PROPOSAL REVISI

PENELITIAN DOKTOR BARU

DANA ITS TAHUN 2020

Judul Penelitian:

Studi Eksperimen Karakteristik Kemampuan Self-Start

pada Turbin Arus Laut Sumbu Vertikal

Tim Peneliti:

Dr. Dendy Satrio, S.ST. (Departemen Teknik Kelautan/ Fakultas Teknologi Kelautan/

Institut Teknologi Sepuluh Nopember)

Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, M.Sc., Ph.D., C.Eng., FRINA (Departemen Teknik

Perkapalan/ Fakultas Teknologi Kelautan/ Institut Teknologi Sepuluh Nopember)

DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2020

ii

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL .......................................................................................................... i

DAFTAR ISI ........................................................................................................................ iii

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

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

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................................... v

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

BAB II LATAR BELAKANG ....................................................................................... 2

2.1 Latar Belakang ............................................................................................ 2

2.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 4

2.3 Tujuan ......................................................................................................... 4

2.4 Urgensi Penelitian ....................................................................................... 4

2.5 Skema Penelitian ......................................................................................... 5

BAB III TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................... 6

3.1 Road Map Penelitian ................................................................................... 6

3.2 State of the Art Penelitian ........................................................................... 6

3.3 Energi Arus Laut ......................................................................................... 7

3.4 Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLTAL) ........................................ 8

3.5 Turbin Arus Laut ...................................................................................... 10

BAB IV METODE ......................................................................................................... 13

4.1 Diagram Alir Penelitian ............................................................................ 13

4.2 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................... 14

4.3 Peralatan dan Model Eksperimental ......................................................... 14

4.4 Variabel Penelitian dan Kondisi Operasi .................................................. 15

4.5 Pembagian Tugas Peneliti ......................................................................... 17

BAB V JADWAL DAN RANCANGAN BIAYA ....................................................... 18

5.1 Jadwal ....................................................................................................... 18

5.2 Rancangan Biaya ...................................................................................... 19

BAB VI DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 20

BAB VII LAMPIRAN ..................................................................................................... 22

7.1 Biodata Tim Peneliti ................................................................................. 22

7.2 Target Luaran ............................................................................................ 25

iii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. State of the art penelitian kemampuan self-start turbin arus laut sumbu vertikal .. 7

Tabel 2. Susunan tim peneliti dan pembagian tugas ........................................................... 17

Tabel 3. Jadwal kegiatan penelitian .................................................................................... 18

Tabel 4. Rencana anggaran biaya penelitian yang diajukan ............................................... 19

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Roadmap sektor energi arus laut di Indonesia .................................................... 3

Gambar 2. Road map dan track record penelitian turbin arus laut dari peneliti .................. 6

Gambar 3. Skema proses konversi energi pada PLTAL ...................................................... 8

Gambar 4. Turbin SeaGen .................................................................................................... 9

Gambar 5. Turbin Darrieus BPPT ...................................................................................... 10

Gambar 6. Beberapa konfigurasi turbin sumbu horizontal ................................................. 11

Gambar 7. Beberapa konfigurasi turbin sumbu vertikal ..................................................... 12

Gambar 8. Diagram alir penelitian ...................................................................................... 13

Gambar 9. Fasilitas towing tank FTK-ITS .......................................................................... 14

Gambar 10. Penampang samping turbin dan kerangka dan penampang model turbin ....... 15

v

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Biodata Tim Peneliti ....................................................................................... 21

Lampiran 3. Target Luaran ................................................................................................. 24

Lampiran 4. Rencana Anggaran Biaya Penelitian .............................................................. 25

1

BAB I

RINGKASAN

Sebagian besar pembangkit listrik di Indonesia masih menggunakan sumber energi

kovensional. Padahal teknologi konversi energi arus laut banyak diusulkan sebagai solusi

untuk pembangkit listrik dengan sumber energi terbarukan. Hingga saat ini teknologi tersebut

masih pada tahap penelitian, pengembangan, dan pengujian lapangan. Turbin tipe vertikal

memiliki beberapa kelebihan yaitu lebih murah dalam produksi, kemudahan instalasi karena

generator dapat diletakkan di atas struktur dan cocok untuk sistem terapung. Kelebihan itu

sangat sesuai dengan kondisi lingkungan laut dan kemampuan teknologi produksi yang ada di

Indonesia. Apalagi Indonesia memiliki potensi praktis energi arus laut yang mencapai 18

GW. Akan tetapi, turbin jenis vertikal memiliki kemampuan self-start yang tergolong lebih

rendah dari tipe horizontal. Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan dari topik penelitian

doktoral yang sudah dikerjakan. Penelitian doktoral sebelumnya telah mengkaji tentang

kinerja turbin vertikal dengan tiga parameter yaitu (1) kemampuan self-start, (2) fluktuasi

torsi dan (3) efisiensi. Akan tetapi, kajian kemampuan self-start masih sebatas mengetahui

pada kecepatan arus berapa turbin mulai berputar sehingga perlu dilakukan kajian lebih

dalam mengenai karakteristik dan upaya peningkatannya melalui skema Penelitian Doktor

