LAPORAN PENELITIAN DOSEN MUDA ENERGI LIS
LAPORAN PENELITIAN
DOSEN MUDA
ENERGI LISTRIK TENAGA OMBAK
Oleh :
Ir. Soebyakto, MT.
M. Agus Shidiq, ST, MT.
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS PANCASAKTI TEGAL
TAHUN 2012
HALAMAN PENGESAHAN
1. Judul Penelitian
2. Bidang Penelitian
3. Ketua Peneliti
a. Nama Lengkap
b. Jelis Kelamin
c. NIPY
d. Disiplin Ilmu
e. Pangkat/Golongan
f. Jabatan
g. Fakultas/Jurusan
h. Alamat Kantor
i. Tlp/Faks/E-mail
j. Alamat Rumah
k. Tlp/Faks/E-mail
: Energi Listrik Tenaga Ombak
: Rekayasa
4. Jml Anggota Peneliti
a. Nama Anggota I
b. Nama Anggota II
: 1 Orang
: M. Agus Shidiq, ST, MT.
: -
5. Lokasi Penelitian
6. Jml biaya yg digunakan
: Pantai Tegal
: Rp. 2.300.000,00
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
Ir. Soebyakto, MT.
Laki-laki
Konversi Energi
Penata Muda / IIIa
Asisten Ahli
Teknik /Teknik Mesin
Jl. Halmahera Km 1 Kota Tegal
(0283) 342519 /
Jl. Cucut Rt 3 Rw 1 No 18 Kalisapu-Slawi 52416
08156924106 / soebyakto@gmail.com
ii
ABSTRAK
Energi ombak dapat berupa energi kinetik dan energi potensial.
Gelombang laut (ombak) adalah gerakan naik turun permukaan air laut yang
secara teratur memperlihatkan bagian-bagian yang tinggi sebagai puncak dan
yang rendah sebagai lembah yang bergerak pada arah tertentu. Gelombang yang
diamati dalam penelitian ini adalah gelombang yang mendekati pantai di
perairan dangkal. Gelombang yang mendekati pantai, kecepatannya berkurang
(lamban) dibandingkan dengan gelombang yang jauh dari pantai. Yang dimaksud
perairan dangkal adalah perbandingan kedalaman laut dengan panjang
1
h
).
gelombang laut lebih kecil dari pada seperduapuluh (
20
Tempat di depan pemecah ombak (break water) adalah amat baik untuk
mengekstraksi tenaga ombak yakni pada sisi titik simpul terjadinya ombak berdiri
yang dapat menghasilkan gerakan bolak-balik sepanjang langkah tertentu aliran
air. Jika suatu benda yang dapat bergerak bebas ditempatkan di sana, benda itu
akan dirangsang bergerak secara efektif oleh aliran tadi.
Alat pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) ditempatkan di dekat
pemecah ombak. Data ombak yang diperoleh yakni frekuensi ombak rata-rata, f =
10,2 rpm, kecepatan ombak rata-rata, v = 15 cm/s, amplitudo ombak rata-rata, R
= 13,8 cm, periode ombak rata-rata, T = 6,2 detik dan daya ombak rata-rata, P =
15,4 Watt. Data-data ini dapat menggerakkan alat PLTO yang dibuat, akan tetapi
karena periode waktu datang ombak ke ombak berikutnya terlalu lama. Hal ini
menyebabkan alat PLTO tidak berfungsi dengan baik, karena secara mekanik
dapat berputar tetapi putaran akan berhenti disebabkan terlalu lama menunggu
ombak yang datang berikutnya.
Alat PLTO akan berfungsi dengan baik, apabila data ketinggian dan
periode ombak cukup baik untuk memutar dinamo yang berkisar 1000 – 1500
rpm. Energi listrik tenaga ombak dapat diperoleh.
Kata Kunci : Tenaga Ombak, PLTO, Energi Listrik.
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas Rahmat dan
Hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan penyusunan laporan penelitian. Laporan
ini merupakan serangkaian penelitian dan analisa sehingga diharapkan mampu
menghasilkan suatu hasil penelitian dalam bidang yang terkait. Penelitian ini
berjudul “Energi Listrik Tenaga Ombak”.
Penelitian ini merupakan salah satu tugas Dosen dalam menjalankan Tri
Darma Perguruan Tinggi; mengajar, pengabdian masyarakat dan penelitian.
Kami mengucapkan terima kasih kepada :
1. Rektor
Universitas
Pancasakti
Tegal,
yang
atas
kewenangannya
mengijinkan penelitian tentang pasang surut air laut pantai Kota Tegal.
2. Kepala Penelitian dan Pengembangan Universitas Pancasakti Tegal, yang
telah menyetujui diadakannya penelitian pasang surut air laut pantai Kota
Tegal.
3. Dekan Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal, yang telah
memberikan kesempatan penelitian Energi Listrik Tenaga Ombak di
pantai Kota Tegal.
4. Para Dosen dan Karyawan Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal,
yang telah ikut membantu menyelesaikan laporan penelitian ini.
Semoga laporan penelitian yang dilaksanakan ini bermanfaat bagi
pembaca dan juga bermanfaat bagi perkembangan ilmu Teknik di masa
mendatang. Penulis sadar bahwa laporan penelitian ini masih jauh dari sempurna,
maka penulis mengharap kritik dan saran demi kesempurnaan laporan selanjutnya.
Tegal,
Penulis
iv
Juli 2012
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL
i
HALAMAN PENGESAHAN
ii
ABSTRAK
iii
KATA PENGANTAR
iv
DAFTAR ISI
v
BAB 1
PENDAHULUAN
1
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Permasalahan
1
1.3
Batasan Masalah
2
1.4
Tujuan
2
1.5
Manfaat
2
TINJAUAN PUSTAKA
4
2.1
Mengapung di Atas Muka Gelombang
4
2.2
Penerapan Teknik Bandul atau Pendulum
BAB 2
di Pantai Sumatra Barat
4
2.3
Energi Ombak
5
2.4
Daya Ombak
7
2.5
Konversi Daya Ombak ke Daya Listrik
8
METODE PENELITIAN
10
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian
10
3.2
Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Ombak
10
3.3
Teknik Pengumpulan Data
10
3.4
Pengolahan Data
10
HASIL PENELITIAN
14
4.1
Pembuatan Alat Ukur Parameter Ombak
14
4.2
Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Ombak
15
BAB 3
BAB 4
v
4.3
Pengukuran Parameter Ombak
16
4.4
Hasil Penelitian Ombak
19
ANALISA HASIL PENELITIAN
20
5.1
Frekuensi Ombak
20
5.2
Ketinggian, Periode dan Kecepatan Ombak
21
5.3
Daya Ombak
24
5.4
Daya Mekanik yang dihasilkan alat
25
KESIMPULAN DAN SARAN
27
6.1
Kesimpulan
27
6.2
Saran
27
BAB 5
BAB 6
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN 1
LAMPIRAN 2
29
DATA PENELITIAN ENERGI LISTRIK TENAGA
OMBAK DI PANTAI KOTA TEGAL
30
DOKUMENTASI FOTO PENELITIAN
32
vi
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sudah banyak pemikiran untuk mempelajari kemungkinan pemanfaatan
energi yang tersimpan dalam ombak laut. Berdasarkan hasil pengamatan yang
ada, deretan ombak (gelombang) yang terdapat di sekitar pantai, mempunyai daya
ombak yang dapat dikonversikan ke daya listrik. Ada beberapa pilihan untuk
menghasilkan daya tersebut, pertama menggunakan teknik koil yang bergerak
naik turun, tetapi bisa juga dengan teknik batang magnet yang bergerak naik
turun. Pilihan kedua dengan menggunakan pelampung, penempatan koil dan
batang magnet bisa juga ditempatkan di dasar atau di permukaan laut. Energi
ombak dapat berupa energi kinetik dan energi potensial. Gelombang laut adalah
gerakan naik turun permukaan air laut yang secara teratur memperlihatkan bagianbagian yang tinggi sebagai puncak dan yang rendah sebagai lembah yang bergerak
pada arah tertentu. Bila gelombang mencapai suatu pantai, maka massa air laut
akan menghempas atau memukul ke pantai atau daratan. Gelombang di
permukaan laut adalah hasil dari intraksi antara massa air laut dengan massa udara
di atasnya. Gelombang laut yang dominan adalah yang terjadi karena tiupan
angin. Gerakan naik turunnya air laut di laut lepas dan gerakan air laut memukul
ke pantai dapat dikonversikan menjadi energi listrik. Secara gerakan air laut yang
naik turun itu dipakai untuk menggerakkan suatu tuas naik turun, atau untuk
menggerakkan suatu pompa, atau untuk menekan kolom udara untuk
menggerakkan baling-baling. Prinsipnya adalah mengkonversi gerak mekanik
menjadi energi listrik.
1.2 Permasalahan
(1) Bagaimana energi listrik dapat diperoleh dari energi gelombang laut ?
(2) Gelombak laut atau ombak yang mendekati pantai, memiliki dua gerakan
yaitu gerak vertikal dan gerak horizontal. Energi ombak yang mana yang
kuat, yang vertikal atau yang horizontal ?
1
(3) Bagaimana cara pembangkit listrik tenaga ombak dengan sistem bandul
yang mengapung di atas ombak, mengikuti gerak vertikal atau gerak
lateral (horizontal) ?
(4) Secara teori energi mekanik adalah jumlah dari energi kinetik dan energi
potensial. Apakah energi yang terjadi karena gerak ombak (energi kinetik)
dan energi yang terjadi karena perbedaan ketinggian ombak (energy
potensial), dapat digabung, menghasilkan energi mekanik ?
1.3 Batasan Masalah
Gelombang yang merambat akan bergerak dengan kecepatan yang berbedabeda pada tiap titik muka gelombang, karena pengaruh kedalaman perairan,
gelombang yang diamati dalam penelitian ini adalah gelombang yang mendekati
pantai di perairan dangkal. Gelombang yang mendekati pantai, kecepatannya
berkurang (lamban) dibandingkan dengan gelombang yang jauh dari pantai. Yang
dimaksud perairan dangkal adalah perbandingan kedalaman laut dengan panjang
gelombang laut lebih kecil dari pada seperduapuluh (
h
1
).
20
1.4 Tujuan
1. Untuk mendapatkan energi listrik dari tenaga ombak.
2. Untuk mendapatkan besaran energi yang terjadi karena gerak ombak
(energi kinetik) dan energi yang terjadi karena ketinggian ombak (energi
potensial).
3. Untuk memperoleh sistem mekanik, alat konversi energi ombak ke energi
listrik.
1.5 Manfaat
Penelitian energi listrik tenaga ombak, diharapkan dapat memberikan
manfaat :
1.
untuk mendapatkan gambaran yang lebih baik bagaimana daya listrik
tenaga ombak dapat dihasilkan.
2
2. Pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) dapat memberikan penerangan
di sekitar pantai.
