Ardi Noerpamoengkas2106 100 101
Jurusan Teknik MesinFakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Latar Belakang Teknologi pengembangan potensi energi gelombang
laut untuk memecahkan masalah energi listrik. Pembangkit listrik tenaga gelombang laut sistem
bandulan karya Bapak Zamrisyaf SY dari Balitbang PT. PLN (persero)
Riset antara pihak Balitbang PT. PLN (persero) dengan LPPM-ITS, PLTGL-SB menggunakan ponton datar
Belum diadakan studi mengenai respon pendulumdengan model seperti ini
Perumusan Masalah Sistem pendulum-ponton datar dengan goyangan
sudut terhadap sumbu x/lempeng ponton datar membentuk sudut terhadap sumbu y
Pemodelan simulasi respon pendulum non linear Validasi model simulasi dengan respon pendulum
hasil linearisasi Uji coba model simulasi respon pendulum non linear
dengan variasi massa, panjang pendulum dan frekuensi gelombang.
Analisa uji coba model simulasi tersebut
TujuanMembangun simulasi numerik untuk mengetahui perubahan sudut, kecepatan sudut dan percepatan sudut respon pendulum akibat variasi kemiringan ponton datar
Batasan Masalah Sistem ponton dan pendulum merupakan sistem
dengan single degree of freedom Seluruh massa yang bergerak dianggap kaku, sehingga
defleksi yang dialami oleh massa akibat elastisitas diabaikan karena sangat kecil
Batang pendulum dianggap tidak bermassa dan bola pendulum dianggap partikel bermassa
Nilai koefisien redaman torsional pada pendulum diasumsikan konstan dan ditentukan di awal simulasi numerik
Batasan Masalah Pengaruh gesekan torsional pada pendulum diabaikan Gerakan yang membuat ponton miring terjadi akibat
gelombang laut yang diasumsikan sinusoidal Profil gelombang laut hanya terjadi pada arah sumbu y
yang merupakan sumbu tetap dengan bidang x-y merupakan bidang permukaan air laut.
Lempeng ponton datar tidak bergerak rotasi terhadap sumbu y dan sumbu z, hanya terhadap sumbu x dan membentuk sudut terhadap sumbu y (penetapan sumbu x-y-z dapat dilihat pada sub bab 3.1.2.)
Manfaat Bagi teknologi energi baru dan terbarukan penelitian ini
dapat menyempurnakan penelitian-penelitian lain mengenai Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Sistem Pendulum-Ponton Datar yang sudah ada
Sebagai masukan perhitungan teoritis bagi studi eksperimental dan rancang bangun pada penelitian mengenai Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut Sistem Pendulum-Ponton Datar selanjutnya
Pengaplikasian toolbox Simulink software Mathlab sebagaisarana simulasi dan penyelesaiaan numerik non linear daripenelitian ini
Pengaplikasian software AutoCAD 3D sebagai sarana visualisasi model dari obyek penelitian ini
Kajian Pustaka Teori Gelombang Laut Geometri Analitik Persamaan Gerakan Rotasi Mengelilingi Sumbu Tetap Konsep Getaran
Teori Gelombang Laut Gelombang di laut bisa dibangkitkan oleh angin, gaya tarik
matahari dan bulan, letusan gunung berapi, atau gempa dilaut, kapal yang bergerak dan sebagainya.
Gelombang yang berada di laut sering nampak tidakberaturan karena puncak permukaan laut yang seringberubah-ubah, hal ini bisa diamati dari permukaan airnyayang diakibatkan oleh arah perambatan gelombang yang sangat bervariasi serta bentuk gelombang yang juga tidakberaturan terutama jika dipengaruhi angin
Teori yang paling sederhana digunakan untukmenerangkan perambatan gelombang laut dikenal sebagaismall amplitude wave theory atau linear wave theory. Teoriini dapat digunakan untuk menganalisa gerakangelombang, gelombang-gelombang merambat denganprofil permukaan maupun kecepatan pertikel air membentuk sinusoidal
Lingkaran Berpusat di Titik (0,0)
Ellips
Dimensi Tiga
Persamaan Gerakan Rotasi Mengelilingi Sumbu Tetap
Karakteristik Getaran Frekuensi getaran Displacement getaran Kecepatan getaran Percepatan getaran Fase getaran
Gerak Harmonik
Getaran Bebas dari Sistem 1 dof Undamped Free Vibrations Underdamped Free Vibrations Critical Damped Free Vibrations Overdamped Free Vibrations
Gerak Pendulum Sederhana
Gerak Pendulum Compound
Metodologi Penelitian
Pemodelan Sederhana PLTGL sistem pendulum-ponton datar sesungguhnya
terbuat dari rangkaian pendulum, generator elektrik, dan struktur ponton di bawahnya.
Penyederhanaan untuk mendapatkan pengaruh kemiringan ponton terhadap gerak pendulum.
Penentuan Letak dan Posisi Titik Pusat (0,0,0)
Analisa Tiga Dimensi Gerak Ponton Datar Lempeng ponton datar yang miring berdasar input
gerak dari sumbu y
Analisa Tiga Dimensi Gerak Ponton Datar
Analisa Persamaan Gerak Putar Pendulum
Analisa Persamaan Gerak Putar Pendulum
Pengaruh sudut δterhadap posisi kesetimbangan pendulum
Designing, Building, Checking and Rebuilding model Simulink Mathlab Desain Membangun Mengecek Membangun kembali
Validasi Simulasi Respon Pendulum Non Linear Nilai input M = 1 kg, L = 1 m, α = 7 derajat, g = 9,8 ms^-2,
dan Ct = 0,05 N.s/rad (untuk yang teredam) Mendapatkan error dengan perumusan
Keadaan teredaman dan underdamped
Uji Coba Simulasi ResponPendulum Non Linear Setelah divalidasi, model simulasi non linear diuji coba
dengan variasi input massa pendulum, panjang pendulum dan frekuensi sudut kemiringan lempeng ponton datar.