Baru. Tahap pertama penelitian difokuskan pada penelitian dengan cara mengkaji secara

lebih dalam literatur yang telah diterbitkan mengenai kemampuan self-start turbin arus laut

sumbu vertikal. Selanjutnya, penelitian fokus untuk mencari cara atau modifikasi agar

kemampuan self-start turbin bisa lebih baik melalui pengujian eksperimen turbin vertikal

dengan menggunakan towing tank. Penelitian ini penting dilakukan karena belum banyak

peneliti yang fokus mendalami masalah ini. Oleh karena itu, penelitian ini diharapkan bisa

mengetahui karakteristik kemampuan self-start turbin arus laut sumbu vertikal dan bisa

meningkatkan kemampuan ekstrasi energi di keadaan awal operasi dan terutama di wilayah

dengan potensi arus yang rendah seperti yang ada di Indonesia. Target luaran penelitian ini

adalah wajib satu Jurnal Internasional terindeks Scopus Q2 (target Journal of Marine Science

and Application diterbitkan Springer, Q2, H-index 18, SJR 0,37) dan tambahan yaitu

prototipe turbin sumbu vertikal. Selain itu, selama proses penelitian juga diharapkan dapat

mengikuti konferensi internasional yang fokus di bidang ini yaitu AWTEC 2020 di Australia

(Asian Wave and Tidal Energy Conference).

Kata Kunci: Energi arus laut, turbin sumbu vertikal, self-start, studi eksperimen, towing tank.

2

BAB II

LATAR BELAKANG

2.1 Latar Belakang

Dewasa ini ketergantungan terhadap ketersediaan energi semakin hari semakin

meningkat. Hal ini disebabkan karena pertambahan jumlah penduduk, pertumbuhan

perekonomian, perkembangan dunia industri, kemajuan teknologi dan meningkatnya standar

kenyamanan hidup di masyarakat [1]. Sebagian besar pemasok energi Indonesia masih

menggunakan bahan bakar fosil yaitu minyak bumi dan batubara. Sumber energi tersebut

memiliki dampak yang dapat merusak lingkungan seperti pencemaran udara, emisi gas rumah

kaca dan pemanasan global. Permasalahan lain adalah tingginya harga bahan bakar fosil,

meningkatnya jumlah impor minyak bumi akibat naiknya konsumsi bahan bakar nasional,

serta cadangan minyak bumi yang semakin menipis. Oleh karena itu pengembangan energi

alternatif perlu menjadi fokus perhatian yang penting.

Energi yang dihasilkan dari tenaga air (energi hidro) adalah sumber energi yang ramah

lingkungan. Energi tersebut hingga saat ini merupakan sumber energi terbarukan yang paling

banyak dimanfaatkan di dunia dan juga paling murah [2]. Selain itu, energi hidro memiliki

efisiensi yang sangat tinggi apabila dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga listrik [3]. Energi

listrik merupakan energi yang paling dibutuhkan di dunia karena sebagian besar peralatan

yang digunakan untuk kehidupan sehari-hari manusia memakai energi listrik. Apabila ditotal

kurang lebih 18% energi listrik dunia ditopang oleh hidro energi [4]. Energi hidro banyak

digunakan karena energi tersebut dapat diprediksi, dapat diatur dan ketersediaannya tersebar

di berbagai wilayah dunia, baik di wilayah daratan maupun di wilayah lautan.

Energi laut merupakan salah satu bagian dari energi hidro. Indonesia memiliki wilayah

perairan yang cukup luas. Sehingga potensi energi laut yang dimiliki sangat besar. Salah satu

jenis sumber energi terbarukan yang berasal dari laut adalah energi arus laut. Total potensi

teoritis, potensi teknis dan potensi praktis energi arus laut Indonesia mencapai 160.000 MW,

2.000 MW dan 1.200 MW [5]. Namun disayangkan hingga saat ini pemanfaatanya masih

sangat minim. Padahal teknologi konversi energi arus laut banyak diusulkan sebagai solusi

untuk pembangkit listrik. Hingga saat ini teknologi tersebut masih pada tahap penelitian,

pengembangan, dan pengujian lapangan, belum mencapai tahap komersial yang sukses [6].

Padahal sejak tahun 2006, Kementerian Negara Riset dan Teknologi sudah merencanakan

3

pemanfaatan energi arus laut dalam Buku Putih yang berjudul “Penelitian, Pengembangan

dan Penerapan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bidang Sumber Energi Baru dan Terbarukan

untuk Mendukung Keamanan Ketersediaan Energi Tahun 2025” (Gambar 1). Mulai tahun

2016 hingga tahun 2025 Indonesia mempunyai target pengembangan hingga kapasitas 10 x

1000 MW.

Gambar 1. Roadmap sektor energi arus laut di Indonesia [7]

Oleh karena itu, penelitian ini akan membahas tentang pemanfaatan energi arus laut yang

ada di Indonesia untuk turut serta membantu dan melanjutkan program pemerintah dalam

upaya pengembangan energi arus laut. Energi arus laut ini dapat ditangkap dengan

menggunakan teknologi yang bernama Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLTAL).

PLTAL terdiri dari beberapa komponen, salah satunya yang paling penting adalah turbin.

Turbin merupakan komponen yang berfungsi untuk merubah energi kinetik dari arus laut

menjadi energi mekanik. Berdasarkan susunan fisik posisi sumbu putar terhadap permukaan

tanah, turbin arus laut dapat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu turbin sumbu horizontal

dan turbin sumbu vertikal [8].

Turbin arus laut sumbu horizontal memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan lebih banyak

dikembangkan oleh berbagai perusahaan energi terbarukan di dunia. Sedangkan turbin arus

laut sumbu vertikal memiliki keadaan sebaliknya. Salah satu kelemahan tipe vertikal adalah

4

menghasilkan gaya tangensial fluktuatif yang dapat membangkitkan reaksi torsi sehingga

dapat menimbulkan getaran [9]. Fluktuasi gaya yang terjadi secara berulang dan terus

menerus dapat mematahkan poros [10]. Apabila poros turbin sering rusak maka PLTAL akan

sering mengalami perbaikan, sehingga efisiensi kinerja pembangkit juga akan menurun.

