1
LAPORAN KEMAJUAN 70%
PENELITIAN PENELITIAN PEMBINA
MODEL OWC SEBAGAI SEAWALL VERTIKAL
UNTUK BANGUNAN PENAHAN EROSI PANTAI
PENGUSUL
Empung, Ir., MT.
(
NIDN: 0429096701)
Nurul Hiron, M.Eng (NIDN: 0419087504)
UNIVERSITAS SILIWANGI
JULI, 2017
ii
LEMBAR PENGESAHAAN
1
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAAN... ii DAFTAR ISI ... 1 RINGKASAN ... 2 BAB I PENDAHULUAN ... 3 1.1. Latar Belakang ... 3 1.2. Perumusan Masalah ... 5 1.3. Tujuan Khusus ... 51.4. Urgensi (Keutamaan) Penelitian ... 5
1.5. Inovasi Ditargetkan ... 6
1.6. Luaran Penelitian ... 6
BAB II URAIAN KEGIATAN ... 7
2.1 Peta Jalan Pemikiran (Roadmaps Penelitian) ... 7
2.2 State of the art ... 7
2.3 Kegiatan yang telah dilaksanakan ... 18
2.4 Kegiatan yang akan dikerjakan ... 18
2.5 Kebaruan dalam bidang penelitian... 18
BAB III METODE PENELITIAN... 19
3.1. Fishbone ... 19
3.2. Model OWC Seawall ... 20
BAB IV PEMBAHASAN DAN HASIL ... 22
4.1. Seawall vertikal ... 22
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 27
DAFTAR PUSTAKA ... 28
LAMPIRAN ... 30
Lampiran 1. Prototype ... 30 Lampiran 1. Draft Jurnal ... Error! Bookmark not defined.
2
RINGKASAN
Penelitan ini membahas mengenai pengujian seawall dengan teknologi Oscillation Water Column (OWC). Masalah utama dari penelitian ini adalah erosi pantai yang semakin meningkat telah lama melanda pantai Indonesia, hasil penelitian menunjukan bahwa peningkatan erosi pantai akibat gelombang yang meninggi dan berkurangnya penahan pantai alami. Metode yang digunakan adalah pembuatan model seawall berbahan akrelik, seawall ini kemudian diberikan gelombang air. Seawall bekerja dengan prinsip mengambik energi gelombang dan kemudina mengubah menjadi energi kinetik melalui tekanan air dalam chamber seawall tersebut. energi kinatik menggerakan turbin yang ada di atas seawall. Gerak putar turbin yang diakibatkan oleh tekanan naik turun dalam chamber tersebut, kemudian diukur menggukanan alat ukur anemometer.
3
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pantai selalu menyesuaikan bentuk profilnya sedemikian sehingga mampu menghancurkan energi gelombang yang datang. Penyesuaian bentuk tersebut merupakan tanggapan dinamis lamai pantai terhadap laut (Hansje J. 2016).
Kepulauan Indonesia terbentuk karena proses geologi dan geodinamika yaitu konvergensi lempeng benua dan samudra menghasilkan morfologi yang sangat kompleks. Morfologi pesisir khas karena dipengaruhi proses endogen dan proses eksogen. Erosi pantai saat ini menjadi pembahasan yang hangat bagi para akademik di bidang lingkungan. Indonesia memiliki potensi gelombang yang besar, sehingga memiliki potensi kerusakan pantai akibat gelombang yang tinggi baik yang datang dari laut samudra hindia Para ilmuwan berusaha untuk mengurangi tinggi gelombang dan bagaimana mempertahankan luas pantai dari erosi. Daerah pantai merupakan daerah yang spesifik, karena berada di antara dua pengaruh yaitu pengaruh daratan dan pengaruh lautan. Sesuai dengan posisinya daerah pantai merupakan daerah yang sangat strategis (Yuwono N, dalam Surendro. 2012). Beberapa daerah yang telah mengalai kerusakan pantai diantaranya adalah pulau Bali (Surendro. 2012).
Para ilmuwan mencoba mempelajari penerapan OWC di Indonesia, sayangnya mempelajari OWC harus membuat bangunan OWC yang dibuat di pantai dengan biaya yang besar. Model OWC skala laboratorium memudahkan meneliti memahami bangunan dan karakter OWC yang sebenarnya, mencari optimalisasi, rekayasa turbin dan analisis aliran fluida. Pemodelan ini memangkas biaya, tenaga dan tenaga penelitian secara signifikan.
Indonesia memiliki panjang pantai 95.181 km dengan tinggi gelombang antara 0.5-5m (BMKG. 2016), Luas laut Indonesia mencapai 5,8 juta km2 atau mendekati 70% dari luas keseluruhan negara Indonesia (Ubaidillah R.A. At al. 2014), dengan kondisi demikian energi yang disediakan dari gelombang laut sangat besar. Jika dengan luas OWC 12,5 m2 dan tinggi gelombang laut 2m menghasilkan energi gelombang laut sebesar 8M joule dalam bentuk energi listrik adalah 1,6 MW (Empung. at al. 2014). Bangunan penahan pantai memiliki banyak manfaat salah satunya untuk kepentingan masyarakat di sekitar pantai, nelayan dan industri penangkapan ikan.
4 Peta arah gelombang di Indonesia 2017. (BMKG. 2016)
Tinggi gelombang di indonesia meningkat, khususnya daerah pesisir pantai bagian selatan, dimana arah laju angin didominasi dari timur menuju barat (Achiari. H, At al. 2015). Kondisi ini menyebabkan erosi pantai yang berdampak pada berkurangnya luas wilayah kepulauan Indonesia dan terus berkurang jika tidak ada usaha mengurangi erosi pantai tersebut.
Permasalahan adalah tembok penahan pantai saat ini menjadi solusi dalam mengurangi erosi pantai, tetapi tembok pantai tidak mengurangi tinggi gelombang yang menjadi penyebab utama dari erosi pantai dan sering kali tembok penahan pantai rusak akibat benturan dari tinggi gelombang atau pergeseran lapisan pantai, sementara breakwater yang memiliki fungsi meredam gelombang sebelum gelombang tersebut sampai ke pantai, tetapi breakwater sering sekali menjadi penyebab rusaknya jaring ikan nelayan dan rusaknya kapal nelayan akibat terbentur bangunan breakwater yang ada di dalam air, secara sosial breakwater kurang diterima oleh nelayan dibandingkan bangunan penahan pantai.
