tugas metodelogi penelitian oktober 2012 chintya … · tugas metodelogi penelitian oktober 2012...
TRANSCRIPT
Chintya Bunga Yudhitiara - 5215107336 Jurnal Skripsi 1
TUGAS METODELOGI PENELITIAN Oktober 2012
Chintya Bunga Yudhitiara – 5215107336
Pendidikan Teknik Elektronika NR’10
_______________________________JURNAL SKRIPSI______________________________
Awan Kuspriadi
5115060198
Massus Subekti, MT.
Muhammad Rif’an, MT.
ABSTRACT
AWAN KUSPRIADI. Reliability Analysis of Power Systems Marine Air Waves (PLTA-GL) in The Southern
Waters of West Java and Yogjakarta. Supervisor Massus Subekti and Muhammad Rif’an.
Ocean Waves is an alternative form of energy that can be used to generate electrical energy,
one form of utilization is Hydroelectric Power Waves of the Sea (hydro-GL). This study aims to analyze
the reliability hydro-GL in the waters south of West Java and Yogjakarta, and for optimization of system
reliability in one of hydro-GL based on analysis of data via satellite imagery.
The research was conducted in the laboratory Electrical Engineering, Measurement, and
Calibration Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, State University of Jakarta in
July – December 2010. This study uses simulations of performed on a prototype unit with a waves of
data generated from satellite imagery in both waters.
From the results of this study obtained the right to the reliability the best prototype is based on
reliability analysis of the daily data analyze the waters south of West Java on the 0.5 m waves height,
wave period 0.6 s, resulting in water discharge 0.0020 m / s, the maximum height of 19 m and the
power generated 224,4 Watt, as well as the availability of water has reached 273 hours.
keywords : Reliability, Power, Alternative Energy, Sea Waves.
Chintya Bunga Yudhitiara - 5215107336 Jurnal Skripsi 2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Keandalan Pembangkit salah satu hal penting dari penyediaan pasokan energy listrik. Keandalan
kapasitas pembangkit didefinisikan sebagai persesuaian antara kapasitas pembangkit yang terpasang
terhadap kebutuhan beban. Artinya pasokan energy diharuskan selalu tersedia untuk melayani beban
secara kontinyu. Kemampuan system atau komponen untuk memenuhi fungsi yang dibutuhkan dalam
kondisi tertentu selama rentang waktu yang spesifik pemenuhan fungsi, tentunya suatu system yang
dibuat ditunjukkan untuk memenuhi fungsi. Fungsi ini dapat dikatakan sebagai indicator utama
keandalan suatu system. Bila fungsi terpenuhi dengan baik maka dapat dikatakan handal dalam
menjalankan perannya begitu juga sebaliknya.
Idealnya energy listrik bagi masyarakat adalah suatu energy yang tersedia kapanpun dan
dimanapun dibutuhkan mudah didapat. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut perusahaan penyalur
tenaga listrik dan perusahaan pengoperasi jaringan tenaga listrik harus memberikan pelayanan yang
memuaskan bagi pelanggan. Dengan melihat ari dari listrik ini, maka disinilah letak dimensi social yang
sangat penting untuk membangun Negara. Selain melihat sisi suplai sebagai salah satu bidang
kelistrikan, listrik juga mengandung unsur pemerataan terhadap pembangunan pemerintah. Dengan
banyaknya listrik yang tersebar disuatu wilayah, ini merupakan suatu symbol dari kemajuan masyarakat.
Sebagai Negara kepulauan memiliki luas perairan 5,7 juta km2, Indonesia kaya akan sumber daya
laut, salah satu energy dilaut tersebut adalah energy gelombang laut. Sebenarnya gelombang laut
merupakan sumber energy yang cukup besar, gelombang merupakan gerakan air laut yang turun-naik
atau bergulung-gulung. Energy gelombang laut adalah energy Alternatif yang dibangkitkan melalui efek
gerakan tekanan udara akibat fluktuasi pergerakan gelombang dan energy gelombang laut dapat
digunakan sebagai energy pembangkit tenaga listrik.energi gelombang laut merupakan salah satu
energy terbarukan dan memiliki potensial besar untuk dikembangkan, karena penggunaan gelombang
laut sangat banyak tersedia dialam.