Selain itu tipe vertikal juga memiliki kelemahan membutuhkan gaya yang cukup besar untuk

mulai berputar [11]. Akan tetapi, tipe vertikal memiliki beberapa kelebihan yaitu lebih murah

dalam produksi, kemudahan instalasi karena generator dapat diletakkan di atas, dan cocok

untuk sistem struktur terapung [9, 11]. Kelebihan itu sangat sesuai dengan kondisi lingkungan

laut dan kemampuan teknologi produksi yang ada di Indonesia. Apalagi Indonesia memiliki

potensi praktis energi arus laut yang mencapai 1.200 MW. Oleh karena itu, penelitian ini

akan membahas lebih lanjut tentang kinerja turbin arus laut sumbu vertikal serta untuk

menjawab beberapa kekurangan yang ada pada turbin arus laut sumbu vertikal.

2.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut maka dapat disimpulkan dan dipilih bahwa

penelitian ini akan fokus membahas tentang salah satu kekurangan yang ada di turbin vertikal

yaitu kemampuan self-start yang cenderung rendah pada turbin arus laut sumbu vertikal.

Sehingga penelitian ini diharapkan dapat mempelajari perilaku dan karakteristik kemampuan

self-start nya kemudian diharapkan dapat memberikan solusi dan inovasi terhadap

kekurangan tersebut.

2.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

- Mendapatkan informasi karakteristik kemampuan self-start pada turbin arus laut

sumbu vertikal

- Mengetahui kinerja turbin arus laut sumbu vertikal secara eksperimental

- Memberikan solusi dan inovasi untuk mengatasi masalah kemampuan self-start pada

turbin arus laut sumbu vertikal

2.4 Urgensi Penelitian

Peta potensi energi arus laut sudah diterbitkan sejak tahun 2014. Total potensi teoritis,

potensi teknis dan potensi praktis energi arus laut Indonesia mencapai 160.000 MW, 2.000

MW dan 1.200 MW [5]. Akan tetapi, teknologinya hingga saat ini belum ada yang komersial.

Hal ini karena karakteristik arus laut di Indonesia cenderung rendah. Berbeda dengan arus

5

laut yang ada di Eropa. Teknologi dari luar negeri tidak bisa serta merta dibawa ke Indonesia.

Oleh karena itu, penelitian yang dilakukan harus sesuai dengan kondisi yang ada di

Indonesia. Kemampuan self-start sangat penting dipelajari karena supaya tahu turbin itu dapat

bekerja dengan baik di Indonesia.

2.5 Skema Penelitian

Skema penelitian yang diajukan adalah Penelitian Doktor Baru. Ketua Peneliti

merupakan alumni Program PMDSU ITS Batch 2 yang lulus tepat waktu pada Bulan

September 2019. Setelah itu, Ketua Peneliti mengikuti seleksi Dosen Non PNS di ITS dan

alhamdulillah diterima di Departemen Teknik Kelautan. Bidang yang digeluti adalah tentang

Energi Laut, khususnya energi arus laut. Penelitian doktoral sebelumnya telah mengkaji

tentang kinerja turbin vertikal dengan tiga parameter yaitu (1) kemampuan self-start, (2)

fluktuasi torsi dan (3) efisiensi. Akan tetapi, kajian kemampuan self-start masih sebatas

mengetahui pada kecepatan arus berapa turbin mulai berputar. Selanjutnya perlu dilakukan

kajian lebih dalam mengenai karakteristik dan upaya peningkatannya melalui skema

Penelitian Doktor Baru.

6

BAB 3

TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Road Map Penelitian

Penelitian tentang turbin arus laut ini telah dibangun dan dikembangkan sejak tahun

2015. Pengetahuan dan pengalaman yang telah dilakukan terus dikembangkan sesuai bidang

keahlihan yang ditekuni. Beberapa capaian seperti publikasi di jurnal internasional dan

seminar internasional [12, 13, 14, 15, 16] serta laporan disertasi telah didapatkan dan dapat

dilihat pada Biodata Peneliti di Lampiran. Tahun 2020 ini mengusulkan penelitian yang

didapatkan saat penelitian sebelumnya. Beberapa permasalahan seperti ini coba diatasi agar

target pada tahun 2024 penelitian telah sampai pada Pengujian Sistem Semi Lapangan seperti

yang ditunjukan pada Gambar 2.

Gambar 2. Road map dan track record penelitian turbin arus laut dari peneliti

3.2 State of the Art Penelitian

Penelitian tentang kemampuan self-start turbin arus laut sangat jarang dilakukan.

Beberapa penelitian terkait yang telah ditemukan disajikan pada Tabel 1. Oleh karena itu,

judul yang diajukan dalam proposal penelitian ini sangat penting untuk dilakukan guna

mendapatkan informasi lebih dalam mengenai kemampuan self-start turbin arus laut tipe

vertikal dan bagaimana upaya meningkatkannya.

2015-2016 Studi Literatur

2017-2018 Studi Numerik dengan CFD

2018-2019 Studi Eksperimen di Towing Tank

2020-2021 Studi Eksperimen Self-Start

2024 Pengujian Sistem Semi Lapangan

Kajian permasalahan sistem lainnya

7

Tabel 1. State of the art penelitian kemampuan self-start turbin arus laut sumbu vertikal [17,

18, 19]

Tahun Peneliti Judul Hasil Utama

2007 Dominy

B., Lunt P.,

Bickerdyke

A.,

Dominy J.

