studi penerapan multi salter duck di laut jawa sebagai

STUDI PENERAPAN MULTI SALTER DUCK DI LAUT JAWA
SEBAGAI SALAH SATU ALTERNATIF PEMBANGKIT LISTRIK
Eka Desiary Wicaksono1) Ir. Sardono Sarwito M.Sc2) Indra Ranu Kusuma ST. M.Sc3)
1) Mahasiswa : Jurusan Teknik Sistem Perkapalan ITS, Surabaya 60111, email : [email protected]
2) Dosen Pembimbing 1, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan ITS, Surabaya 60111
3) Dosen pembimbing 2, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan ITS, Surabaya 60111
ABSTRAK
Indonesia sebagai negara maritim yang
mempunyai banyak pulau serta garis pantai yang
panjang yang berarti Indonesia memiliki potensi
sumber energi laut yang sangat melimpah
khususnya gelombang laut. Dalam hal ini Indonesia
seharusnya bisa memanfaatkan potensi tersebut
untuk menanggulangi krisis energi yang sedang
dihadapi sekarang ini khususnya energi listrik.
Dalam studi ini memanfaatkan gelombang laut
sebagai sumber penggerak utama dari Multi Salter
Duck. Pada penelitian ini ketinggian gelombang
yang dianalisa bervariasi antara 0 – 1 m. Dengan
bantuan software CFD (computational fluid
dynamic) ANSYS analisa ini bertujuan mencari
force yang mengenai bagian dan yang dihasilkan
dari multi salter duck. Hasil simulasi didapatkan
daya pada posisi salter duck yang ditengah yang
paling optimal mendapat daya yaitu sebesar
19201,82 pada tinggi gelombang 0,9 meter,
kecepatan arus 4,5 m/s lebar gelombang 40,713
meter dan lebar salter duck 5,4 meter.
Kata kunci : Energi, Multi Salter Duck, ANSYS
1.
Pe
ndahuluan
Masalah Renewable Energi sekarang
menjadi topik hangat di berbagai media. Karena
semakin menipisnya cadangan energi fosil serta
user yang semakin lama semakin banyak. Diantara
maraknya Renewable Energi yang banyak dicari
adalah masalah pembangkit listrik, sekarang ini
banyak sekali jenis – jenis pembangkit listrik yang
telah digunakan seperti, solar cell, pembangkit
listrik tenaga nuklir, dll. Untuk itu ada satu jenis
pembangkit yang ramah lingkungan dan terbarukan,
yaitu energi gelombang laut (wave energy).
Gelombang laut merupakan salah satu bentuk
energi yang bisa diperbarui yang terbentuk karena
adanya angin yang bertiup di atas permukaan air
laut.
Banyak perangkat yang telah dikembangkan dengan
memanfaatkan energi gelombang ini. salah satunya
adalah PLTG-SB oleh Zamrisyaf SY dari Badan
Penelitian dan Pengembangan Ketenagalistrikan
PT. Perusahaan Listrik Negara (Persero). Pada
penelitian sebelumnya menggunakan Salter Duck
yang penempatannya berada di laut Jawa. maka
pada studi ini akan menganalisa optimal atau
tidaknya multi Salter Duck di tempatkan di laut
Jawa. Prinsip kerja dari alat tersebut adalah daya
gelombang laut akan membuat naik – turun dari
Salter Duck tersebut dan bandul yang berada di
dalamnya akan menkonversi gerakan tersebut
menjadi energi listrik. Karakteristik dari pantai itu
sendiri juga mempengaruhi kinerja dari multi Salter
Duck. Gelombang di pantai laut jawa cenderung
rendah dan intensitasnya cepat. Pada penelitian
sebelumnya hanya disimulasikan 1 buah Salter
Duck yang dimana jika disimulasikan dengan
kondisi pantai laut jawa hasilnya kurang optimal.
Maka pada studi ini menggunakan simulasi
beberapa gabungan Salter Duck
agar bisa
mendapatkan daya yang optimal.
Namun dalam memanfaatkan energi
gelombang laut tersebut memilliki beberapa
kelemahan, diantaranya sangat tergantung dengan
karakteristik gelombang yang kadang-kadang bisa
menghasilkan energi yang besar terkadang tidak,
sehingga pemilihan lokasi harus diperhitungkan
dengan tepat. Lokasi yang ideal adalah yang
memiliki gelombang konsisten besar dan
selanjutnya dilengkapi dengan peralatan yang tahan
terhadap cuaca yang buruk. Jika dibandingkaan
dengan teknologi hijau lainnya seperti matahari dan
angin, energi gelombang laut ini memberikan
ketersediaan hingga mencapai 90% dengan
kawasan tidak terbatas. Selama ada ombak,
maka energi listrik bisa didapat. Selain itu, dengan
memasang lebih dari satu buah salter duck maka
akan didapat energi yang banyak juga.
