Templat tesis dan disertasi
advertisement
PROTOTIPE DAN KINERJA SISTEM PENGGERAK KENDARAAN AIR BERBASIS GETARAN STRUKTUR ASEP ANDI SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Prototipe dan Kinerja Sistem Penggerak Kendaraan Air Berbasis Getaran Struktur adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Oktober 2015 Asep Andi NIM F151140116 RINGKASAN ASEP ANDI. Prototipe dan Kinerja Sistem Penggerak Kendaraan Air Berbasis Getaran Struktur. Dibimbing oleh RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN dan WAWAN HERMAWAN. Beberapa karakteristik fisika-mekanika hewan yang ada dimuka bumi telah menginspirasi dalam pengembangan sistem penggerak baik di air, darat, maupun udara. Salah satu konsep bio-mimetik yang menjadi pusat perhatian adalah sistem pergerakan ikan di dalam air yang dapat digunakan untuk sistem penggerak kendaraan air. Tujuan umum dari penelitian ini adalah merancang sistem penggerak kendaraan air menggunakan getaran (resonansi) dari struktur berbentuk plat tipis dan menguji kinerja dari sistem tersebut pada sebuah model kendaraan air. Alat dan bahan yang digunakan terdiri dari beberapa bagian, yaitu pembuatan sistem kelistrikan, pembuatan mekanisme sistem penggerak, pembuatan model kendaraan air, dan perlengkapan uji kinerja. Rancangan terdiri dari dua jenis yakni rancangan fungsional dan rancangan struktural. Fungsi dan struktur utama dari sistem yang dibuat adalah sistem kelistrikan akan menghasilkan daya listrik DC variabel yang stabil, mekanisme crank and rocker akan mengubah gerak rotasi menjadi gerak bolak balik, rancangan kendaraan air yang dapat bergerak lurus ke depan, dan instrumen untuk menampilkan putaran motor listrik dan daya listrik yang digunakan. Pengukuran dan pengujian meliputi validasi mekanisme crank and rocker, kalibrasi alat ukur, perhitungan luasan basah dan bobot kendaraan air, perhitungan kecepatan maju, gaya dorong, dan putaran serta daya listrik terpakai. Rancangan acak kelompok (RAK) dianalisis menggunakan perangkat lunak IBM SPSS 20.0. Kendaraan air memiliki dimensi panjang, lebar, dan tinggi berturutturut 100 cm, 50 cm, dan 30 cm dengan dua jenis luasan basah yakni 0.32 m2 (bobot 12.5 kg) dan 0.57 m2 (bobot 17.5 kg). Mekanisme crank and rocker dapat digunakan pada sistem penggerak. Ukuran batang hubung R1, R2, R3, dan R4 dengan posisi sumbu yang tepat berturut-turut adalah 80 mm, 20 mm, 90 mm, dan 50 mm dan sudah memenuhi kriteria Grashof. Berdasarkan hasil simulasi, frekuensi pribadi mode ke-2 untuk masing-masing plat berada pada putaran motor listrik 202 rpm, sedangkan berdasarkan uji langsung nilai frekuensi pribadi yang dihasilkan plat 1, plat 2, plat 3, dan plat 4 pada kondisi luasan basah 0.32 m2 berturut-turut 313, 243, 233, dan 250 rpm. Perbedaan tersebut diakibatkan oleh kedalaman plat yang tidak sama dengan simulasi sehingga tekanan air juga berbeda. Berdasarkan uji kinerja, kecepatan maju kendaraan air berkisar antara 0.07 – 0.38 m/s, gaya dorong yang dihasilkan masing-masing plat berkisar antara 0.01 – 0.19 N/kg bobot kendaraan air, konsumsi daya listrik yang digunakan berkisar antara 1.75 – 75.13 watt, daya mekanis yang dihasilkan berkisar antara 0.02 – 0.90 watt, dan efisiensi daya mekanis berkisar antara 0.35 – 5.21 %. Nilai efisiensi tertinggi dihasilkan pada sistem penggerak plat 1 (panjang 500 mm, lebar 30 mm, dan tebal 1 mm) untuk kedua kondisi luasan basah kendaraan air dan secara umum memiliki nilai rataan tiap parameter yang berbeda nyata dengan plat 4 (panjang 500 mm, lebar 60 mm, dan tebal 1 mm). Kata kunci: getaran struktur, gaya dorong, kendaraan air, efisiensi daya SUMMARY ASEP ANDI. Prototype and Performance of Water Propulsion System Based on Structural Vibration. Supervised by RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN and WAWAN HERMAWAN. Some physical and mechanical characteristics of animal have inspired the design of ground, water, and sky propulsion system. One of the most attentive biomimetic concepts is a movement system of fish in the water which can be used for water propulsion system. The general objectives of this research were to design a water vessel propulsion system using vibration (resonance) of a thin cantilever beam and to examine the performance of the system on a water vessel model. Some instruments and materials used were composed of several sections, namely the manufacture of electrical system, propulsion mechanism, water vessel model, and performance test equipment. Research design was divided into two kind i.e. functional design and structural design. The main structure and its function were electrical system which can generate variable stabilized DC power, crank and rocker mechanism which can change rotational motion into a back and forth motion (oscillation), water vessel model which can move straightforward, and measuring instrument which can visualize the rotation of electric motor and electrical power being used. Measurement and testing included a validation of crank and rocker mechanism, calibration of measuring instruments, calculation of wetted area and weight of water vessel, calculation of forward speed, thrust, and rotation of electric motor as well as the electric power. Group randomized experiment was further analyzed using the IBM SPSS 20.0 software. Water vessel model had dimensions of length, width, and height of 100 cm, 50 cm, and 30 cm respectively and also with two kinds of wetted area i.e. 0.32 m2 (12.5 kg weight) and 0.57 m2 (17.5 kg weight). Crank and rocker mechanism could be used on the propulsion system. The dimensions of R1, R2, R3, and R4 with an appropriate parallel axis position in a row were 80 mm, 20 mm, 90 mm, and 50 mm respectively and it met the criteria of Grashof. Based on simulation result, the second mode of natural frequency for each thin cantilever beam was about 202 rpm, while the direct test result was different for each thin cantilever beam. These are 313, 243, 233, and 250 rpm respectively. It might be caused by the depth of the thin cantilever beam when immersed in the water so the pressure was different as well. Based on performance test result, the forward speed of the water vessel ranged from 0.07 – 0.38 m/s, the thrust generated ranged from 0.01 – 0.19 N/kg weight of water vessel, electric power consumption used ranges between 1.75 – 75.13 watt, mechanical power was in range of 0.02 – 0.90 watt, and the mechanical power efficiency was about 0.35 – 5.21 %. The highest value of power efficiency generated on the first thin cantilever beam (500 mm length, 30 mm width, and 1 mm thickness) for two wetted area conditions and each parameter had been a marked difference with fourth thin cantilever beam (500 mm length, 60 mm width, and 1 mm thickness). Keywords: structural vibration, thrust, water vessel, power efficiency © Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015 Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB PROTOTIPE DAN KINERJA SISTEM PENGGERAK KENDARAAN AIR BERBASIS GETARAN STRUKTUR ASEP ANDI Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Ir I Dewa Made Subrata, MAgr Judul Tesis Nama NIM : Prototipe dan Kinerja Sistem Penggerak Kendaraan Air Berbasis Getaran Struktur : Asep Andi : F151140116 Disetujui oleh Komisi Pembimbing Dr Ir Radite PA Setiawan, MAgr Ketua Dr Ir Wawan Hermawan, MS Anggota Diketahui oleh Ketua Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan Dekan Sekolah Pascasarjana Dr Ir Y Aris Purwanto, MSc Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr Tanggal Ujian: 12 Oktober 2015 Tanggal Lulus: PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2015 ini ialah rancang bangun, dengan judul Prototipe dan Kinerja Sistem Penggerak Kendaraan Air Berbasis Getaran Struktur. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan, MAgr dan Bapak Dr Ir Wawan Hermawan, MS selaku komisi pembimbing, serta Bapak Bandi yang telah banyak memberi saran. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak Dr Ir I Dewa Made Subrata, MAgr sebagai penguji dari luar komisi pembimbing dan DIRJEN DIKTI yang telah memberikan beasiswa Fresh Graduate kepada penulis selama masa studi. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada teman-teman Laboratorium Mekatronika dan Laboratorium Manufaktur yang telah membantu dalam perancangan dan pengambilan data. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, Oktober 2015 Asep Andi DAFTAR ISI DAFTAR TABEL xii DAFTAR GAMBAR xii DAFTAR LAMPIRAN xii 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Ruang Lingkup Penelitian 1 1 2 2 2 2 2 TINJAUAN PUSTAKA Prinsip Pergerakan Ikan Getaran dan Frekuensi Pribadi Prinsip Dasar Sistem Penggerak Kendaraan Air Mekanisme Empat Batang Hubung 3 3 5 6 9 3 METODE Waktu dan Tempat Penelitian Alat dan Bahan Pendekatan Rancangan Prosedur Pengukuran dan Pengujian Prosedur Analisis Data 10 10 10 12 17 19 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Mekanisme Crank and Rocker Karakteristik Plat dan Model Kendaraan Air Kalibrasi Alat Ukur Putaran dan Daya Listrik Kecepatan Maju Kendaraan Air Gaya Dorong Kendaraan Air Konsumsi Daya Listrik Daya Mekanis Kendaraan Air Stabilitas Kendaraan Air Hubungan Antar Parameter 22 22 24 26 27 29 31 32 34 35 5 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran 39 39 40 DAFTAR PUSTAKA 40 LAMPIRAN 43 RIWAYAT HIDUP 52 DAFTAR TABEL 1 Nilai koreksi k untuk menghitung sudut ψ yang dihasilkan 2 Frekuensi pribadi mode ke-2 dan maximum double-displacement masingmasing plat 3 Rataan nilai efisiensi hull, mekanisme, dan sistem penggerak untuk setiap plat 4 Hasil uji lanjut Duncan pengaruh perlakuan plat antar parameter pada luasan basah 0.32 m2 5 Hasil uji lanjut Duncan pengaruh perlakuan plat antar parameter pada luasan basah 0.57 m2 6 Perhitungan konsumsi daya secara teoritis dengan acuan kapal tanker 600 TEU 14 25 36 37 38 39 DAFTAR GAMBAR 1 Gaya-gaya yang bekerja (a) dan pola gerakan yang mempengaruhi stabilitas hidrodinamis (b) pada pergerakan ikan (Lane 1998) 2 Pergerakan ikan jenis body and/or caudal fin (a) dan jenis median and/or paired fin (b) dengan gerak undulatory (bergelombang) dan oscillatory (bolak-balik) pada berbagai jenis ikan (Lane 1998) 3 Karakteristik setiap mode frekuensi pada struktur dan persamaannya (Kelly 2012) 4 Grafik magnification factor (MF) terhadap rasio frekuensi (ωo/ωn) untuk berbagai nilai faktor peredaman (c/cc) (Hibbeler 2010) 5 Kendaraan air dengan bantuan air statis yang memiliki lebih dari satu lambung (multi hull) 6 Garis beban Plimsoll mark yang dikembangkan sesuai dengan kesepakatan international maritime organisation (MAN Diesel & Turbo 2011) 7 Ukuran lambung kendaraan air (MAN Diesel & Turbo 2011) 8 Gaya dorong kendaraan air dan resistansinya pada kecepatan tertentu (MAN Diesel & Turbo 2011) 9 Mekanisme Crank and Rocker (Martin 1982) 10 Power supply 30 V/25 A variabel 11 Motor listrik DC Shinano Kenshi tipe DCG-5216-038 12 Kayu bahan pembuatan model kendaraan air 13 Digital dual display VA DC 100 V/ 10 A 14 Mikrokontroler arduino uno dan LCD 16 x 2 (a) dan sensor opto-coupler (b) 15 Rangkaian power supply variable 30 V/25 A 16 Batang hubung, garis bantu, dan sudut-sudut pada mekanisme crank and rocker 17 Rancangan mekanisme crank and rocker untuk sistem penggerak 18 Rancangan rumah sistem penggerak 19 Rancangan plat struktur yang terbuat dari stainless steel 20 Rancangan model fisik kendaraan air dengan jenis multi hull 3 4 5 6 7 7 8 9 9 10 11 11 12 12 13 14 15 15 16 16 21 Rancangan rangka penyangga motor dan sistem penggerak 22 Pengukuran kecepatan maju kendaraan air 23 Pengukuran gaya tarik kendaraan air 24 Bagan alir penelitian 25 Hasil simulasi mekanisme crank and rocker pada Microsoft Excel 26 Grafik sudut input terhadap sudut output yang dipilih pada rancangan mekanisme crank and rocker 27 Model fisik mekanisme crank and rocker 28 Jenis plat stainless steel dengan ukuran yang berbeda 29 Simulasi frekuensi pribadi dan double-displacement pada plat 1 (a), plat 2 (b), plat 3 (c), dan plat 4 (d) 30 Model fisik kendaraan air tipe multi hull 31 Proses kalibrasi sensor opto-coupler penghitung putaran motor listrik 32 Hasil kalibrasi putaran pada LCD dan menggunakan Tachometer 33 Kecepatan maju kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.32 m2 34 Kecepatan maju kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.57 m2 35 Gaya dorong kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.32 m2 36 Gaya dorong kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.57 m2 37 Konsumsi daya listrik kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.32 m2 38 Konsumsi daya listrik kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.57 m2 39 Daya mekanis kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.32 m2 40 Daya mekanis kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.57 m2 41 Simulasi karakteristik titik stabilitas kendaraan air (Sahlan et al. 2012) 42 Kondisi kendaraan air yang stabil pada perairan yang tenang 43 Efisiensi daya untuk masing-masing plat dengan luasan basah 0.32 m2 44 Efisiensi daya untuk masing-masing plat dengan luasan basah 0.57 m2 45 Daya propulsi yang dibutuhkan oleh kapal tanker 600 TEU pada kecepatan yang berbeda (MAN Diesel & Turbo 2011) 17 18 18 21 22 23 23 24 25 26 26 27 28 29 30 31 31 32 33 33 34 35 36 37 38 DAFTAR