breaker parameter pada owec breakwater dan … · mesin pembangkit gelombang (wave generator)...

Prosiding Konferensi Nasional Pascasarjana Teknik Sipil (KNPTS) 2018 Invensi, Inovasi dan Riset Keselamatan Dan Kesehatan Kerja untuk Pembangunan Infrastruktur Berkelanjutan

2 Oktober 2018, ISSN 2477-00-86

III-19

BREAKER PARAMETER PADA OWEC BREAKWATER DAN PENGARUHNYA TERHADAP DEBIT OVERTOPPING A.Ildha Dwi Puspita1, Muhammad Saleh Pallu2, Muhammad Arsyad Thaha3 dan Farouk Maricar4

1Mahasiswa Program Studi S3 Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Jln. Poros Malino

KM. 6, Gowa, Email: [email protected] 2Professor, Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Jln. Poros Malino KM. 6

Gowa, Email: [email protected] 3Asosiasi Professor, Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Jln. Poros Malino

KM. 6 Gowa. Email: [email protected] 4Asosiasi Professor, Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Jln. Poros Malino

KM. 6 Gowa. Email: [email protected]

ABSTRAK OWEC (overtopping wave energy converter) breakwater adalah pelindung pantai yang sekaligus berkonsep konverter energi gelombang. Model pelindung pantai ini dilengkapi dengan reservoir pada bagian atas yang berfungsi untuk mengumpulkan air yang melimpas dari puncak bangunan melalui mekanisme overtopping gelombang. Besarnya debit overtopping dipengaruhi oleh banyak faktor, salah satunya adalah karakteristik gelombang, termasuk karakteristik gelombang pecah pada permukaan bangunan. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis karakteristik gelombang pecah (breaker parameter) pada OWEC breakwater dan pengaruhnya terhadap debit overtopping yang dihasilkan. Penelitian ini berupa uji eksperimental model fisik pada saluran gelombang di laboratorium. Gelombang yang dibangkitkan pada saluran gelombang adalah gelombang regular. Model OWEC breakwater akan disimulasi dengan beberapa variasi pada parameter gelombang dan parameter model. Hasil yang diharapkan dari penelitian ini adalah didapatkan analisa pengaruh breaker parameter terhadap debit overtopping yang dihasilkan, yang selanjutnya dapat diketahui jenis breaker parameter yang dapat memberikan debit overtopping paling besar pada model OWEC breakwater.

Kata kunci : Breaker Parameter, Overtopping, Wave Energy Converter, Breakwater

1. PENDAHULUAN Salah satu sumber energi terbarukan yang berlimpah yang tersedia di bumi ini adalah energi gelombang laut. Lebih dari tujuh puluh persen bagian permukaan bumi adalah lautan. Indonesia sendiri memiliki wilayah perairan yang sangat luas dan menyimpan potensi energi yang melimpah. Dengan semakin meningkatnya kebutuhan akan energi saat ini, selayaknya Indonesia mampu memanfaatkan lautnya sebagai sumber energi alternatif, disaat bahan bakar fosil dan minyak yang tak terbarukan, semakin menipis persediaannya. Sejauh ini, energi gelombang laut, merupakan sumber energi alternatif yang sangat bersih, ramah lingkungan, senantiasa ada dan terbarukan, dapat diprediksi, dan telah berkembang menjadi sumber energi alternatif yang sangat potensial untuk bersaing dengan sumber energi tak-terbarukan saat ini. Teknologi WEC (Wave Energy Converter) yang pada istilah Indonesia disebut teknologi konverter energi gelombang, adalah teknologi yang memanfaatkan gelombang laut sebagai sumber energi. WEC dapat dikategorikan berdasarkan beberapa aspek, antara lain lokasi dioperasikannya, kondisi gelombang, dan prinsip kerjanya. Berdasarkan aspek tersebut, teknologi WEC terbagi dalam 4 konsep seperti terlihat pada gambar 1.


