LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN UNGGULAN ITS (DASAR ...

1

Judul Penelitian:

Pengembangan dan Pengujian Lapangan (Site test)

Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut

(PLTGL) - Sistem Multi Pendulum

Tim Peneliti:

Dr. Ridho Hantoro, ST., MT.

Erna Septyaningrum, ST., MT.

Irfan Syarif Arief, ST., MT.

LAPORAN KEMAJUAN

PENELITIAN UNGGULAN ITS (DASAR MULTIDISPLIN)

DANA LOKAL ITS TAHUN 2020

Sesuai Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian No: 825/PKS/ITS/2020

DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2020

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN KEMAJUAN1. Judul Penelitian : Pengembangan dan Pengujian Lapangan (Site test)

Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL) - Sistem Multi Pendulum

2. Ketua Tim

a. Nama : Dr. Ridho Hantoro S.T., M.T.

b. Jenis Kelamin : Laki-laki

c. NIP : 197612232005011001

d. Jabatan Fungsional : Lektor

e. Pangkat/Golongan : Penata Muda

f. Fakultas/Jurusan : Fakultas Teknologi Industri dan Rekayasa

Sistem/Departemen Teknik Fisika

g. Laboratorium :

h. Tim :

No Nama LengkapPeran Dalam Tim

Fakultas/Jurusan/Unit Instansi/Perguruan Tinggi

1Erna Septyaningrum ST., MT

AnggotaFakultas Teknologi Industri dan Rekayasa Sistem/Departemen Teknik Fisika

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

2Irfan Syarif Arief ST.,MT.

AnggotaFakultas Teknologi Kelautan/Departemen Teknik Sistem Perkapalan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

3 Yusuf Rifqi Hudaya MahasiswaInstitut Teknologi Sepuluh Nopember

4 Qori’atul Khasanah MahasiswaInstitut Teknologi Sepuluh Nopember

5 Bariz Irfan Ridho MahasiswaInstitut Teknologi Sepuluh Nopember

3. Dana dan Waktu :

a. Jangka waktu program yang diusulkan : 2tahun

b. Biaya yang diusulkan : Rp 220.000.000,-

c. Biaya yang disetujui tahun 2020 : Rp 100.000.000,-

Mengetahui, Surabaya, 14 September 2020

Kepala Pusat Penelitian Potensi Daerah dan Pemberdayaan Masyarakat

Ketua tim peneliti

Dr. Ridho Hantoro S.T., M.T.

NIP. 197612232005011001

NIP.

Agus Muhamad Hatta , ST, MSi, Ph.D

NIP. 197809022003121002

Mengesahkan,Kepala LPPM ITS

ii

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI .............................................................................................................................. ii

DAFTAR TABEL ..................................................................................................................... iii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................ iv

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................................. vi

BAB I RINGKASAN ............................................................................................................. 1

BAB II HASIL PENELITIAN ................................................................................................. 3

2.1 Overview Pembangkit Listrik Tenaga Gelomban (PLTGL) – Multi Pendulum................. 3

2.2 Metode Penelitian ............................................................................................................... 6

2.2.1 Metode Simulasi Menggunakan Computational Fluid Dynamics ...................... 7

2.2.2 Verifikasi hasil Simulasi .............................................................................. 12

2.3 Simulasi Ponton ................................................................................................................ 16

2.3.1 Penentuan Jenis Ponton PLTGL ................................................................... 16

2.3.2 Efek Ukuran Pendulum dan Karakteristik Gelombang terhadap Produksi Energi

PLTGL ....................................................................................................... 18

2.3.3 Efek Bentuk Hull terhadap Prouduksi Energi PLTGL .................................... 22

2.4 Fabrikasi Ponton dan Sistem Mekanik ............................................................................. 26

BAB III STATUS LUARAN .................................................................................................. 28

BAB IV KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN ......................................................... 31

BAB V RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA .............................................................. 32

BAB VI DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 33

BAB VII LAMPIRAN .............................................................................................................. 34

iii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Dimensi Ponton ............................................................................................................ 6

Tabel 2. Variasi Simulasi ......................................................................................................... 10

Tabel 3. Status Luaran Penelitian ............................................................................................. 28

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Konsep desain PLTGL [1]. ....................................................................................... 3

Gambar 2. Instalasi PLTGL [1]. ................................................................................................. 3

Gambar 3. Roadmap Pengembangan PLTG – Sistem Pendulum .............................................. 5

Gambar 4. Desain Ponton Segienam .......................................................................................... 5

Gambar 5. Desain Ponton Katamaran ........................................................................................ 6

Gambar 6. Diagram Alir Penelitian Tahun Pertama................................................................... 7

Gambar 7. Contoh Simulasi Interaksi Ponton Terhadap Gelombang ........................................ 8

Gambar 8. Contoh Simulasi Interaksi Gerakan Pendulum Terhadap Gerakan Ponton .............. 8

Gambar 9. Ponton katamaran simetris........................................................................................ 9

Gambar 10. Ponton katamaran inner flat hull ............................................................................ 9

Gambar 11. Ponton katamaran outer flat hull .......................................................................... 10

Gambar 12. Nilai Massa Jenis Air dan Nilai Gravitasi ............................................................ 12

Gambar 13. Contoh Letak Titik Berat ...................................................................................... 13

Gambar 14. Volume Ponton yang Tercelup Air ....................................................................... 13

Gambar 15. Nilai Momen Inersia ............................................................................................. 14

Gambar 16. Hasil Meshing ....................................................................................................... 14

Gambar 17. Hasil Meshing pada Geometri ............................................................................. 15

Gambar 18. Set Up untuk pilihan “Use Linear starting Conditions” ....................................... 15

Gambar 19. Set Up Parameter Gelombang ............................................................................. 16

Gambar 20. Nilai RAO pada variasi periode gelombang 5 sekon ........................................... 16

Gambar 21. Nilai RAO pada variasi T 6 sekon ........................................................................ 17

Gambar 22. Nilai RAO pada variasi T 10 sekon ...................................................................... 17

Gambar 23. Perbandingan Simpangan Pendulum Variasi 1, 19, dan 37 .................................. 18





Gambar 28. Perbandingan simpangan pendulum pada ponton katamaran saat T 2,32 sekon, dan

massa 100 kg ............................................................................................................................ 22

Gambar 29. Perbandingan simpangan pendulum pada ponton katamaran saat T 2,32 sekon dan

massa 150 kg ............................................................................................................................ 23

Gambar 30. Perbandingan simpangan pendulum pada ponton katamaran saat T 7 sekon dan

massa 100 kg. ........................................................................................................................... 23

v


massa 150 kg. ........................................................................................................................... 24


massa 100 kg. ........................................................................................................................... 25


massa 150 kg. ........................................................................................................................... 25

Gambar 34. Proses Fabrikasi Ponton PLTGL – Multi Pendulum ........................................... 26

Gambar 35. Proses fabrikasi (a). Lengan pendulum; (b). Kerangka pendulum ...................... 27

vi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Draft Makalah Seminar Intenational .................................................................... 34

Lampiran 2 Pengumuman Makalah Diterima ......................................................................... 39

Lampiran 3 Detail Engineering Drawing ................................................................................ 40

1

BAB I RINGKASAN

Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL) merupakan salah satu bentuk

pengembangan dari energi terbarukan sebagai pengganti energi berbahan bakar fosil. Potensi

pengembangan energi gelombang laut mencapai 49.000 MW. Riset Pembangkit Listrik Tenaga

Gelombang Laut (PLTGL) merupakan riset multi-years yang telah dilakukan kelompok penelitian

PLTGL ITS sejak tahun 2002. Pada tahapan sebelumnya, kelompok peneliti PLTGL ITS telah

melakukan penelitian terhadap sistem pendulum dan sistem ponton, bentuk ponton model silinder

dengan silinder kecil (jukung) pada kedua sisinya, pemodelan sistem gerak pendulum pada model

ponton single pendulum menggunakan software Matlab untuk mengetahui dan memprediksi respon

yang akan dihasilkan oleh pendulum, serta yang terbaru pada tahun 2019 telah dilakukan penelitian

menggunakan Software Computational Fluid Dynamic (CFD) dengan model ponton silinder untuk

mengetahui respon gerak dari ponton multi pendulum.

Penelitian yang telah dilakukan oleh kelompok peneliti PLTGL ITS telah mencapai Tingkat

Kesiapan Teknologi (TKT) 4 dan telah dilakukan pengujian laboratorium untuk sistem konversi

PLTGL dengan tujuan mendapatkan desain ponton dan bandul terbaik. Saat ini tim peneliti ITS ingin

meningkatkan penelitian PLTGL ITS hingga mencapai TKT 5 dengan dilakukan site test untuk

ponton yang telah dimodifikasi dari hasil penelitian sebelumnya sehingga pada tahun pertama ini

akan dilakukan pengembangan sistem ponton dan fabrikasi sistem ponton yang mampu

menghasilkan simpangan maksimal.

