ANALISA PENGARUHGERAKAN BANDUL DENGAN DUA PEMBERAT DAN SUDUT YANG BERBEDA TERHADAP PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GELOMBANG LAUT - SISTEM BANDULAN ( PLTGL-SB ) Muizzul Fadli Hidayat (1), Irfan Syarif Arief, ST.MT (2), dan Ir. Tony Bambang Musriyadi, PGD (3) (1) Mahasiswa Teknik Sistem Perkapalan ITS, (2),(3) Staff Pengajar Teknik Sistem Perkapalan ITS, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: muizzul09@mhs.ne.its.ac.id Abstrak Semakin hari kebutuhan akan lisrik semakin menigkat sedangkan sumber energi yang digunakan masih terpaku pada bahan bakar fosil (minyak bumi, batu abra dan gas alam) yang jumlahnya semakin lama semakin sedikit. Selain itu emisi yang dihasilkan oleh bahan bakar fosil berupa gas Carbon dioksida terbukti berdampak pada kenaikan suhu rata rata bumi secara signifikan. Oleh karena itu diperlukan suatu energy alternative yang bisa digunakan sebagai sumber energy pembangkit listrik, salah satunya adalah dengan memanfaatkan energi elombang laut.pembangkit listrik tenaga gelombang laut terdiri dari ponton, bandul dan generator. Pada percobaan ini akan dilakukaan analisis pada simulator PLTGL-SB dengan memodofikasi jumlah bandul menjadi dua. Variasi yang dilakukan adalah sudut antar bandul, pemberat, panjang lengan, periode olakan, dan sudut ponton. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh pada gerakan bandul dengan dua pemberat dan sudut yang berbeda terhadap pembangkit listrik tenaga gelombang laut (PLTGL-SB). Kata kunci : Gelombang laut, Ponton, Bandul, Generator PENDAHULUAN Semakin hari kebutuhan akan lisrik semakin menigkat sedangkan sumber energi yang digunakan masih terpaku pada bahan bakar fosil (minyak bumi, batu abra dan gas alam) yang jumlahnya semakin lama semakin sedikit. Selain itu emisi yang dihasilkan oleh bahan bakar fosil berupa gas Carbon dioksida terbukti berdampak pada kenaikan suhu rata rata bumi secara signifikan. Oleh karena itu diperlukan suatu energy alternative yang bisa digunakan sebagai sumber energy pembangkit listrik, salah satunya adalah denga memanfaatkan energy elombang laut. Secara ideal gelombang laut dapat dipandang sebagai gelombang yang memiliki ketinggian puncak masimal dan lembah minimal. Ketinggian puncak dari gelombang laut ini berbeda beda pada berbagai lokasi bahkan untuk lokasi yang sama ketinggian dari puncak gelombang berbeda jika diukur pada waktu yang berbeda. Gelombang laut ini kemudian digunakan untuk menggerakkan sebuah bandul yang sudah terhubung secara mekanis gir dengan poros generator sehingga dihasilkan energy listrik. Agar didapatkan energy yang optimal maka ada beberapa factor yang perlu diperhatikan diantaranya panjang lengan bandul, massa bandul dan lain lain. Dalam penelitian ini akan dirancang sebuah pembangkit listrik tenaga gelombang laut dengan menggunakan dua buah bandul yang terhubung denga poros generator. Kemudian akan dianalisa gerakn bandul dengan beberapa variasi sudut antar bandul I. URAIAN PENELITIAN Berikut ini adalah alur dari kegiatan yang dilakukan untuk menyelesaikan permasalahan dalam penelitian ini: A. Tahap Telaah Merangkum teori teori dasar serta informasi tambahan yang berkaitan dengan tugas ahir ini.studi literature ini dapat diperoleh dari penelitian penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya, dari buku buku, jurnal ataupun paper yang berkaitan dengan penelitian ini. Materi yang didapatkan dimaksudkan untuk menambah wawasan dan dasar teori untuk menunjang pemahaman dari permasalah yang diteliti. B. Pembuatan Model Tahapan selanjutnya adalah penggambaran model dengan menggunakan software autocad dengan sistem yang sederhana. Gambar 3. 1 Gambar Model Bandul dengan Dua Pemberat Komponen dari sistem PLTGL-SB sederhana ini adalah sebagai berikut : 1. Generator Generator merupakan alat yang digunakan untuk mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik menggunkan induksi elektromagnetik.ada dua macam generator listrik berdasarkan tegangan yang dibangkitkan yaitu generator AC dan generator DC. Pada penelitian kali ini menggunakan generator DC dengan magnet permanen dan disekelilingnya dililiti oleh kawat. Magnet permanen tersebut akan berputar sehingga 1
