PROPOSAL PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
JUDUL PROGRAM DESAIN MEKANISME MESIN KONVERSI ENERGI TENAGA GELOMBANG LAUT
BIDANG KEGIATAN: PKM PENELITIAN
DIUSULKAN OLEH :
Kartika Agustin Kusuma Arum Dyana Kumara Rizky Yudha Widya Arjuna Sukma Andini
I0414029 / 2014 I0414030 / 2014 I0415076 / 2015 I0415080 / 2015
UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
ii
DAFTAR ISI
Halaman sampul ................................................................................................. i Lembar Pengesahan ........................................................................................... ii Daftar Isi ............................................................................................................. iii Daftar Tabel dan Gambar .................................................................................... iv BAB 1. PENDAHULUAN ................................................................................ 1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1 1.2 Perumusan Masalah ....................................................................... 1 1.3 Tujuan ............................................................................................ 2 1.4 Kegunaan ....................................................................................... 2 1.5 Luaran ............................................................................................ 2 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 3 BAB 3. METODA PENELITIAN ..................................................................... 5 BAB 4. BIAYA DAN JADWAL KEGIATAN ................................................. 4.1 Anggaran Biaya ............................................................................. 9 4.2 Jadwal Kegiatan ............................................................................. 9 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 10 LAMPIRAN-LAMPIRAN Lampiran 1. Biodata Ketua dan Anggota Lampiran 2. Justifikasi Anggaran Kegiatan Lampiran 3. Susunan Organisasi Tim Peneliti dan Pembagian Tugas Lampiran 4. Surat Pernyataan Ketua Peneliti
iii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Ringkasan Anggaran Biaya PKM-P ................................................. Tabel 4.2. Jadwal Kegiatan PKM-P ...................................................................
9 9
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Rangkaian Desain Alat Penelitian .................................................... Gambar 2. Generator dan Turbin ........................................................................ Gambar 3. Pelampung dan Pompa ...................................................................... Gambar 4. Flowchart analisis penelitian ............................................................. Gambar 5. Flowchart cara kerja mesin konversi energi ......................................
5 6 6 7 8
iv
1
BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Potensi gelombang laut di Indonesia sangatlah besar, hal ini dapat dimanfaatkan menjadi sumber daya alam baru. Salah satu bentuk pemanfaatan gelombang laut yaitu dengan pembuatan pembangkit listrik tenaga gelombang laut. Oleh karena itu, mahasiswa melakukan penelitian untuk mendesain mesin konversi energi gelombang laut menjadi energi listrik. Ada beberapa nilai ekonomis jika penelitian ini dilakukan, seperti adanya sumber energi listrik baru sehingga dapat mengurangi atau bahkan menggantikan bahan bakar minyak, dengan mengubah energi gelombang laut yang tersedia sebesar 10 sampai 15% sudah cukup untuk memenuhi kebutuhan energi dunia saat ini, mengurangi pencemaran yang disebabkan limbah bahan bakar dari fosil, penggunaan gelombang laut sebagai energi alternatif relatif murah dan ramah lingkungan, cara perawatan peralatan yang relatif mudah, serta biaya perawatan yang murah. Penelitian ini dilakukan dengan membuat desain prototipe mesin konversi energi gelombang laut yang bertujuan untuk mengubah energi kinetik dan potensial dalam gelombang laut menjadi energi listrik, sehingga energi listrik dapat dimanfaatkan banyak kalangan. Desain prototipe mesin konversi energi dibuat dari rangkaian alat seperti pelampung, piston atau pompa hidrolik, turbin dan generator, yang kemudian disambungkan dengan kabel penghubung. Pelampung diletakkan beberapa ratus meter dari pantai sebagai sumber energi. Kemudian pelampung disambungkan dengan piston atau pompa hidrolik yang akan mentransmisikan energi kinetik dan potensial. Adanya energi kinetik dan potensial akan memutar turbin yang dapat menggerakkan generator, kemudian dari gerakkan generator inilah terbentuk energi baru yaitu energi listrik. Hasil yang diharapkan dengan melakukan penelitian ini, yaitu mahasiswa mampu dalam mengaplikasikan materi kuliah yang diajarkan, mampu mendesain sebuah mesin konversi energi yang memanfaatkan tenaga gelombang laut, dan melalui penelitian ini mahasiswa dapat menambah pengalaman dalam hal penelitian. 1.2. Perumusan Masalah Bagaimana mendesain mesin konversi energi yang memanfaatkan tenaga gelombang laut menjadi energi listrik mikro?