LAMPIRAN 1 Rancangan dimensi kendaraan air dan dua jenis luasan basahnya 2 Rancangan sistem penggerak 3 Kode program alat pengukur putaran (RPM) motor listrik menggunakan arduino uno 4 Simulasi mekanisme crank and rocker menggunakan menu Visual Basic pada Microsoft Excel 5 Hasil analisis uji normalitas dan beda nyata menggunakan software SPSS 20.0 44 45 46 48 49 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Beberapa karakteristik fisika-mekanika hewan yang ada dimuka bumi telah menginspirasi dalam pengembangan sistem penggerak baik di air, darat, maupun udara. Konsep meniru dari makhluk hidup (biomimetic) tersebut sudah dilakukan oleh para peneliti dalam pengaplikasian jenis pesawat terbang, kapal laut, mobil, dan robot yang memiliki keperluan spesifik. Salah satu sistem yang menjadi pusat perhatian adalah sistem pergerakan ikan di dalam air. Ikan bergerak dengan melawan kerapatan air yang lebih besar dibandingkan udara dengan bentuk tubuhnya yang hidrodinamis sehingga memungkinkan ikan bergerak dengan cepat di dalam air. Ikan bergerak dengan menggetarkan bagian tubuhnya terutama bagian ekor dengan dibantu oleh pergerakan sirip-sirip yang menghasilkan gaya dorong ke depan. Sistem alamiah tersebut dapat ditiru dan digantikan oleh sistem buatan dengan beberapa keterbatasan. Jika suatu material pada sistem yang memiliki massa dan elastisitas bergetar baik dari sistem itu sendiri (getaran bebas) maupun dari gaya luar (getaran paksa) maka material tersebut akan mencapai amplitudo paling tinggi pada frekuensi pribadinya (natural frequency). Getaran bebas akan bergetar pada satu atau lebih mode frekuensi pribadi yang dihasilkan sedangkan getaran paksa dengan eksitasi osilasi akan menghasilkan frekuensi gaya eksitasinya. Ketika gaya eksitasi tersebut bersamaan dengan frekuensi pribadi dari material maka resonansi akan terjadi (Mustafa 2011). Secara teoritis, kendaraan air memiliki kesamaan konsep mekanik dengan ikan dalam pengembangan sistem penggerak dimana gaya dorong yang dihasilkan harus lebih besar dari resistansi yang terjadi pada saat menerobos air. Meski demikian, kendaraan air saat ini terutama di Indonesia masih menggunakan sistem penggerak berupa propeller tipe kipas yang secara fisik berbeda dengan sistem penggerak pada ikan. Dalam hal ini, masih terbuka kemungkinan pengembangan sistem penggerak lain yang memiliki keunggulan lebih dibandingkan dengan sistem penggerak yang ada saat ini. Andi et al. (2015) melakukan simulasi pada plat tipis yang terbuat dari stainless steel untuk memprediksikan gaya dorong yang dihasilkan pada sebuah model kendaraan air. Sebuah plat tipis dengan ukuran panjang, lebar, dan tebal berturut-turut 500 mm, 30 mm, dan 1 mm memiliki frekuensi pribadi sebesar 4.96 rad/s pada mode pertama dan mampu menghasilkan gaya dorong sebesar 0.99 N serta menggerakkan model kendaraan air yang memiliki luasan basah 0.72 m2. Dalam penelitian ini akan dirancang sebuah sistem penggerak menggunakan getaran (resonansi) dari sebuah plat tipis yang bergetar di dalam air. Plat tipis yang beresonansi di dalam air akan meminimalkan turbulensi yang terjadi di dalam air dibandingkan saat menggunakan propeller tipe kipas. Dalam sistem ini, sebuah motor listrik dihubungkan menggunakan suatu mekanisme sehingga membentuk gerak bolak-balik (osilasi) dan plat akan bergetar. Penggunaan motor listrik sangat mungkin dilakukan sesuai dengan arah maju teknologi yang menyatakan bahwa energi listrik akan menjadi energi paling bersih dan melimpah ketersediaannya di alam dengan berbagai bentuk konversi energi yang ada. 2 Perumusan Masalah Salah satu bagian utama dari kendaraan air adalah sistem penggerak atau propulsi. Sistem penggerak tersebut berfungsi untuk memberikan aksi pada kendaraan air berupa tenaga mekanik untuk menggerakkan kendaraan air ke depan dan sistem maneuvering yang lain. Ketika suatu material logam tipis digetarkan secara paksa maka osilasi akan terjadi dan menghasilkan frekuensi gaya eksitasinya. Jika frekuensi gaya eksitasi tersebut bersamaan dengan frekuensi pribadinya maka resonansi akan terjadi. Material yang beresonansi akan menggunakan energi yang minimum dengan amplitudo (defleksi) yang maksimum. Ketika suatu material bergetar (beresonansi) di dalam air sebagai penggerak kendaraan air maka gaya eksitasinya akan disalurkan ke sekelilingnya dan menghasilkan gaya dorong ke depan bagi kendaraan air serta energi yang digunakan diduga akan menjadi minimum. Tujuan Penelitian Tujuan umum dari penelitian ini adalah merancang sistem penggerak kendaraan air menggunakan getaran (resonansi) dari struktur berbentuk plat tipis dan menguji kinerja dari sistem tersebut pada sebuah model kendaraan air. Sedangkan tujuan khusus dari penelitian ini adalah menentukan mekanisme dan dimensi penghasil getaran pada plat struktur, menentukan putaran motor listrik yang optimum dalam menghasilkan frekuensi pribadi dari struktur yang bergetar di dalam air, menghitung kecepatan maju, gaya dorong, konsumsi daya listrik, daya mekanis, dan efisiensi pada kendaraan air. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat menjadi tambahan khazanah ilmu pengetahuan dalam pengembangan ilmu dan teknologi perairan di Indonesia yang memiliki daerah perairan yang sangat luas. Selain itu, hasil penelitian ini dapat dijadikan sebagai acuan dasar bagi pada developer untuk menciptakan kendaraan air dengan sistem penggerak baru yang unik dan ramah lingkungan serta diharapkan mampu menghemat energi. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian pendahuluan telah dilakukan dalam melakukan simulasi dan analisis numerik dalam menentukan dimensi dan jenis plat struktur yang digunakan, penentuan dimensi model kendaraan air, perhitungan gaya dorong kendaraan air, perhitungan resistansi badan kendaraan air, perhitungan kecepatan kendaraan air, dan perhitungan energi kinetik vibrasi dan translasi dari kendaraan air. Pada penelitian ini, sistem penggerak dan kendaraan air dibuat dengan mengacu pada hasil simulasi dengan beberapa penyesuaian. Kemudian kinerja dari sistem tersebut akan diuji pada sebuah kendaraan air dengan beberapa kondisi batasan seperti pengujian dilakukan pada air yang tenang (dead-water), sistem manuveuring masih terbatas pada arah maju ke depan, dan resistansi yang terjadi masih difokuskan pada air di sekeliling badan kendaraan air. 3 2 TINJAUAN PUSTAKA Prinsip Pergerakan Ikan Ikan bergerak di dalam air dengan melawan densitas air yang mencapai 800 kali lipat densitas udara. Pergerakan ikan di dalam air merupakan transfer momentum dari badan ikan ke air di sekelilingnya. Mekanisme yang paling utama dari transfer momentum tersebut adalah gaya tarik (drag), gaya angkat (lift), dan percepatan gaya reaksi. Menurut David M Lane et al. (1998), gaya tarik yang terjadi pada saat ikan berenang dipengaruhi oleh beberapa komponen, yaitu gesekan antara bagian kulit dengan air di sekelilingnya, tekanan yang terbentuk saat menerobos air, dan energi yang hilang dari ekor dan sirip dalam menghasilkan gaya angkat dan daya dorong. Gaya tarik dan gaya angkat dipengaruhi oleh viskositas dan aliran yang asimetris. Gaya angkat kemudian digunakan pada objek dengan arah gerak yang tegak lurus dari arah gerak aliran. Kemudian percepatan gaya reaksi merupakan gaya inersia yang dihasilkan oleh resistansi badan ikan terhadap air di sekelilingnya atau tambahan ketika kecepatan secara relatif berubah. Stabilitas hidrodinamis dan arah pergerakan ikan bisa juga ditentukan oleh gerakan atas bawah (pitch), gerakan menggulung (roll), dan gerakan menyimpang (yaw). Gaya-gaya yang bekerja dan pola gerakan yang mempengaruhi stabilitas pada pergerakan ikan dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1 Gaya-gaya yang bekerja (a) dan pola gerakan yang mempengaruhi stabilitas hidrodinamis (b) pada pergerakan ikan (Lane 1998) Ikan menggunakan ekor sebagai alat pergerakan utama. Untuk beberapa jenis ikan, pergerakan ekor tersebut ada yang membentuk gelombang dan ada pula yang membentuk gerakan bolak-balik. Selain ekor, sirip ikan juga memiliki peranan dalam pergerakan ikan. Webb (1998) mendefinisikan pergerakan ikan menjadi dua jenis, yaitu body and/or caudal fin (BCF) dan median and/or paired 4 fin (MPF). Ikan jenis BCF bergerak dengan menggetarkan badan dan ekornya, sedangkan ikan jenis MPF bergerak dengan menggetarkan sirip-sirip bagian atas, bawah, dan samping untuk menghasilkan gaya dorong ke depan. Kedua tipe jenis gerak ikan tersebut dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2 Pergerakan ikan jenis body and/or caudal fin (a) dan jenis median and/or paired fin (b) dengan gerak undulatory (bergelombang) dan oscillatory (bolak-balik) pada berbagai jenis ikan (Lane 1998) Liu et al. (1999) menyatakan bahwa beberapa jenis hewan air bergerak di dalam air dengan menghasilkan bilangan Reynold di sekelilingnya sebesar 102 untuk larva kecebong dan 108 untuk cetacean yang paling cepat. Selain bilangan Reynold, kecepatan gerak ikan di dalam air dapat ditentukan dengan nilai bilangan Strouhal (St) dari gerak ikan tersebut. Bilangan Strouhal merupakan fungsi dari frekuensi getaran, amplitudo maksimum, dan kecepatan gerak ikan. Semakin besar nilai bilangan Strouhal-nya maka semakin lambat gerak ikan tersebut. Bilangan Strouhal untuk larva kecebong sampai cetacean berkisar antara 0.1 < St < 0.8. Christophe Eloy (2012) melakukan optimasi bilangan Strouhal dengan pengklasifikasian beberapa jenis hewan air berdasarkan dimensi dan bilangan Strouhal-nya. Berdasarkan data yang diambil dari berbagai sumber tersebut, bilangan Strouhal yang optimum berada pada 0.25 < St < 0.35 dengan bilangan Lighthill kurang dari 0.1. Selain pergerakan ekor ke kiri dan ke kanan dari titik kesetimbangan, hewan air lainnya bergerak dengan arah vertikal ke atas dan ke bawah seperti ikan paus. Antonio M Calderon (2011) melakukan penelitian tentang propeller menggunakan bahan rigid yang bergerak vertikal. Dalam penelitiannya, mekanisme slider (sinusoidal multiplier) digunakan untuk mengubah putaran motor menjadi gerak naik turun dengan menggunakan dua crank, yaitu pitch (rapatan dan renggangan) dan heave (tarikan dan dorongan). Gaya yang dihasilkan dari sistem tersebut sebesar 20 lb berbeda dengan hasil simulasi yakni sebesar 32.4 lb pada kecepatan 1.3 m/s. Semakin tinggi frekuensi osilasi tersebut maka semakin tinggi pula gaya dorong yang dihasilkan. 5 Getaran dan Frekuensi Pribadi Getaran merupakan gerak bolak-balik dari sebuah sistem struktur atau mekanik disekitar titik kesetimbangannya. Getaran diklasifikasikan menjadi getaran bebas atau getaran paksa, getaran teredam atau getaran tak teredam, getaran linear atau getaran non-linear, getaran kontinyu atau diskrit, dan getaran deterministik atau acak. Getaran bebas merupakan gerak bolak-balik disekitar titik kesetimbangan yang terjadi tanpa adanya gaya eksitasi dari luar, sedangkan getaran paksa terjadi dengan adanya gaya eksitasi dari luar. Jika gaya luar terjadi secara periodik maka getaran disebut harmonik. Sebaliknya, jika gaya luar terjadi tidak secara periodik maka dikatakan transien. Jika gaya masukan terjadi secara stokastik maka getaran tersebut dinamakan random atau acak. Getaran dikatakan teredam jika ada unsur atau sumber penghilangan getaran, sedangkan tak teredam jika sebaliknya. Getaran linear dan non-linear dikaitkan dengan asumsi bahwa persamaan diferensial yang dibuat mengacu pada aturan kedua jenis tersebut. Frekuensi pribadi merupakan frekuensi dimana sistem akan bergerak bolakbalik dengan tanpa diakibatkan oleh gaya luar yang signifikan. Pada frekuensi pribadi pula energi kinetik dan potensial yang terjadi menjadi maksimum. Sebagai contoh pada gerak pendulum, gaya gravitasi menjadi pertimbangan yang melekat pada sistem tanpa ada gaya lain yang bekerja pada sistem (Widnall 2009). Kelly (2012) menyatakan persamaan getaran dalam menentukan frekuensi pribadi mode pertama (ω1), kedua (ω2), dan ketiga (ω3) dari sebuah struktur dengan persamaan seperti pada Gambar 3. 