USULAN PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA JUDUL PROGRAM

(1)

i JUDUL PROGRAM

Batechsant (Battery Technology Of Sound Power Plant) Ship Engine: Perancangan Pembangkit Listrik Alternatif Bertenaga Suara Pada Kamar Mesin

Kapal

BIDANG KEGIATAN: PKM-KC

Diusulkan oleh :

Usykur Rahmat Fillah (1111100028) Angkatan 2011 Muhammad Dwi Bagus (1111100034) Angkatan 2011 Satrio Eko Yulianto (4210100035) Angkatan 2010

Imam Fauzi (4210100064) Angkatan 2010

Achmad Firdaus (4210100014) Angkatan 2010

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

(2)

(3)

iii

Halaman Judul ... i

Lembar Pengesahan ... ii

Daftar Isi ... iii

Daftar Gambar ... iv

Daftar Tabel ... iv

A. Latar Belakang Masalah ... 1

B. Rumusan Masalah ... 2

C. Tujuan Program ... 3

D. Luaran yang Diharapkan ... 3

E. Kegunaan ... ...3

F. Tinjauan Pustaka ... 3

1. Getaran Teredam dan Resonansi... 3

2. Pengujian Tingkat Kebisingan Ruang Mesin Kapal ... 4

3. Perancangan Sistem Kerja Piezoelectric... 6

4. Perancangan sistem kerja Bateschant ... 7

5. Lokasi pemilihan tempat untuk Batechsant (Battery Tecnology Of Sound... 8

G. Metode Pelaksanaan ... 9

1. Penjelasan Alir Metode Penelitian ... 9

2. Flowchart Langkah Kerja ... 10

H. Jadwal Kegiatan ... 10

I. Rancangan Biaya ... 10

J. Daftar Pustaka ... 11

K. Lampiran ... 13

(4)

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Dinding Kapal yang dapat Dijadikan Sebagai Peletakan Sistem . ..4

Gambar 2. Distribusi Kebisingan pada Ruang Mesin Induk Kapal... 5

Gambar 3. Struktur Rancangan Piezoelektrik ... 6

Gambar 4. Desain Visual Elemen Piezoelectric Secara 3 Dimensi...8

Gambar 5. Rancangan Skema Kerja Batechsant ... 8

Gambar 6. Gambar Penempatan Posisi Microphone sebagai Sensor Suara pada Main Engine Kapal ... 8

Gambar 7. Mesin Induk (Diesel) Kapal yang Merupakan Sumber Kebisingan Terbesar pada Ruang Mesin Induk Kapal ... 9

DAFTAR TABEL Tabel 1. Data Kebisingan pada Berbagai Bagian di Kapal untuk Kondisi Mesin Beban Penuh 100% (1850 Rpm)–13,7 Kn... 4

Tabel 2 Perhitungan Tingkat Tekanan Bunyi Berdasarkan Data Kebisingan Mesin Kapal... 5

Tabel 3.Fungsi Komponen Elemen Piezoelectric... 6

Tabel 4.Atribut Desain 3D Piezoelectrik ... 7

(5)

A. LATAR BELAKANG MASALAH

Krisis energi adalah masalah yang sangat fundamental di Indonesia, khususnya masalah energi listrik. Energi listrik merupakan energi yang sangat diperlukan bagi manusia modern, bahkan sebagian besar aktivitas manusia ditunjang dengan sebuah peralatan dan teknologi yang menggunakan listrik sebagai sumber energi. Hal ini menjadikan bahwa listrik menjadi sebuah bagian yang tidak terpisahkan dalam aktivitas manusia (Farit Fauzi,2009). Sejak beberapa tahun terakhir ini, para ahli mulai merubah pendapatnya tentang pemanfaatan sumber energi yang ada di Indonesia. Timbulnya kesadaran akan sumber bahan bakar fosil yang selama ini merupakan sumber energi andalan, akan terancam kelangkaan dalam beberapa tahun kedepan. Untuk itu, pemanfaatan sumber –

sumber energi alternatif yang baru dan terbarukan harus senantiasa diupayakan secara intensif untuk menghadapi krisis energi yang semakin terasa dampaknya saat ini (Kadir,1995).

