Pembangkit Listrik Tenaga Ombak

Perancangan Mekanisme

BAB I

PENDAHULUAN

I.1Judul

PERANCANGAN MEKANISME ALAT PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA OMBAK SKALA RUMAH TANGGA I.2Alasan Pemilihan JudulMerancang sebuah alat sederhana yang dapat memanfaatkan tenaga ombak untuk dikonversi menjadi tenaga listrik.I.3Latar Belakang Masalah

Seiring dengan berkembangnya teknologi dan semakin pesatnya kebutuhan masyarakat akan listrik, maka sangat disadari kedepan pasokan listrik yang ada pada saat ini, tidak akan memenuhi kebutuhan masyarakat dan industri, oleh karena itu dicarilah sumber energi alternatif. Sumber energi terbaharui dapat digunakan tanpa batas waktu dan tidak pernah habis. Salah satu energi alternative yang memenuhi persyaratan tersebut adalah pemanfaatan energi yang dimiliki oleh gelombang air laut.I.4Pemecahan Masalah

Hanya memungkinkan pada daerah yang dekat dengan laut. Daya yang dihasilkan relative kecil, jika dibandingkan dengan pembangkit yang lain. Pembangkit listrik ini digunakan untuk skala rumah tangga.I.5Batasan MasalahDalam merancang alat ini, ada beberapa batasan-batasan masalah yang saya tentukan yaitu : Rancangan model menggunakan skala geometri terhadap perhitungan yang sesungguhnya. Pembahasan dibatas hanya pada bagian perancangan mekanisme.

Korosi dan gangguan lain tidak dibahas.

Dinamo dan generator yang dipakai tidak dibahas.

I.6Tujuan dan PembahasanTujuan dari pembuatan alat ini adalah : Untuk merancang sebuah alat penangkap gelombang. Menghitung gaya dan faktor lain yang terjadi pada alat terpilih sesuai dengan perhitungan yang dipelajari selama kuliah.I.7Sistematika Penulisan

Dalam penelitian mekanisme alat ini, sistematika penulisan yang digunakan adalah :Bab I

: Pendahuluan

Berisikan tentang alasan judul, alasan pemilihan judul, latar belakang masalah, pemecahan masalah, batasan masalah, tujuan pembahasan, dan sistematika penulisan.Bab II

: Varian dan pemilihan varianBerisikan tentang varian yang sesuai dengan perencanaan.

Bab III: Teori Dasar

Pada bab ini menjelaskan teori-teori dan rumus-rumus pendukung tentang materi yang dibahas dalam perhitungan.

Bab IV: Perhitungan Desain Mekanisme Alat Pada bab ini berisikan perhitungan gerak mekanisme yang dihasilkan oleh alat tersebut.Bab V

: Kesimpulan dan saran

Pada bab ini berisikan tentang kesimpulan dari materi yang dibahas sebelumnya dan kesimpulan yang didapat dari materi yang telah dibahas.I.8Metode Pembahasan

Dalam penyusunan tugas perancangan mekanisme ini, adapun langkah-langkah kerja dan hasil kerja dapat dibagi menjadi empat tahap pengerjaan yaitu :

Tahap I: Penjabaran Tugas ( Clarification of the task )

Meliputi pengumpulan informasi atau data tentang syarat-syarat yang akan dipenuhi dalam proses perancangan mekanisme pembuat alat pembangkit listrik tenaga ombak dan juga batasan-batasannya. Hasil dari tahap ini berupa syarat-syarat atau spesifikasi.

Tahap II: Perancangan Konsep ( Conceptual Design )

Meliputi informasi struktur-struktur fungsi pencarian prinsip-prinsip pemecahan masalah yang cocok dan mengkombinasikan menjadi konsep varian. Hasil dari tahap ini berupa pemecahan masalah dasar atau konsep.

Tahap III: Perancangan Wujud ( Embodiment Design )

Sketsa kombinasi prinsip solusi yang telah dibuat merupakan bentuk layout awal, kemudian dipilih yang memenuhi persyaratan yang sesuai dengan spesifikasi dan baik menurut kriteria teknis dan ekonomis. Layout awal yang dipilih dan dikembangkan menjadi layout definitive yang merupakan wujud perancangan yang sesuai dengan kebutuhan dan harapan. Pada layout definitive meliputi beberapa hal yang merupakan hasil dari tahapan ini antara lain:

Bentuk elemen suatu produk

Pemilihan jenis dan kekuatan material

Perhitungan teknik

Pemilihan bentuk, ukuran

Tahap IV: Perancangan Terinci ( Detail Design )

