Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut

Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Sistem Generator Linear Dengan 2 Pelampung

Afif Muhammad, Iwa Garniwa M K

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia,

Kampus UI Depok, 16424, Indonesia

Email: [email protected]

Abstrak

Gelombang laut memiliki potensi energi yang sangat besar dan berkelanjutan, namun saat ini masih belum banyak pembangkit listrik tenaga gelombang laut khususnya di Indonesia. Padahal potensi energi gelombang laut di Indonesia sangat besar karena negara Indonesia memiliki laut yang luas dan garis pantai yang panjang. Sehingga diharapkan gelombang laut dapat menjadi solusi energi terbarukan untuk pemenuhan kebutuhan energi listrik di daerah-daerah pesisir pantai maupun daerah kepulauan. Generator linear merupakan alat yang dapat mengubah energi mekanik gerakan linear menjadi energi listrik. Metode yang digunakan penulis yaitu mempelajari dasar teori tentang gelombang laut dan generator linear, melakukan studi literatur tentang pengaplikasian teknologi konversi energi gelombang laut, dan merancang sistem PLTGL generator linear dengan 2 pelampung. Hasil dari penelitian ini adalah purwarupa sistem PLTGL dengan tegangan hubung terbuka maksimum sebesar 1,4983 V, daya maksimum sebesar 1,456 mW dan efisiensi daya keluaran maksimum sebesar 13,24 % pada keadaan amplitudo gelombang 7 cm dan periode gelombang 1,5 detik. Kata Kunci: Gelombang laut, Generator linear, Pembangkitan energi listrik, Energi terbarukan

Design of an Ocean Waves Power Plant Using Linear Generator System with 2 Buoys

Abstract

Ocean waves have a huge potential as a sustainable energy sources, but currently we did not use it as a

power generation especially in Indonesia. Whereas Indonesia is an archipelago that has vast sea and long coastline. Thus, it is expected that ocean waves energy could be a renewable energy solution to comply eletrical energy demand in coast and island region. Linear generator is a machine that converts mechanical energy in forms of linear motion to electrical energy. The method used by author in compiling this thesis are theritical study on ocean waves, linear generator working principle and construction, literature study of preceeding research on ocean waves power conversion technology, and design a system of linear generator with 2 buoys as an ocean waves energy converter. The result of this study is a prototype of an ocean waves power generation using linear generator system with 2 buoys that has a maximum open circuit voltage of 1,493 V, maximum power is 1,456 mW and maximum efficiency of output power is 13,24 % in condition of waves with 7 cm amplitude and 1,5 second period. Keywords: Ocean Waves, Linear Generator, Electrical Power Generation, Renewable Energy I. Pendahuluan

Energi listrik sudah menjadi kebutuhan primer bagi masyarakat modern. Kebutuhan

akan energi listrik terus meningkat setiap tahun seiring dengan pertumbuhan penduduk dan

meningkatnya kesejahteraan masyarakat. Selama ini kebutuhan energi listrik khususnya di

Rancang Bangun ..., Afif Muhammad, FT UI, 2017

Indonesia dipenuhi oleh sumber daya tak terbarukan seperti batu bara yang digunakan pada

PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap). Penggunaan sumber daya tersebut tidak selamanya

bisa memenuhi kebutuhan energi, karena cadangan batu bara maupun minyak bumi semakin

menipis. Oleh karena itu dibutuhkan pengembangan energi alternatif untuk memenuhi

kebutuhan akan energi listrik ini.

Negara Indonesia merupakan negara kepulauan dengan garis pantai yang panjang dan

laut yang luas. Luas laut Indonesia mencapai 4 juta km2 yang merupakan sekitar 60% luas

keseluruhan Indonesia. Jumlah pulau-pulau Indonesia berkisar 17 ribu, hal ini menunjukkan

tingginya total panjang garis pantai yang yang dimiliki Indonesia. Sehingga dapat

disimpulkan bahwa potensi untuk penggunaan energi gelombang laut sebagai sumber energi

listrik di Indonesia sangat besar. Namun sampai saat ini belum ada pemanfaatan dari potensi

energi kelautan khususnya dalam pembangkitan tenaga listrik, sebagian besar masih dalam

tahap penelitian dan pengembangan. Diharapkan penelitian ini dapat memberikan kontribusi

bagi pemanfaatan energi gelombang laut khususnya di Indonesia.