Sumber suara dimuka bumi ini sangat melimpah. Aktifitas yang dilakukan manusia, sedikit banyak akan menghasilkan suara. Dalam aktivitas kerja, permesinan, aktivitas industri merupakan beberapa aktivitas yang berpotensi menghasilkan suara atau kebisingan baik yang dikehendaki kejadiannya ataupun tidak. Dengan begitu banyaknya potensi sumber suara yang terjadi, maka hal ini merupakan sebuah peluang untuk melakukan riset dan observasi mengenai kajian ilmiah pemanfaatan sumber suara ini menjadi sesuatu yang mampu menghasilkan nilai tambah (Value added). Terlebih bahwa sumber suara merupakan sumberdaya yang dapat diperbarui (Renewable).

Di dalam kapal, sumber kebisingan terbesar berasal dari ruang mesin induk (engine room), karena di dalamnya beroperasi peralatan mekanis seperti mesin induk sebagai penggerak kapal, generator, diesel, pompa-pompa dan peralatan lainnya (Reza,2009). Sumber suara yang melimpah seharusnya bisa dijadikan energi alternatif sebagai upaya untuk mengurangi ketergantungan akan penggunaan sumber energi fosil dalam arah pengembangannya. Hal ini dapat dilakukan karena sumber energi alternatif memiliki potensi sebagai faktor substitusi dalam penggunaan energi fosil pada tingkat dan skala tertentu. Tentu saja hal ini tergantng pada seberapa besar energi alternatif tersebut mampu

(6)

2

menghasilkan cadangan energi yang mampu menunjang kebutuhan. Semakin besar sumber energi alternatif dalam mensuplai energi, maka akan semakin besar pula jangkauan substitusi yang mampu dilakukan dalam aktivitas manusia. Dalam hal ini energi listrik yang dihasilkan dari kebisingan mesin induk kapal dapar digunakan sebagai sumber energi penerangan ruang mesin, penggerak awal mesin (Machine Start-up) ataupun pada skala yang lebih besar lagi tergantung pada tingkat pengembangan yang mampu dilakukan. Tetapi dalam tahap awal penerapannya dapat dilakukan pada skala yang kecil dan sederhana terlebih dahulu disertai dengan peningkatan yang berkelanjutan (Continuous Improvement) melalui sebuah penelitian.

Batechsant (Battery Technology Of Sound Power Plant) sebagai solusi efektif renewable energy untuk efisiensi bahan bakar mesin kapal

Agar kebisingan suara yang ditimbulkan oleh engine room dapat lebih bernilai guna, maka dalam upaya pemanfaatannya harus diupayakan secara terus menerus sehingga dalam jangka waktu kedepan dapat digunakan sebagai penghemat bahan bakar yang dikonsumsi oleh kapal. Dengan menerapkan prinsip-prinsip pemanfaatan energi alternatif yang tepat, maka diharapkan bahwa potensi kebisingan yang terjadi di mesin kapal dapat secara signifikan mampu menghasilkan energi listrik yang siap digunakan dalam beberapa keperluan. Salah satu solusi pemanfaatan energi alternatif, adalah dengan menggunakan elemen piezoelektrik. Elemen ini dapat menghasilkan daya listrik dengan sumber energi yang berasal dari getaran mekanis. Salah satu bentuk dari energi ini adalah kebisingan suara pada ruang mesin kapal.

Atas dasar prinsip pemanfaatan energi alternatif tersebut, maka dirancanglah sistem baterai pembangkit listrik tenaga suara yang memanfaatkan suara di ruang kamar mesin induk kapal dengan komponen utama elemen piezoelektrik.

B. PERUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana perancangan sistem Bateschant yang sesuai dengan struktur engine room pada kapal?

(7)

2. Bagaimana aplikasi sistem “Bateschant” pada struktur engine room kapal agar output daya listrik yang dihasilkan menjadi optimal?

C. TUJUAN

Tujuan dari kegiatan PKM KC ini adalah

1. Merancang sistem rancang bangun Bateschant yang sesuai dengan engine room pada kapal.

2. Dapat mengaplikasikan sistem Bateschant pada engine room mesin kapal agar menghasilkan output daya listrik yang optimal.