5
1.2. Perumusan Masalah
Perumusan masalah dari penelitian ini diantaranya :
1. Bagaimana merancang OWC sebagai Seawall vertikal untuk peredam gelombang pantai dan juga sebagai penahan bibir pantai
2. Bagaimana menganalisis efektivitas OWC sebagai Seawall vertikal terhadap tinggi gelombang, melalui mencari pengaruh luas bangunan terhadap evektivitas peredaman gelombang.
3. Bagaimana membuat prototype OWC sebagai Seawall vertikal yang dapat digunakan sebagai modul pratikum atau penelitian mahasiswa
4. Bagaimana mencari pengaruh gelombang dengan tekanan pada OWC sebagai Seawall vertikal
1.3. Tujuan Khusus
1. Merancang bangunan peredam gelombang pantai dengan fungsi ganda, yaitu sebagai peredam gelombang pantai dan juga sebagai penahan bibir pantai
2. Menganalisis efektivitas bangunan peredam gelombang pantai terhadap tinggi gelombang, melalui mencari pengaruh luas bangunan terhadap evektivitas peredaman gelombang. 3. Membuat prototype bangunan peredam gelombang yang dapat digunakan sebagai modul
pratikum atau penelitian mahasiswa
4. Mencari pengaruh gelombang dengan tekanan pada ruang bangunan peredam gelombang
1.4. Urgensi (Keutamaan) Penelitian
Urgensi penelitian ini diantaranya : 1. Peraturan..
2. Ketinggian air laut semakin meningkat setiap tahunnya
3. Erosi pantai telah terjadi dimana-mana terutama pada pantai daerah selatan pulau Jawa 4. Seawall vertical dengan teknologi OWC belum ada yang meneliti
6
1.5. Inovasi Ditargetkan
Inovasi yang ditargetkan dalam rangka menunjang pembangunan dan pengembangan IPTEKS adalah sebagai berikut:
1. Penelitian yang menghasilkan sebuah prototype bangunan peredam ombak laut
2. Pendidikan perguruan tinggi bidang teknik sipil perlu lebih memahami teori fluida sebagai salah satu keahlian yang dibutuhkan oleh masyarakat, dengan adanya bangunan peredam gelombang ini, maka mahasiswa dapat lebih mudah mempelajari karakter fluida, khususnya gelombang laut, lebih mudah dilakukan pemodelan dari suatu sistem fluida. 3. Bidang teknik sipil, penelitian ini memberi kontribusi yang sangat fundamental, mengenai
desain bangunan breakwater yang memiliki fungsi ganda, yaitu penahan abrasi pantai sekaligus sebagai bangunan peredam gelombang laut
4. Penelitian ini sebagai sumbangsih kepada bidang ilmu energi dalam memanfaatkan potensi gelombang laut untuk mendukung program pemerintah pusat mengenai Energi Baru Terbaharukan (EBT) sesuai dengan PERPRES No. 05 Tahun 2006.
1.6. Luaran Penelitian
1. Prototype bangunan OWC seawall vertikal sebagai peredam gelombang yang terbuat dari akrelik tembus pandang skala lab.
2. Publikasi Jurnal internasional terindeks scopus dan mempunyai impact factor 3. Laporan penelitian
4. Laporan keuangan 5. Poster
7
BAB II URAIAN KEGIATAN
2.1 Peta Jalan Pemikiran (Roadmaps Penelitian)
Peta jalan pemikiran dari usulan penelitian ini adalah penting sekali menjaga pantai dari erosi, tetapi saat ini breakwater menjadi pilihan untuk meredam gelombang sebelum gelombang sampai ke pantai, sementara seawall digunakan untuk menjaga pantai dari erosi akibat gelombang air, semua solusi tersebut pada prinsipnya adalah membuang energi gelombang, sementara energi gelombang adalah energi yang besar dan dapat dimanfaatkan lebih baik, tidak harus dibuang untuk menghindari dari erosi pantai, tetapi bagaimana caranya energi gelombang dikumpulkan dan dikonversikan menjadi enrgi lain. Sesuai hasil penelitian yang telah dilakukan bahwa Oscillating Water Column (OWC) memiliki potensi yang besar dalam mengganti peran seawall sekaligus menjadi pembangkit energi listrik tenaga gelombang. oleh karena itu usulan penelitian ini fokus pada pembuatan model berupa prototype dari implementasi OWC sebagai seawall tipe vertical.
Roadmaps penelitian sebagaimana Gambar 2.1 berikut.
Gambar 2.1. Road Maps Penelitian tahun 2014-2020
2.2 State of the art
8 Pada keilmuan hidrologi, ilmu kelautan, ilmu fluida bahwa untuk menangani abrasi akibat dari besarnya gelombang laut adalah dengan cara memecahkan energi gelombang menjadi kecil-kecil yang dikenal sebagai peredaman (attenuation), sehingga gelombang tidak menyebabkan abrasi (Liao, At al. 2013). Penelitian tersebut dilanjutkan pada teknik pemecahan tenaga gelombang salah satunya dengan implementasi break water (Rustell. M. 2014), sementara itu Oscillating Water Column (OWC) bekerja sebaliknya dari Break Water, yaitu dengan mengumpulkan energi gelombang laut untuk konversikan menjadi energi mekanik (Schoolderman. 2010), energi mekanik tersebut kemudian dapat dikonversikan menjadi energi listrik melalui turbin (Okuhara S. 2013).
Perubahan garis pantai adalah suatu proses yang berlangsung terus menerus melalui pelbagai proses baik pengikisan (abrasi) maupun penambahan (akresi) yang diakibatkan oleh pergerakan sedimen, arus susur (longshore current), tindakan ombak dan penggunaan tanah (Vreugdenhil, 1999 dalam Arief, et.al., 2011). Pengertian erosi pantai berbeda dengan abrasi pantai. Erosi pantai diartikannya sebagai proses mundurnya garis pantai dari kedudukan semula yang disebabkan oleh tidak adanya keseimbangan antara pasokan dan kapasitas angkutan sedimen, sedangkan abrasi pantai diartikan dengan proses terkikisnya batuan atau material keras seperti dinding atau tebing batu yang biasanya diikuti oleh longsoran dan runtuhan material (Yuwono, 2005 dalam Wibowo, 2012).