Gelombang laut merupakan sumber energi yang besar dan tersedia di seluruh daerah

di bumi ini. Pemanfaatan energi gelombang laut sebagai pembangkit listrik di dunia masih

sedikit dibandingkan sumber energi terbarukan lainnya. Kelebihan utama dari gelombang laut

dibanding sumber energi terbarukan seperti energi angin dan energi surya adalah gelombang

laut dapat diprediksi, terdapat di semua daerah serta selalu tersedia selama 24 jam sehari.

Prinsip dasar teknologi untuk mengkonversi energi gelombang laut menjadi energi listrik

adalah memanfaatkan energi kinetik dan energi potensial dari gerakan gelombang air laut.

Gerakan gelombang laut berupa gerakan linear, sehingga ada berbagai jenis dan model sistem

pembangkit tenaga gelombang laut.

Pembangkit listrik tenaga gelombang laut memiliki kelebihan dibanding sumber

energi lainnya, antara lain potensi energi yang sangat besar dan kontinu, biaya operasi murah,

serta ramah lingkungan. Selain itu pembangkit ini dapat digunakan untuk pulau-pulau kecil di

Indonesia yang mayoritas menggunakan pembangkit listrik tenaga mesin diesel atau belum

teraliri listrik.

PLTGL sistem generator linear dengan 2 pelampung memiliki kelebihan yaitu rugi-

rugi mekanis yang terjadi pada alat relatif sedikit karena gerakan gelombang laut secara

langsung digunakan untuk menggerakkan rotor generator linear, alat dapat ditempatkan di laut

lepas sehingga tidak merusak ekosistem pantai atau menggunakan lahan yang luas di daratan.

Namun sistem ini memiliki kekurangan yaitu diperlukan material isolasi yang baik untuk


melindungi alat dari air laut, serta diperlukan sistem transmisi kabel bawah laut untuk

mentransmisikan energi listrik ke daratan.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang, membuat dan mengkaji kinerja

pembangkit listrik tenaga gelombang laut berbasis generator linear dengan 2 pelampung

konfigurasi horizontal menggunakan gelombang buatan.

Pembahasan yang dibatasi dalam penulisan ini adalah:

a. Sistem pembangkit listrik tenaga gelombang laut menggunakan generator linear

dengan 2 pelampung yang dipasang pada konfigurasi horizontal

b. Pengujian menggunakan kolam miniatur gelombang dengan ukuran 45 cm x 180

cm x 60 cm yang diberikan gelombang buatan

Metodologi penelitian secara umum pada skripsi ini adalah

a. Mempelajari dasar teori tentang energi gelombang laut, prinsip kerja dan

konfigurasi generator linear

b. Mengkaji teknologi konversi gelombang laut yang sudah ada untuk diterapkan dan

dikembangkan

c. Merancang dan membuat pembangkit listrik tenaga gelombang laut menggunakan

generator linear

d. Melakukan pengujian untuk melihat kinerja alat yang dibuat

e. Menganalisis kinerja sistem PLTGL

Naskah ringkas ini dimulai dengan pendahuluan, kemudian materi yang terkait dengan

gelombang laut dan generator linear, perancangan sistem, hasil pengujian, analisis sistem, dan

terakhir kesimpulan dari penelitian ini.