Self-starting capability of

Darrieus turbine

Sudu turbin menggunakan foil tipe

symmetrical NACA 0012. Penelitian

dilakukan dengan cara simulasi

sehingga butuh data secara eksperimen.

2010 Alam Md.

J., Iqbal M.

T.

A Low Cut-In Speed Marine

Current Turbine.

Upaya perbaikan kemampuan self-start

dilakukan dengan memodifikasi

menjadi hybrid turbine antara tipe

Darrieus and Savonius. Kemampuan

self-start meningkat tapi performa

menurun.

2019 Gaurav

Saini∗,

R.P. Saini

Comparative investigations

for performance and self-

starting

characteristics of hybrid and

single Darrieus hydrokinetic

turbine

Upaya perbaikan kemampuan self-start

juga dilakukan dengan memodifikasi

menjadi hybrid turbine antara tipe

Darrieus and Savonius. Kemampuan

self-start meningkat dan performa

cukup baik.

3.3 Energi Arus Laut

Energi laut adalah energi yang berasal dari laut. Energi laut bisa juga didefinisikan

sebagai kemampuan untuk melakukan kerja yang dapat diperoleh dari konversi energi di laut

menjadi bentuk energi lain yang dapat dimanfaatkan untuk kehidupan manusia. Secara lebih

spesifik, Wave Energy Centre yang bekerja sama dengan Implementing Agreement on Ocean

Energy System, mendefinisikan bahwa energi laut adalah energi yang dihasilkan dari

beberapa teknologi yang menggunakan sumber energi dari tenaga gelombang, arus laut,

pasang surut, perbedaan panas laut, dan perbedaan salinitas (kadar garam) untuk

menghasilkan energi listrik [20]. Akan tetapi, penelitian ini akan fokus pada energi laut yang

bersumber dari tenaga arus laut.

8

Arus laut adalah pergerakan air laut yang sangat luas dan terjadi pada seluruh lautan di

dunia. Pergerakan arus laut ini disebabkan oleh adanya aksi angin di atas permukaan laut dan

adanya perbedaan kerapatan massa jenis air laut akibat pemanasan matahari. Arus laut juga

dihasilkan dari aktifitas pasang surut dan pergerakan gelombang di pantai [20].

Wilayah perairan yaitu terutama selat merupakan tempat melintasnya dan berkumpulnya

massa air laut. Lokasi selat memungkinkan massa air laut terkumpul dan bergerak lebih cepat

karena semakin menyempitnya ruang gerak bagi sejumlah massa air laut dari laut lepas

menuju selat. Pada tempat inilah yang terdapat potensi energi arus laut terbesar dari perairan

sekitarnya.

3.4 Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLTAL)

PLTAL adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengubah energi kinetik dari sejumlah

massa air laut yang bergerak menjadi energi listrik (Gambar 3). Pembangkit energi arus laut

biasanya diletakkan di selat atau daerah laut yang memiliki kecepatan arus tinggi, baik di

dasar, tengah maupun permukaan laut. Komponen utama dari pembangkit energi arus laut

tersebut adalah turbin.

Gambar 3. Skema proses konversi energi pada PLTAL

Turbin merupakan alat konversi energi kinetik arus laut menjadi suatu kerja mekanis

berupa putaran. Kemudian daya yang dihasilkan akan ditransmisikan oleh poros untuk

memutar generator. Biasanya sebelum untuk memutar generator perlu dihubungkan terlebih

energi kinetik

( arus laut )

energi mekanik

( turbin )

energi listrik

( generator )

energi mekanik

( poros )

energi mekanik

( transmisi )

9

dahulu dengan sistem transmisi untuk menaikan putaran. Setelah itu, terjadi pemotongan

gaya-gaya magnet di dalam generator oleh koil yang berputar sehingga dapat menghasilkan

listrik.

Kunci utama pemanfaatan energi arus laut ini sebenarnya terletak pada komponen

utamanya yaitu turbin. Kemampuan turbin dalam menangkap energi yang dibawa arus laut

sangat penting. Semakin efisien dan handal turbin menagkap energi kinetik arus laut maka

semakin banyak listrik yang dihasilkan. Selain itu, pemanfaatan energi arus laut juga

bergantung pada lokasi arus laut. Lokasi yang potensial untuk energi arus laut adalah pada

selat antara dua pulau atau bentuk geologi laut lainnya yang berbentuk menyempit. Hal ini

karena pada daerah tersebut arus laut akan mengalami kenaikan kecepatan karena terjadi

penyempitan ruang yang dilaluinya.

Salah satu contoh teknologi arus laut yang telah dikembangkan oleh Marine Current

Turbines (MCT) yang berlokasi di Irlandia Utara, UK adalah SeaGen (lihat Gambar 4).

Teknologi ini bersumbu horizontal dengan rotor terbuka (Open Rotor). Turbin Seagen ini

berdiameter sebesar 15 sampai 20 meter. SeaGen berkapasitas sebesar 300 kW telah dipasang

pada tahun 2003 di Devon, Inggris. Alat ini masih beroperasi hingga hari ini. Lalu, Seagen

dengan kapasitas sebesar 1,2 MW juga telah dikembangkan pada bulan April 2008 di

Strangford Lough, Irlandia Utara, UK. SeaGen dengan kapasitas 1,2 MW adalah teknologi

arus skala komersial yang sudah terhubung jaringan listrik pertama kalinya di dunia.