Pada penelitian ini diperoleh hasil yang menunjukkan bahwa ponton katamaran simetris

menghasilkan simpangan paling besar dari pada ponton katamaran outter flat hull dan ponton

katamaran inner flat hull. Hal ini diketahui dari simulasi dengan menggunakan variasi periode 2,32

massa 100 kg dan 150 kg serta 12 sekon massa beban 100 kg nilai simpangan yang terjadi pada

ponton katamaran simetris lebih besar jika dibandingkan dengan ponton katamaran outer flat hull

dan inner flat hull. Untuk kondisi ketika dilakukan simulasi menggunakan variasi amplitudo

gelombang 0,35 meter dan 0,6 meter nilai simpangan terbesar rata-rata terjadi pada ponton katamaran

simetris. Sementara itu, dimensi dari pendulum juga berpengaruh terhadap simpangan yang mampu

dihasilkan. Untuk periode gelombang laut yang rendah (2,32 s), Pendulum dengan simpangan

terbesar adalah pendulum yang memiliki panjang 1,25 m. Sementara itu, pendulum 100 kg mampu

menghasilkan simpangan terbesar untuk periode gelombang laut yang lebih Panjang yaitu 12 s.

Setelah desain ponton terbaik yaitu ponton katamaran simetris telah ditentukan melalui hasil

simulasi, maka selanjutnya adalah melakukan pembuatan Design Engineering Drawing (DED) yang

merupakan acuan dalam melakukan proses fabrikasi dengan menggunakan bahan fiberglass, bahan

ini dipilih karena kuat, tahan terhadap korosi dan memiliki harga yang lebih murah jika dibandingkan

2

dengan bahan yang lain. DED yang dibuat meliputi DED sistem ponton dan pendulum, sistem

mekanik dan sistem elektrik.

Tahapan selanjutnya yang harus dilaksanakan adalah proses fabrikasi sistem pendulum, serta

pelaksanaan Seminar International pada The 5th International Tropical Renewable Energy

Conference 2020 yang diadakan pada tanggal 29 – 30 Oktober 2020.

Kata kunci: ponton, fabrikasi, DED, PLTGL

3

BAB II HASIL PENELITIAN

2.1 Overview Pembangkit Listrik Tenaga Gelomban (PLTGL) – Multi Pendulum

Teknologi sistem konversi energi gelombang laut terdiri dari beberapa konsep yaitu Point

Absorber, Overtopping device, Oscillating Water Column (OWC), Attenuators, Oscillating Wave

Surge Converter (OWSC) dan Submerged Pressure Differential.

Gambar 1. Konsep desain PLTGL [1].

Beberapa negara sudah banyak mengembangkan teknologi pembangkit listrik ini. Dari macam

– macam konsep pembangkit listrik tenaga gelombang pada Gambar 1, berikut instalasi yang sudah

dilakukan di beberapa negara yang disajikan pada Gambar 2 di bawah ini

Gambar 2. Instalasi PLTGL [1].

Teknologi untuk mengeksploitasi gelombang laut dalam bentuk energi pertama kali ditemukan

oleh Girard seorang ilmuan dari Perancis pada tahun 1799. Pada abad ke-19, seorang insinyur

4

bernama M. Fursenot di Algeria mengembangkan alat yang dapat menangkap osilasi gelombang laut

dan mengubahnya menjadi bentuk energi lain menggunakan sistem buoyant yang dapat berosilasi ke

atas dan ke bawah. Penelitian tentang sistem konversi energi gelombang laut ini terus dikembangkan

hinga pada tahun 1898, seorang bernama P. Wright mematenkan karyanya yang diberi nama “Wave

Motor”. Pada abad ke- 20, Skotlandia membuat instalasi sistem konversi energi gelombang laut atau

pembangkit listrik tenaga gelombang laut dengan jenis Oscillating Water Column (OWC) di Islay

tepatnya pada tahun 2000 dengan kapasitas daya sebesar 500 kW. Pada tahun 2008 Portugis telah

mengembangkan sistem pembangkit listrik tenaga gelombang jenis pelamis yang kemudian juga

dikembangkan di UK. Pelamis merupakan divais yang mengapung dengan segmen berbentuk

silinder besi berlubang yang dihubungkan satu sama lain pada sambungan dua derajat kebebasan [1].

Di beberapa negara Wave Energy Converter (WECs) telah banyak dikembangkan sebagai

energy alternative pengganti energ fosil. Tahun 2015 China melalui Guangzhou Institute of Energy

Conversion (GIEC) mengembangkan sebuah prototype Sharp Eagle WEC dengan ukuran 36m x 24m

x 16m dengan kapasitas daya 100kW di Pulau Wanshan [2]. Yoshio Masuda mengembangkan buoy

yang selanjutnya dinamakan floating oscillating water column dan dikembangkan sejak tahun 1965

[1]. Denmark juga telah mengembangkan WECs jenis overtopping device yang diberi nama

Wavedragon [3]. Norwegia juga mengembangkan WECs dengan jenis yang sama bernama Tapered

Channel Wave Power Device (Tapchan) [4].

Ditinjau dari potensi Indonesia, pengembangan pembangkit listrik tenaga gelombang laut ini

merupakan salah satu sistem konversi energi yang sangat potensial untuk diimplementasikan.

Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki luas perairan sekitar 3.544.743,9 km2 [5],

sehingga memiliki potensi yang besar untuk sumber energi laut yang dapat dikonversikan menjadi

energi listrik. Menurut teori sumber daya energi laut global setara dengan 17.400 Terra Watt

jam/tahun [6]. Sedangkan potensi sumber energi laut Indonesia mencapai 4.680 Giga Watt(GW)

namun turun menjadi 61 Giga Watt(GW) karena adanya pertimbangan kemajuan teknologi dan

kendala transportasi laut serta kondisi lingkungan di dasar laut [7].

Di Indonesia alat konversi energi gelombang laut menjadi energi listrik pertama kali

dikembangkan oleh Zamrisyaf pada tahun 2002 yaitu pembangkit listrik tenaga gelombang laut

sistem bandul (PLTG-SB). Prinsip kerja dari PLTG-SB ini adalah sistem yang sudah dirancang

dalam bentuk ponton, ditempatkan mengapung di atas permukaan air laut. Kemudian sistem tersebut

akan mengikuti gerak atau arus gelombang sesuai frekuensi gelombang laut sehingga menyebabkan

bandul bergerak. Gerakan tersebut kemudian ditransmisikan dalam gerakan berputar untuk

menggerakkan generator kemudian menjadi energi listrik. Daya yang dihasilkan oleh PLTG-SB ini

banyak dipengaruhi oleh dimensi ponton, panjang bandul, massa bandul dan susunan ponton [8].

Pengembangan PLTGL-Sistem Pendulum ini dilakukan secara eksperimental menggunakan ponton

berukuran 4,8 m x 3 m x 3 m dengan besar 13 ton, dan mampu menghasilkan daya kurang lebih 2

5

kW. Penelitian ini kemudian terus dilakukan untuk menganalisa aspek krusial dari sistem ini, yaitu

sistem ponton dan sistem pendulum, seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Penelian lebih lanjut perlu

dilakukan untuk mendapatkan sistem PLTGL yang lebih optimal

Gambar 3. Roadmap Pengembangan PLTG – Sistem Pendulum

Melanjutkan dari penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya, akan dilakukan penelitian

terkait ponton limas segi enam dan ponton katamaran dengan tujuan untuk mendapatkan desain

ponton yang mampu menghasilkan RAO yang besar pada gelombang dengan amplitudo rendah.

Ponton limas segi enam memiliki 4 pendulum berbentuk juring dan 3 cadik yang memanjang di

sekitar lambung utama seperti ditunjukkan oleh Gambar 4. Sedangkan ponton katamaran memiliki

pendulum yang memanjang dan menggantung di antara 2 lambung ponton seperti ditunjukkan pada

Gambar 5. Sementara itu dimensi ponton ditunjukkan pada Tabel 1.

Gambar 4. Desain Ponton Segienam

6

Gambar 5. Desain Ponton Katamaran

Tabel 1. Dimensi Ponton

Jenis Ponton Parameter Nilai (m)

Ponton Limas Segi 6

Tinggi 1.2

Lebar lingkaran/ponton

utama

1.7

Panjang cadik 3

Ponton Katamaran

Panjang lambung 5

Lebar lambung 1.1

Tinggi lambung 1

Jarak antar lambung 1

2.2 Metode Penelitian

Aspek yang menjadi dasar penelitian ponton pembangkit listrik tenaga gelombang laut

(PLTGL) ini meliputi desain dan pengujian lapangan yang terbagi dalam jangka waktu penelitian

tahun pertama dan kedua. Untuk tahun pertama pengembangan PLTGL-Multi Pendulum menitik

beratkan pada simulasi, penentuan desain serta fabrikasi ponton dan sistem mekanik. Adapun

tahapan penelitian dapat digambarkan sebagai berikut:

a. Tahun Pertama

7

Gambar 6. Diagram Alir Penelitian Tahun Pertama

2.2.1 Metode Simulasi Menggunakan Computational Fluid Dynamics

Simulasi dilakukan dengan melalui dua tahapan, tahapan pertama dilakukan untuk melihat

interaksi gelombang yang datang dengan ponton. Setalah hasilnya akan digunakan sebagai data

masukan untuk simulasi untuk melihat gerakan pendulum akibat dari gerakan ponton. Untuk simulasi

pada tahapan pertama dibutuhkan berbagai macam nilai yang diperlukan seperti sarat air, nilai titik

berat, dan titik gaya angkat. Data tersebut dapat diperoleh melalui perangkat lunak desain yang

digunakan.