1 (1.875) 2 EI mL3 2 (4.694) 2 EI mL3 3 (7.855) 2 EI mL3 Gambar 3 Karakteristik setiap mode frekuensi pada struktur dan persamaannya (Kelly 2012) dimana, E merupakan modulus elastisitas (N/m2), I merupakan momen inersia (m4), m merupakan massa (kg), dan L merupakan panjang dari plat struktur (m). Breads (1996) menyatakan bahwa frekuensi pribadi (natural frequency) dapat ditingkatkan atau diturunkan dengan mengubah dua faktor yang sangat berpengaruh, yaitu massa (m) dan kekakuan (k) dari struktur yang bergetar. Sebagai contoh, struktur dengan massa m dan kekakuan k memiliki rasio frekuensi sebesar satu. Ketika massa struktur diturunkan menjadi satu per empat massa semula dan kekakuan ditingkatkan menjadi empat kali semula maka rasio 6 frekuensi akan bergeser menjadi dua. Hal tersebut jelas bahwa respon dinamis pada frekuensi yang berbeda akan sangat berbeda dalam penentuan frekuensi pribadi sebuah struktur yang bergetar. Hibbeler (2010) menghubungkan nilai magnification factor (MF) atau setara dengan amplitudo dengan rasio frekuensi yang hasilnya menunjukkan bahwa nilai MF akan meningkat ketika faktor peredaman menurun. Resonansi terjadi hanya saat faktor peredaman nol dan rasio frekuensi setara dengan satu (Gambar 4). Gambar 4 Grafik magnification factor (MF) terhadap rasio frekuensi (ωo/ωn) untuk berbagai nilai faktor peredaman (c/cc) (Hibbeler 2010) Frekuensi pribadi memiliki kelebihan dan kekurangan dalam aplikasinya. Misalnya pada kondisi runtuhnya bangunan atau jembatan yang terjadi pada frekuensi pribadi dari struktur pembentuknya sehingga dengan energi masukan yang kecil akan menghasilkan amplitudo yang tinggi sehingga merusak struktur tersebut. Meskipun demikian, tidak mustahil jika kekurangan tersebut digunakan menjadi kelebihan dengan pemanfaatan sifat resonansi pada struktur yang bergetar pada frekuensi pribadinya dalam meminimalkan energi yang digunakan ketika mendekati nilai frekuensi pribadinya. Prinsip Dasar Sistem Penggerak Kendaraan Air Jenis dan Bentuk Lambung (Hull) Kendaraan Air Kendaraan air yang sudah dikembangkan saat ini memiliki jenis yang disesuaikan dengan peruntukannya. Jenis-jenis kendaraan air tersebut diantaranya adalah pengangkut minyak (tanker), muatan curah (bulk carrier), kapal peti kemas (container ship), kapal barang (general cargo ship), perahu layar (reefer), kapal penumpang (passanger ship), dan kapal ikan (fishing craft). Harvald (1983) mengklasifikasikan kendaraan air berdasarkan prinsip kerjanya ketika di permukaan atau di bawah permukaan air. Secara garis besar jenis kendaraan air tersebut dibagi menjadi tiga bagian, yaitu dengan bantuan udara statis (aerostatic support), dengan bantuan air dinamis (hydrodynamic support - Bernoulli), dan dengan bantuan air statis (hydrostatic support - Archimedes). Kendaraan air dengan bantuan udara statis bisa menggunakan prinsip gelembung atau bantalan 7 angin. Kendaraan air dengan bantuan air dinamis bisa menggunakan prinsip hydrofoil permukaan atau tenggelam. Kendaraan air dengan bantuan air statis bisa menggunakan prinsip gaya angkat konvensional (satu lambung) atau lebih dari satu lambung (Gambar 5). Gambar 5 Kendaraan air dengan bantuan air statis yang memiliki lebih dari satu lambung (multi hull) Meskipun demikian, bentuk dan ukuran dari kendaraan air tersebut dapat berbeda-beda sehingga perhitungan yang digunakan akan menjadi berbeda. Parameter-parameter yang mempengaruhi perhitungan tersebut diantaranya luasan basah, bobot kosong atau muatan, resistansi, dan lain-lain. Seperti yang dijelaskan oleh MAN Diesel & Turbo (2011) bahwa ada batasan-batasan garis beban yang diperbolehkan atau yang sering dikenal dengan Plimsoll mark seiring dengan kesepakatan yang dibuat oleh IMO (International Maritime Organisation) seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 6. Gambar 6 Garis beban Plimsoll mark yang dikembangkan sesuai dengan kesepakatan international maritime organisation (MAN Diesel & Turbo 2011) Resistansi Kendaraan Air Penentuan perhitungan luasan basah untuk menentukan resistansi kendaraan air tidak terlepas dari garis-garis batas pada bagian lambung kendaraan air seperti ditunjukkan pada Gambar 7. 8 Gambar 7 Ukuran lambung kendaraan air (MAN Diesel & Turbo 2011) Panjang keseluruhan kendaraan air LOA tidak dimasukkan kedalam perhitungan resistansi kendaraan air. Faktor yang dimasukkan sebagai garis muka air adalah LWL dan bisa juga menggunakan LPP, dimana LPP setara dengan 0.97 kali dari LWL. MAN Diesel & Turbo (2011) menjelaskan bahwa resistansi kendaraan air dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama, yaitu resistansi karena gesekan air, resistansi karena residual, dan resistansi karena angin. Pada kecepatan rendah, resistansi karena gesekan air memberikan pengaruh sebesar 70 – 90 % dan pada kecepatan tinggi kurang dari 40 %. Resistansi karena residual misalnya gelombang memberikan pengaruh 8 – 25 % pada kecepatan rendah dan 40 – 60 % pada kecepatan tinggi. Kemudian resistansi karena udara hanya memberikan pengaruh sekitar 2 % dari total resistansi pada kendaraan air. Secara keseluruhan resistansi kendaraan air merupakan gabungan dari ketiga jenis resistansi tersebut. Meski demikian, tidak sedikit resistansi karena gesekan air menjadi satu-satunya faktor yang dimasukkan kedalam perhitungan, sedangkan yang lainnya diasumsikan tidak berpengaruh nyata. Gaya Dorong Kendaraan Air Secara umum kendaraan air yang bergerak pada permukaan air dengan kecepatan tertentu akan mengalami gaya hambat (resistance) yang berlawanan dengan arah gerak kendaraan air tersebut (Gambar 8). Besarnya gaya hambat tersebut harus bisa diatasi dengan gaya dorong (thrust) yang dihasilkan dari kerja alat gerak kendaraan air atau propulsor (Adji 2005). Gaya dorong (T) yang diperlukan untuk mendorong sebuah kendaraan air pada kecepatan (v) tertentu akan lebih besar daripada tahanan total (R T) yang dialami oleh kendaraan air bila ditarik dengan kecepatan yang sama (v), sehingga terjadi penambahan (augment) hambatan (Hadi et al. 2008). 9 Gambar 8 Gaya dorong kendaraan air dan resistansinya pada kecepatan tertentu (MAN Diesel & Turbo 2011) Pada kenyataannya, gaya dorong sebesar T akan mendapatkan gaya hambat sebesar RT yang harus diatasi. Sehingga gaya dorong yang dibutuhkan harus mengetahui gaya deduksinya. Nilai tersebut berbeda-beda dan dipengaruhi oleh faktor dimensi dari kendaraan air yang dikehendaki. Mekanisme Empat Batang Hubung Menurut Sutikno et al. (2011), mekanisme adalah bagian dari permesinan yang tersusun dari batang hubung (link) yang bisa bergerak satu terhadap yang lain membentuk rancang bangun sebagai bagian dari permesinan. Mekanisme dirancang untuk mentransformasi gerak, kecepatan, dan gaya untuk keperluan tertentu. Mekanisme empat batang hubung tersusun dari empat batang hubung sedemikian rupa sehingga menghasilkan derajat ketidaktentuan kinematik (degree of freedom of motion) tertentu yang dalam hal ini harus bernilai satu. Mekanisme empat batang hubung memiliki peraturan yang biasa dikenal dengan Hukum Grashof yang menyatakan bahwa untuk mekanisme empat batang hubung, jumlah dari batang hubung terpendek dan terpanjang tidak boleh melebihi jumlah dari panjang dua batang hubung yang lainnya. Jika kondisi tersebut dapat dipenuhi maka setidaknya satu batang hubung akan berputar 360 derajat. Salah satu mekanisme empat batang hubung yang memenuhi kriteria tersebut adalah mekanisme Crank and Rocker. Mekanisme tersebut memiliki batang hubung masukan yang berputar 360 derajat dan batang hubung keluaran yang berputar mengayun bolak-balik (Robert L. Williams 2015). Martin (1982) menyatakan beberapa aturan agar mekanisme Crank and Rocker seperti pada Gambar 9 dapat bekerja dengan baik, yaitu sebagai berikut: Gambar 9 Mekanisme Crank and Rocker (Martin 1982) 𝑂2 𝐵 + 𝐵𝐶 + 𝑂4 𝐶 > 𝑂2 𝑂4 ; 𝑂2 𝐵 + 𝑂2 𝑂4 + 𝑂4 𝐶 > 𝐵𝐶; 𝑂2 𝐵 + 𝐵𝐶 − 𝑂4 𝐶 < 𝑂2 𝑂4 ; 𝐵𝐶 − 𝑂2 𝐵 + 𝑂4 𝐶 > 𝑂2 𝑂4. 10 dimana O2B merupakan batang hubung pertama, BC merupakan batang hubung kedua, O4C merupakan batang hubung ketiga, dan O2O4 merupakan jarak antara kedua titik kontak. Berdasarkan hasil penelitian Sutikno et al. (2011) dapat diketahui bahwa untuk variabel kontrol masukan (input) pada batang hubung pertama (O2B) , laju peningkatan sudut keluaran (output) batang hubung ketiga (O4C) semakin cepat bertambah besar dibandingkan dengan variasi variabel kontrol di batang hubung kedua (BC) dan jarak antara dua titik kontak (O2O4). Variasi penambahan batang hubung pertama selalu menghasilkan sebuah domain kerja sudut masukan dan sudut keluaran pada mekanisme Crank and Rocker. 3 METODE Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan selama 6 bulan dari Februari – Juli 2015. Proses pabrikasi model dilakukan di Bengkel Laboratorium Lapangan Siswadhi Soeparjo dan Laboratorium Mekatronika, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB. Proses uji fungsional dan uji kinerja dilakukan di danau Pusat Penelitian Lingkungan Hidup (PPLH) IPB. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari beberapa bagian, yaitu pembuatan sistem kelistrikan, pembuatan mekanisme sistem penggerak, pembuatan model kendaraan air, dan perlengkapan uji kinerja. Pembuatan Sistem Kelistrikan Sumber listrik yang digunakan adalah jenis accumulator kering DC (12 V5Ah/10 hr) tipe GTZ-55/YTX4L-BS sebanyak dua buah yang dirangkai secara seri. Sumber listrik tersebut akan dialirkan melalui power supply 30 V/ 25 A variabel (Gambar 10) untuk menghidupkan motor listrik DC, sistem pengukur daya listrik, mikrokontroler arduino, LCD, dan sensor optocoupler. Kabel yang digunakan terdiri dari dua jenis, yaitu kabel jenis rambut dan kabel jenis kawat. Untuk mencegah korsleting listrik, sebuah sikring atau fuse dirangkai dengan dioda sebelum arus listrik masuk ke beban. Gambar 10 Power supply 30 V/25 A variabel 11 Pembuatan Mekanisme Sistem Penggerak Motor listrik yang digunakan adalah motor listrik DC Shinano Kenshi (DCG-5216-038) 24 V dengan rpm keluaran maksimum 670 rpm (Gambar 11). Putaran motor listrik tersebut akan diubah menjadi gerak bolak-balik dengan mekanisme crank and rocker. Crank atau batang hubung yang digunakan adalah besi strip dengan lebar 2 cm dan tebal 2 mm. Titik hubung menggunakan baut dan mur tanpa alur pada titik hubungnya. Poros yang digunakan adalah besi silinder pejal berdiameter 1 cm dengan bearing jenis bola ukuran diameter luar 3.5 cm dan dalam 1 cm. Plat tipis yang akan digetarkan terbuat dari bahan stainless steel dengan ketebalan 1 mm yang dirangkai menggunakan baut dan mur ukuran 5 mm. Gambar 11 Motor listrik DC Shinano Kenshi tipe DCG5216-038 Rumah sistem penggerak terbuat dari plat stainless steel yang dikencangkan menggunakan skrup dan ditopang oleh rangka yang terbuat dari besi siku 25 x 25 x 1 mm. Proses pemotongan, pelubangan, penyambungan, dan proses permesinan yang lain menggunakan gergaji besi, gerinda tangan, bor duduk, las listrik, ragum, dan alat perbengkelan lainnya. Pembuatan Model Kendaraan Air Model kendaraan air terbuat dari kayu jenis albasia atau sengon (Albizia chinensis) yang memiliki densitas 0.24 – 0.49 g/cm3 (Martawijaya et al 1977) dengan ketebalan ± 1 cm dan kayu lapis dengan ketebalan ± 0.5 cm (Gambar 12). Proses pembuatan badan kendaraan air menggunakan mesin penghalus kayu, gergaji kayu, bor kayu, lem kayu, dan paku besi. Kemudian proses akhir menggunakan penghalus kayu (sirlak), dempul kayu (campuran semen putih dan lem kayu), cat water proof, dan cat kayu. Gambar 12 Kayu bahan pembuatan model kendaraan air 12 Perlengkapan Uji Fungsional dan Uji Kinerja Perlengkapan alat ukur yang digunakan untuk proses perancangan dan kalibrasi meliputi multimeter digital tipe UX-369 dan tachometer tipe DT-2234C+. Pengukuran daya listrik yang terpakai saat pengujian menggunakan Digital Dual Display VA DC 100 V/ 10 A (Gambar 13). Gambar 13 Digital dual display VA DC 100 V/ 10 A Kemudian pengukuran putaran motor listrik menggunakan sensor optocoupler yang dihubungkan pada mikrokontroler arduino uno dan ditampilkan pada LCD 16 x 2 (Gambar 14). Nilai yang ditampilkan oleh alat ukur tersebut direkam menggunakan kamera digital Kodak tipe Easyshare C1505. (a) (b) Gambar 14 Mikrokontroler arduino uno dan LCD 16 x 2 (a) dan sensor opto-coupler (b) Pengukuran kecepatan maju kendaraan air menggunakan patok kayu, tali rapia, meteran atau tapping, dan stopwatch. Kemudian pengukuran gaya tarik menggunakan timbangan digital dan benang. Pendekatan Rancangan Rancangan Fungsional Fungsi utama sistem penggerak yang dirancang adalah untuk menghasilkan resonansi pada plat struktur yang bergetar di dalam air dan menghasilkan gaya dorong sehingga dapat menggerakkan kendaraan air ke depan. Fungsi-fungsi utama sistem penggerak tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : a. Menghasilkan daya listrik DC variabel yang stabil Muatan listrik DC dari accumulator 24 V akan masuk ke dalam power supply sehingga keluaran tersebut dapat diatur (variabel) dengan menggunakan potensiometer dan menjadi lebih stabil saat menerima beban. Muatan yang keluar dari power supply tersebut berkisar antara 0 – 18 V (saat tanpa beban). 