menimbulkan induksi. Besar kecilnya tegangan yang dikeluarkan oleh generator berbanding lurus dengan putaran magnet tersebut. Semakin tinggi kecepatan putaran magnet tersebut maka semakin tinggi tegangan yang dihasilkan. Berikut ini adalah spesifikasi motor DC yang digunakan sebagai generator dalam penelitian ini Merk : NISCA Torque : 4 kg.cm Teganga 12 volt: Speed : 398 Rpm (End gear) 1750 Rpm ( Motor Shaft) Arus : 0.10 Amp Tabel 3. 1 Tabel Variasi Panjang Lengan dan Pemberat Diameter Panjang lengan Bandul Pemberat tinggi (cm) (cm) ayun I I 9 3,5 30 cm II II A 9 4 II B 9 4,5 II C 9 5 25 cm dan 20 cm Gambar 3. 4 Gambar Pemberat 3. Bearing Gambar 3. 2 Generator 2. Poros, Lengan dan Pemberat Poros atau as penyangga dari bandul memiliki diameter 1,5 cm. Untuk lengan bandul memiliki diameter 1,2 cm. Rangkaian dari bandul pemberat dan lengan ayun menggunakan tipe bandul konis dengan sudut 90o dari as penyangga. Pada penelitian ini digunakan 2 buah bandul. Panjang lengan danpemberat dari bandul pertama dibuat konstan sedangkan untuk bandul kedua panjang lengan dan pemberatnya divariasikan Gambar 3. 3 Lengan ayun dan pemberat Bearing atau bantalan merupakan komponen utama penggerak poros yang berputar. Bearing berfungsi untuk menumpu sebuah poros agar poros tidak mengalami gesekan yang berlebihan. Jika gesekan yang terjadi pada benda berlebihan maka akan menyebabkan benda tersebut cepat rusak hal ini diakibatkan karena ketika bergesekan akan timbul yang panas yang semakin lama semakin meningkat dan menyebabkan keausan pada komponen tersebut. Ada berbagi jenis bearing dan pada tugas ahir ini bearing yang digunakan adalaha sebagai berikut: a) Ball bearing Ball bearing merupakan bearing yang paling umum digunakan dibanyak aplikasi teknis. Beban dari bagian luar (outer race) ke bagian bola bola dalam kemudian kebagian dalam (inner race). Dikarenakan bentuk bola yang bulat maka kontak antara inner race dan outer race minim sehingga putarannya menjadi lembut. b) One way bearing One way bearing digunakan sebagai penyearah gerakan badul dengan begitu mekanisme gerakan bandul hanya berputar pada satu arah saja ( pada desain ini arah putarannya searah jarum jam) c) Thrust Bearing Thrust bearing digunakan untuk menahan gaya aksial ke bawa pada konstruksi bandul. Dimensi dari lengan dan pemberat dari masing- masing bandul adalah sebagai berikut: 2
variable pengujian dan menampilkan data tersebut dalam bentuk tabel. F. Kesimpulan Tahapan selanjutnya adalah menarik kesimpulan dari analisa data yang sudah dilakukan dan memberikan saran saran atau rekomendasi yang relevan sebagai pertibangan diwaktu yang akan datang. 4. Roda Gigi Gambar 3. 5 Bearing Roda gigi merupakan komponen yang berfungsi untuk mntransmisikan daya. Roda gigi memiliki gigi gigi disekelilingnya yang bersinggungan dengan gigi gigi dari roda gigi yang lain. Roda gigi mampu merubah kecepatan putar, torsi dan arah daya terhadap sumber daya. Pada penelitian ini roda gigi yang digunakan ada dua yaitu prime gear dan secondary gear. Rasio dari prime gear adalah 1 : 7 dan secondary gear 1: 4 sehingga perbandingan dari roda gigi primer dengan roda generator adalah 1 : 28, artinya setiap satu putaran roda gigi primer, putaran roda gigi generator sama dengan 28 putaran II. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Pegujian tegangan Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui tegangan yang dihasilkan oleh simulator PLTGL-SB. Percobaan ini menggunakan avometer yang disusun paralel dengan dua buah resistor yang disusun seri dengan hambatan masing masing 330 ohm untuk mengetahui tegangan keluaran dari simulator PLTGL-SB. Gambar 4. 1 Rangkaian pengujian tegangan C. Pengujian Model Setelah model selesai dibuat maka tahan selanjutnya adalah pengujian model. Pengujian model akan dilakukan di laboratorium desain & 3D model jurusan teknik sistem perkapalan. Pengujian ini dilakukan untuk meliaha keluaran daya yang diahasilkan oleh simulator PLTGL- SB dengan dua pemberat. Pada saat pengujian data yang divariasiakan adalah sudut antara dua bandul, berat bandul dan panjang lengan bandul kedua. D. Pengumpulan Data Gambar 3. 