II. Tinjauan Teoritis

Dasar Gelombang Laut

Gelombang laut merupakan pergerakkan naik dan turunnya permukaan air laut dengan

arah tegak lurus permukaan bumi yang membentuk grafik sinusoidal, sehingga gelombang

laut termasuk gelombang transversal. Gelombang laut dipengaruhi oleh tiga faktor utama,

yaitu gaya gravitasi, intensitas angin laut, dan tegangan permukaan air laut. Setiap daerah

memiliki sifat gelombang laut yang berbeda, berdasarkan tinggi gelombang, periode, dan

kecepatan angin.

Parameter gelombang laut antara lain sebagai berikut:


• Puncak gelombang (Crest)

Titik tertinggi dari sebuah gelombang.

• Lembah gelombang (Trough)

Titik terendah gelombang, diantara dua puncak gelombang.

• Panjang gelombang (Wave length)

Jarak mendatar antara dua puncak gelombang atau antara dua lembah gelombang.

• Tinggi gelombang (Wave height)

Jarak tegak antara puncak dan lembah gelombang.

• Periode gelombang (Wave period)

Waktu yang diperlukan oleh dua puncak gelombang yang berurutan untuk melalui

satu titik.

Gambar 1 Parameter pada gelombang laut

Teori Linear Gelombang Laut

Permukaan gelombang laut sebenarnya tidak linear, melainkan bersifat acak atau tidak

menentu. Agar pergerakan gelombang dapat dihitung diperlukan penyederhanaan antara lain

diasumsikan aliran dari gelombang adalah 2 dimensi dengan gelombang merambat di sumbu

x. Gaya gesek dengan dasar laut dan viskositas air laut juga diabaikan. Sehingga didapat

persamaan elevasi permukaan gelombang laut (ζ) yang merambat di sumbu x sebagai berikut:

! = ! sin(!" − !") (1)

dengan:

ζ = Elevasi gelombang (m)

α = Amplitudo gelombang (m)

k = Konstanta gelombang

! = Kecepatan sudut gelombang (rad/s)


Konstanta gelombang dan kecepatan sudut gelombang dapat dihitung menggunakan 2

persamaan berikut:

! = 2!" = !!!

(2)

! = 2!" (3)

dengan:

k = Konstanta gelombang

! = Kecepatan sudut gelombang (rad/s)

f = Frekuensi gelombang (Hz)

T = Periode gelombang (s)

λ = Panjang gelombang (m)

Generator Linear

Generator linear merupakan mesin listrik yang berfungsi untuk mengkonversi energi

mekanik gerakan linear menjadi energi listrik menggunakan prinsip induksi elektromagnetik.

Komponen-komponen pada generator linear sebagai berikut :

• Magnet Permanen

• Lilitan konduktor

• Stator

• Translator

• Penggerak utama

Stator adalah bagian yang diam dimana didalamnya terdapat lilitan konduktor.

Translator adalah bagian yang bergerak secara linear maju mundur dimana terdapat magnet

permanen. Gerakan linear dari magnet permanen di translator relatif terhadap lilitan

konduktor di stator akan menyebabkan perubahan fluks magnetik pada lilitan konduktor

sehingga akan menghasilkan arus listrik pada stator.


Gambar 2. Ilustrasi komponen pada generator linear tampak samping

Prinsip Kerja Generator Linear

Generator linear bekerja sesuai prinsip induksi elektromagnetik. Induksi

elektromagnetik adalah gejala timbulnya gaya gerak listrik (ggl) didalam suatu kumparan

konduktor ketika terdapat perubahan fluks magnetik terhadap konduktor tersebut atau ketika

konduktor bergerak relatif melintasi medan magnetik.

Medan magnetik merupakan daerah di sekitar magnet yang semua benda didalamnya

mengalami suatu gaya magnetik. Besar medan magnetik dapat diukur dengan intensitas

medan magnet (H) dan densitas medan magnet (B).

