Terbit online pada laman web jurnal http://ejournal2.pnp.ac.id/index.php/jtm

## J URNAL T eknik M esin
Vol. 16 No. 2 (2023) 127 - 132      ISSN Media Elektronik: 2655-5670

## Media Pembangkit Gelombang Skala Laboratorium
Ahmad Su’udi 1 , Jamiatul Akmal 2* , Yoki Surya Grahita 3 , Asnawi Lubis 4 , Novri Tanti 5 , Zulhendri Hasymi 6
123456 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Lampung
2* jamiatul.akmal@eng.unila.ac.id

## Abstract
In the design of offshore building structures, calculations are required by looking at the factors that occur in the ocean. A big factor that occurs is the disturbance force of waves which can disrupt the strength of the building structure to be created. For this reason, this research makes a wave generating media device on a laboratory scale. With this tool, efforts are also made to resemble  the  original  wave,  where  the  deeper  it  is,  the  smaller  the  strength  of  the  wave  formed.  This  effort  is  an implementation of the wave  forms that occur in the open sea. The results of the design of a wave  generating  media device measuring 3690x830x940 mm. From wave observations and calculations, it was found that the wavelength was 0.5m and the amplitude was 0.01m. It was concluded that the type of wave characteristic produced by this tool was categorized as an airy wave.
Keywords: Design, Wave Generation Media, Wave Characterization, Airy’s Theory.

## Abstrak
Pada perancangan struktur bangunan lepas pantai diperlukan perhitungan dengan melihat faktor-faktor yang terjadi di lautan tersebut.  Faktor  yang  besar  terjadi  adalah  gaya  gangguan  gelombang  ombak  yang  dapat  mengganggu  kekuatan  struktur bangunan  yang  akan  dibuat.  Untuk  itu  penelitian  kali  ini  membuat  alat  media  pembangkit  gelombang  dalam  skala laboratorium.  Dengan  adanya  alat  ini  juga  diupayakan  agar  dapat  menyerupai  gelombang  aslinya  dimana  semakin  dalam maka  kekuatan  gelombang  yang  terbentuk  semakin  kecil.  Upaya  ini  merupakan  implementasi  dari bentuk  gelombang  yang terjadi  di  lautan  lepas.  Hasil  dari  rancangan  alat  media  pembangkit  gelombang  berukuran  3690x830x940  mm.  Dari pengamatan  dan  perhitungan  gelombang  didapatkan  panjang  gelombang  0,5m  dan  amplitudo  0,01m.  Disimpulkan  bahwa jenis karakterisasi gelombang yang dihasilkan pada alat tersebut dikategorikan sebagai gelombang airy.
Kata kunci: Rancang Bangun, Media Pembangkit Gelombang, Karakterisasi Gelombang, Teori Airy.

## 1. Pendahuluan
Indonesia adalah negara kemaritiman dengan wilayah laut  yang  luas  serta  potensi-potensi  alamnya  yang besar.  Laut  yang  luas  memiliki  potensi  dalam  bidang teknologi struktur untuk menopang aktifitas eksplorasi sumber  daya  kelautan.  Pada  perancangan  struktur bangunan  lepas  pantai  diperlukan  perhitungan perhitungan dengan melihat faktor-faktor yang terjadi di lautan tersebut. Faktor dominan yang terjadi adalah gaya  gangguan  gelombang  ombak  yang  dapat mengganggu  kekuatan  struktur  bangunan,  misalnya gangguan  ombak  terhadap  kabel  bawah  laut  [1],  [2], Tension  Leg  Platform  [3],  [4],  [5]  and  Submerged Floating Tunnel [6].
Artikel  ini  memuat  proses  perancangan  alat  media pembangkit  gelombang  dalam  skala  laboratorium untuk menunjang penelitian dan praktikum mahasiswa tentang  teknologi  struktur  kelautan.  Jenis  gelombang
ombak  yang  dihasilkan  diketahui  secara  spesifik setelah  dilakukannya  pengamatan  ketika  kolam pengombak  telah  beroperasi.  Dengan  pengamatan secara  langsung  dan  dilihat  serta  diukur  maka  dapat diketahui jenis gelombang ombak apa yang didapatkan dengan mengacu pada teori-teori gelombang yang ada.
Gelombang adalah fenomena gerakan osilasi permukaan,  yang  amplitudonya  lebih  besar  di permukaan dan semakin berkurang menuju dasar laut. Gerakan  naik  turunnya  air  yang  tegak  lurus permukaan laut membentuk kurva sinusoidal. Gelombang laut biasanya disebabkan oleh angin yang mentransfer  energinya  ke  air,  menyebabkan  riak  dan menjadi gelombang [7].
Untuk mengembangkan spesifikasi rancangan dilakukan  investigasi  atas  pemasalahan-permasalahan yang  ingin  diselesaikan.  Selanjutnya  perancangan
Ahmad Su’udi 1 , Jamiatul Akmal 2* , Yoki Surya Grahita 3 , Asnawi Lubis 4 , Novri Tanti 5 , Zulhendri Hasymi 6
Jurnal Teknik Mesin (JTM)  Vol . 16 No. 2 (2023) 127 - 132
dilakukan  dengan  tahapan-tahapan  yang  dikenal sebagai fase-fase perancangan [8]. Fase-fase perancangan  dimulai  dari  identifikasi  rancangan, konseptual rancangan, embodiment rancangan, sampai  detil  rancangan.  Embodimen  rancangan disketsa  menggunakan  aplikasi Autocad  Inventor . Perancangannya  disesuaikan  dengan  ketersediaan bahan yang mudah dijumpai dipasaran.
Hasil rancangan selanjutnya difabrikasi dan dilakukan pengujian kinerja untuk melihat efektifitas rancangan. Selanjutnya  ombak  yang  dihasilkan  diamati  untuk dikarakterisasi  berdasarkan  teori-teori  gelombang yang ada, diantaranya Teori Gelombang Airy, Stokes, Cnoidal dan Solitary [9].