Gambar 4. Turbin SeaGen [21]

Di Indonesia sendiri sebenarnya juga sudah mulai mengembangkan teknologi konversi

arus laut. Salah satunya yaitu PLTAL Tipe Darrieus yang dibuat oleh BPPH-BPPT (Balai

Pengkajian dan Penelitian Hidrodinamika - Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi)

sejak tahun 2006 dan memiliki tiga buah baling-baling atau blade (Gambar 5). Turbin

Darrieus ini telah dipasang di Selat Larantuka, Flores dan berhasil membangkitkan listrik

10

hingga 10 kW dalam uji coba skala lapangan. Selanjutnya akan terus dikembangkan ke skala

lebih besar dan diharapkan bisa terkoneksi dengan jaringan PLN.

Gambar 5. Turbin Darrieus BPPT [22]

Pengembangan teknologi konversi arus laut ini dilakukan dengan mengadopsi teknologi

ekstraksi energi angin yang telah lebih dulu dikembangkan. Meskipun kecepatan rata-rata

angin lebih besar daripada arus laut, tetapi densitas air laut yang hampir 900 kali jauh lebih

besar dari densitas udara, maka apabila ingin mendapat sejumlah energi yang sama, diameter

turbin arus laut lebih kecil dari turbin angin sehingga lebih ekonomis. Energi arus laut juga

lebih menarik untuk dikembangkan karena sifatnya yang relatif stabil dan dapat diprediksi.

3.5 Turbin Arus Laut

Turbin merupakan alat konversi energi kinetik arus laut menjadi suatu kerja mekanis

berupa putaran. Turbin terdiri dari beberapa sudu, biasanya jumlah sudu sebanyak tiga buah

untuk mendapatkan keseimbangan momen yang baik dan berputar secara kontinyu.

Turbin arus laut sumbu horizontal merupakan turbin arus laut yang sumbu rotasi

rotornya paralel terhadap permukaan tanah. Berdasarkan prinsip hidrodinamika, rotor turbin

arus laut sumbu horizontal mengalami gaya lift dan gaya drag, namun gaya lift jauh lebih

besar dari gaya drag sehingga rotor turbin ini lebih dikenal dengan rotor turbin tipe lift seperti

yang ditunjukan Gambar 6.

11

Gambar 6. Beberapa konfigurasi turbin sumbu horizontal [8]

Turbin arus laut sumbu vertikal merupakan turbin arus laut yang sumbu rotasi rotornya

tegak lurus terhadap permukaan tanah (dapat dilihat pada Gambar 7). Prinsip kerja turbin

sumbu vertikal akibat kecepatan aliran air yang menyebabkan sudu berputar dengan

kecepatan putar tertentu, resultan dari kecepatan tersebut akan menghasilkan gaya

hidrodinamis. Gaya angkat (lift) dihasilkan karena bentuk airfoil dari sudu turbin. Sudu-sudu

ini memotong aliran air dengan sudut serang yang mengakibatkan perbedaan tekanan. Hasil

dari perbedaan tekanan inilah yang mengakibatkan gaya angkat, yang mana mendorong sudu

bergerak ke depan. Untuk mendorong turbin, torsi yang disebabkan oleh gaya angkat harus

lebih besar dibanding torsi yang dihasilkan oleh gaya hambat (drag) sehingga menghasilkan

torsi netto.

12

Gambar 7. Beberapa konfigurasi turbin sumbu vertikal [8]

13

BAB IV

METODE

5.1 Diagram Alir Penelitian

Kegiatan penelitian dilakukan dalam lima tahapan utama. Tahap 1 adalah studi literatur

terkait penelitian yang pernah dilakukan terhadap pengamatan kemampuan self-start turbin

arus laut sumbu vertikal. Tahap 2 dan 3 adalah mulai eksekusi untuk persiapan eksperimen

yaitu mulai dari pembuatan model, pembuatan instrumentasi pengukuran dan pengaturan

peralatan eksperimen pada Lab Hidrodinamika ITS. Tahap 4 adalah proses pengambilan data

di mana pada tahap ini akan diamati perilaku self-start turbin vertikal. Beberapa video juga

diambil untuk bahan kajian dan sekaligus dokumentasi. Tahap 5 adalah evaluasi hasil

sekaligus pembuatan laporan dan juga publikasi ilmiah. Bagan alir penelitian secara rinci

ditunjukan pada Gambar 8.

Gambar 8. Diagram alir penelitian

14

5.2 Tempat dan Waktu Penelitian

Kegiatan penelitian, koordinasi dan diskusi dengan tim secara umum dilakukan di

Fakultas Teknologi Kelautan ITS. Studi eksperimental dilakukan dengan fasilitas yang ada di

ITS yaitu di Laboraturium Hidrodinamika dengan menggunakan Towing tank. Jangka waktu

penelitian adalah selama delapan bulan dengan rincian sebagai berikut:

Mulai bulan: April tahun: 2020

Berakhir bulan: November tahun: 2020

Penjelasan lebih lanjut terkait pembagian waktu kegiatan penelitian secara lebih detail untuk

setiap tahunnya akan ditampilkan pada tabel jadwal.

5.3 Peralatan dan Model Eksperimental

Pembuatan dan pengujian kinerja model secara eksperimental dilakukan dengan fasilitas

towing tank yang ada di Laboratorium Hidrodinamika - Fakultas Teknologi Kelautan ITS

(Gambar 9).

