studi potensi pembangkit listrik tenaga … · gambar 2.11 model turbin yang diterapkan pada sistem...

STUDI POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

GELOMBANG LAUT DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM

OSCILLATING WATER COLUMN DI PERAIRAN PULAU

BAWEAN KABUPATEN GRESIK

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

AFRIZAL FAISAL ALI

NIM: I 1414005

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user


commit to user

ii

MOTTO

“Saudaraku, engkau tidak akan mendapatkan ilmu kecuali

setelah memenuhi enam syarat, yaitu: kecerdasan, kemauan

yang kuat, kesungguhan, perbekalan yang cukup, dan

kedekatan dengan guru dalam waktu yang lama.”(Imam Syafi’i)

“Ikatlah ilmu dengan menuliskannya”. (Ali bin Abi Thalib)

“Bila kau tak tahan lelahnya belajar, maka kau harus tahan

menanggung perihnya kebodohan” (Imam Syafi’i)

“Mempertahankan fokus adalah kunci sukses. Anda

seharusnya memahami bidang kompetensi Anda, keterampilan

Anda, dan menghabiskan waktu serta energi Anda di sana.”

(Bill Gates)

“Belajar adalah Jembatan Emas Menuju Kesuskesan” (Afrizal

Faisal Ali)


commit to user

iii

HALAMAN PERSEMBAHAN


commit to user

iv

THE POTENTIAL STUDY OF WAVE ENERGY POWER PLANT

USING OSCILLATING WATER COLUMN SYSTEM IN BAWEAN

ISLAND SEAS GRESIK CITY

Afrizal Faisal Ali

Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty of Sebelas Maret

University, Surakarta Indonesia

Email: [email protected]

Abstract

The issue of energy crisis is being hotly discussed by the general public

at this time. Indonesia has the potential for a variety of renewable energy source is still

less can be utilized optimally. Indonesia has a number of islands approximately 17,480

islands and one of country that has the longest coastline in the world number four,

which is more than 95,181 kilometers. With this coastline, one of potential for

Indonesia is develop wave energy. Wave energy potential study was conducted on the

Bawean Island, Gresik City by using Oscillating Water Column system. A point of wave

height data collection for one year on radius of seven kilometers from coastline divided

into four sea territorials. They are the northern, southern, eastern and western part of

the Bawean Island. The result is the territorial of southern part has smallest potential

on average per year the potential energy of wave energy generated at 110.51 kJ with

an average power output per year is 23.41 kW. While the territorial of western part

has the greatest potential in the other areas that the average potential energy of wave

energy per year amounted to 265.12 kJ with an average per year of electricity

generated amounted by 44.90 kW.

Key word: Renewable Energy, Oscillating Water Column, Wave Energy, Remote

Island


commit to user

v

STUDI POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

GELOMBANG LAUT DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM

OSCILLATING WATER COLUMN DI PERAIRAN PULAU

BAWEAN KABUPATEN GRESIK

Afrizal Faisal Ali

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta,

Indonesia

Email: [email protected]

Abstrak

Krisis energi adalah suatu permasalahan yang sedang hangat diperbincangkan

oleh khalayak umum pada saat ini. Indonesia memiliki potensi akan berbagai sumber

energi terbarukan yang sampai saat ini masih kurang bisa dimanfaatkan secara optimal.

Indonesia memiliki jumlah pulau mencapai 17.480 buah dan merupakan salah satu

negara yang memiliki garis pantai terpanjang nomor 4 di dunia, yaitu lebih dari 95.181

kilometer. Dengan adanya garis pantai ini, menjadi salah satu potensi bagi Indonesia

untuk mengembangkan energi gelombang laut. Studi potensi energi gelombang laut ini

dilakukan di Pulau Bawean Kabupaten Gresik dengan menggunakan sistem Oscillating

Water Column. Titik pengambilan data tinggi gelombang laut selama satu tahun di area

radius 7 kilometer dari garis pantai terbagi menjadi empat wilayah perairan, yaitu

bagian utara, bagian selatan, bagian timur, dan bagian barat Pulau Bawean. Hasilnya

wilayah perairan selatan Pulau Bawean memiliki potensi terkecil yakni rata-rata per

tahun energi potensial gelombang laut yang dihasilkan sebesar 110,51 kJ dengan rata-

rata daya listrik yang dihasilkan per tahun adalah 23,41 kW. Sedangkan wilayah

perairan barat Pulau Bawean memiliki potensi terbesar dari wilayah lainnya yakni rata-

rata energi potensial gelombang laut per tahun sebesar 265,12 kJ dengan rata-rata per

tahun daya listrik yang dihasilkan sebesar 44,90 kW.