2
1.3. Tujuan Tujuan dari penelitian ini, sebagai berikut:
Dapat membuat desain mesin konversi energi yang memanfaatkan tenaga gelombang laut menjadi energi listrik mikro. Dapat melatih kemampuan mahasiswa dengan melakukan penelitian ini, sehingga dapat menerapkan materi perkuliahan yang telah diajarkan.
1.4. Kegunaan Kegunaan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
Agar dapat mendesain mesin konversi energi yang memanfaatkan tenaga gelombang laut menjadi energi listrik. Pengaplikasian ilmu pengetahuan atau materi kuliah yang telah diajarkan.
1.5. Luaran yang Diharapkan 1) Artikel Ilmiah, seperti jurnal nasional ber-ISSN.
3
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Generator Generator listrik adalah sebuah alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Generator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, yaitu dengan memutar suatu kumparan dalam medan magnet sehingga timbul gaya gerak listrik induksi. Generator mempunyai dua komponen utama, yaitu stator dan rotor. Rotor berhubungan dengan poros generator yang berputar di pusat stator. Poros generator biasanya diputar menggunakan usaha luar yang dapat berasal dari turbin, baik turbin air atau turbin uap dan selanjutnya berproses menghasilkan arus listrik. (Pengertian ahli. 2014. Pengertian Generator . http://www.pengertianahli.com/2014/04/ pengertian-generator-apa-itu-generator.html) Ada beberapa sumber energi mekanik yang dapat menggerakkan generator sehingga generator dapat menghasilkan energi listrik, seperti angin, air, pasang surut air laut, nuklir, uap, dan juga tenaga gelombang laut. (Wikipedia. Pembangkit Listrik. https://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit _listrik) 2.2. Energi Gelombang Laut Gelombang laut adalah bentuk permukaan laut yang berupa puncak gelombang dan lembah gelombang oleh oscillatory movement atau gerak ayun akibat tiupan angin, erupsi gunung api, pelongsoran dasar laut, dan lalu lintas kapal. Gelombang yang terjadi di laut dapat diklasifikasikan menjadi beberapa macam berdasarkan gaya pembangkitnya, gaya pembangkit terse but berasal dari angin, gaya tarik-menarik Bumi-Bulan-Matahari atau yang disebut pasang surut air dan gempa. (Muchlisin Riadi. 2016. Teori Gelombang Laut. http://kajianpustaka.com/2016/01/teori-gelombanglaut.html.) Energi gelombang laut dapat diartikan dengan energi yang di dapat dari permukaan laut akibat pergerakan gelombang air laut, cara dan hasil dari ekstrasi gelombang laut bermacam-macam mulai dari membangkitkan generator listrik, memompa air ke waduk, maupun untuk untuk destilasi air laut, gelombang laut berbeda dengan energi pasang surut, energi dari gelombang laut tersedia sepanjang hari, sedangkan pasang surut air laut berbeda antara siang dan malam. Beberapa keuntungan dan kerugian energi gelombang laut antara lain gelombang laut mempunyai amplitudo besar di permukaan air laut, dan mengecil ke dasar laut, sehingga ekstrasi energi gelombang laut hanya dapat dilakukan pada permukaan air laut; besarnya gelombang lebih susah diprediksi, tergantung angin yang bertiup; daerah dengan perbedaan suhu ______________________________________________________________
4
besar, seperti daerah utara dan selatan berpotensi lebih besar karena memungkinkan angin bertiup lebih kencang; semakin besar gelombang laut semakin besar energi yang dihasilkan. (Ahmad Hasnani. 2010. Pengenalan Potensi Pemanfaatan Arus Laut Sebagai Energi Terbarukan dan Berkelanjutan di Indonesia. Jurnal. Open Knowledge and Education) 2.3. Konversi Energi dari Gelombang Laut Menjadi Energi Listrik Energi yang terkandung pada gelombang laut digunakan untuk menggerakkan turbin. Gelombang laut naik ke dalam ruang generator, lalu air yang naik menekan udara keluar dari ruang generator dan menyebabkan turbin berputar ketika air turun, udara bertiup dari luar ke dalam ruang generator dan memutar turbin kembali. Komponen peralatan yang digunakan pada Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut sistem Oscillating Water Column (OWC) antara lain adalah turbin. Turbin adalah mesin penggerak awal, yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. (Joy Ferdinand Ludji, dkk. 2014. Analisis Efisiensi Osilator Kolom Air sebagai Pembangkit Daya Tenaga Gelombang Laut. Jurnal. Universitas Nusa Cendana) OWC merupakan salah satu sistem dan peralatan yang dapat mengubah energi mekanik gelombang laut menjadi energi listrik dengan menggunakan kolom osilasi. Alat ini akan menangkap energi gelombang yang mengenai