13 b. Mengatur putaran motor listrik Putaran motor listrik dapat diubah-ubah sesuai dengan daya masukan yang diatur menggunakan potensiometer pada power supply. Daya listrik yang masuk berbanding lurus dengan putaran motor yang dihasilkan. Fungsi mengubah putaran tersebut adalah untuk mencari frekuensi pribadi (natural frequency) dari plat struktur yang digetarkan. c. Mengubah gerak rotasi menjadi gerak mengayun bolak-balik Gerakan rotasi dari motor listrik akan diubah menjadi gerak bolak-balik dengan menggunakan mekanisme crank and rocker untuk menggetarkan plat struktur melalui poros yang terhubung langsung ke plat struktur tersebut. Gerak bolak-balik yang dihasilkan harus simetris antara gerakan ke kiri dan ke kanan dengan sumbu kesetimbangan sejajar dengan sumbu axis kendaraan air. Dengan demikian gerakan kendaraan air akan menjadi stabil dan bergerak ke arah depan. d. Menggerakkan kendaraan air lurus ke depan dan berbelok Saat kendaraan air bergerak lurus ke depan, terkadang banyak gangguan yang mengakibatkan kendaraan air berbelok tanpa dikehendaki. Untuk mengatasi hal tersebut, perlu adanya penyearah pada bagian belakang yang memastikan kendaraan air bergerak lurus ke depan. Penyearah tersebut juga berfungsi saat kendaraan akan berbelok ke kanan atau ke kiri. e. Menampilkan putaran motor listrik dan daya listrik yang digunakan Putaran motor dan daya listrik yang terpakai harus dapat ditampilkan pada LCD sehingga pengontrolan dan penentuan frekuensi pribadi dapat dilakukan dengan mudah. Rancangan Struktural Secara keseluruhan, rancangan yang dibuat harus memenuhi kriteria perancangan dengan memperhitungkan terlebih dahulu struktur pembentuknya sebelum proses pabrikasi. Rancangan struktural terdiri dari rangkaian sistem kelistrikan, mekanisme crank and rocker, dan model fisik kendaraan air. Rangkaian power supply yang digunakan adalah jenis variabel yang mampu mengubah daya masukkan sebesar 0 – 24 V listrik DC dengan potensiometer. Rangkaian tersebut dapat dilihat pada Gambar 15. Gambar 15 Rangkaian power supply variable 30 V/25 A Mekanisme crank and rocker disimulasikan terlebih dahulu pada Microsoft Excel sebelum dilakukan pabrikasi. Pada simulasi tersebut, batang hubung pertama dan kedua diubah-ubah untuk menghasilkan sudut keluaran yang sesuai 14 dengan fungsi yang diharapkan. Proses simulasi menggunakan menu Developer dan Visual Basic pada Microsoft Excel. Tahapan-tahapan dalam melakukan simulasi tersebut diawali dengan menurunkan persamaan-persamaan dari ketidakteraturan derajat bebas gerakan. Derajat sudut input yang dihasilkan berubah-ubah dengan step 10o secara otomatis sampai 1800o (10π). Step tersebut bisa diubah-ubah dan akan mempengaruhi cepat lambatnya mekanisme tersebut bergerak. Seperti yang dijelaskan dalam Sutikno et al. (2011) dan Soegihardjo (2002) bahwa dalam membuat simulasi mekanisme tersebut dimulai dengan menurunkan persamaan-persamaan ketidakteraturan derajat bebas dari pergerakan batang hubungnya. Berdasarkan hasil pembelajaran dengan Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan, MAgr dalam Mata Kuliah Kinematika dan Dinamika Mesin (Setiawan 1998), langkah pembuatan simulasi mekanisme pada Microsoft Excel dapat mengikuti langkah-langkah berikut : a. Batang hubung dan garis-garis bantu serta sudut-sudut yang akan berubah jika variabel input berubah dibuat dengan memperhatikan aturan hukum Grashof (Gambar 16). y θ4 θ2 x Gambar 16 Batang hubung, garis bantu, dan sudut-sudut pada mekanisme crank and rocker dimana, O2O4 = R1, O2A = R2, AB = R3, dan BO4 = R4 b. Persamaan-persamaan yang akan dimasukkan kedalam fungsi Microsoft Excel tersebut ditentukan terlebih dahulu sebagai berikut. 2 1. O4 A R22 R12 2R1 R2 cos 2 R2 sin 2 k 2. tg 1 R2 cos 2 R1 dengan nilai koreksi k mengikuti aturan seperti pada Tabel 1 berikut ini. Tabel 1 Nilai koreksi k untuk menghitung sudut ψ yang dihasilkan Kwadran I II III IV x + + y + + - Koreksi (k) 0 π π 2π O A2 R42 R32 3. cos 1 4 ABS [2O AR ] 4 4 4. 4 Acos[tanda(y)] + acos[tanda (x*y)] 0+0 0+π π+0 π+π 15 R 2 R42 (O4 A) 2 5. 4 3 cos 1 3 ABS [2 R3 R4 ] 6. 3 4 ( 4 3 ) c. Menu dan botton dibuat dengan menggunakan Visual Basic pada Microsoft Excel dan program simulasi dimasukkan kedalam menu dan button tersebut dengan program sebagai berikut. Sub Button2_Click() n = Range("AB2").Value For i = n To 1800 Step n Range("AB3").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = i Next i Range("AB4").Select End Sub d. Nilai R1, R2, R3, dan R4 dapat diubah-ubah untuk melihat respon grafik percepatan hasil simulasinya sampai mencapai grafik yang sesuai dengan yang diharapkan. e. Setelah ukuran yang sesuai didapatkan, mekanisme crank and rocker tersebut dibuat dengan memperhatikan hasil simulasi tersebut. Rancangan mekanisme yang dibuat seperti pada Gambar 17. Crank ketiga (R4) Pengencang Crank kedua (R3) Poros motor listrik Crank pertama (R2) Poros ke plat struktur Gambar 17 Rancangan mekanisme crank and rocker untuk sistem penggerak Motor listrik dan mekanisme tersebut akan ditempatkan pada sebuah rumah sistem penggerak yang terbuat dari plat stainless steel dengan ukuran panjang, lebar, dan tinggi berturut-turut 23 cm, 15 cm, dan 10 cm (Gambar 18). Gambar 18 Rancangan rumah sistem penggerak 16 Plat struktur yang dirancang terdiri dari 4 jenis dengan panjang konstan 50 cm dan lebar yang berbeda-beda, yaitu 3 cm (plat 1), 4 cm (plat 2), 5 cm (plat 3), dan 6 cm (plat 4). Ketebalan plat yang digunakan adalah 1 mm dengan penambahan dua lapis plat dengan ketebalan sama pada setengah dari panjang total untuk menjaga kekakuan plat yang bergetar (Gambar 19). Dua lapis plat tambahan tersebut dikencangkan dengan menggunakan pengencang baut dan mur serta ring pegas. Pemasangan plat pada sistem penggerak dapat dilihat pada Lampiran 2. Gambar 19 Rancangan plat struktur yang terbuat dari stainless steel Model fisik kendaraan air yang dibuat merupakan kendaraan air jenis multi hull (Gambar 20). Pemilihan jenis tersebut disesuaikan dengan kebutuhan dan untuk memudahkan pengaplikasian sistem penggerak yang dirancang. Kendaraan air tersebut memiliki panjang 100 cm, lebar 50 cm, dan tinggi 30 cm. Gambar 20 Rancangan model fisik kendaraan air dengan jenis multi hull Pembuatan model dengan bentuk simetris tersebut dilakukan agar mempermudah dalam perhitungan luasan basah yang sebenarnya sehingga perhitungan resistansi sebagai interaksi kendaraan air dengan sekitarnya dapat mendekati kondisi yang sebenarnya. Untuk menahan getaran yang diakibatkan oleh motor listrik, sebuah penyangga dibuat yang akan menjaga rumah sistem penggerak tetap stabil (Gambar 21). Kemudian sebuah plat penyearah dibuat sebanyak dua buah pada bagian belakang. Plat penyearah tersebut bisa digunakan untuk membelokkan kendaraan air yang dirancang. Belok kanan dapat dilakukan dengan membelokkan kedua plat ke arah kanan, begitu pula untuk belok kiri dengan membelokkan kedua plat ke arah kiri secara bersamaan. 17 Gambar 21 Rancangan rangka penyangga motor dan sistem penggerak Prosedur Pengukuran dan Pengujian Uji fungsional dilakukan pada prototipe sistem penggerak kendaraan air untuk mengetahui dan memastikan bahwa setiap bagian dapat berfungsi dengan baik. Uji fungsional tersebut meliputi uji sistem kelistrikan, uji mekanisme, uji kalibrasi alat ukur, dan uji pergerakan kendaraan air. Setelah semua bagian dapat bekerja dengan baik, uji kinerja dilakukan untuk mengetahui kinerja atau performansi sistem tersebut secara kuantitatif. Pengukuran dan pengujian tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : a. Validasi mekanisme crank and rocker Mekanisme yang disimulasikan pada Microsoft Excel akan divalidasi keabsahannya dengan pengukuran secara langsung sehingga mekanisme benarbenar dapat bekerja dengan baik. Validasi ini lebih ditekankan pada pergerakan bolak-balik plat struktur ke kiri dan ke kanan yang seimbang sehingga diharapkan dapat menyeimbangkan gerak kendaraan air saat diaplikasikan di atas permukaan air. b. Kalibrasi alat ukur putaran dan daya listrik Sensor penghitung putaran atau rotary encoder akan dikalibrasi terlebih dahulu sebelum digunakan untuk pengukuran dan pengujian. Setelah didapatkan faktor koreksi dari hasil regresi data yang dihasilkan, faktor tersebut dimasukkan ke dalam program dan diunduh ke dalam mikrokontroler. Selain penghitung putaran, alat pengukur daya listrik (voltase dan ampere) juga dikalibrasi menggunakan alat ukur yang sudah terstandar. Pengukuran putaran motor menggunakan tachometer dan pengukuran daya listrik menggunakan multimeter. Nilai putaran motor listrik dan daya listrik yang digunakan ini harus dapat ditampilkan oleh LCD agar mempermudah proses analisis. c. Perhitungan luasan basah dan bobot kendaraan air Perhitungan luasan basah dilakukan dengan menggunakan perhitungan geometri secara manual pada kendaraan air yang dirancang. Luasan basah dihitung dengan dua jenis luasan basah yakni saat tanpa beban dan dengan penambahan beban. Bentuk kendaraan air yang simetris akan mempermudah perhitungan luasan basah tersebut secara langsung karena hanya menggunakan persamaan luas persegi panjang dan trapesium. Kemudian untuk mengetahui bobot kendaraan air dilakukan penimbangan saat tanpa beban dan dengan penambahan beban. Penimbangan dilakukan dengan menggunakan alat timbang beban digital. 18 d. Kecepatan maju kendaraan air Kecepatan maju kendaraan air dapat dihitung dengan menghitung waktu yang dibutuhkan kendaraan air untuk menempuh jarak 5 meter (Gambar 22). Power supply variabel yang digunakan dapat mengatur keluaran daya listrik yang digunakan sehingga dapat mengontrol kecepatan motor listrik sesuai dengan yang dikehendaki. Pengaturan kecepatan motor listrik ini sangat penting karena akan membantu proses penentuan frekuensi pribadi plat. v (m/s) Air 5 meter Gambar 22 Pengukuran kecepatan maju kendaraan air Kecepatan maju merupakan perbandingan antara jarak tempuh dengan waktu untuk menempuh jarak tersebut. Untuk menyeimbangkan gerak kendaraan air digunakan tali penyearah pada bagian depan kendaraan air. Pengambilan data dilakukan dengan 3 kali ulangan untuk masing-masing parameter pengujian (ketenggelaman kendaraan air, RPM motor, dan ukuran plat struktur). Pencatatan waktu menggunakan stopwatch. e. Gaya dorong kendaraan air Bagian ujung kendaraan air dihubungkan pada sebuah tali yang terikat pada sebuah alat ukur gaya tarik sehingga dapat diketahui besar gaya yang dihasilkan sistem penggerak tersebut (Gambar 23). Selain itu, penentuan resistansi badan kendaraan air juga dapat ditentukan dengan menarik kendaraan air dengan tali dan alat ukur beban dari bagian depan tanpa sistem penggerak. Sehingga gaya dorong total merupakan gaya yang dibutuhkan untuk mendorong beban statik kendaraan air dan untuk mengatasi resistansinya. v (m/s) Resistansi Gambar 23 Pengukuran gaya tarik kendaraan air f. Pengukuran RPM motor dan konsumsi daya listrik Pengukuran RPM motor listrik menggunakan sensor opto-coupler yang terintegrasi dengan mikrokontroler dan ditampilkan pada LCD. RPM motor dapat diatur dengan menggunakan potensiometer pada power supply. Kemudian pengukuran daya listrik (voltase dan ampere) yang terpakai menggunakan digital dual display VA 100 V/ 10 A yang langsung ditampilkan pada LCD. Kedua hasil pengukuran tersebut direkam menggunakan kamera digital untuk selanjutnya dianalisis. 19 Prosedur Analisis Data Kriteria Desain Kriterian desain dari penelitian ini mengikuti hasil penelitian sebelumnya oleh Andi et al. (2015) dengan beberapa penyesuaian. Kriteria-kriteria tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Ukuran mekanisme disesuaikan dengan hasil simulasi crank and rocker pada Microsoft Excel serta batasan ruang yang tersedia pada model kendaraan air. b. Dimensi plat struktur mengikuti ukuran terbaik hasil simulasi pada penelitian sebelumnya yakni panjang 500 mm dan tebal 1 mm. Penambahan plat pada kiri dan kanan dengan panjang setengah dari panjang plat total dimaksudkan untuk menjaga kekakuan dari plat yang bergetar. c. Jarak antar hull mengikuti hasil simulasi double-displacement dari plat yang bergetar yakni minimal 20 cm. d. Dimensi plat struktur tidak melebihi setengah dari panjang model kendaraan air yang dirancang. Kendaraan air yang dirancang memiliki panjang 100 cm. e. Kecepatan maju yang ditargetkan berdasarkan hasil simulasi numerik adalah 0.79 m/s dengan gaya dorong 0.99 N pada luasan basah 0.72 m2 dan model kendaraan air tipe fishing craft. f. Model kendaraan air dibuat menjadi tipe multi hull dimaksudkan agar memperbesar gaya angkat ke atas dan mempermudah mengaplikasian sistem penggerak yang dirancang. g. Kendaraan air dibuat simetris dimaksudkan untuk mempermudah dalam menghitung luasan basah yang sebenarnya dengan prinsip geometri sederhana. h. Putaran motor listrik harus bisa diubah-ubah untuk mencari frekuensi pribadi plat yang bergetar dengan menggunakan rangkaian power supply dan potensiometer. Analisis Daya Daya yang ada pada sistem penggerak kendaraan air memiliki hubungan yang erat dengan efisiensi. Terdapat beberapa definisi efisiensi dalam sistem penggerak kendaraan air, yaitu efisiensi motor listrik, efisiensi hull, efisiensi sistem penggerak, dan efisiensi mekanisme. Untuk motor listrik yang baru, nilai efisiensi masih cukup tinggi dan akan semakin berkurang seiring waktu pemakaian. Menurut Adji (2005), efisiensi hull merupakan perbandingan antara daya efektif dengan daya dorong. Daya efektif berkaitan dengan gaya resistansi badan kendaraan air, sedangkan daya dorong berkaitan dengan gaya dorong yang dihasilkan oleh sistem penggerak. Jika diasumsikan bahwa kecepatan aliran fluida sama dengan kecepatan maju kendaraan air maka efisiensi hull tersebut merupakan perbandingan antara gaya resistansi dengan gaya dorongnya. Efisiensi sistem penggerak merupakan rasio antara daya dorong dengan daya yang disalurkan dan dipengaruhi oleh bagian dimana pengukuran tersebut dilakukan. Dalam hal ini, efisiensi sistem penggerak merupakan perbandingan antara perkalian gaya dorong dan kecepatan maju dengan daya listrik yang disalurkan oleh sistem penggerak ke lingkungan. Efisiensi mekanisme berkaitan dengan kinerja mekanisme dalam menyalurkan daya. Efisiensi ini merupakan 20 perbandingan antara selisih daya saat menggunakan dan tanpa mekanisme dengan daya yang dibutuhkan saat menggunakan mekanisme. Sebagai perbandingan penggunaan daya, dilakukan perhitungan pembanding antara daya yang digunakan oleh kendaraan air skala besar yang sudah terstandar dengan perhitungan daya pada kendaraan air yang dirancang dengan skala yang sebanding mengikuti perhitungan MAN Diesel & Turbo (2011). Analisis Statistika Analisis dilakukan dengan menggunakan rancangan acak kelompok (RAK). Rancangan percobaan jenis ini terdiri dari dua syarat, yaitu ada satu peubah