Bentukan geomorfologi pesisir terjadi oleh proses marin (fenomena oseanografi), proses angin, dan proses organisme. Proses marin menghasilkan rataan pasang-surut (tidal platform), cliff dan notch, gosong dan beting gisik, split (lidah gosong pasir) dan tombolo, ledok antar beting gisik (swale), hamparan lumpur dan aluvial pantai (teras marin & laguna) (Lobeck, 1939; Purwadhi, 2008; Sulaiman & Suhardi, 2008). Proses marin dapat berupa pengangkutan sedimen susur pantai (littoral sediment transport /longshore sediment transport) (Gambar 1). Proses susur pantai biasanya terjadi di pantai yang berbatasan dengan samudra dan merupakan proses yang penting karena berdampak sangat besar terhadap suatu struktur yang dibuat manusia misalnya jetti atau groin. Akibat pengangkutan sedimen sejajar pantai maka satu sisi bangunan akan mengalami sedimentasi sedangkan di sisi lain bangunan akan mengalami erosi.
9 Gambar 2.2. Pengangkutan sedimen susur pantai
(Sumber:http://comp.uark.edu/~mattioli/geol_1113.html).
Penelitian yang mengindra variasi garis pantai akibat abrasi di Selat Sunda menunjukan hasil yang mengkwatirkan, yaitu di Selat Sunda mengalami peningkatan sejak 25 tahun tertinggi mencapai 274,73 m tepatnya di Tanjung Lampe (Anugrahadi. At al 2014), sementara di Kabupaten Bengkulu Tengah di Provinsi Bengkulu terjadi pelebaran muara anak Sungai Muara Bangkahulu dan rusaknya pelindung alami pantai di sekitar muara akibat alih fungsi lahan (Fadilah, At al. 2013), bahkan terindentifikasi bahwa kecepatan abrasi pantai di Bengkulu mencapai 2,5 m per tahun (Suwarna. 2011), terjadi penurunan dinamika penduduk akibat abrasi pantai di Demak (Damaywanti. 2013). Abrasi juga melanda daerah Pondok Bali, dimana terjadi rata-rata abrasi 56 m per tahun, bahkan dapat dikategorikan kerusakan tingkat tinggi apa yang tejadi di Pondok Bali, yaitu 100-500 m area abrasi dari batas asal (Achiari. H, At al. 2015), laju erosi pantai di Bali bagian timur laut sekitar 2,5m per tahun atau 200 meter sejak 1940 (Husri, At al. 2016).
Kerusakan pantai umumnya dikarekan gelombang yang tinggi (Supriyanto, 2003).
Meskipun demikian, beberapa kerusakan pantai juga diakibatkan oleh manusia diantaranya adalah penambangan pasir di perairan pantai, pembuatan bangunan yang menjorok ke arah laut, pembukaan tambak yang tidak memperhitungkan keadaan kondisi dan lokasi (Damaywanti. 2013).
10 Gambar 2.3. Abrasi dan Kerusakan Bangunan Pantai di Lokasi Wisata Sungai Suci Kab.
Bengkulu. (Damaywanti. 2013)
a. Koordinat abrasi cukup parah, b. Kerusakan bangunan pantai sekitar jembatan
Kerusakan pantai, baik abrasi maupun akresi, dapat ditangani dengan usaha-usaha secara teknik dan non teknik. Secara teknik penanganan kerusakan pantai dilakukan dengan perlindungan buatan berupa bangunan pantai. Pada lokasi ini, perlindungan alami tidak dapat dilakukan karena tingkat kerusakan cukup parah, di mana garis pantai sudah sangat dekat dengan fasilitas yang dilindungi seperti daerah pemukiman, pertokoan, jalan, tempat ibadah, dan sebagainya maka perlindungan buatan adalah yang paling efektif (Triatmodjo, 2012). Adapun penanganan kerusakan pantai secara non teknis dilakukan dengan memperbaiki sistem kebijakan dan perturan daerah, karena penanganan wilayah pantai merupakan keterlibatan banyak instansi.
Dari bebrapa penelitian di atas, menunjukan bahwa telah terjadi erosi pantai yang meningkat signifikan tiap tahunnya pada pulau-pulau kecil di Indonesia dan pantai selatan pulau jawa dab Bali, dan beberapa pulau besar di Indonesia seperti sumatera, sulawesi dan papua. hal ini disebabkan laju ketinggian permukaan laut yang semakin meningkat.
2.1.1 Dinding penahan erosi pantai
Prinsip dasar terjadinya gelombang laut adalah “Jika ada dua massa benda yang berbeda kerapatannya (densitasnya) bergesekan satu sama lain, maka pada bidang geraknya akan terbentuk gelombang”. (waldopo. 2008). Gelombang sangat kompleks dan tidak dapat dirumuskan dengan akurat (Ubaidillah R.A, dkk. 2014Gelombang laut terdiri dari puncak gelombang dan lembah gelombang dan sifatnya dibagi dua, yaitu gelobang linear dan non-linear (waldopo. 2008). Menurut Hasnan (2014), Salter dalam Drew B. (2009)Ada bermacam-macam metode yang dapat di gunakan untuk pemanfaatan gelombang laut sebagai penghasil energi listrik, adalah Anaconda Bulge Wave System, Oister Hydraulic Piston System, Attenuator Pelamis System, Oscillating Water Column, Archimedes Wave Swing System, Wave Dragon.
Beberapa peneliti percaya bahwa secara global potensi energi listrik dari gelombang laut di pantai diperkirakan adalah 1TW (Panicker NN. 1976). Hal ini dikarenakan energi yang dihasilkan oleh gelombang laut adalah 5 kali dari apa yang dihasilkan oleh energi angin dengan kecepatan yang sama (Falnes J. 2007). Hasil penelitian di atas hanya fokus pada potensi energi
11 yang dihasilkan dari gelombang, sayangnya tidak menyentuh bentuk atau model OWC, analisis struktur bangunan OWC.
2.1.2 Bangunan penahan gelombang pantai (Seawall)
Dinding pantai/revetment adalah bangunan yang memisahkan daratan dan perairan pantai, yang terutama berfungsi sebagai pelindung pantai terhadap erosi dan limpasan gelombang (overtopping) ke darat.