## Karakterisasi Gelombang Air
Karakterisasi  gelombang  air  merupakan  gambaran umum  atau  kegiatan  untuk  mengetahui  sifat  dan karakter  sebuah  gelombang  air.  Teori  gelombang amplitudo  rendah  diteliti  lebih  lanjut  oleh  Airy  atau juga  dipertimbangkan  oleh  teori  Stokes  orde  pertama yang  umumnya  diterapkan  pada  semua  d/L  (rasio kedalaman air terhadap panjang gelombang).  Gambar 1 memperlihatkan parameter ombak.

## Gambar 1. Profil dan Parameter ombak [10].
Teori jenis-jenis gelombang ditunjukkan pada Gambar 2. Teori gelombang amplitudo rendah didasarkan pada asumsi bahwa gerakan cukup kecil untuk memungkinkan  kondisi  batas  permukaan  bebas dilinearkan,  yaitu  istilah  yang  terkait  dengan amplitudo  gelombang  kedua  dan  di  atas  dapat diabaikan.  Jika  amplitudo  gelombang  besar,  penting untuk  mempertahankan  suku  orde  tinggi  untuk mendapatkan  representasi  yang  akurat  dari  gerakan gelombang.  Teori  gelombang  amplitudo  hingga  atau teori  orde  tinggi  Stokes  mirip  dengan  konsep  bahwa suku  orde  tinggi  tambahan  diabaikan  dalam  Teori Udara.
Pemilihan  teori  gelombang  harus  didasarkan  pada parameter  gelombang,  yaitu  periode,  tinggi  dan kedalaman.  Setiap  teori  gelombang  berlaku  hanya dalam  kondisi  tertentu.  Untuk  mempresentasikan kondisi  ombak  yang  lebih  mendekati  kondisi  nyata, dapat  digunakan  teori  Stokes  pada  orde  tinggi.  Teori stokes  mengasumsikan  kecepatan  potensial  sebagai deret  kuadrat  dari  parameter    gangguan  dan  solusi diperoleh  jika  kondisi  ombak  tidak  terlalu  curam  dan kedalaman laut tidak terlalu rendah. Pada kondisi laut yang  dangkal,  dapat  digunakan  teori  Cnoidal.  Teori ini  dapat  mempresentasikan  ombak  yang  curam dengan puncak ombak yang lancip dan lembah ombak yang  datar.  Keterbatasan  teori  Cnoidal    adalah  tidak valid  terhadap  kondisi  panjang  ombak  yang  sangat panjang  atau  tidak  terhingga  [11].  Pada  kondisi  ini teori  Solitary  dapat  digunakan.  Setiap  teori  ombak hanya  valid  untuk  diterapkan  pada  kondisi  tertentu, dimana  klasifikasinya  ditunjukkan  pada  Gambar  3 [12].  Pembagian  wilayah  penerapan  teori  ombak berdasarkan periode (Persamaan 1).
      cosh cos sinh k d z H u kx t T kd          (1)
Untuk  merepresentasikan  kondisi  ombak  yang  lebih mendekati kondisi nyata, dapat digunakan teori Stokes orde  tinggi.  Teori  Stokes  mengasumsikan  kecepatan potensial  sebagai  deret  kuadrat  dari  parameter gangguan  dan  solusi  diperoleh  jika  kondisi  ombak tidak  terlalu  curam  dan  kedalaman  laut  tidak  terlalu rendah  Persamaan  perhitungan  teori  stokes  terdapat pada Persamaan (2) [9].
    2 4 cosh ( ) cosh 2 ( ) 3 cos( ) cosh 4 sinh k d z k z d Hgt H u kx t C T L kd      
       ….(2)
Gambar 3 . Klasifikasi penerapan teori ombak [12].

