JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: 2301-9271 1 Studi Ekperimental Pengaruh Bentuk Pelampung Pada Mekanisme Pltgl Metode Pelampung Terhadap Energi Listrik Yang Dihasilkan Jefry Anang Cahyadi dan Wiwiek Hendrowati Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: wiwiek@me.its.ac.id Abstrak Indonesia sebagai negara maritim mempunyai wilayah lautan sebesar 2/3 dari seluruh wilayah Indonesia. Wilayah lautan yang luas tentunya mempunyai potensi yang besar pula, demikian juga energi gelombang lautnya. Energi gelombang laut dapat dirubah menjadi energi listrik dengan menggunakan teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL). Beberapa jenis mekanisme telah dikembangkan dan disesuaikan dengan kondisi gelombang laut yang ada. Dengan alasan tersebut, maka banyak penelitian dilakukan dengan membuat sebuah prototipe dalam skala laboratorium, sebelum diaplikasikan ke laut lepas di wilayah Indonesia. Pada penelitian ini ibuat sebuah prototipe mekanisme PLTGL skala laboratorium dengan metode pelampung. Akibat adanya gelombang air, maka pelampung yang bergerak naik turun akan memutar poros utama. Gerakan naik turun pelampung disearahkan oleh adanya one way bearing sehingga poros dapat berputar secara kontinyu. Pada penelitian ini dititik beratkan pada pengaruh bentuk pelampung, terhadap energi listrik yang dihasilkan. Pengujian dilakukan dengan memvariasikan bentuk pelampung serta memberikan variasi pada frekuensi dan amplitudo gelombang air. Selanjutnya energi listrik yang dihasilkan akan dianalisa. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa semakin besar nilai frekuensi dan amplitudo gelombang maka energi listrik yang dihasilkan PLTGL metode pelampung semakin tinggi. Pelampung bola memiliki nilai efisiensi yang lebih besar dibandingkan dengan pelampung oval dan pelampung tabung dengan nilai yang paling besar 63.62% dengan daya bangkitan 0,10832 W dan energi bangkitan terbesar terjadi pada saat frekuensi inverter 15. Energi bangkitan terbesar memiliki nilai 0,17626 W dengan efisiensi 12.09%. Terjadi pada saat amplitudo strok 7,5 cm dan frekuensi inverter 15 Hz dengan menggunakan bentuk pelampung bola. Kata Kunci gelombang laut, pelampung, energi listrik, bentuk pelampung I. PENDAHULUAN AAT ini rakyat Indonesia masih bergantung pada bahan Sbakar fosil untuk memenuhi keperluan energi sehari-hari. Melihat kecenderungan sumber energi dari bahan bakar fosil yang kian menipis maka pemerintah mengeluarkan kebijakan. Salah satu kebijakan pemerintah adalah masalah penghematan energi, sehingga perlu dicari sumber energi alternatif yang ramah lingkungan untuk mendukung program pemerintah tersebut. Dan salah satu energi alternatif yang belum banyak dikembangkan adalah energi gelombang laut. Laut adalah bagian terbesar di bumi ini, mencapai sekitar 75% luasnya dari total luas bumi, dan Indonesia sebagai negara maritim mempunyai wilayah lautan sebesar 2/3 dari seluruh wilayah Indonesia. Wilayah lautan yang luas tentunya mempunyai potensi yang besar pula, demikian juga energi gelombang lautnya. Energi gelombang laut dapat diartikan dengan energi yang didapat dari permukaan laut akibat pergerakan air laut. Energi gelombang laut merupakaan salah satu sumber energi yang belum banyak dimanfaatkan untuk saat ini. Energi ini tersedia melimpah selama 24 jam sehingga dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik tersebut dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik seharihari, bahkan dapat menjadi salah satu sumber energi alternatif di masa yang akan datang. Energi gelombang laut dapat dirubah menjadi energi listrik dengan menggunakan teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL). Pengembangan teknologi tersebut memerlukan penelitian yang mendalam dan dilakukan terus menerus. Beberapa jenis mekanisme telah dikembangkan dan disesuaikan dengan kondisi gelombang laut yang ada. Dengan alasan tersebut, maka pada penelitian ini dibuat sebuah prototipe PLTGL dalam skala laboratorium, sebelum diaplikasikan ke laut lepas di wilayah Indonesia. II. TINJAUAN PUSTAKA A. Gelombang Laut Gelombang laut merupakan energi transisi yang terbawa oleh sifat aslinya. Gelombang permukaan merupakan gambaran yang sederhana untuk menunjukkan bentuk dari suatu energi lautan. Adapun gejala dari energi gelombang laut bersumber pada fenomena fenomena berikut : a) Benda yang bergerak pada atau dekat permukaan yang menyebabkan terjadinya gelombang dengan perioda kecil. b) Angin yang merupakan sumber penyebab utama gelombang lautan. c) Gangguan seismik yang menyebabkan terjadinya gelombang pasang atau tsunami. d) Medan gravitasi bumi dan bulan menyebabkan gelombang pasang yang tinggi. Bentuk gelombang dibagi menjadi berbagi bentuk yang masing masing memiliki karakteristik dan energi yang berbeda. Secara umum ada dua jenis gelombang yang sering dijumpai, yaitu gelombang linier dan gelombang non linier. Gelombang linier ini memiliki karakteristik berbentuk sinusoidal dengan panjang gelombang yang lebih besar dari tinggi gelombang.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: 2301-9271 2 wawasan, pengetahuan penulis terhadap materi yang akan dibahas pada tugas akhir ini. Pada tahap studi literatur penulis melakukan kajian dan mengambil beberapa teori penunjang dari buku-buku, artikel, jurnal ilmiah, dan tugas akhir terdahulu. Diharapkan dari hasil studi literatur ini, penulis dapat menganalisa hasil dari pengujian yang dilakukan. B. Identifikasi Masalah Pada proses ini dilakukan identifikasi dan perumusan masalah yaitu tentang energi listrik yang dihasilkan dari bentuk pelampung yang berbeda untuk mendapatkan hasil yang optimal. Gambar. 1. Skema dan notasi ombak linier Gambar 1 menunjukan suatu gelombang yang berada pada sistem kordinat x-y-z. Gelombang menjalar pada sumbu x. Beberapa notasi didalam pemodelan yang dikembangkan oleh Airy seperti gambar diatas adalah : h : Jarak antara muka air rata dan dasar laut ( kedalaman laut ) η : Fluktuasi muka air terhadap muka air diam A : Amplitudo gelombang H : gelombang = 2A L : Panjang gelombang, jarak antara dua puncak gelombang yang berurutan T : Periode gelombang, yaitu interval waktu yang diperlukan oleh partikel air untuk kembali pada kedudukan yang sama dengan sebelumnya C : Kecepatan rambat gelombang = L/T σ : Frekuensi gelombang = 2π / T g : Gravitasi = 9,81 m / s 2 λ : Panjang gelombang dengan menggunakan amplitudo gelombang, daya ombak dapat juga ditulis sebagai fungsi tinggi gelombang, H. sehingga persamaanya menjadi PP wwwwwwww = ρρ gg2 HH 2 TTTT 32ππ Keterangn : b : lebar gelombang Dari persamaan tersebut, dapat diketahui gaya ombak yang dikonversikan oleh mekanisme PLTGL metode pelampung dengan rumusan sebagai berikut FF wave = P wave TT λλ C. Perencanaan