Penggunaan seawall dimaksudkan untuk memperkuat tepi pantai agar tidak terjadi pengikisan akibat gempuran gelombang. Tetapi bila dinding penahan tidak direncanakan dengan baik,bangunan tersebut dapat cepat rusak terutama kerusakan pada bagian kaki. Karena itu pada bagian dasar perlu dirancang suatu struktur pelindung erosi yang cukup baik
Bangunan penahan gelombang memiliki beberapa tipe diantaranya
Gambar 2.4. Vertical seawalls (Sunder. V dan Anand. K. V. 2010)
12
Gambar 2.6. Seawalls jenis Mound (Oumeraci. 2016.)
Dari bentuk sewall di atas, banyak peneliti fokus pada bagaimana menahan daya bentur gelombang sehingga dapat menjamin keutuhan pantai atau daratan, sementara belum dilakukan kajian implenebtasi OWC sebagai seawall, sehingga dapat memiliki fungsi ganda yaitu selain meredam energi gelombang dan melindungi pantai dari erosi dan juga mengkonversikan energi gelombang menjadi energi lain yang dapat dimanfaatkan manusia.
13 2.1.3 Oscillating Water Column (OWC)
Salah satu bentuk bangunan peredam gelombang pantai adalah Oscillating Water Column (OWC). OWC bekerja dengan cara menerima gelombang dan mengkonversikan energi gelombagn menjadi energi mekanik. Menurut Wijaya A.I.W. (2010). OWC merupakan salah satu sistem dan peralatan yang dapat mengubah energi gelombang laut menjadi energi listrik dengan menggunakan kolom osilasi (chamber).
Gambar 2.7. OWC: the Limpet (Sumber: Tinyurl.com. 2014)
Pada teknologi OWC ini, digunakan tekanan udara dari ruangan kedap air untuk menggerakkan whells turbine yang nantinya pergerakan turbin ini digunakan untuk menghasilkan energi listrik. Ruangan kedap air ini dipasang tetap dengan struktur bawah terbuka ke laut. Tekanan udara pada ruangan kedap air ini disebabkan oleh pergerakan naik-turun dari permukaan gelombang air laut. Gerakan gelombang di dalam ruangan ini merupakan gerakan compresses dan gerakan decompresses yang ada di atas tingkat air di dalam ruangan. Gerakan ini mengakibatkan, dihasilkannya sebuah alternating streaming kecepatan tinggi dari udara. Aliran udara ini didorong melalui pipa ke turbin generator yang digunakan untuk menghasilkan listrik.
2.1.4 Pengaruh Angin
Hubungan angin dan gelombang laut diteliti oleh Pudjanarsa tahun 2006, di mana kecepatan rendah akan menyebabkan kecilnya tinggi gelombang dan rendahnya periode gelombang yang terjadi, sedangkan angin yang kuat dan angin ribut akan menyebabkan variasi tinggi serta periode gelombang serta mengarah ke berbagai penjuru. Gambar 2.11 menunjukkan suatu spektrum periode gelombang untuk berbagai variasi kecepatan angin.
14 Gambar 2.8. Spektrum periode gelombang untuk berbagai kecepatan angin
(Sumber : Pudjanarsa,2006) 2.1.5 Transformasi Gelombang.
Tinggi gelombamg adalah fungsi dari kedalaman, hubungan antara tinggi gelombang dengan kedalaman dapat diturunka ndengan menganggap flux energi adalah kekal di setiap lokasi. Gambar 2.9. Pendangkalan P1 = P2 ., P = E. n . C = E . Cg . ………. (2.1) 1/8 . ρ . g . H1 2 . n1. C1= 1/8 . ρ . g. H22 .n2 . C2 ………. (2.2) 𝐻2 𝐻1
=
√𝑛1 . 𝑐1 𝑛2 . 𝑐2 . ………. (2.3)Bila H1 adalah tinggi gelombang di laut dalam dinyatakan dengan H0 dan H2 dinyatakan
sebagai H. 2 2 1 gk Ho H kh kh 2 sin 2 1 1 . ………. (2.4)
15 2.1.6 Kekekalan Energi dan koefisien Refraksi.
Gelombang merambat lebih cepat di laut dalam dari pada di bagian laut yang dangkal, ini menyebabkan puncak gelombang akan membelok dan menyesuaikan dengan kontour dasar. Arah gelombang adalah tegak lurus terhadap puncak gelombang dan dinyatakan sebagai “Wave ray”. Flux energi gelombang diantara dua ray adalah kekal yang Bisa ditulis sebagai berikut :
E0 . Cg . B0 = E . Cg. B. ………. (2.5) (1/8. ρ . g. H02)(1/2 . C0 ) b0 = ( 1/8 . ρ . g. H2) ( ½ .C).b . ………. (2.6) 𝐻 𝐻𝑜
= (
1 2𝑛.
𝐶 𝐶𝑜)
1/2. (
𝑏 𝑏𝑜)
1/2……….…. (2.7)Koef. shoaling koef. refraksi.
Ket. tanda subscript “o” menunjukan besaran di laut dalam, sedangkan tinggi gelombang setelah transformasi adalah.
H = ks . kR . Ho. . ………. (2.8) Ks= ( 1/2n . C/C0 ) ½ . ………. (2.9)
Kp=(b/b0)1/2. ………. (2.10)
Untuk kontour dasar yang paralel ( sejajar ) berlaku hukum snelius. Koefisien refraksi diturunkan dari Ks = (Cos ϴ / cos ϴ )1/2. Koefisien Kr dan Ks diturunkan menggunakan grafik.
2.1.7 Gelombang Pecah
Gelombang akan menjadi tidak stabil bila gelombang terlampau curam atau perbandingan antara tinggi gelombang ( H / L ) > 0,142, atau bila keadaan laut terlampau dangkal ( h/L ) = 1,28 yang sering dijumpai di pantai.
a. Gelombang non linear berlaku untuk gelombang dimana perbandingan antara amplitudo dan panjang gelombang adalah kecil. ( kh/2) << 1 ), Bila keadaan ini tidak tercapai, maka pengaruh faktor non linear semakin besar. Sehingga orde yang > 1, tidak bisa lagi diabaikan.
b. Persamaan dan syarat batas linear, persamaan laplace..