## 2. Metode Penelitian
Beberapa  komponen  yang  digunakan  pada  alat  ini adalah  rangka  dudukan  penggerak  pengombak  untuk
Ahmad Su’udi 1 , Jamiatul Akmal 2* , Yoki Surya Grahita 3 , Asnawi Lubis 4 , Novri Tanti 5 , Zulhendri Hasymi 6
menopang  komponen-komponen  yang  terdiri  dari motor,  gearbox,  pasangan  sabuk  puli  dan  rotor eksentrisitas. Gambar  4  merupakan rancangan rangka dudukan  penggerak  dengan  ukuran  tinggi  1150  mm dan  lebar  740  mm.  Gambar  5  memperlihatkan  foto penggerak pengombak yang sudah terpasang.
Gambar 4. Rancangan Rangka Media Pengombak.
Gambar 5. Rangka media pembangkit gelombang
Sebagai  sumber  daya  digunakan  motor  listrik  AC dengan  spesifikasi  yang  dapat  dilihat  pada  Tabel  1. Pemilihan  motor  disasarkan  kepada  kebutuhan  torsi untuk  memutar  rotor  eksentris  beserta  emua komponen-komponen  transmisinya.  Perkiraan  awal kebutuhan  torsi  dihirung  dari  beratnya  pengombak (sekitar  4  kg)  dikalikan  dengan  eksentrisitas maksimum 5 cmm. Dengan demikian kebutuhan torsi adalah sekitar 20 kg.cm (T=2.N.m). Pengadaan motor disesuaikan  dengan  yang  ada  dipasaran,  sebesar  1,5
Hp  yang  bias  menhasilkan  torsi  sebesar  3,81  Nm, sebagaimana yang diperlihatkan pada Persamaan (3).
Tabel 1. Spesifikasi motor listrik Daya P 1,5 Hp Putaran 2800 rpm Puli pada motor listrik 6 cm Puli pada Gearbox 7 cm

## Gambar 6. Motor listrik dengan puli-sabuk
Dari  daya  motor  yang  diketahui  dihitung  torsi  yang dihasilkan  motor  adalah  seperti  yang  terlihat  pada Persamaan (3).
Motor  selanjutnya  terhubung  dengan  sepasang  puli dan  sabuk  (Gambar  6). Pulley yang  digunakan  pada motor  listrik  berdiameter  6  cm  dan pulley yang digunakan  pada  input gearbox berdiameter  7  cm. Gambar  7  memperlihatkan  rancangan  motor  listrik terhubung ke gearbox melalui sepasang puli sabuk.
Gambar 7. Rancangan Motor Listrik dan Gearbox
Ahmad Su’udi 1 , Jamiatul Akmal 2* , Yoki Surya Grahita 3 , Asnawi Lubis 4 , Novri Tanti 5 , Zulhendri Hasymi 6
Jurnal Teknik Mesin (JTM)  Vol . 16 No. 2 (2023) 127 - 132
Reduksi putaran dari motor ke gearbox dapat dihitung dengan Persamaan (4)
rpm (4)
Gearbox yang dipakai  memiliki rasio reduksi  sebesar 1:10 serta memiliki sistem kerja dengan menggunakan roda  gigi  cacing  ( worm  gears ),  sebagaimana  yang terlihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Gearbox
Dari  rasio  yang  dimiliki  pada gearbox maka  putaran output  yang  terjadi  pada gearbox adalah  seperti  yang terlihat pada Persamaan (5).
N 3 = rpm (5)
Kemudian komponen
selanjutnya kembali menggunakan sistem sabuk puli ke poros engkol. Puli output  gearbox ini  menggunakan  ukuran  6  cm  dan menyalurkan  putaran  ke  puli  rotor  eksentris  dengan ukuran  15  cm.  Kecepatan  rotor  eksentris  dapat dihitung dengan Persamaan (6).
rpm                     (6)
Rotor eksentris memiliki eksentrisitas 3 cm, 5 cm dan 8  cm  sebagaimana  yang  terlihat  pada  Gambar  9. Selanjutnya  putaran  poros  eksentrisitas  diteruskan  ke papan pengombak dengan sebuah batang penghubung sebagaimana  yang  terlihat  pada  Gambar  10,  dan analisisnya  dianggap  sebagai  mekanisme  engkol peluncur.  Kecepatan  rotasi  poros  eksentris  setara dengan Persamaan (7).
(7)
Gambar 9. Output putaran gearbox ke pulley poros engkol.