Variasi M (5, 10, 15, dan 20 kg), variasi L (1, 1,5, 2, dan 2,5 m), dan variasi frekuensi (0,111, 0,167, dan 0,333 Hz).
α = 8 derajat, Ct = 0,005 N.s/rad Dianalisa respon pendulum
Prosedur Perhitungan
Validasi Simulasi Respon Pendulum Non Linear Hasil validasi dengan sudut simpangan awal 1 derajat,
tak teredam. Error mendekati 0.
Validasi Simulasi Respon Pendulum Non Linear Hasil validasi dengan sudut simpangan awal 0,5 rad,
tak teredam. Error 0,018.
Validasi Simulasi Respon Pendulum Non Linear Hasil validasi dengan sudut simpangan awal 1 derajat,
underdamped. Error mendekati 0.
Validasi Simulasi Respon Pendulum Non Linear Hasil validasi dengan sudut simpangan awal 0,5 rad,
underdamped. Error 0,018.
Pengujian dengan Variasi Massa Pendulum Pada frekuensi 0,111 Hz
L=1m L=1,5m
L=2mL=2,5m
Pengujian dengan Variasi Massa Pendulum Pada frekuensi 0,167 Hz
L=1,5m
L=2,5m
L=1m
L=2m
Pengujian dengan Variasi Massa Pendulum Pada frekuensi 0,333 Hz
L=1mL=1,5m
L=2mL=2,5m
Pengujian dengan Variasi PanjangPendulum Pada frekuensi 0,111 Hz
Pengujian dengan Variasi PanjangPendulum Pada frekuensi 0,167 Hz
Pengujian dengan Variasi PanjangPendulum Pada frekuensi 0,333 Hz
Pengujian dengan Variasi Frekuensi Pada panjang 1 m
Pengujian dengan Variasi Frekuensi Pada panjang 1,5 m
Pengujian dengan Variasi Frekuensi Pada panjang 2 m
Pengujian dengan Variasi Frekuensi Pada panjang 2,5 m
Analisa Umum Simulasi ResponPendulum Non Linear Tren grafik θ(t) yang terus naik dan yang naik-turun Semakin pendek panjang pendulum semakin cepat
perputaran pendulum. Semakin tinggi frekuensi semakin tinggi kenaikan
kecepatan putar pendulum di awal-awal simulasi Respon perputaran, kecepatan putar, dan percepatan putar
pendulum yang tidak beraturan disebabkan perubahan posisi kesetimbangan pendulum, dan besar sudut simpangan awal setiap kali perubahan tersebut.
Kesimpulan Solusi numerik non linear dari respon pendulum dapat
menggunakan pemodelan simulasi Simulink Matlab Model simulasi respon pendulum non linear valid terhadap
model simulasi hasil linearisasi Massa tidak signifikan mempengaruhi perputaran pendulum Semakin panjang pendulum, semakin kecil nilai maksimum
respon kecepatan dan percepatan putar pendulum yang bisadicapai
Semakin tinggi frekuensi sudut kemiringan lempeng pontondatar semakin tinggi respon kecepatan dan percepatanpendulum di awal-awal simulasi
Ketidakteraturan respon pendulum disebabkan oleh perubahanposisi kesetimbangan dan besar sudut simpangan awal saatperubahan tersebut
Saran Karena masih ada proses yang diskontinyu maka
sebaiknya ada penyesuaian solver pada configuration parameters jika terjadi hasil respon yang diskontinyu
Mengekivalensikan inersia pendulum riil jika ingin menyimulasikannya ke model simulasi
Mematenkan model matematis dan simulasi Digunakan lebih lanjut untuk mengetahui potensi
daya yang bisa dihasilkan PLTGL dengan sistem ini. Model sebaiknya dimodifikasi lagi agar tampil
visualisasi respon gerak pendulum.
Daftar Pustaka Away, Gunaidi A., “The Shortcut of Matlab Programming”, Penerbit
Informatika, Bandung, 2006 Balitbang Ketenagalistrikan PLN dan LPPM ITS,”Studi Pemodelan dan Simulasi
Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut-Sistem Bandulan (PLTGL-SB),” Surabaya, 2010.
D. Dimargonas, Andrew, “Vibration for Engineers”, Prentice Hall PTR, New jersey, 2002.
Hibbeler, R.C.,”Mekanika Teknik Dinamika,” PT. Prenhallindo, Jakarta, 1998. Kelly, S. Graham,”Fundamentals of Mechanical Vibrations“, McGraw Hill,
Singapore, 2000. Martin, George H.,”Kinematika dan Dinamika Teknik”, Penerbit Erlangga,
Jakarta, 1982. Meirovitch, Leonard,”Fundamentals of Vibrations“, McGraw Hill, Singapore,
2001. Rao, Singiresu S., “Mechanical Vibration, 3rd Edition,” Addison Wesley
Publishing Company. Inc. United State of America, 1995. Thomson, William T., “Teori Getaran dengan Penerapan,” Penerbit Erlangga,
Jakarta, 1992. Tim Penyusun Buku Ajar Kalkulus,”Kalkulus 2”, Jurusan Matematika FMIPA
ITS, Surabaya, 2005. Washington, Gregory, ”Simulink Tutorial”, The Intelligent Structures and
Systems Laboratory, Department of Mechanical Engineering, The Ohio-State University, Ohio, 2002.
Terima Kasih Atas Perhatiannya
Mohon Saran dan Kritik KonstruktifUntuk Kebaikan Tugas Akhir ini