Pemanfaatan potensi laut Indonesia belum optimal, pemanfaatan yang dilakukan baru sebatas
pada kekayaan alam yang ada didalamnya. Gelombang laut memiliki potensi yang cukup besar dan
kenyataannya selama ini belum dimanfaatkan. Maka dari itu perlu diadakannnya penelitian dengan
menentukan analisis point gelombang laut dari setiap daerah yang sangat berpotensi sebagai wilayah
penghasil energy gelombang laut.
Pemanfaatan energy gelombang laut yang dikembangkan saat ini yaitu Pembangkit Listrik
Tenagar Air Gelombang Laut. Guna mendapatkan performa yang diharapkan, maka dilakukan analisis
dari system yang telah dibangun. Oleh karena itu penulis melakukan penelitian tentang analisis
Keandalan System Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut di (PLTA-GL) DI Perairan selatan Jawa
Barat dan Yogjakarta.
Chintya Bunga Yudhitiara - 5215107336 Jurnal Skripsi 3
1.2 Perumusan Masalah
Masalah yang akan diselesaikan dalam penelitian ini adalah menganalisis keandalan system
Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL) yang telah dibangun dengan mensimulasikan
data tinggi dan periode gelombang melalui citra satelit selama satu minggu di perairan selatan Jawa
Barat dan Yogjakarta pada bulan November 2010 terhadap daya turbin maksimal dan ketersediaan air
yang dihasilkan.
1.3 Pembatasan Masalah
Beberapa pembatasan masalah yang diambil adalah :
1. Hanya Gelombang laut di Perairan Indonesia.
2. Data yang disimulasikan hanya 1 minggu.
3. Mengabaikan segala macam gesekan yang timbul.
4. Gelombang laut dianggap tidak pecah pada saat menyentuh alat konversi.
5. Kontruksi tidak terpengaruh oleh hantaman gelombang laut.
6. Kekuatan bahan diabaikan.
7. Massa tuas diabaikan.
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Menganalisis System Keandalan Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL) yang
telah disimulasikan dengan ketersediaan air yang dihasilkan.
2. Mendapat keandalan system yang tepat untuk System Keandalan Pembangkit Listrik Tenaga Air
Gelombang Laut (PLTA-GL) berdasarkan data analisis point gelombang yang menghasilkan daya
turbin maksimal dan ketersediaan debit air selama satu minggu.
1.5 Kegunaan Penelitian
Penelitian ini diharapkan sebagai referensi pemanfaatan Pembangkit Listrik Tenaga Air
Gelombang Laut (PLTA-GL) dengan menganalisis keandalan sistemnya dan mengetahui gelombang laut
didaerah tertentu dan juga sebagai kontribusi terhadap perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi,
khususnya untuk memaksimalkan potensi gelombang laut sebagai salah satu energy alternatif di
Indonesia.
Chintya Bunga Yudhitiara - 5215107336 Jurnal Skripsi 4
BAB II
KERANGKA TEORITIS
2.1 Gelombang Laut
2.1.1 Potensi Energi Gelombang Laut
Semakin menipisnya sumber energy tak terbarukan (non renewable) mendorong
peneliti untuk memusatkan penelitiannya pada pemanfaatan energy terbarukan (renewable)
untuk kepentingan manusia. Sumber energy terbarukan adalah jenis-jenis sumber energy yang
masa penyediaannya relative sangat lama atau dengan perlakuan-perlakuan tertentu senantiasa
dapat diperbaharui, sedangkan sumber energy tak terbarukan adalah sumber-sumber energy
yang jangka waktu penyediaannya terbatas.