## Gambar 10. Mekanisme Engkol Peluncur
Putaran  tersebut  diteruskan  untuk  menggerakkan media  pembangkit  gelombang,  alat  tersebut  memiliki bentuk seperti pada Gambar 11.
A
Ahmad Su’udi 1 , Jamiatul Akmal 2* , Yoki Surya Grahita 3 , Asnawi Lubis 4 , Novri Tanti 5 , Zulhendri Hasymi 6

## Gambar 11. Media Pembangkit Gelombang
Media  pembangkit  gelombang  memiliki  dimensi tinggi  700  mm  dan  lebar  yang  sama  dengan  tinggi. Alat  ini  juga  memiliki  radius  494  pada  bagian bawahnya  yang  diasumsikan  agar  menghasilkan gelombang yang sama dengan gelombang lautan. Dari persamaan kinematika gerak lurus didapatkan polygon kecepatan sesaat yang terjadi pada media pembangkit gelombang dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12. Poligon kecepata gerak media pembangkit gelombang
Media gelombang berupa kolam air  yang terbuat dari kaca  dan  diperkuat  dengan  bingkai  frame  baja,  yang rancangannya  dapat  dilihat  pada  Gambar  13.  Dibuat dari  kaca  agar  memudahkan  mengamati  gelombang yang terjadi.

## Gambar 13. Desain Kolam Media Pembangkit Gelombang

## 3. Hasil dan Pembahasan
Kolam  kaca  yang  telah  dibuat  memiliki  ukuran panjang 3680 mm, tinggi 800 mm dan lebar 800 mm, serta  ketebalan  kaca  10  mm,  sebagaimana  yang terlihat  pada  Gambar  14.  Pada  kolam  kaca  diberikan rangka  besi  siku  yang  menyesuaikan  bentuk  kolam kaca  dengan  sambungan  las.  Ketinggian  permukaan air dari dasar kolam kaca sebesar 600 mm.

## Gambar 14. Kolam Kaca

## Spesifikasi Gelombang
Gelombang  yang  dihasilkan  dari  alat  tersebut memiliki  karakteristik  yang  sesuai  dengan  teori gelombang  Airy.  Adapun  bentuk  gelombang  yang telah dihasilkan ditunjukkan  pada Gambar 15 dengan ketinggian  permukaan  air  600  mm.  Panjang gelombang yang dihasilkan sebesar 550 mm, tinggi 20 mm.  Dengan  demikian  amplitudo  yang  dihasilkan adalah sebesar 10 mm.
Ahmad Su’udi 1 , Jamiatul Akmal 2* , Yoki Surya Grahita 3 , Asnawi Lubis 4 , Novri Tanti 5 , Zulhendri Hasymi 6
Jurnal Teknik Mesin (JTM)  Vol . 16 No. 2 (2023) 127 - 132

## Gambar 15. Bentuk Gelombang

## Karakteristik Jenis Gelombang
Dari  data  pengamatan  di  atas,  parameter-parameter gelombang dapat dibandingkan dengan teori gelombang  yang  telah  ada,  diperiksa  dengan  rumus gelombang Airy dengan Persamaan (8) dan Persamaan  (9),  dimana  parameter  yang  digunakan merujuk kepada Gambar 1.
(8)
Selanjutnya parameter-parameter gelombang diperiksa  dengan  rumus  kedua  dan  diperoleh  hasil sebagai berikut.
(9)
Dari  Persamaan  (8)  diperoleh  hasil  0.5  yang  mana hasil  tersebut  merupakan  syarat  pertama  dalam memenuhi  data  hasil  gelombang  Airy.  Selanjutnya dari  Persamaan  (9)  diperoleh  nilai  sebesar  0,01  yang merupakan  syarat  kedua  dipenuhinya  persamaan gelombang  airy,  dimana  nilai  harus  kurang  dari  1. Secara  visual  gelombang  yang  terjadi  berbentuk sinusoidal,  dan  ini  sesuai  dengan  teori  gelombang Airy yang berbentuk gelombang regular.