dan Pembuatan Mekanisme Perencanaan ini bertujuan untuk mendapatkan desain dan mekanisme yang optimal dengan memperhatikan data yang telah didapat dari studi literatur. Dari hasil perencanaan dapat diketahui spesifikasi dari bahan maupun dimensi dari komponen yang akan diperlukan untuk pembuatan prototipe. Dari komponen yang diperoleh kemudian dilakukan perakitan untuk membuat prototipe yang sesuai dengan desain yang telah dibuat. Mekanisme model konversi energi gelombang laut ini terdiri dari 2 buah pelampung yang akan divariasikan bentuk pelampung mekanisme dengan pelampung berbentuk bola, tabung dan oval. D. Rancangan Mekanisme Variasi dari bentuk penampang pelampung akan memberikan damapak pada gaya ombak yang diterima mekanisme PLTGL metode pelampung pada bagian panjang ombak Dari rumusan diatas, dapat diketahui bahwa semakin panjang penampang yang terkena air pada pelampung maka akan mempengaruhi daya yang diterima oleh pelampung. Pada penelitian ini menitik beratkan pada variasi bentuk pelampung terhadap ombak yang diberikan dari kolam pembuat gelombang. Bentuk yang digunakan dalam penelitian ini yaitu pelampung bola, pelampung tabung dan pelampung oval. Panjang penampang yang terkena air pada masing-maasing pelampung memiliki nilai 0,098m pada pelampung bulat, 0.095m pada pelampung tabung dan 0,088m pada pelampung oval. Gambar. 2 Panjang permukaan melintang pelampung yang terkena air E. Persamaan Gerak Pada Posisi Kontak Dengan Ombak III. METODOLOGI PENELITIAN Pada Tugas akhir ini tahapan-tahapan yang harus dilakukan sebelum melakukan pengujian adalah sebagai berikut : A. Studi Literatur dan Identifikasi Masalah Studi literatur ini dilakukan agar dapat menambah Gambar. 3 Panjang permukaan melintang pelampung yang terkena air
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: 2301-9271 3 Dari rumusan diataspada saat mekanisme PLTGL terkena ombak, persamaan geraknya sebagai berikut: MM = II αα FF ww LL CCCCCCCC + FF bb LL CCCCCCCC FF gg LL CCCCCCCC FF LL LL 2 CCCCCCCC TT ee = II gg + II LL αα Nilai θθ adalah perpindaham sudut dari pelampung akibat gelombang, dengan persamaan θθ = HH LL Dengan mensubtitusi nilai θθ maka persamaan menjadi FF ww LL CCCCCC HH LL + FF bb LL CCCCCC HH LL FF gg LL CCCCCC HH LL FF LL LL 2 CCCCCC HH LL TT ee = II gg + II LL αα Sehingga akan didapat daya (P) sebagai berikut: PP = FF ww CCCCCCCC + FF bb CCCCCCCC FF gg CCCCCCCC FF LL CCCCCC HH 2 TT ee II gg + II LL αα ωω Berdasarkan perrsamaan ini, maka pada penelitian ini akan meneliti dampak dari perbedaan geometri permukaan pelampung pada mekanisme PLTGL metode pelampung F. Peralatan Yang Digunakan Mekanisme PLTGL metode pelampung Kolam pembua gelombang Oscilloscope Imultimeter IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN A. Nilai Amplitudo dan Frekuensi Ombak Dari perbedaan variasi amplitudo dan strok pada kolam pembuat gelombang akan menyebabkan amplitudo dan frekuensi gelombang yang berbeda-beda sesuai dengan seting alat pembuat gelombang. Table 1 Data gelombang yang dihasilkan mekanisme pembuat gelombang Frekuensi λ frekuensi Strok Inverter Ombak Ombak( m ) ( m ) (Hz) A1 ( 5 cm ) A2 ( 6.25 cm ) A3 ( 7.5 cm ) f1 ( 9 ) 0.029 0.907 1.8971 f2 ( 12 ) 0.0332 1.184 1.1132 f3 ( 15 ) 0.0524 1.465 0.7271 f1 ( 9 ) 0.04 0.9 1.9267 f2 ( 12 ) 0.064 1.204 1.0766 f3 ( 15 ) 0.0884 1.454 0.7382 f1 ( 9 ) 0.043 0.907 1.8971 f2 ( 12 ) 