Pada simulasi ini digunakan ombak yang datang sejajar dengan sumbu x setalah itu juga

dimasukkan untuk variasi dari tinggi dan periode gelombang. Pada hasil simulasi ini akan didapatkan

nilai simpangan dari ponton akibat dari gelombang. Simpangan dari ponton yang diambil merupakan

8

gerakan ponton yang berotasi terhadap sumbu y atau biasa disebut dengan pitching. Dan nantinya

gerakan inilah yang mengakibatkan pendulum dapat berotasi. Kemudian data tersebut digunakan

untuk masukkan dari simulasi gerakan pendulum akibat dari gerakan ponton yang dikenai

gelombang.

Pada simulasi tahap pertama desain yang digunakan cukup bagian pontonnya saja dengan

menggunakan seluruh parameter – parameter ketika ponton telah menopang seluruh sistem

diatasnya. Pada gambar 7 berikut merupakan contoh hasil ketika ponton telah disimulasikan terhadap

gelombang laut dengan salah satu parameter pada variasi yang telah ditentukan. Setelah simulasi

telah dilakukan maka akan didapatkan data berupa pitching ponton.

Gambar 7. Contoh Simulasi Interaksi Ponton Terhadap Gelombang

Pada simulasi tahap kedua disini dimasukkan geometri keseluruhannya karena yang akan

ditinjau adalah pendulumnya. Setelah itu geometri ini diberikan masukkan data berupa pitching

ponton yang telah diperoleh pada tahap pertama setelah itu ponton akan berotasi sesuai data yang

telah dimasukkan dan bandul akan mengayun. Data simpangan bandul ini akan diambil untuk

dilakukan analisis.

Gambar 8. Contoh Simulasi Interaksi Gerakan Pendulum Terhadap Gerakan Ponton

Simulasi dengan menggunakan Computational Fluid Dynamics ini dilakukan sebanyak 3 kali

dengan menggunakan model ponton yang berbeda. Model ponton yang digunakan yaitu ponton

9

katamaran simetris, katamaran outer flat hull dan katamaran inner flat hull. Dari ketiga model ponton

ini akan dibandingkan mana yang menghasilkan gerakan dan simpangan ponton yang maksimal pada

keadaan gelombang yang memiliki amplitudo kecil. Model ponton yang digunakan dapat dilihat pada

Gambar 9-11 berikut ini.

Gambar 9. Ponton katamaran simetris

Gambar 10. Ponton katamaran inner flat hull

10

Gambar 11. Ponton katamaran outer flat hull

Sementara itu, simulasi untuk jenis ponton terbaik akan dilakukan dengan variasi seperti yang

dilakukan ditunjukkan pada Tabel berikut

Tabel 2. Variasi Simulasi

No

Panjang Lengan Bandul

(m)

Massa Bandul

(Kg)

Amplitudo

Gelombang (m)

Periode Gelombang

(s)

1

1

100

0,1

2,32

2 7

3 12

4

0,35

2,32

5 7

6 12

7

0,6

2,32

8 7

9 12

10

152

0,1

2,32

11 7

12 12

13

0,35

2,32

14 7

15 12

16 0,6 2,32

11

No


(m)

Massa Bandul

(Kg)

Amplitudo

Gelombang (m)

Periode Gelombang

(s)

17 7

18 12

19

1,25

100

0,1

2,32

20 7

21 12

22

0,35

2,32

23 7

24 12

25

0,6

2,32

26 7

27 12

28

152

0,1

2,32

29 7

30 12

31

0,35

2,32

32 7

33 12

34

0,6

2,32

35 7

36 12

37

1,5

100

0,1

2,32

38 7

39 12

40

0,35

2,32

41 7

42 12

43

0,6

2,32

44 7

45 12

46

152

0,1

2,32

47 7

48 12

49

0,35

2,32

50 7

51 12

52 0,6

2,32

53 7

12

No


(m)

Massa Bandul

(Kg)

Amplitudo

Gelombang (m)

Periode Gelombang

(s)

54 12

2.2.2 Verifikasi hasil Simulasi

Verifikasi hasil simulasi merupakan sebuah tahapan dimana dilakukan pengecekan terhadap

set up parameter yang digunakan terhadap simulasi yang telah dilakukan. Pertama diperlukan

melakukan setup untuk ukuran laut yang digunakan untuk simulasi dan juga untuk massa jenis airnya,

digunakan untuk besar nilai massa jenisnya adalah 1025 kg/m3 seperti pada Gambar 12 sedangkan

untuk nilai gravitasi yang digunakan adalah 9.80665 m/s2.

Gambar 12. Nilai Massa Jenis Air dan Nilai Gravitasi

Sebelum melakukan simulasi diperlukan penentuan sarat air pada ponton, penentuan ini harus

disesuaikan dengan beban yang ditopang oleh ponton. Dengan menggunakan persamaan 2.6 maka

dapat ditentukan untuk sarat air ponton. Setelah dilakukan perhitungan desain ponton ini dengan

sarat air 0.45 m dapat menopang beban seberat 1342.75 kg, sehingga dapat menopang beban terberat

dari variasi yang akan disimulasikan yaitu 1086 kg. Data pertama yang digunakan untuk melakukan

simulasi ponton terhadap gelombang laut merupakan titik berat. Titik berat dari seluruh komponen

ini dapat diperoleh dari perangkat lunak desain 3D. Gambar 13 merupakan salah satu contoh letak

titik berat dari suatu benda.

13

Gambar 13. Contoh Letak Titik Berat

Selain titik berat juga diperlukan untuk memasukkan parameter untuk volume yang tercelup

air. Nilai ini dapat diperoleh dengan cara memotong desain 3D dengan menyisakan bagian yang

tercelup pada air. Apabila ponton memiliki sarat air 0.45 meter maka didapatkan volume yang

tercelup sebesar 1.31 meter3. Pada Gambar 14 berikut adalah hasil perhitungan volume melalui

perangkat lunak desainer yang digunakan.

Gambar 14. Volume Ponton yang Tercelup Air

Kedua, data yang dibutuhkan untuk melakukan simulasi pada perangkat lunak CFD

(Computational Fluid Dynamics) yang digunakan adalah momen inersianya yang juga didapatkan

dari perangkat lunak desain 3D. Pada Gambar 15 berikut merupakan salah satu contoh nilai momen

inersia dari variasi yang digunakan.

14

Gambar 15. Nilai Momen Inersia

Selanjutnya adalah meshing disini diperlukan untuk memasukkan defeaturing tolerance dan

maximum element size berikut adalah nilai yang dimasukkan seperti pada gambar 16.

Gambar 16. Hasil Meshing

Ketentuan dari penyedia perangkat lunak simulasi ini adalah memiliki nilai total elements

yang tidak melebihi 40000 elemen untuk versi 64-bit dan 18000 elemen untuk versi 32-bit. Semakin

besar nilai maximum element size maka hasilnya akan kurang akurat. Pada salah satu jurnal

menggunakan ukuran maximum element size 0.5 meter [9]. Setelah melakukan meshing maka

didapatkan hasil pada geometri seperti Gambar 17.

15

Gambar 17. Hasil Meshing pada Geometri

Selain simulasi untuk hydrodynamic diffraction untuk mendapatkan data time response

analysis maka diperlukan untuk simulasi pada hydrodynamic response dan salah satu pengaturan

yang diubah yaitu “Use Linear starting Conditions”, karena simulasi pada hydrodynamic response

merupakan simulasi lanjutan dari simulasi hydrodynamic diffraction maka diperlukan melakukan

pengaturan tersebut agar posisi ponton pada simulasi hydrodynamic response memiliki posisi yang

sama dengan posisi ketika simulasi hydrodynamic diffraction. Pada gambar 18 berikut merupakan

set up untuk pilihan “Use Linear starting Conditions”.

Gambar 18. Set Up untuk pilihan “Use Linear starting Conditions”

Parameter yang terakhir merupakan konfigurasi untuk gelombang, sesuai dengan variasi yang

telah digunakan untuk amplitudo dan periodenya. Untuk amplitudo digunakan variasi 0.1, 0.35 dan

0.6 meter. Sedangkan untuk periode digunakan variasi 2.32, 7, dan 12 detik. Ketika memasukkan

parameter ini juga terdapat opsi untuk parameter frekuensinya namun jika sudah memasukkan

parameter periode maka parameter frekuensinya tidak perlu dilakukan lagi. Selain itu juga diberi

arah datang gelombang, arah 180° ini merupakan gelombang yang datang dari depan ponton. Pada

gambar 19 berikut merupakan set up untuk memasukkan parameter gelombang.