2. Tinjauan Pustaka
2.1 Gelombang Ombak Gelombak ombak adalah pergerakan naik dan
turunnya air dengan arah tegak lurus permukaan air
laut yang membentuk kurva atau grafik sinusoidal.
Gelombang laut biasanya disebabkan olaeh angin.
Angin di atas lautan memindahkan tenaganya ke
permukaan perairan, menyebabkan riak – riak,
alunan atau bukit dan berubah menjadi apa yang
kita sebut sebagai gelombang atau ombak.
Gambar 1. Ilustrasi pergerakan partikel zat cair pada
gelombang
Amati gerakan pelampung di dalam gambar
gelombang diatas. Perhatikan bahwa sebenarnya
pelampung bergerak dalam suatu lingkaran (orbital)
ketika gelombang bergerak naik dan turun.
Partikel air berada dalam satu tempat
bergerak di suatu lingkaran naik dan turun
dengan suatu bentuk gelombang. Pelampung
yang menampung di air pindah ke pola yang
sama, naik turun di suatu lingkaran yang lambat
ayang dibawa oleh pergerakan air. Di bawah
permukaan, gerakan putaran gelombang itu
semakin mengecil. Pergerakan orbital yang
mengecil seiring dengan kedalaman air, sehingga
kemudian di dasarnya hanya akan meninggalkan
suatu gerakan kecil mendatar dari sisi ke sisi
yang disebut Surge.
2.2 Proses Terjadinya Gelombang laut
Proses terjadinya gelombang di laut oleh
gerakan angin belum sepenuhnya dapat
dimengerti, atau dapat dijelaskan secara
terperinci. Tetapi menurut perkiraan, gelombang
terjadi karena hembusan angin secara teratur,
terus-menerus, di atas permukaan air laut.
Hembusan angin yang demikian akan membentuk
riak permukaan, yang bergerak kira-kira searah
dengan hembusan angin.
Gambar 2. Proses pembentukan gelombang akibat
angin
Jika angin masih terus berhembus dalam
waktu yang cukup panjang dan meliputi jarak
permukaan laut (fetch) yang cukup besar, maka riak
air akan tumbuh menjadi gelombang. Pada saat
yang bersamaan riak permukaan baru akan
terbentuk di atas gelombang yang terbentuk, dan
selanjutnya akan berkembang menjadi gelombang –
gelombang baru tersendiri. Proses yang demikian
tentunya akan berjalan terus menerus (continue),
dan bila gelombang diamati pada waktu dan tempat
tertentu, akan terlihat sebagai kombinasi perubahanperubahan panjang gelombang dan tinggi
gelombang yang saling bertautan. Komponen
gelombang secara individu masih akan mempunyai
sifat-sifat seperti gelombang pada kondisi ideal,
yang tidak terpengaruh oleh gelombang-gelombang
lain. Sedang dalam kenyataannya, sebagai contoh,
gelombang-gelombang yang bergerak secara cepat
akan melewati gelombang-gelombang lain yang
lebih pendek (lamban), yang selanjutnya
mengakibatkan terjadinya perubahan yang terusmenerus bersamaan dengan gerakan gelombanggelombang yang saling melampaui.
Jelasnya gelombang-gelombang akan
mengambil energi dan angin. Penyerapan energi ini
akan dilawan dengan mekanisme peredam, yaitu
pecahnya gelombang dan kekentalan air. Bila angin
secara kontinyu berhembus dengan kecepatan yang
tetap untuk waktu dan (fetch) yang cukup panjang,
maka jumlah energi yang terserap oleh gelombang
akan diimbangi dengan energi yang dikeluarkan
sehingga suatu sistem gelombang sempurna (fully
developed waves) akan tercapai. Sistem gelombang
demikian sebenarnya jarang dijumpai karena
kondisi steady tidak sering terjadi, dan juga fetch
kadang-kadang dibatasi oleh kondisi geografi
lingkungan. Bilamana angin berhenti berhembus,
sistem gelombang yang telah terbentuk akan segera
melemah. Karena gelombang pecah adalah
merupakan mekanisme yang paling dominan, maka
gelombang pendek dan lancip, akan menghilang
terlebih dulu, sehingga tinggal gelombanggelombang panjang yang kemudian menghilang
oleh gaya-gaya kekentalan, yang pada dasarnya
lebih kecil dari gelombang pecah. Proses
pelemahan atau menghilangnya gelombang
mungkin mencapai beberapa hari, yang bersamaan
dengan itu gelombang-gelombang panjang sudah
bergerak dan menempuh jarak ribuan kilometer,
yang pada jarak yang cukup jauh dan tempat
mulainya gelombang akan dapat diamati sebagai
alun (swell). Alun biasanya mempunyai periode
yang sangat panjang, dan bentuknya cukup
beraturan (reguler). Sistem gelombang yang
terbentuk secara lokal mungkin akan dipengaruhi
oleh alun yang terbentuk dan tempat yang jauh yang
tentu saja tidak ada kaitannya dengan angin lokal.