2 0 2 2 2 z x . ………. (2.11) - 0 x . ………. (2.12) Pada Z = -kh , syarat batas dasar, yaitu(x,z,t)(xL,z,t), syarat batas lateral dan
), , , ( ) , , (x z t xL z tT syarat periodik. 2.1.8 Gelombang acak
16 Tinggi dan perioda gelombang signifikan yang terjadi di tengah laut akibat tiupan angin adalah sangat tidak beraturan ( acak ), dari hasil pengamatan gelombang yang tidak beraturan tersebut terdiri dari berbagai tinggi, perioda dan arah gelombang yang berbeda-beda. Bentuk gelombang acak sangat tidak beraturan sehingga perlu dilakukan penyederhanaan dengan idealisasi.
2.1.9 Analisis konversi daya gelombang pada bangunan peredam ombak pantai.
Perhitungan besarnya energi gelombang laut dengan metode oscilatting water column (OWC), hal yang pertama yang harus diketahui adalah ketersediaan energi gelombang laut. Besarnya energi potensial dari gelombang laut dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Wijaya. 2010):
𝑃. 𝐸. = 𝑚𝑔𝑦(𝑥,𝑡)
2 (𝐽) . ………. (2.13)
Maka persamaan energi potensial ini dapat ditulis sebagai berikut: 𝑃. 𝐸. = 𝑤𝜌𝑔𝑦2
2 = 𝑤𝜌𝑔 𝑎2
2 𝑠𝑖𝑛
2(𝑘𝑥 − 𝜔𝑡) (𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒)………(2.14)
Selanjutnya dihitung besarnya energi potensial gelombang lebih dari 1 periode, diasumsikan bahwa gelombang hanya merupakan fungsi dari x terhadap waktu, sehingga didapatkan persamaan y(x,t) = y(x). Jadi didapatkan:
𝑑𝑃. 𝐸. = 0,5 𝑤𝜌𝑔𝑎2 𝑠𝑖𝑛2(𝑘𝑥 − 𝜔𝑡) 𝑑𝑥 (𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒)………(2.15) Berdasarkan persamaan 𝑘 = 2𝜋 𝜆⁄ dan 𝜔 = 2𝜋 𝑇⁄ , maka dapat dirumuskan persamaan subsitusinya sebagai berikut :
𝑃. 𝐸. = 1
4𝑤𝜌𝑔𝑎
2𝜆 (𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒)………(2.16)
Besarnya energi kinetik lebih dari 1 periode adalah sebanding dengan besarnya energi potensial yang dihasilkan.
𝐾. 𝐸. =1
4𝑤𝜌𝑔𝑎
2𝜆 (𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒) ………(2.17)
Di mana energi kinetik adalah bagian energi yang berhubungan dengan gerakan dari gelombang laut. Setelah besarnya energi potensial dan energi kinetik diketahui, maka dapat dihitung total energi yang dihasilkan selama lebih dari 1 periode dapat dicari dengan menggunakan persamaan:
𝐸𝑤. = 𝑃. 𝐸. +𝐾. 𝐸. =1
2𝑤𝜌𝑔𝑎
2𝜆 (𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒) ……….(2.18)
Melalui persamaan di atas, maka dapat dihitung besarnya energy density (EWD), daya
17 besarnya energy density (EWD) yang dihasilkan gelombang laut digunakan persamaan berikut
ini. 𝐸𝑊𝐷 =𝐸𝑊 𝜆𝑊 = 1 2𝜌𝑔𝑎 2 (𝐽/𝑚2) ……… (2.19) Energy density adalah besarnya kerapatan energi yang dihasilkan gelombang laut tiap 1 satuan luas permukaan. Untuk menentukan besarnya daya listrik (PW) yang dihasilkan
gelombang laut digunakan persamaan berikut ini. 𝑃𝑊 =𝐸𝑊
𝑇 (𝑊𝑎𝑡𝑡) ……….. (2.20) Dimana wave power adalah besarnya daya listrik yang mampu dihasilkan oleh gelombang laut. Untuk menentukan besarnya power density (PWD) yang dihasilkan gelombang
laut digunakan persamaan 2.11 berikut ini. 𝑃𝑊𝐷 =𝑃𝑊 𝜆𝑊 = 1 2𝑇 𝜌𝑔𝑎 2 (𝑊𝑎𝑡𝑡/𝑚2) ………..(2.21) Dimana:
m = wρy : Massa Gelombang (kg) ρ = massa jenis air laut (kg/m3)
w = lebar gelombang (m) (diasumsikan sama dengan luas chamber pada OWC). Y = y(x,t) = a sin(kx-ωt) (m) : persamaan gelombang (diasumsikan gelombang
sinusoidal).
a = h/2 : amplitudo gelombang. h = ketinggian gelombang (m) 𝑘 = 2𝜋 𝜆⁄ : konstanta gelombang λ = panjang gelombang (m)
𝜔 = 2𝜋 𝑇⁄ (rad/sec) : frekuensi gelombang. T = periode gelombang (sec)
18
2.3 Kegiatan yang telah dilaksanakan
Kegiatan yang telah dilaksanakan:
1. Tahun 2014 - 2015 telah dilakukan perancangan OWC dan analisis potensi energi OWC studi kasus di pantai Cipatujah Kabupaten Tasikmalaya Jawa Barat, perancangan mengutamakan fungsi OWC sebagai penahan abrasi pantai, pembangkit listrik tenaga gelombang dan sebagai taman pantai.
2. Tahun 2016 telah melakukan simulasi model bangunan OWC. Hasil dari penelitian ini adalah sebuah simulasi yang menunjukan bagaimana gelombang dapat diredam pada bagunan OWC dan konversi energi gelombang menjadi energi lainnya. Hasil penelitian telah dipresentasikan pada seminar internasional bidang teknik sipil (SACEE-17) di Bali. Dan telah diterima pada jurnal Internasional terindeks Scoupus (IIOAB)
2.4 Kegiatan yang akan dikerjakan
Pada usulan penelitian ini, akan dilakukan pembuatan model aberupa prototype implementasi OWC sebagai sewall vertical. Tahun 2017 mengusulakan unutk membuat model bangunan peredam ombak pantai skala lab untuk menganalisis bagaimana energi gelombang dikonversi menjadi energi mekanik melalui perubahan tekanan udara di dalam chamber OWC, bagaimana pengaruh tinggi level tekanan udara di chamber OWC terhadap tinggi gelombang yang masuk ke OWC.
