Jurnal Bidang Teknik ENGINEERING, ISSN , Vol. 6 No. 1 April 2013 Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal

Transkripsi

1 SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA OMBAK LATERAL DAN TENAGA ANGIN PUTARAN RENDAH Soebyako, Ahmad Farid Dosen Absrak Sisem pembangki lisrik enaga ombak laeral dan enaga angin puaran rendah dibagi dalam dua ahap. Tahap perama perancangan sisem PLTOBA (Pembangki Lisrik Tenaga Ombak dan Bayu/angin), pembuaan prooype dan uji-coba prooype ersebu di daerah panai. Tahap kedua, Sisem Pembangki Lisrik Tanaga Ombak Laeral dan Tenaga Angin Puaran Rendah, diupayakan menghasilkan lisrik dengan sudi kasus di Panai Koa Tegal dan dicari segi ekonominya. Meode dalam peneliian ini adalah pendekaan secara eoriis dan eksperimenal. Secara eoriis unuk mendapakan parameer-parameer uama dalam sisem pembangki enaga ombak dan enaga angin. Pendekaan secara eksperimenal dilakukan dengan pembuaan prooype dan pengujian sisem pembangki ersebu. Dalam peneliian ini didapa kecepaan ombak laeral raa-raa, v = 0,3 m/s dan daya ombak laeral raa-raa, P = 17,08 Wa. Kecepaan angin raa-raa dengan menggunakan urbin Savonius, v = 1,48 m/s. Dengan pemanfaaaan hasil peneliian ini, sisem pembangki enaga ombak laeral dan enaga angin daerah panai, dapa dikembangkan menjadi pembangki lisrik enaga ombak dengan memperhaikan daya angin panai. Kaa kunci : Ombak, Angin, Turbin, lisrik. I. PENDAHULUAN 1.1 Laar Belakang Pengembangan sisem pembangki lisrik enaga ombak laeral dan enaga angin puaran rendah, berorienasi pada produk Pembangki Lisrik Tenaga Ombak Bayu (PLTOBA). Unuk mewujukan peneliian ini dilakukan peneliian enaga ombak arah gerak horizonal dan enaga angin. Hal ini dilakukan karena pengaruh gerak horizonal dan gerak angin menyebabkan gerak verikal ombak idak sabil. Oleh karena enaga ombak sebagian besar disebabkan oleh enaga angin yang beriup di aasnya, maka perlu dikembangkan sisem pembangki lisrik enaga ombak laeral (horizonal) dan enaga angin dengan urbin savonius. 1.2 Perumusan Masalah Perumusan masalahnya adalah bagaimana daa kecepaan, frekuensi ombak dapa diolah unuk mendapakan daya ombak di daerah panai Koa Tegal?. Perumusan berikunya ala pembangki ombak yang bagaimana yang dapa digerakkan berdasarkan daa ombak yang ada? Oleh karena ombak sebagian besar dipengaruhi oleh angin, kia perlu daa kecepaan angin panai unuk memperkirakan berapa daya yang diimbulkan oleh angin ersebu. 1.3 Tujuan Peneliian Tujuan peneliian ini adalah unuk mendapakan sisem pembangki lisrik enaga ombak laeral dengan penggunaan jenis urbin horizonal axis dan enaga angin dengan jenis urbin verikal axis puaran rendah yang mampu menghasilkan daya lisrik. 1