Gambar 1 Ilustrasi arah medan magnet

Fluks magnetik (disimbolkan dengan !) adalah ukuran atau jumlah densitas medan

magnet (B) yang melewati luas penampang tertentu. Fluks magnetik yang melalui bidang

tertentu sebanding dengan jumlah medan magnet yang melalui bidang tersebut. Jika medan

magnet seragam melalui bidang dengan tegak lurus, nilai fluks magnetik didapat dari

perkalian titik (dot product) antara vektor densitas medan magnet (B) dan luas penampang

bidang yang dilaluinya (A). Menggunakan persamaan sebagai berikut:


! = B ⋅ A (4)

Dengan penjabaran perkalian titik vektor menjadi persamaan berikut:

! = B A cos θ (5)

dengan:

! = Fluks magnetik (Wb)

B = Densitas medan magnet (T)

A = Luas penampang (m2)

θ = Sudut antara garis gaya magnet dan penampang

Jika terdapat perubahan fluks magnetik terhadap waktu yang melalui suatu lilitan

kawat penghantar, maka akan menimbulkan gaya gerak listrik terinduksi yang dapat

dinyatakan dengan persamaan berikut:

! = −! !"!"

(6)

dengan:

ε = Gaya gerak listrik induksi (V)

! = Fluks magnetik (Wb)

t = Waktu (s)

N = Jumlah lilitan konduktor

Fluks yang digunakan pada generator linear adalah fluks yang berubah terhadap waktu

dan berbentuk sinisoidal terhadap waktu, maka persamaan fluks dapat dijabarkan sebagai

berikut:

! = !" cos ωt (7)

ω = 2 ! ! (8)

dengan: ! = Fluks magnetik (Wb)

!m = Fluks maksimum (Wb)

! = Kecepatan sudut (rad/s)

Dengan f adalah frekuensi gerakan linear rotor dari generator linear. Sehingga hukum Faraday

dapat dijabarkan sebagai berikut:

! = −! !!"

(!" cos ωt) (9)

! = ! ! !" sin ωt (10)

Nilai efektif tegangan yang dihasilkan oleh generator linear sebagai berikut:


!!"" = !"#$

!= ! ! !

! (11)

!!"" = ! π f N !

! (12)

!!"" = 4,44 ! ! f (13)

Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut

Teknologi konversi energi gelombang laut atau Wave Energy Converter (WEC) sudah

banyak dikembangkan dengan berbagai macam metode yang berbeda. Dari variasi konsep dan

desain yang ada, secara umum teknologi WEC dapat diklasifikasikan menjadi 3 jenis utama

yaitu sebagai berikut:

• Attenuator

Alat jenis ini diletakkan diatas permukaan air laut paralel terhadap arah gelombang laut

dan mengikuti bentuk gelombang. Contoh dari alat PLTGL yang merupakan jenis atttenuator

adalah Pelamis yang dikembangkan oleh perusahaan Ocean Power Delivery Ltd.

Gambar 4 Sistem pelamis yang sudah diaplikasikan di lepas pantai

• Point Absorber


Alat jenis point absorber memiliki dimensi yang kecil terhadap panjang gelombang laut

sehingga energi gelombang yang dimanfaatkan berupa gerakan linear. Struktur alat ini berupa

pelampung yang mengambang di permukaan laut dan bergerak naik turun mengikuti gerakan

gelombang laut. Contoh dari alat jenis point absorber adalah sistem permanent magnet linear

buoy.

Gambar 5 Sistem permanent magnet linear buoy

• Terminator

Alat jenis terminator diletakkan di daratan atau tepi pantai dengan posisi tegak lurus terhadap

arah gelombang datang. Sehingga akan menghalangi gelombang laut yang mengarah ke

pantai. Contoh dari alat jenis ini adalah sistem oscillating water column dan sistem kanal

(Tapered channel)

III. Perancangan Sistem Generator Linear dengan 2 Pelampung

Metodologi Penelitian

Metodologi penelitian yang dilakukan dalam skripsi ini secara umum dijabarkan pada

diagram alir di gambar 6.