bebas yang disebut perlakuan dan ada satu peubah sampingan atau pengganggu yang disebut kelompok. Rancangan tersebut dapat diekspresikan dengan model matematika sebagai berikut: Yij K i Pj ij dimana, Yij merupakan pengamatan kelompok ke-i dan perlakuan ke-j, μ merupakan rataan umum, Ki merupakan pengaruh kelompok ke-i, Pj merupakan pengaruh perlakuan ke-j dan εij merupakan galat kelompok ke-i dan perlakuan ke-j. Dalam penelitian ini, kelompok merupakan RPM motor listrik dan perlakuan merupakan jenis plat yang digunakan. Setiap RPM dilakukan ulangan sebanyak 3 kali untuk setiap plat pada dua jenis luasan basah yang berbeda. Parameter yang menjadi pengamatan adalah kecepatan maju, gaya dorong, konsumsi daya listrik, dan daya mekanis. Selanjutnya analisis rasio daya dilakukan secara terpisah sebagai acuan penentuan efisiensi. Software yang digunakan untuk analisis tersebut adalah IBM SPSS Statistics 20.0 pada Microsoft Windows 7. Analisis deskriptif uji normalitas dilakukan dengan menggunakan menu Analyze dan Explore pada software tersebut. Jika sampel kurang dari 50 maka uji normalitas menggunakan Shapiro-Wilk dan jika sampel lebih besar dari 50 maka uji normalitas menggunakan KolmogorovSmornov. Nilai signifikansi lebih besar dari 0.05 berarti data berdistribusi normal. Selanjutnya analisis ragam (analisis varian) dilakukan untuk menguji pengaruh dari ukuran plat yang digunakan terhadap masing-masing parameter yang diamati. Uji lanjutan diperlukan untuk mengetahui apakah terdapat perbedaan rataan antar parameter dengan menggunakan Uji Lanjut Duncan. Berdasarkan pemaparan tersebut, dapat disimpulkan bahwa alur penelitian menggunakan aturan dasar penelitian rancang bangun bidang teknik atau engineering design seperti yang dijelaskan pada Gambar 24. Konseptualisasi model dilakukan untuk mempermudah pemahaman desain yang ingin dirancang. Kemudian proses simulasi dilakukan untuk menghemat waktu dan biaya sebelum proses pabrikasi. Jika rancangan sudah terverifikasi, selanjutnya dilakukan pabrikasi model. Jika hasil simulasi belum memenuhi maka dilakukan revisi model konseptual dan kembali dilakukan analisis dan simulasi rancangan. Setelah proses pabrikasi, proses pengujian fungsional dilakukan untuk memastikan fungsi masing-masing bagian dapat bekerja dengan baik. Proses pengujian kinerja dilakukan untuk melihat performansi sistem yang dicancang secara kuantitatif. Jika hasilnya menunjukkan respon positif maka dilakukan penulisan laporan dan 21 jika belum memenuhi maka dilakukan perbaikan rancangan dan dilakukan pengujian ulang. Gambar 24 Bagan alir penelitian 22 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Mekanisme Crank and Rocker Mekanisme crank and rocker mampu menghasilkan gerakan osilasi (bolakbalik) pada batang hubung output dan gerakan berputar penuh pada batang hubung input. Ukuran setiap batang hubung sangat berpengaruh terhadap doubledisplacement atau perpindahan ganda yang dihasilkan pada batang hubung output. Sedangkan double-displacement pada output sangat menentukan doubledisplacement pada ujung plat. Sehingga proses optimasi dilakukan untuk menentukan ukuran terbaik dari masing-masing batang hubung yang digunakan dengan beberapa keterbatasan ruang (Gambar 25). Pada simulasi tersebut, ukuran O2O4 terbatas pada 80 mm dan O4C pada 50 mm. Keterbatasan tersebut berdasarkan ukuran ruang yang tersedia untuk bagian sistem penggerak pada kendaraan air yang dibuat. Selanjutnya ukuran O2B dan BC dibuat berubah-ubah sampai dihasilkan ukuran terbaik. 60 C 40 20 O2 -50 -30 0 -10 B 10 O4 30 50 70 90 110 130 150 -20 -40 Satuan : mm -60 Gambar 25 Hasil simulasi mekanisme crank and rocker pada Microsoft Excel Hasil simulasi terbaik salah satunya dapat dilihat berdasarkan grafik sudut input terhadap sudut output (Gambar 26). Pada hasil simulasi tersebut, panjang O2B dan BC berturut-turut adalah 20 mm dan 90 mm. Batang hubung pertama dibuat dalam bentuk flywheel sehingga mampu meneruskan gaya putar dari poros motor listrik dengan baik. Setiap satu putaran penuh batang hubung pertama (O2B) dapat menghasilkan satu getaran pada batang hubung ketiga (O4C). Nilai double-displacement yang dihasilkan pada batang hubung ketiga sangat dipengaruhi oleh ukuran batang hubung pertama sehingga ukuran batang hubung pertama diusahakan minimum agar menghasilkan double-displacement pada batang hubung ketiga yang minimum pula. Hal tersebut menjadi penting karena nilai displacement pada batang hubung ketiga sangat berbengaruh terhadap double-displacement pada ujung plat. Berdasarkan hasil penelitian Andi et al (2015), nilai double-displacement maksimum pada ukuran panjang 500 mm, lebar 30 mm, dan tebal 1 mm adalah 20 cm. Nilai tersebut menjadi pertimbangan pembuatan jarak antar-hull yakni tidak boleh kurang dari 20 cm. Hal lain yang menjadi batasan dalam simulasi adalah 23 Sudut θ4 output (deg) arah titik kesetimbangan dari osilasi tersebut harus sejajar dengan garis memanjang kendaraan air. Jika hal tersebut tidak terpenuhi maka gerak osilasi plat akan menjadi tidak seimbang dan kendaraan air tidak mampu bergerak lurus. 140 120 100 80 60 40 20 0 0 60 120 180 240 300 360 Sudut θ2 input (deg) Gambar 26 Grafik sudut input terhadap sudut output yang dipilih pada rancangan mekanisme crank and rocker Torgal et al. (2003) melakukan simulasi mekanisme empat batang hubung menggunakan teorema Freudenstein (metode aljabar) untuk menghasilkan mekanisme crank and rocker yang paling sesuai. Berdasarkan hasil simulasi tersebut, mekanisme crank and rocker yang paling sesuai dihasilkan dengan mengikuti gerakan fungsi polinomial ordo 2, polinomial ordo 3, dan eksponensial. Setelah proses simulasi, pembuatan model fisik dilakukan berdasarkan hasil simulasi tersebut (Gambar 27). Mekanisme crank and rocker yang dihasilkan akan meneruskan pergerakan osilasinya melalui sebuah poros yang menyatu dengan titik kontak O4 secara vertikal dan terhubung ke poros penjepit plat yang digetarkan. Gambar 27 Model fisik mekanisme crank and rocker Abdulkadar et al. (2013) melakukan simulasi pada mekanisme empat batang hubung menggunakan software CATIA untuk mengetahui jalur pergerakan batang hubung dengan ukuran batang hubung yang berbeda. Berdasarkan hasil tersebut, dapat dibuktikan bahwa ukuran batang hubung pertama yang lebih kecil dari batang hubung ketiga atau sebaliknya dapat menghasilkan sudut output yang sebanding dengan sudut input-nya. Sedangkan jika ukuran batang hubung pertama 24 dan ketiga sama maka gerakan kedua batang hubung tersebut menjadi penuh kedua-duanya (parallel motion). Hal tersebut dapat mengkonfirmasikan teori Grashof yang menyatakan bahwa mekanisme empat batang hubung akan menghasilkan setidaknya satu bagian batang hubung yang berputar penuh jika jumlah ukuran batang hubung paling panjang dan paling pendek lebih kecil atau sama dengan jumlah ukuran batang hubung lainnya. Pada mekanisme yang dibuat, kriteia Grashof tersebut sudah terpenuhi sehingga mekanisme dapat bergerak sesuai dengan yang diharapkan. Karakteristik Plat dan Model Kendaraan Air Plat yang digunakan terbuat dari bahan stainless steel dengan ketebalan 1 mm. Bahan stainless steel memiliki nilai densitas sebesar 8000 kg/m3, yield strength sebesar 2.344 x 108 N/m2, dan modulus elastisitas sebesar 1.93 x 1011 N/m2. Berdasarkan penelitian Andi et al. (2015), plat dengan ketebalan 1 mm, panjang 500 mm, dan lebar 30 mm memiliki frekuensi pribadi mode pertama 4.96 rad/s. Pada frekuensi tersebut, dihasilkan nilai gaya dorong paling tinggi dibandingkan panjang lainnya yakni sebesar 0.99 N pada kecepatan 0.79 m/s dan luasan basah 0.72 m2. Penelitian ini menggunakan ukuran panjang plat yang sama dengan penambahan penebalan setengah dari panjang total pada kedua sampingnya untuk menjaga kekakuan (stiffness) dari plat yang digetarkan. Faktor kekakuan inilah yang mempengaruhi nilai frekuensi pribadi plat yang bergetar. Selain itu, lebar plat dibuat berubah-ubah untuk mengetahui pengaruhnya pada kinerja yang dihasilkan oleh sistem penggerak tersebut (Gambar 28). Plat 1 Plat 2 Plat 3 Plat 4 Gambar 28 Jenis plat stainless steel dengan ukuran yang berbeda Secara teoritis, penambahan lebar yang tidak signifikan tidak akan mengubah frekuensi pribadi secara signifikan pula pada ukuran yang jauh lebih kecil dibandingkan panjangnya. Simulasi dilakukan pada mode pertama dan kedua. Hasil simulasi frekuensi pribadi mode kedua tersebut ditunjukkan oleh Gambar 29. Simulasi tersebut menggunakan fixture jenis fixed hinge dan beban luar berupa tekanan air pada kedalaman 10 cm sebesar 981 N/m2 dan gravitasi bumi sebesar 9.81 m/s2. Pemilihan mode kedua dilakukan karena melihat hasil mode pertama yang harus menggunakan putaran motor yang sangat rendah sedangkan menghasilkan putaran motor rendah yang stabil dengan beban dari air sekeliling susah didapatkan. Kondisi tersebut akan menjadikan sistem penggerak menghasilkan gaya dorong yang rendah dan gerak kendaraan air tidak stabil. Hasil simulasi double-displacement merupakan nilai URES dalam satuan mm yang kemudian dikalikan dengan deformation scale pada masing-masing hasil simulasi. Hasil simulasi frekuensi pribadi dan double-displacement tidak menunjukkan 25 perbedaan yang signifikan karena faktor pembeda hanya satu yakni lebar yang tidak signifikan pula. Gambar 29 Simulasi frekuensi pribadi dan double-displacement pada plat 1 (a), plat 2 (b), plat 3 (c), dan plat 4 (d) Pada hasil simulasi frekuensi pribadi tersebut, putaran motor listrik yang dibutuhkan untuk menghasilkan nilai frekuensi pribadi dan double-displacement paling tinggi pada mode kedua tersebut seperti ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2 Frekuensi pribadi mode ke-2 dan maximum double-displacement masingmasing plat Jenis Plat Plat 1 Plat 2 Plat 3 Plat 4 Frekuensi pribadi mode 2 (Hz) 21.134 21.105 21.270 21.124 Putaran (RPM) 202 202 203 202 Max. double-displacement (cm) 10.03 9.97 9.99 10.19 Pembuatan model kendaraan air disesuaikan dengan target rancangan dari sistem penggerak yang dibuat yakni panjang plat struktur adalah setengah dari panjang model kendaraan air yang dibuat. Kendaraan air terbuat dari kayu albasia dan kayu lapis. Tipe hull kendaraan air yang dirancang adalah tipe multi hull dengan pertimbangan dan penyesuaian pada sistem penggerak yang dirancang (Gambar 30). Perhitungan volume hull sangat menentukan gaya angkat (lift) dari kendaraan air tersebut saat berada di atas permukaan air. Dengan menggunakan prinsip Archimedes, kendaraan air tersebut memiliki luas permukaan basah yang masih berada di bawah panjang garis air (length on waterline Lwl) maksimum dari kendaraan air yang dipersyaratkan. Luasan basah saat tanpa beban adalah sebesar 0.32 m2 dan saat ditambah beban 5 kg adalah sebesar 0.57 m2. Dua jenis luasan basah inilah yang akan mempengaruhi resistansi dari kendaraan air saat bergerak di atas permukaan air. Perhitungan luasan basah tersebut dilakukan secara manual menggunakan prinsip geometri sehingga bentuk kendaraan air yang dibuat memiliki alasan tertentu yakni untuk mempermudah perhitungan luasan basah 26 yang sebenarnya. Pada pengembangannya, bentuk kendaraan air dipersyaratkan memperhatikan prinsip hidrodinamika dari bentuk yang streamline agar mempermudah kendaraan air menerobos air. Hal ini menjadi penting karena akan mempengaruhi efisiensi total dari kinerja sistem penggerak pada kendaraan air. Gambar 30 Model fisik kendaraan air tipe multi hull Kendaraan air dipastikan tidak terjadi kebocoran dengan melapisi seluruh bagian basah kendaraan air dengan cat waterproof. Kemudian poros yang meneruskan putaran dari mekanisme menuju plat diusahakan tidak tembus air dengan menggunakan ukuran poros yang pas dengan bearing tipe bola yang menghubungkan poros bagian atas dan poros bagian bawah. Kalibrasi Alat Ukur Putaran dan Daya Listrik Perhitungan putaran motor listrik dilakukan dengan menggunakan sensor opto-coupler dari seperangkat encoder yang terpasang pada bagian sistem penggerak. Namun sebelum dapat digunakan, sensor tersebut terlebih dahulu dikalibrasi dengan menggunakan alat ukur penghitung putaran standar yakni tachometer (Gambar 31). Nilai pembacaan sensor langsung ditampilkan pada LCD dengan menggunakan mikrokontroler jenis Arduino Uno. Mikrokontroler jenis ini tergolong mudah digunakan dan memiliki pin input dan output yang cukup untuk menampilkan hasil pembacaan sensor melalui pin interupt. Kode program yang digunakan dapat dilihat pada Lampiran 2. Gambar 31 Proses kalibrasi sensor opto-coupler penghitung putaran motor listrik Kalibrasi dimulai dari 63 rpm sampai 449 rpm pada tachometer. Kemudian data diolah dan didapatkan hasil regresinya seperti pada Gambar 32. Nilai koreksi 27 tersebut kemudian dimasukkan ke dalam program untuk memperbaiki program sebelumnya. Putaran pada Tachometer (rpm) 500 y = 1.081x - 19.118 R² = 0.993 400 300 200 100 0 0 100 200 300 400 500 Putaran pada LCD (rpm) Gambar 32 Hasil kalibrasi putaran pada LCD dan menggunakan Tachometer Pengukuran daya listrik menggunakan Digital Dual Display VA DC yang dapat mengukur daya listrik sampai 1000 VA. Alat ukur ini merupakan rangkaian rakitan satu paket yang memiliki kemampuan memperbaharui pembacaan nilai voltase dan arus listrik setiap 500 ms dengan akurasi sebesar ± 1 % (2 digit desimal). Untuk membuktikan akurasi hasil pembacaan alat ukur tersebut dilakukan pengukuran manual menggunakan Digital Multimeter. Hasilnya menunjukkan kesamaan nilai yang baik antara pembacaan alat ukur standar dengan rangkaian tersebut. Kecepatan Maju Kendaraan Air Resistansi pada badan kendaraan air merupakan fungsi kuadratik dari kecepatan majunya. Semakin cepat kendaraan air bergerak maka semakin tinggi pula gaya gesek yang terjadi pada badan kendaraan air tersebut. Meski demikian, kecepatan kendaraan air dapat disesuaikan dengan kebutuhan dan target sehingga akan bervariasi. Kendaraan air berbahan bakar minyak dan batu bara menjadi topik bahasan dalam menentukan batas kecepatan yang mungkin agar dapat menghasilkan batas optimum antara target tujuan dan gas polusi yang ditimbulkan. John Maggs (2011) dalam kajiannya menyatakan bahwa mereduksi kecepatan kendaraan air merupakan cara efektif untuk mengurangi emisi dari kendaraan air secara cepat dalam menyikapi perubahan iklim. Meski demikian, terdapat beberapa pilihan dalam menentukan kecepatan kendaraan air tergantung tempat dan kondisi lingkungan yang menjadi target. Beberapa hal yang menjadi pertimbangan dalam pemilihan tersebut adalah waktu tempuh dengan volume kendaraan air yang sama untuk periode waktu tertentu, penyesuaian desain, keamanan, hambatan teknis, monitoring, biaya inventaris, dan rantai logistik. 