Gambar 9. Fasilitas towing tank FTK-ITS

Dimensi dari towing tank yaitu:

- Panjang : 50 m

- Lebar : 3 m

- Kedalaman : 2 m

15

Model eksperimen turbin arus laut yang akan dibuat adalah tipe sumbu vertikal (Gambar

10). Spesifikasi dan ilustrasi model tersebut adalah sebagai berikut:

Gambar 10. Penampang samping turbin dan kerangka dan penampang model turbin

Parameter geometri dari model yaitu:

- Jumlah sudu : 3

- Panjang chord : 0,07 m

- Tipe foil : NACA 63(4)021

- Panjang span : 0,7 m

- Aspek rasio : 10

- Jari-jari : 0,5 m

- Jumlah lengan : 6

5.4 Variabel Penelitian dan Kondisi Operasi

Pada pengujian eksperimen akan dibuat model dengan spesifikasi tersebut. Model akan

ditarik dengan keadaan stedi dengan kecepatan tertentu pada towing tank untuk

mensimulasikan aliran fluida. Kecepatan tarik akan divariasikan untuk mendapat karakteristik

pengujian. Sedangkan air pada kolam dalam keadaan diam. Nilai kecepatan kereta dalam

menarik model dengan fluida yang diam akan relatif dengan kecepatan fluida apabila fluida

bergerak dengan model yang diam. Kemudian variabel yang diukur pada pengujian adalah

kecepatan fluida (kecepatan tarik), torsi yang dibangkitkan, dan RPM. Perilaku kemampuan

turbin saat pertama kali berputar (self-start) akan diamati dan diteliti.

16

Respon posisi 0 terhadap kemampuan self-start

Respon posisi 1 terhadap kemampuan self-start

Respon posisi 2 terhadap kemampuan self-start

arah

arus

arah

arus

arah

arus

0

1

2

17

Respon posisi 3 terhadap kemampuan self-start

5.5 Pembagian Tugas Peneliti

Susunan Tim Peneliti dan tugas masing-masing dalam kegiatan penelitian ini diberikan

dalam Tabel 2.

Tabel 2. Susunan tim peneliti dan pembagian tugas

No Nama/NIDN Instansi Asal Uraian Tugas

1

Dr. Dendy Satrio,

S.ST. /

1993202011013

Teknik Kelautan

/ FTK ITS

Penanggung jawab penelitian

Perencana program penelitian

Review kemampuan self-start

Perencana pengujian turbin

vertikal

Menganalisa hasil pengujian

eksperimen

Membuat laporan penelitian

3

Prof. Ir. I Ketut

Aria Pria Utama,

M.Sc., Ph.D.

Teknik

Perkapalan /

FTK ITS

Melakukan validasi hasil

pengujian eksperimen

Menganalisa hasil pengujian

eksperimen

Menyusun draft paper publikasi

3 Asisten Peneliti

Mahasiswa

Sarjana atau

Pasca Sarjana

FTK ITS

Membantu menyiapkan model

eksperimen

Membantu monitoring pembuatan

turbin dan kerangka di bengkel

Membantu proses pengambilan

data

arah

arus

3

18

BAB V

JADWAL

5.1 Jadwal

Kegiatan penelitian ini dijadwalkan akan berlangsung selama 8 bulan dengan rencana

kegiatan dan alokasi waktu sebagaimana ditunjukkan dalam Tabel 3.

Tabel 3. Jadwal kegiatan penelitian

1 2 3 4 5 6 7 8

1 Rapat Kerja dan Koordinasi

2 Review Kemampuan Self-Start Turbin Vertikal

Review paper perkembangan desain turbin

Review kemampuan self-start turbin sumbu vertikal

Identifikasi dan inovasi desain turbin

3 Uji Eksperimen Model Turbin Arus Laut

Perancangan model eksperimen

Pembuatan model turbin

Pembuatan instrumentasi pengukuran

Pengujian model

Validasi hasil pengujian eksperimen

Analisis hasil pengujian eksperimen

4 Publikasi Ilmiah dan Pembuatan Laporan

No KegiatanBulan ke-

19

5.2 Rancangan Anggaran Biaya

Rencana anggaran biaya penelitian secara rinci diberikan pada Tabel 4.

Tabel 4. Rencana anggaran biaya penelitian yang diajukan

Honor Honor/Bulan (Rp) Honor

Asisten Peneliti 1 500,000 2,000,000

2,000,000

Material Justifikasi Pembelian Kuantitas Harga Satuan (Rp) Harga

ATK (kertas A4, CD, dll) Administrasi 4 200,000 800,000

Tinta printer Cetak dokumen 1 360,000 360,000

Biaya fotocopy dan jilid Copy data 4 125,000 500,000

Pulsa dan kuota internet Konsumsi 4 200,000 800,000

Konsumsi Konsumsi 16 150,000 2,400,000

Pembuatan sudu turbin Model eksperimen 6 3,200,000 19,200,000

Pembuatan kerangka turbin Model eksperimen 1 8,240,000 8,240,000

Alat ukur torsi Alat ukur pengujian 1 6,500,000 6,500,000

Alat ukur RPM Alat ukur pengujian 2 3,200,000 3,200,000

42,000,000

Material Justifikasi Perjalanan Kuantitas Harga Satuan (Rp) Biaya

Pendaftaran dan akomodasi

seminar internasionalKegiatan temu ilmiah 1 5,000,000 5,000,000

Transportasi lokal Persiapan pengujian 4 250,000 1,000,000

6,000,000

Material Justifikasi Sewa Kuantitas Harga Satuan (Rp) Biaya

- - - - -

0

50,000,000

3. Transportasi

Subtotal 3 (Rp)

4.      Sewa

Subtotal 4 (Rp)

Total Anggaran yang Diperlukan Seluruhnya (Rp)

1.      Honorarium

Waktu (Bulan)

4

Subtotal 1 (Rp)

2.      Pembelian bahan habis pakai

Subtotal 2 (Rp)

20

BAB VI

DAFTAR PUSTAKA

1. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia. 2010. Indonesia

Energy Outlook (IEO) 2010. Jakarta: KESDM.

