STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI SUDUT KONIS TERHADAP POLA GERAK PENDULUM DAN VOLTASE BANGKITAN PADA SIMULATOR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GELOMBANG LAUT SISTEM BANDUL (PLTGL SB) KONIS Bahairotul Lu lu Jurusan Teknik Mesin, FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya 60111, Indonesia E-mail: bahairotul.lulu@gmail.com Abstrak Indonesia adalah negara kepulauan terbesar di dunia yang memiliki berbagai potensi sumber daya kelautan. Salah satunya berupa potensi energi gelombang laut. Contoh pengembangan energi laut adalah studi pemodelan pembangkit listrik tenaga gelombang laut sistem bandul konis. Pada tahap perencanaan, berbagai variabel besarnya disesuaikan dengan karakteristik gelombang laut sebenarnya, seperti putaran output motor penggerak dan sudut olak ponton. Kemudian dilakukan uji karakteristik terhadap kinerjanya, menggunakan variasi putaran output motor penggerak (6, 10 dan 20 rpm), sudut olakan ponton (dengan jarak pemasangan connecting-rod 2, 4 dan 6 cm dari pusat pulley) dan sudut konis dari pendulum (30 0, 45 0 dan 60 0 ). Dari pengujian karakteristik dapat diperoleh besarnya voltase bangkitan dari masing masing variasi. Hasil yang didapatkan dari pengujian adalah pola gerak pendulum masih cenderung acak. Putaran motor dan jarak pemasangan connecting rod dari pusat pulley yang besar dapat meningkatkan voltase bangkitan. Namun untuk sudut konis, terdapat range sudut tertentu yang dapat menghasilkan voltase tinggi pada simulator. Kata kunci : Energy Harvesting, PLTGL-SB Konis, Putaran Output Motor Penggerak, Sudut Olak Ponton dan Sudut Konis Kata Kunci: campuran periklas dan rutil, difraksi sinar-x, analisis Rietveld, jangkau sudut pengukuran, metode pencampuran. Abstract Indonesia is the biggest archipelago country in the world which has a lot of sea potential resources. One of them is sea wave potential energy. Its development has reached sea wave electric generator model with conical pendulum system. In the designing phase, many variables are made suitably with the real sea wave charactheristics, such as rotation output from driver motor and eddying angle of pontoon. Then, testing toward this simulator s work capability is done, by using variation of output from driver motor (6, 10 and 20 rpm), eddying angle of pontoon (with the hookup distance of connecting-rood 2, 4 and 6 cm from the center of pulley) and conical angle of pendulum (30 0, 45 0, 60 0 ). From the test, could be gotten output voltage for each variation. From the experimental study, the result of pendulum s movement model has a random tendency. The bigger output from driver motor and hookup distance of connecting-rood cause the generated voltage become higher. But for the conical angle, there are certains angle which can produce high generated voltage, that are between 30 0 70 0. For the bigger conical angle, the generated voltage is getting lower. Key Word: Energy Harvesting, Sea Wave Electrical Generator with Conical Pendulum, Rotation Output Driver Motor, Eddying Angle of Pontoon and Conical Angle
1. Pendahuluan Indonesia merupakan negara kepulauan terbesar di dunia yang memiliki 17.508 pulau dengan panjang garis pantai 81.000 km dan luas wilayah perairan sebesar 5,8 juta km 2, menyimpan potensi sumber daya pesisir dan lautan yang sangat besar. Salah satu potensi yang dapat dimanfaatkan adalah energi gelombang laut. Teknologi dari gelombang laut tersebut oleh Bapak Zamrisyaf SY dari Badan Penelitian dan Pengembangan Ketenagalistrikan PT. Perusahaan Listrik Negara (Persero), dikembangkan untuk membentuk suatu Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Model Pendulum- Sistem Bandul (PLTGL- SB), yang nantinya diharapkan dapat mengatasi