28 Kecepatan Maju (m/s) Kecepatan kendaraan air dipengaruhi oleh beberapa unsur seperti dimensi utama, benaman, koefisien bentuk, dan daya mesin. Sebagai perbandingan, kendaraan air jenis kontainer dengan bobot 600 TEU yang setara dengan 10200 ton (TrustFm 2009) bekerja dalam kecepatan servis 15 knots atau setara dengan 7.72 m/s membutuhkan daya propulsi sebesar 2500 kW. Kecepatan maju kendaraan air yang dirancang pada masing-masing putaran motor listrik yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 33 dan Gambar 34. 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 Plat 1 Plat 2 Plat 3 Plat 4 0 60 120 180 240 300 Putaran Motor (rpm) 360 Gambar 33 Kecepatan maju kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.32 m2 Karakteristik dari kecepatan yang dihasilkan pada kendaraan air tersebut adalah polinomial orde 2. Hal tersebut menunjukkan bahwa terdapat putaran motor listrik dimana kecepatan maju yang paling tinggi akan dicapai. Kecepatan maksimum yang dihasilkan oleh kendaraan air dengan luasan basah sebesar 0.32 m2 adalah 0.38 m/s pada 313 rpm untuk plat 1, 0.35 m/s pada 243 rpm untuk plat 2, 0.31 m/s pada 233 rpm untuk plat 3, dan 0.30 m/s pada 250 rpm untuk plat 4. Sedangkan pada luasan basah yang berbeda yakni 0.57 m2, kecepatan maju maksimum kendaraan air adalah 0.16 m/s pada 500 rpm untuk plat 1, 0.23 m/s pada 220 rpm, 0.20 m/s pada 267 rpm untuk plat 3, dan 0.40 m/s pada 233 rpm untuk plat 4. Meskipun terjadi putaran yang mencapai 500 rpm pada plat 1, namun grafik pada Gambar 34 dibuat setara dengan grafik lainnya yakni sampai 360 rpm untuk mendapatkan kesetaraan visual saat membandingkan pada luasan basah berbeda. Pada kondisi luasan basah 0.57 m2, kecepatan maksimum yang dihasilkan menjadi menurun karena terdapat penambahan bobot kendaraan air sehingga terjadi penambahan luasan basah dan resistansi badan kendaraan air pada saat yang bersamaan. Dalam aplikasinya, nilai inilah yang akan menjadi pertimbangan pengaturan putaran motor yang direkomendasikan untuk menghasilkan kecepatan maju yang diharapkan dengan bobot tertentu. Berdasarkan nilai yang dihasilkan dapat diprediksikan bahwa pada nilai putaran tersebut frekuensi pribadi dari masing-masing plat dihasilkan. Jika dibandingkan dengan nilai hasil simulasi, frekuensi pribadi masing-masing plat berkisar pada 202 RPM untuk mode ke-2 pada kondisi kedalaman plat 10 cm dari 29 Kecepatan Maju (m/s) permukaan air. Ketidakteraturan nilai frekuensi pribadi yang dihasilkan pada masing-masing plat disebabkan oleh ketenggelaman plat yang tidak sama. Kondisi tersebut menjadikan plat yang bergetar di dalam air akan menerima tekanan yang berbeda-beda. 0.50 Plat 1 0.45 Plat 2 0.40 Plat 3 0.35 Plat 4 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0 60 120 180 240 300 360 Putaran Motor (rpm) Gambar 34 Kecepatan maju kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.57 m2 Dari kedua luasan basah tersebut, dapat direkomendasikan bahwa plat dengan lebar plat 30 cm (plat 1) baik untuk luasan basah lebih kecil dibandingkan dengan lebar plat 60 cm (plat 4) yang baik saat luasan basah yang lebih besar karena bobot kendaraan air bertambah. Kecepatan maju sebesar ini sudah cukup dan bisa digunakan untuk kendaraan air yang tidak memerlukan kecepatan tinggi seperti misalnya kendaraan air untuk wahana rekreasi air, penangkapan ikan, pengangkutan bahan pertanian, dan lainnya. Gaya Dorong Kendaraan Air Gaya dorong yang dihasilkan oleh sistem penggerak kendaraan air berfungsi untuk mengatasi gaya hambat yang disebabkan oleh lingkungan kendaraan air tersebut beroperasi. Terlepas dari jenis sistem penggerak yang digunakan, fungsi tersebut berlaku secara umum. Selain itu, gaya dorong tersebut juga harus mampu memindahkan beban statis yang dimiliki oleh badan kendaraan air itu sendiri. Untuk memberikan pemahaman bahwa gaya dorong yang dihasilkan bergantung pada bobot statis badan kendaraan air maka ditentukan satuan gaya dorong per satuan bobot kendaraan air (N/kg kendaraan air). Gaya dorong per satuan bobot kendaraan air yang dihasilkan masing-masing plat pada putaran motor listrik yang berbeda dapat dilihat pada Gambar 35 untuk luasan basah 0.32 m2. Gaya dorong dalam perhitungan ini merupakan gaya dorong kendaraan air oleh sistem penggerak itu sendiri untuk memindahkan kendaraan air ke depan serta untuk mengatasi resistansi badan kendaraan air yang ada di sekitar badan kendaraan air. Bobot kendaraan air pada luasan basah 0.32 m2 adalah 12.5 kg. Gaya dorong yang dihasilkan plat 1 dan plat 2 cenderung terus meningkat sedangkan plat 3 dan plat 4 meningkat yang kemudian menurun kembali. Gaya dorong tersebut memiliki hubungan dengan kecepatan maju yang dihasilkan. 30 Gaya Dorong per Bobot Kendaraan Air (N/kg) Kecepatan maju dari masing-masing plat sebanding dengan gaya dorong yang dihasilkan pada masing-masing plat. Kecepatan maju paling tinggi pada plat 1 sebesar 0.38 m/s menghasilkan gaya dorong sebesar 1.75 N untuk bobot kendaraan air tersebut. Perubahan gaya dorong terhadap perubahan luasan basah lebih kecil pada plat struktur 4. Hal ini terjadi karena plat 4 yang lebih lebar mendapatkan tekanan air yang kecil saat ketenggelaman kendaraan air tersebut. Jika melihat grafik kecepatan, plat 1 meningkat kemudian menurun kembali. Namun, pada grafik gaya dorong dapat dilihat bahwa plat 1 terus meningkat. Meskipun terdapat hubungan antara kecepatan maju dengan gaya dorong yang dihasilkan namun banyak faktor yang mempengaruhi seperti koefisien tahanan total kendaraan air dan koefisien bentuk. Diduga kondisi lingkungan perairan dan angin yang tidak menentu sehingga mempengaruhi tahanan total kendaraan air. 0.20 Plat 1 0.18 Plat 2 0.16 Plat 3 0.14 Plat 4 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0 60 120 180 240 300 360 Putaran Motor (rpm) Gambar 35 Gaya dorong kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.32 m2 Zheng Chen (2010) melakukan simulasi pada penggerak biomimetik robot ikan menggunakan komposit ionic polymer-metal sebagai ekor penggeraknya. Parameter permukaan basah yang digunakan adalah 218 x 10-4 m2, massa jenis air 1000 kg/m3, dan koefisien gaya hambat 0.12 menghasilkan gaya dorong sebesar 0.2 N pada kecepatan 0.4 m/s. Selanjutnya Andi et al. (2015) melakukan simulasi pada plat tipis dengan ukuran panjang, lebar, dan tebal berturut-turut 500 mm, 30 mm, dan 1 mm dengan bahan stainless steel sebagai alat penggerak pada kendaraan air dengan luasan basah 0.72 m2 menghasilkan gaya dorong 0.99 N pada kecepatan 0.79 m/s. Pada luasan basah yang berbeda, gaya dorong yang dihasilkan juga memiliki hubungan yang sebanding dengan nilai kecepatan maju yang dihasilkan (Gambar 36). Bobot kendaraan air pada luasan basah 0.57 m2 adalah 17.5 kg. Pada kondisi kecepatan paling tinggi 0.40 m/s untuk plat 4, gaya dorong yang dihasilkan adalah sebesar 1.18 N untuk menggerakan kendaraan air pada bobot tersebut. Dapat dilihat bahwa gaya dorong yang dihasilkan pada kedua kondisi bobot kendaraan air yang berbeda adalah berbeda pula dimana penambahan bobot akan menambah kebutuhan gaya dorong yang diperlukan untuk menghasilkan kecepatan maju yang sama. Gaya Dorong per Bobot Kendaraan Air (N/kg) 31 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 Plat 1 Plat 2 Plat 3 Plat 4 0 60 120 180 240 300 Putaran Motor (RPM) 360 Gambar 36 Gaya dorong kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.57 m2 Konsumsi Daya Listrik Konsumsi Daya Listrik (watt) Penggunaan energi merupakan salah satu faktor penentu pemilihan jenis penggerak yang paling baik digunakan. Meskipun sumber energi yang digunakan berbeda-beda, namun terdapat kesamaan dimana faktor konversi energi akan menghasilkan satuan yang sama. Penggunaan listrik sebagai sumber energi untuk menggerakkan kendaraan air sudah lama digunakan. Kendaraan air berukuran besar biasanya secara luas menggunakan jenis motor AC atau DC. Kendaraan air kecil seperti kendaraan air penangkap ikan pun sangat mungkin diaplikasikan energi listrik sebagai sumber penggeraknya. Gambar 37 menunjukkan besarnya konsumsi daya listrik untuk setiap plat pada masing-masing putaran motor listrik. 70 Plat 1 60 Plat 2 Plat 3 50 Plat 4 40 30 20 10 0 0 60 120 180 240 300 Putaran Motor (rpm) 360 Gambar 37 Konsumsi daya listrik kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.32 m2 32 Konsumsi Daya Listrik (watt) Besarnya daya listrik untuk setiap putaran motor yang sama relatif stabil, namun memiliki nilai arus listrik yang berbeda-beda. Sehingga nilai daya yang digunakan juga berbeda-beda. Penggunaan lebar plat yang lebih besar akan menambah tekanan yang lebih besar sehingga kebutuhan daya meningkat. Dalam hal ini lebar plat paling kecil yakni plat 1 menggunakan daya listik paling minimum dibandingkan plat yang lain. Hal yang serupa juga terjadi pada saat kendaraan air ditambah beban (Gambar 38). Konsumsi daya listik paling tinggi berada pada plat 4 yang memiliki lebar paling besar dibandingkan plat lain dan daya listrik paling rendah terdapat pada plat 1 yang memiliki lebar plat paling kecil. 70 Plat 1 Plat 2 Plat 3 Plat 4 60 50 40 30 20 10 0 0 60 120 180 240 300 Putaran Motor (rpm) 360 Gambar 38 Konsumsi daya listrik kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.57 m2 Di Indonesia, penelitian yang berkaitan dengan penggunaan motor listrik DC sebagai motor penggerak sudah dilakukan oleh Endro Irawan (2007) dan Sudiyono et al. (2008) yang menggunakan sistem hibrid antara penggunaan batrei dan teknologi sel surya untuk pengisian ulang. Penelitian lain juga dilakukan oleh Aulia Windyandari et al. (2011) dan Tangguh Bimantoro (2014) yang mengkombinasikan motor bakar diesel dengan listrik sebagai sumber energi penggerak propeler. Secara umum, hasil penelitian terdahulu menyatakan bahwa penggunaan motor listrik lebih menguntungkan secara ekonomis. Daya Mekanis Kendaraan Air Daya mekanis merupakan laju dari kerja yang dilakukan oleh sebuah sistem. Dengan kata lain daya mekanis dalam hal ini merupakan usaha yang dilakukan oleh kendaraan air untuk bergerak dalam satuan waktu tertentu. Daya mekanis dihasilkan dengan mengalikan gaya dorong dengan kecepatan majunya. Untuk masing-masing kinerja plat, daya mekanis yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 39 untuk luasan basah 0.32 m2 dan Gambar 40 untuk luasan basah 0.57 m2. Daya mekanis merupakan fungsi dari gaya dorong dan kecepatan maju kendaraan air sehingga karakteristiknya tidak jauh berbeda dengan kedua 33 Daya Mekanis (watt) parameter tersebut. Plat 1 memiliki daya mekanis yang paling tinggi sebagai akibat dari gaya dorong paling tinggi dan kecepatan maju yang relatif lebih tinggi pula. Begitu juga hal sebaliknya terjadi pada plat 4 yang memiliki gaya dorong dan kecepatan maju yang relatif lebih rendah. 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Plat 1 Plat 2 Plat 3 Plat 4 0 60 120 180 240 300 Putaran Motor (rpm) 360 Gambar 39 Daya mekanis kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.32 m2 Daya Mekanis (watt) Daya mekanis memiliki peranan penting dalam penentuan efisiensi kendaraan air meskipun bukanlah satu-satunya faktor penentu efisiensi yang terjadi pada sistem penggerak kendaraan air. Semakin banyak sistem penyaluran daya yang dilakukan, semakin banyak pula kemungkinan daya hilang dalam bentuk lain sehingga efisiensi akan menurun. Tugas seorang perancang selanjutnya adalah mencari mekanisme-mekanisme paling efisien dalam menyalurkan daya agar dapat meminimalkan kehilangan. 