2. Güney, M. S. dan Kaygusuz, K. 2010. Hydrokinetic energy conversion systems: a

technology status review. Renewable Sustainable Energy Rev 2010; 14: 2996–3004.

3. Ozturk M., Bezir, N. C., Ozek, N. 2009. Hydropower-water and renewable energy in

Turkey: sources and policy. Renewable Sustainable Energy Rev 2009; 13: 605–15.

4. Ren 21. 2012. Renewables 2012 global status report. Paris.

5. Mukhtasor, Susilohadi, Erwandi, Pandoe, W., Iswadi, A., Firdaus, A. M., Prabowo, H.,

Sudjono, E., Prasetyo, E., Iluhade, D. 2014. Potensi Energi Laut Indonesia. Badan

Litbang Kementrian Energi dan Sumberdaya Mineral (ESDM) dan Asosiasi Energi Laut

Indonesia (ASELI).

6. Khan, M. J., Bhuyan, G., Moshref, A., Morison, K. 2008. An Assessment of Variable

Characteristics of the Pacific Northwest Regions Wave and Tidal Current Power

Resources, and their Interaction with Electricity Demand & Implications for Large Scale

Development Scenarios for the Region. Tech. Rep. 17485-21-00 (Rep 3); January 2008.

7. Kementerian Negara Riset dan Teknologi Republik Indonesia. 2006. Penelitian,

Pengembangan dan Penerapan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bidang Sumber Energi

Baru dan Terbarukan untuk Mendukung Keamanan Ketersediaan Energi Tahun 2025.

Jakarta: KEMENRISTEK.

8. Khan, M. J., Bhuyan, G., Iqbal, M. T., Quaicoe, J. E. 2009. Hydrokinetic energy

conversion systems and assessment of horizontal and vertical axis turbines for river and

tidal applications: A technology status review. Elsevier: Applied Energy 86 (2009)

1823–1835.

9. Zeiner-Gundersen, D. H. 2015. A novel flexible foil vertical axis turbine for river, ocean,

and tidal applications. Elsevier: Applied Energy 151 (2015) 60–66.

10. Hantoro, R., Utama, I. K. A. P., Erwandi, Sulisetyono, A. 2010. Ketidakstabilan Gaya

dan Interaksi Fluida-Struktur pada Turbin Sumbu Vertikal untuk Pembangkit Energi

Arus Laut. ResearchGate.

21

11. Kirke, B. K., dan Lazauskas, L. 2011. Limitations of fixed pitch Darrieus hydrokinetic

turbines and the challenge of variable pitch. Elsevier: Renewable Energy 36 (2011) 893-

897.

12. Satrio, D., Utama, I. K. A. P., Mukhtasor. 2016. Vertical Axis Tidal Turbine: Advantages

and Challenges Review. OMASe 2016 711007: 64-75.

13. Satrio D., Utama I. K. A. P., Mukhtasor. 2018. Numerical Investigation of Contra

Rotating Vertical-Axis Tidal-Current Turbine. Journal of Marine Science and

Application (2018) 17: 208-215.

14. Satrio D., Utama I. K. A. P., Mukhtasor. 2018. The influence of time step setting on the

CFD simulation result of vertical axis tidal current turbine. Journal of Mechanical

Engineering and Sciences Volume 12 Issue 1 (2018) pp. 3399-3409.

15. Satrio D., Utama I. K. A. P., Mukhtasor. 2018. Performance Enhancement Effort for

Vertical-Axis Tidal-Current Turbine in Low Water Velocity. Proceeding of The 4th Asian

Wave and Tidal Energy Conference (AWTEC), No. 318. National Taiwan Ocean

University, Taiwan, 2018.

16. Utama I. K. A. P., Satrio D., Mukhtasor. 2020. Numerical Simulation of Foil with

Leading-Edge Tubercle for Vertical-Axis Tidal-Current Turbine. Journal of Mechanical

Engineering and Sciences. UMP Publisher, 2019. (under review)

17. Dominy B., Lunt P., Bickerdyke A., Dominy J. 2006. Self-starting capability of Darrieus

turbine. Journal Power and Energy: ImechE Vol. 221 Part A, pages 111 – 120.

18. Alam Md. J., Iqbal M. T. 2010. A Low Cut-In Speed Marine Current Turbine. Journal of

Ocean Technology: Vol. 4, No 5, pages: 49 – 61.

19. Saini, G., Saini, R.P. Comparative investigations for performance and self-starting

characteristics of hybrid and single Darrieus hydrokinetic turbine.

20. Mukhtasor. 2015. Mengenal Energi Laut. Surabaya: Indonesian Counterpart for Energy

and Solutions (ICEES). Energy Reports 6 (2020) 96–100.