D. LUARAN YANG DIHARAPKAN

Hasil penelitian ini diharapkan dapat mencapai 2 (dua) luaran, sebagai berikut : 1. Desain sistem rancang bangun Bateschant yang sesuai dengan struktur

engine room pada kapal dan dapat menghasilkan daya listrik.

2. Perangkat Bateschant pada engine room mesin kapal yang dapat menghasilkan daya listrik yang optimal.

E. KEGUNAAN

Kegunaan program ini antara lain:

1. Sebagai salah satu solusi pemanfaatan energi yang belum dimanfaatkan di engine room mesin kapal.

2. Sebagai alternatif energi cadangan untuk sistem kelistrikan yang ada di kapal.

F. TINJAUAN PUSTAKA

F.1 Getaran Teredam dan Resonansi

Resonansi merupakan suatu fenomena dimana sebuah sistem yang bergetar dengan amplitudo yang maksimum akibat adanya impuls gaya yang berubah–ubahyang bekerja pada impuls tersebut. Kondisi seperti ini dapat terjadi bila frekuensi gaya yang bekerja tersebut berimpit atau sama dengan frekuensi getar yang tidak diredamkan dari sistem tersebut. Banyak contoh dari peristiwa resonansi yang dihadapi dalam kehidupan sehari – hari, antara lain : bila berdekatan dengan sebuah gelas dan dibangkitkan suatu nada ( frekuensi ) yang besarnya sama dengan frekuensi alam gelas itu sendirimaka gelas itu akan bergetar ( berbunyi) sekeras – kerasnya. Bila nada ( frekuensi ) tadi dibunyikan

(8)

4

cukup keras dan secara terus –menerus maka getar gelas akansemakin diperkeras sehingga gelas dapat pecah. (www.scribd.com)

Gambar 1. Dinding kapal yang dapat dijadikan sebagai peletakan sistem

(Sumber :Fauzi,Muchlis,Handayani,2011) F.2 Pengujian Tingkat Kebisingan Ruang Mesin Kapal

Dalam data yang berasal sari salah satu Tugas Akhir Mahasiswa Teknik Sistem Perkapalan ITS. Data tersebut berupa tingkat kebisingan yang terjadi pada berbagai sisi kapal termasuk ruang mesin induk kapal pada kondisi beban penuh (1850 rpm)-13,7 kn. Berikut merupakan data sekunder yang diperoleh:

Tabel 1. Data Kebisingan pada Berbagai Bagian di Kapal untuk Kondisi Mesin Beban

Penuh 100% (1850 rpm)-13,7 kn

DATA KEBISINGAN BERBAGAI BAGIAN PADA KAPAL

Ruangan Titik Ukur Aktual

Wheel House Front centre 80 65,5

Captain Room Front sbs 74 58

KKM Room Front Ps 74 57,5 Passanger Room Front sbs 80 66 centre 80 65,5 Ps 80 65,7 Middle sbs 62 73 centre 62 73,1 Ps 62 73,3 Back sbs 38 78,5 centre 38 78 Ps 38 78 Cabin Room sbs 57 72 Ps 57 63 Engine Room Middle sbs 23 104,5 centre 23 104,5 Ps 23 104 Back sbs 15 103,2 centre 15 103,5 Ps 15 103,5

Engine Control Room Ps 32 76,5

(9)

Berdasarkan pada data tersebut terlihat bahwa tingkat kebisingan pada ruang mesin kapal terjadi pada rentang 103-104,5 dB. Sedangkan distribusi data kebisingan yang diperoleh dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2. Distribusi Kebisingan pada Ruang Mesin Induk Kapal

(Sumber: Ulya, Muchlis, Fauzi, Pratama, Firdaus, 2012)

Sementara itu konversi besaran bunyi menjadi tekanan dilakukan dengan menggunakan formulasi. Proses ini dilakukan dengan cara menentukan besaran-besaran yang diperlukan untuk menggunakan formulasi. Berikut merupakan formulasi yang digunakan untuk melakukan proses konversi besaran tingkat suara menjadi besaran tekanan suara dalam satuan pascal.