0.0806 1.19 1.1020 f3 ( 15 ) 0.107 1.487 0.7058 B. Daya Ombak Yang Diterima Pelampung Dari perbedaan variasi tersebut akan dilihat pengaruh variasi bentuk pelampung terhadap amplitudo strok dan frekuensi inventer terhadap daya ombak yang diterima pelampung pada mekanisme PLTGL metode Pelampung. Table 2 Daya ombak yang diterima pelampung Gelombang A1 (5 cm) A2 (6.25 cm) A3 (7.5 cm) Frekuensi Daya Ombak (Watt) Inventer Bola Tabung Oval f1 ( 9 ) 0.1754 0.1684 0.1574 f2 ( 12 ) 0.1761 0.1690 0.1580 f3 ( 15 ) 0.3546 0.3404 0.3181 f1 ( 9 ) 0.3364 0.3228 0.3018 f2 ( 12 ) 0.6437 0.6178 0.5775 f3 ( 15 ) 1.0170 0.9761 0.9124 f1 ( 9 ) 0.3857 0.3702 0.3461 f2 ( 12 ) 1.0330 0.9915 0.9268 f3 ( 15 ) 1.4570 1.3984 1.3071 Dengan semakin panjang penapang yang terkena air maka daya yang diterima mekanisme PLTGL metode pelampung aka semakin besar pula. C. Hasil Ekperimen Variasi bentuk pelampung serta variasi tinggi strok dan frekuensi alat pembuat geloambang terhadap tegangan bangkitan bangkitan. Table 3 Tegangan RMS bangkitan Strok Frekuensi V RMS ( V ) Inventer Oval Tabung Bola f1 ( 9 ) 0.2748 0.3022 0.4654 A1 (5 cm) f2 ( 12 ) 0.3085 0.3187 0.4734 f3 ( 15 ) 0.3185 0.4821 0.5241 f1 ( 9 ) 0.4381 0.4447 0.5132 A2 (6.25 cm) f2 ( 12 ) 0.4586 0.4912 0.5207 f3 ( 15 ) 0.4621 0.4943 0.5427 f1 ( 9 ) 0.4526 0.4767 0.5153 A3 (7.5) f2 ( 12 ) 0.5052 0.5309 0.5267 f3 ( 15 ) 0.5188 0.5824 0.5937 Penyajian data telah diolah menggunakan software matlab. oval Gambar. 4 Pengaruh frekuensi dan amplitudo dengan pelampung oval
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: 2301-9271 4 tabung terhadap energ bangkitan Gambar. 5 Pengaruh frekuensi dan amplitudo dengan pelampung tabung bola terhadap energ bangkitan D. Effisiensi Mekanisme Table 4 Effisiensi mekanisme Strok A1 (5cm) A2 (6.25 cm) Frekuensi Effisiensi (%) Innventer Bulat Tabung Oval f1 ( 9 ) 63.62 34.15 24.00 f2 ( 12 ) 61.73 30.03 30.11 f3 ( 15 ) 38.73 27.13 15.94 f1 ( 9 ) 39.15 30.62 31.80 f2 ( 12 ) 21.06 19.53 18.21 f3 ( 15 ) 14.48 12.51 11.70 f1 ( 9 ) 34.42 30.68 29.60 A3 (7.5cm) f2 ( 12 ) 13.42 14.21 13.76 f3 ( 15 ) 12.09 12.12 10.29 Effisiensi performa PLTGL metode pelampung bahwa semakin tinggi frekuensi dan amplitude ombak maka effisiensi daya semakin menurun. Disebabkan, power input yang semakin besar akibat nilai daya ombsk yang meningkat tidak diikuti power output yang dihasilkan. Gambar. 6 Pengaruh frekuensi dan amplitudo dengan pelampung tbola Dari diagram diatas dengan pengaruh frekuensi dan amplitude strok dengan perubahan bentuk pelampung mekanisme PLTGL metode pelampung terhadap energy listrik yang dihasilkan dapat disajiakn dalam sebuah diagram untuk memudahkan dalam proses membandingkan antara ketiga diagram diatas. Tegangan RMS ( V ) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Perbandingan Tegangan RMS yang dihasilkan f1 ( 9 ) f2 ( 12 ) f3 ( 15 ) f1 ( 9 ) f2 ( 12 ) f3 ( 15 ) f1 ( 9 ) f2 ( 12 ) f3 ( 15 ) A1 ( 5 cm ) A2 ( 6.25 cm ) A3 ( 7.5 ) oval tabung bola Gambar. 