lubang pintu OWC, sehingga terjadi fluktuasi atau osilasi gerakan air dalam ruang OWC, kemudian tekanan udara ini akan menggerakkan baling-baling turbin yang dihubungkan dengan generator listrik sehingga akan menghasilkan listrik. Pada teknologi OWC ini, digunakan tekanan udara dari ruangan kedap air. Ruangan kedap air ini dipasang tetap dengan struktur bawah terbuka ke laut. Tekanan udara pada ruangan kedap air ini disebabkan oleh pergerakan naik-turun dari permukaan gelombang air. Gerakan gelombang di dalam ruangan ini merupakan gerakan compresses dan gerakan decompresses yang ada di atas tingkat air di dalam ruangan. Gerakan ini mengakibatkan, dihasilkannya sebuah alternating streaming kecepatan tinggi dari udara. Aliran udara ini didorong melalui pipa ke turbin generator yang digunakan untuk menghasilkan listrik. Sistem OWC ini dapat ditempatkan permanen di pinggir pantai atau bisa juga ditempatkan di tengah laut. Pada sistem yang ditempatkan di tengah laut, tenaga listrik yang dihasilkan dialirkan menuju transmisi yang ada di daratan menggunakan kabel. (Anggi Riyan Rahmad, dkk. 2015. Pembangkit Listrik Tenaga Ombak . Makalah. Institut Teknologi Padang)
5
BAB 3. METODE PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Pelaksanaan Tempat penelitian di Pantai Parang Racuk, Baron, Gunung Kidul, Yogyakarta. Waktu penelitian di lakukan selama 5 bulan. 3.2. Alat dan Bahan Berbagai alat proses yang digunakan untuk menjamin kelancaran pelaksanaan penelitian ini. a. Bahan
Gelombang air laut Alat Piston hidrolik
b.
Turbin
Pelampung
Generator
Kabel penghubung
3.3. Desain Penelitian
Gambar 1. Rangkaian Desain Alat Penelitian
6
Gambar 2. Generator dan Turbin
Gambar 3. Pelampung dan Pompa 3.4. Prosedur Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan tahapan-tahapan sebagai berikut: 1. Mencari tempat yang cocok untuk melakukan penelitian. 2. Mempersiapkan alat yang dibutuhkan. 3. Merakit peralatan yang telah disiapkan. 4. Meletakkan peralatan yang telah dirakit pada tempat yang telah dipersiapkan. 5. Melakukan pengumpulan data.
7
6. Melakukan analisa data pada data yang telah terkumpul, analisa yang dilakukan berupa seberapa besar energi potensial, energi kinetik, energi mekanik, serta daya yang dihasilkan gelombang laut. 3.5. Analisa Penelitian Analisa penelitian dapat dilakukan dengan menggunakan flowchart berikut:
Pengumpulan data sekunder
Menganalisa energi potensial gelombang
Menganalisa energi kinetik gelombang
Menganalisa daya gelombang
Menganalisa energi total gelombang
Gambar 4. Flowchart analisis penelitian Untuk dapat mengetahui besar daya gelombang yang dihasilkan dapat dihitung menggunakan persamaan:
… (1)
Energi mekanik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
… (2) Energi potensial dan kinetik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
… (3)
Amplitudo gelombang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
… (4)
Periode datangnya gelombang dapat dihitung dengan menggunakan rumus yang disarankan oleh Kim Nielsen, yaitu :
… (5) panjang dan kecepatan gelombang dapat dihitung berdasarkan persamaan yang disarankan oleh David Ross, yaitu: panjang gelombang : … (6) kecepatan gelombang
:
V
… (7)
Menghitung massa gelombang menggunakan persamaan:
… (8) persamaan gelombang sinusoida yang digambarkan mirip dengan gelombang laut : … (9)
8
Menghitung konstanta gelombang laut dapat menggunakan persamaan:
… (10)
Menghitung frekuensi gelombang menggunakan persamaan:
… (11)
dimana: T = periode datang gelombang (sec) h = ketinggian gelombang (m) λ = panjang gelombang (m) V = kecepatan gelombang (m/sec) m = massa gelombang (kg) w = lebar gelombang (m) ρ = massa jenis air laut (kg/m3) Y = persamaan gelombang sinusoida (m) ɑ = amplitudo gelombang (m) ω = frekuensi gelombang (rad/sec) t = waktu gelombang (sec) k = konstanta gelombang g = percepatan gravitasi bumi (9,18 m/s2) P.E = energi potensial (Joule) K.E = energi kinetik (Joule) Ew = energi total atau energi mekanik (Joule) Pw = daya (watt) 3.6. Bagan Alur Cara Kerja Mesin Konversi Energi
Energi gelombang laut
Mesin Konversi Energi
Generator / Tabung Hidrolik
Turbin Hidrolik
Transmisi Gambar 5. Flowchart cara kerja mesin konversi ener gi
9
BAB 4. BIAYA DAN JADWAL KEGIATAN 4.1 Anggaran Biaya
Tabel 4.1 Ringkasan Anggaran Biaya PKM-P No. 1
Jenis Pengeluaran Peralatan penunjang
Biaya (Rp.) Rp 200.000
2
Bahan habis pakai
Rp 10.800.000
3 4
Perjalanan Lain-lain
Rp 700.000 Rp 450.000 Rp 12.150.000
Jumlah
4.2 Jadwal Kegiatan
Tabel 4.2 Jadwal Kegiatan PKM-P No.