Dimana : Lp = Tingkat Decibel yang terjadi (dB) P2rms = reference sound (Pascal)

P2o = Pressure Amplitutde (2x10-5) (pascal)

Berdasarkan pada persamaan tersebut, maka diperoleh nilai tekanan bunyi sebagai berikut:

Tabel 2. Perhitungan tingkat tekanan bunyi berdasarkan data kebisingan mesin

kapal

No Tingkat Kebisingan (dB) Tingkat Tekanan Bunyi (Pascal)

1 103,2 764,43

2 103,5 765,32

3 104 770,12

4 104,5 772,42

Tingkat tekanan bunyi yang diperoleh ini akan dijadikan dasar dalam melakukan analisis dan simulasi sistem dengan menggunakan software. Nilai tekanan bunyi digunakan untuk menentukan seberapa besar deformasi yang terjadi pada

(10)

6

membran piezoelectric akibat tekanan bunyi ini. dengan mengetahui deformasi yang terjadi maka besarnya listrik yang dihasilkan dapat diketahui.

F.3 Perancangan Sistem Kerja Piezoelectric

Gambar 3. Struktur Rancangan Piezoelektrik

(Sumber: Ulya, Muchlis, Fauzi, Pratama, Firdaus, 2012)

Pada tahap perancangan sistem kerja piezoelectric yang dilakukan terdiri dari beberapa tahap yaitu penetuan elemen piezoelektrik, penetuan rekayasa material elemen piezoelektrik, penetuan struktur piezoelektrik, dan anlisis simulasi kerja piezoelektrik:

Penentuan elemen piezoelectric dalam perancangan sistem kerja Batechsant terdapat beberapa elemen yang diperlukan yaitu:

Tabel 3. Fungsi Komponen Elemen Piezoelectric ELEMEN PIEZOELECTRIC

No Elemen Piezoelectric Fungsi

1 Metal Disc Penutup rangkaian piezoelectric 2 Electrode Sumber muatan listrik

3 Ceramic Sebagai isolator permanen

Berdasarkan pada elemen-elemen tersebut dapat dilakukan perancangan bentuk 3 dimensi dari piezoelectric sebagai berikut:

Gambar 4. Desain visual Elemen Piezoelectric secara 3 dimensi

(11)

Berdasarkan pada elemen piezoelectric, atribut yang ditentukan dalam piezoelectric antara lain sebagai berikut:

Tabel 4. Atribut Desain 3D Piezoelectric ATRIBUT DESAIN 3D PIEZOELECTRIC

No Atribut Desain yang Ditentukan Keterangan

1 Elemen Coating Metal, Electrode dan Ceramic

2 Bentuk lingkaran dengan diameter dan tebal tertentu 3

Dimensi

Dimensi yang ditentukan berupa Diameter dan Ketebalan

4

Konfigurasi

Coating Metal-electrode-ceramic-electrode-coating metal

Rekayasa material penyusun dilakukan berdasarkan pada fungsi pada masing-masing elemen dalam piezoelektrik. Dari masing-masing-masing-masing fungsi elemen tersebut akan ditentukan material yang tepat dan optimal untuk digunakan. Berikut merupakan hasil penentuan dan rekayasa material pada sistem kerja piezoelectrik:

Tabel 5. Rancangan Rekayasa Material Piezoelektrik REKAYASA MATERIAL PIEZOELEKTRIK

No Elemen Piezoelectric Fungsi Material yang Digunakan

1 Metal Disc Penutup rangkaian piezoelectric Steel atau Brass 2 Electrode Sumber muatan listrik Carbon Active 3 Ceramic Sebagai isolator permanen Ceramic

Sementara itu perhitungan tegangan yang terjadi pada Piezoelektrik, dapat menggunakan persamaan berikut:

V adalah voltase yang dihasilan, L adalah panjang longitudinal Piezoelektrik, g adalah konstanta yang bergantung pada jenis Piezoelektrik, D adalah diameter piezoelektrik, dan F adalah gaya pada piezoelektrik.

