340 EFEK REDAMAN PADA SIMULASI KONVERVI

EFEK REDAMAN PADA SIMULASI KONVERVI ENERGI GELOMBANG
LAUT MENJADI ENERGI LISTRIK DENGAN PRINSIP RESONANASI
Oleh
Drs. Defrianto, DEA
Jurusan Fisika Fmipa UNRI
Abstrak
Sistem mekanik yang terdiri dari tabung, pegas dan beban di modelkan untuk
menyerap energi gelombang laut menjadi energi osilasi pegas-beban kemudian dengan
menggunakan generator diubah menjadi energi listrik. Konversi akan maksimum jika
terjadi resonansi osilasi pegas-beban dengan gelombang laut.
Gerakan osilasi pegas-beban akan melambat karena adanya redaman. Untuk
mengetahui seberapa besar pengaruh redaman terhadap konversi energi gelombang laut
menjadi energi listrik maka disimulasikan sistem yang terdiri tabung bermassa 75 kg dan
berdiameter 0.2 m, kemudian di dalam tabung tersebut dipasang pegas dengan konstanta
pegas 5000 N/m, beban bermassa 50 kg dan koefisien redaman sistem yang bervariasi 50,
100, 150, 200 dan 250 kg.s/m
Hasil simulasi menunjukkan bahwa daya maksimum terjadi pada frekwensi
gelombang laut 2.93 Hz, dimana untuk amplitudo gelombang laut 0.5 m dan koefisien
redaman sistem 50, 100, 150, 200 dan 250 kg.s/m, daya yang dapat diserap masingmasing adalah 1460, 700, 500, 350, dan 250 W.
Kata Kunci : Energi, Gelombang Laut, Konversi, Pegas, Beban
340
PENDAHULUAN
yang lebih tinggi sehingga menyebabkan
Permasalahan seluruh bangsa-
banjir dan lain-lain.
bangsa di bumi pada saat ini adalah
Indonesia
adalah
negara
ketersedian sumber energi dan kualitas
berbentuk kepulauan yang memiliki
lingkungan hidup. Untuk menggerakkan
daerah laut yang sangat luas oleh karena
peradaban umat manusia, sumber energi
itu Indonesia memiliki potensi energi
fosil merupakan sumber energi utama
gelombang laut yang sangat besar.
yang digunakan. Bahan bakar fosil
Usaha
seperti minyak bumi, gas alam dan batu
konversi energi gelombang laut menjadi
bara
energi listrik merupakan salah satu
adalah
sumber
energi
tidak
pengembangan
teknologi
terbarukan yang disediakan alam melalui
pemecahan
proses jutaan tahun. Penggunaan terus
pada energi fosil. Model pembangkit
menerus
listrik dari energi gelombang laut pernah
bahan
bakar
fosil
akan
terhadap
ketergantungan
menghabiskan cadangan yang ada, oleh
dikembangkan
sebab itu sangat perlu mengembangkan
Cockerell (Kadir, 1990), model ini
pemanfaatan sumber-sumber energi lain
berbentuk sebuah rakit yang terdiri atas
yang terbarukan, seperti energi cahaya
tiga ponton. Tetapi model ini hanya
matahari, angin, gelombang laut, air
cocok untuk gelombang dengan panjang
terjun dan lain-lain. Masalah yang
gelombang (λ) yang pendek, kelemahan
timbul akibat penggunaan energi fosil
lainnya pada model ini yaitu tidak
(hidrokarbon)
adanya konfigurasi khusus yang akan
yaitu
limbah
gas
karbondioksida ( CO2 ) yang dibuang ke
atsmosfir
temperatur
sehingga
Chistopher
Energi
gelombang
laut
yang
merupakan satu bentuk energi mekanik.
menyebabkan pemanasan global (global
Untuk menyerap energi gelombang laut
warming).
secara maksimal diperlukan suatu sistem
memicu
pencairan
Pemanasan
berbagai
es
bumi
Sir
memberikan efisiensi maksimum.
meningkatkan
atmosfir
oleh
global
bencana
kutup
yang
akan
seperti
mekanik
akan
yang
berosilasi
dengan
frekwensi yang sama dengan dengan
menenggelamkan banyak pulau, badai
frekwensi
yang lebih besar dan kuat, curah hujah
sehingga terbentuk kondisi Resonansi.