2 1.4 Manfaa Peneliian Peneliian ini bagi lembaga peneliian UPS Tegal bermanfaa unuk mengembangkan ala pembangki lisrik enaga ombak dan enaga angin di daerah panai, yang dapa menghasilkan lisrik. Manfaa berikunya, peneliian ini dapa memberikan gambaran erapan ilmu II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Daya Ombak Daya yang erkandung dalam ombak juga dirumuskan oleh K. Hulls dalam benuk sebagai beriku: dimana P adalah daya, b adalah bera jenis air lau, g adalah percepaan graviasi, T adalah periode gelombang, dan H adalah inggi ombak raa-raa. Berdasarkan eori gelombang linear, densias energi raa-raa persauan luas dan graviasi ombak di permukaan air proporsional erhadap luasan inggi ombak, dinyaakan : 2 E = 1 ρgh 16 m0 Dimana E = densias energi ombak raa-raa per luasan horisonal (J/m ), Jumlah densias energi kineik dan poensial per luasan horisonal. Disaa ombak bergerak menyebar, maka energi erangku dengan kecepaan grup (velociygroup)yang menghasilkan Fluks Energi Ombak melalui bidang lebar verikal yang egak lurus dengan arah menyebarnya ombak, dan dinyaakan : P = Ec g Dimana cg = kecepaan grup (m/s) 2.2 Daya Angin Angin adalah salah sau benuk energi yang ersedia di alam, Pembangki Lisrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi lisrik dengan menggunakan urbin angin aau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memuar urbin angin, dieruskan unuk memuar roor pada generaor dibagian belakang pengeahuan konversi energi, bagaimana lisrik enaga ombak dan enaga angin dapa diperoleh. Hasil peneliian ersebu dapa dimanfaakan oleh masyaraka pada umumnya, khususnya daerah pesisir panai, sera pengurangan keerganungan erhadap impor rancangan sisem. urbin angin, sehingga akan menghasilkan energi lisrik. Energi Lisrik ini biasanya akan disimpan kedalam baerai sebelum dapa dimanfaakan. Perhiungan daya yang dapa dihasilkan oleh sebuah urbin angin dengan diameer kipas R adalah : Dimana ρ adalah kerapaan angin pada waku erenu dan v adalah kecepaan angin pada waku erenu. Umumnya daya efekif yang dapa dipanen oleh sebuah urbin angin hanya sebesar 20%-30%. Jadi rumus diaas dapa dikalikan dengan 0,2 aau 0,3 unuk mendapakan hasil yang cukup eksak. Prinsip dasar kerja dari urbin angin adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi puar pada kincir, lalu puaran kincir digunakan unuk memuar generaor, yang akhirnya akan menghasilkan lisrik. Sebenarnya prosesnya idak semudah iu, karena erdapa berbagai macam sub-sisem yang dapa meningkakan safey dan efisiensi dari urbin angin Sisem pembangki lisrik enaga angin yang akan akan dikembangkan, anara lain : P = Cp.1/2 ρ.a.v 3 Dimana, P = Daya yang dihasilkan Cp = Koefisien daya = 0,49 ρ = Massa jenis udara = 1,225 kg/m 3 A = Luas Sapuan Roor (m 2 ) = ¼ π. D 2 D = Diameer roasi (m) V = Kecepaan angin nominal (m/s) 2

3 III. METODE PENELITIAN 3.1 Tempa dan Waku Peneliian Peneliian unuk mendapakan ala pembangki lisrik enaga ombak (PLTO) dan enaga angin dilaksanakan di Slawi, Kabupaen Tegal. Waku peneliian ala pembangki lisrik enaga ombak (PLTO) dan angin pada sore hari hari anara jam WIB pada hari Jum a, 1 Mare Peneliian ini unuk mendapakan daa ombak arah horizonal dan daa angin di panai Koa Tegal. 3.1 Pengambilan Daa (1) Cara Pengambilan Daa Ombak Arah Horizonal Gambar 3.1 Roda Lingkaran dibagi 12 sudu (1) Ombak daang menggerakkan sudu. (2) Banyaknya gerak bolak-balik salah sau sudu, besera lamanya gerak bolak-balik ersebu dicaa. (3) Frekuensi ombak dihiung berdasarkan banyaknya ombak yang menggerakkan salah sau sudu roda ersebu sampai sudu erenu per sauan waku. (4) Kecepaan ombak arah horizonal, dihiung berdasarkan kecepaan sudu kali jarak empuh salah sau sudu bergerak. (2) Cara Pengambilan Daa Angin Ala yang menjadi prooype pada peneliian ini adalah sisem pembangki lisrik enaga angin (sumbu verikal) ipe Savonius : Gambar 3.2 Prooipe Pembangki Lisrik Tenaga Angin Tipe Savonius sumbu verikal 3