Kata Kunci: Energi Terbarukan, Oscillating Water Column, Energi Gelombang

Laut, Remote Island


commit to user

vi

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah penulis haturkan kepada Allah SAW, atas rahmat,

barokah, dan ridho-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan

tugas akhir “Studi Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Dengan

Menggunakan Sistem Oscillating Water Column Di Perairan Pulau Bawean

Kabupaten Gresik” ini dengan baik. Penyusunan tugas akhir ini selain merupakan

salah satu persyaratan yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan pendidikan tingkat

Sarjana pada Fakultas Teknik Jurusan Mesin Universitas Sebelas Maret juga

dimaksudkan untuk menambah wawasan di bidang pembangkit listrik tenaga

gelombang laut yang dapat dimanfaatkan untuk mengatasi kebutuhan energi listrik

yang sangat besar untuk pulau-pulau kecil di Indonesia.

Pada kesempatan ini ijinkan penulis untuk mengucapkan terima kasih dan rasa

hormat atas segala bantuan yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat

menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini, yaitu kepada:

1. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T. selaku ketua progdi dan dosen

pembimbing utama penelitian Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Sebelas Maret yang telah membimbing dan memberikan motivasi selama

menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Prof. Ir. Mukhtasor, Ph.D selaku Staf Ahli Dirut PT. Pertamina dan

Mantan Anggota Dewan Energi Nasional periode 2009-2014 yang telah

memberikan masukan serta motivasi selama pengerjaan tugas akhir sehingga

penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini.

3. Bapak Eko Prasetyo, M.T. selaku Prakirawan BMKG Tanjung Perak Propinsi

Jawa Timur, juga anggota ASELI (Asosiasi Energi Laut Indonesia) yang telah

membantu dan memberikan masukan mengenai pengambilan data tinggi

gelombang laut selama satu tahun sehingga penulis dapat menyempurnakan

Laporan Tugas Akhir.


commit to user

vii

4. Seluruh Dosen, Staf, dan karyawan jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret atas jasa – jasanya selama penulis menuntut ilmu.

5. Ibu yang selama ini menjadi seseorang ibu yang selalu memberikan semangat

dalam pembuatan Laporan Tugas Akhir ini.

6. Bapak yang memberikan motivasi untuk segera menyelesaikan Tugas Akhir

ini.

7. Falinda Zuraida Firdaus dan Faricha Laily Permatasari sebagai adik-adik yang

selalu mendukung dalam bidang apapun sehingga penulis dapat menyelesaikan

studi sarjana dan Tugas Akhir ini.

8. Raden Dewi Widyanipuna sebagai calon pendamping hidup yang selalu

mendukung dan memberikan motivasi apapun sebagai penyemangat sehingga

penulis bisa menyelesaikan laporan ini.

9. Teman – teman Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret sebagai keluarga

kedua yang selalu memotivasi untuk segera menyelesaikan Tugas Akhir ini.

10. Semua pihak yang telah banyak memberikan bantuan yang tidak dapat penulis

sebutkan satu persatu sehingga mengantarkan mengatarkan penulis untuk

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Dalam penyusunan laporan ini tentunya masih banyak terdapat kekurangan,

kesalahan dan kekhilafan karena keterbatasan kemampuan penulis, untuk itu

sebelumnya penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya. Penulis juga mengharapkan

kritik dan saran dari semua pihak demi perbaikan yang bersifat membangun atas

laporan ini.

Akhirnya dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih

dan semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun kita bersama.

