RANCANG BANGUN DAN UJI KARAKTERISTIK SIMULATOR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GELOMBANG LAUT DENGAN SISTEM BANDUL-PONTON DATAR. Agus Andy Setiawan

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN DAN UJI KARAKTERISTIK SIMULATOR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GELOMBANG LAUT DENGAN SISTEM BANDUL-PONTON DATAR Agus Andy Seiawan Jurusan Teknik Mesin Insiu Teknlgi Sepuluh Npember Jl. Arief Rahman Hakim, Kampus Suklil, Surabaya Jawa Timur, Indnesia Telp. (1)596, Fax. (1)5991, awan_me@yah.cm Absrak Indnesia memiliki pensi pengembangan sumber daya kelauan yang sanga besar karena Indnesia adalah negara kepulauan erbesar di dunia. Salah sau pensi ersebu adalah pensi energi dari gelmbang lau. Salah sau pengembangan energi dari lau ersebu adalah sudi pemdelan pembangki lisrik enaga gelmbang lau sisem pendulum pnn daar. Pada mdel ini, gelmbang lau akan digunakan unuk merubah dari psisi pnn daar. Akiba dari perubahan psisi ini (miring), pendulum akan berpuar dan pusa puaran dihubungkan dengan prs generar, sehingga generar akan berpuar dan menghasilkan vlase. Simular ini akan dimdelkan dengan gerakan jungka-jungki dimana inpuan gerakan dihasilkan leh gerakan rasi mr DC yang diknversi menjadi gerakan ranslasi.sedangkn pnn sendiri dimdelkan sebagai balk dimana dua sisi balk yang saling berlawanan diahan leh prs unuk menghasilkan gerakan jungka-jungki.didalam balk eranam sebuah generar mini yang prsnya akan di hubungkan dengan lengan pendulum yang naninya menyebabkan generar berpuar. Hasil simulasi gerakan gelmbang lau ini diharapkan bisa memuar pendulum yang naninya akan memuar generar unuk menghasilkan energy lisrik. Key wrd: PLTGL, Pnn daar, Generar 1. Pendahuluan Indnesia memiliki pensi sumber daya kelauan yang sanga besar. Salah sau pensi ersebu adalah energi gelmbang lau. Teknlgi pengembangan energi dari lau ersebu dapa memecahkan masalah energi lisrik sebagai negara kepulauan, apalagi masih banyak pulau-pulau aau daerah-daerah erpencil yang memerlukan penanganan khusus ermasuk penyediaan energi lisrik. Teknlgi ini dapa memperkua nilai awar bangsa Indnesia dalam hal eknlgi energi baru dan erbarukan, dan menghadapi isu pemanasan glbal. Salah saunya dengan pengembangan eknlgi Pembangki Lisrik Tenaga Gelmbang Lau Mdel Pendulum-Pnn Daar.. Dasar Teri Teri Gelmbang Lau Gelmbang merupakan fakr pening di dalam perencanaan pelabuhan, rekayasa panai dan lepas panai. Gelmbang di lau bisa dibangkikan leh angin, gaya arik maahari dan bulan, leusan gunung berapi, aau gempa di lau, kapal yang bergerak dan sebagainya. Gelmbang yang berada di lau sering nampak idak berauran karena puncak permukaan lau yang sering berubah-ubah, hal ini bisa diamai dari permukaan airnya yang diakibakan leh arah perambaan gelmbang yang sanga bervariasi sera benuk gelmbang yang juga idak berauran eruama jika dipengaruhi angin. Arah perambaan gelmbang dapa diaksirkan sebagai arah raa-raa dari gelmbang-gelmbang individu. Permukaan lau sanga suli diamai karena gelmbang-gelmbang individu ersebu. Gelmbang yang meramba lebih cepa akan menyusul gelmbang yang meramba lebih lamba. Ineraksi anar gelmbang-gelmbang individu ersebu dapa saling menguakan, saling menghilangkan, saling berabrakan, berlak aau menjadi percikan. Teri yang paling sederhana