(Triatmojo, 2006)
3.
Metode Penelitian
Untuk membantu pelaksanaan studi ini,
maka perlu dibuat suatu urutan metode yang
menjadi kerangka acuan dalam pelaksanaan tugas
ini.Kerangka ini berisi tahapan – tahapan yang
dilakukan untuk menyelesaikan permasalahan dari
pengerjaan studi ini. Dimulai dari identifikasi
masalah sampai nantinya mendapatkan kesimpulan
atas pengerjaan studi ini.
Dalam pengerjaannya lebih bersifat studi
literatur untuk mengetahui daya yang
dihasilkan oleh wave converter tipe multi
salter duck yang desain bentuknya sudah ada
dan disimulasikan dengan karakteristik laut di
Indonesia khususnya laut Jawa. Metodologi
tersebut dapat digambarkan secara lengkap
melalui diagram alur pengerjaan studi berikut
ini :
maka terlebih dahulu ditentukan bentuk
geometri serta dimensi dari tiap salter duck
yang akan diuji. Dimana dalam penelitian ini,
dimensi serta bentuk dari tiap salter duck sama
seperti penelitian sebelumnya. Untuk symbol
dan ketentuan bentuk dari objek adalah sebagai
berikut : Gambar 9. Dimensi Salter duck
Dimana pada penelitian ini dibutuhkan ukuran
utama dari salter duck yaitu :
- R2
= jari – jari stern
- R0
= jari – jari Paunch
- R0’
= jari – jari practical paunch
profile
- LD
= panjang garis air
- α
= sudut dari sumbu poros untuk
R0
- rD
= letak titik berat objek dari
sumbu poros
4. Analisa Data
4.1 Desain Multi Salter Duck
Berdasarkan dari data dan desain salter
duck pada penelitian sebelumnya maka
dibentuklah sebuah desain dari multi salter
duck seperti pada gambar di bawah ini :
rencana dimensi model yang akan disimulasikan
ada 1 buah multi salter duck yang terdiri dari 5
buah salter duck dengan dimensi utama salter duck
yang sama.
Pada simulasi dan pemodelan multi salter
duck, dibutuhkan skema model gelombang yang
berkerja di sekitar multi salter duck yang menjadi
objek gerakan dari gelombang dimana multi salter
duck diam ditempat dan yang bergerak hanya aliran
gelombang saja. Berikut ini data karakteristik
gelombang yang akan digunakan dalam simulasi
dan pemodelan.
Waktu
H (m)
T (s)
λ (m)
September
0.80
4.95
38.36
09
Oktober 09
0.73
4.88
37.30
Nopember
0.57
4.85
36.75
09
Desember 09
0.22
4.42
30.55
Januari 10
0.96
5.04
40.71
Februari 10
0.31
4.52
31.93
Maret 10
0.20
4.41
30.40
Gambar 8. Gambar 3D
4.2 Rencana Geometrid dan Dimensi Objek
Dimensi dan bentuk multi salter duck
berasal dari gabungan beberapa salter duck
pada penelitian sebelumnya. Untuk membuat
bentuk dan simulasi dari multi salter duck,
Tabel 1. Data rata-rata tinggi periode dan panjang
gelombang
Paunch dari objek adalah sebuah kurva
melengkung yang mana merupakan sebuah
kombinasi sederhana dari busur dan tangen yang
mungkin dapat digunakan untuk mencirikan dimana
deviasi dari bentuk yang optimum dapat
dipertimbangkan untuk diterima.
4.2.1 Menghitung jari – jari R0’
Untuk mempermudah menghitung nilai
displacement-nya, maka bentuk ideal dari paunch
akan di modifikasi sedikit dengan menggunakan
persamaan.
4.4 Optimalisasi Meshing
Setelah dari Autocad gambar multi salter duck
di konversikan ke ANSYS ICEM untuk
menjalani proses Meshing
4.2.2 Menghitung nilai LD
Besarnya nilai LD didapatkan menggunakan
persamaan
Dimana R2 adalah jari – jari stern dan RD
adalah nilai dari R0 pada saat z = 0.