16

Gambar 19. Set Up Parameter Gelombang

2.3 Simulasi Ponton

2.3.1 Penentuan Jenis Ponton PLTGL

Penentuan jenis ponton PLTGL dilakukan dengan melakukan simulasi pada ponton limas

segi enam 3 cadik dan ponton katamaran simetris untuk mendapatkan nilai RAO yang besar pada

gelombang dengan amplitudo kecil. Pada tahap ini simulasi dilakukan dengan menggunakan variasi

sarat air, amplitudo dan periode gelombang. Hasil simulasi dapat dilihat pada Gambar 20-22 di

bawah ini.

Gambar 20. Nilai RAO pada variasi periode gelombang 5 sekon

Gambar 20 menunjukkan grafik periode gelombang terhadap nilai RAO arah sumbu y (pitch)

pada amplitudo gelombang 0,3 meter. Berdasarkan pada grafik tersebut dapat diketahui bahwa nilai

RAO yang dihasilkan oleh ponton dengan bentuk katamaran simetris menghasilkan nilai RAO yang

lebih besar jika dibandingkan dengan ponton bentuk limas segienam 3 cadik. Pada ponton katamaran

simetris nilai RAO maksimum sebesar 146⁰ sedangkan pada ponton limas segienam 3 cadik sebesar

17⁰. Hal yang sama juga terjadi pada variasi amplitudo 1,3 meter dan periode gelombang 6 sekon

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 1 2 3 4 5

RA

O p

itch

ing (

⁰)

Periode Gelombang (s)

Variasi A 0,3 m dan T 5 sekon

katamaran Simetris Limas Segienam 3 Cadik

17

pada Gambar 21 dimana nilai RAO ponton dengan bentuk katamaran simetris lebih besar dari ponton

limas segienam 3 cadik. Besarnya nilai RAO pada ponton katamaran simetris 164⁰ dan 51⁰ untuk

ponton bentuk limas segienam 3 cadik.

Gambar 21. Nilai RAO pada variasi T 6 sekon

Gambar 22. Nilai RAO pada variasi T 10 sekon

Gambar 22 merupakan grafik hubungan antara nilai RAO terhadap periode gelombang pada

amplitudo 1,4 meter. Pada grafik tersebut terlihat memiliki trendline yang sama dengan grafik pada

Gambar 20 dan 21 dimana nilai RAO pada ponton katamaran simetris jauh lebih besar daripada

ponton limas segienam 3 cadik. Pada ponton katamaran simetris nilai RAO yang dihasilkan dari

variasi periode gelombang 10 sekon dan amplitudo gelombang 1,4 meter sebesar 176⁰. Sedangkan

pada ponton limas segienam 3 cadik menghasilkan RAO sebesar 73⁰. Jika dilihat dari ketiga grafik

tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin besar periode gelombang dan amplitudonya maka nilai

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 1 2 3 4 5 6

RA

O p

itch

ing (

⁰)



Katamaran Simetris Limas Segienam 3 Cadik

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10

RA

O p

itch

ing (

⁰)



Series1 Limas Segienam 3 Cadik

18

RAO nya juga semakin besar. Nilai RAO yang besar dihasilkan oleh ponton dengan bentuk

katamaran simetris.

Berdasarkan hasil simulasi yang dilakukan untuk, maka pada penelitian ini digunakan

ponton jenis Katamaran, karena ponton ini memiliki RAO yang lebih besar jika dibandingkan dengan

ponton limas segi enam 3 cadik. Selanjutnya dilakukan variasi ukuran pendulum untuk beberapa

karakteristik gelombang yang berbeda.

2.3.2 Efek Ukuran Pendulum dan Karakteristik Gelombang terhadap Produksi Energi

PLTGL

Simulasi untuk mengetahui pengaruh ukuran pendulum dan karakteristik gelombang

terhadap produksi energi pada PLTGL dilakukan setelah didapatkan desain ponton yang

manghasilkan nilai RAO tertinggi. Nilai RAO terbesar dihasilkan oleh ponton dengan bentuk

katamaran simetris. Sehingga pada simulasi tahap 2 ini dilakukan simulasi pada ponton katamaran

simetris dengan variasi panjang lengan pendulum, amplitudo gelombang dan periode gelombang.

Variasi panjang lengan pendulum yang digunakan yaitu 1; 1,25 dan 1,5 meter dengan variasi

amplitudo gelombang 0,1 ; 0,35 dan 0,6 meter. Sedangkan variasi periode gelombang yang

digunakan sebesar 2,32 ; 7 dan 12 sekon.

Setelah dilakukan simulasi terhadap variasi panjang lengan maka dapat dilihat pengaruh dari

perubahan panjang lengan pendulum terhadap gerakan pendulum. Berikut adalah grafik untuk

perbandingan simpangan pendulum dengan massa beban 100 kg, pada periode 2.32 s dan amplitudo

gelombang 0.1 meter dengan variasi panjang lengan pendulum terkait.

Gambar 23. Perbandingan Simpangan Pendulum Variasi 1, 19, dan 37

-150

-100

-50

0

50

100

150

0.0

1.7

3.0

4.1

5.5

6.9

8.4

10

.1

11

.6

13

.1

14

.9

16

.5

17

.9

19

.6

21

.3

22

.9

24

.5

26

.1

27

.7

29

.3

30

.9

32

.4

33

.8

35

.4

37

.0

38

.6

40

.1

41

.7

43

.1

44

.6

Sim

pan

gan

Pen

du

lum

(°)

Waktu (s)

1 m 1.25 m 1.5 m

19

Gambar 23 merupakan perbandingan simpangan pendulum terhadap variasi panjang lengan

pendulum pada saat periode gelombang 2,32 sekon dan amplitudo 0,1 meter. Dapat dilihat apabila

simpangan pendulum pada gelombang laut dengan amplitudo 0.1 meter dan periode 2.32 s memiliki

simpangan pendulum tertinggi ketika memiliki panjang lengan 1.25 meter. Hal yang sama juga

terjadi saat ponton dikenai periode gelombang 7 sekon seperti pada Gambar 24. Simpangan

pendulum paling besar terjadi pada ponton dengan panjang lengan pendulum 1,25 meter.



Sama seperti ketika ponton dikenai periode gelombang 2,32 dan 7 sekon, Gambar 25

merupakan grafik yang menunjukkan perbandingan simpangan pendulum saat ponton dikenai

periode gelombang 12 sekon. Pada gambar 25 dapat terlihat simpangan pendulum pada gelombang

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

0.0

2.0

4.2

6.2

8.4

10

.5

12

.7

14

.9

16

.9

18

.9

21

.2

23

.5

25

.8

28

.1

30

.4

32

.5

34

.4

36

.8

38

.9

40

.8

42

.8

44

.9

46

.8

48

.9

50

.8

52

.7

54

.4

Sim

pan

gan

Pen

du

lum

(°)

Waktu (s)

1 m 1.25 m 1.5 m

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

0.0

2.0

4.1

6.2

8.3

10

.4

12

.4

14

.2

16

.0

17

.7

19

.4

21

.1

22

.9

24

.8

26

.5

28

.1

29

.8

31

.4

32

.9

34

.6

36

.2

37

.7

39

.1

40

.5

41

.8

43

.2

44

.6

Sim

pan

gan

Pen

du

lum

(°)

Waktu (s)

1 m 1.25 m 1.5 m

20

laut dengan amplitudo 0.1 meter dan periode 12 sekon juga memiliki simpangan pendulum tertinggi

ketika memiliki panjang lengan 1.25 meter. Dari ketiga grafik tersebut dapat disimpulkan bahwa

untuk ponton dengan variasi panjang lengan pendulum 1, 1,25 dan 1,5 meter pada kondisi gelombang

dengan amplitudo gelombang 0,1 meter menghasilkan simpangan paling besar pada panjang lengan

pendulum 1,25 meter. Untuk simpangan pendulum pada variasi amplitudo 0,35 meter dapat dilihat

pada Gambar 26-27



Gambar 26 dan 27 merupakan grafik perbandingan simpangan pendulum pada saat periode

gelombang 2,32 dan 7 sekon. Pada Gambar 26 dapat dilihat apabila simpangan pendulum pada

gelombang laut dengan amplitudo 0.35 meter dan periode 2.32 sekon memiliki karakter yang berbeda

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

0.0

2.1

3.5

5.5

7.6

10

.0

12

.3

14

.4

16

.4

18

.2

20

.0

21

.9

23

.9

26

.0

27

.9

29

.8

31

.7

33

.5

35

.5

37

.6

39

.4

41

.0

42

.5

43

.9

45

.4

47

.0

48

.7

Sim

pan

gan

Pen

du

lum

(°)

Waktu (s)

1 m 1.25 m 1.5 m

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

0.0

4.1

7.1

9.7

12

.11

4.6

17

.11

9.5

21

.72

3.9

25

.92

7.8

30

.03

2.2

34

.23

5.9

37

.73

9.6

41

.34

3.0

44

.74

6.7

48

.45

0.2

52

.15

4.2

55

.8

Sim

pan

gan

Pen

du

lum

(°)

Waktu (s)

1 m 1.25 m 1.5 m

21

dibandingakan dengan grafik sebelumnya, namun tetap memiliki simpangan tertinggi pada panjang

lengan 1.25 meter. Pada grafik tersebut terlihat sudut simpangan telah melampaui 360°, hal ini berarti

pendulum telah berputar penuh. Sedangkan pada Gambar 27 dapat dilihat apabila simpangan

pendulum pada gelombang laut dengan amplitudo 0.35 meter dan periode 7 sekon memiliki

simpangan pendulum tertinggi ketika memiliki panjang lengan 1.25 meter. Pada grafik tersebut

terlihat sudut simpangan telah melampaui 360°, hal ini berarti pendulum telah berputar penuh.