digunakan unuk menerangkan perambaan gelmbang lau dikenal sebagai small ampliude wave hery aau linear wave hery. Teri ini dapa digunakan unuk menganalisa gerakan gelmbang, gelmbang-gelmbang meramba anpa erjadi defrmasi dan prfil permukaan maupun kecepaan perikel air membenuk sinusidal. Prs Prs digunakan pada berbagai jenis perlengkapan permesinan, biasanya seperi prs daya, cam shaf, dsb. Secara definisi prs adalah bagian yang berpuar unuk menransmisikan daya. Prs juga harus dianalisa kekuaannya karena prs juga menerima gaya dari rsi sebagai akiba puaran dan beban yang diberikan aaupun dihasilkan. Rda gigi, pulley, rda gila (fly wheel), cam dan lain-lain merupakan kmpnen-kmpnen yang 1

2 membebani prs dengan berbagai kmbinasi baik secara psisi dan beban. Unuk iu pening direncanakan diameer prs berdasarkan dengan mmen bending dan disribusi rsi sepanjang prs. Diameer dari prs aaupun diameer iap bagian prs erganung pada kmbinasi egangan sebagai akiba mmen bending dan rsi yang diimbulkan. Berdasarkan hal ersebu, maka lkasi persis / epa sepanjang prs dimana erjadi egangan maksimum erjadi sering kali idak pasi. Oleh karena iu pening sekali dilakukan penggambaran egangan geser dan diagram mmen unuk mengeahui iik pada sepanjang prs dimana erjadi mmen maksimum. Seelah dilakukan hal ersebu di aas maka unuk menenukan besarnya diameer prs dapa dilakukan berdasarkan rumus-rumus beriku. Tegangan geser maksimum dari sebuah abung slid dapa diniung dengan : max = σ x τ + τ M 16T σ x = dan τ = unuk prs berupa silinder yang berlubang maka : σ x = M 16T dan τ = ( 1 ( D / D ) ) 1 ( D / D ) i ( ) maka dengan menggunakan eri kegagalan egangan geser maksimum dan menggani σ x dan τ maka dari persamaan di aas kia perleh :.55S yp 16 τ max = = M + T N 1 D / D ( ( ) ) i τ max : egangan geser maksimum (dari Lingkaran Mhr s ) S yp : egangan luluh dari maerial N : fakr keamanan D : diameer luar prs D i : diameer dalam prs M : mmen bending yang ada T : rsi prs Berdasarkan dari persamaan-persamaan di aas maka dapa direncanakan besarnya diameer prs minimal yang harus digunakan agar syara keamanannya erpenuhi. i Banalan Gelinding (Rlling Bearing) Gambar 1 Radial Ball Bearing Dengan dicipakannya aumbil, mesinmesin berkecepaan inggi dan mesin prduksi mais mendrng lebih eksensifnya peneliian dan pengembangan banalan gelinding (juga dikenal dengan ani fricin bearing). Sebagai hasilnya, AFBMA (Ani Fricin Bearing Manufacurers Assciain) membua sandar dimensi banalan gelinding dan dasar-dasar dalam pemilihannya. Unuk iu dimungkinkan bagi para perancang unuk memilih bearing dari kaalg dari salah sau prdusen dan mengganinya dengan banalan yang memiliki dimensi yang sesuai dari prdusen yang berbeda. Banalan gelinding diklasifikasikan dalam iga kaegri yaiu radial ball bearing, angular cnac ball bearings dan hrus ball bearing. Dalam pkk bahasan ini banalan gelinding yang digunakan yaiu radial ball bearings. Pada gambar 1 diunjukan sebuah radial ball bearing besera isilah-isilah di dalamnya. Radial ball bearings didesain unuk mensuppr beban radial, mempunyai kedalaman linasan bla yang kninyu sepanjang keliling dari ring. Jenis ini juga dapa mensupr beban aksial pada prs unuk semua arah. Pada kenyaaannya kapsias beban aksial yang dapa dierima leh radial ball bearings yaiu sampai dengan 7% dari beban radial yang ada. Pengujian secara eksensif pada banalan gelinding dan sesuai dengan analisa saisik diperleh bahwa beban dan umur banalan relaive eap. Dari hal ersebu maka didapakan persamaan : b C L1 = P L 1 : ingka umur dalam juaan kali puaran dimana erjadi 1% kerusakan C : beban dasar P b : Beban ekivalen :. unuk ball bearings, 1/ dan 1/ unuk rller bearings dan unuk penenuan umur banalan dalam sauan jam, maka persamaan di aas menjadi :

