TUGAS METODELOGI PENELITIAN Oktober 2012 Chintya Bunga Yudhitiara Pendidikan Teknik Elektronika NR 10 JURNAL SKRIPSI

Transkripsi

1 TUGAS METODELOGI PENELITIAN Oktober 2012 Chintya Bunga Yudhitiara Pendidikan Teknik Elektronika NR 10 JURNAL SKRIPSI Awan Kuspriadi Massus Subekti, MT. Muhammad Rif an, MT. ABSTRACT AWAN KUSPRIADI. Reliability Analysis of Power Systems Marine Air Waves (PLTA-GL) in The Southern Waters of West Java and Yogjakarta. Supervisor Massus Subekti and Muhammad Rif an. Ocean Waves is an alternative form of energy that can be used to generate electrical energy, one form of utilization is Hydroelectric Power Waves of the Sea (hydro-gl). This study aims to analyze the reliability hydro-gl in the waters south of West Java and Yogjakarta, and for optimization of system reliability in one of hydro-gl based on analysis of data via satellite imagery. The research was conducted in the laboratory Electrical Engineering, Measurement, and Calibration Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, State University of Jakarta in July December This study uses simulations of performed on a prototype unit with a waves of data generated from satellite imagery in both waters. From the results of this study obtained the right to the reliability the best prototype is based on reliability analysis of the daily data analyze the waters south of West Java on the 0.5 m waves height, wave period 0.6 s, resulting in water discharge m / s, the maximum height of 19 m and the power generated 224,4 Watt, as well as the availability of water has reached 273 hours. keywords : Reliability, Power, Alternative Energy, Sea Waves. Chintya Bunga Yudhitiara Jurnal Skripsi 1

2 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Keandalan Pembangkit salah satu hal penting dari penyediaan pasokan energy listrik. Keandalan kapasitas pembangkit didefinisikan sebagai persesuaian antara kapasitas pembangkit yang terpasang terhadap kebutuhan beban. Artinya pasokan energy diharuskan selalu tersedia untuk melayani beban secara kontinyu. Kemampuan system atau komponen untuk memenuhi fungsi yang dibutuhkan dalam kondisi tertentu selama rentang waktu yang spesifik pemenuhan fungsi, tentunya suatu system yang dibuat ditunjukkan untuk memenuhi fungsi. Fungsi ini dapat dikatakan sebagai indicator utama keandalan suatu system. Bila fungsi terpenuhi dengan baik maka dapat dikatakan handal dalam menjalankan perannya begitu juga sebaliknya. Idealnya energy listrik bagi masyarakat adalah suatu energy yang tersedia kapanpun dan dimanapun dibutuhkan mudah didapat. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut perusahaan penyalur tenaga listrik dan perusahaan pengoperasi jaringan tenaga listrik harus memberikan pelayanan yang memuaskan bagi pelanggan. Dengan melihat ari dari listrik ini, maka disinilah letak dimensi social yang sangat penting untuk membangun Negara. Selain melihat sisi suplai sebagai salah satu bidang kelistrikan, listrik juga mengandung unsur pemerataan terhadap pembangunan pemerintah. Dengan banyaknya listrik yang tersebar disuatu wilayah, ini merupakan suatu symbol dari kemajuan masyarakat. Sebagai Negara kepulauan memiliki luas perairan 5,7 juta km 2, Indonesia kaya akan sumber daya laut, salah satu energy dilaut tersebut adalah energy gelombang laut. Sebenarnya gelombang laut merupakan sumber energy yang cukup besar, gelombang merupakan gerakan air laut yang turun-naik atau bergulung-gulung. Energy gelombang laut adalah energy Alternatif yang dibangkitkan melalui efek gerakan tekanan udara akibat fluktuasi pergerakan gelombang dan energy gelombang laut dapat digunakan sebagai energy pembangkit tenaga listrik.energi gelombang laut merupakan salah satu energy terbarukan dan memiliki potensial besar untuk dikembangkan, karena penggunaan gelombang laut sangat banyak tersedia dialam. Pemanfaatan potensi laut Indonesia belum optimal, pemanfaatan yang dilakukan baru sebatas pada kekayaan alam yang ada didalamnya. Gelombang laut memiliki potensi yang cukup besar dan kenyataannya selama ini belum dimanfaatkan. Maka dari itu perlu diadakannnya penelitian dengan menentukan analisis point gelombang laut dari setiap daerah yang sangat berpotensi sebagai wilayah penghasil energy gelombang laut. Pemanfaatan energy gelombang laut yang dikembangkan saat ini yaitu Pembangkit Listrik Tenagar Air Gelombang Laut. Guna mendapatkan performa yang diharapkan, maka dilakukan analisis dari system yang telah dibangun. Oleh karena itu penulis melakukan penelitian tentang analisis Keandalan System Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut di (PLTA-GL) DI Perairan selatan Jawa Barat dan Yogjakarta. Chintya Bunga Yudhitiara Jurnal Skripsi 2