6 Roda gigi Data yang akan dicari pada pengujian ini meliputi voltase keluaran, arus keluaran dari generator dan daya hasil perhitungan. Variable yang divariasikan pada percobaan ini, sudut antar bandul (30o, 35o, 40o, dan 45o ), kemiringan ponton ( 5o,10o, 15o ) kecepatan olakan ponton ( 1 detik, 2 detik, dan 4 detik) dan panjang lengan serta pemberatnya. Untuk panjang lengan dan pemberatnya yang divariasikan adalah pada bandul yang kedua sedangkan untuk bandul pertama panjang lengan dan pemberatnya tetap ( panjang lengan = 30 cm, diameter pemberat = 9 cm, tinggi pemberat 3,5 cm). Pada bandul kedua jumlah lengan ada 2 ( 25 cm dan 20 cm) dan jumlah variasi pemberatnya 3 dengan diameter masing masing sama dengan diameter pemberat bandul yang pertama namun dengan tinggi yang berbeda ( A. t = 4 cm, B. t = 4,5 cm, dan C. t = 5 cm). Pengujian dilakukan sebanyak 5 kali percobaan pada setiap variasi agar data yang diperoleh lebih valid. 3.2 Pengujian arus Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui arus keluaran yang dihasilkan oleh simulator PLTGL-SB. Untuk mengetahui arus keluaran digunakan ampere meter yang disusun seri dengan dua buah resistor dengan hambatan masing- masing 330 ohm. E. Analisa Data Dan Pembahasan Setelah melakukan pengujian dan data telah diperoleh maka dilakukan analisa data dan pembahasan yaitu membandingkan data yang sudah didapat pada tiap Gambar 4. 2 Rangakaian pengujian arus 3
Pada percobaan ini variasinya sama dengan percobaan tegangan. Kuat arus yang terukur (I) dapat dihitung dengan rumus Misalkan sebagai contoh angka yang ditunjuk jarum 2,38 dan skala yang dipilih adalah 25mA, maka kuat arusnya adalah Berikut ini adalah data nilai daya keluaran dari percobaan simulator PLTGL-SB. Tabel 4. 1 8 Daya keluaran generator simulator PLTGL-SB pada variasi bandul I dan II A dengan panjang lengan 25 cm 3.3 Validasi tegangan Untuk melihat apakah data tegangan yang dihasilkan pada saat pengujian benar benar valid maka dilakukan validasi tegangan dengan menghitung tegangan secara manual kemudian menghitung persentase selisih antara tegangan yang dihasilkan pada saat pengujian dengan nilai tegangan jika dihitung secara manual. Tegangan listrik dapat diselesaikan dengan rumus: Tahan pada percobaan ini menggunakan resistor dua buah yang disusun seri sehingga tahan totalnya adalah 660 ohm. Dari salah satu pengujian diperoleh arus sebesar 0,00595 A, sehingga jika dihitung voltasenya adalah 3, 927 volt. Dari pengukuran didapatkan voltase sebesar 4,014 volt. Sehingga akurasi antara pengukuran dan perhitungan sebesar 0,98 %, artinya selisih antara tegangan yang dihasilkan pada saat pengujian dengan nilai tegangan dari perhitungan secara manual tidak terlalu besar. 3.4 Perhitungan daya keluaran Daya listrik yang dihasilkan oleh simulator PLTGL-SB dapat dihitung dengan persamaan Dimana : P = Daya (Watt) I = Arus (Ampere) V = Tegangan (Volt) Misalkan dari slah satu hasil percobaan diketahui voltase keluaran adalah 4,014 volt dan arus rata rata adalah 5, 95 mili ampere. Maka daya yang dihasilkan adalah P = I x V = 5,95 x 4,014 = 23,58 mili watt III. KESIMPULAN Dari hasil percobaan dan analisa data dapat disimpulkan pada percobaan simulator PLTGL-SB dengan dua bandul yang terpasang pada as penyangga memiliki putaran yang lebih cepat sehingga voltase yang dihasilkan akan lebih besar. Karena voltase berbanding lurus dengan daya maka daya yang dihasilkanpun semakin besar. voltase keluaran yang paling besar pada saat sudut antar bandul 45o dan sudut ponton 20o dengan periode gerakan satu detik. IV. SARAN Dalam pengerjaan skripsi ini tidak lepas dari kekurangan baik yang disengaja maupun tidak sengaja, oleh karena itu untuk perbaikan kedepannya diperlukan suatu saran membangun baik dari segi analisa dan penulisan, baik untuk penulis sendiri maupun pembaca. 1 Penggunaan software berbasis bahasa pemrograman akan lebih mempermudah dalam pengambilan data 4
2 Data yang didapatkan akan lebih akurat jika jumlah variasi diperbanyak 3 Data yang didapatkan akan lebih valid jika simulator digerakkan dengan motor listrik. 4 Untuk untuk generator magnet permanen, diperlukan variasi medan magnet generator agar memperoleh voltase dan arus yang optimal V. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Irfan Syarif Arief,ST.MT dan Bapak Ir. Tony Bambang Musriyadi, PGD selaku dosen pembimbing atas arahan dan bimbingannya. Terima kasih juga kepada seluruh pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam penelitian ini sehingga penelitian ini dapat diselesakan. VI. DAFTAR PUSTAKA 1. http://id.wikipedia.org/wiki/energi_gelombang 2. http://my.opera.com/idoc/blog/generator 3. http://www.gaptek.info/pengertian-hukum-ohm-arustegangan-dan-hambatan.html 4. http://tugasku-4u.blogspot.com/2013/04/hukumohm.html 5. Tugas Ahir Hafids Dicky Kharisma (4208 100 007). 2012 5