Surakarta, Juli 2016

Penulis


commit to user

viii

DAFTAR ISI

MOTTO .. . ....................................................................................................... ii

HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... iii

Abstract ........................................................................................................ iv

Abstrak ........................................................................................................ v

KATA PENGANTAR ..................................................................................... vi

DAFTAR ISI .................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiii

DAFTAR PERSAMAAN ................................................................................ xiv

DAFTAR NOTASI .......................................................................................... xv

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................ 3

1.3 Batasan Masalah .................................................................................. 3

1.4 Tujuan dan Manfaat ............................................................................. 3

1.5 Sistematika Penulisan .......................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka .................................................................................. 5

2.2 Dasar teori ............................................................................................ 7

2.2.1 Gelombang Laut ..................................................................... 7

2.2.2 Potensi Energi Gelombang Laut ............................................. 8

2.2.2.1 Energi Gelombang Laut Untuk Pulau Kecil ................ 8

2.2.2.2 Energi Gelombang Laut Menjadi Energi Listrik ......... 9

2.2.3 Metode Pemanfaatan Energi Gelombang Laut Sebagai Penghasil

Energi Listrik .......................................................................... 13

2.2.4 Definisi dan Pengelompokkan Turbin Angin ......................... 21

2.2.5 Turbin Konversi Energi Gelombang Laut untuk Oscillating Water

Column ................................................................................... 24


commit to user

ix

2.2.6 Persamaan Kontinuitas ........................................................... 30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat Penelitian ................................................................................ 31

3.2 Bahan Penelitian .................................................................................. 31

3.2.1 Pengambilan Data Sekunder................................................... 31

3.2.2 Survey Lapangan .................................................................... 31

3.3 Analisis Data ........................................................................................ 32

3.4 Prototipe Oscillating Water Column .................................................... 32

3.5 Metode Analisa Data ............................................................................ 34

3.6 Diagram Alir Penelitian ....................................................................... 35

BAB IV DATA DAN ANALISA

4.1 Data Hasil Pengamatan Tinggi Gelombang Laut ................................ 36

4.2 Perhitungan Data .................................................................................. 37

4.2.1 Perhitungan Parameter Energi Gelombang Laut .................... 37

4.2.2 Perhitungan Energi Potensial ................................................. 37

4.2.3 Perhitungan Daya Gelombang Laut ....................................... 38

4.2.4 Tabel Perhitungan Data .......................................................... 38

4.3 Analisa Data ......................................................................................... 44

4.3.1 Analisa Tinggi Gelombang Laut Perairan Pulau Bawean ...... 44

4.3.2 Analisa Energi Gelombang Laut Perairan Pulau Bawean ...... 46

4.3.3 Analisa Daya Listrik Perairan Pulau Bawean ........................ 47

4.4 Rancangan Design Oscillating Water Column .................................... 48

4.4.1. Kecepatan Gelombang Laut ................................................... 53

4.4.2. Persamaan Kontonuitas .......................................................... 54

4.5 Karakteristik Turbin Wells .................................................................. 54

4.5.1 Hubungan Antara Sudut Serang Dengan Sudut Pitch Sudu ... 55

4.5.2 Koefisien Lift (CL) dan Drag (CD) .......................................... 56

4.5.3 Perhitungan Gaya Angkat dan Gaya Dorong ......................... 57

4.6 Desain Komponen Turbin Wells.......................................................... 59

4.6.1 Perhitungan Hub Turbin Wells ............................................... 60


commit to user

x

4.6.2 Diameter Poros ....................................................................... 61

4.6.3 Ukuran Pasak .......................................................................... 64

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 66

5.2 Saran ................................................................................................... 66

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 67


commit to user

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Lokasi Penempatan PLTGL-OWC Jimbaran Bali ....................... 6

Gambar 2.2 Skema Definisi Gelombang ......................................................... 7

Gambar 2.3 Sistem Buoy Hasil Penelitian Oregon University ........................ 14

Gambar 2.4 Skema Kerja Pelamis Wave Converter ........................................ 15