3 1.2 Perumusan Masalah Masalah yang akan diselesaikan dalam penelitian ini adalah menganalisis keandalan system Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL) yang telah dibangun dengan mensimulasikan data tinggi dan periode gelombang melalui citra satelit selama satu minggu di perairan selatan Jawa Barat dan Yogjakarta pada bulan November 2010 terhadap daya turbin maksimal dan ketersediaan air yang dihasilkan. 1.3 Pembatasan Masalah Beberapa pembatasan masalah yang diambil adalah : 1. Hanya Gelombang laut di Perairan Indonesia. 2. Data yang disimulasikan hanya 1 minggu. 3. Mengabaikan segala macam gesekan yang timbul. 4. Gelombang laut dianggap tidak pecah pada saat menyentuh alat konversi. 5. Kontruksi tidak terpengaruh oleh hantaman gelombang laut. 6. Kekuatan bahan diabaikan. 7. Massa tuas diabaikan. 1.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Menganalisis System Keandalan Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL) yang telah disimulasikan dengan ketersediaan air yang dihasilkan. 2. Mendapat keandalan system yang tepat untuk System Keandalan Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL) berdasarkan data analisis point gelombang yang menghasilkan daya turbin maksimal dan ketersediaan debit air selama satu minggu. 1.5 Kegunaan Penelitian Penelitian ini diharapkan sebagai referensi pemanfaatan Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL) dengan menganalisis keandalan sistemnya dan mengetahui gelombang laut didaerah tertentu dan juga sebagai kontribusi terhadap perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, khususnya untuk memaksimalkan potensi gelombang laut sebagai salah satu energy alternatif di Indonesia. Chintya Bunga Yudhitiara Jurnal Skripsi 3

4 BAB II KERANGKA TEORITIS 2.1 Gelombang Laut Potensi Energi Gelombang Laut Semakin menipisnya sumber energy tak terbarukan (non renewable) mendorong peneliti untuk memusatkan penelitiannya pada pemanfaatan energy terbarukan (renewable) untuk kepentingan manusia. Sumber energy terbarukan adalah jenis-jenis sumber energy yang masa penyediaannya relative sangat lama atau dengan perlakuan-perlakuan tertentu senantiasa dapat diperbaharui, sedangkan sumber energy tak terbarukan adalah sumber-sumber energy yang jangka waktu penyediaannya terbatas Jenis Jenis Gelombang Laut Terjadinya gelombang laut bisa dibangkitkan oleh angin, gaya tarik matahari dan bulan atau pang surut antara lain : 1. Gelombang Angin Gelombang Angin adalah gelombang yang ditimbulkan oleh tiupan angin diatas permukaan air laut. 2. Gelombang Pasang Surut Gelombang Pasang Surut adalah gelombang yang timbul oleh gaya tarik-menarik bumi dan planet lain seperti bulan dan matahari. 2.2 Gelombang Laut Indonesia Indonesia memiliki garis pantai kurang lebih 81 ribu km yang juga terpanjang didunia. Gelombang laut di Indonesia memiliki energy sekitar KiloWatt per meter, jika dimanfaatkan 1% dari garis pantai tersebut, maka arus gelombang laut Indonesia mampu menghasilkan 16 Giga Watt. Zamrisyah menuturkan, wilayah Indonesia yang berpotensi menggerakan Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL) berada disebelah barat Pulau Sumatera, disebelah selatan Pulau Jawa, hingga kearah Samudera India. 2.3 Pembangkit Listrik Gelombang Laut Proses pembangkitan energy listrik adalah suatu proses konversi berbagai macam energy yang dirubah menjadi energy mekanik untuk menggerakan generator yang mampu menghasilkan listrik. Pembangkit listrik adalah satu unit mesin yang terdiri dari beberapa bagian yaitu turbin, generator, transformator, dan kelengkapan lainnya yang berfungsi mengonversi berbagai jenis energy menjadi listrik. Chintya Bunga Yudhitiara Jurnal Skripsi 4