2.1.2 Jenis – Jenis Gelombang Laut
Terjadinya gelombang laut bisa dibangkitkan oleh angin, gaya tarik matahari dan bulan
atau pang surut antara lain :
1. Gelombang Angin
Gelombang Angin adalah gelombang yang ditimbulkan oleh tiupan angin diatas permukaan
air laut.
2. Gelombang Pasang Surut
Gelombang Pasang Surut adalah gelombang yang timbul oleh gaya tarik-menarik bumi dan
planet lain seperti bulan dan matahari.
2.2 Gelombang Laut Indonesia
Indonesia memiliki garis pantai kurang lebih 81 ribu km yang juga terpanjang didunia.
Gelombang laut di Indonesia memiliki energy sekitar 20 – 70 KiloWatt per meter, jika dimanfaatkan 1%
dari garis pantai tersebut, maka arus gelombang laut Indonesia mampu menghasilkan 16 Giga Watt.
Zamrisyah menuturkan, wilayah Indonesia yang berpotensi menggerakan Pembangkit Listrik Tenaga
Gelombang Laut (PLTGL) berada disebelah barat Pulau Sumatera, disebelah selatan Pulau Jawa, hingga
kearah Samudera India.
2.3 Pembangkit Listrik Gelombang Laut
Proses pembangkitan energy listrik adalah suatu proses konversi berbagai macam energy yang
dirubah menjadi energy mekanik untuk menggerakan generator yang mampu menghasilkan listrik.
Pembangkit listrik adalah satu unit mesin yang terdiri dari beberapa bagian yaitu turbin, generator,
transformator, dan kelengkapan lainnya yang berfungsi mengonversi berbagai jenis energy menjadi
listrik.
Chintya Bunga Yudhitiara - 5215107336 Jurnal Skripsi 5
Prinsip kerja PLTA-GL ini adalah merubah energy gelombang laut dengan menggunakan alat
konversi (ponton) menjadi energy mekanik untuk menggerakakkan pompa untuk memompa air laut
menuju reservoir untuk dimanfaatkan energy potensial berupa tinggi jatuh air menuju turbin untuk
memutar generator yang terletak satu poros dengan turbin, kemudian air laut yang digunakan untuk
memutar turbin dialihkan lkembali menuju laut.
Penelitian pemanfaatan gelombang laut telah banyak dilakukan baik di Indonesia maupun di
luar negeri. Ada enam tipe jenis pemanfaatan energy gelombang laut, yaitu :
1. Attenuator
2. Oscillating Water Column (OWC)
3. Overtopping Device
4. Oscillating Water Surge converter (OWSC)
5. (Axisymmetrical) Point Absorber
6. Submerged Pressure Differential
2.4 Energi Gelombang Laut
Gelombang adlah osilasi yang berpindah tidak membawa materi bersamanya. Dalam
perambattannya, gelombang membawa energy dari satu tempat ketempat lain. Dengan kata lain,
gelombang adalah energy yang merambat. Gelombang yang memindahkan energy disebut gelombang
berjalan.
Ada dua jenis gelombang berjalan, yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal.
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatnya.
Sedangkan gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarannya sejajar dengan arah
rambatnya.
Dari kombinasi kedua jenis gelombang transversal dan gelombang longitudinal disebut
gelombang permukaan. Contoh gelombang ini adalah gelombang air.
2.5 Hukum Archimedes
Berdasarkan hukum Archimedes, gaya apung yang bekerja pada benda yang dimasukkan
kedalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya. Ada tiga keadaan umum suatu materi,
yaitu padat, cair, dan gas. Benda padat mempertahankan bentuknya yang tetap. Benda cair tidak
mempertahankan bentuk yang tetap, tetapi perubahan volume yang signifikan terjadi jika diberikan
gaya yang besar. Sedangkan gas tidak memiliki bentuk maupun volume yang tetap, akan tetapi gas
menyebar memenuhi tempatnya. Karena zat cair dan gas tidak mempertahankan bentuknya dan
keduanya memiliki kemampuan untuk mengalir, sehingga kedua jenis zat ini sering disebut fluida.