Dalam tahap ini, hasil rancangan dibuat suatu dokumen produk, sehingga dapat diproduksi secara kontinyu dan pengembangan produk yang lebih baik. Dokumen produk ini dapat meliputi :

Gambar mesin

Detail gambar mesin

Sistem pengoperasian

Daftar material

BAB II

VARIAN DAN PEMILIHAN VARIAN

II.1Daftar PersyaratanTahap pertama ini menjelaskan dan mendefinisikan tugas dengan cara menjabarkan tugas tersebut kedalam daftar persyaratan, berisikan suatu batasan-batasan yang harus dipenuhi (demands) dan batasan-batasan yang diharapkan dipenuhi (wishes) batasan demands dan wishes, dapat bersifat internal yaitu batasan dari perancang sendiri ataupun eksternal yang merupakan batasan dari pihak konsumen atau pemakai rancangan.Batasan persyaratan demands dan wishes disusun secara kuantitatif dan kualitatif sesuai dengan aspek yang mempengaruhi dalam perencanaan, seperti diantaranya energy, material, signal, dan kinematik.

Persyaratan yang dihasilkan selanjutnya meliputi seluruh tahapan proses pengerjaan dan merupakan pedoman bagi pelaksanaan tahap berikutnya, batasan-batasan dalam persyaratan dapat berubah setiap saat sesuai dengan permintaan dan persiapan dalam merencanakan produk yang dibuat.Daftar persyaratan demands dan wishes.Perihal utamaContohD/W

GeometriUkuran, tinggi, panjang, lebar, diameter.D

KinematikArah gerakan, kecepatan, percepatan.D

EnergyInput / output energy, daya, tekanan, temperature.D

MaterialSifat dan perubahan input / output material.W

PemeliharaanMudah pemeliharaannya, interval pemeliharaan.W

BiayaBiaya produksi, biaya tools.W

ErgonomicKemudahan pengoperasian, kennyamanan, keindahan bentuk, aman.D

PemakaianTidak boleh bising, keausan area pemakaian (korosif, panas, lembab)W

Daur ulangKomponen dapat diolah kembali, multiguna.W

OperasiOtomatis.D

Spesifikasi yang diinginkan adalah :

Alat mudah dioperasikan

Alat mudah dirakit dan dibongkar pasang

Bahan dan proses produksi dipilih dengan pertimbangan pada kemudahan untuk memperoleh dan memproses bahan

II.2Pembuatan Struktur Fungsi

Berdasarkan system logika demands dan wishes, spesifikasi juga merupakan penjabaran dari hubungan fisik antara perpindahan atau proses energy, material atau signal. Ketiga factor tersebut mengalami suatu perubahan yang diproses melaui system, seperti energy dapat dirubah sesuai fungsinya, sebagai contoh motor listrik dapat merubah menjadi energy mekanik, motor bakar dapat merubah energy kimia menjadi energy thermal.

Material juga dapat dikonversikan dengan beberapa cara, diantaranya dengan dicampur, ditekan, dipotong dipisahkan, dibungkus, serta cara lainnya. Selain itu banyak peralatan teknik/mesin memproses informasi dengan bentuk signal. Signal mengalami juga proses-proses pada system seperti dikirim, dipisahkan, dinaikkan, diturunkan, serta lainnya. System yang terdiri dari input dan output digambarkan dengan suatu struktur fungsi yang terdiri dari beberapa symbol-simbol yang telah ditetapkan.

Struktur fungsi keseluruhan dari mekanisme pembangkit tenaga ombak adalah sebagai berikut :EiEoMiMoSiSo

E Aliran dan arah energyMAliran dan arah material

SAliran dan arah signal

II.3Struktur Model

Pemilihan prinsip solusi varian yang telah dibuat, selanjutnya dipilih dengan criteria-kriteria yang telah ditentukan dengan tujuan untuk lebih menyempurnakan hasil rancangan. Hasil kombinasi tersebut bisa berupa komponen hasil rakitan maupun komponen-komponen yang dapat dirakit dan dibongkar, juga apakah komponen-komponen tersebut mudah didapat dan tersedia serta sesuai dengan demans dan wishes yang diharapkan, kemudian realisasi prinsip solusi harga yang diijinkan, alat yang aman, lebih disukai perancang dan cukup informasi, dasar pemilihan kombinasi yang dibatasi oleh criteria-kriteria tersebut adalah kejelasan (clarity), kesederhanaan (simplicity), dan keamanan (safety).