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Plat 1 Plat 2 Plat 3 Plat 4 0 60 120 180 240 300 Putaran Motor (rpm) 360 Gambar 40 Daya mekanis kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan basah 0.57 m2 34 Daya listrik yang digunakan untuk menggerakan sistem penggerak yang dirancang akan dieksersikan dalam bentuk gaya dorong pada kecepatan tertentu ke lingkungan di sekitar kendaraan air sehingga bisa bergerak ke depan. Meski daya tersebut memiliki satuan yang sama dan dapat dibandingkan sebagai pertimbangan efisiensi pergerakan kendaraan air, namun perhitungan tersebut bukanlah satu-satunya konversi kesetaraan satuan yang menjadi patokan perhitungan sebenarnya. Pada kondisi bobot kendaraan air yang lebih tinggi, luasan basah kendaraan air menjadi bertambah. Hal tersebut tentu akan meningkatkan resistansi kendaraan air yang harus dihadapi oleh sistem propulsi. Resistansi kendaraan air merupakan fungsi kuadratik dari kecepatan majunya sehingga perubahan kecepatan yang kecil akan mengakibatkan perubahan resistansi yang tinggi. Hal ini sangat mempengaruhi daya mekanis yang dihasilkan dimana resistansi memiliki hubungan yang linier dengan gaya dorong kendaraan air. Stabilitas Kendaraan Air Peninjauan stabilitas kendaraan air perlu memperhatikan karakteristik dari tiga buah titik yang memiliki peran penting seperti pada Gambar 41. Gambar 41 Simulasi karakteristik titik stabilitas kendaraan air (Sahlan et al. 2012) Menurut Sahlan et al. (2012), tiga titik yang berperan penting tersebut adalah titik G (gravitasi) yang merupakan titik berat dari kendaraan air, titik B yang merupakan titik tekan ke atas dari volume air yang dipindahkan oleh bagian kendaraan air yang ada dalam air, dan titik M (metasentra) yang merupakan titik perpotongan (semu) vektor gaya tekan pada keadaan tetap dengan vektor gaya tekan ke atas pada sudut oleng yang kecil. Saat keseimbangan kendaraan air terganggu atau oleng, titik G tidak mengalami perubahan sedangkan titik B akan mengalami pergeseran karena jumlah air yang dipindahkan berubah. Pada kondisi sebenarnya, lingkungan air yang memiliki gelombang cukup tinggi akan menyebabkan kendaraan air menerima gerakan osilasi. Terdapat enam gerakan yang diakibatkan oleh osilasi tersebut yakni gerakan transalasi (surge, sway, dan yaw) dan rotasi (roll, pitch, dan yaw) terhadap sumbu x, y, dan z. Kendaraan air yang dirancang memiliki stabilitas yang cukup tinggi (Gambar 42). Faktor yang mempengaruhi kestabilan tersebut adalah tipe kendaraan air dengan multi hull, penambahan dua buah plat penyearah pada bagian belakang masing-masing hull, dan juga kondisi perairan yang tenang. 35 Gambar 42 Kondisi kendaraan air yang stabil pada perairan yang tenang Kendaraan air tipe multi hull memiliki luasan permukaan basah yang lebih besar sehingga gaya angkat yang dimiliki menjadi besar. Namun, semakin besar luasan basah kendaraan air maka semakin besar resistansinya dan gaya dorong yang diperlukan menjadi besar pula. Untuk mengatasi hal tersebut bisa dilakukan perancangan hull yang lebih hidrodinamis. Hubungan Antar Parameter Parameter-parameter yang menjadi pengamatan pada uji kinerja sistem penggerak pada kendaraan air memiliki hubungan satu sama lain. Menurut Liu et al. (1999), efisiensi pergerakan hewan air dapat diekspresikan dengan membandingkan nilai perkalian koefisien gaya dorong dengan kecepatan maju atau yang disebut daya mekanis terhadap koefisien daya yang dikeluarkan untuk bergerak. Kemudian kaitannya dengan kendaraan air, Surjo W Adji (2005) menyatakan bahwa sistem penggerak memiliki beberapa definisi daya yang ditransmisikan mulai dari daya motor penggerak sampai daya pada alat gerak ke fluida disekitarnya. Rasio dari daya-daya tersebut sering dinyatakan dengan istilah efisiensi meskipun sesungguhnya bukanlah suatu nilai konversi daya secara langsung. Berdasarkan pernyataan tersebut, efisiensi sistem penggerak dalam hal ini merupakan perbandingan antara daya mekanis dengan daya listrik yang digunakan untuk mengeksersikan gaya ke lingkungan sekitarnya. Daya mekanis didapatkan dari perkalian antara gaya dorong dengan kecepatan maju kendaraan air. Sehingga hubungan antar parameter dapat dilihat dari efisiensi yang dihasilkan seperti pada Gambar 43. Plat 1 memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang lain. Nilai efisiensi yang relatif tinggi tersebut mengindikasikan bahwa nilai daya mekanis yang merupakan perkalian antara gaya dorong dengan kecepatan maju kendaraan air membutuhkan daya listrik yang relatif lebih kecil untuk menghasilkan gaya dorong dan kecepatan yang sama sehingga dapat dikatakan lebih efisien. Nilai efisiensi sistem penggerak ini tergolong kecil jika dibandingkan pada umumnya karena merupakan satu bagian dari efisiensi total yang sesungguhnya dan saling mempengaruhi. Seperti ditunjukkan pada Tabel 3, nilai efisiensi hull masih sangat kecil meskipun dapat lebih dari 100% dan biasanya diambil sekitar 105%. Selain itu, efisiensi penyaluran daya pada mekanisme juga masih relatif kecil. Hal inilah yang menyebabkan nilai efisiensi sistem penggerak menjadi kecil. Efisiensi Sistem Penggerak (%) 36 6.0 Plat 1 Plat 2 Plat 3 Plat 4 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0 60 120 180 240 300 Putaran Motor (RPM) 360 Gambar 43 Efisiensi daya untuk masing-masing plat dengan luasan basah 0.32 m2 Nilai efisiensi paling tinggi berada pada plat 1 dan kondisi luasan basah 0.32 m2 sebesar 5.21%. Nilai efisiensi paling tinggi ini belum tentu berada tepat pada frekuensi pribadi plat yang didapatkan sebelumnya, namun secara teoritis pergeserannya tidak akan jauh dari nilai frekuensi pribadinya dan masih berada pada sekitar frekuensi pribadi karena kondisi peredaman yang berbeda pada setiap waktu seperti yang dijelaskan Hibbeler (2010). Kemudian selanjutnya perlu dilakukan kajian ulang dalam perancangan bentuk hull dan mekanisme yang lebih efisien. Selain itu juga perlu dilakukan kajian ulang tentang pengaruh jarak antar hull yang dimungkinkan terdapat air yang terjebak sehingga gerak kendaraan air menjadi lambat. Tabel 3 Rataan nilai efisiensi hull, mekanisme, dan sistem penggerak untuk setiap plat Jenis Plat Hull Kondisi luasan basah 0.32 m2 Plat 1 19 Plat 2 19 Plat 3 15 Plat 4 23 Kondisi luasan basah 0.57 m2 Plat 1 10 Plat 2 20 Plat 3 31 Plat 4 24 Rataan Efisiensi (%) Mekanisme Sistem Penggerak 41 63 72 62 4 2 3 1 41 63 72 62 3 2 1 1 Analisis lain untuk setiap parameter yakni dengan menggunakan uji normalitas data dan dilanjutkan dengan uji ragam pada setiap rataan antar parameter seperti pada Tabel 4. 37 Tabel 4 Hasil uji lanjut Duncan pengaruh perlakuan plat antar parameter pada luasan basah 0.32 m2 Jenis Plat Plat 1 Plat 2 Plat 3 Plat 4 Keterangan: Rataan Nilai Parameter Pengamatan Kecepatan Gaya Dorong Daya Listrik Daya Mekanis (m/s) (N) (watt) (watt) 0.299a 1.475b 19.533a 0.497b 0.269a 1.271ab 31.898a 0.375ab 0.240a 1.193ab 28.768a 0.310ab 0.235a 0.820a 32.795a 0.205a Angka-angka yang diikuti huruf yang sama pada kolom yang sama menunjukkan hasil yang tidak berbeda nyata pada taraf α = 5% uji Lanjut Duncan. Efisiensi Sistem Penggerak (%) Berdasarkan uji normalitas menggunakan parameter Shapiro-Wilk, nilai signifikansi (sig) yang dihasilkan adalah lebih besar dari 0.05. hal ini menunjukkan bahwa data terdistribusi secara normal. Setelah syarat pertama dipenuhi, selanjutnya analisis ragam dapat dilakukan. Berdasarkan uji ragam, rataan kecepatan dan daya listrik yang dihasilkan tidak menunjukkan perbedaan yang nyata untuk masing-masing plat. Namun, berbeda halnya untuk rataan gaya dorong dan daya mekanis. Nilai rataan gaya dorong dan daya mekanis menghasilkan beda nyata antara plat 1 dan plat 4. Hal tersebut menjadi salah satu pertimbangan bahwa plat 1 memiliki keunggulan yang lebih dibandingkan plat lain. Pada kondisi luasan basah yang berbeda, plat 1 tetap menunjukkan nilai efisiensi yang paling tinggi dibandingkan yang lain (Gambar 44). Namun pada kondisi tersebut, plat 4 menunjukkan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan pada kondisi luasan basah kendaraan air sebelumnya. 6.0 Plat 1 Plat 2 Plat 3 Plat 4 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0 60 120 180 240 300 Putaran Motor (rpm) 360 Gambar 44 Efisiensi daya untuk masing-masing plat dengan luasan basah 0.57 m2 Hasil uji ragam yang ditunjukkan oleh Tabel 5 memiliki arti yang berbeda dengan kondisi luasan basah sebelumnya dimana setiap parameter memiliki beda yang nyata terutama untuk plat 1 dan plat 4. Pada nilai rataan kecepatan, plat 4 memiliki nilai yang paling tinggi dibandingkan yang lain dan sangat berbeda 38 nyata dengan plat 1. Kemudian untuk gaya dorong, daya listrik, dan daya mekanis, plat 4 memiliki perbedaan yang nyata dibandingkan plat yang lainnya. Tabel 5 Hasil uji lanjut Duncan pengaruh perlakuan plat antar parameter pada luasan basah 0.57 m2 Jenis Plat Plat 1 Plat 2 Plat 3 Plat 4 Keterangan: Rataan Nilai Parameter Pengamatan Kecepatan Gaya Dorong Daya Listrik Daya Mekanis (m/s) (N) (watt) (watt) 0.108a 0.562a 7.388a 0.070a 0.160ab 0.843a 19.800a 0.157a 0.176bc 0.560a 23.147ab 0.098a 0.228c 1.236b 38.980b 0.304b Angka-angka yang diikuti huruf yang sama pada kolom yang sama menunjukkan hasil yang tidak berbeda nyata pada taraf α = 5% uji Lanjut Duncan. Berdasarkan pemaparan tersebut, plat 1 memiliki keunggulan dibandingkan dengan plat lainnya terutama dalam hal efisiensi. Nilai efisiensi inilah yang biasanya menjadi pertimbangan utama dalam menentukan pemilihan sistem propulsi terbaik. Sebagai perbandingan, perhitungan daya dilakukan pada sebuah kapal tanker dengan bobot 600 TEU atau setara dengan 10200 ton (TrustFm 2009) dan bekerja pada kecepatan servis 15 knots atau setara dengan 7.72 m/s (dengan konversi 1 knot sama dengan 0.5144 m/s). Daya yang dibutuhkan propulsi pada kecepatan servis tersebut adalah 2500 kW (Gambar 45). Gambar 45 Daya propulsi yang dibutuhkan oleh kapal tanker 600 TEU pada kecepatan yang berbeda (MAN Diesel & Turbo 2011) Kendaraan air yang dirancang pada penelitian ini memiliki bobot 12.5 kg saat tanpa beban dan 17.5 kg dengan penambahan beban. Kemudian dilakukan perbandingan linear antara kapal tanker dengan kendaraan air yang dirancang. 39 Kebutuhan daya pada masing-masing kecepatan maksimum pada kondisi 2 luasan basah yang berbeda dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6 Perhitungan konsumsi daya secara teoritis dengan acuan kapal tanker 600 TEU Kondisi luasan basah 0.32 m2 Kecepatan Daya (watt) Plat maksimum (m/s) (knots) Tanker 600 TEU Model kendaraan air 12.5 kg 1 0.38 0.74 18763442 22.99 2 0.35 0.68 18948516 23.22 3 0.31 0.60 19202790 23.53 4 0.30 0.57 19266179 23.61 Plat 1 2 3 4 Kecepatan maksimum (m/s) (knots) 0.16 0.30 0.23 0.45 0.20 0.39 0.29 0.57 Tanker 600 TEU 20078883 19650070 19811045 19270422 Daya (watt) Model kendaraan air 17.5 kg 34.45 33.71 33.99 33.06 Berdasarkan hasil perhitungan daya yang dibutuhkan pada model kendaraan air, daya yang dibutuhkan secara teoritis dengan membandingkan pada kapal tanker 600 TEU lebih rendah dibandingkan daya listrik yang dikonsumsi sebenarnya pada kecepatan kendaraan air yang sama. Pada kondisi luasan basah 0.32 m2 daya yang dibutuhkan berkisar antara 22.99 – 23.61 watt, sedangkan kenyataan pada hasil percobaan berkisar antara 28.53 – 40.67 watt. Pada kondisi luasan basah yang berbeda, yaitu 0.57 m2 banyaknya daya secara teoritis adalah 33.06 – 34.45 watt, sedangkan kenyataan hasil pengujian adalah 38.03 – 123.99 watt. Dengan melihat perbedaan hasil tersebut, dapat dikatakan bahwa sistem penggerak dan kendaraan air yang dirancang masih belum dapat mengefisiensikan daya jika dibandingkan dengan kendaraan air yang sudah ada sebelumnya terutama dibandingkan dengan kapal tanker 600 TEU meskipun perbandingan ini bukanlah satu-satunya cara yang bisa diterima seutuhnya karena banyak hal yang saling mempengaruhi. 5 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Mekanisme crank and rocker dapat digunakan untuk menghasilkan gerakan bolak-balik mengayun yang menghasilkan getaran pada plat tipis yang digetarkan. Ukuran batang hubung R1, R2, R3, dan R4 pada mekanisme dengan posisi sumbu vertikal sejajar dengan sumbu vertikal kendaraan air berturut-turut adalah 80 mm, 20 mm, 90 mm, dan 50 mm dan sudah memenuhi kriteria Grashof. Sistem penggerak yang dirancang mampu menggerakkan kendaraan air yang memiliki dimensi panjang, lebar, dan tinggi berturut-turut 100 cm, 50 cm, dan 30 cm 40 dengan dua jenis luasan basah yakni 0.32 m2 dan 0.57 m2 (penambahan bobot). Berdasarkan hasil simulasi, frekuensi pribadi mode ke-2 untuk masing-masing plat berada pada putaran motor listrik 202 rpm, sedangkan berdasarkan uji langsung nilai frekuensi pribadi yang dihasilkan plat 1, plat 2, plat 3, dan plat 4 pada kondisi luasan basah 0.32 m2 berturut-turut 313 rpm, 243 rpm, 233 rpm, dan 250 rpm. Perbedaan tersebut diakibatkan oleh kedalaman plat yang tidak sama dengan simulasi sehingga tekanan air juga berbeda. Berdasarkan uji kinerja, kecepatan maju kendaraan air berkisar antara 0.07 – 0.38 m/s, gaya dorong yang dihasilkan masing-masing plat berkisar antara 0.01 – 0.19 N/kg, konsumsi daya listrik yang digunakan berkisar antara 1.75 – 75.13 watt, daya mekanis yang dihasilkan berkisar antara 0.02 – 0.90 watt, dan efisiensi daya mekanis berkisar antara 0.35 – 5.21 %. Nilai efisiensi tertinggi dihasilkan pada sistem penggerak plat 1 untuk kedua kondisi luasan basah kendaraan air dan secara umum plat 1 memiliki nilai rataan tiap parameter yang sangat berbeda nyata dengan plat 4. Saran 1. Perlu dilakukan simulasi computational fluid dynamic untuk plat yang bergetar di dalam air untuk mengetahui karakteristik aliran air yang diakibatkan dari plat yang bergetar tersebut. 