2 Oktober 2018, ISSN 2477-00-86

III-20

Gambar 1. Empat konsep wave energy converter

Salah satu konsep konverter energi gelombang yang masih belum banyak dikembangkan adalah konsep overtopping WEC, seperti yang terlihat pada gambar 2.

Gambar 2. Presentasi pengembangan wave energy converter (WEC) [1]

Berbagai macam penelitian dalam bidang energi terbarukan telah gencar dikembangkan guna membuka dimensi baru teknologi energi terbarukan ramah lingkungan yang dapat mengurangi ketergantungan penggunaan bahan bakar fossil, namun dalam pengaplikasiannya, teknologi sumber energi terbarukan khususnya energi gelombang laut, masih menghadapi masalah utama, yakni biaya pembuatan yang sangat besar, jika dibandingkan dengan teknologi energi tak-terbarukan konvensional. Biaya tinggi pada aspek ekonomi teknologi energi gelombang laut dapat diimbangi dengan meningkatkan performa dan efisiensi dari sistem teknologi energi gelombang laut. Hal lain yang dapat dilakukan untuk mengimbangi atau mengatasi masalah utama biaya yang tinggi dari teknologi energi gelombang laut adalah dengan mengintegrasikannya dengan atau pada struktur maritim lain seperti breakwater atau pelindung pantai. Berdasarkan dasar tersebut maka penulis memikirkan suatu ide tentang model pelindung pantai yang sekaligus dapat berfungsi sebagai penangkap energi gelombang, yang selanjutnya diberi nama OWEC breakwater. Konsep pemikirannya adalah membuat model pelindung pantai yang strukturnya dapat menangkap gelombang dengan merekayasa profil lereng pelindung pantai yang lebih efektif menghasilkan overtopping, kemudian menampung limpasannya pada suatu kolam atau reservoir yang dibuat pada puncak model, yang kemudian dengan memanfaatkan ketinggian kolam tersebut, air yang mengalir keluar dapat menghasilkan konversi energi. Dari model OWEC breakwater tersebut, kemuadian diteliti breaker parameter yang terjadi pada model dan pengaruhnya terhadap debit overtopping yang dapat dihasilkan, guna meningkatkan efisiensi dari model OWEC breakwater. Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan, maka tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Menganalisa pengaruh breaker parameter terhadap debit overtopping pada OWEC breakwater. 2. Mengidentifikasi breaker parameter yang dominan berpengaruh terhadap debit overtopping pada OWEC

breakwater. 3. Mendapatkan rumusan rekayasa parameter dalam upaya meningkatkan debit overtopping pada OWEC

breakwater. 4. Mendapatkan hubungan debit overtopping dengan breaker parameter yang dominan berpengaruh pada

OWEC breakwater.


2 Oktober 2018, ISSN 2477-00-86

III-21

2. TINJAUAN PUSTAKA Integrasi Overtopping WEC–Breakwater Penggunaan konsep overtopping WEC pada pemecah gelombang atau breakwater telah mulai diinisiasi oleh penemuan Sea Slot-Cone Generator (SSG) pada 2002 dan OBREC pada 2013. Pada 2015 satu-satunya prototype yang telah dikembangkan dari jenis ini adalah OBREC. Unit prototype OBREC telah diaplikasikan pada breakwater tipe rubble mount di pelabuhan Naples, Italia. Alasan menggunakan konsep ini (integrasi WEC-breakwater) dipicu oleh kesesuaian aspek yang cocok dengan design breakwater caisson beton horizontal yang ada di pelabuhan tersebut [1]. Sebenarnya, kemiringan lereng yang ada pada bidang depan breakwater, didesain untuk menghancurkan gelombang melalui pengurangan kedalaman laut. Ketika kedalaman laut berkurang, gelombang akan mulai pecah dalam beberapa bentuk gelombang pecah. Dapat berupa spilling, collapsing, plunging atau surging, tergantung dari sudut area garis pantai. Pada konsep penggabungan overtopping WEC-breakwater, gelombang pecah tipe surging akan dimanfaatkan. Gelombang tersebut akan naik dan melimpas (overtopping) kemudian dikumpulkan pada reservoir dan digunakan kembali untuk membangkitkan listrik menggunakan hidro-turbin low head. Dengan kata lain, konsep penggabungan ini, dapat meningkatkan secara optimal kemampuan breakwater konvensional satu fungsi menjadi dual fungsi yaitu, sebagai pelindung pantai dan sekaligus teknologi converter energy gelombang. Overtopping Gelombang Overtopping gelombang merupakan suatu kondisi dimana ketika gelombang menghantam suatu bangunan, gelombang tersebut terlebih dahulu akan naik (run-up) pada permukaan bangunan, dan kemudian akan melimpas melewati puncak bangunan tersebut yang disebut dengan overtopping, seperti terlihat pada sketsa gambar 3.