Gambar 6 Diagram alir metodologi penelitian

Kolam Miniatur Gelombang Laut

Kolam miniatur gelombang laut digunakan untuk melakukan pengujian alat. Material

penyusun kolam menggunakan material papan kayu yang disusun menjadi bentuk balok

persegi panjang dengan sisi atas terbuka. Untuk menghubungkan antara papan kayu

digunakan paku serta lem tembak. Sisi dalam dari kolam diamplas dan didempul kemudian

dilapisi cat anti air agar tidak terjadi kebocoran.

Mulai Desain Kolam

Miniatur Gelombang Studi Literatur

Perancangan Sistem Desain Rangka dan Generator Linear

Proses Pembuatan Sistem

Pengujian dan pengukuran keluaran sistem

Modifikasi Sistem

Menghasilkan

Listrik

Tidak

Ya

Pengolahan Data

Analisis Perancangan Sistem

Kesimpulan


Gambar 6 Desain tiga dimensi kolam miniatur gelombang laut

Keterangan:

Panjang : 180 cm

Lebar : 60 cm

Tinggi : 45 cm

Tebal kayu : 1,5 cm

Penggerak gelombang menggunakan papan kayu dengan tebal 1 cm, panjang 60 cm dan lebar

55 cm.

Bagian Mekanik

Desain Rangka Alat

1. Plat Besar

Plat besar digunakan untuk meletakkan stator generator linear yang terletak diantara 2

plat, untuk menempelkan lilitan kawat yang merupakan stator dari generator linear, serta

menghubungkan dengan pelampung. Desain plat besar ditunjukkan pada gambar 7.

Gambar 7 Desain plat besar


Keterangan:

1. Material : Akrilik

2. Ketebalan plat : 10 mm

3. Dimensi plat : 180 mm x 100 mm

4. Diameter lubang generator linear : 35 mm

5. Diameter lubang pelampung : 50 mm

6. Diameter lubang baut : 6 mm

7. Diameter lubang tali : 3 mm

8. Jarak antara lubang 1 ke sisi atas : 50 mm

9. Jarak antara lubang 2 ke sisi bawah : 50 mm

2. Plat Kecil

Plat kecil diletakkan diujung pelampung diposisikan tegak lurus dengan gelombang datang

agar dapat membantuk menggerakkan pelampung. Desain plat kecil ditunjukkan pada gambar

8.

Gambar 8 Desain plat kecil

Keterangan:

1. Material : Akrilik

2. Ketebalan plat : 10 mm

3. Dimensi plat : 100 mm x 100 mm

4. Diameter lubang pelampung : 50 mm

5. Jarak antara titik pusat lubang ke sisi atas : 50 mm


3. Pelampung

Pelampung digunakan agar alat dapat mengambang diatas permukaan air serta agar

alat bergerak sesuai dengan gerakan gelombang. Pipa PVC yang digunakan sebagai badan

pelampung berukuran 1,5”.

Gambar 9 Desain Pelampung

4. Baut dan Mur

Baut yang digunakan merupakan jenis as derat dengan panjang 18 cm dan diameter 6

mm. Mur yang digunakan berdiameter 6 mm sebanyak 6 buah untuk menahan posisi plat

besar dan baut.

Gambar 10 Desain baut

5. Pegas

Pegas yang digunakan merupakan jenis per tekan, yaitu pegas yang akan kembali ke

panjang awalnya setelah diberikan gaya tekan ditunjukkan pada gambar 3.9. Pegas pada

alat diletakkan di keliling baut yang menghubungkan antara bagian stator dan rotor,

sehingga pegas akan mengembalikan posisi alat pada setiap gerakan. Diameter pegas yang

digunakan 1 cm dan panjang 6 cm.

Gambar 11 Ilustrasi per tekan


Bagian Elektris

Generator linear yang digunakan berupa lilitan kawat sebagai stator yang didalamnya

akan dilewati oleh magnet permanen dengan gerakan linear secara bolak-balik sebagai rotor.

1. Kawat tembaga

Menggunakan kawat tembaga dengan diameter 0,25 mm. Kawat tembaga dililit

sebanyak 2000 lilitan.