Gambar 2.5 Pelamis di Portugal....................................................................... 15

Gambar 2.6 Pelamis Project di Skotlandia ...................................................... 15

Gambar 2.7 Gelombang Masuk Ke Dalam Muara Sungai Ketika Terjadi Pasang

Naik Air Laut ................................................................................ 16

Gambar 2.8 Ketika Surut Air Keluar Dari dan Menuju Laut Sambil Memutar

Turbin ........................................................................................... 16

Gambar 2.9 OWC di Pantai Parang Racuk Yogyakarta .................................. 17

Gambar 2.10 Rangkaian Kerja Oscillating Water Column .............................. 18

Gambar 2.11 Model Turbin yang Diterapkan Pada Sistem OWC di Pantai Parang

Racuk Yogyakarta ........................................................................ 19

Gambar 2.12 Axial Force dan Tangential Force pada Turbin Wells ............... 20

Gambar 2.13 Komponen Utama Turbin Angin Sumbu Horizontal ................. 22

Gambar 2.14 Jenis-Jenis Turbin Angin Sumbu Vertikal ................................. 24

Gambar 2.15 Perbandingan Karakteristik Turbin Angin Savonius, Darrieus dan

Tipe H ........................................................................................... 24

Gambar 2.16 Dr. Alan Arthur Wells, Pencipta Turbin Wells .......................... 26

Gambar 2.17 Skema Turbin Wells ................................................................... 26

Gambar 2.18 Turbin Wells, Gambaran Cascade dan Diagram Kecepatan Dua

Dimensi ......................................................................................... 27


commit to user

xii

Gambar 2.19 Gaya-Gaya Pada Sudu Airfoil Simetris ..................................... 28

Gambar 2.20 Bagian atas Turbin Impuls dengan Twin Guide Vanes .............. 29

Gambar 2.21 Skema Turbin Impuls ................................................................. 29

Gambar 2.22 Prinsip Persamaan Kontinuitas .................................................. 30

Gambar 3.1 PLTGL-OWC di Pantai Parang Racuk Yogyakarta ..................... 32

Gambar 3.2 Kotak Saluran Udara pada PLTGL-OWC di Pantai Parang Racuk

Yogyakarta .................................................................................... 33

Gambar 3.3 Skema Oscillating Water Column di Parang Racuk .................... 34

Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian ............................................................... 35

Gambar 4.1 Grafik Tinggi Gelombang di Perairan Pulau Bawean .................. 44

Gambar 4.2 Grafik Tinggi Gelombang di Perairan Pulau Bawean (Dengan

Anomali) ....................................................................................... 45

Gambar 4.3 Grafik Energi Potensial Gelombang Laut .................................... 46

Gambar 4.4 Grafik Daya Listrik di Perairan Pulau Bawean ............................ 47

Gambar 4.5 Rancangan Oscillating Water Column dengan Solidworks.......... 48

Gambar 4.6 Desain Oscillating Water Column................................................ 50

Gambar 4.7 Desain Oscillating Water Column (tampak samping).................. 51

Gambar 4.8 Skema Prinsip Kontinuitas Oscillating Water Column ................ 54

Gambar 4.9 Diagram Gaya Pada Sudu Turbin Angin ..................................... 58

Gambar 4.10 Tabel Nilai Faktor Km dan Kt ..................................................... 63

Gambar 4.11 Pasak........................................................................................... 64


commit to user

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Potensi Energi Laut Dunia ............................................................... 8

Tabel 2.2 Klasifikasi Gelombang Laut ............................................................ 10

Tabel 4.1 Data Hasil Pengamatan Tinggi Gelombang Laut ............................ 36

Tabel 4.2 Data Hasil Perhitungan Energi Potensial dan Daya Listrik Bagian Utara

Pulau Bawean .................................................................................. 38

Tabel 4.3 Data Hasil Perhitungan Energi Potensial dan Daya Listrik Bagian

Selatan Pulau Bawean ..................................................................... 39

Tabel 4.4 Data Hasil Perhitungan Energi Potensial dan Daya Listrik Bagian Timur

Pulau Bawean .................................................................................. 39