3 1 6 C L1 = 6 n P n : kecepaan puaran dalam dan besarnya beban ekuivalen (P) sendiri adalah : b P = XVF r + YF a F r : gaya ke arah radial (melinang prs) F a : gaya kearah aksial (sepanjang prs) V : fakr rasi : 1. unuk inner ring rain, 1. unuk uer ring rain dan unuk self-aligning ball bearing digunakan 1 unuk inner dan uer ring rain. X : fakr beban radial Y : fakr beban aksial (prs) Dan jika kmpenen aksial jauh lebih kecil dari kmpnen radial persamaan di aas menjadi : P = VF r Dari persamaan-persamaan di aas maka dapa dianalisa keahanan banalan yang digunakan dalam perencanaan.. Medlgi 1. Sudi Lieraur Sebelum dilakukan peneliian, dilakukan beberapa sudi mengenai beberapa lieraur dan referensi yang berkaian dengan gearan single degree f freedm dan pergerakan pendulum. Lieraur yang dipelajari berupa ugas akhir, jurnal, dika perkuliahan dan exbk.. Pemdelan sederhana dari PLTGL sisem pendulum-pnn daar Pripe Pembangki Lisrik Tenaga Gelmbang Lau sisem pendulum-pnn daar yang sebenarnya mempunyai benuk yang lebih kmplek. Sedang dalam percbaan ini gerakan gelmbang lau di simulasikan dengan gerakan mekanisme yang menyerupai gerakan pnn daar yang dipengaruhi gelmbang lau, yang mana penggerak mekanisme menggunakan mr DC, sedangkan pnn daar dimdelkan sebagai benda berupa bx yang berbenuk persegi berukuran x x 6 cm, dimana di dalam bx erdapa generar. Pendulum bergerak rasi bebas erhadap pnndimana pusa puaran dihubungkan ke generar yang ada di dalam bx pnn. Beriku visualisasi mdel sederhana dari PLTGL sisem pendulumpnn daar.. Designing, Building, Checking Designing aau mendesain dengan menggunakan sfware aucad, dimana pnn sendiri berbenuk bx dengan ukuran x x 6 cm, dengan diengah engah aau perpngan diagnalnya akan dianam generar. Pnn sendiri akan dibua sebagai gerakan jungka jungki dmana pusa puaran jungka-jungki epa di engah-engah pnn, mekanisme jungka jungki inilah yang dianggap sebagai simulasi gerakan gelmbang air lau, dimana sesuai rise gelmbang air lau memiliki perida berkisar s, 6 s, dan 9 s. mekanisme ersebu akan digerakan leh mr DC yang dihubungkan dengan mekanisme yang mengubah gerakan rasi menjadi ranslasi dimana mr memiliki variasi sesuai dengan kisaran perida, sehingga sesuai rumus TT = 1 ; ῳ=πf dan f 1 rad = πῳ maka mr DC di variasikan, 1, dan 6. Kemudian dengan adanya gerakan jungka-jungki ersebu akan mengakibakan pendulum yang ada diaas pnn berpuar, karena ujung pangkal pendulum dihubungkan dengan prs generar yang menjadi pusa puaran pendulum maka generar juga iku berpuar dan dapa menghasilkan vlase Building aau membangun mekanisme. Pnn akan disusun dari maerial acrillic, dengan prs berada disamping dengan banalan unuk prs jungka-jungki menggunakan bearing yang kemudian di sangga dengan penyangga prs. Inpu gerakan menggunakan mr yang d sambung ke pulley yang kemudian anara pulley dengan epi pnn dihubungkan dengan cnnecing rd. Perhiungan Kekuaan Prs Pada perhiungan prs, kia menganalisa seiap gaya yang ada pada prs. Unuk memudahkan perhiungan gaya-gaya yang ada pada prs dibagi menjadi dua bagian, yaiu gaya arah hrisnal dan gaya arah verikal seperi gambar dibawah : A V B V Gambar Skema Arah Gaya Verikal Pada perancangan rda gigi didapa bera rda gigi, lebar rda gigi, gaya angensial dan gaya radial pada rda gigi. Dari perancangan ini dapa dicari C V