2.6 Hukum Bernoulli
Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa dimana kecepatan fluida tinggi maka tekanan rendah, dan
dimana kecepatan fluida rendah maka tekanan tinggi.
Chintya Bunga Yudhitiara - 5215107336 Jurnal Skripsi 6
2.7 Pompa
Untuk menghitung volume pompa komponen ketinggian berdasarkan panjang langkah yang
dihasilkan oleh pompa sesuai dengan periode gelombang, sehingga untuk menghitung kecepatan air
yang masuk pompa menggunakan persamaan :
V
Sedangkan untuk menghitung debit air yang masuk menggunakan persamaan :
2.8 Tuas
Momen gaya adalah efek putar dari sebuah gaya terhadap sumbu putar. Besarnya momen gaya
adalah perkalian gaya terhadap jarak (garis tegak lurus dari sumbu putar terhadap garis kerja gaya).
2.9 Panjang Langkah
Semakin panjang lengan beban maka panjang langkah yang dihasilkan akan semakin besar,
begitu juga sebaliknya semakin pendek panjang lengan beban maka panjang langkah yang dihasilkan
akan semakin kecil.
2.10 Turbin
Turbin merupakan salah satu komponen utama dalam pembangkitan energy listrik, karena
turbin adalah sebuah penggerak mula yang digunakan untuk memutar generator. Turbin merubah
energy potensial dari ketinggian yang telah ditentukan ke dalam bentuk energy mekanik yang akan
digunakan untuk memutar generator.
Pembagian turbin dapat digolongkan menjadi dua, yaitu :
1. Turbin Impuls
Turbin Pelton
Turbin Turgo
Turbin Crossflow
2. Turbin Reaksi
Turbin Francis
Turbin Kaplan & Propeller
2.11 Perhitungan Daya
Turbin yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga air gelombang laut ini adalah turbin
crossflow, daya turbin yang dapat dihasilkan oleh turbin crossflow dapat dihitung dengan menggunakan
rumus :
Pt = 9.81 x Hnet x Qnet X nt
Chintya Bunga Yudhitiara - 5215107336 Jurnal Skripsi 7
Pt = Turbin Output (kW)
Hnet = Headnetto (m)
Qnet = Debit Airnetto (m3/s)
nt = Efisiensi Turbin
2.12 Penelitian Sebelumnya
Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL)
Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL) ini ditemukan oleh Massus Seubekti,
M.T, pembangkit ini menggunakan hokum Archimedes yang intinya pada PLTA-GL ini menaikan air ke
reservoir yang terletak disisi atas. Jumlah air yang dipindahkan sama dengan berat air yang dipindahkan
akibat ponton yang terendam dalam air. Setelah air sampai di reservoir maka air akan jatuh dan
memutar turbin.
2.13 Keandalan System dan Parameter Keandalan
Keandalan system ditentukan oleh presentasi keseterdiaan air selama satu minggu dikedua
wilayah indicator. Indicator keandalan ditunjukkan oleh berapa persen keandalan dikedua wilayah jika
mencapai peluang sukses sebesar 100% maka pembangkit dikatakan handal, jika hanya mencapai
peluang 50% pembangkit dikatakan kurang handal dan jika tidak mencapai 50% atau dibawahnya maka
system pembangkit dikatakan tidak handal.
Chintya Bunga Yudhitiara - 5215107336 Jurnal Skripsi 8
BAB III
STRATEGI DAN PROSEDUR PENGEMBANGAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian tentang “Analisis Keandalan System Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut
(PLTA-GL) di Perairan Selatan Jawa Barat dan Yogjakarta” ini dilaksanakan di Karang Hawu yang terletak
pada Perairan selatan Jawa Barat dan daerah Yogjakarta pada bulan November 2010. Pengambilan data
tinggi muka laut dilakukan tanggal 22 November sampai 24 November 2010 dan Laboratorium Mesin
Listrik dan Pengukuran Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Jakarta dengan waktu
pelaksanaan selama 6 bulan. Tempat perairan selatan dipilih karena mempunyai potensi tinggi
gelombang lebih dari 1 meter dan periode yang kurang dari 10 detik, maka sangat cocok untuk simulasi
prototype.