3
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mengapung di Atas Muka Gelombang (Heave Rider)
Watanabe, T. (1993) menulis bahwa pemanfaatan tenaga ombak adalah
termasuk salah satu impian yang panjang bagi anggota kelompok MIT Muroran
pimpinan Hideo Kondo di Hokkaido dalam mengembangkan sistem pendulor
selama 15 tahun. Prinsipnya adalah menjalankan generator dari gerakan bandul
atau pendulum yang dieksitasi oleh aliran air horizontal di bawah ombak tegak
(gelombang berdiri). Gerakan ayun pendulum diubah ke dalam gerakan putar pada
poros, namun luarannya sangat berfluktuasi. Dengan menambah akumulator, hal
demikian itu dapat mempengaruhi ratio penyerapan yang juga berarti
memperbaiki sistem. Watanabe selanjutnya memanfaatkan catatan Prof. Hideo
Kondo bahwa tempat di depan pemecah ombak (break water) adalah amat baik
untuk mengekstraksi tenaga ombak yakni pada sisi titik simpul terjadinya ombak
berdiri yang dapat menghasilkan gerakan bolak-balik sepanjang langkah tertentu
aliran air. Jika suatu benda yang dapat bergerak bebas ditempatkan di sana, benda
itu akan dirangsang bergerak secara efektif oleh aliran tadi. Teknik bandul atau
pendulum yang dikembangkan oleh kelompok Hideo Kondo dari MIT di
Hokkaido.
2.2 Penerapan Teknik Bandul atau Pendulum di Pantai Sumatra Barat
Teknik bandul atau pendulum yang dikembangkan oleh kelompok Hideo
Kondo dari MIT di Hokkaido, telah diuji coba di pantai Sumatra Barat oleh
Zamrisyaf, seorang volunteer pensiunan karyawan PLN (Liputan Siang SCTV,
Jakarta, 28-12-2003). Temuan ini yang akhirnya diberi nama Pembangkit Listrik
Tenaga Gelombang Laut Sistem Bandulan (PLTGL-SB) itu akan bergerak
mengikuti arus gelombang. Ini membuat bandul yang digantung di alat tersebut
selalu bergerak sesuai dengan alur gelombang. Gerakan bandul yang terusmenerus tersebut menggerak pompa hidraulik tipe silinder, sehingga memompa
fluida dari resevoir ke motor hidrolik. Setelah distabilkan di tabung acumalator
4
selanjutnya tekanan fluida menggerakkan motor hidrolik yang langsung memutar
dinamo untuk mengeluarkan energi listrik. Dalam suatu uji coba di Pantai Padang,
Desember 2003, perangkat kerasnya berupa perahu atau ponton. Di atas ponton
ada tiang besi tempat bandulan (mirip bandulan jam dinding) dengan ayunan
bandul 30 derajat. Sumbu pada lengan bandulan disatukan dengan roda freewheel,
bak roda sepeda. Untuk mendatangkan kelipatan kecepatan, freewheel
dihubungkan dengan rantai ke roda transmisi, lalu dirangkai dengan freewheel ke
satu atau dua roda gila, untuk selanjutnya dihubungkan ke dinamo, yang akan
memproduksi listrik. Model PLTGL itu lalu diletakkan di bibir pantai. Dalam uji
coba tersebut, PLTGL model Zamrisyaf mampu menghasilkan daya listrik tiga
kilowatt dan menerangi 20 rumah di desa nelayan. Dia memberikan hitungan,
untuk areal lautan dengan luas 1 kilometer persegi, energi gelombang laut dapat
menghasilkan daya listrik sekitar 20 megawatt (Mw). Jumlah ini sama dengan
kekurangan daya listrik di Sumbar saat Investasinya Rp20 juta per kilowatt (Kw)
atau total Rp400 miliar dan sanggup menerangi 40000 rumah.
2.3 Energi Ombak
Proses gelombang disebabkan adanya energi kinetik dan energi potensial.
Jika gangguan kedalaman air h, elevasi lokal y dan kerapatan uniform , energy
potensial dari suatu kolom horizontal dengan satuan luas sepanjang muka
gelombang dan pertambahan luas dx, sepanjang orthogonal diberikan :
g (h y)
. (h y) / 2.dx g (h y) 2 / 2 .dx
1
g (h y) 2 dx
2
1
2
g (h 2 2 gh y 2 ).dx
L
1
g (h 2 gh y )dx 2.gh L ghL
2
2
2
0
1
2
L
1
2
g y 2 dx
0
Jika tidak ada gangguan kedalaman air, h=0, dan y = A cos kx, maka rata-rata
energi potensial tiap satuan luas daerah yang diberikan terhadap gelombang :
L
Ep
1
g y 2 dx
2L 0
= ¼ ga2.
5
Rata-rata yang melewati panjang gelombang dari energi kinetik tiap satuan
luas permukaan dapat diperoleh :
E k . u 2 w 2 .dx.dz
2 L 0 h
L h
Untuk gelombang sinusoidal dengan amplitude kecil, dibuat pendekatan y = 0,
komponen kecepatan u dan w pada persamaan :
u a
cosh[k ( z h)]
. cos(kx t )
cosh(kh)
w a
sinh[k ( z h)
. sin(kx t )
cosh(kh)
Dimana :
2 gk. tanh(kh)
L a2
E k . coth(kh)
4 k
L a 2 gk
. 2
4 k
=
L
2
1
4
L
2
ga 2
1
Ek
1
4
ga 2
Total energy tiap satuan luas permukaan :
E E p Ek
E
1
2
1
4
ga 2 1 4 ga 2
ga 2
Dimana : H = 2a
Kepadatan energi (per satuan luas) dari gelombang sinusoidal tergantung
pada kerapatan ρ, percepatan gravitasi g dan ketinggian gelombang H (yang sama
dengan dua kali amplitudo, a):
𝐸=
1
8
𝜌𝑔𝐻 2 =
1
2
𝜌𝑔𝑎2
6
2.4 Daya Ombak
Untuk proses kecepatan group gelombang, daya per meter dari muka
gelombang :
P E.v g
1
8
gH 2 v g
Untuk gelombang Airy pada perairan dalam, perbandingan kedalaman dengan
panjang gelombang laut,
P
1
32
h
1
; maka
2
g 2T .H 2
Untuk periran dangkal, perbandingan kedalaman dengan panjang gelombang laut,
h
1
; maka
20
P 18 gH 2 v
Dari gambar 2.1, dapat dihitung gaya ke atas (gaya apung) dan gaya berat.
Gaya ke Atas
𝐹𝐴 = 𝐹3 = 𝜌𝑐 . 𝑉𝑐 . 𝑔
Berdasarkan hukum Hooke, untuk gerak osilasi :
𝐹3 = 𝑘. 𝑌
𝑘 = 𝑚. 𝜔2
𝜔 = 2𝜋𝑓
f = frekuensi osilasi (Hz)
7
k = konstanta gaya osilasi (N/m)
Y = simpangan osilasi (m)
Gaya berat
F 1 = W = m.g
Gambar 2.2 Gaya-gaya yang bekerja pada lengan momen
𝜏𝑜 = 0
𝜏𝑜 = momen gaya (torsi) pada titik 0 (Nm)
𝐹1 . 𝐿1 = 𝐹4 . 𝐿2
𝐹4 =
𝐹1 . 𝐿1
𝐿2
2.5 Konversi Daya Ombak ke Daya Listrik
Gaya Apung ( FA )
FA = Wu – Wa
FA = c.Vc.g
Wu = berat beban apung di udara (N)
Wa = berat beban apung di air (N)
c = Massa jenis air (kg/m3)
Vc = Volume zat cair yang dipindahkan (m3)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
Gaya Berat (W)
W = m.g
m = massa beban apung (kg)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
8
Untuk mendapatkan daya, dapat diperoleh dari gaya apung kali kecepatan
ombak. Untuk mendapatkan daya, dapat juga dihasilkan dari gaya berat kali
kecepatan ombak. Dari data ini, kita dapat memperhitungkan daya dinamo,
penghasil listrik yang sesuai dan akan digunakan dalam penelitian ini.
9
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian untuk mendapatkan alat pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO)
dilaksanakan di Slawi, Kabupaten Tegal. Waktu penelitian pembuatan alat
pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) pada siang hari antara jam 09.00 –
12.00 WIB dan sore hari jam 15.00 – 16.30, dimulai sejak bulan Januari 2012
sampai Juni 2012. Penelitian untuk mendapatkan data ombak pantai laut Kota
Tegal pada bulan Juni – Juli 2010 dan pada hari Jum’at, 13 Juli 2012, jam
14.25 – 15.30.
3.2 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Ombak
Pembangkit listrik tenaga ombak metode gerak harmonik. Prinsip metode ini
dengan memanfaatkan gerak osilasi benda yang mempunyai massa jenis
beban lebih kecil dibandingkan massa jenis air laut atau massa jenis beban
sama dengan massa jenis air laut, diletakkan pada puncak ombak. Osilasi
ombak akan menggerakkan lengan momen naik-turun dan dilanjutkan
menggerakkan dinamo, penghasil listrik.
3.3 Teknik Pengumpulan Data
Data penelitian ombak diperoleh dengan cara pengukuran langsung di Pantai
Alam Indah Kota Tegal, di sekitar pemecah gelombang. Data didapat secara
bertahap, meliputi tinggi ombak, banyaknya ombak untuk selang waktu
tertentu.
3.4 Pengolahan Data
Pengambilan sample data dari banyak data atau beberapa data parameter yang
diperoleh dari perairan laut, diolah menggunakan metode regresi linier untuk
mendapatkan satu data contoh (sample) ombak.
Dengan menggunakan persamaan :
10
𝑓=
𝑛
𝑡
(3.1)
Dimana : n = banyaknya ombak
t = lamanya ombak mengenai tiang pancang (s)
𝑓 = frekuensi ombak (Hz)
Merubah satuan Hertz (Hz) menjadi Rotation Per Menitues (RPM) :
1
1 detik = 60 menit
𝑓=
𝑛
𝑡
𝑥 60 rpm
(3.2)
Menentukan kecepatan ombak pada satu titik, kita sebut kecepatan verikal :
𝑣 = 2𝜋𝑓𝐻
(3.3)
𝐻 = 𝐻𝑚𝑎𝑘𝑠 − 𝐻𝑚𝑖𝑛
(3.4)
dimana : v = kecepatan ombak (m/s)
f = frekuensi ombak (Hz)
H = ketinggian ombak (m)
𝐻𝑚𝑎𝑘𝑠 = ketinggian puncak gelombang (m)
𝐻𝑚𝑖𝑛 = ketinggian lembah gelombang (m)
Data Ombak; 11umeric11 data yang diperlukan yaitu frekuensi ombak (f) dan
ketinggian ombak (H).
f
n
t
n = f.t
y = m.x y = n ; m = f;
(3.5)
x=t
Dalam regresi linier, spesifikasi model adalah bahwa 11umeric11
dependen, yi adalah kombinasi linear dari parameter (tapi tidak perlu linear dalam
11umeric11 independen). Misalnya, dalam regresi linier sederhana untuk data n
pemodelan 11umeric11 satu 11umeric11 bebas: xi, dan dua parameter, β0 dan β1:
Garis lurus:
(3.6)
Dalam regresi linier berganda, ada beberapa 11umeric11 independen atau fungsi
dari 11umeric11 independen. Misalnya, menambahkan istilah dalam xi2 ke regresi
sebelumnya memberikan:
Parabola:
(3.7)
Ini masih regresi linier, walaupun ekspresi pada sisi kanan adalah kuadrat dalam
11umeric11 independen xi, itu adalah linier dalam parameter β0, β1 dan β2. Dalam
11
kedua kasus,
merupakan istilah kesalahan dan subskrip indeks i pengamatan
tertentu. Diberi sampel acak dari populasi, kami memperkirakan parameterparameter populasi dan mendapatkan sampel model regresi linier:
(3.8)
Istilah ei adalah sisa ,
. Salah satu metode estimasi yang biasa
kuadrat terkecil . Sum of squared residuals , SSE: Metode ini mendapatkan
estimasi parameter yang meminimalkan jumlah kuadrat residual , SSE:
(3.9)
Minimisasi hasil fungsi ini dalam satu set persamaan normal , satu set persamaan
linier simultan di parameter, yang dipecahkan untuk menghasilkan penduga
parameter,
.
Gambar 3.1 Sebaran data pada regresi linear (18).
Ilustrasi regresi linier pada data.
Dalam kasus regresi sederhana, rumus untuk estimasi kuadrat terkecil adalah
(3.10)
adalah mean (rata-rata) dari nilai-nilai x dan
kuadrat terkecil linier
adalah mean dari nilai y. Lihat
untuk turunan dari rumus dan contoh 12umeric.
12
Berdasarkan asumsi bahwa istilah kesalahan populasi memiliki varians konstan,
estimasi varians yang diberikan oleh:
(3.11)
Ini disebut mean square error (MSE) dari regresi. Standard error dari estimasi
parameter yang diberikan oleh
(3.12)
(3.13)
Berdasarkan asumsi lebih lanjut bahwa istilah kesalahan populasi terdistribusi
normal, peneliti dapat menggunakan standar kesalahan ini diperkirakan membuat
interval keyakinan dan melakukan tes hipotesis tentang parameter populasi.
Persamaan yang kita tinjau adalah
y = m.x m = 1
Data y dan x pada Lampiran.
Koefisien korelasi diperoleh dari persamaan :
r
( x x )( y y )
( x x ) 2 ( y y ) 2
(3.14)
13
BAB 4
HASIL PENELITIAN
4.1 Pembuatan Alat Ukur Parameter Ombak
Gambar 4.1 Alat Ukur Ketinggian Ombak yang dihubungkan dengan Alat
Konversi Energi Ombak ke Energi Mekanik.
Data Kode Alat
No.
Nama Alat
Kode
M (kg)
1,7
D (m)
R (m)
1
Beban Pelampung
B
2
Kawat Penunjuk Ukuran
P
3
Lengan Pengungkit 1
L1
4
Meteran
M
5
Katrol
K
6
Lengan Pengungkit 2
L2
7
Roda Gigi 1
R1
0,18
0,9
8
Roda Gigi 2
R2
0,32
0,16
9
Roda gigi 3
R3
0,05
0,025
10
Penyeimbang Beban
D
11
Kriwil
12
Dinamo
L (m)
0,64
0,09
14
Cara Kerja Alat
(1) Ombak datang menaikkan beban pelampung B, kawat penunjuk ukuran P
ikut naik, skala pada meteran dapat terbaca.
(2) Ombak datang naik turun, beban pelampung B dan kawat penunjuk ukuran
P ikut naik turun. Data diambil pada saat pelampung B naik berapa nilai
skalanya dan pada saat pelampung B turun berapa nilai skalanya. Selisih
nilai skala pada saat naik dan turun beban pelampung B, merupakan
ketinggian ombak (H).
(3) Ombak datang menaikkan beban pelampung B dan pengungkit lengan L1,
karena ada penumpu katrol, pengungkit lengan L2 turun, menggerakkan
roda gigi R1, dilanjutkan mengerakkan roda gigi kriwil yang dipasang
ditengan roda gigi R2 dan tidak mengerakkan roda gigi dinamo R3.
(4) Ombak datang menurunkan beban pelampung B dan pengungkit lengan
L1,
karena
ada
penumpu
katrol,
pengungkit
lengan
L2
naik,
menggerakkan roda gigi R1, dilanjutkan mengerakkan roda gigi R2 dan
roda gigi dinamo R3.
(5) Ombak datang naik turun menggerakkan roda gigi R1, karena ada roda
gigi kriwil ditengah roda gigi R2, maka putaran roda gigi R2 searah
mengerakkan roda gigi dinamo R3, dan menghasilkan energi listrik.
(6) Fungsi penyeimbang beban D adalah meringankan putaran roda gigi 2.
4.2 Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Ombak
Gambar 4.2 Alat Konversi Tenaga Ombak ke Energi Listrik
15
Data Kode Alat
No.
Nama Alat
Kode
M (kg)
D (m)
R (m)
2,2
0,38
0,19
1
Beban Pelampung
M
3
Lengan Pengungkit 1
L1
5
Katrol
K
6
Lengan Pengungkit 2
L2
7
Roda Gigi 1
R1
0,18
0,9
8
Roda Gigi 2
R2
0,32
0,16
9
Roda gigi 3
R3
0,05
0,025
10
Penyeimbang Beban
D
11
Dinamo
L (m)
0,64
Cara Kerja Alat
(1) Ombak datang menaikkan beban pelampung B dan pengungkit lengan L1,
karena ada penumpu katrol, pengungkit lengan L2 turun, menggerakkan
roda gigi R1, dilanjutkan mengerakkan roda gigi kriwil yang dipasang
ditengan roda gigi R2 dan tidak mengerakkan roda gigi dinamo R3.
(2) Ombak datang menurunkan beban pelampung B dan pengungkit lengan
L1,
karena
ada
penumpu
katrol,
pengungkit
lengan
L2
naik,
menggerakkan roda gigi R1, dilanjutkan mengerakkan roda gigi R2 dan
roda gigi dinamo R3.
(3) Ombak datang naik turun menggerakkan roda gigi R1, karena ada roda
gigi kriwil ditengah roda gigi R2, maka putaran roda gigi R2 searah
mengerakkan roda gigi dinamo R3, dan menghasilkan energi listrik.
(4) Fungsi penyeimbang beban D adalah meringankan putaran roda gigi 2.
4.3 Pengukuran Parameter Ombak
Untuk periran dangkal, perbandingan kedalaman dengan panjang gelombang
laut,
h
1
; maka
20
P 18 gH 2 v
16
Parameter ombak yang diperlukan dalam penelitian ini adalah h (kedalaman
dimana ombak berada), (panjang gelombang ombak), H ( beda tinggi ombak
maksimum dan minimum atau dua amplitudo ombak), t ( lamanya ombak
menjalar dari dua titik pengamatan), L (jarak titik pengamatan), (massa jenis
air laut) dan g (percepatan gravitasi permukaan air laut).
1) Pengukuran L, t dan h
Gambar 4.3 Lokasi pengukuran di pantai laut dengan ketentuan
h
1
20
Ombak yang datang di tiang pancang B diamati sampai ke tiang pancang
A, didapat data t (waktu tempuh ombak dari B ke A). Jarak L diukur dari
tiang pancang A ke tiang pancang B. Kedalaman h, diukur dari dasar
pantai ke permukaan laut.
2) Pengukuran H dan
Gambar 4.4 Pengukuran ketinggian ombak, H dan panjang gelombang
Pengukuran parameter H (ketinggian ombak) dilakukan dengan cara
mencatat tinggi maksimum gelombang datang dan tinggi minimum
17
gelombang laut (ombak) pada tiang pancang B. Panjang gelombang laut
ditentukan dengan mengukur jarak penjalaran gelombang dari titik tiang
pancang B ke titik tiang pancang A serta menghitung banyaknya ombak
(n) antara dua titik tiang pancang A dan B.
L = n.
L
n
Dimana : L = jarak tempuh ombak dari B ke A (m)
n = banyaknya ombak
= panjang gelombang ombak (m)
3) Pengukuran v
Pengukuran laju ombak (v) ada dua jenis yaitu laju ombak secara vertikal
dan laju ombak secara horizontal. Laju ombak secara vertikal dilakukan
dengan mencatat banyaknya ombak pada selang waktu tertentu dan
amplitudo ombaknya pada satu titik tiang pancang. Laju ombak secara
horizontal dengan mengukur banyaknya ombak pada selang waktu tertentu
dan amplitudonya pada dua titik tiang pancang. Untuk perairan dangkal,
kecepatan gelombang dapat juga diperoleh dengan mengukur h
(kedalaman perairan laut dimana gelombang menjalar). Kecepatan ombak
dihitung dengan menggunakan persamaan : v =
gh , dimana g adalah
percepatan gravitasi bumi.
4) Pengukuran Energi Ombak dan Daya Ombak
Energi (per satuan luas) dari gelombang sinusoidal
tergantung pada
kerapatan ρ, percepatan gravitasi g dan ketinggian gelombang H (yang
sama dengan dua kali amplitudo, a):
𝐸=
1
8
𝜌𝑔𝐻 2 =
1
2
𝜌𝑔𝑎2
Untuk periran dangkal, perbandingan h (kedalaman) dengan (panjang
gelombang laut),
h
1
; maka daya per meter dari muka gelombang :
20
P 18 gH 2 v
18
4.4 Hasil Penelitian Ombak
Hasil pengamatan penelitian ombak di pantai laut Kota Tegal pada hari
Jum’at, 13 Juli 2012, jam 14:25 – 15:30, didapat :
Tabel 4.1 Data Frekuensi, Ketinggian dan Kecepatan Ombak
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
Frekuensi Ombak
n
t (detik)
f (Hz)
6
5
8
10
12
14
16
18
25,0
32,9
32,6
60,0
75,0
108,0
121,0
127,0
0,24
0,15
0,25
0,17
0,16
0,13
0,13
0,14
Ketinggian Ombak
Hmin
Hmaks (cm)
R (m)
(cm)
55
30
0,13
54
29
0,13
62
28
0,17
49
29
0,10
58
30
0,14
64
32
0,16
65
38
0,14
70
40
0,15
0,17
Kecepatan rata-rata
Frekuensi rata-rata
v
(m/s)
0,19
0,12
0,26
0,10
0,14
0,13
0,11
0,13
0,15
Frekuensi ombak (f) = 0,17 Hz, artinya 0,17 x 60 = 10,2 rpm; banyaknya ombak
10 dalam satu menitnya. Kecepatan rata-rata = 0,15 m/s = 15 cm/s, artinya setelah
jarak ombak 15 cm terhadap ombak berikutnya dalam satu detik, baru ada ombak
lagi.
19
BAB 5
ANALISA HASIL PENELITIAN
5.1 Frekuensi Ombak
a) Grafik Frekuensi Ombak
f
n
n f .t
t
n = banyaknya ombak
t = lamanya ombak (detik)
f = frekuensi ombak (Hz)
Frekuensi Ombak
140,0
120,0
100,0
80,0
n
60,0
40,0
20,0
0,0
0
5
10
15
20
t (detik)
Gambar 5.1 Grafik Frekuensi Ombak Pantai Laut Tegal
b) Deviasi Standar Frekuensi Ombak
Tabel 5.1 Parameter Deviasi standar Frekuensi Ombak
No.
x=f
|xi - xm|
|xi - xm|2
1
2
3
4
5
6
7
8
0,24
0,15
0,25
0,17
0,16
0,13
0,13
0,14
0,17
0,0690457
0,0189786
0,0744445
0,0042876
0,16
0,1296296
0,1322314
0,1417323
0,004767
0,00036
0,005542
1,84E-05
0,0256
0,016804
0,017485
0,020088
0,010688
20
n
2
xi x m
1
n 1
0,5
0,039
Nilai Kecermatan = 100% - ( )100% = 77,1 %
f
c) Koefisien korelasi (r)
Tabel 5.2 Parameter Koefisien Korelasi Frekuensi Ombak
No
1
2
3
4
5
6
7
8
r
( y y)
(x x)2
( y y) 2
( x x )( y y )
47,7
39,8
40,1
12,7
2,3
35,3
48,3
54,3
5,125
6,125
3,125
1,125
0,875
2,875
4,875
6,875
2274,1
1583,0
1607,0
161,0
5,3
1247,0
2334,1
2949,8
26,265625
37,515625
9,765625
1,265625
0,765625
8,265625
23,765625
47,265625
244,40
243,70
125,27
14,27
2,02
101,52
235,52
373,40
280,5
31,0
12161,4
154,9
1340,1
(x x)
( x x )( y y )
( x x ) . ( y y )
2
2
0,98
5.2 Ketinggian, Periode dan Kecepatan Ombak
Ketinggian ombak maksimum (Hmaks) dikurangi ketinggian ombak minimum
(Hmin) diperoleh amplitudo ombak (R). Jari-jari putaran ombak sama dengan
amplitudo ombak. Kecepatan ombak pada satu titik tiang pancang, didapat
R
H maks H min
2
v 2 . f .R
T
1
f
v
2
.R
T
21
R
v
.T
2
R = amplitudo ombak (m)
f = frekuensi ombak (Hz)
v = kecepatan ombak di satu titik tiang pancang (m/s)
T = Periode ombak (detik)
Tabel 5.3 Amplitudo, Periode, kecepatan Ombak
No
1
2
3
4
5
6
7
8
R (cm)
12,5
12,5
17,0
10,0
14,0
16,0
13,5
15,0
T (detik)
4,2
6,6
4,1
6,0
6,3
7,7
7,6
7,1
v (cm/s)
18,8
11,9
26,2
10,5
14,1
13,0
11,2
13,4
13,8
6,2
14,9
Amplitudo Ombak
30,0
25,0
20,0
v (cm/s) 15,0
10,0
5,0
0,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
R (cm)
Gambar 5.2 Grafik Amplitudo Ombak terhadap Kecepatan Ombak
22
Periode Ombak
30,0
25,0
20,0
v (cm/s) 15,0
10,0
5,0
0,0
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
T (detik)
Gambar 5.3 Grafik kecepatan ombak terhadap periode ombak
Tabel 5.4 Tabel Parameter Deviasi Standar Kecepatan Ombak
No.
x=v
|xi - xm|
|xi - xm|2
1
2
3
4
5
6
7
8
18,84
11,93
26,20
10,47
14,07
13,03
11,21
13,35
14,89
3,9537905
2,9561183
11,312564
4,4195428
14,0672
13,025185
11,210579
13,351181
15,63246
8,738635
127,9741
19,53236
197,8861
169,6554
125,6771
178,254
171,8775
n
2
xi x m
1
n 1
0,5
4,96
Nilai Kecermatan = 100% - (
v
)100% = 66,7
23
Tabel 5.5 Parameter Koefisien Korelasi Kecepatan Ombak
r
No
(x x)
( y y)
(x x)2
( y y) 2
( x x )( y y )
1
2
3
4
5
6
7
8
1,3
1,3
3,2
3,8
0,2
2,2
0,3
1,2
3,95
2,96
11,31
4,42
0,82
1,86
3,68
1,54
1,72
1,72
10,16
14,54
0,04
4,79
0,10
1,41
15,63
8,74
127,97
19,53
0,67
3,46
13,51
2,36
5,19
3,88
36,06
16,85
0,15
4,07
1,15
1,82
13,5
30,5
34,47
191,9
69,2
( x x )( y y )
( x x ) . ( y y )
2
2
0,85
5.3 Daya Ombak
Daya per meter dari muka gelombang :
P 18 gH 2 v
H = Hmaks – Hmin
= 1025 kg/m3
g = 9,81 m/s2
Tabel 5.6 Daya ombak
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
Ketinggian Ombak
Hmaks (cm) Hmin (cm)
55
30
54
29
62
28
49
29
58
30
64
32
65
38
70
40
H(m)
0,25
0,25
0,34
0,20
0,28
0,32
0,27
0,30
0,28
v (m/s)
P (Watt)
0,19
0,12
0,26
0,10
0,14
0,13
0,11
0,13
14,8
9,4
38,1
5,3
13,9
16,8
10,3
15,1
0,15
15,4
24
40,0
35,0
30,0
25,0
P (Watt) 20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
v (m/s)
Gambar 5.4 Grafik daya ombak terhadap kecepatan ombak
Daya ombak semakin tinggi jika kecepatan ombak semakin besar.
5.4 Daya Mekanik yang dihasilkan alat
Gambar 5.5 Ombak sampai ke beban pelampung
Gambar 5.6 Ombak belum sampai ke beban pelampung
25
Dari data gambar 5.5, gambar 5.6, serta data tabel 4.1, periode ombak sampai
ke beban pelampung cukup lama, sehingga daya mekanik yang dihasilkan alat
untuk memutar dinamo lambat. Secara mekanik alat pembangkit listrik tenaga
ombak mampu beroperasi dengan kondisi daya ombak, P = 15,4 Watt,
kecepatan ombak, v = 0,15 m/s. Akan tetapi yang tidak mendukung alat
pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) yang dibuat ini, yakni frekuensi
ombak, f = 0,17 Hz yang setara dengan f = 10,2 rpm. Dinamo bisa berfungsi
dengan baik bila jumlah rpm = 1000 – 1500 rpm (rotasi per menit/putaran per
menit). Untuk itu pada alat PLTO perlu dilengkapi alat gear box atau alat
mempertinggi nilai rpm dari 10,2 rpm menjadi 1000 rpm.
26
BAB 6
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
(1) Energi listrik dapat diperoleh dari energi gelombang laut (energi ombak)
dengan ketentuan daya dan frekuensi ombak mampu menggerakkan alat
dan dinamo dengan rpm (rotasi per menit) yang mencukupi untuk
mendapatkan listrik.
(2) Gelombak laut atau ombak yang mendekati pantai, memiliki dua gerakan
yaitu gerak vertikal dan gerak horizontal.
(3) Cara pembangkit listrik tenaga ombak dengan sistem bandul yang
mengapung di atas ombak, mengikuti gerak vertikal.
(4) Secara teori energi mekanik adalah jumlah dari energi kinetik dan energi
potensial. Energi yang terjadi karena gerak ombak (energi kinetik) dan
energi yang terjadi karena perbedaan ketinggian ombak (energy
potensial), dapat digabung, menghasilkan energi mekanik.
(5) Daya ombak semakin tinggi jika kecepatan ombak semakin besar.
(6) Daya mekanik yang dihasilkan alat menjadi kecil, karena faktor beban
apung yang kurang besar.
(7) Frekuensi ombak yang dihasilkan pada saat pengambilan data, tidak
mampu untuk mempercepat alat PLTO yang digunakan.
6.2 Saran
(1) Dalam penelitian energi
listrik tenaga ombak disarankan menguji
kebenaran teori daya ombak per meter persegi dengan kebenaran alat
konversi daya ombak ke daya listrik. Hal ini karena dinamo listrik yang
dihasilkan dari alat konversi energi belum tentu sama.
(2) Untuk memperoleh sistem mekanik, alat konversi energi ombak ke energi
listrik yang baik disarankan menguji daya dinamo listrik yang digunakan,
disesuaikan dengan daya ombak yang dihasilkan dari penelitian.
27
(3) Alat PLTO yang dibuat sesuai dengan
data amplitudo ombak, daya
ombak yang dihasilkan, akan tetapi belum dapat menyesesuaikan
frekuensi ombak yang ada. Untuk itu, disarankan dalam penelitian
berikutnya, frekuensi ombak ikut diperhitungkan.
28
DAFTAR PUSTAKA
Riyadi, A., 2010. Gelombang Laut Berpotensi Sebagai Energi Listrik.
[14/03/2010 08:29].
Rahmanta, 2010. Metode Konversi Gelombang Laut. Ocean Wave Energy.
[21/11/2010 17:05].
Rwahyuningrum, 2009. Energi Gelombang Laut,
[04/02/2011 18:17].
Sutrisno. 1977. Fisika Dasar, Mekanika Jilid 1. Bandung : Penerbit ITB.
Gunawan, T., 2008. Pemanfaatan Energi Laut 1 : Ombak, Majari Magazine,
[27/02/2010 15:55].
Wikimedia, 2010. Analisis Regresi. Wikimedia Foundation, Inc.
29
LAMPIRAN 1
DATA PENELITIAN ENERGI LISTRIK TENAGA
OMBAK DI PANTAI KOTA TEGAL
Tabel 1 Data frekuensi, ketinggian dan kecepatan ombak
Lokasi Pengamatan
Hari
Tanggal
Jam
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
n
6
5
8
10
12
14
16
18
Frekuensi Ombak
t (detik)
25,0
32,9
32,6
60,0
75,0
108,0
121,0
127,0
11,125
72,7
Frekuensi rata-rata
: Pantai Kota Tegal
: Jum'at
: 13 Juli 2012
: 14:25 - 15:30
f (Hz)
0,24
0,15
0,25
0,17
0,16
0,13
0,13
0,14
Ketinggian Ombak
Hmaks (cm)
Hmin (cm) R (m)
55
30
0,13
54
29
0,13
62
28
0,17
49
29
0,10
58
30
0,14
64
32
0,16
65
38
0,14
70
40
0,15
0,17
Kecepatan rata-rata
v (m/s)
0,19
0,12
0,26
0,10
0,14
0,13
0,11
0,13
0,15
Keterangan :
n = BanyaknyaOmbak
t = lamanya ombak (detik)
f = frekuensi ombak (Hz)
Hmaks = Ketinggian ombak maksimum (cm)
Hmin = Ketinggian ombak minimum (cm)
R = Amplitudo ombak (m)
v = kecepatan ombak (m/s)
30
Tabel 2 Data Gerak Horizontal Ombak
NO
TANGGAL
GERAK HORIZONTAL
JAM
n
L (m)
t (det)
f (Hz)
RPM
v (m/s)
1
21-Jul-10
11:34
2
10
5,50
0,36
21,82
1,82
2
21-Jul-10
11:34
4
20
12,20
0,33
19,67
1,64
3
21-Jul-10
11:35
2
10
5,60
0,36
21,43
1,79
4
21-Jul-10
11:36
4
20
13,60
0,29
17,65
1,47
5
21-Jul-10
11:36
2
10
4,90
0,41
24,49
2,04
6
21-Jul-10
11:37
4
20
12,20
0,33
19,67
1,64
7
21-Jul-10
11:38
2
10
5,90
0,34
20,34
1,69
8
21-Jul-10
11:39
4
20
13,40
0,30
17,91
1,49
Tabel 3 Data Gerak Vertikal Ombak
31
LAMPIRAN 2
DOKUMENTASI FOTO PENELITIAN
32
33
34
35
DOSEN MUDA
ENERGI LISTRIK TENAGA OMBAK
Oleh :
Ir. Soebyakto, MT.
M. Agus Shidiq, ST, MT.
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS PANCASAKTI TEGAL
TAHUN 2012
HALAMAN PENGESAHAN
1. Judul Penelitian
2. Bidang Penelitian
3. Ketua Peneliti
a. Nama Lengkap
b. Jelis Kelamin
c. NIPY
d. Disiplin Ilmu
e. Pangkat/Golongan
f. Jabatan
g. Fakultas/Jurusan
h. Alamat Kantor
i. Tlp/Faks/E-mail
j. Alamat Rumah
k. Tlp/Faks/E-mail
: Energi Listrik Tenaga Ombak
: Rekayasa
4. Jml Anggota Peneliti
a. Nama Anggota I
b. Nama Anggota II
: 1 Orang
: M. Agus Shidiq, ST, MT.
: -
5. Lokasi Penelitian
6. Jml biaya yg digunakan
: Pantai Tegal
: Rp. 2.300.000,00
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
Ir. Soebyakto, MT.
Laki-laki
Konversi Energi
Penata Muda / IIIa
Asisten Ahli
Teknik /Teknik Mesin
Jl. Halmahera Km 1 Kota Tegal
(0283) 342519 /
Jl. Cucut Rt 3 Rw 1 No 18 Kalisapu-Slawi 52416
08156924106 / soebyakto@gmail.com
ii
ABSTRAK
Energi ombak dapat berupa energi kinetik dan energi potensial.
Gelombang laut (ombak) adalah gerakan naik turun permukaan air laut yang
secara teratur memperlihatkan bagian-bagian yang tinggi sebagai puncak dan
yang rendah sebagai lembah yang bergerak pada arah tertentu. Gelombang yang
diamati dalam penelitian ini adalah gelombang yang mendekati pantai di
perairan dangkal. Gelombang yang mendekati pantai, kecepatannya berkurang
(lamban) dibandingkan dengan gelombang yang jauh dari pantai. Yang dimaksud
perairan dangkal adalah perbandingan kedalaman laut dengan panjang
1
h
).
gelombang laut lebih kecil dari pada seperduapuluh (
20
Tempat di depan pemecah ombak (break water) adalah amat baik untuk
mengekstraksi tenaga ombak yakni pada sisi titik simpul terjadinya ombak berdiri
yang dapat menghasilkan gerakan bolak-balik sepanjang langkah tertentu aliran
air. Jika suatu benda yang dapat bergerak bebas ditempatkan di sana, benda itu
akan dirangsang bergerak secara efektif oleh aliran tadi.
Alat pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) ditempatkan di dekat
pemecah ombak. Data ombak yang diperoleh yakni frekuensi ombak rata-rata, f =
10,2 rpm, kecepatan ombak rata-rata, v = 15 cm/s, amplitudo ombak rata-rata, R
= 13,8 cm, periode ombak rata-rata, T = 6,2 detik dan daya ombak rata-rata, P =
15,4 Watt. Data-data ini dapat menggerakkan alat PLTO yang dibuat, akan tetapi
karena periode waktu datang ombak ke ombak berikutnya terlalu lama. Hal ini
menyebabkan alat PLTO tidak berfungsi dengan baik, karena secara mekanik
dapat berputar tetapi putaran akan berhenti disebabkan terlalu lama menunggu
ombak yang datang berikutnya.
Alat PLTO akan berfungsi dengan baik, apabila data ketinggian dan
periode ombak cukup baik untuk memutar dinamo yang berkisar 1000 – 1500
rpm. Energi listrik tenaga ombak dapat diperoleh.
Kata Kunci : Tenaga Ombak, PLTO, Energi Listrik.
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas Rahmat dan
Hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan penyusunan laporan penelitian. Laporan
ini merupakan serangkaian penelitian dan analisa sehingga diharapkan mampu
menghasilkan suatu hasil penelitian dalam bidang yang terkait. Penelitian ini
berjudul “Energi Listrik Tenaga Ombak”.
Penelitian ini merupakan salah satu tugas Dosen dalam menjalankan Tri
Darma Perguruan Tinggi; mengajar, pengabdian masyarakat dan penelitian.
Kami mengucapkan terima kasih kepada :
1. Rektor
Universitas
Pancasakti
Tegal,
yang
atas
kewenangannya
mengijinkan penelitian tentang pasang surut air laut pantai Kota Tegal.
2. Kepala Penelitian dan Pengembangan Universitas Pancasakti Tegal, yang
telah menyetujui diadakannya penelitian pasang surut air laut pantai Kota
Tegal.
3. Dekan Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal, yang telah
memberikan kesempatan penelitian Energi Listrik Tenaga Ombak di
pantai Kota Tegal.
4. Para Dosen dan Karyawan Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal,
yang telah ikut membantu menyelesaikan laporan penelitian ini.
Semoga laporan penelitian yang dilaksanakan ini bermanfaat bagi
pembaca dan juga bermanfaat bagi perkembangan ilmu Teknik di masa
mendatang. Penulis sadar bahwa laporan penelitian ini masih jauh dari sempurna,
maka penulis mengharap kritik dan saran demi kesempurnaan laporan selanjutnya.
Tegal,
Penulis
iv
Juli 2012
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL
i
HALAMAN PENGESAHAN
ii
ABSTRAK
iii
KATA PENGANTAR
iv
DAFTAR ISI
v
BAB 1
PENDAHULUAN
1
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Permasalahan
1
1.3
Batasan Masalah
2
1.4
Tujuan
2
1.5
Manfaat
2
TINJAUAN PUSTAKA
4
2.1
Mengapung di Atas Muka Gelombang
4
2.2
Penerapan Teknik Bandul atau Pendulum
BAB 2
di Pantai Sumatra Barat
4
2.3
Energi Ombak
5
2.4
Daya Ombak
7
2.5
Konversi Daya Ombak ke Daya Listrik
8
METODE PENELITIAN
10
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian
10
3.2
Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Ombak
10
3.3
Teknik Pengumpulan Data
10
3.4
Pengolahan Data
10
HASIL PENELITIAN
14
4.1
Pembuatan Alat Ukur Parameter Ombak
14
4.2
Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Ombak
15
BAB 3
BAB 4
v
4.3
Pengukuran Parameter Ombak
16
4.4
Hasil Penelitian Ombak
19
ANALISA HASIL PENELITIAN
20
5.1
Frekuensi Ombak
20
5.2
Ketinggian, Periode dan Kecepatan Ombak
21
5.3
Daya Ombak
24
5.4
Daya Mekanik yang dihasilkan alat
25
KESIMPULAN DAN SARAN
27
6.1
Kesimpulan
27
6.2
Saran
27
BAB 5
BAB 6
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN 1
LAMPIRAN 2
29
DATA PENELITIAN ENERGI LISTRIK TENAGA
OMBAK DI PANTAI KOTA TEGAL
30
DOKUMENTASI FOTO PENELITIAN
32
vi
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sudah banyak pemikiran untuk mempelajari kemungkinan pemanfaatan
energi yang tersimpan dalam ombak laut. Berdasarkan hasil pengamatan yang
ada, deretan ombak (gelombang) yang terdapat di sekitar pantai, mempunyai daya
ombak yang dapat dikonversikan ke daya listrik. Ada beberapa pilihan untuk
menghasilkan daya tersebut, pertama menggunakan teknik koil yang bergerak
naik turun, tetapi bisa juga dengan teknik batang magnet yang bergerak naik
turun. Pilihan kedua dengan menggunakan pelampung, penempatan koil dan
batang magnet bisa juga ditempatkan di dasar atau di permukaan laut. Energi
ombak dapat berupa energi kinetik dan energi potensial. Gelombang laut adalah
gerakan naik turun permukaan air laut yang secara teratur memperlihatkan bagianbagian yang tinggi sebagai puncak dan yang rendah sebagai lembah yang bergerak
pada arah tertentu. Bila gelombang mencapai suatu pantai, maka massa air laut
akan menghempas atau memukul ke pantai atau daratan. Gelombang di
permukaan laut adalah hasil dari intraksi antara massa air laut dengan massa udara
di atasnya. Gelombang laut yang dominan adalah yang terjadi karena tiupan
angin. Gerakan naik turunnya air laut di laut lepas dan gerakan air laut memukul
ke pantai dapat dikonversikan menjadi energi listrik. Secara gerakan air laut yang
naik turun itu dipakai untuk menggerakkan suatu tuas naik turun, atau untuk
menggerakkan suatu pompa, atau untuk menekan kolom udara untuk
menggerakkan baling-baling. Prinsipnya adalah mengkonversi gerak mekanik
menjadi energi listrik.
1.2 Permasalahan
(1) Bagaimana energi listrik dapat diperoleh dari energi gelombang laut ?
(2) Gelombak laut atau ombak yang mendekati pantai, memiliki dua gerakan
yaitu gerak vertikal dan gerak horizontal. Energi ombak yang mana yang
kuat, yang vertikal atau yang horizontal ?
1
(3) Bagaimana cara pembangkit listrik tenaga ombak dengan sistem bandul
yang mengapung di atas ombak, mengikuti gerak vertikal atau gerak
lateral (horizontal) ?
(4) Secara teori energi mekanik adalah jumlah dari energi kinetik dan energi
potensial. Apakah energi yang terjadi karena gerak ombak (energi kinetik)
dan energi yang terjadi karena perbedaan ketinggian ombak (energy
potensial), dapat digabung, menghasilkan energi mekanik ?
1.3 Batasan Masalah
Gelombang yang merambat akan bergerak dengan kecepatan yang berbedabeda pada tiap titik muka gelombang, karena pengaruh kedalaman perairan,
gelombang yang diamati dalam penelitian ini adalah gelombang yang mendekati
pantai di perairan dangkal. Gelombang yang mendekati pantai, kecepatannya
berkurang (lamban) dibandingkan dengan gelombang yang jauh dari pantai. Yang
dimaksud perairan dangkal adalah perbandingan kedalaman laut dengan panjang
gelombang laut lebih kecil dari pada seperduapuluh (
h
1
).
20
1.4 Tujuan
1. Untuk mendapatkan energi listrik dari tenaga ombak.
2. Untuk mendapatkan besaran energi yang terjadi karena gerak ombak
(energi kinetik) dan energi yang terjadi karena ketinggian ombak (energi
potensial).
3. Untuk memperoleh sistem mekanik, alat konversi energi ombak ke energi
listrik.
1.5 Manfaat
Penelitian energi listrik tenaga ombak, diharapkan dapat memberikan
manfaat :
1.
untuk mendapatkan gambaran yang lebih baik bagaimana daya listrik
tenaga ombak dapat dihasilkan.
2
2. Pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) dapat memberikan penerangan
di sekitar pantai.
3
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mengapung di Atas Muka Gelombang (Heave Rider)
Watanabe, T. (1993) menulis bahwa pemanfaatan tenaga ombak adalah
termasuk salah satu impian yang panjang bagi anggota kelompok MIT Muroran
pimpinan Hideo Kondo di Hokkaido dalam mengembangkan sistem pendulor
selama 15 tahun. Prinsipnya adalah menjalankan generator dari gerakan bandul
atau pendulum yang dieksitasi oleh aliran air horizontal di bawah ombak tegak
(gelombang berdiri). Gerakan ayun pendulum diubah ke dalam gerakan putar pada
poros, namun luarannya sangat berfluktuasi. Dengan menambah akumulator, hal
demikian itu dapat mempengaruhi ratio penyerapan yang juga berarti
memperbaiki sistem. Watanabe selanjutnya memanfaatkan catatan Prof. Hideo
Kondo bahwa tempat di depan pemecah ombak (break water) adalah amat baik
untuk mengekstraksi tenaga ombak yakni pada sisi titik simpul terjadinya ombak
berdiri yang dapat menghasilkan gerakan bolak-balik sepanjang langkah tertentu
aliran air. Jika suatu benda yang dapat bergerak bebas ditempatkan di sana, benda
itu akan dirangsang bergerak secara efektif oleh aliran tadi. Teknik bandul atau
pendulum yang dikembangkan oleh kelompok Hideo Kondo dari MIT di
Hokkaido.
2.2 Penerapan Teknik Bandul atau Pendulum di Pantai Sumatra Barat
Teknik bandul atau pendulum yang dikembangkan oleh kelompok Hideo
Kondo dari MIT di Hokkaido, telah diuji coba di pantai Sumatra Barat oleh
Zamrisyaf, seorang volunteer pensiunan karyawan PLN (Liputan Siang SCTV,
Jakarta, 28-12-2003). Temuan ini yang akhirnya diberi nama Pembangkit Listrik
Tenaga Gelombang Laut Sistem Bandulan (PLTGL-SB) itu akan bergerak
mengikuti arus gelombang. Ini membuat bandul yang digantung di alat tersebut
selalu bergerak sesuai dengan alur gelombang. Gerakan bandul yang terusmenerus tersebut menggerak pompa hidraulik tipe silinder, sehingga memompa
fluida dari resevoir ke motor hidrolik. Setelah distabilkan di tabung acumalator
4
selanjutnya tekanan fluida menggerakkan motor hidrolik yang langsung memutar
dinamo untuk mengeluarkan energi listrik. Dalam suatu uji coba di Pantai Padang,
Desember 2003, perangkat kerasnya berupa perahu atau ponton. Di atas ponton
ada tiang besi tempat bandulan (mirip bandulan jam dinding) dengan ayunan
bandul 30 derajat. Sumbu pada lengan bandulan disatukan dengan roda freewheel,
bak roda sepeda. Untuk mendatangkan kelipatan kecepatan, freewheel
dihubungkan dengan rantai ke roda transmisi, lalu dirangkai dengan freewheel ke
satu atau dua roda gila, untuk selanjutnya dihubungkan ke dinamo, yang akan
memproduksi listrik. Model PLTGL itu lalu diletakkan di bibir pantai. Dalam uji
coba tersebut, PLTGL model Zamrisyaf mampu menghasilkan daya listrik tiga
kilowatt dan menerangi 20 rumah di desa nelayan. Dia memberikan hitungan,
untuk areal lautan dengan luas 1 kilometer persegi, energi gelombang laut dapat
menghasilkan daya listrik sekitar 20 megawatt (Mw). Jumlah ini sama dengan
kekurangan daya listrik di Sumbar saat Investasinya Rp20 juta per kilowatt (Kw)
atau total Rp400 miliar dan sanggup menerangi 40000 rumah.
2.3 Energi Ombak
Proses gelombang disebabkan adanya energi kinetik dan energi potensial.
Jika gangguan kedalaman air h, elevasi lokal y dan kerapatan uniform , energy
potensial dari suatu kolom horizontal dengan satuan luas sepanjang muka
gelombang dan pertambahan luas dx, sepanjang orthogonal diberikan :
g (h y)
. (h y) / 2.dx g (h y) 2 / 2 .dx
1
g (h y) 2 dx
2
1
2
g (h 2 2 gh y 2 ).dx
L
1
g (h 2 gh y )dx 2.gh L ghL
2
2
2
0
1
2
L
1
2
g y 2 dx
0
Jika tidak ada gangguan kedalaman air, h=0, dan y = A cos kx, maka rata-rata
energi potensial tiap satuan luas daerah yang diberikan terhadap gelombang :
L
Ep
1
g y 2 dx
2L 0
= ¼ ga2.
5
Rata-rata yang melewati panjang gelombang dari energi kinetik tiap satuan
luas permukaan dapat diperoleh :
E k . u 2 w 2 .dx.dz
2 L 0 h
L h
Untuk gelombang sinusoidal dengan amplitude kecil, dibuat pendekatan y = 0,
komponen kecepatan u dan w pada persamaan :
u a
cosh[k ( z h)]
. cos(kx t )
cosh(kh)
w a
sinh[k ( z h)
. sin(kx t )
cosh(kh)
Dimana :
2 gk. tanh(kh)
L a2
E k . coth(kh)
4 k
L a 2 gk
. 2
4 k
=
L
2
1
4
L
2
ga 2
1
Ek
1
4
ga 2
Total energy tiap satuan luas permukaan :
E E p Ek
E
1
2
1
4
ga 2 1 4 ga 2
ga 2
Dimana : H = 2a
Kepadatan energi (per satuan luas) dari gelombang sinusoidal tergantung
pada kerapatan ρ, percepatan gravitasi g dan ketinggian gelombang H (yang sama
dengan dua kali amplitudo, a):
𝐸=
1
8
𝜌𝑔𝐻 2 =
1
2
𝜌𝑔𝑎2
6
2.4 Daya Ombak
Untuk proses kecepatan group gelombang, daya per meter dari muka
gelombang :
P E.v g
1
8
gH 2 v g
Untuk gelombang Airy pada perairan dalam, perbandingan kedalaman dengan
panjang gelombang laut,
P
1
32
h
1
; maka
2
g 2T .H 2
Untuk periran dangkal, perbandingan kedalaman dengan panjang gelombang laut,
h
1
; maka
20
P 18 gH 2 v
Dari gambar 2.1, dapat dihitung gaya ke atas (gaya apung) dan gaya berat.
Gaya ke Atas
𝐹𝐴 = 𝐹3 = 𝜌𝑐 . 𝑉𝑐 . 𝑔
Berdasarkan hukum Hooke, untuk gerak osilasi :
𝐹3 = 𝑘. 𝑌
𝑘 = 𝑚. 𝜔2
𝜔 = 2𝜋𝑓
f = frekuensi osilasi (Hz)
7
k = konstanta gaya osilasi (N/m)
Y = simpangan osilasi (m)
Gaya berat
F 1 = W = m.g
Gambar 2.2 Gaya-gaya yang bekerja pada lengan momen
𝜏𝑜 = 0
𝜏𝑜 = momen gaya (torsi) pada titik 0 (Nm)
𝐹1 . 𝐿1 = 𝐹4 . 𝐿2
𝐹4 =
𝐹1 . 𝐿1
𝐿2
2.5 Konversi Daya Ombak ke Daya Listrik
Gaya Apung ( FA )
FA = Wu – Wa
FA = c.Vc.g
Wu = berat beban apung di udara (N)
Wa = berat beban apung di air (N)
c = Massa jenis air (kg/m3)
Vc = Volume zat cair yang dipindahkan (m3)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
Gaya Berat (W)
W = m.g
m = massa beban apung (kg)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
8
Untuk mendapatkan daya, dapat diperoleh dari gaya apung kali kecepatan
ombak. Untuk mendapatkan daya, dapat juga dihasilkan dari gaya berat kali
kecepatan ombak. Dari data ini, kita dapat memperhitungkan daya dinamo,
penghasil listrik yang sesuai dan akan digunakan dalam penelitian ini.
9
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian untuk mendapatkan alat pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO)
dilaksanakan di Slawi, Kabupaten Tegal. Waktu penelitian pembuatan alat
pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) pada siang hari antara jam 09.00 –
12.00 WIB dan sore hari jam 15.00 – 16.30, dimulai sejak bulan Januari 2012
sampai Juni 2012. Penelitian untuk mendapatkan data ombak pantai laut Kota
Tegal pada bulan Juni – Juli 2010 dan pada hari Jum’at, 13 Juli 2012, jam
14.25 – 15.30.
3.2 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Ombak
Pembangkit listrik tenaga ombak metode gerak harmonik. Prinsip metode ini
dengan memanfaatkan gerak osilasi benda yang mempunyai massa jenis
beban lebih kecil dibandingkan massa jenis air laut atau massa jenis beban
sama dengan massa jenis air laut, diletakkan pada puncak ombak. Osilasi
ombak akan menggerakkan lengan momen naik-turun dan dilanjutkan
menggerakkan dinamo, penghasil listrik.
3.3 Teknik Pengumpulan Data
Data penelitian ombak diperoleh dengan cara pengukuran langsung di Pantai
Alam Indah Kota Tegal, di sekitar pemecah gelombang. Data didapat secara
bertahap, meliputi tinggi ombak, banyaknya ombak untuk selang waktu
tertentu.
3.4 Pengolahan Data
Pengambilan sample data dari banyak data atau beberapa data parameter yang
diperoleh dari perairan laut, diolah menggunakan metode regresi linier untuk
mendapatkan satu data contoh (sample) ombak.
Dengan menggunakan persamaan :
10
𝑓=
𝑛
𝑡
(3.1)
Dimana : n = banyaknya ombak
t = lamanya ombak mengenai tiang pancang (s)
𝑓 = frekuensi ombak (Hz)
Merubah satuan Hertz (Hz) menjadi Rotation Per Menitues (RPM) :
1
1 detik = 60 menit
𝑓=
𝑛
𝑡
𝑥 60 rpm
(3.2)
Menentukan kecepatan ombak pada satu titik, kita sebut kecepatan verikal :
𝑣 = 2𝜋𝑓𝐻
(3.3)
𝐻 = 𝐻𝑚𝑎𝑘𝑠 − 𝐻𝑚𝑖𝑛
(3.4)
dimana : v = kecepatan ombak (m/s)
f = frekuensi ombak (Hz)
H = ketinggian ombak (m)
𝐻𝑚𝑎𝑘𝑠 = ketinggian puncak gelombang (m)
𝐻𝑚𝑖𝑛 = ketinggian lembah gelombang (m)
Data Ombak; 11umeric11 data yang diperlukan yaitu frekuensi ombak (f) dan
ketinggian ombak (H).
f
n
t
n = f.t
y = m.x y = n ; m = f;
(3.5)
x=t
Dalam regresi linier, spesifikasi model adalah bahwa 11umeric11
dependen, yi adalah kombinasi linear dari parameter (tapi tidak perlu linear dalam
11umeric11 independen). Misalnya, dalam regresi linier sederhana untuk data n
pemodelan 11umeric11 satu 11umeric11 bebas: xi, dan dua parameter, β0 dan β1:
Garis lurus:
(3.6)
Dalam regresi linier berganda, ada beberapa 11umeric11 independen atau fungsi
dari 11umeric11 independen. Misalnya, menambahkan istilah dalam xi2 ke regresi
sebelumnya memberikan:
Parabola:
(3.7)
Ini masih regresi linier, walaupun ekspresi pada sisi kanan adalah kuadrat dalam
11umeric11 independen xi, itu adalah linier dalam parameter β0, β1 dan β2. Dalam
11
kedua kasus,
merupakan istilah kesalahan dan subskrip indeks i pengamatan
tertentu. Diberi sampel acak dari populasi, kami memperkirakan parameterparameter populasi dan mendapatkan sampel model regresi linier:
(3.8)
Istilah ei adalah sisa ,
. Salah satu metode estimasi yang biasa
kuadrat terkecil . Sum of squared residuals , SSE: Metode ini mendapatkan
estimasi parameter yang meminimalkan jumlah kuadrat residual , SSE:
(3.9)
Minimisasi hasil fungsi ini dalam satu set persamaan normal , satu set persamaan
linier simultan di parameter, yang dipecahkan untuk menghasilkan penduga
parameter,
.
Gambar 3.1 Sebaran data pada regresi linear (18).
Ilustrasi regresi linier pada data.
Dalam kasus regresi sederhana, rumus untuk estimasi kuadrat terkecil adalah
(3.10)
adalah mean (rata-rata) dari nilai-nilai x dan
kuadrat terkecil linier
adalah mean dari nilai y. Lihat
untuk turunan dari rumus dan contoh 12umeric.
12
Berdasarkan asumsi bahwa istilah kesalahan populasi memiliki varians konstan,
estimasi varians yang diberikan oleh:
(3.11)
Ini disebut mean square error (MSE) dari regresi. Standard error dari estimasi
parameter yang diberikan oleh
(3.12)
(3.13)
Berdasarkan asumsi lebih lanjut bahwa istilah kesalahan populasi terdistribusi
normal, peneliti dapat menggunakan standar kesalahan ini diperkirakan membuat
interval keyakinan dan melakukan tes hipotesis tentang parameter populasi.
Persamaan yang kita tinjau adalah
y = m.x m = 1
Data y dan x pada Lampiran.
Koefisien korelasi diperoleh dari persamaan :
r
( x x )( y y )
( x x ) 2 ( y y ) 2
(3.14)
13
BAB 4
HASIL PENELITIAN
4.1 Pembuatan Alat Ukur Parameter Ombak
Gambar 4.1 Alat Ukur Ketinggian Ombak yang dihubungkan dengan Alat
Konversi Energi Ombak ke Energi Mekanik.
Data Kode Alat
No.
Nama Alat
Kode
M (kg)
1,7
D (m)
R (m)
1
Beban Pelampung
B
2
Kawat Penunjuk Ukuran
P
3
Lengan Pengungkit 1
L1
4
Meteran
M
5
Katrol
K
6
Lengan Pengungkit 2
L2
7
Roda Gigi 1
R1
0,18
0,9
8
Roda Gigi 2
R2
0,32
0,16
9
Roda gigi 3
R3
0,05
0,025
10
Penyeimbang Beban
D
11
Kriwil
12
Dinamo
L (m)
0,64
0,09
14
Cara Kerja Alat
(1) Ombak datang menaikkan beban pelampung B, kawat penunjuk ukuran P
ikut naik, skala pada meteran dapat terbaca.
(2) Ombak datang naik turun, beban pelampung B dan kawat penunjuk ukuran
P ikut naik turun. Data diambil pada saat pelampung B naik berapa nilai
skalanya dan pada saat pelampung B turun berapa nilai skalanya. Selisih
nilai skala pada saat naik dan turun beban pelampung B, merupakan
ketinggian ombak (H).
(3) Ombak datang menaikkan beban pelampung B dan pengungkit lengan L1,
karena ada penumpu katrol, pengungkit lengan L2 turun, menggerakkan
roda gigi R1, dilanjutkan mengerakkan roda gigi kriwil yang dipasang
ditengan roda gigi R2 dan tidak mengerakkan roda gigi dinamo R3.
(4) Ombak datang menurunkan beban pelampung B dan pengungkit lengan
L1,
karena
ada
penumpu
katrol,
pengungkit
lengan
L2
naik,
menggerakkan roda gigi R1, dilanjutkan mengerakkan roda gigi R2 dan
roda gigi dinamo R3.
(5) Ombak datang naik turun menggerakkan roda gigi R1, karena ada roda
gigi kriwil ditengah roda gigi R2, maka putaran roda gigi R2 searah
mengerakkan roda gigi dinamo R3, dan menghasilkan energi listrik.
(6) Fungsi penyeimbang beban D adalah meringankan putaran roda gigi 2.
4.2 Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Ombak
Gambar 4.2 Alat Konversi Tenaga Ombak ke Energi Listrik
15
Data Kode Alat
No.
Nama Alat
Kode
M (kg)
D (m)
R (m)
2,2
0,38
0,19
1
Beban Pelampung
M
3
Lengan Pengungkit 1
L1
5
Katrol
K
6
Lengan Pengungkit 2
L2
7
Roda Gigi 1
R1
0,18
0,9
8
Roda Gigi 2
R2
0,32
0,16
9
Roda gigi 3
R3
0,05
0,025
10
Penyeimbang Beban
D
11
Dinamo
L (m)
0,64
Cara Kerja Alat
(1) Ombak datang menaikkan beban pelampung B dan pengungkit lengan L1,
karena ada penumpu katrol, pengungkit lengan L2 turun, menggerakkan
roda gigi R1, dilanjutkan mengerakkan roda gigi kriwil yang dipasang
ditengan roda gigi R2 dan tidak mengerakkan roda gigi dinamo R3.
(2) Ombak datang menurunkan beban pelampung B dan pengungkit lengan
L1,
karena
ada
penumpu
katrol,
pengungkit
lengan
L2
naik,
menggerakkan roda gigi R1, dilanjutkan mengerakkan roda gigi R2 dan
roda gigi dinamo R3.
(3) Ombak datang naik turun menggerakkan roda gigi R1, karena ada roda
gigi kriwil ditengah roda gigi R2, maka putaran roda gigi R2 searah
mengerakkan roda gigi dinamo R3, dan menghasilkan energi listrik.
(4) Fungsi penyeimbang beban D adalah meringankan putaran roda gigi 2.
4.3 Pengukuran Parameter Ombak
Untuk periran dangkal, perbandingan kedalaman dengan panjang gelombang
laut,
h
1
; maka
20
P 18 gH 2 v
16
Parameter ombak yang diperlukan dalam penelitian ini adalah h (kedalaman
dimana ombak berada), (panjang gelombang ombak), H ( beda tinggi ombak
maksimum dan minimum atau dua amplitudo ombak), t ( lamanya ombak
menjalar dari dua titik pengamatan), L (jarak titik pengamatan), (massa jenis
air laut) dan g (percepatan gravitasi permukaan air laut).
1) Pengukuran L, t dan h
Gambar 4.3 Lokasi pengukuran di pantai laut dengan ketentuan
h
1
20
Ombak yang datang di tiang pancang B diamati sampai ke tiang pancang
A, didapat data t (waktu tempuh ombak dari B ke A). Jarak L diukur dari
tiang pancang A ke tiang pancang B. Kedalaman h, diukur dari dasar
pantai ke permukaan laut.
2) Pengukuran H dan
Gambar 4.4 Pengukuran ketinggian ombak, H dan panjang gelombang
Pengukuran parameter H (ketinggian ombak) dilakukan dengan cara
mencatat tinggi maksimum gelombang datang dan tinggi minimum
17
gelombang laut (ombak) pada tiang pancang B. Panjang gelombang laut
ditentukan dengan mengukur jarak penjalaran gelombang dari titik tiang
pancang B ke titik tiang pancang A serta menghitung banyaknya ombak
(n) antara dua titik tiang pancang A dan B.
L = n.
L
n
Dimana : L = jarak tempuh ombak dari B ke A (m)
n = banyaknya ombak
= panjang gelombang ombak (m)
3) Pengukuran v
Pengukuran laju ombak (v) ada dua jenis yaitu laju ombak secara vertikal
dan laju ombak secara horizontal. Laju ombak secara vertikal dilakukan
dengan mencatat banyaknya ombak pada selang waktu tertentu dan
amplitudo ombaknya pada satu titik tiang pancang. Laju ombak secara
horizontal dengan mengukur banyaknya ombak pada selang waktu tertentu
dan amplitudonya pada dua titik tiang pancang. Untuk perairan dangkal,
kecepatan gelombang dapat juga diperoleh dengan mengukur h
(kedalaman perairan laut dimana gelombang menjalar). Kecepatan ombak
dihitung dengan menggunakan persamaan : v =
gh , dimana g adalah
percepatan gravitasi bumi.
4) Pengukuran Energi Ombak dan Daya Ombak
Energi (per satuan luas) dari gelombang sinusoidal
tergantung pada
kerapatan ρ, percepatan gravitasi g dan ketinggian gelombang H (yang
sama dengan dua kali amplitudo, a):
𝐸=
1
8
𝜌𝑔𝐻 2 =
1
2
𝜌𝑔𝑎2
Untuk periran dangkal, perbandingan h (kedalaman) dengan (panjang
gelombang laut),
h
1
; maka daya per meter dari muka gelombang :
20
P 18 gH 2 v
18
4.4 Hasil Penelitian Ombak
Hasil pengamatan penelitian ombak di pantai laut Kota Tegal pada hari
Jum’at, 13 Juli 2012, jam 14:25 – 15:30, didapat :
Tabel 4.1 Data Frekuensi, Ketinggian dan Kecepatan Ombak
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
Frekuensi Ombak
n
t (detik)
f (Hz)
6
5
8
10
12
14
16
18
25,0
32,9
32,6
60,0
75,0
108,0
121,0
127,0
0,24
0,15
0,25
0,17
0,16
0,13
0,13
0,14
Ketinggian Ombak
Hmin
Hmaks (cm)
R (m)
(cm)
55
30
0,13
54
29
0,13
62
28
0,17
49
29
0,10
58
30
0,14
64
32
0,16
65
38
0,14
70
40
0,15
0,17
Kecepatan rata-rata
Frekuensi rata-rata
v
(m/s)
0,19
0,12
0,26
0,10
0,14
0,13
0,11
0,13
0,15
Frekuensi ombak (f) = 0,17 Hz, artinya 0,17 x 60 = 10,2 rpm; banyaknya ombak
10 dalam satu menitnya. Kecepatan rata-rata = 0,15 m/s = 15 cm/s, artinya setelah
jarak ombak 15 cm terhadap ombak berikutnya dalam satu detik, baru ada ombak
lagi.
19
BAB 5
ANALISA HASIL PENELITIAN
5.1 Frekuensi Ombak
a) Grafik Frekuensi Ombak
f
n
n f .t
t
n = banyaknya ombak
t = lamanya ombak (detik)
f = frekuensi ombak (Hz)
Frekuensi Ombak
140,0
120,0
100,0
80,0
n
60,0
40,0
20,0
0,0
0
5
10
15
20
t (detik)
Gambar 5.1 Grafik Frekuensi Ombak Pantai Laut Tegal
b) Deviasi Standar Frekuensi Ombak
Tabel 5.1 Parameter Deviasi standar Frekuensi Ombak
No.
x=f
|xi - xm|
|xi - xm|2
1
2
3
4
5
6
7
8
0,24
0,15
0,25
0,17
0,16
0,13
0,13
0,14
0,17
0,0690457
0,0189786
0,0744445
0,0042876
0,16
0,1296296
0,1322314
0,1417323
0,004767
0,00036
0,005542
1,84E-05
0,0256
0,016804
0,017485
0,020088
0,010688
20
n
2
xi x m
1
n 1
0,5
0,039
Nilai Kecermatan = 100% - ( )100% = 77,1 %
f
c) Koefisien korelasi (r)
Tabel 5.2 Parameter Koefisien Korelasi Frekuensi Ombak
No
1
2
3
4
5
6
7
8
r
( y y)
(x x)2
( y y) 2
( x x )( y y )
47,7
39,8
40,1
12,7
2,3
35,3
48,3
54,3
5,125
6,125
3,125
1,125
0,875
2,875
4,875
6,875
2274,1
1583,0
1607,0
161,0
5,3
1247,0
2334,1
2949,8
26,265625
37,515625
9,765625
1,265625
0,765625
8,265625
23,765625
47,265625
244,40
243,70
125,27
14,27
2,02
101,52
235,52
373,40
280,5
31,0
12161,4
154,9
1340,1
(x x)
( x x )( y y )
( x x ) . ( y y )
2
2
0,98
5.2 Ketinggian, Periode dan Kecepatan Ombak
Ketinggian ombak maksimum (Hmaks) dikurangi ketinggian ombak minimum
(Hmin) diperoleh amplitudo ombak (R). Jari-jari putaran ombak sama dengan
amplitudo ombak. Kecepatan ombak pada satu titik tiang pancang, didapat
R
H maks H min
2
v 2 . f .R
T
1
f
v
2
.R
T
21
R
v
.T
2
R = amplitudo ombak (m)
f = frekuensi ombak (Hz)
v = kecepatan ombak di satu titik tiang pancang (m/s)
T = Periode ombak (detik)
Tabel 5.3 Amplitudo, Periode, kecepatan Ombak
No
1
2
3
4
5
6
7
8
R (cm)
12,5
12,5
17,0
10,0
14,0
16,0
13,5
15,0
T (detik)
4,2
6,6
4,1
6,0
6,3
7,7
7,6
7,1
v (cm/s)
18,8
11,9
26,2
10,5
14,1
13,0
11,2
13,4
13,8
6,2
14,9
Amplitudo Ombak
30,0
25,0
20,0
v (cm/s) 15,0
10,0
5,0
0,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
R (cm)
Gambar 5.2 Grafik Amplitudo Ombak terhadap Kecepatan Ombak
22
Periode Ombak
30,0
25,0
20,0
v (cm/s) 15,0
10,0
5,0
0,0
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
T (detik)
Gambar 5.3 Grafik kecepatan ombak terhadap periode ombak
Tabel 5.4 Tabel Parameter Deviasi Standar Kecepatan Ombak
No.
x=v
|xi - xm|
|xi - xm|2
1
2
3
4
5
6
7
8
18,84
11,93
26,20
10,47
14,07
13,03
11,21
13,35
14,89
3,9537905
2,9561183
11,312564
4,4195428
14,0672
13,025185
11,210579
13,351181
15,63246
8,738635
127,9741
19,53236
197,8861
169,6554
125,6771
178,254
171,8775
n
2
xi x m
1
n 1
0,5
4,96
Nilai Kecermatan = 100% - (
v
)100% = 66,7
23
Tabel 5.5 Parameter Koefisien Korelasi Kecepatan Ombak
r
No
(x x)
( y y)
(x x)2
( y y) 2
( x x )( y y )
1
2
3
4
5
6
7
8
1,3
1,3
3,2
3,8
0,2
2,2
0,3
1,2
3,95
2,96
11,31
4,42
0,82
1,86
3,68
1,54
1,72
1,72
10,16
14,54
0,04
4,79
0,10
1,41
15,63
8,74
127,97
19,53
0,67
3,46
13,51
2,36
5,19
3,88
36,06
16,85
0,15
4,07
1,15
1,82
13,5
30,5
34,47
191,9
69,2
( x x )( y y )
( x x ) . ( y y )
2
2
0,85
5.3 Daya Ombak
Daya per meter dari muka gelombang :
P 18 gH 2 v
H = Hmaks – Hmin
= 1025 kg/m3
g = 9,81 m/s2
Tabel 5.6 Daya ombak
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
Ketinggian Ombak
Hmaks (cm) Hmin (cm)
55
30
54
29
62
28
49
29
58
30
64
32
65
38
70
40
H(m)
0,25
0,25
0,34
0,20
0,28
0,32
0,27
0,30
0,28
v (m/s)
P (Watt)
0,19
0,12
0,26
0,10
0,14
0,13
0,11
0,13
14,8
9,4
38,1
5,3
13,9
16,8
10,3
15,1
0,15
15,4
24
40,0
35,0
30,0
25,0
P (Watt) 20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
v (m/s)
Gambar 5.4 Grafik daya ombak terhadap kecepatan ombak
Daya ombak semakin tinggi jika kecepatan ombak semakin besar.
5.4 Daya Mekanik yang dihasilkan alat
Gambar 5.5 Ombak sampai ke beban pelampung
Gambar 5.6 Ombak belum sampai ke beban pelampung
25
Dari data gambar 5.5, gambar 5.6, serta data tabel 4.1, periode ombak sampai
ke beban pelampung cukup lama, sehingga daya mekanik yang dihasilkan alat
untuk memutar dinamo lambat. Secara mekanik alat pembangkit listrik tenaga
ombak mampu beroperasi dengan kondisi daya ombak, P = 15,4 Watt,
kecepatan ombak, v = 0,15 m/s. Akan tetapi yang tidak mendukung alat
pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) yang dibuat ini, yakni frekuensi
ombak, f = 0,17 Hz yang setara dengan f = 10,2 rpm. Dinamo bisa berfungsi
dengan baik bila jumlah rpm = 1000 – 1500 rpm (rotasi per menit/putaran per
menit). Untuk itu pada alat PLTO perlu dilengkapi alat gear box atau alat
mempertinggi nilai rpm dari 10,2 rpm menjadi 1000 rpm.
26
BAB 6
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
(1) Energi listrik dapat diperoleh dari energi gelombang laut (energi ombak)
dengan ketentuan daya dan frekuensi ombak mampu menggerakkan alat
dan dinamo dengan rpm (rotasi per menit) yang mencukupi untuk
mendapatkan listrik.
(2) Gelombak laut atau ombak yang mendekati pantai, memiliki dua gerakan
yaitu gerak vertikal dan gerak horizontal.
(3) Cara pembangkit listrik tenaga ombak dengan sistem bandul yang
mengapung di atas ombak, mengikuti gerak vertikal.
(4) Secara teori energi mekanik adalah jumlah dari energi kinetik dan energi
potensial. Energi yang terjadi karena gerak ombak (energi kinetik) dan
energi yang terjadi karena perbedaan ketinggian ombak (energy
potensial), dapat digabung, menghasilkan energi mekanik.
(5) Daya ombak semakin tinggi jika kecepatan ombak semakin besar.
(6) Daya mekanik yang dihasilkan alat menjadi kecil, karena faktor beban
apung yang kurang besar.
(7) Frekuensi ombak yang dihasilkan pada saat pengambilan data, tidak
mampu untuk mempercepat alat PLTO yang digunakan.
6.2 Saran
(1) Dalam penelitian energi
listrik tenaga ombak disarankan menguji
kebenaran teori daya ombak per meter persegi dengan kebenaran alat
konversi daya ombak ke daya listrik. Hal ini karena dinamo listrik yang
dihasilkan dari alat konversi energi belum tentu sama.
(2) Untuk memperoleh sistem mekanik, alat konversi energi ombak ke energi
listrik yang baik disarankan menguji daya dinamo listrik yang digunakan,
disesuaikan dengan daya ombak yang dihasilkan dari penelitian.
27
(3) Alat PLTO yang dibuat sesuai dengan
data amplitudo ombak, daya
ombak yang dihasilkan, akan tetapi belum dapat menyesesuaikan
frekuensi ombak yang ada. Untuk itu, disarankan dalam penelitian
berikutnya, frekuensi ombak ikut diperhitungkan.
28
DAFTAR PUSTAKA
Riyadi, A., 2010. Gelombang Laut Berpotensi Sebagai Energi Listrik.
[14/03/2010 08:29].
Rahmanta, 2010. Metode Konversi Gelombang Laut. Ocean Wave Energy.
[21/11/2010 17:05].
Rwahyuningrum, 2009. Energi Gelombang Laut,
[04/02/2011 18:17].
Sutrisno. 1977. Fisika Dasar, Mekanika Jilid 1. Bandung : Penerbit ITB.
Gunawan, T., 2008. Pemanfaatan Energi Laut 1 : Ombak, Majari Magazine,
[27/02/2010 15:55].
Wikimedia, 2010. Analisis Regresi. Wikimedia Foundation, Inc.
29
LAMPIRAN 1
DATA PENELITIAN ENERGI LISTRIK TENAGA
OMBAK DI PANTAI KOTA TEGAL
Tabel 1 Data frekuensi, ketinggian dan kecepatan ombak
Lokasi Pengamatan
Hari
Tanggal
Jam
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
n
6
5
8
10
12
14
16
18
Frekuensi Ombak
t (detik)
25,0
32,9
32,6
60,0
75,0
108,0
121,0
127,0
11,125
72,7
Frekuensi rata-rata
: Pantai Kota Tegal
: Jum'at
: 13 Juli 2012
: 14:25 - 15:30
f (Hz)
0,24
0,15
0,25
0,17
0,16
0,13
0,13
0,14
Ketinggian Ombak
Hmaks (cm)
Hmin (cm) R (m)
55
30
0,13
54
29
0,13
62
28
0,17
49
29
0,10
58
30
0,14
64
32
0,16
65
38
0,14
70
40
0,15
0,17
Kecepatan rata-rata
v (m/s)
0,19
0,12
0,26
0,10
0,14
0,13
0,11
0,13
0,15
Keterangan :
n = BanyaknyaOmbak
t = lamanya ombak (detik)
f = frekuensi ombak (Hz)
Hmaks = Ketinggian ombak maksimum (cm)
Hmin = Ketinggian ombak minimum (cm)
R = Amplitudo ombak (m)
v = kecepatan ombak (m/s)
30
Tabel 2 Data Gerak Horizontal Ombak
NO
TANGGAL
GERAK HORIZONTAL
JAM
n
L (m)
t (det)
f (Hz)
RPM
v (m/s)
1
21-Jul-10
11:34
2
10
5,50
0,36
21,82
1,82
2
21-Jul-10
11:34
4
20
12,20
0,33
19,67
1,64
3
21-Jul-10
11:35
2
10
5,60
0,36
21,43
1,79
4
21-Jul-10
11:36
4
20
13,60
0,29
17,65
1,47
5
21-Jul-10
11:36
2
10
4,90
0,41
24,49
2,04
6
21-Jul-10
11:37
4
20
12,20
0,33
19,67
1,64
7
21-Jul-10
11:38
2
10
5,90
0,34
20,34
1,69
8
21-Jul-10
11:39
4
20
13,40
0,30
17,91
1,49
Tabel 3 Data Gerak Vertikal Ombak
31
LAMPIRAN 2
DOKUMENTASI FOTO PENELITIAN
32
33
34
35