2. Pengujian di perairan terbuka merupakan langkah yang lebih nyata dibandingkan pengujian di laboratorium, namun untuk menghasilkan data yang lebih mendekati kenyataan di lapangan, perlu diuji lebih lanjut pada perairan yang memiliki gelombang atau ombak yang cukup tinggi. 3. Torsi motor yang dihasilkan masih cukup rendah sehingga tidak mampu menghasilkan putaran motor dengan RPM rendah yang stabil. Akibatnya, frekuensi pribadi mode pertama masih susah didapatkan. Padahal penghematan energi sangat ditentukan oleh mode frekuensi yang digunakan. 4. Perlu adanya kajian lanjut tentang pengaruh jarak antar hull karena dimungkinkan terdapat air yang terjebak sehingga gerak kendaraan air menjadi lambat. 5. Tingkat kepresisian dan kehandalan dalam perancangan alat dan mesin sangat diperlukan karena beban kerja yang terus menerus akan membuat kerusakan mikro yang berkelanjutan. DAFTAR PUSTAKA Abdulkadar M and Deshmukh B. 2013. Simulation of four bar mechanism for path generation. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering 3(9): 637-640. Adji WS. 2005. Engine propeller matching [lecture material]. Surabaya (ID): Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Andi A and Setiawan RPA. 2015. Design of marine propulsion system based on structrual vibration [Proceeding]. The 1st Young Scientist International Conference of Water Resources Development and Environmental Protection, Malang 5-7 June 2015. 41 Bimantoro T. 2014. Analisa penerapan sistem hybrid pada kapal KPC-28 dengan kombinasi diesel engine dan motor listrik yang disuplai dengan batterai. Jurnal Teknik Sistem Perkapalan 1(1): 1-6. Breads CF. 1996. Structural Vibration: Analysis and Damping. Halsted Press, New York – Toronto. Calderon AM. 2011. An experimental driving mechanism for a rigid oscillating foil propeller [Thesis]. Newfoundland (CA): Faculty of Engineering and Applied Science, Memorial University of Newfoundland. Chen Z. 2010. Modeling of biomimetic robotic fish propelled by an ionic polymer-metal composite caudal fin. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 15(3): 448-459. Eloy C. 2012. Optimal strouhal number for swimming animals. Journal of Fluids and Structures 30 (2012): 205-218. Hadi ES. dan Budiarto U. 2012. Kajian teknis propeller- engine matching pada kapal ikan tradisional dengan menggunakan motor listrik hybrid dari solar sell dan genset sebagai mesin penggerak utama kapal di Kabupaten Pasuruan Jawa Timur. Jurnal KAPAL 5(1): 24-31. Harvald SA. 1983. Resistance and Propulsion of Ships. John Wiley & Son, United State of America. Hibbeler RC. 2010. Engineering Mechanics – Dynamics. Pearson Prentice Hall, New Jersey USA. Ed. 20th. Kelly SG. 2012. Mechanical Vibration: Theory and Applications. Cengage Learning, Stamford USA. Lane DM, Davies JBC, and Sfakiotakis M. 1998. Review of fish swimming modes for aquatic locomotion. IEEE Journal of Oceanic Engineering Liu H and Kawachi K. 1999. A numerical study of undulatory swimming. Journal of Computational Physics 155 (1999): 223-247. Maggs J. 2011. Speed limits for ships [Proceeding]. European Climate Change Programme, Brussels 22-23 February 2011. MAN Diesel & Turbo. 2011. Basic principles of ship propulsion [internet]. [diacu 2015 Juli 17]. Tersedia dari: http://mandieselturbo.com. Martawijaya A dan Kartasujana I. 1977. Ciri umum, sifat, dan kegunaan jenisjenis kayu Indonesia. Publikasi khusus LPHH, Bogor. Martin GH. 1982. Kinematika dan Dinamika Teknik. Setiyobakti, penerjemah. Jakarta: Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Kinematics and Dynamics of Machines 2nd Ed. Mustafa. 2011. Penentuan frekuensi pribadi pada getaran balok komposit dengan penguat fiberglass. Jurnal Mekanikal. 2(2): 163-168. Sahlan, Samudro, Wibowo HN, Arifin, dan Ahmad SM. 2012. Kajian disain kapal cepat berbahan aluminium sebagai sarana transportasi sungai dan laut yang aman, nyaman, dan ramah lingkungan [Prosiding]. Seminar Insentif Riset Sistem Inovasi Nasional, Bandung 30 November 2012. Setiawan RPA. 1998. Mekanisme empat batang hubung [lecture material]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Soegihardjo O. 2002. Analisis perpindahan (displacement) dan kecepatan sudut (angular velocity) mekanisme empat batang secara analitik dengan bantuan komputer. Jurnal Teknik Mesin 4(2): 114-122. 42 Sudiyono dan Antoko B. 2008. Perancangan dan pembuatan kapal wisata dengan motor generator listrik tenaga surya sebagai energi alternatif penggerak propeler. Jurnal Teknik Mesin 10(1): 52-62. Sutikno E dan Ariseno A. 2011. Effect of input angle, dimension ratio-mechanism link to the output, transmission angle and motion characteristic. Jurnal Rekayasa Mesin 2 (2): 110-122. Torgal SB, Tripathi K, and Nagar NK. 2003. Simulation of software for four bar function generator mechanism [Proceeding]. The 2nd National Conference on Machines and Mechanisms, Delhi 18-19 December 2003. TrustFm. 2009. Conversion center [internet]. [diacu 2015 Agustus 18]. Tersedia dari: http://conversioncenter.net. Webb PW. 1984. Form and function in fish swimming. Scientific American 251(1984): 72-82. Widnall S. 2009. Lecture L19 – vibration, normal modes, natural frequencies, instability [internet]. [diacu 2015 Juli 16]. Tersedia dari: http://ocw.mit.edu. Williams RL. 2015. Mechanism Kinematics & Dynamics and Vibrational Modeling. Dr. Bob Productions, Ohio USA. Windyandari A dan Wahyudi Dedy. 2011. Methodology of the hybrid propulsion system (DMP & DEP) for trimaran type fast patrol boat. Jurnal KAPAL 8(3): 161-172. 43 LAMPIRAN 44 Lampiran 1 Rancangan dimensi kendaraan air dan dua jenis luasan basahnya PEMASANGAN PLAT STRUKTUR Luasan basah 0.32 m2 Luasan basah 0.57 m2 Skala : 1:1 Digambar : Asep Peringatan Satuan : cm Tgl: 20-02-2015 Departemen TMB Diperiksa: Dr Ir Radite PAS, MAgr Gambar orthogonal kendaraan air A-4 45 Lampiran 2 Rancangan sistem penggerak Keterangan : 1. 2. 3. 4. 5. 6. Sensor opto-coupler Piringan encoder Motor listrik DC 24 V Baud pengencang poros Crank kedua Crank pertama 7. 8. 9. 10. 11. 12. Crank ketiga Bearing bagian atas Poros penjepit plat Baud pengencang plat Bearing bagian bawah Plat struktur 46 Lampiran 3 Kode program alat pengukur putaran (RPM) motor listrik menggunakan arduino uno 47 48 Lampiran 4 Simulasi mekanisme crank and rocker menggunakan menu Visual Basic pada Microsoft Excel 49 Lampiran 5 Hasil analisis uji normalitas dan beda nyata menggunakan software SPSS 20.0 Uji Normalitas pada Kondisi Luasan Basahn 0.32 m2 Tests of Normality Kolmogorov-Smirnova Parameter Perlakuan Statistic df Sig. Plat 1 .236 6 .200* Plat 2 .234 6 .200* Kecepatan Plat 3 .221 6 .200* Plat 4 .206 6 .200* Plat 1 .123 6 .200* Plat 2 .183 6 .200* Gaya_dorong Plat 3 .234 6 .200* Plat 4 .294 6 .114 Plat 1 .125 6 .200* Plat 2 .174 6 .200* Daya_listrik Plat 3 .216 6 .200* Plat 4 .266 6 .200* Plat 1 .144 6 .200* Plat 2 .226 6 .200* Daya_Mekanis Plat 3 .226 6 .200* Plat 4 .203 6 .200* *. This is a lower bound of the true significance. a. Lilliefors Significance Correction Shapiro-Wilk Statistic df .855 6 .870 6 .909 6 .873 6 .982 6 .935 6 .889 6 .831 6 .980 6 .945 6 .876 6 .845 6 .961 6 .901 6 .937 6 .903 6 Sig. .173 .227 .427 .238 .959 .617 .312 .110 .953 .701 .253 .144 .824 .379 .636 .390 Uji Ragam pada Kondisi Luasan Basah 0.32 m2 Source Dependent Variable Kecepatan Gaya_dorong Corrected Model Daya_listrik Daya_Mekanis Kecepatan Gaya_dorong Intercept Daya_listrik Daya_Mekanis Kecepatan Gaya_dorong Perlakuan Daya_listrik Daya_Mekanis Kecepatan Gaya_dorong Error Daya_listrik Daya_Mekanis Kecepatan Gaya_dorong Total Daya_listrik Daya_Mekanis Tests of Between-Subjects Effects Type III Sum df Mean of Squares Square .016a 3 .005 1.030b 3 .343 661.298c 3 220.433 .191d 3 .064 1.631 1 1.631 23.441 1 23.441 19151.805 1 19151.805 1.960 1 1.960 .016 3 .005 1.030 3 .343 661.298 3 220.433 .191 3 .064 .132 20 .007 3.394 20 .170 2800.550 20 140.027 .613 20 .031 1.778 24 27.865 24 22613.653 24 2.765 24 F .793 2.023 1.574 2.080 247.758 138.133 136.772 63.911 .793 2.023 1.574 2.080 Sig. .512 .143 .227 .135 .000 .000 .000 .000 .512 .143 .227 .135 50 Uji Lanjut Duncan pada Kondisi Luasan Basah 0.32 m2 Jenis uji lanjut Duncan a,b,c Perlakuan Plat 4 Plat 3 Plat 2 Plat 1 Sig. N 6 6 6 6 Kecepatan Subset 1 .2350 .2398 .2692 .2987 .227 Gaya dorong Subset 1 2 .820 1.193 1.193 1.271 .123 Daya listrik Subset 1 32.7950 31.8983 28.7683 19.5333 .089 1.271 1.475 .434 Daya mekanis Subset 1 2 .205 .310 .310 .375 .180 .375 .497 .188 Uji Normalitas pada Kondisi Luasan Basahn 0.57 m2 Tests of Normality Kolmogorov-Smirnova Parameter Perlakuan Statistic df Sig. Plat 1 .127 6 .200* Plat 2 .190 6 .200* Kecepatan Plat 3 .287 6 .133 Plat 4 .225 6 .200* Plat 1 .179 6 .200* Plat 2 .213 6 .200* Gaya_dorong Plat 3 .201 6 .200* Plat 4 .184 6 .200* Plat 1 .142 6 .200* Plat 2 .128 6 .200* Daya_listrik Plat 3 .184 6 .200* Plat 4 .149 6 .200* Plat 1 .131 6 .200* Plat 2 .209 6 .200* Daya_mekanis Plat 3 .251 6 .200* Plat 4 .254 6 .200* *. This is a lower bound of the true significance. a. Lilliefors Significance Correction Shapiro-Wilk Statistic df .981 6 .914 6 .833 6 .906 6 .940 6 .864 6 .907 6 .932 6 .972 6 .978 6 .932 6 .968 6 .975 6 .945 6 .877 6 .895 6 Sig. .957 .465 .113 .414 .656 .203 .418 .598 .905 .943 .595 .877 .922 .697 .255 .343 51 Uji Ragam pada Kondisi Luasan Basah 0.57 m2 Tests of Between-Subjects Effects Dependent Type III Sum of Mean Source df Variable Squares Square Kecepatan .044a 3 .015 Gaya_dorong 1.123b 3 .374 Corrected Model Daya_listrik 3045.262c 3 1015.087 Daya_mekanis .126d 3 .042 Kecepatan .677 1 .677 Gaya_dorong 10.398 1 10.398 Intercept Daya_listrik 11965.754 1 11965.754 Daya_mekanis .377 1 .377 Kecepatan .044 3 .015 Gaya_dorong 1.123 3 .374 Perlakuan Daya_listrik 3045.262 3 1015.087 Daya_mekanis .126 3 .042 Kecepatan .049 20 .002 Gaya_dorong 1.242 20 .062 Error Daya_listrik 3934.579 20 196.729 Daya_mekanis .105 20 .005 Kecepatan .770 24 Gaya_dorong 12.763 24 Total Daya_listrik 18945.595 24 Daya_mekanis .608 24 F Sig. 6.075 6.026 5.160 7.999 279.191 167.386 60.824 71.831 6.075 6.026 5.160 7.999 .004 .004 .008 .001 .000 .000 .000 .000 .004 .004 .008 .001 Uji Lanjut Duncan pada Kondisi Luasan Basah 0.57 m2 Jenis uji lanjut Perlakuan Kecepatan Subset 2 N 1 Plat 4 Plat 3 6 6 Duncan a,b,c Plat 2 Plat 1 Sig. 6 6 .16017 .10767 .080 Gaya dorong Subset 1 2 1.236 .560 3 .22800 .16017 .17600 .17600 .843 .584 .082 .562 .100 1,000 Uji Lanjut Duncan pada Kondisi Luasan Basah 0.57 m2 (Lanjutan) Jenis uji lanjut Perlakuan Daya listrik Subset N 1 Duncan a,b,c Plat 4 Plat 3 6 6 Plat 2 Plat 1 Sig. 6 6 23.14667 19.80000 7.38833 .079 Daya mekanis Subset 2 38.98000 1 2 .070 23.14667 .098 .065 .157 .070 .131 1.000 52 RIWAYAT HIDUP Penulis bernama lengkap Asep Andi yang dilahirkan di Tasikmalaya pada tanggal 13 Nopember 1991 dari pasangan Bapak Darjo dan Ibu Yoyoh. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara. Penulis mendapatkan pendidikan lanjutan tingkat pertama di Madrasah Tsanawiyah Negeri Cikatomas, kemudian melanjutkan pendidikan di Madrasah Aliyah AL-AMIN Terpadu Kota Tasikmalaya dengan beasiswa internal yayasan. Penulis melanjutkan pendidikan sarjana di Institut Pertanian Bogor (IPB), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan sekaligus mendapat beasiswa penuh Bidik Misi dari Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi (DITJEN DIKTI) Republik Indonesia selama 4 tahun. Pada departemen yang sama, penulis mendapat pendidikan magister pada prodi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan dengan bantuan beasiswa Fresh Graduate DIKTI selama 2 tahun. Selama masa studi, penulis aktif di berbagai lembaga kemahasiswaan seperti Dewan Perwakilan Mahasiswa Tingkat Persiapan Bersama (DPM TPB), Forum for Scientific Studies (FORCES) IPB, dan Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA) IPB. Penulis juga aktif dalam berbagai kepanitiaan. Selain itu, Penulis aktif dalam mengikuti berbagai pelatihan seperti WORDWARE Scholarship to be a Microsoft Office Specialist, IPB Youth Journalist, dan lainlain. Penulis aktif menjadi pembicara dalam berbagai kegiatan seminar dan motivasi yang berkaitan dengan PKM dan penulisan ilmiah. Kegiatan Nasional dan Internasional diikuti oleh penulis selama masa studi. Kegiatan Program Kreativitas Mahasiswa (PKM) diikutinya selam 3 tahun berturut-turut. Penghargaan setara Emas diraih pada Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional XXV (PIMNAS) tahun 2012. Prestasi membanggakan lainnya adalah sebagai delegasi IPB pada MTQ Mahasiswa Nasional 2011, Delegasi IPB pada Aceh Development International Conference 2012 Malaysia, delegasi IPB pada TRI-U International Joint Seminar and Symposium 2012, Delegasi Jawa Barat pada OSN PERTAMINA Science Project tahun 2012, juara 3 Tanoto Student Research Awards 2012, masuk dalam karya prospektif 105 INOVASI INDONESIA BIC RISTEK 2013, Penerima penganugerahan pada Dies Natalis IPB ke-50 kategori Karya Ilmiah Terbanyak tahun 2013. Delegasi IPB pada International Conference on Multidisciplinary Research 2013 Philippines (2nd Prize for The Best Oral Presentation), Delegasi IPB pada PIMNAS XXVI Lombok, Delegasi IPB pada 4th Good Practice Program of Niigata University 2013 Japan, dan Delegasi IPB pada The 1st Young Scientist International Conference of Water Resources Development and Environtmental Protection 2015.