1 2 3 4 5 6 7
Kegiatan
Perninjauan tempat Persiapan peralatan Perakitan peralatan Pemasangan peralatan Pengumpulan data Analisis hasil data Penulisan laporan
Bulan ke-1
Bulan ke-2
Bulan ke-3
Bulan ke-4
Bulan ke-5
10
BAB 5. DAFTAR PUSTAKA
Abdul Rauf Nawir. 2012. Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (Generator Induksi). http://abdoelrauf.blogspot.co.id/2012/05/pembangkitlistrik-tenaga-gelombang.html. Ahmad Hasnani. 2010. Pengenalan Potensi Pemanfaatan Arus Laut Sebagai Energi Terbarukan dan Berkelanjutan di Indonesia. Jurnal. Open Knowledge and Education (OKE). Anggi Riyan Rahmad, dkk. 2015. Pembangkit Listrik Tenaga Ombak . Makalah. Institut Teknologi Padang. Joy Ferdinand Ludji, dkk. 2014. Analisis Efisiensi Osilator Kolom Air sebagai Pembangkit Daya Tenaga Gelombang Laut. Jurnal. Universitas Nusa Cendana. Masjono. 2012. Desain dan Simulasi Konverter Energi Gelombang Laut sebagai Pembangkit Tenaga Listrik. Jurnal. Akademi Teknik Industri Makasar. Muchlisin Riadi. 2016. Teori Gelombang Laut. http://kajianpustaka.com/ 2016/01/teori-gelombang-laut.html. Pengertian ahli. 2014. Pengertian Generator . http://www.pengertianahli.com/ 2014/04/pengertian-generator-apa-itu-generator.html Siti Rahma Utami. 2010. Studi Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut dengan Menggunakan Sistem Oscilating Water Column (OWC) di Tiga Puluh Wilayah Kelautan Indonesia. Jurnal. Universitas Indonesia. Tri Alfansuri dan Efrita Arfa Zuliari. 2014. Kajian Potensi Tenaga Gelombang Laut sebagai Pembangkit Tenaga Listrik di Perairan Malang Selatan. Jurnal. Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya. Wikipedia. Pembangkit Listrik. https://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit_listrik
BAB 6. LAMPIRAN-LAMPIRAN Lampiran 1. Biodata Ketua, Anggota dan Dosen Pembimbing Biodata Ketua Pelaksana A. Identitas Diri
1 Nama Lengkap
Kartika Agustin
2
Jenis Kelamin
Perempuan
3
Program Studi
Teknik Mesin
4
NIM
I0414029
5
Tempat dan Tanggal Lahir Surakarta, 5 Agustus 1996
6
E-mail
[email protected]
7 Nomor Telepon/HP
085725457005
B. Riwayat Pendidikan
Nama Institusi Jurusan Tahun Masuk-Lulus
SD
SMP
SMA
SDN Sriwedari 197 Surakarta
SMPN 3 Surakarta
SMAN 7 Surakarta
2002-2008
2008-2011
IPA 2011-2014
C. Pemakalah Seminar Ilmiah (Or al Presentation) No.
Nama Pertemuan Ilmiah / Seminar
Judul Artikel Ilmiah
Waktu dan Tempat
1
-
-
-
D. Penghargaan dalam 10 tahun Terakhir (dari pemerintah, asosiasi atau institusi lainnya) No.
Nama Pertemuan Ilmiah / Seminar
Judul Artikel Ilmiah
Waktu dan Tempat
1
-
-
-
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidaksesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan Hibah PKM Penelitian.