4 (1) Angin memuar urbin Savonius. (2) Pada urbin Savonius dibua ada persenuhan A yang berbergerak karena erpaan angin dan B idak bergerak menempel pada iang penumpu. (3) Angin memuar urbin savonius, banyaknya persenuhan A dengan B dan lamanya persenuhan ersebu dicaa. (4) Frekuensi angin beriup, dapa diperoleh berdasarkan banyaknya perpuaran urbin savonius, persenuhan A dan B per sauan waku lamanya persenuhan ersebu. (5) Kecepaan angin pada urbin Savonius, dihiung berdasarkan kecepaan berpuar (kecepaan sudu) kali jari-jari urbin Savonius. 3.2 Teknik Pengumpulan Daa Daa peneliian ombak diperoleh dengan cara pengukuran langsung di Panai Alam Indah Koa Tegal, di sekiar pemecah gelombang. Daa didapa secara berahap, melipui banyaknya ombak yang daang dan lamanya waku ombak daang menggerakkan sudu urbin. Daa kecepaan angin diperoleh hasil perhiungan dengan menenukan frekuensi dan jari-jari puaran urbin angin Savonius. 3.3 Pengolahan Daa (1) Pengolahan Daa Ombak Pengambilan sample daa dari banyak daa aau beberapa daa parameer yang diperoleh dari perairan lau, diolah menggunakan meode regresi linier unuk mendapakan sau daa conoh (sample) ombak. Dengan menggunakan persamaan f = n n = banyaknya ombak = lamanya ombak mengenai iang pancang (s) f = frekuensi ombak (Hz) Merubah sauan Herz (Hz) menjadi Roaion Per Meniues (RPM) : 1 deik = 1 meni 60 f = n x 60 rpm Menenukan kecepaan ombak horizonal: v = 2πfx x = R. sin f = frekuensi ombak (Hz) x = Jarak empuh sudu (m) R = Jari-jari roda (m) n f n = f. y = m.x y = n ; m = f; x = Gambar 3.3 Sebaran daa pada regresi linear Koefisien korelasi diperoleh dari persamaan r ( x x)( y y) 2 2 ( x x) ( y y) (2) Pengolahan Daa Angin Daa kecepaan angin diperoleh dari persamaan : v.r v 2. f. R Dimana : v = kecepaan angin (m/s) f = frekuensi angin (Hz) R= jari-jari sapuan baling-baling (m) n f n = banyaknya puaran = lamanya berpuar (s) 4

5 IV. HASIL PENELITIAN 4.1 Daya Ombak Laeral (Horizonal) Daya ombak laeral (horizonal) yang diukur sebenarnya adalah seengah kali massa air lau per meer kubik kali kuadra kecepaan linier aau kecepaan angensial pada sudu roda urbin ombak per sauan waku. Akan eapi karena urbin ombak laeral yang digunakan berbenuk lingkaran yang dibagi dengan 12 sudu yang dapa berpuar, maka kecepaan linier aau kecepaan garis singgungnya adalah kecepaan sudu/anguler kali simpangan gerak bolak-balik dari salah sau sudu. M V M =,V W E P M. v = massa jenis air lau = 1025 kg/m 3 M = massa air lau per m 3. V = volume air lau (m 3 ) v = kecepaan linier/angensial (m/s) = waku penjalaran gelombang yang dapa menggerakkan salah sau sudu (s) E = perubahan energy kineik (J) P = daya ombak horizonal (Wa) 360 = = 30 o. 12 n f f = frekuensi gearan sudu ( Hz) n = banyaknya gearan = lamanya gearan sudu (s) Kecepaan linier / kecepaan angensial / kecepaan garis singgung adalah v 2.. f. x 1 2 E gh 16 P = E.v E = densias energi ombak raa-raa per luasan horisonal (J/m ), H = inggi ombak raa-raa (m) = massa jenis air lau = 1025 kg/m 3 g = percepaan graviasi bumi = 9,81 m/s 2. P = daya ombak (Wa) Gambar 4.1 Gerak bolak-balik salah sau sudu 1 gearan = A O B O A x = simpangan gearan Dalam peneliian ini ada 12 sudu, sehingga sudu simpangan 5