21. Marine Current Turbines LTD. Sea Generation. <http://www.seageneration.co.uk/>

22. Erwandi, Afian, K., Sasoko, P., Rina, B., Wijanarko, E., Marta. 2011. Vertical axis

marine current turbine development in Indonesian Hydrodynamic Laboratory-Surabaya

for Tidal Power Plant. Solo: International Conference and Exhibition on Sustainable

Energy and Advanced Materials (ICE SEAM).

22

BAB VII

LAMPIRAN

Lampiran 1. Biodata Tim Peneliti

1. Ketua

a. Nama Lengkap : Dr. Dendy Satrio, S.ST.

b. NPP : 1993202011013

c. Fungsional/Pangkat/Gol : Lektor/III/c

d. Bidang Keahlian : Energi Laut

e. Departemen / Fakultas : Teknik Kelautan / Teknologi Kelautan

f. Alamat Rumah dan No Telp. : Simo Gunung Kramat Barat 4d/ 16,

Surabaya 60255

Telp: 085730700115

g. Riwayat Penelitian / Pengabdian Masyarakat (2) yang paling Relevan

Tahun Kegiatan Posisi

2014-

2014

Penelitian PKM (Program Kreativitas Mahasiswa),

Rancang Bangun Pembangkit Listrik Hybrid

Menggunakan Kombinasi Turbin Sailwing dan Turbin

Darrieus sebagai Alternatif Pembangkit Energi

Terbarukan

Ketua

2016-

2018

Penelitian PMDSU (Pendidikan Magister menuju

Doktor untuk Sarjana Unggul) Tahun, Studi Numerik

dan Eksperimental Kinerja Turbin untuk Pembangkit

Listrik Tenaga Arus Laut

Anggota

h. Publikasi (2) yang paling Relevan

No. Judul Artikel / buku dan Penulis Penerbit, Tahun

1

The influence of time step setting on the

CFD simulation result of vertical axis tidal

current turbine. /

Dendy Satrio, I.K.A.P. Utama, Mukhtasor.

Journal of Mechanical

Engineering and

Sciences, Vol. 12, Issue

1, Hal. 3399-3409. UMP

Publisher, 2018.

23

2

Numerical Investigation of Contra Rotating

Vertical-Axis Tidal-Current Turbine. /

Dendy Satrio, I.K.A.P. Utama, Mukhtasor.

Journal of Marine Science

and Application, Vol. 17,

Hal. 208-215. Springer,

2018.

i. Paten (2) terakhir

-

j. Tugas Akhir, Thesis dan Disertasi (2 terakhir yang paling relevan) yang sudah

selesai di bimbing

-

2. Anggota

a. Nama Lengkap : Prof. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, MSc, PhD

b. NIP / NIDN : 196704061992031001/ 0006046702

c. Fungsional/Pangkat/Gol : Guru Besar/IV/d

d. Bidang Keahlian : Hidrodinamika

e. Departemen / Fakultas : Teknik Perkapalan / Teknologi Kelautan

f. Alamat Rumah dan No Telp. : Perumahan Dosen ITS, Jalan Hidrodinamika

3/6, Surabaya 60111

Telp: 081330271979

g. Riwayat Penelitian / Pengabdian Masyarakat yang Relevan

Tahun Kegiatan Posisi

2016-

2018

Penelitian PMDSU (Pendidikan Magister menuju

Doktor untuk Sarjana Unggul) Tahun, Studi Numerik

dan Eksperimental Kinerja Turbin untuk Pembangkit

Listrik Tenaga Arus Laut

Ketua

2018-

2019

Rancang Bangun Model Pembangkit Listrik Tenaga

Gelombang Laut-Sistem Bandul (Pltgl-Sb) Ganda

Termodifikasi

Ketua

24

h. Publikasi (2) yang paling Relevan

No. Judul Artikel / buku dan Penulis Penerbit, Tahun

1

Numerical Investigation of Contra Rotating

Vertical-Axis Tidal-Current Turbine. /

Dendy Satrio, I.K.A.P. Utama, Mukhtasor.

Journal of Marine

Science and Application,

Vol. 17, Hal. 208-215.

Springer, 2018.

2

Performance analysis of multi-row vertical

axis hydrokinetic turbine–straight blade

cascaded (VAHT-SBC) turbines array. /

E. Septyaningrum, R. Hantoro, I. K. A. P.

Utama, J. Prananda, G. Nugroho, A. W.

Mahmasani , A. Satwika

Journal of Mechanical

Engineering and Sciences,

13(3), 5665 – 5688. 2019.

i. Paten (2) terakhir

No Judul / Tema HKI Jenis Nomor P/ID

1

Kapal Keruk Katamaran

menggunakan Bucket Elevator

Bersirip

Permohonan paten P00201000325

j. Tugas Akhir/Thesis dan Disertasi (2 terakhir yang paling relevan) yang sudah

selesai di bimbing

No. Tahun Judul

1 2011 Disertasi S3

Studi Numerik dan Eksperimen Getaran pada Turbin Sumbu Vertikal

Ridho Hantoro (NRP )

2 2019 Disertasi S3

Studi Numerik dan Eksperimen Kinerja Turbin Arus Laut Sumbu

Vertikal

Dendy Satrio (NRP 04111660010007)

25

Lampiran 2. Target Luaran

Kegiatan penelitian ini dijadwalkan akan berlangsung selama 8 bulan. Luaran penelitian

yang ditargetkan adalah:

1. Luaran Wajib:

Publikasi ilmiah di jurnal internasional terindeks oleh Scopus Q2

(target Journal of Marine Science and Application diterbitkan Springer, Q2, H-

index 18, SJR 0,37)

2. Luaran Tambahan:

Prosiding pada seminar internasional