Biodata Dosen Pembimbing A. Identitas Diri
1 Nama Lengkap (dengan gelar)
Wibowo, S.T., M.T
2
Jenis Kelamin
Laki-laki
3
Program Studi
Teknik Mesin
4
NIDN
0025046905
5
Tempat dan Tanggal Lahir
Klaten, 25 April 1969
6
E-mail
[email protected]
7 Nomor Telepon/HP
087836300019
B. Riwayat Pendidikan
Nama Institusi
Jurusan Tahun Masuk-Lulus
S1
S2
Universitas Diponegoro
Institut Teknologi Sepuluh November
Teknik Mesin
Desain Perancangan dan Mekanika Material
1988-1995
2000-2003
S3
C. Pemakalah Seminar Ilmiah (Or al Presentation) No.
Nama Pertemuan Ilmiah / Seminar
1
International Conference and Exhibition Sustainable Energy and Advand Materials
Study on Antilock Brake System with Elastic Membrane Vibration Generated by
Oktober 2015, Solo Indonesia
International Conference on Physics and Its Application & International Concerence on Advance Materials Sciense and Technology International Conference and Exhibition Sustainable Energy and Advand Materials
HANDLING PERFORMANCE INVESTIGATION ON GEOMETRICAL FRAME OF THREE WHEELS VEHICLE Passenger Comfortability Studies of Electric Vehicle under ISO-2631 Criteria
16 September 2014, Solo Indonesia
2
3
Judul Artikel Ilmiah
Waktu dan Tempat
Oktober 2013, Melaka Malaysia
Lampiran 2. Justifikasi Anggaran Kegiatan
1. Peralatan penunjang Material Justifikasi Kuantitas Pemakaian Kabel Menghubungkan 1 buah penghubung piston dan generator SUB TOTAL (Rp) 2. Bahan Habis Pakai Material Justifikasi Kuantitas Pemakaian Kabel Menghubungkan 2 buah penghubung piston dan generator Piston Transmisi gaya 1 buah hidrolik Generator Konverter energi 1 buah dan turbin Pelampung Sumber gaya 1 buah SUB TOTAL (Rp)
3. Perjalanan Material Pesan antar peralatan Survei tempat Monev
Justifikasi Pemakaian Pembelian peralatan Yogyakarta
Kuantitas
2 mobil bak 1 mobil 2 orang SUB TOTAL (Rp)
Harga Satuan (Rp) Rp 200.000,00
Keterangan -
Rp 200.000,00
Harga Satuan (Rp) Rp 200.000,00
Keterangan -
Rp 4.000.000,00
-
Rp 5.600.000,00
-
Rp 800.000,00
Rp 10.800.000,00
Harga Satuan (Rp) Rp 200.000,00
Keterangan
Rp 200.000,00 Rp 50.000,00
Rp 700.000,00
4. Lain-lain Material Justifikasi Kuantitas Harga Pemakaian Satuan (Rp) Laporan Cetak dan 3 Rp 50.000,00 penggandaan Poster Cetak digital 2 Rp 100.000,00 untuk monev dan pameran ATK Administrasi 1 paket Rp 100.000,00 SUB TOTAL (Rp) TOTAL (KESELURUHAN) (Rp.)
-
Keterangan -
Rp 450.000,00 Rp 12.150.000,00
Lampiran 3. Susunan Organisasi Tim Peneliti dan Pembagian Tugas
No
Nama /NIM
Program Studi
Bidang Ilmu
1.
Kartika Agustin / I0414029 Kusuma Arum Dyana Kumara / I0414030 Rizky Yudha Widya Arjuna / I0415076
Teknik Mesin Teknik Mesin
Teknik Mesin Teknik Mesin
Teknik Mesin
Teknik Mesin
10 jam/minggu
Sukma Andini
Teknik Mesin
Teknik Mesin
10 jam/minggu
2.
3.
4.
Alokasi Waktu (jam/minggu) 10 jam/minggu 10 jam/minggu
Uraian Tugas
Mengkoordinasi tugas anggota Menganalisis data Mempersiapkan dan memasangkan alat Mengambil data
