Rancang Bangun, Analisis Kekuatan Struktural, dan Kinerja Flume Wave untuk Studi Hidrodinamika

Muhammad Anugrah Fadel, Ir. M. Agung Bramantya, S.T., MT., M.Eng., Ph.D., IPM., ASEAN Eng.

2025 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Penelitian mengenai potensi energi gelombang laut di Indonesia yang melimpah namun belum termanfaatkan memerlukan fasilitas uji skala laboratorium yang memadai. Untuk mengatasi inefisiensi pengujian yang harus dilakukan di luar institusi, penelitian ini berfokus pada rancang bangun, analisis kekuatan struktural, dan validasi kinerja sebuah flume wave di Laboratorium Hidrodinamika, DTMI FT-UGM. Perancangan menggunakan software Autodesk Inventor menghasilkan desain dengan dimensi saluran uji 3×0,2×0,4 m yang terbuat dari kaca setebal 10 mm dan ditopang oleh rangka baja hollow galvanized 30×30×2 mm. Alat ini dilengkapi dengan wave generator tipe piston yang dikontrol oleh mikrokontroler ESP-32. Analisis kekuatan struktur dilakukan melalui perhitungan teoretis dan divalidasi dengan simulasi Metode Elemen Hingga (Finite Element Analysis) menggunakan software ANSYS Workbench untuk mengevaluasi deformasi, tegangan Von Mises, dan faktor keamanan (SF) terhadap beban statis dan dinamis air. Validasi kinerja dilakukan dengan membandingkan karakteristik gelombang (tinggi H, panjang ?, dan periode T) hasil eksperimen dengan perhitungan teoretis pada berbagai variasi periode dan langkah piston.

Hasil analisis struktur menunjukkan bahwa desain sangat aman dan layak, dengan nilai faktor keamanan (SF) dari perhitungan teoretis sebesar 5,5 untuk saluran uji dan 6,3 untuk rangka. Hasil ini terkonfirmasi oleh simulasi FEA yang menunjukkan SF minimum 5,628 (saluran uji) dan 6,332 (rangka), dengan deformasi total maksimum yang sangat kecil, yaitu 0,343 mm pada saluran uji dan 0,209 mm pada rangka. Uji kinerja menunjukkan akurasi alat dalam menghasilkan gelombang sangat dipengaruhi oleh periode generator, dengan akurasi tertinggi pada periode yang lebih panjang (T = 1,0 s dan 1,5 s). Sebuah fenomena resonansi signifikan teridentifikasi pada periode T = 1,5 s, di mana tinggi gelombang eksperimental jauh melebihi nilai teoretisnya akibat pantulan gelombang dari wave absorber yang tidak sempurna. Berdasarkan analisis, flume wave ini mampu mereplikasi karakteristik gelombang Laut Arafura pada skala 1:50, menjadikannya fasilitas yang efektif untuk mendukung penelitian Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL) secara mandiri.

Research on the abundant but untapped potential of ocean wave energy in Indonesia requires adequate laboratory-scale testing facilities. To overcome the inefficiency of testing that must be carried out outside the institution, this study focuses on the design, structural strength analysis, and performance validation of a wave flume at the Hydrodynamics Laboratory, DTMI FT-UGM. The design using Autodesk Inventor software produces a design with test channel dimensions of 3×0.2×0.4 m made of 10 mm thick glass and supported by a 30×30×2 mm galvanized hollow steel frame. This tool is equipped with a piston-type wave generator controlled by an ESP-32 microcontroller. Structural strength analysis is carried out through theoretical calculations and validated by Finite Element Method (Finite Element Analysis) simulation using ANSYS Workbench software to evaluate deformation, Von Mises stress, and safety factor (SF) against static and dynamic water loads. Performance validation was performed by comparing the wave characteristics (height H, length ?, and period T) from the experiment with theoretical calculations at various periods and piston strokes.

The results of the structural analysis showed that the design was very safe and feasible, with a safety factor (SF) value from the theoretical calculation of 5.5 for the test channel and 6.3 for the frame. These results were confirmed by FEA simulations which showed a minimum SF of 5.628 (test channel) and 6.332 (frame), with a very small maximum total deformation of 0.343 mm in the test channel and 0.209 mm in the frame. Performance tests showed that the accuracy of the device in generating waves was greatly influenced by the generator period, with the highest accuracy at longer periods (T = 1.0 s and 1.5 s). A significant resonance phenomenon was identified at the period T = 1.5 s, where the experimental wave height far exceeded its theoretical value due to the reflection of waves from the imperfect wave absorber. Based on the analysis, this wave flume is able to replicate the characteristics of Arafura Sea waves on a scale of 1:50, making it an effective facility to support research on Wave Power Plants (PLTGL) independently.

Kata Kunci : Flume Wave, Rancang Bangun, Analisis Elemen Hingga, Wave Generator Tipe Piston, Validasi Kinerja, Energi Gelombang Laut, Hidrodinamika