gelombang
laut
tersebut
Kondisi resonansi yaitu keadaan dimana
341
suatu sistem bergetar akan menyerap
energi
eksternal
maksimum
yaitu Gerak Tabung Penutup yang
(William, 1997). Pada penelitian ini
disebabkan oleh naik turun gelombang
akan dibuat sistem bergetar berbentuk
dan
kombinasi pegas berkonstanta pegas K
Tabung Penutup. Gerak Beban yang
dan
Dengan
berupa gerak linear diubah menjadi
pemilihan harga K dan M yang sesuai,
gerak rotasi. Selanjutnya gerak rotasi
maka dapat dibuat kondisi resonansi
akan memutar generator listrik sehingga
pada
timbul beda tegangan listrik (energi
beban
sistem
secara
Pada model ini terjadi 2 gerakan
bermassa
M.
Pegas-Beban
tersebut
gelombang
laut)
Beban
relatif
terhadap
listrik).
sehingga akan menyerap energi eksternal
(energi
Gerak
secara
maksimum. Namun efisiensi sistem
Persamaan gerak untuk sistem ini yaitu :
pegas-beban dipengaruhi oleh besarnya
Gerak tabung penutup :
redaman yang terjadi pada sistem.
Mt
d 2 yt
dy
+ µ t + ( Aρg + k ) yt − kyb = f (t )
2
dt
dt
(1)
METODE PENELITIAN
Gerak Beban
d 2 yb
dy
Mb
+ k r b + kyb − kyt = 0
2
dt
dt
Model Pembangkit Listrik dari Energi
Gelombang
Model
alat
konversi
:
(2)
Dimana :
energi
f(t)
gelombang menjadi energi listrik terdiri
=
Gaya
Eksternal
=
f (t ) = AρgYe jωt (3)
dari 3 bagian seperti gambar (1) bawah.
dalam hal ini :
yt
=
Besar
pergeseran
tabung
penutup
yb
= Besar pergeseran beban
Y
= Amplitudo gelombang
Mt
= Massa tabung penutup
Mb
= Massa beban
Gambar 1. Model Pembangkit Listrik
A
=
dari Energi Gelombang
penutup
342
Luas
penampang
Tabung
µ
= Koefisien viskositas air laut
bervariasi 50, 100, 150, 200 dan 250
ρ
= Massa jenis air laut
kg.s/m
Y
= Amplitudo gelombang
ω
= Frekwensi sudut gelombang
g
= Percepatan gravitasi
kr
= Koefisien redaman
k
= Konstanta pegas
Persamaan
diselesaikan
(1)
secara
dan
simultan
(2)
untuk
Gambar 2. Simulasi komputer konversi
mendapatkan frekwensi resonansi alat
dan
kecepatan
relatif
beban.
energi gelombang
Lalu
kecepatan tersebut dikalikan dengan
Untuk
gaya eksternal untuk mendapatkan daya
simulasi
yang diserap alat. Solusi numerik model
menggunakan
koefisien
redaman,
dilakukan
dengan
menvariasikan frekwensi gelombang laut
diatas disimulasikan dan divisualisasikan
dengan
setiap
dari 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5,
bahasa
dan 5.0 Hz
pemograman Delphi yang diverifikasi
menggunakan software Matlab seperti
HASIL DAN PEMBAHASAN
terlihat pada gambar 2 dibawah.
Simulasi untuk koefisien redaman 50 kg
Simulasi Komputer
s/m pada berbagai frekwensi gelombang
Simulasi
untuk
sistem
komputer
yang
laut menunjukkan bahwa pada frekwensi
dilakukan
terdiri
3 hz memberikan daya serap energi yang
tabung
paling besar yaitu 1460 watt, seperti
bermassa 75 kg dan berdiameter 0.2 m,
terlihat pada gambar (3).