II.4Varian dan Konsep Varian

Dari berbagai perencanaan mekanisme pembangkit listrik tenaga ombak ini terdapat bermacam-macam kriteria varian yang bisa dipilih untuk membuat mekanisme kerjanya. Variannya antara lain adalah penggunaan mekanisme empat batang, mekasinme roda gigi, mekanisme rantai, dan mekanisme belt. II.5Varian Terpilih

Dalam penyusunan laporan ini, dipilih mekanisme empat batang untuk menyalurkan tenaga yang didapatkan dari air laut untuk diubah menjadi putaran kontinyu.

Flow Chart Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Ombak

BAB IIILANDASAN TEORIIII.1Sistem Konversi Energi Gelombang

Sistem konversi energi gelombang air merupakan salah satu system pembangkit listrik yang dapat diperbaharui (renewable). Generator yang dihubungkan dengan rotor penangkap gelombang air digunakan untuk mengubah energy mekanik dari putaran rotor menjadi energy listrik. System konversi energy gelombang air skala kecil juga sangat cocok digunakan pada pemukiman penduduk, stasiun pengamat cuaca dan stasiun radio didaerah atau pulau yang jauh dari jalur distribusi listrik. Penerapan system konversi energy gelombang air disuatu daerah harus memperhatikan kondisi geografis seperti kecepatan angin terhadap besar atau kecilnya gelombang air laut.

Konversi energi baik dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator/alternator) berlangsung melalui medium medan magnet. Energi yang akan diubah dari satu kelain sistem, sementara akan tersimpan pada medium medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi system lain.

Dengan demikian medan magnet disini berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi juga sekaligus sebagai medium untuk mengkopel proses perubahan energi.

Catatan

Alternator adalah suatu mesin yang megubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik. Tenaga mekanis disini digunakan untuk memutar kumparan kawat penghantar dalam medan magnet ataupun sebaliknya memutar magnet diantara kumparan kawat penghantar.

III.2Perancangan

Deskripsi masalah

Deskripsi masalah adalah untuk menjelaskan segala informasi yang berhubungan dengan alat yang dirancang, sehingga dapat membantu dan mendukung dalam tahap perancangan alat yang akan dirancang. Informasi yang dibutuhkan untuk dapat merancang. Perancangan mekanisme alat pengunah gerak gelombang air laut menjadi putaran kontinyu antara lain : Tinggi gelombang, amplitude gelombang, kapasitas putaran.

Dari tinggi gelombang dan amplitude gelombang yang ditangkap oleh mekanisme rancangan diharapkan mendapatkan putaran yang maksimal. Dari keterangan diatas kita mendapatkan data yang dibutuhkan dalam perangcangan mekanisme alat penangkap gelombang.

Sifat-sifat gelombang dipengaruhi oleh : Kecepatan angin.

Arah dimana angin sedang bertiup.

Jarak tanpa rintangan dimana angin bertiup (Fetch).

L

ya

a

H

x

bBagian-bagian dari gelombang :

Crest: Titik tertinggi puncak gelombang.Trought: Titik terendah gelombang.Wave height: Jarak vertical antara crest dan trought (tinggi

gelombang).

Wave lenghth: Jarak berturut-turut antara dua buah crest (panjang

gelombang).

Wave periode: Waktu yang dibutuhkan crest untuk kembali pada titik

semula secara berturut-turut (periode gelombang).

Wave steepness: Perbandingan antara panjang gelombang dengan tinggi

gelombang (kemiringan gelombang).

Klasifikasi Gelombang Gelombang pasang atau air dangkal (shallow water wave). Kecepatan gelombang ini tidak tergantung panjang gelombang dan mendekati harga . Dengan perbandingan kedalaman L/h1. Gelombang transisi (Trantitional Water Wave). Gelombang pendek (Deep Water Wave).Karakteristik gelombang (Airy 1845)

No.KarakteristikShallow Water WaveTrantitional Water WaveDeep Water Wave

1.h/Lh/L

2.Panjang gelombangT

3.Cepat rambat gelombang

Teori gelombang linier (Airy) biasa disebut gelombang amplitude kecil diperoleh dengan cara melinierkan kondisi batas yang terdapat pada permukaan bebas. Dengan syarat batas permukaan (surface boundary codition) dan syarat batas bawah (bottom boundary condition), kecepatan potensial yang terjadi digunakan sebagai dasar dalam penentuan formula diperlukan beberapa asumsi sebagai berikut : Aliran irotasional. Gaya coriolis diabaikan. Tegangan permukaan diabaikan.