Sehingga nilai LD adalah
4.2.3 Menghitung nilai α
Besarnya
nilai
α
dapat
menggunakan persamaan
Gambar 10. Proses pembuatan surface
dihitung
Gambar 11. Proses pembuatan part yang gayanya
akan dianalisa
4.2.4 Menghitung nilai lebar dari objek (B)
Dalam perhitungan untuk mencari besarnya
energi yang di konversi, maka besarnya lebar
dari objek yang akan dianalisis divariasikan
menjadi 2 ukuran yaitu :
Setelah proses pembuatan part maka objek
siap dilakukan proses meshing. Proses meshing
dilakukan hingga mendapatkan hasil yang baik.
Proses meshing yang dikatakan baik apabila sudah
tidak terdapat benjolan atau part yang belum ikut
proses mesh
1.
4.3
2.
Perhitungan Daya
Mengenai Objek
Gelombang
yang
Dari data yang telah diperoleh, maka dapat
dihitung besarnya daya gelombang yang dapat
dikonversi Salter Duck tersebut. Variasi yang
dilakukan tidak mengubah bentuk asli, tetapi
hanya mengubah besarnya lebar dari Salter
Duck
tersebut.
Dengan
menggunakan
persamaan, dapat diketahui besarnya energi
yang dikonversi adalah sebagai berikut :
Gambar 12. Proses Meshing
4.5 Hasil Running
Setelah proses meshing selesai kemudian
dilakukan running pada ANSYS PRE dengan
memasukkan input parameter berupa kecepatan
aliran, masa jenis, suhu, tinggi dan beberapa
parameter lainnya maka didapatkan hasil sebagai
berikut.
ST 3 13028.651
ST 4 12953.663
ST 5 12885.547
ST = Salter Duck
ST 1 dibaca Salter Duck 1 yaitu Salter Duck yang
berada paling kiri.
Gambar 13. Bagian yang terkena gaya dari aliran
Grafik 1. daya Salter Duck
Gambar 14. Bagian atas multi salter duck yang terkena
gaya dari aliran
5.
1.
Tabel 3. Hasil perhitungan dengan B 5.4 m
Untuk mendapatkan daya yang optimal,
maka multi salter duck dengan lebar tiap
salter duck 5,4 m dapat diletakkan pada
gelombang dengan kisaran tinggi antara
0,7m – 1m dengan periode 4s – 5 s serta
kecepatan 4,5 m/s.
Daya yang dihasilkan dari tiap salter duck
berbeda – beda tergantung dari letak salter
duck itu. Dari hasil Iterasi didapatkan rata –
rata daya salter duck yang posisinya ditengah
menghasilkan daya yang lebih besar daripada
salter duck yang lainnya.
Daya yang dihasilkan dari STB (salter duck
bawah) lebih besar dari STA (salter duck
atas) dikarenakan luas permukaan yang lebih
lebar dan membentuk lengkungan yang
hampir menyerupai lingkaran sehingga
momen yang dihasilkan besar.
2.
3.
Tabel 4. Hasil konversi antar perhitungan dengan hasil
running
ST = Salter Duck
ST 1 dibaca Salter Duck 1 yaitu Salter Duck yang
berada paling kiri
ST 1A dibaca Salter Duck 1 Atas yaitu Salter Duck
paling kiri bagian Atas
ST 1 B dibaca Salter Duck 1 Bawah yaitu Salter
Duck paling kiri bagian Bawah
Dari hasil konversi antara perhitungan dan running
didapatkan hasil sebagai berikut :
ST 1 12923.118 ST 2 12968.172 Kesimpulan
6.
Daftar Referensi
Triatmodjo,Bambang.1999. Teknik Pantai.
Yogyakarta : Beta Offset.
McCormick, Michael. 1981. Ocean Wave
Energy Conversion.
Sorensen, Robert. 1993. Basic Coastal
Engineering.
Kanginan, Marthen. 2004. Fisika untuk
SMA kelas XI, 2B.
Rawson, K.J & Tupper, E.C. 2001. Basic
Ship Theory.
Syafril Riza,”Studi Penerapan Salter Duck
di Laut Jawa Sebagai Alternatif
Pembangkit
Listrik”,Jurusan
Sistem
Perkapalan FTK ITS, Surabaya, 2011.
http://www.scribd.com/doc/16842233/GE
LOMBANG-LAUT
http://www.alpensteel.com/article/52-106energi-laut ombakgelombangarus/2133-energi-gelombang-laut-selama-ada-ombakenergi-akan-didapat-.html