5 Prinsip kerja PLTA-GL ini adalah merubah energy gelombang laut dengan menggunakan alat konversi (ponton) menjadi energy mekanik untuk menggerakakkan pompa untuk memompa air laut menuju reservoir untuk dimanfaatkan energy potensial berupa tinggi jatuh air menuju turbin untuk memutar generator yang terletak satu poros dengan turbin, kemudian air laut yang digunakan untuk memutar turbin dialihkan lkembali menuju laut. Penelitian pemanfaatan gelombang laut telah banyak dilakukan baik di Indonesia maupun di luar negeri. Ada enam tipe jenis pemanfaatan energy gelombang laut, yaitu : 1. Attenuator 2. Oscillating Water Column (OWC) 3. Overtopping Device 4. Oscillating Water Surge converter (OWSC) 5. (Axisymmetrical) Point Absorber 6. Submerged Pressure Differential 2.4 Energi Gelombang Laut Gelombang adlah osilasi yang berpindah tidak membawa materi bersamanya. Dalam perambattannya, gelombang membawa energy dari satu tempat ketempat lain. Dengan kata lain, gelombang adalah energy yang merambat. Gelombang yang memindahkan energy disebut gelombang berjalan. Ada dua jenis gelombang berjalan, yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatnya. Sedangkan gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarannya sejajar dengan arah rambatnya. Dari kombinasi kedua jenis gelombang transversal dan gelombang longitudinal disebut gelombang permukaan. Contoh gelombang ini adalah gelombang air. 2.5 Hukum Archimedes Berdasarkan hukum Archimedes, gaya apung yang bekerja pada benda yang dimasukkan kedalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya. Ada tiga keadaan umum suatu materi, yaitu padat, cair, dan gas. Benda padat mempertahankan bentuknya yang tetap. Benda cair tidak mempertahankan bentuk yang tetap, tetapi perubahan volume yang signifikan terjadi jika diberikan gaya yang besar. Sedangkan gas tidak memiliki bentuk maupun volume yang tetap, akan tetapi gas menyebar memenuhi tempatnya. Karena zat cair dan gas tidak mempertahankan bentuknya dan keduanya memiliki kemampuan untuk mengalir, sehingga kedua jenis zat ini sering disebut fluida. 2.6 Hukum Bernoulli Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa dimana kecepatan fluida tinggi maka tekanan rendah, dan dimana kecepatan fluida rendah maka tekanan tinggi. Chintya Bunga Yudhitiara Jurnal Skripsi 5

6 2.7 Pompa Untuk menghitung volume pompa komponen ketinggian berdasarkan panjang langkah yang dihasilkan oleh pompa sesuai dengan periode gelombang, sehingga untuk menghitung kecepatan air yang masuk pompa menggunakan persamaan : V Sedangkan untuk menghitung debit air yang masuk menggunakan persamaan : 2.8 Tuas Momen gaya adalah efek putar dari sebuah gaya terhadap sumbu putar. Besarnya momen gaya adalah perkalian gaya terhadap jarak (garis tegak lurus dari sumbu putar terhadap garis kerja gaya). 2.9 Panjang Langkah Semakin panjang lengan beban maka panjang langkah yang dihasilkan akan semakin besar, begitu juga sebaliknya semakin pendek panjang lengan beban maka panjang langkah yang dihasilkan akan semakin kecil Turbin Turbin merupakan salah satu komponen utama dalam pembangkitan energy listrik, karena turbin adalah sebuah penggerak mula yang digunakan untuk memutar generator. Turbin merubah energy potensial dari ketinggian yang telah ditentukan ke dalam bentuk energy mekanik yang akan digunakan untuk memutar generator. Pembagian turbin dapat digolongkan menjadi dua, yaitu : 1. Turbin Impuls Turbin Pelton Turbin Turgo Turbin Crossflow 2. Turbin Reaksi 2.11 Perhitungan Daya Turbin Francis Turbin Kaplan & Propeller Turbin yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga air gelombang laut ini adalah turbin crossflow, daya turbin yang dapat dihasilkan oleh turbin crossflow dapat dihitung dengan menggunakan rumus : P t = 9.81 x H net x Q net X n t Chintya Bunga Yudhitiara Jurnal Skripsi 6

