4 RANCANGAN, KONSTRUKSI, DAN UNJUK KERJA 23
4.3 Hasil Uji Unjuk Kerja Mini Flume Tank 42
4.3.5 Ketahanan ( durability ) motor penggerak 52
Kinerja motor penggerak yang handal untuk mini flume tank merupakan syarat yang diutamakan, selain dapat berfungsi dengan baik juga harus dapat bekerja secara simultan pada rentang waktu tertentu yang diinginkan. Motor listrik yang digunakan sebagai tenaga pembangkit arus pada flume tank diharapkan bisa bekerja minimal selama 200 menit. Standar 200 menit ini sangat erat kaitannya dengan durasi pengamatan saat mengukur swimming endurance ikan. Durability sebuah motor listrik sebagi bagian dari flume tank dapat dilihat dari kestabilan suhu, rpm motor, konsumsi daya listrik dan tingkat kebisingan yang ditimbulkannya serta perubahan suhu air selama motor bekerja.
1) Suhu motor
Motor penggerak (motor listrik) saat bekerja akan mengalami peningkatan suhu. Peningkatan suhu ini berbanding lurus dengan lamanya motor bekerja serta besar atau kecilnya beban kerja motor. Semakin lama waktu kerja dan semakin tinggi beban kerja motor maka makin tinggi pula suhunya. Umumnya motor
penggerak seperti motor listrik sudah dilengkapi sistem pendingin tersendiri, yaitu berupa kipas pendingin. Kipas ini dipasang pada ujung poros bagian belakang motor dan ditutup semacam mankuk pelindung. Pada saat posisi motor vertikal kipas pendingin berada di bagian atas. Kecepatan putaran (rpm) kipas pendingin sama dengan kecepatan putar (rpm) motor. Saat rpm motor rendah, putaran kipas juga ikut rendah. Kecepatan putar (rpm) kipas yang rendah menyebabkan efektifitas pendinginan oleh kipas juga rendah yang pada akhirnya menyebabkan suhu motor meningkat lebih cepat. Keadaan tersebut dapat dilihat dari hasil pengukuran suhu motor saat dihidupkan dengan putaran lambat (rpm=439,3, 15 Hz), seperti disajikan pada Gambar 30.
Grafik peningkatan suhu mulai dari saat motor dihidupkan, digambarkan dengan titik-titik hitam. Suhu motor tampak naik secara simultan sejak motor mulai dihidupkan yaitu (30 oC) hingga mencapai 50 oC dalam kurun waktu 1 jam atau rata- rata 1 oC setiap 3 menit. Masalah tersebut coba diatasi dengan menambah kipas pendingin pada motor tersebut. Kipas dipasang pada bagian atas di luar motor dengan posisi seri terhadap kipas internal motor. Kinerja kipas pendingin tambahan ini tampak nyata hasilnya seperti digambarkan oleh garis hitam kontinyu pada Gambar 30. Grafik pada gambar tersebut menggambarkan terjadinya penurunan suhu motor yang cukup signifikan, yakni dari 50 oC hingga 38 oC dalam waktu kurang dari 30 menit. Pemasangan kipas eksternal sebagai pendingin tambahan telah menjadi solusi untuk mengatasi masalah tersebut.
Gambar 30 Perubahan suhu motor terhadap waktu, tanpa kipas pendingin tambahan (titik-titik) dan dengan kipas tambahan (garis hitam) Pengujian terhadap perubahan suhu motor yang dilengkapi kipas tambahan telah dilakukan pada beberapa tingkat kecepatan. Kecepatan rpm motor ditentukan dengan mengatur frekuensi yang ditunjukkan oleh inverter. Kecepatan putar motor (rpm) yang diujikan yaitu; 292, 439, 585, 870, 1146, dan 1411 rpm, yang pada inverter ditunnjukkan dengan frekuensi 10, 15, 20, 30, 40, dan 50 Hz. Hasil pengujian ditunjukkan pada Gambar 31 dalam bentuk grafik garis. Pengujian perubahan suhu motor dilakukan selama 200 menit. Pengujian dihentikan apabila selama kurun waktu pengamatan tersebut tingkat suhu mencapai titik stabil, karena tidak lagi terjadi peningkatan suhu.
Tampak pada gambar tersebut suhu motor umumnya mencapai titik suhu yang relatif stabil setelah motor dioperasikan selama 1 jam. Masing-masing kestabilan suhu dicapai pada derajat yang berbeda-beda untuk setiap tingkat frekuensi motor. Makin tinggi frekuensi maka makin tinggi pula titik suhu stabilnya. Pada laju putar motor 292 rpm setelah beroperasi selama 30 menit suhu motor mulai stabil pada titik 33o C, 585 rpm setelah 80 menit suhu stabil pada 44o C, sedangkan pada rpm 870 dan 1146 suhu mencapai stabil dibawah 60o C setelah motor dioperasikan selama 1 jam. Berbeda halnya bila motor dioperasikan pada rpm 1411,
suhu telah mencapai 60o C setelah motor baru beroperasi selama 25 menit, namun pada rpm ini suhu motor mencapai titik stabil pada suhu 73o C setelah motor beropersi hampir 1 jam.
Gambar 31 Grafik garis perubahan suhu motor pada rpm 292 sd 1411 Hz.