Hasil penelitian akan didokumntasikan dalam bentuk jurnal internasional dan disubmit di jurnal internasional terindeks Scopus.
2.5 Kebaruan dalam bidang penelitian
Kebaruan dari penelitian ini adalah bangunan breakwater saat ini menjadi satu satunya solusi dalam mengurangi tinggi gelombang, meskipun breakwater banyak menyebabkan karamnya perahu nelayan, sementara bangunan penahan pantai tidak dapat bertahan lama terhadap benturan dari gombang. Beberapa peneliti yang dijelaskan pada state of the art, fokus pada peran gelombang dan bangunan air, sementara penelitian OWC fokus pada efektivitas konversi energi gelombang kepada energi listrik, oleh karena itu pada penelitian ini ditawarkan bangunan alternatif yang memiliki dua fungsi yaitu menahan pantai sekaligus mengurangi daya benturan gelombang. Implementasi Oscillating water column (OWC) sebagai seawall tipe vertikal pada bidang hidrologi teknik sipil yang mana belum diteliti sebelumnya.
19
BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Fishbone
Pelaksanaan penelitian ini mengikuti alur pada fishbone yang dibuat sesuai roadmap penelitian pengusul, usulan penelitian ini adalah pada rusuk tahun 2017, yaitu pembuatan model dari sewall skala lab. Fishbone penlitian adalah sebagai berikut:
Gambar 3.1 Fishbone Penelitian
Bulan 1-2 merupakan tahapan awal dimana kegiatan meliputi pembentukan tim peneliti, penentuan target minggunan dan bulanan, dilanjutkan pada studi literatur mengenai gelombang pantai khususnya gelombang yang menyebabkan erosi pantai, dan studi mengenai bangunan air khusunya seawall
Bulan 3-4. Kegiatan penelitian meliputi perancangan model, pembuatan gambar dengan menggunakan program komputer, menentukan dimensi model yang sesuai, pembentukan pola berdasarkan pola hasil perancangan, asembly dari pola yang telah dibentuk dengan bahan akrelik bening transparan kemudian dilakukan coating agar dinding chamber seawall tidak basah dengan air dan menganggu pengamatan pada saat uji coba, evaluasi perancangan pola untuk memastikan pembentukan model telah sesuai dan siap diujicobakan.
Bulan 5-6, kegiatan penelitian meliputi ujicoba model, dimana model akan direndam dalam air dan diuji pada gelombang rendah dan gelombang tinggi kemudian diamati perubahan tekanan pada chamber seawall OWC.
Bulan 7-8 kegiatan penelitian meliputi pembuatan laporan penelitian, laporan keuangan, pembuatan dan submit jurnal.
20
3.2. Model OWC Seawall
Model OWC seawall yang diusulkan sebagai berikut:
Gambar 3.2 rancangan seawall dengan teknologi OWC
Dimensi modul yang diusulkan pada proposal penelitian ini adalah lembar 40cm, tinggi 60cm, panjang 50cm.
Metode penelitian secara keseluruhan mengikuti tahapan penelitian pada Gambar 3.5. metode penelitian mencakup waktu 3 tahun, pada tahun pertama diawali dengan pengumpulan data, observasi, studi pustaka, selanjutnya dilakukan desain OWC skala laboratorium berikut dengan simulasi dan analisis awal OWC di mana akan diketahui daya tampung air pada OWC, prediksi tinggi gelombang dan prediksi daya listrik dari generator yang akan dihasilkan.
Tahap berikutnya adalah pembuatan OWC skala laboratorium mengikuti hasil dari rancangan tahap awal, uji coba OWC meliputi pembuatan gelombang air, pengamatan pada chamber OWC, pengamatan pada turbin.
Tahap akhir dari pelaksanaan penelitian ini adalah analisis kinerja OWC meliputi hubungan antara periode gelombang terhadap energi listrik yang dihasilkan, analisis gelombang dan tekanan pada chamber OWC, analisis turbin generator, sehingga mejadi studi yang lengkap dan dapat diajukan pada jurnal ilmiah untuk keilmuan energi ataupun sipil.
21 Gambar 3.3. Metode Penelitian
Mulai
Inisiasi penelitian
Pengumpulan data, pembantukan tim peneliti
Seawall OWC Design
Perancangan model, pembuatan gambar dengan menggunakan program komputer, menentukan dimensi model yang sesuai, pembentukan pola berdasarkan pola hasil perancangan
Pengujian Model
ujicoba model, dimana model akan direndam dalam air dan diuji pada gelombang rendah dan gelombang tinggi kemudian diamati perubahan tekanan pada chamber seawall OWC
Analisis Model
Analisis Kinerja Seawall OWC, nalisis gelombang, analisis chamber. Selesai Pembuatan laporan penelitian, laporan keuangan, submit jurnal
22
BAB IV PEMBAHASAN DAN HASIL
4.1.
Seawall vertikal
Seawall dengan teknologi oscilating Water Column dirancang dengan dimensi panjang ...mm lebar ....mm tinggi ...mm, sementara luar outlet pada turbin adalah 65mm (Gambar 4.1).
Gambar 4.1. Seawall dengan teknologi OWC
Dari hasil pengujian diperoleh bahwa kecepatan udara dalam chamber terhadap waktu untuk variasi tinggi gelombang yang diberikan adalah gelombang berbanding lurus terhadap kecepatan udara dan membentuk fungsi sinus terhadap waktu, dimana semakin tinggi
23 gelombang maka kecepatan udara yang dihasilkan dalam osilator akan bertambah tetapi waktu yang dibutuhkan untuk satu periode lebih singkat. Nilai maksimum kecepatan V1 dan V2 menunjukkan peningkatan kecepatan sementara waktu satu periodenya makin cepat.