7 P t H net Q net n t = Turbin Output (kw) = Head netto (m) = Debit Air netto (m 3 /s) = Efisiensi Turbin 2.12 Penelitian Sebelumnya Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL) Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL) ini ditemukan oleh Massus Seubekti, M.T, pembangkit ini menggunakan hokum Archimedes yang intinya pada PLTA-GL ini menaikan air ke reservoir yang terletak disisi atas. Jumlah air yang dipindahkan sama dengan berat air yang dipindahkan akibat ponton yang terendam dalam air. Setelah air sampai di reservoir maka air akan jatuh dan memutar turbin Keandalan System dan Parameter Keandalan Keandalan system ditentukan oleh presentasi keseterdiaan air selama satu minggu dikedua wilayah indicator. Indicator keandalan ditunjukkan oleh berapa persen keandalan dikedua wilayah jika mencapai peluang sukses sebesar 100% maka pembangkit dikatakan handal, jika hanya mencapai peluang 50% pembangkit dikatakan kurang handal dan jika tidak mencapai 50% atau dibawahnya maka system pembangkit dikatakan tidak handal. Chintya Bunga Yudhitiara Jurnal Skripsi 7

8 BAB III STRATEGI DAN PROSEDUR PENGEMBANGAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian tentang Analisis Keandalan System Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL) di Perairan Selatan Jawa Barat dan Yogjakarta ini dilaksanakan di Karang Hawu yang terletak pada Perairan selatan Jawa Barat dan daerah Yogjakarta pada bulan November Pengambilan data tinggi muka laut dilakukan tanggal 22 November sampai 24 November 2010 dan Laboratorium Mesin Listrik dan Pengukuran Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Jakarta dengan waktu pelaksanaan selama 6 bulan. Tempat perairan selatan dipilih karena mempunyai potensi tinggi gelombang lebih dari 1 meter dan periode yang kurang dari 10 detik, maka sangat cocok untuk simulasi prototype. 3.2 Strategi Pengembangan Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan dari penelitian sebelumnya, sehingga untuk melanjutkan penelitian ini perlu memahami penelitian sebelumnya, yaitu memahami prinsip kerja dan mengetahui ukuran serta desain prototype PLTA-GL yang telah dibangun, kemudian melakukan Analisis terhadap keandalan system yang telah dibangun untuk meningkatkan keandalan prototype PLTA-GL. 3.3 Desain penelitian Metode penelitian yang digunakan adalah metode studi kepustakaan dan metode penelitian eksperimen. Metose studi kepustakaan dilakukan untuk mencari materi yang mendukung dan sesuai dengan materi skripsi disamping sebagai bahan perbandinganlandasan teori dari rangkaian yang dibuat. Menurut Nazir (2996) metode penelitian eksperimen adalah penelitian yang dilakukan dengan mengadakan manipulasi pada objek penelitian serta adanya control. Dalam penelitian metode eksperimen adalah metode eksperimen sungguhan. Dalam penelitian ini alat uji dicoba untuk diteliti. Jadi eksperimen merupakan observasi dibawah kondisi buatan, dimana kondisi tersebut dibuat dan diatur oleh penulis. 3.4 Objek Penelitian Lanjutan Objek penelitian ini adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL) dengan ukuran unit : Prototype tuas yang memiliki panjang = 4 m (2 m jarak titik tumpu dengan titik beban dan 2m jarak titik kuasa dengan titik beban). Massa beban (Poton dan Rangka) = 236 kg. Pompa berdiameter 8 inchi memiliki panjang 1 m, panjang langkah 0,7 m, diameter keluaran pompa (pipa menuju recervoir) = 2 inchi, dan ketinggian recervoir = 12 m. Chintya Bunga Yudhitiara Jurnal Skripsi 8

9 3.5 Tahapan Penelitian Tahapan yang dilakukan pada penelitian ini yaitu : 1. Pra Penelitian 2. Study Literature (Perhitungan Perencanaan) 3. Pengambilan data dari lapangan 4. Input data citra satelit dari 2 wilayah 5. Simulasi 6. Analisis Point Gelombang 7. Analisis Keandalan Sistem 3.6 Konstanta Beberapa konstanta yang digunakan dalam perhitungan yaitu phi (π) = 3,14; massa jenis air (ρ) = kg / m 2 ; dan gravitasi bumi (ɡ) 9,8 m / s Perhitungan a. Menghitung Gaya Ponton (F 1 ) b. Menghitung Gaya Pompa (F 2 ) c. Menghitung Tekanan Pompa (P 1 ) d. Menghitung Tekanan Keluar Pompa (P 2 ) e. Menghitung Kecepatan Air Masuk (v 1 ) f. Menghitung Kecepatan Air Keluar (V 2 ) g. Menghitung Debit Air (Q) h. Menghitung Ketinggian Maksimal i. Menghitung Ketinggian Jatuh Air j. Menghitung Daya Turbin 3.8 Evaluasi Pengukuran Prototipe Pengukuran Prototipe Tuas Tuas yang digunakan dalam prototype PLTA-GL ini adalah jenis tuas b yaitu titik tumpu berada disalah satu ujung tuas, titik beban berada diujung lainnya bagian tuas, dan titik kuasa berada diantara titik tumpu dan titik beban. Pompa Pompa yang digunakan dalam prototype PLTA-GL ini adalah pipa jenis PVC berukuran 8 inchi, untuk mengetahui unjuk kerja prototype perlu dilakukan pengukuran diameter dalam pompa karena dapat mempengaruhi tekanan dan debit air yang dihasilkan oleh pompa. Chintya Bunga Yudhitiara Jurnal Skripsi 9