G.4 Perancangan sistem kerja Bateschant

Dalam sistem Bateschant yang direncanakan, energi yang berasal dari getaran suara akan ditangkap oleh elemen Piezoelektrik. Kemudian outputnya adalah arus listrik AC. Arus AC ini lalu diubah oleh adaptor menjadi arus DC, dan disimpan di dalam baterai. Kemudian energi yang tersimpan di baterai ini dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan dalam kapal mulai dari penerangan, kelistrikan dari alat–alat navigasi, dan kebutuhan energi saat darurat.

(12)

8

Gambar 8. Rancangan Skema kerja Batechsant

G.4. Lokasi pemilihan tempat untuk Batechsant (Battery Tecnology Of Sound Power Plant)

Gambar 9. Gambar Penempatan Posisi Microphone sebagai Sensor Suara

pada Main Engine Kapal (Sumber :Reza Bushriyadi,2009)

Pada proses peletakan alat Batechsant (Battery Tecnology Of Sound Power Plant) didasarkan prinsip : memanfaatkan suara yang dihasilkan oleh mesin kapal secara maksimal, sehingga dalam pemilihan tempat untuk desain alat dilakukan dengan cara penyesuaian pada letak mesin di main engine room kapal. Alat tidak diletakkan tepat di mesinnya, akan tetapi prinsip penempatan piranti penangkap suara pada sistem batechsant adalah dengan memanfaatkan dinding-dinding yang tersedia pada ruang mesin kapal. Hal ini dilakukan dengan pertimbangan untuk mengurangi dampak negatif ketika sebuah alat harus berinteraksi secara langsung dengan sumber getaran dan suara, sehingga tidak merusak sistem alat Batechsant.

(13)

Gambar 10. Mesin Induk (Diesel) Kapal yang merupakan sumber kebisingan

terbesar pada ruang Mesin Induk Kapal

METODOLOGI PELAKSANAAN PROGRAM

Proses untuk melaksanakan program ini dijelaskan dalam langkah –

langkah berikut. 1. Studi Literatur

Mengkaji dan mencari tenang hal – hal yang berhubungan dengan sistem Batechsant menggunakan referensi yang berasal dari internet, buku, jurnal, dan lain sebagainya.

2. Tinjauan Lapangan

Peninjauan lapangan dan pengambilan sampel data untuk mendesain prototype dilakukan di ruang mesin kapal. Pengambilan sampel data juga menggunakan sound level meter untuk mengetahui seberapa besar tingkat decibel di kamar mesin. Kemudian juga menghubungkan kondisi yang ada di lapangan dengan analisa secara teoritik.

3. Pembuatan Desain

Pembuatan desain dilakukan berdasarkan data sampel awal dengan bantuan software (ANSYS, Matlab, Solid Work, software Adobe Audition 3.0 ). 4. Uji Coba Desain

Uji coba desain dilakukan dengan membuat prototype berdasarkan hasil desain dan diujicobakan di kamar mesin kapalpada skala (1:10).

5. Penyempurnaan Desain dan Implementasi

Menyesuaikan Desain awal dengan hasil uji coba desain agar menghasilkan kembali prototype yang cocok dengan kondisi lapangan. Berikut ini flowchart yang telah dibuat.

(14)

10 JADWAL KEGIATAN No. Kegiatan Waktu Pelaksanaan Bulan I Bulan II Bulan III Bulan IV Bulan V 1 Persiapan 2 Studi Pustaka 3 Studi Lapangan 4 Pembuatan Desain 5 Uji Coba Desain 6 Penyempurnaan dan

Implementasi 7 Penyusunan

Laporan Akhir

H. RANCANGAN BIAYA

No Keterangan Satuan Harga Satuan Sub Total

1

Kesekretariatan

Biaya pembuatan paper dan

pengajuan paten Rp 750.000,00

Fotokopi referensi (studi literatur) Rp 300.000,00

Alat tulis menulis Rp 50.000,00

Kertas A4 80 grm 5 Rim Rp 35.000,00 Rp 175.000,00 Tinta Printer Modif (4 warna) 4 Botol Rp 50.000,00 Rp 200.000,00 Mulai Studi Literatur Pembuatan Desain