## 4. Kesimpulan
Media  gelombang  yang  telah  dirancang  dan  dibuat dapat berfungsi dengan baik. Gelombang yang terjadi memiliki  panjang  550  mm,  tinggi  20  mm  dan Amplitudo  10  mm.  Karakterisasi  gelombang  ini didasarkan  kepada  Persamaan (8) dan Persamaan (9), dimana  rasio  amplitude  terhadap  tinggi  gelombang bernilai  0,5.  Dengan  demikian  gelombang  berbentuk sinusoidal dan dapat dikategorikan sebagai Gelombang Airy.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  disampaikan  kepada  Kepala Laboratorium  Mekanika  Struktur  Jurusan  Teknik Mesin  Universitas  Lampung,  atas  sarana  dan  fasilitas yang diberikan.

## DAFTAR PUSTAKA
1. X.  Cheng,  Y.  Wang,  and  G.  Wang,  2012,  Hydrodynamic Forces on a  Large Pipeline and a Small Pipeline in Piggyback Configuration  under  Wave  Action,  Journal  Waterway  Port Coastal Ocean Engineering, Vol.138, No.5, pp.394 405.
2. X.  Zan  and  Z.  Lin,,  2020,  “On  the  Applicability  of    Morison Equation  to  Force  Estimation  Induced  by  Internal  Solitary Wave  on  Circular  Cylinder”,  Ocean  Engineering,  vol.  198, pp.106966
3. M. Lou, C. Yu, and P. Chen, 2015, Dynamic response of a riser under  excitation  of  internal  waves,  Journal  Ocean  University China, vol. 14, no.6, pp.982 988
4. S. Chandrasekaran and K. Yuvraj, 2013, Dynamic analysis of a tension  leg  platform  under  extreme  waves,  JournalNaval Architecture Marine Engineering, vol.10, no.1, pp.59-68.
5. Akmal,  J.,  Tanti,  N.,  Lubis,  A.  Intan,  D.  F.  K,  2022,  Respon Dinamis Tension Leg Platform (TLP): Studi Komparasi Antara Penggunaan Ponton Telapak Lingkaran dengan Ponton Telapak Bujur Sangkar, Machine; Jurnal Teknik Mesin Vol. 8 No. 1 A.
6. Akmal,  J.,  Lubis,  A.,  Su'udi,  A.,  Tanti,  N.,  Nugraha,  N., Fahrain, Z. A., & Hakim, P. F., 2017, Hydrodynamic Forces on Submerged  Floating  Tube:  The  Effect  Of  Curvature  Radius And  Depth  Level Kapal : Jurnal  Ilmu  Pengetahuan  dan Teknologi Kelautan, Vol. 19 No. 1 pp.1-8.
7. Nadia  Friska  Marelsa1,  Yosyea  Oktaviandra,  2019,  Analisis Karakteristik  Gelombang  Laut  Menggunakan  Software Windwave-12  (Studi  Kasus:  Kepulauan  Mentawai),  Oseana, Vol. 44, No. 2 pp. 10 - 24
8. Pahl.G, W.Beitz, J. Feldhusen. K.-H Grote. 2007, Engineering design A Systematic Approch Third Edition.. London Springer.
9. Sundar,  V.  2016.  Ocean  Wave  Mechanics:  Applications  in Marine Structures. John Wiley & Sons Ltd.
10. Akmal, J., Magnolia, A., Suudi, A., Tanti, N., Lubis, A., 2010, Identifikasi  Kinematika  Partikel  Air  dan  Karakterisasi Gelombang  Ombak  Dengan  Metode  Video  Tracker,  Jurnal Teknik Mesin Indonesia, Vo..18, No.1, pp 24-28.
11. Sarpkaya,  T.  2010.  Wave  forces  on  offshore  structures. Cambridge university press.
12. Le Méhauté, B., 1976. An Introduction to Hydrodynamics and Water Waves (Springer Study Edition). Springer-Verlag Berlin Heidelberg.