7 Perbandingan tegangan RMS bangkitan yang dihasilkan Dari setiap variasi bentuk pelampung dengan frekuensi dan amplitudo yang divariasikan akan mempengaruhi daya yang dihasilkan, denagn semakin besar amplitudo gelombang dan frekuensi gelombang yang diberikan akan berpengaruh pada besarnya daya yang dihasilkan pada masing-masing variasi bentuk pelampung. Sehingga untuk perbandingan dari semua bentuk pelampung, didapatkan bentuk pelampung bulat memiliki nilai energy bangkitan yang paling besar sedangkan bentuk pelampung oval memiliki nilai yang paling rendah. V. KESIMPULAN Setelah melakukan beberapa pengujian dan analisa, pada bab ini akan ditarik kesimpulan mengenai beberapa hal yang telah menjadi hasil dari pengujian sebelumnya. Bentuk pelampung mempengaruhi energi bangkitan yang dihasilkan oleh PLTGL metode pelampung, bentuk pelampung bola memiliki nilai energi bangkitan yang paling besar dan sesuai untuk tipe gelombang yang meiliki frekuensi kecil dan amplitudo kecil sampai frekuensi besar dan amplitudo besar. Semakin besar frekuensi inverter akan menyebabkan frekuensi gelombang ikut meningkat sehingga energi bangkitan yang dihasilkan akan semakin besar. Semakin besar amplitudo strok maka tinggi gelombng yang dihasilakn akan semakin tinggi dan menyebabkan energi bangkitan semakin besar. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis ucapakan terima kasih banyak kepada dosen penguji dan dosen pembahas yang telah memberikan kritik dan saran dalam proses pengerjaan penelitian ini, terutama kepada Ayah dan Ibu yang telah memberikan doa sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini. DAFTAR PUSTAKA [1] Masjono.,. Desain dan Simulasi Konverter Energi Gelombang Laut sebagai Pembangkit Tenaga Listrik. Jurusan Teknik Industri, Akademi Teknik Industri Makasar, Makasar.(2012) [2] Pratama, Aryo. Studi Eksperimental Pengaruh Panjang Batang Dan Massa Pendulum Terhadap Energi Listrik Yang Dihasilkan Pada Simulator Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Sistem Bandul (PLTGL-SB) Ponton Datar. Jurusan Teknik mesin. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya.(2012) [3] Sari, Ni Made Wulan Pratama. Studi Eksperimental Pengaruh Variasi Panjang Lengan Pendulum Terhadap Pola Gerak Bandul Dan Voltase Bangkitan Generator Pada Simulator Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Sistem Bandul (PLTGL-SB) Konis. Jurusan Teknik Sistem Perkapalan.Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya.(2012) [4] Subagio, Mega Bagus, Fitri, Sutopo Purwono., Soemartojo.. Analisa Teknis Sistem Konversi Pneumatis Energi Gelombang Laut Sebagai
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: 2301-9271 5 Pembangkit Listrik. Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh November. Surabaya.(2012) [5] Kurniawan, Achmad, Fitri, Sutopo Purwono, Prastowo Hari. Kajian Teknis Sistem Konversi Pneumatis Energi Gelombang Laut Menggunakan Tanki Bertekanan Dan OWC (Oscillating Water Column). Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh November. Surabaya.(2012) [6] Yonathan, Ryan. Analisa Performansi Sistem Pneumatis Terhadap Variasi Pembebanan Pelampung. Jurusan Teknik Sistem Perkapalan.Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya.(2013) [7] Vinning, J., Ocean Wave Energi Conversion. Advanced Independent study report electrical and Computer Engineering Department University of Wiscosin-Madison (2005) 4-6. [8] McCormick,M.E. Ocean Wave Energi Conversion. Wiley,New York.(1981) [9] Falcao, Antonio F de O., Wave Energi Utilization :A review of the technologies.,elsevier (2010) 900-915. [10] D. Dimargonas,Andrew. Vibration for engineer. Prentice-Hall International.(2002) [11] Pujanarsa Astu,MT & Djati Nursuhud. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta:ANDI(2006)