masalah pembaruan sumber energi listrik terutama dalam hal penanganan penyediaan energi listrik di pulau-pulau atau daerah-daerah terpencil. Kerjasama antara Badan Penelitian dan Pengembangan Ketenagalistrikan PT. Perusahaan Listrik Negara (Persero) dan Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat Institut Teknologi Sepuluh Nopember tahun 2010 menghasilkan suatu teknologi sistem PLTGL-SB yang telah mencapai tahap riset mengenai bentuk yang disempurnakan dengan menggunakan ponton sebagai landasan bergeraknya pendulum. Ponton ditempatkan mendatar di atas permukaan air laut. Gelombang laut akan membuat miring ponton. Kemiringan ponton datar ini mengakibatkan pendulum berputar. Perputaran pendulum merupakan cikal dari terciptanya energi listrik. Dengan menggunakan tipe putaran bandul konis, nantinya akan dianalisa pengaruh kemiringan sudut konis terhadap putaran bandul serta pengaruh perubahan panjang lengan pendulum terhadap energi listrik yang dihasilkan. 2. Metode Penelitian Penelitian dilakukan dengan membuat permodelan sederhana dari PLTGL SB Konis. Gelombang laut dibuat dengan suatu mekanisme seperti terlihat pada gambar berikut: Gambar 1. Pemodelan 2D Mekanisme Ponton dibuat dalam bentuk plat datar. Pergerakan ponton merupakan simulasi dari gerak gelombang laut. Dari gambar 1, dapat dilihat bahwa ponton dibatasi hanya dapat dibatasi dalam arah sumbu x dan y saja, sehingga pergerakannya menyerupai suatu jungkat jungkit. Penggerak ponton ini menggunakan motor DC.. Jika motor berputar, akan diteruskan pada sebuah pulley. Antara pulley dengan ponton dihubungkan oleh conneting rod, dimana connecting rod inilah yang membuat sudut olakan ponton. Pergerakan ponton akan memutar pendulum, dan dari perputaran pendulum akan memutar poros penyangga di bawahnya. Nantinya perputaran poros inilah yang akan memutar generator dan kemudian menghasilkan energi listrik. Tahap selanjutnya adalah penentuan input putaran motor yang menyerupai frekuensi gelombang laut. Dan kemudian dilakukan perencanaan mekanisme. Bagian yang dirancang adalah ponotn, poros, bearing dan penentuan daya motor penggerak. Setelah simulator selesai dibuat, dilakukan pengujian terhadap
mekanisme. Parameter yang divariasikan adalah putaran motor penggerak (6, 10, 20 rpm), jari jari crank (2, 4, 6 cm) dan sudut konis (30 0, 45 0, 60 0 ). Tiap variasi dari parameter dilakukan pengujian sebanyak lima kali. Tujuannya adalah untuk mengetahui variasi yang menghasilkan pola gerak terbaik dan putaran pendulum paling besar. 3. Hasil dan Pembahasan Gambar 3. Grafik Pola Gerak Pendulum Pada Sudut Konis 60 0 dengan Putaran Motor 20 rpm dan Jari Jari Crank 6 cm Gambar 2. Grafik Pola Gerak Pendulum Pada Sudut Konis 45 0 dengan Putaran Motor 20 rpm dan Jari Jari Crank 6 cm Pada gambar 2 di atas merupakan salah satu contoh grafik pola gerak pendulum yang terbaca pada oscilloscope. Dari grafik tersebut terlihat bahwa garis pergerakan dari pendulum berada di bawah sumbu. Hal ini menunjukkan pendulum cenderung bergerak satu arah yaitu pada CCW. Pola gerak yang searah ini diharapkan pada penelitian karena gerak yang searah tersebut memberikan hasil yang lebih baik sebagai inputan pada generator. Namun pada variasi lain gerak pendulum masi cenderung acak. Terlihat dari adanya garis gerak yang berada di atas maupun di bawah sumbu. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar 3. Gambar 4. Grafik Pengaruh Jari Jari Crank Terhadap Voltase Gambar 5. Grafik Pengaruh Putaran Motor Terhadap Voltase Untuk pengaruh jari jari crank dan putaran motor dapat dilihat pada gambar 4 dan 5 di atas. Dari kedua gambar tersebut menunjukkan bahwa semakin besar putaran motor dan juga jari jari crank, maka voltase bangkitan simulator akan semakin besar pula.