2. Sambungan pipa PVC

Digunakan sebagai tempat lilitan kawat tembaga. Material sambungan pipa PVC

dipilih karena memiliki bobot yang ringan, bersifat diamagnetik, serta isolator listrik.

Sambungan pipa PVC yang digunakan berukuran 1”.

Gambar 12 Desain sambungan pipa PVC

Keterangan:

Diameter luar : 4 cm

Diameter dalam: 3.5 cm

Panjang: 5,5 cm

3. Magnet Neodymium

Menggunakan magnet permanen jenis neodymium bentuk koin tipe N52 dengan

diameter 30 mm dan tebal 5 mm yang dalam bentuk 3 dimensi ditampilkan pada gambar

13.


Gambar 13 Desain magnet neodymium

Diameter : 30 mm

Tebal : 5 mm

Jumlah : 5 keping

Densitas Medan Magnet : 3966,3 Gauss = 0,39663 T [8]

4. Dioda

Menggunakan 4 buah dioda tipe IN4007 sebagai rangkaian penyearah dengan tipe full

wave rectifier.

5. Breadboard

Digunakan sebagai tempat meletakkan rangkaian penyearah, beban, dan kabel-kabel

yang dibutuhkan dalam proses pengujian.

Desain Alat Keseluruhan

Pada dasarnya alat ini terbagi atas 2 bagian utama, yaitu bagian yang diam atau stator

dimana terletak lilitan kawat dan bagian yang bergerak atau rotor dimana terdapat magnet

permanen. Berikut merupakan ilustrasi setiap bagian serta alat secara keseluruhan:

Gambar 14 Desain alat keseluruhan


Gambar 15 Tampak asli sistem generator linear dengan 2 pelampung

IV. ANALISIS PERANCANGAN SISTEM GENERATOR LINEAR DENGAN 2 PELAMPUNG

Analisis Kinerja Sistem

Tegangan Keluaran pada Keadaan Hubung Terbuka

Pada pengujian pertama, alat dengan keadaan hubung terbuka, kemudian digunakan 3

variasi amplitudo gelombang dan 2 variasi periode gelombang. Paramter yang diukur adalah

tegangan keluaran hubung terbuka. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik

tegangan keluaran terhadap variasi amplitudo dan periode gelombang. Pada gambar 16

merupakan grafik tegangan keluaran arus bolak balik dalam satuan mili volt pada setiap

pengambilan data untuk periode 1,5 detik dengan 3 variasi amplitudo gelombang

Gambar 16 Tegangan keluaran AC pada periode 1,5 detik dengan 3 variasi amplitudo

gelombang

Pada gambar 17 ditampilkan grafik tegangan keluaran arus bolak balik dalam satuan mili volt

dengan periode gelombang 2 detik.

0 500

1000 1500 2000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tega

ngan

(mV

)

Data ke-

3 cm 5 cm 7 cm


Gambar 17 Tegangan keluaran AC pada periode 2 detik dengan 3 variasi amplitudo

gelombang

Tabel 1 Tegangan keluaran rata-rata arus bolak-balik

No. Periode Amplitudo (cm) Tegangan (mV)

1

1,5 detik

3 563,42

2 5 1118,75

3 7 1498,33

4

2 detik

3 375,92

5 5 759,58

6 7 965,75

Secara umum, semakin besar amplitudo gelombang maka tegangan keluaran yang

dihasilkan akan semakin besar pula, hal ini berlaku pada kedua variasi periode gelombang.