4 mmen bending erbesar pada prs dengan rumus ΣM=, ΣFx =, ΣFy =. Seelah iu penenuan pemilihan maerial dengan meliha buku machine designdeuschman Dari abel Appendix A-Hal 87. Seelah mengeahui maerial yang dipilih maka langkah selanjunya menenukan wrking endurance limi dengan rumus : 1 Se = xs' nxcrxcs xcf xcw Kf Seelah menenukan Wrking endurance limi maka dapa dicari syara diameer minimal prs agar aman sesuai dengan rumus : N Syp D M * πsyp Se M* = K s K f Mr T* = K K T max s f 1/ + T * Perhiungan Umur Bearing Didalam perhiungan umur bearing, peramaama harus mengeahui jenis bearing dan dimensi dari bearing melipui diameer dalam, diameer luar, dan beban dinamisnya, dimana beban dinamis didapa dari buku machine designdeuschman dari abel 9- Halaman77. Seelah iu menenukan pula gaya radial resulan dengan rumus: F r = F Y + F Z gaya aksial resulan, dan beban ekivalen (P) dengan rumus: P = FS ( X. V. Fr + Fa ) Di mana: F r = Gaya radial. F a = Gaya Aksial. F S = Fakr kerja bearing, dari abel 9-8 buku machine designdeuschmanhalaman 89. V= Fakr puaran = 1, unuk inner ring rain dan =1, unuk uer ring rain X= Fakr beban radial, dari abel 9-5, 9-6, 9-7 buku machine designdeuschman halaman Y = Fakr beban hrus, dari abel 9-5, 9-6, 9-7 buku machine designdeuschman halaman Seelah iu barulah iu dapa dihiung umur bearing dengan rumus: C 6 1 = 1 L P Dengan sauan puaran, aau C 1 L 6 1 = P 6. n Dengan sauan jam kerja. Dimana: C = Beban dinamis P = Beban Ekivalen L 1 = Umur bearing Penenuan Daya Mr Dalam menenukan daya mr yang dibuuhkan unuk menggerakan bx pnn erlebih dahulu harus dienukan gaya angensial, yang idak lain adalah akiba pengaruh massa bx pnn dan pengaruh percepaan graviasi bumi dengan rumusan: F = mg dimana: F = Gaya angensial m = massa erhiung yang digerakan pulley mr g = Percepaan grafiasi Seelah iu dihiung pula rsi akiba gaya angensial ersebu dengan rumus: T = F r dimana: T = rsi r = jarak iik gaya angensial deng pusa pulley (jari- jari) maka seelah rsi diemukan baru dihiung daya yang dibuuhkan dengan rumus: Tn hp = 6 dimana: hp = daya dalam hrse pwer T = Trsi n = puaran. Pengujian Unuk mendapakan daa yang lebih deail dari vlase bangkian generar maka digunakan scillscpe, dengan eap menggunakan frekuensi maksimum dan memvariasikan massa dan lengan pendulum. Dimana selang waku iap variasi diambil deik, maka dengan menggunakan silscp maka akan erliha dengan jelas vlase bangkian yang dihasilkan iap deik dari selang waku sampai deik. Adapun salah sau hasil dari pengukuran menggunakan silscpe adalah sebagai beriku : Gambar Grafik unuk L 1 cm dan m gr Penenuan kecepaan sudu dari gerakan pendulum. Dengan mengeahui hubungan puaran dengan vlase (Y=,X-,119) dari pengujian generar dan mengeahui vlase bangkian diseiap deik melalui pengujian dengan scillscpe, maka bisa di dapakan