Karakteristik yang sama juga terjadi pada variasi amplitude 0,6 meter dimana simpangan terbesar

terjadi pada panjang lengan pendulum 1,25 meter. Sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk variasi

panjang lengan pendulum dari periode gelombang 2,32 ; 7 dan 12 sekon serta amplitudo gelombang

0,1 ; 0,35 dan 0,6 meter, simpangan terbesar dapat dihasilkan dari ponton dengan panjang lengan

1,25 meter.

Pada desain ponton katamaran simetris ini pendulum menggunakan variasi panjang lengan

pendulum 1, 1.25, dan 1.5 meter serta menggunakan massa beban dengan variasi 100 dan 152 kg.

Pemilihan variasi tersebut karena pertimbangan torsi minimum yang harus dicapai untuk penggunaan

pada generator 1 KW dengan spesifikasi 600 RPM, melalui perhitungan. Pada simulasi awal

didapatkan nilai pitching terendah dengan nilai sekitar 18.5°, maka jika menggunakan panjang

lengan pendulum 1 meter harus diberi massa beban minimum 98.45 kg. Dari perhitungan tersebut

maka digunakanlah variasi – variasi seperti pada tabel 2.

Simulasi terhadap perubahan panjang lengan pendulum untuk hasilnya pada kondisi gelombang

0.1 meter dengan periode 2.32, 7, dan 12 s serta pada kondisi gelombang 0.35 meter dengan periode

2.32 dan 7 s didapatkan untuk nilai simpangan pendulum tertinggi terjadi ketika menggunakan

Panjang lengan 1.25 meter. Kondisi tersebut terjadi ketika menggunakan massa beban 100 kg.

sedangkan untuk kondisi lainnya ketika menggunakan massa beban 100 kg rata – rata memiliki

simpangan yang lebih tinggi ketika menggunakan Panjang lengan pendulum 1 meter. Untuk kodisi

ketika menggunakan variasi massa beban 152 kg rata – rata juga terjadi ketika menggunakan panjang

lengan pendulum 1.25 meter. Jadi dapat disimpulkan dari 54 variasi yang digunakan rata – rata

memiliki simpangan terbaik ketika menggunakan panjang lengan 1.25 meter.

Pada hasil simulasi variasi perubahan massa beban pendulum dengan panjang lengan 1 meter

dan parameter gelombang yang digunakan, didapatkan simpangan bandul yang lebih baik ketika

menggunakan massa beban 100 kg kecuali pada kondisi amplitudo gelombang 0.1 meter dengan

periode 2.32 dan 7 s. Sedangkan dengan panjang lengan 1.25 meter dan parameter gelombang yang

digunakan, didapatkan simpangan bandul yang lebih baik ketika menggunakan massa beban 152 kg

kecuali pada kondisi amplitudo gelombang 0.1 meter dengan periode 7 dan 12 s. Jadi karakter ketika

pada parameter gelombang yang cenderung lebih tenang didapatkan nilai simpangan yang lebih

tinggi ketika menggunakan massa beban 100 kg khususnya ketika menggunakan panjang lengan 1.25

22

meter. Ketika menggunakan panjang lengan 1.5 meter dan parameter gelombang yang digunakan,

didapatkan simpangan bandul yang lebih baik ketika menggunakan massa beban 100 kg untuk

periode gelombang 2.32 s pada semua variasi amplitudo gelombang. Untuk variasi periode lainnya

simpangan pendulum didapatkan lebih baik ketika menggunakan massa beban pendulum 152 kg.

Untuk simpangan pendulum terbaik rata - rata didapatkan ketika menggunakan panjang lengan

pendulum 1.25 meter nilai ini terlihat ketika menggunakan parameter amplitudo gelombang yang

kecil yaitu untuk amplitudo 0.1 dan 0.35. Sedangkan untuk amplitudo gelombang 0.60 meter hasil

terbaik rata - rata didapatkan pada panjang lengan pendulum 1 dan 1.5 meter. Hal ini terjadi karena

pada panjang gelombang 0.60 meter kurang bisa melakukan ekstraksi energi karena panjangnya

ponton. Untuk variasi massa beban didapatkan nilai simpangan terbaik rata - rata ketika

menggunakan massa 100 kg ketika pada gelombang dengan amplitude 0.1 dan 0.35 meter sedangkan

ketika amplitudo 0.60 meter hasil simpangan pendulum terbaik ketika menggunakan massa beban

152 kg.

2.3.3 Efek Bentuk Hull terhadap Prouduksi Energi PLTGL

Setelah didapatkan bentuk ponton yang menghasilkan RAO terbesar dan panjang lengan

dengan simpangan paling baik. Selanjutnya pada simulasi tahap ketiga ini dilakukan simulasi dengan

variasi bentuk hull pada ponton katamaran untuk mengetahui respon simpangan yang dihasilkan oleh

pendulum dengan menggunakan panjang pendulum terbaik dari hasil simulasi tahap kedua. Simulasi

dilakukan dengan panjang lengan pendulum 1,25 meter, massa 100 dan 150 kg, periode gelombang

2,32 ; 7 dan 12 sekon serta amplitudo gelombang 0,1;0,35 dan 0,6 meter. Berikut adalah hasil

simulasi pada variasi amplitudo 0,1 meter dapat dilihat pada Gambar 16-21.

Gambar 28. Perbandingan simpangan pendulum pada ponton katamaran saat T 2,32 sekon, dan

massa 100 kg

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 10 20 30 40 50 60

Sim

pan

gan

Pen

du

lum

(⁰)

Time (s)

m=100kg T=2,32s

Outer Flat Hull Inner Flat Hull Simetris

23

Gambar 28 merupakan grafik simpangan pendulum pada saat ponton dikenai periode

gelombang 2,32 sekon dan massa beban 100kg. Sedangkan Gambar 29 merupakan grafik simpangan

pendulum saat periode yang sama namun dengan massa beban 150kg. Berdasarkan kedua grafik

tersebut dapat diketahui bahwa perubahan simpangan pendulum yang terjadi memiliki trendline yang

hampir sama. Nilai simpangan pada ponton katamaran simetris dengan outer flat hull memiliki

perbedaan simpangan yang cukup kecil. Pada saat lengan pendulum diberikan beban 100 kg nilai

simpangan terbesar terjadi pada ponton katamaran simetris. Tetapi saat lengan pendulum diberikan

beban 150 kg nilai simpangan terbesar terjadi pada ponton katamaran outer flat hull dengan selisih

yang cukup kecil dari nilai simpangan maksimum ponton katamaran simetris.

Gambar 29. Perbandingan simpangan pendulum pada ponton katamaran saat T 2,32 sekon dan

massa 150 kg

Gambar 30. Perbandingan simpangan pendulum pada ponton katamaran saat T 7 sekon dan massa

100 kg.

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 10 20 30 40 50 60

Sim

pan

gan

Pen

du

lum

(⁰)

Time (s)

m=150kg T=2,32s


-100

-50

0

50

100

0 10 20 30 40 50 60

Sim

pan

gan

Pen

du

lum

(⁰)

Time (s)

m=100kg T=7s


24


150 kg.

Gambar 30 menunjukkan grafik perubahan simpangan yang terjadi pada ponton dengan

periode gelombang 7 sekon dan massa beban 100kg. Dari grafik tersebut dapat diketahu bahwa nilai

simpangan terbesar terjadi pada ponton dengan bentuk outer flat hull. Kondisi ini berbeda dengan

pada saat ponton dikenai periode gelombang 2,32 sekon dimana perbedaan antara ponton katamaran

simetris dengan katamaran outer flat hull memiliki nilai perbedaan yang cukup kecil. Jika dilihat

pada grafik simpangan pendulum dengan massa beban 100 kg dengan periode gelombang 7 sekon

perbedaan antara simpangan pada ponton katamaran simetris dengan ponton katamaran outer flat

hull sangat jauh. Tetapi memiliki perbedaan yang cukup kecil dengan ponton katamaran inner flat

hull. Hal yang sama juga terjadi pada ponton dengan massa beban pendulum 150kg saat dikenai

periode 7 sekon. Dari Gambar 31 tersebut dapat dilihat bahwa simpangan terbesar juga terjadi pada

ponton katamaran outer flat hull.

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 10 20 30 40 50 60

Sim

pan

gan

Pen

du

lum

(⁰)

Time (s)

m=150kg T=7s


-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60

Sim

pan

gan

Pen

du

lum

(⁰)

Time (s)

m=100kg T=12s


25


100 kg.

Gambar 32 menunjukkan grafik perubahan simpangan yang terjadi pada ponton dengan

periode gelombang 12 sekon dan massa beban 100kg. Dari grafik tersebut dapat diketahu perubahan

simpangan pada ponton katamaran simetris awalnya sangat kecil jika dibandingkan dengan ponton

katamaran outer flat hull yang memiliki perubahan simpangan cenderung konstan dari awal

pergerakan ponton. Namun pada saat ponton bergerak di detik 43 sekon perubahan simpangan pada

ponton katamaran simetris menjadi lebih besar jika dibandingkan dengan ponton katamaran outer

flat hull. Simpangan maksimum pada variasi ini terjadi pada ponton katamaran simetris. Hal yang

berbeda terjadi pada ponton dengan massa beban pendulum 150kg saat dikenai periode 7 sekon. Dari

Gambar 33 tersebut dapat dilihat bahwa simpangan terbesar terjadi pada ponton katamaran outer flat

hull.


150 kg.

Berdasarkan dari grafik pada Gambar 28-33 tersebut dapat diketahui bahwa untuk variasi

periode 2,32 massa 100kg dan 150kg serta 12 sekon massa beban 100kg nilai simpangan yang trejadi

pada ponton katamaran simetris lebih besar jika dibandingkan dengan ponton katamaran outer flat

hull dan inner flat hull. Sedangkan pada variasi periode 7 sekon massa 100kg dan 150kg serta periode

12 sekon massa 150kg dengan amplitudo gelombang 0,1 meter memiliki perubahan nilai simpangan

maksimum pada ponton katamaran outer flat hull. Untuk kondisi ketika dilakukan simulasi

menggunakan variasi amplitudo gelombang 0,35 meter dan 0,6 meter nilai simpangan terbesar rata-

rata terjadi pada ponton katamaran simetris. Sehingga dari simulasi tahap ketiga ini dapat

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 10 20 30 40 50 60

Sim

pan

gan

Pen

du

lum

(⁰)

Time (s)

m=150kg T=12s


26

disimpulkan bahwa ponton yang dapat menghasilkan nilai simpangan paling besar adalah ponton

katamaran simetris.

2.4 Fabrikasi Ponton dan Sistem Mekanik

Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan, diketahui bahwa ponton simetris mampu

menghasilkan simpangan pendulum yang cenderung hampir sama dengan ponton outer flat hull,

namun pendulum yang ditempatkan pada tonton simteris memiliki periode getaran yang cenderung

lebih singkat jika dibandingkan dengan ponton katamaran lainnya. Sehingga untuk penelitian ini

akan menggunakan ponton katamaran simteris. Alasan lain yang mendasari hal pemilihan ponton ini

adalah karena ponton jenis katamaran simetris ini lebih mudah untuk di fabrikasi. Setelah desain

ponton terbaik ditentukan, maka selanjutnya adalah melakukan pembuatan Design Engineering

Drawing (DED) yang merupakan acuan dalam melakukan proses fabrikasi. DED yang dibuat

meliputi DED sistem ponton dan pendulum, sistem mekanik dan sistem elektrik.

Gambar 34. Proses Fabrikasi Ponton PLTGL – Multi Pendulum

27

Fabrikasi ponton dilakukan di salah satu workshop di Sidoarjo, Jawa Timur. Ponton untuk

PLTGL-Multi Pendulum dibuat dengan menggunakan bahan fiberglass. Bahan ini dipilih karena

kuat, tahan terhadap korosi dan memiliki harga yang lebih murah jika dibandingkan dengan bahan

yang lain. Ponton dan sistem mekanik yang telah di fabrikasi ditunjukkan pada Gambar 34-35.

(a) (b)

Gambar 35. Proses fabrikasi (a). Lengan pendulum; (b). Kerangka pendulum

28

BAB III STATUS LUARAN

Penelitian pengambangan PLTGL-Multi Pendulum ini direncanakan untuk dilaksanakan selama

2 (dua) tahun. Secara umum penelitian yang telah dilakukan ini telah mencapai target penelitian

mencapai 70%, dimana telah dilakukannya desain dan perhitungan PLTG-Multi Pendulum,

pembuatan DED, fabrikasi ponton dan kerangka serta pengusunan draft makalan seminar

international. Secara lebih detail, status luaran sampai saat ini ditunjukkan oleh Tabel 3.

Tabel 3. Status Luaran Penelitian

No Luaran Status Keterangan/Dokumentasi

1. Perhitungan dan DED PLTGL (Ponton dan system pendulum)

a. Simulasi Ponton

dan Sistem

Pendulum

Selesai Simulasi ini dibagi menjadi beberapa tahap,

diantaranya:

a. Penentuan jenis ponton

b. Penentuan efek ukuran pendulum terhadap

simpangan pendulum

c. Efek bentuk hull terhadap simpangan pendulum

Simulasi dilakukan dengan menggunakan

Computational Fluid Dynamic (CFD)

29


b. Pembuatan DED

PLTGL

Selesai DED dibuat dengan pertimbangan utama berdasarkan

hasil simulasi yang dilakukan.

2. Purwarupa berupa

ponton dan system

multi pendulum

Pembangkit Listrik

Tenaga Gelombang

Laut (PLTGL)

Selesai Purwarupa ponton dibuat berdasarkan DED yang telah

dibuat sebelumnya. Material Fiber dipilih untuk

pembuatan ponton. Sementara itu kerangka turbin

dibuat dengan menggunakan material besi yang di

coating sesuai dengan standard marine used.

30


3. Publikasi makalah

ilmiah pada Seminar

International

Draft -

Accepted

Publikasi akan dilakukan dalam The 5th International

Tropical Renewable Energy Conference 2020 yang

diadakan pada tanggal 29 – 30 Oktober 2020

31

BAB IV KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN

Berikut ini merupakan beberapa kendala yang dihadapi tim selama proses pelaksanaan penelitian ini,

diantaranya

a. Proses verifikasi dari simulasi yang dilakukan. Proses ini merupakan salah satu proses yang

krusial karena menentukan apakah hasil simulasi tersebut dapat merepresentasikan kondisi

kenyataannya.

b. Proses fabrikasi yang terkendala adanya kondisi pandemic. Hal ini menyebabkan adanya

pembatasan jumlah pekerja dan jam kerja di workshop mitra sehingga proses fabrikasi

memerlukan waktu yang lebih lama.

c. PLTGL – Multi pendulum ini di desain untuk dapat diimplementasikan secara modular dan

harus mampu bersaing dengan sumber energi konvensional yang saat ini banyak digunakan,

seperti dari diesel/genset. Oleh karena itu, penentuan material ponton dan sistem pendulum

yang harus tahan dalam kondisi lingkungan yang ekstrim (lingkungan laut) namun harus

mempertimbangkan faktor biaya, sehingga tetap dapat bersaing dengan sumber energi lainnya.

Berikut merupakan langkah yang diambil untuk mengatasi kendala tersebut, diantaranya

a. Verfikiasi dilakukan dengan cara memastikan kesesuaian antara setting dan assumsi yang

digunakan dengan kondisi sebenarnya.

b. Fabrikasi dilakukan secara parallel antara pembuatan ponton dan kerangka pendulum. Selain

itu, fabrikasi telah dilakukan lebih awal sehingga proses fabrikasi bisa selesai tepat waktu.

Walaupun dalam kondisi pandemik ini, fabrikasi tetap dilakukan dengan memperhatikan

protokol Kesehatan yang berlaku

c. Material fiber glass dipilih karena memiliki ketahanan yang baik pada kondisi lingkungan yang

ekstrim, selain itu material ini memiliki harga yang cukup terjangkau. Tidak perlu cat anti korosi

untuk ponton, karena ponton dibuat bari material fiber glass.

32

BAB V RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA

Untuk mencapai tujuan penelitian ini, maka terhadap beberapa tahapan yang harus dipenuhi

selanjutnya, meliputi:

a. Fabrikasi pendulum

Fabrikasi pendulum direncanakan akan diadakan di bulan Agustus 2020, dengan massa sebesar

100 kg.

b. Pelaksanaan Seminar International

Pelaksanaan seminar international diagendakan pada tanggal 29 – 30 Oktober 2020.

33

BAB VI DAFTAR PUSTAKA

[1] H. Titah, "An Up-to-Date Technologies Review and Evaluation of Wave Energy

Converters," International Review of Electrical Engineering , vol. 10, 2015.

[2] "An Overview of Ocean Energy Activities in 2018," Ocean Energy Systems Annual

Report, p. 67, 2018.

[3] P. F. E. F.-M. a. H. S. J.P Kofoed, "Prototype Testing of the Wave Energy

Converter Wave Dragon," Renew Energy, Vols. 181-189, p. 31, 2006.

[4] A. d. O. F. D.V. Evan, "Hydrodynamic of Ocean Wave Energy Utilization,"

Springer, pp. 51-55, 1986.

[5] I. R. H. Irfan.S.Arief, "Respon to Pontoon and Pendulum Motion at Wave Energy

Converter Based on Pendulum System," E3S Web of Conferences 43,01022 (2018),

2017.

[6] J. K. a. G. Bhuyan, "Ocean Energy: Global Technology Development Status,"

Report prepared by Powertech Labs for the IEA-OES (Implementing Agreement on

Ocean Energy Systems - International Energy Agency, 2009.

[7] S. Said, Energi Outlook Indonesia, vol. 11, Jakarta Selatan: Dewan Energi

Nasional, 2014, p. 4.

[8] J. Falnes, "A Review of wave Energy Extraction," Science Direct Marine

Structure, vol. 20, pp. 185-201, 2007.

[9] S. Junianto, Mukhtasor and R. W. Prastianto, "Motion Response Modeling of

Catamaran Type for Floating Tidal Current Energy Conversion System n Beam Seas

Condition," in Proceedings of Academicsera 12th International Conference, Seoul,

2017.

34

BAB VII LAMPIRAN

Lampiran 1 Draft Makalah Seminar Intenational

Response Analysis of Pendulum and Pontoon on Ocean

Wave Energy Conversion System (OWCS) – Double

Pendulum System

Ridho Hantoro1, a) Erna Septyaningrum1,b) Bariz Irfan Ridho,c) Ahmad Wildan

Mahmashani

1Department of Engineering Physics, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia a)Corresponding author: [email protected]

b) [email protected] bariz c)[email protected]

Abstract. The growing energy need, and the limitation of fossil fuel encourage many researchers to develop

renewable energy technology. The good availability and the environmentally friendly of renewable energy, make

it to be the best choice for energy production. One of the renewable energy sources comes from the sea, ocean

wave energy has the potential to be extracted sustainably. Devices that convert ocean energy into electrical energy

are called Ocean Wave Energy Conversion System (OWCS). This work proposed the new technology of OWCS,

known as OWCS-Double Pendulum. The analysis of catamaran pontoon dan pendulums was carried out by

utilizing the Computational Fluid Dynamics method. The numerical analysis shows that the smaller the wave period

value, the greater the pontoon pitching value. The wave (amplitude and period) and pendulum (length and mass)

parameters were variated to know the pendulum response toward the design parameter. Meanwhile, the greater the

wave amplitude value, the greater the pontoon pitching value. The largest pontoon pitching value was obtained

when using the 2.32 s wave period with a pitching value of 5.51°. When using a 2.32 s period and an amplitude of

0.6, the pitching pontoon value was 23.81°. When using the ocean wave period 2.32 s and the ocean wave amplitude

0.1 m, the largest pendulum deviation value is obtained when using a pendulum arm length variation of 1.25 m

with a value of 109.57°. When using the variation of wave period 12 s and wave height 0.1 m, the pendulum

deviation value is higher when using a load mass of 100 kg with a value of 61.7°.

INTRODUCTION

The energy demand continues growing along with the increasing human population growth in Indonesia.

According to the General Planning for National Energy, Indonesia produced 382.9 MTOE and consumed 110.5

MTOE in 2017 [10]. Meanwhile, in 2018, the energy production was 411.6 MTOE and the consumption was

114 MTOE [11]. The energy consumption in Indonesia increases by 3.5 MTOE every year. Nowadays,

Indonesia facing the decrement of energy production especially in the petroleum sector, on the contrary, the

demand for petroleum is increasing every year. As most of the electricity is produced by coal-fired power

plants, Indonesia has a bid dependence on fossil fuel supply. Energy diversification is very urgently needed to

reduce the dependency on fossil fuel.

Renewable energy technologies have been proposed as the solution of the issue since this is an

environmentally friendly technology and the resource is abundantly available. Renewable energy technology

is often site-specific technology, in which the implementation of the technology is based on the potential of the

region. The three most developed marine energies are tidal energy, wave energy, and ocean thermal energy.

The ocean wave energy conversion system (OWCS) is the most attractive to be exploited sustainably [12].

The development of OWCS was a worldwide project. America, Europe, China, and India are at the forefront

of developing strategies to increase the share of an ocean wave in their energy mix [4,5]. Researchers had

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

35

proposed many concept and design of wave energy conversion. There are three main categories of OWCS, i.e.

(1) Oscillating Water Columns (OWCs), (2) Oscillating Bodies, and (3) overtopping system. OWCS is

characterized by the interaction of the device and the ocean wave. The challenges for OWCS ranging from the

availability of suitable wave and the survivability of the material in the severe environmental condition, [6,7].

The commercial of technology is still rare. Most of its development activities are still in the prototyping and

model test stages. Some of the existing OWCS technologies include DEXA WEC (26 kW/m) [8]; Danish Wave

Energy Program System [9], Weptos (sea trail phase) [10]; Pelamis [11] and soon. Due to OWCS technology

is a site-specific technology, the design for OWCS in Indonesia must be adapted to the characteristic of the

ocean waves in Indonesia

The current research is conducted on a design and simulation study of ocean wave energy conversion

system using a double pendulum, which is adapted to the characteristic of an ocean wave in Indonesia. It is

included in the oscillating body category. This technology consists of a catamaran ponton and pendulum

system, as shown in Figure 1. The wave energy will be received by the ponton, further, it converted into

mechanical energy by the pendulum system, following the simple oscillation concept. The mechanical

component takes an important role in matching the pendulum output (RPM and torque) and the generator

specification.

The response of the ponton is continually following the wave characteristic such us wave amplitude and

wave period [13]. Hence, it should be considered for the design and capacity determination of OWCS.

Moreover, the design of the pendulum and catamaran is the main consideration to optimize the energy

conversion process. Research carried out by [12] stated that the design parameter for the OWCS consist of (a)

pontoon dimension and geometry, (b) pendulum mass and length, and (c) pontoon arrangement [12]. The

catamaran designs in such a way that it has a maximum pitching angle resulting in optimum energy production.

The current work carried out the simulation study to analyses the response of the ponton and pendulum

system toward the different wave characteristic and pendulum dimensions. The well-known method,

Computational Fluid Dynamic is utilized as it is an effective and low-cost method to conduct the preliminary

study before the design is fabricated and tested. The novel design of OWCS is proposed in this study. This

technology is the alternative to provide electricity supply for the rural area in Indonesia, particularly which has

potential wave energy resource. This is an easy operated and maintained technology. Moreover, it supports the

diversification programs in Indonesia.

RESEARCH METODOLOGY

Wave Energy Conversion Design

The design of OWCS-Double Pendulum generally consists of several systems, i.e. catamaran ponton,

pendulum system, mechanical system, and electrical system. The OWCS-Double Pendulum capture wave

energy, which is converted to the pitching motion of the pontoon, then transferring this energy to move the

pendulums above it. The one-way bearing system is employed to connect the generator and pendulum system.

This electrical energy obtained can be used directly or stored in the battery.

The catamaran ponton in the OWCS-Double Pendulum is designed to keep in the maximum pitching

motion however it should be in the stable condition and not be sink. As the pendulum, mechanical or

transmission system, and the electrical system is placed on the pontoon, the design of the pontoon must

guarantee that it can support all loads, both the pontoon itself and the entire system above it. The catamaran

design is chosen as it can capture more energy, indicated by a high Response Amplitude Operator (RAO). The

adjustment of ponton hull can increase the RAO, which directly escalate energy production.

FIGURE 1. Design of OWCS – Double Pendulum

36

By considering the effect of each system to the ponton and pendulum response, the CFD simulation model

is simplified, as depicted in Figure 1. But the mass of all systems is taken into account. The pendulum arm

length is varied by 1 m, 1.25 m, and 1.5 m. Meanwhile, the mass of the pendulum is varied by 100 and 152 kg.

The choice of this variation considers the minimum torque that must be achieved for 1 KW generator 600

RPM.

Simulation Setup

The simulation is conducted through two steps, the first step is carried out to see the interaction of the

incoming waves and the pontoon. The first step result is used as input data for the simulation, aiming to see the

pendulum motion because of the pontoon movement. The input parameter for the first step simulation is a load

of water, point of gravity, and point of the lift. This data can be obtained through the design software used. The

assumption used in this simulation that the incoming waves are parallel to the x-axis, after which it is also

included for variations of the wave height and period. In the simulation results, the deviation value of the

pontoon due to waves will be obtained. The deviation from the pontoon taken is the movement of the pontoon

that rotates about the y-axis or commonly known as pitching. And later this movement causes the pendulum to

rotate. Later the data is used as the input of the pendulum motion simulation. The variation of the wave

characteristic is adapted from the Indonesian wave data.

Before performing the simulation, it is necessary to determine the water load on the pontoon, this

determination must be adjusted to the load supported by the pontoon. The calculation shows that pontoon with

0.45 m of water depth can support 1342.75 kg. Hence, it can support the heaviest load of the variation to be

simulated, which is 1086 kg. The greater the maximum element size, the less accurate the result will be. Hence,

the computational cost and requirement need to be considered in the discretization process. In this study, a

maximum meshing element size of 0.1 m was used and a defeaturing tolerance size of 0.05 meters. [13] stated

that the maximum element size is 0.5 m. Furthermore, it is also necessary to input the center of gravity and the

floating-point of the pontoon. The total element generated in this simulation is 5687.