Tabel 4.5 Data Hasil Perhitungan Energi Potensial dan Daya Listrik Bagian Barat

Pulau Bawean .................................................................................. 40

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Perbandingan Variasi Lebar Chamber OWC ..... 42

Tabel 4.7 Perbandingan Tinggi Gelombang Laut Bulan Mei Wilayah Barat .. 46

Tabel 4.8 Parameter Rancangan Oscillating Water Column ........................... 51

Tabel 4.9 Variasi Sudut Serang Dengan Sudut Pitch ...................................... 56

Tabel 4.10 Koefisien Lift dan Drag pada Variasi Sudu Serang Menggunakan

XFLR5 ............................................................................................. 57

Tabel 4.11 Gaya Angkat, Dorong, Normal dan Axial pada Variasi Sudut Pitch

menggunakan XLFR5 ..................................................................... 58


commit to user

xiv

DAFTAR PERSAMAAN

Persamaan (1) Panjang Gelombang ................................................................. 10

Persamaan (2) Perioda Gelombang .................................................................. 10

Persamaan (3) Kecepatan Gelombang Laut ..................................................... 10

Persamaan (4) Turunan Energi Gelombang Laut ............................................ 11






Persamaan (10) Turunan Energi Gelombang Laut .......................................... 12

Persamaan (11) Energi Potensial Gelombang Laut ......................................... 12

Persamaan (12) Energi Kinetik Gelombang Laut ............................................ 12

Persamaan (13) Total Energi Gelombang Laut................................................ 12

Persamaan (14) Daya Gelombang Laut melalui Oscillating Water Column ... 13

Persamaan (14) Persamaan Kontinuitas ........................................................... 30


commit to user

xv

DAFTAR NOTASI

Nomenclature

λ = Panjang gelombang [m]

𝑎 = Amplitudo gelombang [m]

T = Periode gelombang [s]

H = Tinggi gelombang laut [m]

m = ρ y dx w = Massa gelombang [kg]

ρ = Massa jenis air laut = 1024 [kg/m3]

w = Luas chamber pada Oscillating Water Column [m]

k = Konstanta gelombang = 2π

𝜆

ω = Frekuensi gelombang = 2π

𝑇 [rad/s]

Ew = Energi Gelombang Laut [Joule]

Pw = Daya listrik [Watt]

A1 = Luas penampang Chamber [m2]

A2 = Luas penampang Orifice [m2]

V1 = Kecepatan gelombang ketika masuk chamber [m/s]

V2 = Kecepatan udara ketika masuk orifice [m/s]

V = Kecepatan gelombang [m/s]

ω = 2π N

60 = Kecepatan sudut rotor [rad/s]

R = Jari-jari rotor turbin Wells [m]

A = Luas area rotor turbin Wells [m2]

Pmax = Daya maksimal yang mampu dihasilkan Turbin [Watt]

T = Pmax

ω = Torsi yang dihasilkan Turbin [Nm]

m𝑏𝑙𝑎𝑑𝑒 = Massa sudu turbin [kg]

g = Percepatan gravitasi [m/s2]

rc = Centre of mass blade [m]

Fa = Gaya aksial [N]

Fc = Gaya sentrifugal [N]

W = Gaya berat blade [N]

Mt = Momen bending total [Nm]


commit to user

xvi

τmax = Tegangan geser maksimum [MPa]

σc = Crushing stress [MPa]

l = Panjang pasak [mm]

d = Diameter poros [mm]


commit to user

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Gambar Sistem Oscillating Water Column .................................. 69

Lampiran 2 Gambar Ukuran Turbin Wells ...................................................... 70

Lampiran 3 Gambar Ukuran Poros .................................................................. 71

Lampiran 4 Gambar Ukuran Pasak .................................................................. 72

Lampiran 5 Gambar NACA 0018 .................................................................... 73

Lampiran 6 Rekapan Data Tinggi Gelombang Laut Pulau Bawean ................ 74


commit to user

studi potensi pembangkit listrik tenaga … · gambar 2.11 model turbin yang diterapkan pada sistem...

Documents