Gambar 3. Skema dari proses overtopping [2]

Debit overtopping gelombang bervariasi hingga beberapa kali lipat dari satu gelombang ke yang lain dalam kondisi gelombang acak. Overtopping gelombang tidak hanya tergantung pada parameter gelombang seperti tinggi gelombang, periode gelombang, panjang gelombang, permukaan air tetapi juga pada geometris tata letak dan bahan sifat struktur [3].

Sebagian besar metode dan prediksi untuk rumus jumlah overtopping rata-rata yang berasal dari pemodelan numerik dan fisik pada fasilitas laboratorium, mengarah pada pengembangan hubungan empiris antara jumlah debit overtopping dengan parameter gelombang, geometri dan sifat struktur atau parameter struktur.

Breaker Parameter Breaker parameter atau Irribaren number adalah bilanagn tak berdimensi yang digunakan untuk memodelkan beberapa efek gelombang pecah pada pantai atau struktur pantai. Breaker parameter atau Irribaren number ini berasal dari nama seorang ahli Teknik dari Spanyol bernama Ramón Iribarren Cavanillas (1900–1967), yang memperkenalkan pertama kali gambaran gelombang pecah yang terjadi pada pantai yang miring. Breaker parameter dirumuskan seperti persamaan 1.

𝜉 =tan𝛼

'()*

(1)


2 Oktober 2018, ISSN 2477-00-86

III-22

dengan 𝜉adalah bilangan tak berdimensi breaker parameter, 𝑡𝑎𝑛𝛼 adalah kemiringan struktur, 𝐻 adalah tinggi gelombang, dan L0 adalah panjang gelombang.

Debit overtopping yang melimpas pada struktur miring selain dipengaruhi oleh ketinggian gelombang dan kondisi struktur juga sangat dipengaruhi oleh kondisi pembentukan gelombang atau tipe bentukan gelombang pecah pada struktur. Tipe bentukan gelombang pecah yang selanjutnya disebut dengan breaker parameter yang terjadi ketika menghempas atau melalui struktur atau bidang miring dapat berupa Spilling breaker, Plunging breaker, dan Surging breaker. Gambar 4 menunjukkan klasifikasi breaker parameter.

Gambar 4. Klasifikasi breaker parameter [4]

Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa tipe breaker parameter dikatakan Spilling breaker apabila nilai breaker parameternya 𝜉 < 0.4, pada kondisi Plunging breaker apabila nilai breaker parameter-nya 0.4≤ 𝜉 ≤ 2 dan dikatakan pada kondisi Surging breaker apabila nilai breaker parameter 𝜉 > 2.

3. METODE PENELITIAN Studi Eksperimental Tes model fisik dengan skala 1:20 dilakukan di saluran gelombang pada laboratorium hidrolika departemen Teknik sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. a. Saluran Gelombang (wave flume)

Penelitian gelombang dilakukan pada saluran gelombang (wave flume) yang berukuran panjang 15 m dan lebar 30cm. Kedalaman efektif saluran adalah 45 cm. Pada bagian ujung saluran terdapat wave absorber miring yang berfungsi untuk menyerap dan mengurangi pemantulan gelombang, saluran gelombang yang digunakan terlihat pada gambar 5.