Tekanan permukaan air seragam dan konstan.

Gelombang tegak lurus terhadap penjalarannya.

Kecepatan arah vertikal pada dasarnya nol.

Amplitude gelombang kecil terhadap panjang gelombang dan kedalaman. Zat cair adalah homogeny dan tidak termampatkan (incompressible) atau rapat massa () adalah konstan.

III.3Menentukan Besarnya Gaya

A. Daya gelombang

Daya yang dibangkitkan gelombang tergantung pada ketinggian gelombang dan periode gelombang dalam satuan watt persatuan panjang gelombang.

P= ..g.c = Dimana c2 = (kecepatan group gelombang)a= amplitude gelombang

T= periode gelombang

= berat jenis fluida 1025 kg/m3B. Daya aktual

Daya aktual adalah gaya yang mampu dihasilkan oleh generator, dimana generator memanfaatkan gerakan mekanis berupa purtaran poros, daya aktual ini berupa daya listrik.

Besarnya adalah :

Pact= V x I (Watt)

Pact= Daya aktual (Watt)

V= Tegangan listrik (Volt)

I= Arus listrik (Ampere)

Motor

AlternatifFrekuensi gelombang tegangan :

f= = dengan :

n= rotasi per menit (rpm)

p= jumlah kutub

f = frekuensi (Hz)

= rotasi per sekon

W = m.g

ns = III.4Perhitungan Gelombang

Menurut BMG dan buku pengelolaan sumber daya wilayah pesisir dan lautan secara terpadu penerbit Pradnya Paramitha Tinggi gelombang 1 (satu) meter dengan periode (T) = 8 detik. Gelombang laut pantai utara Cirebon BMG Jatiwangi. http://www.tempointeraktif.com T = 8 detik

y

a

a

H

1 meter

x

b

Gambar III.1. Gaya gelombang

Panjang Gelombang

L = T L = 8 sekon = 25,1 m

Daya yang dimiliki gelombang

P = P = daya gelombang (Watt/m)

= berat jenis air laut (1025 kg/m3)

a = amplitude (m)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

T = periode (s)III.5Kinematika Gerakan

Mekanisme pembangkit listrik tenaga ombak ini menggunakan mekanisme empat batang kinematika. Mekanismenya yaitu :

C

B

61.9 cm

57,2 cm

28.6 cm

W4

60o

O2

95,3 cm

O4Gambar III.2. Mekanisme empat batang pembangkit listrik tenaga gelombangMendapatkan besar putaran di W4 dengan menggunakan periode gelombang air laut.f = = = = 0,125 Hz = 0,125 x 60 = 7,5 rpm

Asumsikan batang di pelampung memiliki kecepatan sudut yang sama dengan di batang O4C

Gambar III.3. Mekanisme BAB IV

PENGOLAHAN DATA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA OMBAK

IV. 1Daya yang dimiliki gelombang

P =

P =

= 8161 kg.m/s3 . = 8161 J/s.m

= 8161 IV.2Gaya yang diberikan gelombang

F = P . A

DimanaP = tekanan (N/m2)

A = Luas penampang (m2)

F = Gaya (N)

air laut = 1025 kg/m3

P = .g.h

= 1025 kg/m3 . 10 m/s2 . 1 m

= 10250 N/m2

A = Alas pelampung

d = 1 m

= (0.5 m)2

= 0,785 m2Maka F = P . A

= 10250 N/m2 . 0,785 m2

= 8046,25 N

BAB V

KESIMPULAN

V.1Kesimpulan Dari Data Gelombang

Daya yang dihasilkan gelombang

P = 8161 Panjang gelombang

L = 25,1 m

Gaya yang diberikan gelombang

F = 8046,25 N

V.2Kesimpulan Dari Perhitungan Mekanisme

W4 = 7,5 rpm

W3 = 10,51 rpm

W2 = 26,4 rpm

P batang 4 = 0,202 KW P batang 2 = 0,195 KWMengubah gelombang air laut menjadi putaran kontinyu

Mulai

Gagasan (Task)

Latar Belakang Masalah

Spesifikasi Keinginan

Varian-varian Fungsi

Varian Terbaik/Terpilih

Kinematika Gerakan

Menghitung Gaya Maksimum

Daya Yang Dibutuhkan

Daya Yang Disediakan

Daya Yang Tersedia

Selesai

Energi Mekanis

Medan Magnet

Energi Listrik

Teknik Mesin Fakultas Teknik3Universitas Sultan Ageng Tirtayasa