10 3. 9 Teknik Analisis Analisis pada penelitian ini dilakukan dengan pengambilan data dari alat, maka hasil dari pengukuran dimasukkan dalam table dan dihitung secara teoritis. Analisis inin dipakai untuk mengetahui bagaimana alat ini bekerja dengan baik, maka analisis yang digunakan adalah analisis deskriptif. Tolak ukur keberhasilan dari alat ini adalah dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik dengan bantuan gelombang laut. Chintya Bunga Yudhitiara Jurnal Skripsi 10

11 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 1. Prototype PLTA-GL yang telah disimulasikan di Perairan selatan jawa barat dan Yogjakarta menghasilkan debit yang sama selama satu minggu yaitu 0,0020 m 3 / s dan pada wilayah jawa barat menghasilkan daya rata-rata sebesar 224,4 Watt selama satu minggu lebih besar dibanding Yogjakarta yang menghasilkan daya rata-rata sebesar 221,5 Watt selama satu minggu 2. Menentukan indeks keandalan saat ini sebagai acuan dalam penilaian diperiode berikutnya, memungkinkan kita untuk membandingkan kinerja terdahulu dengan kondisi pembangkit yang sebenarnya serta dasar dalam memonitor kekuatan bahan jika dilakukan perubahan-perubahan terhadap disain system. 3. Untuk menetapkan wilayah yang tepat berdasarkan daya turbin denga menganalisis data harian. 4. Untuk menetapkan wilayah yang tepat untuk keandalan prototype terbaik berdasarkan volume air dengan menganalisis data harian. 5. Ketersediaan air selama satu minggu system pembangkit listrik tenaga air gelombang laut dikedua wilayah perairan cukup handal karena memiliki cukup cadangan hingga 102 sampai 105 jam dalam seminggu. 5.2 Saran Berdasarkan hasil penelitian ini penulis memberikan saran : 1. Sebaiknya untuk penerapan prototype PLTA-GL dapat dilakukan pada perairan selatan Yogjakarta karena fluktuasi gelombang yang lebih mendukung. 2. Untuk kualitas bahan yang digunakan pada prototype sebaiknya harus diperhatikan karena fluktuasi gelombang yang tinggi dan frekwensi yang cepat. 3. Untuk menentukan titik point harus diperhatikan dikarenakan disuatu wilayah perairan memiliki fluktuasi yang berbeda. 4. Jika system dilakukan perubahan disain, sebaiknya memperhatikan hubungan antara keandalan terhadapa biaya, manfaat, dan indicator kinerja system lainnya. Chintya Bunga Yudhitiara Jurnal Skripsi 11

12 Daftar Pusaka Badan Statistik Data Statistik (Diunduh) (7 Juli 2011) BMKG Analisis Point Gelombang Laut Perairan Selatan Indonesia. Jakarta : Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) Brace, Steven Wave Energy generation. (Diunduh) (7 Juli 2011) Carolina rr Microhydro. (Diunduh) (5 Maret 2011) Europa Hydro Power. (Diunduh) (5 Maret 2011) Giancoli Fisika Jilid 1. Jakarta. Erlangga Lingolex Wave Engine. (Diunduh) (5 Maret 2010) Sulasno Pusat Pembangkit Tenaga Listrik. Semarang. Satya Wacana. Suyitno M Energi Alternatif. Surakarta. Yuma Pustaka. Yuwono N Teknik Pantai : Dasar- Dasar Perencanaan Pembangunan Pantai. Yogjakarta FT UGM Chintya Bunga Yudhitiara Jurnal Skripsi 12