Semakin cepat periode gelombang, maka tegangan yang dihasilkan akan lebih besar. Terlihat

pada data untuk amplitudo yang sama contohnya pada amplitudo 5 cm saat periode 1,5 detik

tegangan keluaran sebesar 1118,75 mV sedangkan pada saat periode 2 detik tegangan

keluaran hanya sebesar 965,75 mV. Tegangan keluaran paling tinggi didapat saat amplitudo

paling besar, yaitu 7 cm dan periode paling cepat, yaitu 1,5. Sehingga dapat disimpulkan

bahwa semakin cepat periode gelombang dan semakin tinggi amplitudo gelombang, maka

tegangan keluaran akan semakin besar

Tegangan keluaran maksimal dapat ditingkatkan dengan cara menambah jumlah lilitan

kawat, menggunakan magnet yang memiliki densitas medan magnet lebih tinggi,

meningkatkan frekuensi gerakan generator linear, serta memperhalus permukaan bagian

0

500

1000

1500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tega

ngan

(mV

)

Data ke-

3 cm 5 cm 7 cm


dalam dari lilitan untuk mengurangi gaya gesek antara magnet permanen dengan sisi bagian

dalam lilitan.

Daya Keluaran pada Keadaan Berbeban

Pengujian dilakukan menggunakan resistor 10 Ω sebagai beban yang dihubungkan

dengan keluaran dari rangkaian penyearah. Selanjutnya dilakukan pengukuran terhadap

tegangan keluaran dan arus keluaran untuk mengetahui daya listrik keluaran dari generator

linear.

Berikut pada gambar 18 merupakan grafik daya listrik keluaran saat periode

gelombang 1,5 detik dengan 3 variasi ampliudo gelombang:

Gambar 18 Daya keluaran pada periode 1,5 detik dengan 3 variasi amplitudo

gelombang

Berikut pada gambar 19 merupakan grafik daya listrik keluaran untuk periode

gelombang 2 detik dengan 3 variasi amplitudo gelombang:

Gambar 19 Daya keluaran pada periode 2 detik dengan 3 variasi amplitudo gelombang

0

1

2

3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Day

a (m

W)

Data ke-

3 cm 5 cm 7 cm

0 0.2 0.4 0.6 0.8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Day

a (m

W)

Data ke-

3 cm 5 cm 7 cm


Daya keluaran listrik rata-rata dari setiap variabel pengujian ditampilkan pada tabel 2

berikut:

Tabel 2 Daya keluaran rata-rata

No. Periode Amplitudo Tegangan (mV) Arus (mA) Daya (mW)

1 1,5

detik

3 cm 49,42 6,56 0,31

2 5 cm 49,58 8,72 0,43

3 7 cm 86 16,78 1,46

4

2 detik

3 cm 14,83 2,89 0,04

5 5 cm 35,42 6,19 0,2

6 7 cm 62 7,13 0,44

Pada data dapat terlihat bahwa semakin besar amplitudo gelombang maka daya listrik

keluaran semakin besar, hal ini berlaku untuk periode 1,5 detik maupun 2 detik. Daya listrik

berbanding lurus nilainya dengan tegangan dan arus, sehingga untuk menambah daya listrik

keluaran diperlukan pertambahan tegangan keluaran dari generator linear.

Efisiensi Daya Keluaran

Efisiensi daya keluaran generator linear dapat dihitung dengan cara membagi antara

daya keluaran hasil pengujian dengan daya keluaran maksimum. Daya keluaran maksimum

didapat dari hasil pengujian generator linear dihubungkan dengan beban LED warna putih

ukuran 5 mm, dengan kondisi rotor dari generator linear digerakkan secara manual dengan

periode 1,5 detik dan 2 detik. Tegangan keluaran rata-rata yang terukur sebesar 2 Volt dan

arus keluaran rata-rata yang terukur sebesar 5,58 mA untuk periode 1,5 detik dan 3,16 mA

untuk periode 2 detik. Sehingga didapat daya keluaran maksimum generator linear sebesar

11,43 mW untuk periode 1,5 detik dan 6,45 mW untuk periode 2 detik.