Gambar 5. Saluran gelombang (wave flume) pada laboratorium


2 Oktober 2018, ISSN 2477-00-86

III-23

b. Mesin pembangkit gelombang (wave generator)

Mesin pembangkit gelombang (wave generator) adalah tipe flap. Gerakan gelombang diciptakan oleh wave making flap, bagian bawah flap merupakan engsel dan bagian atas flap dihubungkan dengan piringan penggerak menggunakan stroke, piringan inilah yang dapat diatur variasi nya untuk menghasilkan ketinggian gelombang yang berbeda-beda. Gerakan flap adalah gerakan rotasi yang dikontrol melalui gerak putar piringan penggerak. Gerakan/kepakan bolak-balik flap inilah yang membangkitkan gelombang, seperti terlihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Ilustrasi gerakan flap pembangkit gelombang [5]

c. Karakteristik gelombang yang dibangkitkan di laboratorium

Karakteristik gelombang yang bisa dibangkitkan oleh wave generator pada saluran gelombang adalah berkisar 2-12 cm dengan periode berkisar 0.6-6 detik. Sedangkan jenis gelombang yang dibangkitkan adalah gelombang reguler. Tinggi gelombang dapat divariasikan dengan melakukan penyetelan pada stroke atau piringan dalam beberapa variasi untuk merubah besaran simpangan flap. Demikian juga periode gelombang (T) dapat divariasikan dengan menyetel kecepatan putar piringan, seperti terlihat pada gambar 7.

Gambar 7. Stroke pembangkit gelombang

Rancangan Penelitian Sesuai dengan tujuan penelitian dan untuk membuktikan hipotesa yang telah dikemukakan pada bab sebelumnya, maka variabel yang diteliti adalah debit overtopping gelombang (𝑞) yang dipengaruhi oleh breaker parameter (ξ). Adapun rancangan penelitian yang dilakukan a. OWEC breakwater Pada penelitian ini, model yang dibuat didasarkan pada konsep pelindung pantai yang sekaligus penangkap gelombang. Breakwater yang tadinya berfungsi menghancurkan gelombang, dirubah paradigmanya menjadi breakwater penangkap gelombang dengan melengkapinya dengan reservoir yang dibuat pada pada puncak bangunan, model breakwater ini selanjutnya dinamakan OWEC breakwater (overtopping wave energy converter breakwater). Fungsi reservoir adalah untuk menangkap dan mengumpulkan limpasan gelombang overtopping yang melewati puncak model tersebut. Gelombang yang tertangkap ke dalam reservoir tersebut dalam bentuk debit overtopping akan menghasilkan beda tinggi muka air antara reservoir dengan muka air laut yang selanjutnya dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan daya. Namun kajian dari penelitian ini dibatasi


2 Oktober 2018, ISSN 2477-00-86

III-24

hanya pada kajian kemampuan model dalam menangkap gelombang yang melimpas pada puncak struktur melalui mekanisme overtopping yang disebut debit overtopping, yang dipengaruhi oleh parameter gelombang dan parameter struktur, dan tidak membahas mengenai turbin dan sisi ke-listrikan-nya. Gambar 8 memperlihatkan ilustrasi model OWEC breakwater, dan gambar 9 memperlihatkan sketsa OWEC breakwater beserta dengan parameter-parameter yang terkait.

Gambar 9. Sketsa OWEC breakwater dengan parameter yang terkait

b. Variasi Parameter Model dan Parameter Gelombang

Penelitian ini mengkaji mengenai breaker parameter pada OWEC breakwater dan pengaruhnya terhadap debit overtopping, dimana dilakukan variasi terhadap parameter gelombang dan parameter model serta parameter kedalaman. Parameter modelnya adalah ketinggian freeboard model (Rc), kemiringan sisi depan model (tan 𝜃), parameter gelombangnya adalah tinggi gelombang datang di depan model (Hi), dan periode gelombang (T), sedangkan parameter dasar laut adalah kedalaman laut dangkal (d’), sebagaimana yang dipe rlihatkan pada table 1.