5 grafik yang menyaakan hubungan anara waku dengan puaran sebagai beriku : - 1 L 1 m L 1 m L 1 m Gambar Grafik Rpm Fungsi Waku Unuk L 1 cm Dari keiga grafik pada saa panjang lengan cm, dapa diliha bahwa pada saa massa gram juga memiliki nilai psiif lebih lebih dminan dibanding pada saa massa gram maupun gram, hal ini berari pada saa massa gram memiliki arah puaran yang lebih knsan, meski kecepaanya idak sabil. Unuk selanjunya akan dibandingkan grafik yang memiliki nilai psiif lebih dminan dari keiga lengan yang berbeda, yaiu saa L = 1 cm dengan m = gr, L = 15 cm dengan m = gr, dan L = cm dengan m = gr. Dari keiga grafik pada saa panjang lengan 1 cm, dapa diliha bahwa pada saa massa gram, memiliki nilai psiif lebih lebih dminan dibanding pada saa massa gram maupun gram, hal ini berari pada saa massa gram memiliki arah puaran yang lebih knsan, meski kecepaanya idak sabil - 1 L 1 m L 15 m - 1 L 15 m L 15 m L 15 m Gambar 5 Grafik Rpm Fungsi Waku Unuk L 15 cm Dari keiga grafik pada saa panjang lengan 15 cm, dapa diliha bahwa pada saa massa gram jusru memiliki nilai psiif lebih lebih dminan dibanding pada saa massa gram maupun gram, hal ini berari pada saa massa gram memiliki arah puaran yang lebih knsan, meski kecepaanya idak sabil. - 1 L m L m Gambar 6 Grafik Rpm Fungsi Waku Unuk L cm Gambar 7 Grafik Rpm Fungsi Waku Dengan membandingkan kndisi puaran paling dminan di aas, dapa diliha bahwa kndisi L m memiliki puaran psiif lebih dminan, akan eapi unuk kecepaan puaran yang relaive besar adalah kndisi L 15 m, sedangkan unuk L 1 m, kecepaan yang dimiliki memang paling besar, api kndisinya sanga idak sabil anara puaran psiif dan negaif. Kecepaan puaran yang relaive inggi ini berari vlase yang dihasilkan relaive lebih besar. 5. Kesimpulan Seelah melakukan rancang bangun dan menguji karakerisik dari Simular Pembangki Lisrik Tenaga Gelmbang Lau Sisem Bandul Pnn Daar ini maka penulis mengambil kesimpulan. Karena ala yang dibangun sebaas pada simular s aja maka kesimpulan diambil berdasar hasil erhadap simular. Adapun kesimpulan yang diperleh adalah sebagai beriku : 1. Dari hasil percbaan yang dihasilkan pendulum idak enu bisa menghasilkan puaran penuh, akan eapi pada keadaan frekuensi knsan gerakan pendulum membenuk sebuah pla.. Dari grafik hasil pengujian didapa bahawa pada kndisi lengan cm dengan massa gram memiliki arah puaran lebih dminan, akan eapi pada kndisi lengan 15 massa memiliki kecepaan puaran yang relaive lebih 5

6 besar, hal ini berari vlase bangkian juga lebih besar. 6. Dafar Pusaka 1. Balibang Keenagalisrikan PLN dan LPPM ITS, Sudi Pemdelan dan Simulasi Pembangki Lisrik Tenaga Gelmbang Lau- Sisem Bandul (PLTGL-SB), Surabaya, 1.. D. Dimargnas, Andrew, Vibrain fr Engineers, Prenice Hall PTR, New jersey,.. Hibbeler, R.C., Mekanika Teknik Dinamika, PT. Prenhallind, Jakara, Kelly, S. Graham, Fundamenals f Mechanical Vibrains, McGraw Hill, Singapre,. 5. Marin, Gerge H., Kinemaika dan Dinamika Teknik, Penerbi Erlangga, Jakara, Meirvich, Lenard, Fundamenals f Vibrains, McGraw Hill, Singapre, Ra, SingiresuS., Mechanical Vibrain, rd Ediin, Addisn Wesley Publishing Cmpany. Inc.Unied Sae f America, Thmsn, William T., Teri Gearan dengan Penerapan, Penerbi Erlangga, Jakara, Deuschman, Arn D, Machine Design hery and pracice,library f Cngres Caalging in Publicain Daa, New Yrk,