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