Tabel 1. Variasi parameter model dan parameter dasar laut

No. Jenis Variasi Jumlah Variasi 1 Tinggi Freeboard (Rc) 3 variasi 2 3

Kemiringan Model (tan𝜃) Kedalaman laut dangkal (d’)

3 variasi 3 variasi

Untuk variasi parameter gelombang yaitu periode gelombang (T) dan ketinggian gelombang (H) yang digunakan dalam penelitian ditunjukkan pada table 2.

Tabel 2. Variasi parameter gelombang

No. Jenis Variasi Jumlah Variasi 1 Tinggi Gelombang (H) 3 variasi 2 Periode Gelombang (T) 3variasi

Gambar 8. Ilustrasi OWEC breakwater


2 Oktober 2018, ISSN 2477-00-86

III-25

c. Rancangan Simulasi

Model diletakkan di tengah wave flume, pada bagian depan model terdapat mesin pembangkit gelombang yang menyuplai gelombang datang dengan tinggi dan periode tertentu, terdapat juga mistar-mistar ukur sembilan titik di depan dan belakang model untuk pengukuran tinggi gelombang. Pada bagian belakang model terdapat wave absorber untuk mereduksi pengaruh gelombang refleksi pada wave flume, seperti pada gambar 10.

Rancangan simulasi model dengan parameternya diperlihatkan pada tabel 3.

Tabel 3. Rancangan simulasi

Model tan ϴ Rc Hi T d’

M-1 ϴ-1 Rc1 3 variasi 3 variasi 3 variasi Rc2 3 variasi 3 variasi 3 variasi Rc3 3 variasi 3 variasi 3 variasi

M-2 ϴ-2 Rc1 3 variasi 3 variasi 3 variasi Rc2 3 variasi 3 variasi 3 variasi Rc3 3 variasi 3 variasi 3 variasi

M-3 Θ-3 Rc1 3 variasi 3 variasi 3 variasi Rc2 3 variasi 3 variasi 3 variasi Rc3 3 variasi 3 variasi 3 variasi

4. EKSPEKTASI HASIL PENELITIAN Berdasarkan uraian singkat di atas, hasil yang diharapkan dalam penelitian antara lain : 1. Didapatkan analisa breaker parameter yang terjadi pada OWEC breakwater dan pengaruhnya terhadap

debit overtopping. 2. Dapat diidentifikasi breaker parameter yang paling dominan berpengaruh terhadap debit overtopping pada

OWEC breakwater. 3. Didapatkan rumusan rekayasa parameter dalam upaya meningkatkan debit overtopping pada OWEC

breakwater. 4. Didapatkan hubungan debit overtopping dengan breaker parameter yang dominan berpengaruh pada

OWEC breakwater.

Gambar 10. Sketsa tampak samping wave flume dan posisi model uji


2 Oktober 2018, ISSN 2477-00-86

III-26

DAFTAR PUSTAKA Mustapa, M. (2017). Wave energy device and breakwater integration: A review. Renewable and Sustainable

Energy Reviews, 43-58. [Brito, S. F. (2010). Study of Overtopping at coastal structures.Unknown. Mozahedy, A. B. (2010). Composite seawall for wave energy conversion. Netherland: Delft University of

Technology. LeichtweiB-Institute. (2007). Hydraulic Model test of an innovative dike crest design. Germany: ComCoast. Alegre, A. d. (2011). Overtopping converter prototype for electrical generation from wave energy. Swiss:

KTH school of industrial engineering and management.

breaker parameter pada owec breakwater dan … · mesin pembangkit gelombang (wave generator)...

Documents