6 Tabel 4.1 Daa Ombak Laeral NO. n (deik) f (Hz) x (m) v (m/s) P (Wa) ,63 0,18 0, ,18 9, ,22 0,45 0, ,43 24, ,28 0,31 0, ,30 16, ,94 0,36 0, ,34 19, ,44 0,37 0, ,36 20, ,35 0,31 0, ,29 16, ,9 0,33 0, ,31 17, ,78 0,31 0, ,30 17, ,53 0,29 0, ,27 15, ,65 0,25 0, ,24 13,32 Gambar 4.2 Ala pengambil daa ombak gerak horizonal Berdasarkan penggunaan ala gambar 4.2, diperoleh daa seperi pada able 4.1. Dari able ini diperoleh daa kecepaan ombak laeral/horizonal raa-raa, v = 0, 3 m/s dan daya ombak laeral raa-raa, P = 17,08 Wa. 4.2 Daya Angin Daya angin panai Koa Tegal, diperoleh dengan urbin Savonius dengan jari-jari puaran, R = 12 cm pada keinggian, h = 2,5 m. 6

7 Tabel 4.2 Daa Angin Panai Koa Tegal NO. n (deik) f (Hz) R (cm) v (m/s) P (Wa) ,46 2, ,69 0, ,91 2, ,69 0, ,75 2, ,64 0, ,28 1, ,48 0, ,47 1, ,19 0, ,38 1, ,18 0,05 Kecepaan angin raa-raa dihiung berdasarkan urbin Savonius, gambar 4.3 adalah 1,48 m/s. Gambar 4.3 Turbin angin Savonius V. KESIMPULAN (1) Kecepaan ombak horizonal raa-raa, v = 0, 3 m/s dan daya ombak laeral raa-raa, P = 17,08 Wa. (2) Kecepaan angin raa-raa dihiung berdasarkan urbin Savonius adalah 1,48 m/s. (3) Kecepaan ombak laeral lebih kecil dibandingkan kecepaan angin. Unuk iu perencanaan pembangki lisrik enaga ombak harus memperhaikan kecepaan angin di aas permukaan air lau di daerah panai. (4) Daya dynamo yang digunakan dalam pembangki lisrik enaga ombak, diambil dayadibawah hasil peneliian ini. 7

8 DAFTAR PUSTAKA Awang Riayadi, Gelombang Lau Berpoensi sebagai Energi Lisrik. <hp:// energi-lau- ombakgelombangarus/ gelombang-lau-berpoensi-sebagaienergi-lisrik.hml>[18/04/ :55]. Azmi, G., G., dkk., Pemanfaaan Energi Terbarukan Dalam Peningkaan Nilai Jual Produk Olahan Hasil Lau, Communiy Developmen Compeiion ITB FAIR Eko Sarjono, Pembangki Lisrik Tenaga Ombak. <hp:// energi-lain-lain/161-- pembangki-lisrik-enaga-ombakdikembangkan.hml>[29/02/ :24]. Evan Clearesa, dkk, Konversi Energi Sisem Pembangki Lisrik Tenaga Lau. <hp://majalahenergi.com/forum/e nergi-baru-dan-erbarukan/energilau/f-2106-konversi-energisisem-pembangki-lisrik-enagalau> [29/02/ :09]. Gunawan, T., Pemanfaaan Energi Lau 1 : Ombak, Majari Magazine, <hp://majarimagazine.com/> [27/02/ :55]. Harris, A., Y., Ombak Nusanara Sebagai Sumber Energi Alernaif. Lembaga Ilmu Pengeahuan Indonesia (LIPI) Jakara. [29/04/ :11]. Nogrohoadi, Pembangki Lisrik Tenaga Angin di Indonesia, <hp://nugrohoadi.wordpress.com/ 2008/05/03/pembangki-lisrikenaga-angin-diindonesia/>[29/02/ :55]. Rahmana, Meode Konversi Gelombang Lau. Ocean Wave Energy. <hp:// [21/11/ :05]. Rwahyuningrum, Energi Gelombang Lau, <hp://rwahyuningrum.blog.uns.ac. id/2009/08/25/energi-gelombanglau/> [04/02/ :17]. Yusufsaya, Penggunaan Lisrik Tenaga Angin. <hp:// energi-angin--wind-urbine- -wind-mill/2979--penggunaanlisrik-enaga-angin.hml > [24/05/ :21] 8