Efisiensi daya keluaran dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

! = !!"#!!"#

! 100% (4.1)

dengan:

! = Efisiensi daya keluaran

!!"# = Daya keluaran hasil pengujian

!!"# = Daya keluaran maksimum

Berikut pada tabel 3 data perhitungan efisiensi daya keluaran untuk setiap variabel

pengujian:


Tabel 3 Efisiensi Daya Keluaran

No. Periode Amplitudo Daya Pengujian

(mW)

Daya Maksimum

(mW)

Efisiensi

(%)

1

1,5 detik

3 cm 0,31 11,03 2,81

2 5 cm 0,43 11,03 3,90

3 7 cm 1,46 11,03 13,24

4

2 detik

3 cm 0,04 6,45 0,62

5 5 cm 0,2 6,45 3,10

6 7 cm 0,44 6,45 6,82

Semakin cepat periode gelombang, maka daya keluaran maksimum semakin besar.

Sehingga dapat disimpulkan bahwa daya keluaran maksimum berbanding terbalik dengan

periode gelombang. Daya hasil pengujian berbanding lurus dengan amplitudo gelombang dan

berbanding terbalik dengan periode gelombang.

Efisiensi maksimum sebesar 13,24% terjadi saat periode gelombang 1,5 detik dan

amplitudo gelombang 7 cm. Hal ini menunjukkan desain alat masih belum optimal karena

masih cukup banyak rugi-rugi mekanis yang terjadi pada alat, contohnya gaya gesek yang

terjadi antara magnet dengan bagian dalam lilitan dan adanya rugi-rugi pada rangkaian

penyearah yang digunakan.

V. KESIMPULAN

Dari hasil pengujian dapat diketahui bahwa:

1. Tegangan hubung terbuka berbanding lurus dengan besar amplitudo gelombang dan

berbanding terbalik dengan periode gelombang

2. Tegangan hubung terbuka maksimum sebesar 1,4983 Volt dengan amplitudo gelombang 7

cm dan periode gelombang 1,5 detik.

3. Implementasi untuk sistem ini memiliki daya listrik keluaran maksimum sebesar 1,456

mW dengan beban resistor 10 Ohm

4. Efisiensi daya keluaran maksimum sebesar 13,24 % saat amplitudo gelombang 7 cm dan

periode gelombang 1,5 detik

5. Untuk meningkatkan tegangan keluaran sistem, perlu dilakukan penambahan jumlah

lilitan kawat, menggunakan magnet yang memiliki densitas medan magnet lebih tinggi,


menggunakan periode gelombang yang lebih cepat, dan memperhalus permukaan sisi

dalam lilitan untuk mengurangi gaya gesek antara magnet dengan sisi dalam lilitan.

DAFTAR REFERENSI

[1]. Garrison, Tom. “Oceanography: An Invitation to Marine Science (7th Edition)”.

Yolanda Cossio. 2009

[2]. Como, Steven., et al. “Ocean Wave Energy Harvesting: Off-Shore Overtopping

Design”. Worcester Polytechnic Institute. 2015

[3]. Herbich, John B. “Handbook of Coastal Engineering”. McGraw-Hill Professional.

2000

[4]. Wiegel, Robert L., “Oceanographical Engineering”. Prentice-Hall. 1964

[5]. Hoffman D., O. J. Karst, “The Theory of the Rayleigh Distribution and Some of Its

Applications”. Journal of Ship Research 19. 1975

[6]. Nugroho, Wahyudianto B., et al. “Kajian Teknis Gejala Magnetisasi pada Linear

Generator untuk Alternatif Pembangkit Listrik”. Jurnal Teknik POMITS Vol. 3 No. 1.

Institut Teknologi Sepuluh November. 2014

[7]. https://www.supermagnete.de/eng/data_table.php

[8]. https://www.kjmagnetics.com/fieldcalculator.asp

[9]. E. McCormick, Michael., “Ocean Wave Enegy Conversion”. John Wiley & Sons.

1981

[10]. Drew, B., A R Plummer, M N Sahinkaya. “A Review of Wave Energy Converter

Technology”. Proceeding of the institution of mechanical engineers Vol.223 Part A:

Power and Energy, University of Bath, UK. , 2009


Documents

Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut