkah ini akan berulang ulang terus menerus ketika gelombang laut tersedia sehingga poros terus berputar yang dapat menggerakkan generator listrik.

(7)

4

BAB III

KONSEP PERANCANGAN

3.1 Persyaratan Rancangan

Masalah yang dapat diidentifikasi adalah jika mekanisme PLTGL diberikan input berupa energi gelombang laut, maka akan dihasilkan output berupa energi listrik dalam bentuk voltase. Untuk mengetahui besarnya energi yang dihasilkan, maka dilakukan dengan menambah jumlah pelampung. Prinsip kerja alat adalah pada saat pelampung bergerak ke atas karena pengaruh gelombang air laut maka gaya yang dihasilkan oleh lengan akan dilanjutkan ke poros dan dilanjutkan ke generator menggunakan rantai. Torsi hanya bisa lewat ketika pelampung naik ke atas sedangkan pada saat pelampung turun poros tidak berputar.

3.2 Gambar Rancangan

Proses rancang bangun dilakukan dengan menggunakan software Autodesk Inventor untuk memudahkan visualisasi rancangan dan simulasi, Pada simulasi sistem didapatkan gambar 2D untuk tujuan validasi dan untuk mendapatkan hubungan antara panjang lengan, panjang pelampung dan massa pelampung terhadap rotasi serta torsi maksimal yang dapat dibangkitkan. Hasil rancangan dapat dilihat pada Gambar 3.1

Gambar 3. 1 Gambar Rancangan PLTGL

(8)

5 PLTGL terdiri dari beberapa komponen yaitu sebagai berikut:

Gambar 3.2 Komponen PLTGL Pelampung Sejajar 3.3 Komponen PLTGL

1. Pelampung

Pelampung berfungsi untuk menggerakkan lengan pelampung agar dapat bergerak naik turun. Pelampung dibuat dari plastik (PVC) dan memiliki ukuran diameter 1 meter dan tinggi 0,5 m. Rancangan pelampung ditunjukkan pada gambar 3.3 berikut ini.

Gambar 3.3 Pelampung

(9)

6 2. Gear/roda gigi

Roda gigi berfungsi sebagai putaran dan pengubah gerakan lurus pada rack gear helical. Gear atau roda gigi akan meneruskan putaran ke poros. Roda gigi dapat dilihat pada Gambar 3.4

Gambar 3.4 Roda Gigi 3. Roda gigi searah

Roda gigi searah digunakan untuk meneruskan putaran yang dihasilkan roda gigi/gear sebelumnya menggunakan prinsip ratchet. Dapat dilihat pada Gambar 3.5

Gambar 3.5 Roda gigi searah (ratchet) 4. Rumah bantalan (pillow block) dan bantalan (bearing)

Pillow block adalah sebuah alas yang digunakan untuk mendukung kerja poros dengan bantuan dari bantalan (bearings) yang sesuai dan beragam aksesoris. Material kerangka mesin untuk pillow block biasanya terbuat dari cor besi atau cor baja. Merupakan sebuah bantalan terdiri dari bracket

(10)

7 pemasangan atau blok bantalan (alas) yang digunakan dalam mendukung kerja poros. Fungsinya untuk menampung bantalan dalam beban rendah.

Terdiri dari komponen dua benda utama, yakni bagian bantalan statis dan bagian dalam yang memiliki cincin berputar dan dapat menahan benda tetap pada posisinya masing-masing. Dapat dilihat pada Gambar 3.6

Gambar 3.6 Rumah Bantalan dan Bantalan 5. Generator

Generator mengkonversi energi dari bentuk energi mekanik menjadi energi listrik yang berlangsung di daerah medan magnet. Karena adanya energi mekanik yang diberikan pada generator yang berasal dari poros, maka timbul arus listrik dalam suatu penghantar akibat perubahan medan magnet di sekitar kawat penghantar tersebut. Generator dapat dilihat pada Gambar 3.7

Gambar 3.7 Generator

(11)

8 6. Rantai

Rantai bekerja memutar roda generator dari poros, melalui perputaran roda gigi pada saat yang sama. Rantai mengait pada roda gigi poros, dan meneruskan daya tanpa slip ke roda gigi generator. Jadi, menjamin putaran daya yang tetap. Rantai dapat dilihat pada Gambar 3.8

Gambar 3.8 Rantai

7. Rack gear helical

Batang gigi (rack gear) berfungsi sebagai transmisi untuk merubah gerak lurus menjadi gerak putar atau sebaliknya. Dapat dilihat pada Gambar 3.9

Gambar 3.9 Rack Gear helical

(12)

9 3.4 Perhitungan Rancangan

Dalam rancang bangun PLTGL ada beberapa hal yang perlu di analisa dan di optimalisasi kan pada perancangan Pembangkit listrik tenaga gelombang laut ini adalah sebagai berikut.

1. Roda Gigi

Diketahui :

D : 230 mm = 9,05 in S : 1000 mm = 39,37 in Np: 30

N : 1400 rpm Pd : 6

Jawab a. Dp = ^𝑁𝑝

𝑃𝑑

= ³⁰

6 = 5

b. Jarak garis pitch ke bagian belakang poros dari Tabel 8-10 B = 1,3

c. Jarak dari belakang ke garis tengah pinion (B-C) B-C = B + pinion radius = B + Dp / 2

= 1,3 + 5/2 = 1,3 + 2,5 = 3,8 in

(13)

10 d. Kecepatan linier poros pelampung

V poros = (Dp/2) (Np) = ( ⁵

2 ) (1400 rev/min ) ( 2𝜋 Rad/rev ) ( 1,0 ft/12 in) = 1831,6 ft/min

e. Perkiraan waktu naik turun poros pelampung V

=

^𝑠

𝑡

/

t =

^𝑠

𝑣

= 39,37 1831,6⁄ x 60 𝑠𝑒𝑐 𝑚𝑖𝑛⁄

= 1,28 sec

f. Jumlah putaran pinion untuk menurunkan poros pelampung S rack = Dp/2 x 𝜃𝑝

𝜃𝑝 = ^{𝑆𝑟𝑎𝑐𝑘}_𝐷𝑝

⁄2

= ^39,37₅

⁄2

x

^{12 𝑖𝑛}

𝑓𝑡

= 188,97 rad x ^{1 𝑟𝑒𝑣}

2𝜋 𝑟𝑎𝑑

= 30,09 rev.

2. Poros

1. Perhitungan pada poros Diketahui:

Wt= 2000 N θ= 20^O Pd= 30 Hp

(14)

11 np = 2500 Rpm

nG = 1250 Rpm

❖ Gaya radial

Wr = Wt tan θ = (2000 N)tan (20°) Wr = 727,9 N

❖ Torsi input ke poros T1 = (63.000) (P)/np

T1 = (63.000) (30)/2500 rpm T1 = 756 lb.in

T1 = 85,41 N.m

❖ Torsi output poros T2 = (63.000) (P)/nG

T2 = (63.000) (30)/1250 rpm T2 = 1.512 lb.in

T2 = 170,83 N.m

❖ Torsi output aktual (Asumsi 95% system efisien) To = T2(0.95)

To = 170,83 N.m (0.95) To = 162,28 N.m

❖ Gaya geser poros Rby = ^𝑤𝑡

2= ^{2000 𝑁}

2 = 1000 N Rbx = ^𝑤𝑟

2 = ^{727,9 𝑁}

2 = 363,95 N

❖ Momen bending poros

Mcy = 1000 N x 250 mm = 250.000 N.mm Mcx = 363,95 N x 250 mm = 90.987,5 N.mm

❖ Material poros

(15)

12 SAE 3140 OQT 700 steel, berdasarkan (Appendix 3)

Sy = 200.000 psi su = 220.000 psi 13 % elongation

❖ Sn = 72.000 psi,

❖ cs= (D/0,3)^-0,11asumsi diameter 27 mm (1,06 in)

= (1,06 in/0,3) ^-,11

= 0,87

❖ cr = 0,81 dengan asumsi keandalan sebesar 99 % S’n = sn . cr . cs = 72.000 psi. 0,87 . 0,81

S’n = 50.738,4 psi

❖ Faktor desain N = 2,5

❖ Diameter poros minimal yang diizinkan D = 25 mm

3. Bearing

Diketahui:

W = 50 kg = 490,5 N N = 1400 rpm

D = 45 mm nilai C Dynamic H = 100,000-200,000

Jawab

(16)

13 Perhitungan umur rancangan bearing

Ld = (h) (rpm) (60 min/h) = (100,000) (1400) (60) = 84 x 10⁸ rev

C = Pd ( Ld / 10⁶)¹^⁄³ = 490,5 (^{84 𝑥 10}⁸

10⁶ )¹^⁄³ = 9970,84 lb

3.5 Desain Konsep Mekanisme PLTGL

Desain konsep mekanisme dari Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL) ditunjukkan oleh gambar 3.2 dibawah ini:

Pada konsep mekanisme PLTGL ini dilakukan dengan metode state variabel dimana akan dilakukan dalam beberapa tahapan. Persamaan gerak dari sistem diturunkan terlebih dahulu dengan membangun free body diagram dari model fisik sistem yang telah tersederhanakan. Berdasarkan free body diagram yang telah dibentuk setiap komponen gaya dijumlahkan dengan menggunakan hukum newton untuk gerak rotasi dari PLTGL. Free body diagram PLTGL dapat dilihat pada Gambar 3.10

Gambar 3.10 Free Body Diagram PLTGL Energi

gelombang laut

Mekanisme PLTGL:

•Pelampung

•Putaran poros

•Rotary generator

Energi Listrik

(17)

14 Pada blok desain dapat dijelaskan bahwa untuk menghasilkan energi listrik diperlukan beberapa mekanisme. Dalam mekanisme PLTGL terdapat komponen penting yaitu dengan pelampung yang dapat menghasilkan gerak putar roda gigi dan torsi ketika diberikan input berupa energi gelombang laut yang berasal dari rack gear helical. Dapat dilihat pada Gambar 3.11