Gambar 4.1. Grafik Hubungan Kecepatan udara dalam osilator kolom air, V1 terhadap waktu untuk variasi tinggi gelombang
Gambar 4.2. Grafik Hubungan Kecepatan udara masuk turbin, V2 terhadap waktu untuk variasi tinggi gelombang
Gambar 4.2 grafik Hubungan Kecepatan udara masuk turbin V2 terhadap waktu untuk variasi tinggi gelombang memiliki kecenderungan yang sama dengan grafik hubungan kecepatan udara dalam osilator kolom air V1 terhadap waktu untuk variasi tinggi gelombang dimana tinggi gelombang berbanding lurus terhadap kecepatan dan membentuk fungsi sinus terhadap waktu, dimana semakin tinggi gelombang maka kecepatan yang dihasilkan akan bertambah tetapi waktu yang dibutuhkan untuk satu periode lebih singkat. Hal ini disebabkan oleh tinggi gelombang yang semakin meningkat akan menimbulkan energi potensil yang
24 semakin meningkat pula sehingga kecepatan udara semakin meningkat dan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu periode lebih singkat untuk tinggi gelombang yang makin besar.
Kecepatan udara pada Gambar 4.2 grafik Hubungan Kecepatan udara masuk turbin V2 terhadap waktu untuk variasi tinggi gelombang memiliki kecepatan yang lebih besar dari grafik hubungan kecepatan udara dalam osilator kolom air V1 terhadap waktu untuk variasi tinggi gelombang. Hal ini disebabkan oleh perbedaan luas penampang antara saluran udara (A2) dan permukaan kolom air (A1), dimana A2 memiliki luas penampang yang lebih kecil dari A1 sehingga udara dari A1 yang masuk ke A2 akan mengalami peningkatan kecepatan.
Gambar 4.3. Grafik Hubungan Daya angin terhadap waktu untuk variasi tinggi gelombang
Gambar 4.4. Grafik Hubungan Daya Mekanik turbin terhadap waktu untuk variasi tinggi gelombang
Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 grafik hubungan daya angin terhadap waktu dan grafik hubungan daya mekanik turbin terhadap waktu untuk variasi tinggi gelombang diperoleh
25 bahwa tinggi gelombang berpengaruh terhadap daya angin dan daya mekanik, dimana semakin tinggi gelombang yang terjadi maka daya angin dan daya mekanik yang dihasilkan juga semakin besar tetapi waktu yang dibutuhkan untuk satu periode semakin singkat. Hal ini disebabkan oleh karena gelombang yang semakin tinggi akan menimbulkan energi potensial yang semakin besar sehingga menimbulkan kecepatan udara meningkat, maka daya angin dan daya mekanik juga meningkat. Selain itu daya angin dan daya mekanik sangat dipengaruhi oleh luas penampang saluran udara, semakin kecil luas penampang saluran udara maka kecepatan aliran udara yang mengenai rotor kincir makin besar sehingga daya yang dibangkitkan makin besar pula.
Pada tinggi gelombang 10 cm daya angin maksimum yang dihasilkan adalah 13,539 W , daya mekanik maksimum adalah 2,031 W, dan efisiensi maksimum sistem osilator kolom air adalah 83,743%.Untuk tinggi gelombang 15 cm daya angin maksimum yang dihasilkan adalah 24,098 W, daya mekanik maksimum adalah 3,615 W , dan efisiensi maksimum sistem osilator kolom air adalah 66,247%.Sedangkan tinggi gelombang 20 cm daya angin maksimum yang dihasilkan adalah 38,092 W, daya mekanik maksimum adalah 5,714 W, dan efisiensi maksimum sistem osilator kolom air adalah 58,905%.
Gambar 4.5. Grafik hubungan Efisiensi sistem osilator kolom air terhadap waktu untuk variasi tinggi gelombang
Efisiensi sistem osilator kolom air merupakan perbandingan antara daya angin dengan daya akibat gelombang dalam osilator kolom air, dimana semakin tinggi gelombang akan semakin singkat waktu yang dibutuhkan dalam satu periode gelombang, lihat Gambar 4.5. Selain itu efisiensi sistem osilator kolom air juga sangat dipengaruhi oleh luas penampang kolom air dan luas penampang saluran udara, semakin tinggi luasan penampang osilator kolom air maka semakin besar tinggi gelombang maka efisiensinya naik, sebaliknya luasan udara
26 semakin kecil maka kecepatan aliran udara yang mengenai rotor kincir makin besar sehingga daya yang dibangkitkan makin besar pula. Semakin tinggi gelombang dan periode gelombang maka nilai kecepatan udara maksimum dalam osilator kolom air, kecepatan udara maksimum saat masuk turbin, daya angin maksimum, dan daya mekanik maksimum semakin meningkat sementara waktu yang dibutuhkan dalam 1(satu) periode semakin cepat. Sedangkan pada efisiensi maksimum sistem osilator kolom air menunjukkan tren sebaliknya, karena faktor luas penampang kolom air dan saluran udara dalam penelitian ini dirancang dalam skala laboratorium dimana luasan dibuat konstan, sehingga efisiensi maksimumnya cenderung turun. S
27
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Seawall dengan teknologi Oscillating Water Column (OWC) dapat mengubah energi gelombang yang datang kepadanya menjadi energi mekanik. Pada tinggi gelombang 10 cm daya angin maksimum yang dihasilkan adalah 13,539 W, daya mekanik maksimum adalah 2,031 W, dan efisiensi maksimum sistem osilator kolom air adalah 83,743%.Untuk tinggi gelombang 15 cm daya angin maksimum yang dihasilkan adalah 24,098 W, daya mekanik maksimum adalah 3,615 W , dan efisiensi maksimum sistem osilator kolom air adalah 66,247%.Sedangkan tinggi gelombang 20 cm daya angin maksimum yang dihasilkan adalah 38,092 W, daya mekanik maksimum adalah 5,714 W, dan efisiensi maksimum sistem osilator kolom air adalah 58,905%.
5.2. Saran
Diperlukan penelelitian lebih lanjut mengenai posisi outlet angin kepada turbin, sehingga diperoleh seawall dengan bentuk yang dapat menyembunyikan atau meng-kamuflasekan posisi turbin tan generator. bentuk seawall yang telah direkayasa akan meningkatkan fungsi seawall tersebut pada implementasi di lapangan.
Diperlukan penelitian lebih lanjut mengenai tipe turbin yang diimplementasikan sebagai prime mover generator, sehingga diperoleh efesiensi yang baik, diperlukan penelitian lanjutan dengan menerapkan generator listrik skala kecil, sehingga dapat dianalisis hingga energi dalam bentuk energi listrik, tidak hanya sampai pada energi mekanik saja.
28
DAFTAR PUSTAKA
Achiari. H, wulandari. N, Yonik M. Yustiani, Harlan. D. 2015. Proceedings of 34th The IIER International Conference, Singapore, 19th August 2015, ISBN: 978-93-85465-79-6 Anugrahadi. A, B.M. Sukojo, Y.S. Djajadiharja, F.S. Purwadhi. (2013) Identifikasi Variasi Perubahan Garis Pantai Akibat Abrasi Dan Akresi. Jurnal Sagara Vol. 10 No. 1 Agustus 2014
Arief, M., Winarso, G., Prayogo, T., 2011. Kajian Perubahan Garis Pantai Menggunakan Data Satelit Landsat di Kabupaten Kendal, Jurnal Penginderaan Jauh, LAPAN, Volume VIII : 71-80
BMKG. 2016. Available: http://maritim.bmkg.go.id/peringatan/gelombang_tinggi
Damaywanti. 2013. Dampak Abrasi Pantai terhadap Lingkungan Sosial. Studi Kasus di Desa Bedono, Sayung Demak. Prosiding Seminar Nasional Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan 2013. ISBN 978-602-17001-1-2)
Empung, Chobir. A, Hiron. N. 2014. Perancangan OWC studi kasus pantai cipatujah kabupaten Tasikmalaya. Hibah internal universitas siliwangi 2014
Fadilah, Suripin, Dwi P Sasongko. 2013. Identifikasi Kerusakan Pantai Kabupaten Bengkulu Tengah Provinsi Bengkulu. Prosiding Seminar Nasional Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan 2013. ISBN 978-602-17001-1-2
Hansje J. Tawas, Pingkan A.K. Pratasis. 2016. Pengaruh Besar Gelombang Terhadap Kerusakan Garis Pantai. TEKNO Vol.14/No.65/April 2016 ISSN : 0215-9617 http://comp.uark.edu/~mattioli/geol_1113.html
Husrin. S, Pratama. R, Putra. A, Sofyan. H, Hasanah. N.N, Yuanita. N, Meilano. I. 2016. The Mechanisms Of Coastal Erosion In Northeast Bali. Journal. Segara Vol.12 No.2 August 2016: 109-120. ISSN : 1907-0659. e-ISSN : 2461-1166.
Liao Yi-Chun, Jiang Jyun-Han, Wu Yi-Ping, and Lee Chung-Pan. 2013. Experimental Study Of Wave Breaking Criteria And Energy Loss Caused By A Submerged Porous Breakwater On Horizontal Bottom. Journal of Marine Science and Technology, Vol. 21, No. 1, pp. 35-41 (2013). DOI: 10.6119/JMST-011-0729-1
Lobeck, A.K. (1939). Geomorphology an Introduction to the Study of Landscapes. Mc. Graw-Hill Book Company, Inc., New York
Okuhara S., Takao M., Takami A., Setoguchi T. 2013. Wells Turbine for Wave Energy Conversion. Open Journal of Fluid Dynamics, 2013, 3, 36-41 http://dx.doi.org/10.4236/ojfd.2013.32A006 Published Online July 2013 (http://www.scirp.org/journal/ojfd)
Oumeraci. 2016. Non-Conventional Rubble Mound Breakwater with Core made of Geotextile Sand Containers (Geocore Breakwater). European Union, 5. Research Programme.
29 https://www.tu-braunschweig.de/lwi/hyku/forschung/abgeschloss
eneprojekte/geocore/index.html
Pudjanarsa, A. 2006. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta : ANDI
Purwadhi, S.H. (2008). Aplikasi Penginderaan Jauh dan Sistem Informasi Geografis untuk Penataan Wilayah. PT Grasindo. Jakarta,
Rustell. Michael. 2014. Optimising A Breakwater Layout Using An Iterative Algorithm. De Paepe Willems Award 2014
Schoolderman, J.E. 2009. Generating electricity from waves at a breakwater in a moderate wave climate, Delft University of Technology, Delft PMid: 19452776. http://dx.doi.org/10.9753/icce.v32.structures.63
Sulaiman, A. & Soehardi, I. (2008). Pendahuluan Geomorfologi Pantai Kuantitatif. E-book. LIPI.
Sunder. V dan Anand. K. V. 2010. Dynamic Pressure and Run-up on Curved Seawalls Compare with Vertical Under Cnoidal Wave. Indian Journa og Geo-Marine Science. Vol 39
Supriyanto, A., 2003. Thesis : Analisis Abrasi Pantai dan Alternatif Penanggulangannya di Perairan Pesisir Perbatasan Kabupaten Kendal - Kota Semarang, Magister Ilmu Lingkungan, Universitas Diponegoro, Semarang
Surendro B, 2012, Transmisi dan Refleksi gelombang pada pemecah gelombang bawah air ganda, Disertasi, Pascasarjana Universitas Diponegoro, Semarang
Suwarsono, 2011. Zonasi Karakteristik Kecepatan Abrasi Dan Rancangan Teknik Penanganan Jalan Lintas Barat Bengkulu Bagian Utara Sebagai Jalur Transportasi Vital, Makara, Teknologi, Vol. 15 (1) : 31-38
Tinyurl.com. 2014. OPT Powerbuoy. Available from http://tinyurl.com/ oceanpt/ (tanggal akses 01 September 2014).
Triatmodjo, B., 2012. Perencanaan Bangunan Pantai. Penerbit Beta Offset, Yogyakarta Ubaidillah A.R, Soemarwanto, Purnomo H. 2014. Studi Potensi Pembangkit Listrik Tenaga
Ombak Tipe Oscillating Water Column Di Perairan Pulau Sempu Kabupaten Malang
Waldopo. 2008. Perairan Darat dan Laut. www.google.com. Diakses hari Sabtu 20 september 2008.
Wibowo, A. Yudha, 2012. Makalah : Dinamika Pantai (Abrasi dan Sedimentasi), Fakultas Teknik dan Ilmu Kelautan, Universitas Hang Tuah, Surabaya
30
LAMPIRAN
31