Terlihat bahwa V berbanding lurus dengan n (putaran pendulum). Sehingga untuk putaran pendulum yang besar, maka akan menghasilkan voltase bangkitan yang besar pula. Gambar 6. Grafik Pengaruh Sudut Konis Terhadap Voltase Sedangkan untuk pengaruh sudut konis terhadap voltase dapat dilihat pada gambar 6. Grafik tersebut menunjukkan pada sudut konis 30 sampai dengan 30 0 70 0 terjadi kenaikan voltase seiring dengan bertambah besarnya sudut konis. Sedangkan pada sudut 71 0 90 0 grafik voltasenya cenderung menurun. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pemasangan sudut konis pada simulator memiliki range range sudut tertentu yang dapat menghasilkan voltase bangkitan maksimum. Gambar 7. Grafik Pengaruh Sudut Konis Terhadap Putaran Pendulum Grafik pengaruh sudut konis terhadap putaran motor pada gambar 7 hampir serupa dengan grafik pengaruh sudut konis terhadap voltase pada gambar 6. Hal ini sesuaidengan persamaan regresi yang didapat untuk tipe generator yang dipilih, yaitu: Vout = 0.5607n 0.0661 4. Kesimpulan Beberapa kesimpulan yang dapat diambil dari studi ini adalah sebagai berikut: 1. Pola gerak pendulum masih cenderung acak, yaitu kecenderungan untuk dapat berputar penuh sangat kurang. Pola gerak paling baik terdapat pada variasi sudut konis 45 0, jarak pemasangan connecting rod dari pusat pulley 6 cm dan dengan menggunakan putaran motor 20 rpm. Untuk variasi tersebut pola gerak yang dihasilkan cenderung searah pada arah CCW saja. 2. Semakin besar putaran motor yang digunakan dan semakin besar jarak pemasangan connecting rod dari pusat pulley akan membuat putaran pendulum semakin tinggi, yang juga akan menaikkan voltase bangkitan simulator karena keduanya berbanding lurus. 3. Terdapat range sudut konis tertentu yang dapat menghasilkan putaran pendulum tinggi pada simulator. Putaran pendulum paling besar yang dihasilkan oleh simulator terjadi pada variasi sudut konis 70 0, jarak pemasangan connecting rod dari pusat pulley 6 cm dan menggunakan putaran motor 20 rpm. 5. Pustaka Achmad, Abdul Aziz, Kinematika I, Jurusan Teknik MEsin ITS, Surabaya, 2005. Balitbang Ketenagalistrikan PLN dan LPPM ITS, Studi Pemodelan dan Simulasi Pembangkit Listrik Tenaga
Gelombang Laut-Sistem Bandulan (PLTGL-SB), Surabaya, 2010. Deutschman, Aaron D., Machine Design, Macmillan Publishing Co. Inc., New York, 1975. D. Dimargonas, Andrew, Vibration for Engineers, Prentice Hall PTR, New jersey, 2002. Hibbeler, R.C., Mekanika Teknik Dinamika, PT. Prenhallindo, Jakarta, 1998. Holowenko, A.R., Dinamika Permesinan, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1984. Kelly, S. Graham, Fundamentals of Mechanical Vibrations, McGraw Hill, Singapore, 2000. Martin, George H., Kinematika dan Dinamika Teknik, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1982. Meirovitch, Leonard, Fundamentals of Vibrations, McGraw Hill, Singapore, 2001. Rao, Singiresu S., Mechanical Vibration, 3 rd Edition, Addison Wesley Publishing Company. Inc. United State of America, 1995. Seto, William W., Getaran Mekanis, Erlangga, Jakarta, 1992. Sutantra, I Nyoman, Dinamika Lanjut, Jurusan Teknik Mesin ITS, Surabaya. Thomson, William T., Teori Getaran dengan Penerapan, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1992.