Gambar 3.11 Skema Mekanisme PLTGL Pelampung Sejajar

Prinsip kerja alat adalah pada saat lengan bergerak ke atas karena pengaruh gelombang air laut maka gaya yang dihasilkan lengan lurus dan rack gear helical akan dilanjutkan ke roda gigi dan dilanjutkan ke poros dan putaran diterima oleh generator. Prinsip kerja alat dapat dilihat pada Gambar 3.12

Gambar 3.12 Prinsip Kerja Alat PLTGL

(18)

15 Torsi hanya bisa lewat saat gelombang naik, ketika gelombang atau rack gear helical turun, roda gigi pada poros tidak bergerak karena menggunakan roda bergigi searah atau ratchet, dapat dilihat pada Gambar 3.13

Gambar 3.13 Sistem Roda Gigi Searah

Ketika Pelampung 1 turun, Pelampung 2 akan naik sesuai dengan arah gelombang laut yang tidak serentak naik, selanjutnya ketika pelampung 2 turun pelampung 3 akan naik dan diikuti dengan pelampung 4. Langkah ini akan berulang ulang terus menerus ketika gelombang laut tersedia sehingga poros terus berputar yang dapat menggerakkan generator listrik.

Bearing pada roda gigi

(19)

16

DAFTAR PUSTAKA

[1] M. A. Djabbar and others, ―OMBAK SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK,‖ Pros. Has. Penelit. Fak. Tek., vol. 5, no. 1, 2011.

[2] D. Magagna, ―Oscillating water column wave pump: a wave energy converter for water delivery,‖ University of Southampton, 2011.

[3] A. Muetze and J. Vining, ―Ocean Wave Energy Conversion,‖ Univ. Wis.

Madison, 2005.

[4] M. E. McCormick, ―Ocean Engineering Mechanics,‖ Cambridge University Press, 2010. 98

[5] S. S. Rao, ―Mechanical Vibrations Fifth Edition,‖ Prentice Hall, 2011.

[6] B. Setyana, ―Buku Ajar Kuliah Elemen Mesin II, Perancangan Roda Gigi Metode Niemann,‖ Universitas Diponegoro Semarang, 2007.

[7] C. M. Close, D. K. Frederick and J. C. Newell, ―Modeling and Analysis of Dynamic Systems Third Edition,‖ John Wiley and Sons, Inc., 2002.

(20)

17

LAMPIRAN

(21)

PARTS LIST

ITEM QTY PART NUMBER DESCRIPTION

1 1 BADAN/STRUKTUR

2 4 PELAMPUNG

3 5 PILLOW BLOCK

4 1 POROS PANJANG/GIGI

LURUS

5 4 RODA GIGI SATU ARAH

6 4 GEAR/RODA GIGI

7 1 GENERATOR

8 1 RANTAI

9 3 -

Dilihat :

Dilihat : Ahmad Fauzan Suryono, S.T., M.T

PLTGL PELAMPUNG SEJAJAR

Dibuat : Kelompok 12

Tanggal : 21 JUNI 2022

TEKNIK MESIN UNIB 001 A4

Satuan : mm Skala : 1 : 45

8 7 2

3

6

2 1 5

1

(22)

Dilihat :

PLTGL PELAMPUNG SEJAJAR

TEKNIK MESIN UNIB 002 A4

2000

5000

4450

300 2000 2000 1300

1200 1200 1200 700

700

599 722

900

898

139

110

(23)

(24)

PARTS LIST

DESCRIPTION PART NUMBER

QTY ITEM

1 - 1

PELAMPUNG 2 4

PILLOW BLOCK 5

3 POROS PANJANG 1

4 RODA GIGI SATU ARAH 4

5 RODA GIGI 4

6 GENERATOR 1

7 RANTAI 1

8 3 - 9

Dilihat :

SISTEM POROS

TEKNIK MESIN UNIB 003 A4

3

6

5 7 8

4

(25)

Dilihat : Dilihat :Ahmad Fauzan Suryono, S.T., M.T

S IS T E M P O R O S

T E K N IK M E S IN U N IB 0 0 4 A 4

5 0 0 0 3 9 4

208

5 0 0 6 0 0 5 0 0 6 0 0 5 0 0 6 0 0 6 0 0 5 0 0

394

1 1 0 0 1 2 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0

(26)

Dilihat :

SISTEM RODA GIGI

TEKNIK MESIN UNIB 005 A4

RODA GIGI

RODA GIGI SEARAH

GATILLO

BEARING/BANTALAN

(27)

Dilihat :

SISTEM RODA GIGI

TEKNIK MESIN UNIB 006 A4

222

150

92 65

(28)

PARTS LIST

DESCRIPTION PART NUMBER

ITEM QTY

PELAMPUNG 1

1 POROS PELAMPUNG 1

2 BAUT 6

3

Dilihat :

SISTEM PELAMPUNG

TEKNIK MESIN UNIB 007 A4

2

4

3

(29)

Dilihat :

SISTEM PELAMPUNG

TEKNIK MESIN UNIB 007 A4

1000 200

1000

R150

500

2005 995

(30)

(31)