kemudian di dalam tabung tersebut
dipasang pegas dengan konstanta pegas
5000 N/m, beban bermassa 50 kg dan
koefisien
redaman
sistem
yang
343
Daya vs Frekwensi
untuk Koef. Redaman = 50 kg m/s
Daya vs Frekwensi
untuk Koef. Redaman = 150 kg m/s
Daya (Watt)
Daya (Watt)
2000
1500
1000
500
0
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
600
500
400
300
200
100
0
1.0
5.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Frekwensi (Hz)
Frekwensi (Hz)
Gambar 3. Simulasi komputer konversi
Gambar 5. Simulasi komputer konversi
energi gelombang untuk kr=50 kg s/m
energi gelombang untuk kr=150 kg s/m
Untuk koefisien redaman 100 kg s/m dan
Daya yang diserap secara maksimum
150 kg s/m, simulasi pada berbagai
pada frekwensi gelombang laut 3 hz
frekwensi gelombang laut menunjukkan
dibandingkan untuk berbagai koefisien
bahwa pada frekwensi 3 hz memberikan
redaman, seperti terlihat pada gambar
daya serap energi yang paling besar
(6).
yaitu 700 watt dan 500 watt, seperti
terlihat pada gambar (4) dan (5).
Daya vs Koefisien Redam an
untuk Frek. Gel. Laut = 3 hz
2000
Daya vs Frekwensi
untuk Koef. Redaman = 100 kg m/s
1500
1000
500
Daya (Watt)
800
0
600
50
100
400
150
200
250
Ko ef isi en R ed aman ( Kg .m/ s)
200
0
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
Gambar 6. Simulasi komputer konversi
5.0
Frekwensi (Hz)
energi
Gambar 4. Simulasi komputer konversi
gelombang
untuk
frekwensi
gelombang laut 3 hz.
energi gelombang untuk kr=100 kg s/m
Simulasi komputer untuk sistem
dengan koefisien redaman 50, 100, 150,
200
dan
250
memvariasikan
kg.s/m
frekwensi
dengan
gelombang
laut memperlihatkan bahwa daya diserap
344
secara maksimum terjadi pada frekwensi
hampir sama dengan frekwensi ini akan
3 hz, sedangkan pada frekwensi yang
menimbulkan kondisi resonansi yaitu
lebih kecil dan lebih besar, daya yang
kondisi energi gelombang laut diserap
diserap mengecil dengan cepat. Daya
secara maksimum.
maksimum terjadi karena frekwensi
Sistem
disimulasikan
untuk
alami sistem sebesar 2.94 hz hampir
koefisien redaman yang bervariasi 50,
bersesuaian frekwensi gelombang laut 3
100, 150, 200 dan 250
hz sehingga terbentuk kondisi resonansi.
keadaan resonansi daya yang dapat
Pada kondisi resonansi, daya
diserap masing-masing adalah 1460,
yang diserap tergantung pada redaman
700, 500, 350, dan 250 W. Daya yang
yang terjadi pada sistem, semakin kecil
diserap akan menurun jika koefisien
redaman
redaman semakin besar.
maka
daya
yang
diserap
kg.s/m, pada
semakin besar. Untuk koefisien redaman
sistem 50, 100, 150, 200 dan 250
DAFTAR PUSTAKA
kg.s/m, daya yang dapat diserap masingmasing adalah 1460, 700, 500, 350, dan
Suarga, 2007, Fisika Komputasi, Solusi
250 W.
problem fisika dengan Matlab, Andi
Offset, Jogjakarta.
KESIMPULAN
Arya,
Untuk
gelombang
menyerap
laut
digunakan
A.P.,
2003,
Introduction
to
energi
Classical Mechanics, Prentice Hall, New
sistem
Jersey.
mekanik berbentuk masa-pegas yang
dimasukkan ke dalam tabung. Sistem
Hulls, K., 2002, Wave Power, The New
disimulasikan untuk karakteristik tabung
Zealand Energy Journal, 25/4/2002.
bermassa 75 kg dan berdiameter 0.2 m,
di dalam tabung dipasang pegas dengan
Kinsler, L.E., 1992, Fundamentals of
konstanta pegas 5000 N/m dan, beban
Acoustics, Fifth Edition, John Wiley &
bermassa 50 kg. Frekwensi natural
Sons, New York.
sistem mekanik ini adalah 2.94 hz
sehingga frekwensi gelombang laut yang
345
Kadir, A., 1990, Energi : Sumber daya,
Inovasi,
Tenaga
Listrik,
Potensi
Ekonomi, UI-Press, Jakarta.
Sarwate, V.V., 1993, Electromagnetic
Fields dan Waves, John Wiley & Sons,
New York
William,
W.S.,
1997,
Mechanical
vibrations, McGraw-Hill Inc., London
346