FIGURE 2. Simulation of Pontoon

PAREMETER ANALYSIS

Response of Pontoon toward Wave Characteristic

The pontoon response analysis was carried out based on the variation of wave height, i.e. 0.1 m, 0.35 m,

and 0.60 m, and the variation of the wave periods, i.e. 2.32 s, 7 s, and 12 s. Moreover, variations in the length

of the arm and the mass of the pendulum load were also carried out, therefore the overall mass would increase

and result in a shift in the center of gravity (will be explained in the next chapter). Figure 3 shows the

comparison of the pontoon pitching with a pendulum mass of 100 kg and a pendulum arm length of 1 m. For

the wave height of 0.1 m, the maximum pitching angle is obtained at waves period of 2.32 s, as depicted in

Figure 3 (a). The shorter wave period indicates higher energy potential, which leads to maximizing energy

production.

For the same pendulum dimension, the wave period is kept in the same value of 2.32 kg however the wave

height is variated to be 0.1 m, 0.35 m, and 0.60 m. Figure 3 (b) shows the change of pontoon pitching toward

wave height variations. The wave height is proportional to the energy potential of the wave, leading to the

maximum pontoon pitching. In this case, the highest pitching pontoon is obtained at an amplitude of 0.60 m.

37

(a) (b)

FIGURE 3. Pontoon Pitching toward Wave Parameters (a) Wave Period; (b) Wave amplitude

The response of the pontoon due to the waves is obtained from the CFD simulation. It is shown that the

higher the wave height causes the pontoon to experience the greater the pitching value. On the contrary, the

pontoon experiences the highest pitching angle at a short period wave. However, at the wave amplitude of 0.6

m and a period of 2.32 s, the movement of the pontoon cannot experience maximum pitching because the

pontoon has not returned to a stable state and has been subjected to the next wave. But the pontoon experience

highest pitching angle at a period of 7 s. According to the theory, if a wave with a small period or a large

frequency will result in a greater movement of the floating object when compared to waves that have a large

frequency [14]

Response of Pendulums toward Pendulum Dimension

The pendulum simulation shows the effect of pendulum length and mass toward pendulum response. The

result of the simulation is represented in Figure 4. In this simulation, the wave characteristic is kept in the same

amplitude and period, i.e. 0.1 m and 2.32 s respectively. Figure 4 (a) exhibits the effect of pendulum arm length

at a constant pendulum mass of 100 kg. In this case, the highest pendulum deviation is obtained by 1.25 m

pendulum length.

FIGURE 4. Comparison of Pendulum Deviation for variation of (a) Arm Length; (b) Pendulum Mass

Figure 4 (b) depicts the comparison of pendulum deviation for different pendulum mass. In this case, the

arm length, wave period and wave amplitude are kept constant at 1 m, 12 s, and 0,1 m respectively. It can be

seen that in this condition, the higher pendulum deviation is gained by a pendulum with 100 kg of mass.

Extend the length of the pendulum arm increases the height of the frame which supports the pendulum

system, leading to shifting the point of gravity on the system. However, the variation used has the longest arm

length of 1.5 m so that this variation has the highest point of gravity compared to other variations. From the

simulation results, it is found that the location of the metacentric point is at an altitude of 1,961 meters while

the location of the center of gravity is at an altitude of 0.4787 meters hence the location of the metacentric

point is above the center of gravity. According to the pontoon theory, this condition is classified as positive

stability. For variations in the change in the load mass of the two variations used, i.e. 100 and 152 kg, it was

obtained that the higher pendulum deviation is for 100 kg pendulum. The best combination of arms-length and

pendulum mass to get optimum energy conversion is 1.25 m pendulum length and 100 kg pendulum mass.

Conclusion

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0

2.9

5.8

8.7

11

.6

14

.5

17

.4

20

.3

23

.2

26

.1 29

31

.9

34

.8

37

.7

40

.6

43

.5

46

.4

49

.3

52

.2

55

.1 58

Pit

chin

g P

on

ton

(°)

Waktu (s)

2.32 s 7 s 12 s

-25

-15

-5

5

15

25

0

2.9

5.8

8.7

11

.6

14

.5

17

.4

20

.3

23

.2

26

.1 29

31

.9

34

.8

37

.7

40

.6

43

.5

46

.4

49

.3

52

.2

55

.1 58

Pit

chin

g P

on

ton

(°)

Waktu (s)

0.1 m 0.35 m 0.60 m

-150

-100

-50

0

50

100

150

0.0

2.2

3.6

5.4

7.1

9.2

11

.2

13

.2

15

.5

17

.3

19

.4

21.6

23

.7

25

.7

27

.8

29

.9

31

.8

33

.7

35

.7

37

.8

39

.9

41

.8

43

.8

Pen

du

lum

Dev

iati

on

(°)

Time (s)

1 m 1.25 m 1.5 m

-30

-20

-10

0

10

20

0.0

2.8

5.6

8.4

11

.31

3.8

16

.21

8.5

20

.82

3.3

25

.72

7.9

30

.23

2.4

34

.63

6.7

38

.74

0.5

42

.44

4.2

46

.14

8.0

50

.15

2.1

Pen

du

lum

Dev

iati

on

(°)

Time (s)

Massa Beban = 100 Kg Massa Beban = 152 Kg

38

The smaller the wave period value, the greater the pontoon pitching value. Meanwhile, the greater the wave

amplitude value, the greater the pontoon pitching value. The largest pontoon pitching value was obtained for

the 2.32 s wave period with a pitching value of 5.51°. For a period of 2.32 s and an amplitude of 0.6, the

pitching pontoon value was 23.81°. At the ocean wave period of 2.32 s and the ocean wave amplitude of 0.1

m, the largest pendulum deviation value is obtained by 1.25 m pendulum with a value of 109.57°. For the wave

period of 12 s and a wave height of 0.1 m, the pendulum deviation is higher when using 100 kg pendulum,

with a maximum deviation of 61.7°.

Acknowledgments

We would like to thank to Institute of Research and Community Service (LPPM) ITS for funding this

research and also Energy Engineering and Environmental Conditioning Laboratory for supporting this research

References

[1] H. Titah, "An Up-to-Date Technologies Review and Evaluation of Wave Energy

Converters," International Review of Electrical Engineering , vol. 10, 2015.

[2] "An Overview of Ocean Energy Activities in 2018," Ocean Energy Systems Annual Report,

p. 67, 2018.

[3] P. F. E. F.-M. a. H. S. J.P Kofoed, "Prototype Testing of the Wave Energy Converter Wave

Dragon," Renew Energy, Vols. 181-189, p. 31, 2006.

[4] A. d. O. F. D.V. Evan, "Hydrodynamic of Ocean Wave Energy Utilization," Springer, pp.

51-55, 1986.

[5] I. R. H. Irfan.S.Arief, "Respon to Pontoon and Pendulum Motion at Wave Energy Converter

Based on Pendulum System," E3S Web of Conferences 43,01022 (2018), 2017.

[6] J. K. a. G. Bhuyan, "Ocean Energy: Global Technology Development Status," Report

prepared by Powertech Labs for the IEA-OES (Implementing Agreement on Ocean Energy

Systems - International Energy Agency, 2009.

[7] S. Said, Energi Outlook Indonesia, vol. 11, Jakarta Selatan: Dewan Energi Nasional, 2014,

p. 4.

[8] J. Falnes, "A Review of wave Energy Extraction," Science Direct Marine Structure, vol. 20,

pp. 185-201, 2007.

[9] S. Junianto, Mukhtasor and R. W. Prastianto, "Motion Response Modeling of Catamaran

Type for Floating Tidal Current Energy Conversion System n Beam Seas Condition," in

Proceedings of Academicsera 12th International Conference, Seoul, 2017.

[10] Dewan Energi Nasional, Outlook Energi Indonesia 2018, Jakarta, 2018.

[11] Dewan Energi Nasional, Outlook Energi Indonesia 2019, Jakarta, 2019.

[12] S. Said, "Energi Outlook Indonesia," Dewan Energi Nasional, Jakarta Selatan, 2014.

[13] A. Goldman, "Introduction to Wave Energy Converters," 28 Oktober 2012. [Online].

Available: http://www.renewablegreenenergypower.com/introduction- to-wave-energy-

converters-wecs/. [Accessed 4 November 2019].

[14] Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan, Bangunan dan Stabilitas Kapal Perikanan 1, 2015.

[15] Y. B. Mustofa, "Analisa Gerakan Ponton Model Tripod untuk Energi Gelombang Sistem

Bandulan," Jurnal Teknik ITS, vol. I, pp. 203-206, 2012.

[16] A. Pecher and J. P. Kofoed, Handbook of Ocean Wave Energy, Aalborg: Springer, 2017.

39

Lampiran 2 Pengumuman Makalah Diterima

40

Lampiran 3 Detail Engineering Drawing

45° 100

0

2477.48

1000

500

500

400

0

1000

R1000

R1500

1000

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

45°

100

0 500

1000 500 2500

707.11

400

0

1000 1000 1000

250

0 A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

141

7.98

1140

1990 9

09.9

9

1257.11

70.01°

149

4.91

235.40

385 385 1140

260

185

1

85

185

1

85

251.45 940

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

10

40

40

150

285 205

530

114

5

150

500

100

70

70

200

2

00

50

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN UNGGULAN ITS (DASAR ...

Documents

Transcript of LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN UNGGULAN ITS (DASAR ...