3.2 Strategi Pengembangan
Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan dari penelitian sebelumnya, sehingga untuk
melanjutkan penelitian ini perlu memahami penelitian sebelumnya, yaitu memahami prinsip kerja dan
mengetahui ukuran serta desain prototype PLTA-GL yang telah dibangun, kemudian melakukan Analisis
terhadap keandalan system yang telah dibangun untuk meningkatkan keandalan prototype PLTA-GL.
3.3 Desain penelitian
Metode penelitian yang digunakan adalah metode studi kepustakaan dan metode penelitian
eksperimen. Metose studi kepustakaan dilakukan untuk mencari materi yang mendukung dan sesuai
dengan materi skripsi disamping sebagai bahan perbandinganlandasan teori dari rangkaian yang dibuat.
Menurut Nazir (2996) metode penelitian eksperimen adalah penelitian yang dilakukan dengan
mengadakan manipulasi pada objek penelitian serta adanya control. Dalam penelitian metode
eksperimen adalah metode eksperimen sungguhan. Dalam penelitian ini alat uji dicoba untuk diteliti.
Jadi eksperimen merupakan observasi dibawah kondisi buatan, dimana kondisi tersebut dibuat dan
diatur oleh penulis.
3.4 Objek Penelitian Lanjutan
Objek penelitian ini adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air Gelombang Laut (PLTA-GL) dengan
ukuran unit :
Prototype tuas yang memiliki panjang = 4 m (2 m jarak titik tumpu dengan titik beban dan 2m jarak titik
kuasa dengan titik beban). Massa beban (Poton dan Rangka) = 236 kg. Pompa berdiameter 8 inchi
memiliki panjang 1 m, panjang langkah 0,7 m, diameter keluaran pompa (pipa menuju recervoir) = 2
inchi, dan ketinggian recervoir = 12 m.
Chintya Bunga Yudhitiara - 5215107336 Jurnal Skripsi 9
3.5 Tahapan Penelitian
Tahapan yang dilakukan pada penelitian ini yaitu :
1. Pra Penelitian
2. Study Literature (Perhitungan Perencanaan)
3. Pengambilan data dari lapangan
4. Input data citra satelit dari 2 wilayah
5. Simulasi
6. Analisis Point Gelombang
7. Analisis Keandalan Sistem
3.6 Konstanta
Beberapa konstanta yang digunakan dalam perhitungan yaitu phi (π) = 3,14; massa jenis air (ρ) =
1.025 kg / m2; dan gravitasi bumi (ɡ) 9,8 m / s2.
3.7 Perhitungan
a. Menghitung Gaya Ponton (F1)
b. Menghitung Gaya Pompa (F2)
c. Menghitung Tekanan Pompa (P1)
d. Menghitung Tekanan Keluar Pompa (P2)
e. Menghitung Kecepatan Air Masuk (v1)
f. Menghitung Kecepatan Air Keluar (V2)
g. Menghitung Debit Air (Q)
h. Menghitung Ketinggian Maksimal
i. Menghitung Ketinggian Jatuh Air
j. Menghitung Daya Turbin
3.8 Evaluasi Pengukuran Prototipe
3.8.1 Pengukuran Prototipe
Tuas
Tuas yang digunakan dalam prototype PLTA-GL ini adalah jenis tuas “b” yaitu titik tumpu berada
disalah satu ujung tuas, titik beban berada diujung lainnya bagian tuas, dan titik kuasa berada
diantara titik tumpu dan titik beban.
Pompa
Pompa yang digunakan dalam prototype PLTA-GL ini adalah pipa jenis PVC berukuran 8 inchi,
untuk mengetahui unjuk kerja prototype perlu dilakukan pengukuran diameter dalam pompa
karena dapat mempengaruhi tekanan dan debit air yang dihasilkan oleh pompa.