Uji Coba Desain

Penyempurnaan Desain dan Implementasi

Selesai Tinjauan Lapangan

Gambar 10. Flowchart Langkah

(15)

Penggandaan laporan kemajuan I 5 Buah Rp 10.000,00 Rp 50.000,00 Penggandaan laporan kemajuan II 5 Buah Rp 10.000,00 Rp 50.000,00 Penggandaan

laporan akhir 5 Buah Rp 10.000,00 Rp 50.000,00

2

Poster 10 Buah Rp 20.000,00 Rp 200.000,00

Survey Lokasi

Biaya Kunjungan Operasional Kapal Rp 1.000.000,00 Sewa Kendaraan 5 Hari Rp 300.000,00 Rp 1.500.000,00 Konsumsi (5 orang) 6 Hari Rp 15.000,00 Rp 450.000,00 Bahan Bakar Kendaraan 20 Liter Rp 4.500,00 Rp 90.000,00 3 Akomodasi (penginapan) 5 Hari Rp 175.000,00 Rp 875.000,00 Sewa laboratorium Sistem Perkapalan Rp 500.000,00

Peralatan yang Dibutuhkan

Lampu 5 W Rp. 50.000,00

4 Adaptor, dan Baterai industri rechargable. Rp. 500.000,00

Piezoelektrik Rp 3.750.000,00

Jumlah

Pengeluaran Kabel, solder, dan timah. Rp 800.000,00

Peralatan Pelengkap (sound level meter, volt meter, dll) Rp 1.000.000,00 Ear plug 5 Pasang Rp 30.000,00 Rp 150.000,00

Dokumentasi

Baterei

Kamera 1 pasang Rp 10.000,00 Rp 10.000,00

Rp 12.500.000,00

DAFTAR PUSTAKA

Bushriyadi,Reza.2009.Analysis Noise Level,Work Climate and Lighting in KM Ciremai Engine Room.Undergraduate Thesis. Surabaya Shipbuilding State Polytechnic, Sepuluh Nopember Institute Of Technology,Surabaya,Indonesia. Fauzi,Farit.2009.The Application of Solar Power Plant for Lighting Sistem on Tanker.Undergraduate Thesis.Sepuluh Nopember Institute Of Technology, Surabaya,Indonesia

Fauzi Imam, Muchlis, Handayani Nadia. 2011. Batechsant (Battery Technology Of Sound Power Plant):Inovasi Teknologi Baterai Pembangkit Listrik Masa Depan melalui Pemanfaatan Energi Suara pada Mesin Induk Kapal.Makassar: Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi

(16)

12

Fauzi Imam, AF Abbrevia, Zailani Muhammad Dasuki, Pradipta Mega, Ulya Azimah. 2012. Investigasi Waktu Dengung Mesin Kapal Perang Sebagai Suplai Pembangkit Listrik Tenaga Suara Darurat Kamar Mesin Kapal Melalui Batechsant (Battery Technology Of Sound Power Plant). Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi

Prianto, Budi.2010. Studi Eksperimental Pengaruh Panjang Beam, Posisi Piezoelectric, Amplitudo dan Frekuensi Getaran terhadap Voltase Bangkitan Pada Mekanisme Beam

Ulya Azimah, Muchlis, Pratama Eko Jandy, Fauzi Imam, Firdaus Achmad. 2012. Analisa Kadar Energi Miko-vibration Pembangkit Listrik Tenaga Suara Darurat Batechsant (Battery Technology Of Sound Power Plant) Pada Kamar Mesin Kapal Perang. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi

(17)

LAMPIRAN

NAMA BIODATA PELAKSANA DAN DOSEN PENDAMPING PELAKSANA KEGIATAN

Ketua Pelaksana Kegiatan

1. Nama : Usykur Rahmat Fillah

NRP : 111100028

Jurusan : Fisika FMIPA

Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember ITS Waktu untuk kegiatan PKM : 6 jam/minggu

(Usykur Rahmat Fillah) 11 11 100 028 Anggota Pelaksana

2. Nama : Imam Fauzi

NRP : 4210100064

Jurusan : Teknik Sistem Perkapalan FTK