Chintya Bunga Yudhitiara - 5215107336 Jurnal Skripsi 10
3. 9 Teknik Analisis
Analisis pada penelitian ini dilakukan dengan pengambilan data dari alat, maka hasil dari
pengukuran dimasukkan dalam table dan dihitung secara teoritis. Analisis inin dipakai untuk
mengetahui bagaimana alat ini bekerja dengan baik, maka analisis yang digunakan adalah analisis
deskriptif. Tolak ukur keberhasilan dari alat ini adalah dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik
dengan bantuan gelombang laut.
Chintya Bunga Yudhitiara - 5215107336 Jurnal Skripsi 11
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Prototype PLTA-GL yang telah disimulasikan di Perairan selatan jawa barat dan Yogjakarta
menghasilkan debit yang sama selama satu minggu yaitu 0,0020 m3 / s dan pada wilayah jawa
barat menghasilkan daya rata-rata sebesar 224,4 Watt selama satu minggu lebih besar
dibanding Yogjakarta yang menghasilkan daya rata-rata sebesar 221,5 Watt selama satu minggu
2. Menentukan indeks keandalan saat ini sebagai acuan dalam penilaian diperiode berikutnya,
memungkinkan kita untuk membandingkan kinerja terdahulu dengan kondisi pembangkit yang
sebenarnya serta dasar dalam memonitor kekuatan bahan jika dilakukan perubahan-perubahan
terhadap disain system.
3. Untuk menetapkan wilayah yang tepat berdasarkan daya turbin denga menganalisis data harian.
4. Untuk menetapkan wilayah yang tepat untuk keandalan prototype terbaik berdasarkan volume
air dengan menganalisis data harian.
5. Ketersediaan air selama satu minggu system pembangkit listrik tenaga air gelombang laut
dikedua wilayah perairan cukup handal karena memiliki cukup cadangan hingga 102 sampai 105
jam dalam seminggu.
5.2 Saran
Berdasarkan hasil penelitian ini penulis memberikan saran :
1. Sebaiknya untuk penerapan prototype PLTA-GL dapat dilakukan pada perairan selatan
Yogjakarta karena fluktuasi gelombang yang lebih mendukung.
2. Untuk kualitas bahan yang digunakan pada prototype sebaiknya harus diperhatikan karena
fluktuasi gelombang yang tinggi dan frekwensi yang cepat.
3. Untuk menentukan titik point harus diperhatikan dikarenakan disuatu wilayah perairan memiliki
fluktuasi yang berbeda.
4. Jika system dilakukan perubahan disain, sebaiknya memperhatikan hubungan antara keandalan
terhadapa biaya, manfaat, dan indicator kinerja system lainnya.
Chintya Bunga Yudhitiara - 5215107336 Jurnal Skripsi 12
Daftar Pusaka
Badan Statistik. 2010. Data Statistik (Diunduh)
http://sp2010.bgs.go.id/index.php (7 Juli 2011)
BMKG. 2010. Analisis Point Gelombang Laut Perairan Selatan Indonesia. Jakarta
: Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG)
Brace, Steven. 2010. Wave Energy generation. (Diunduh)
http://www.stevenbrace.co.uk/mecheng/final (7 Juli 2011)
Carolina rr. 2007. Microhydro. (Diunduh)
http://home.carolina.rr.com/microhydro (5 Maret 2011)
Europa. 2007. Hydro Power. (Diunduh)
http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf (5 Maret 2011)
Giancoli. 2001. Fisika Jilid 1. Jakarta. Erlangga
Lingolex. 2008. Wave Engine. (Diunduh)
http://lingolex.com/bilc/engine.html (5 Maret 2010)
Sulasno. 2001. Pusat Pembangkit Tenaga Listrik. Semarang. Satya Wacana.
Suyitno M. 2011. Energi Alternatif. Surakarta. Yuma Pustaka.
Yuwono N. 1992. Teknik Pantai : Dasar- Dasar Perencanaan Pembangunan Pantai.
Yogjakarta FT UGM