Sebenarnya setiap motor listrik mempunyai suhu optimum masing-masing dimana motor tersebut menghasilkan torsi maksimum. Namun karena informasi suhu optimum dari pabrik untuk motor yang digunakan tidak ada maka digunakan ketentuan umum untuk menentukan batasan suhu aman saat motor bekerja. Batasan suhu 60o C merupakan suhu maksimum yang umum ditetapkan dimana motor masih boleh dan aman untuk tetap dioperasikan. Motor dikhawatirkan dapat mengalami over heat bahkan terbakar bila dibiarkan tetap beroperasi pada suhu yang melebihi batasan 60o C tersebut. Kondisi ini bila dibiarkan dapat menyebabkan singkatnya umur teknis motor. Penggunaan motor pada rpm 1411 akan aman bila tidak lebih dari 25 menit. Kondisi ini berbeda dengan motor yang dioperasikan pada rpm kurang dari 1146, karena suhu stabil yang dicapai masih di bawah 60o C sehingga aman dihidupkan lebih dari 200 menit.
2) RPM motor
Kecepatan arus air pada flume tank diharapkan selalu stabil pada setiap tingkat kecepatan, sehingga kecepatan putar motor pembangkit arus juga harus stabil pada setiap tingkat kecepatannya. Oleh karena itu dibutuhkan motor yang handal, yakni motor yang mempunyai nilai rpm yang tetap/stabil selama dioperasikan minimal 200 menit pada setiap tingkat rpm. Nilai rpm motor yang stabil akan bermuara pada kecepatan arus air yang stabil sehingga peneliti terhindar dari bias atau kekeliruan dalam penentuan kecepatan saat dilakukan pengujian terhadap swimming behaviour ikan pada flume tank tersebut. Hubungan frekuensi dan putaran as motor (rpm) disajikan pada Gambar 32.
Gambar 32 Hubungan frekuensi (Hz) dengan kecepatan putaran motor
Gambar tersebut di atas memperlihatkan adanya korelasi positif antara frekuensi pada inverter dengan rpm motor, semakin tinggi frekuensi maka semakin tinggi pula rpm motor yang dihasilkan. Kondisi ini berbeda dengan hasil pengujian terhadap kinerja putaran motor (rpm) pada frekuensi 18 Hz selama rentang waktu lebih dari 4 jam bekerja (Gambar 33). Tampak pada gambar sebaran rpm hasil pengukuran dengan garis cenderung datar. Hal ini menunjukkan bahwa kinerja motor stabil dalam rentang waktu tersebut, dan tidak ada perubahan rpm motor yang berarti.
Gambar 33 Sebaran rpm motor dengan durasi kerja pada frekuensi 18 Hz.
3) Tingkat kebisingan
Kebisingan adalah bunyi yang tidak diinginkan dari usaha atau kegiatan dalam tingkat dan waktu tertentu yang dapat menimbulkan gangguan kesehatan manusia dan kenyamanan lingkungan. Tingkat kebisingan adalah ukuran energi bunyi yang dinyatakan dalam satuan Desibel disingkat dB. Kebisingan merupakan satu dari banyak komponen lingkungan yang harus diperhatikan saat bekerja. Kesehatan dan keselamatan kerja merupakan masalah yang sangat perlu diperhatikan saat seseorang melakukan kegiatan. Baku tingkat kebisingan adalah batas maksimal tingkat kebisingan yang diperbolehkan dibuang ke lingkungan dari usaha atau kegiatan sehingga tidak menimbulkan gangguan kesehatan manusia dan kenyamanan lingkungan. Kebisingan yang tinggi selain membuat tidak nyaman bagi manusia juga akan menyebabkan gangguan kesehatan, utamanya pada organ pendengaran.
Sebuah flume tank seharusnya juga mempunyai tingkat kebisingan yang rendah atau memenuhi standar mutu Kesehatan dan Keselamatan Kerja (K3). Karena seorang peneliti akan berada di dekat flume tank tidak kurang dari 3 jam (>200 menit) setuap kali melakukan pengamatan swimming endurance ikan dengan flume tank.
Pengukuran tingkat kebisingan terhadap flume tank yang telah dibuat, juga sudah dilakukan dengan menggunakan sound level meter. Pengukuran dilakukan pada dua titik pengukuran yaitu 5 cm dari motor sebagai sumber kebisingan, dan jarak 1 meter dari sumber kebisingan (motor) pada ketinggian 1 m. Ketinggian 1 m diasumsikan sebagai ketinggian posisi observer saat duduk mengamati obyek kajian pada flume tank. Hasil pengukuran kebisingan dari konstruksi flume tank disajikan pada Gambar 34. Tampak bahwa tingkat kebisingan pada jarak <5 cm antara 61 sd 75 dB, sedangkan pada jarak 1 m dari sumber berkisar antara 49 sd 61 dB. Tingkat kebisingan tersebut berada dibawah standar baku mutu untuk tingkat kebisingan di lingkungan perkantoran (65 dB) (KEP-48/MNLH/11/1996), setara dengan baku mutu lingkungan rumah sakit, sekolah dan tempat ibadah (55 dB). Sementara menurut KEPMEN Tenaga Kerja No. KEP-5/MEN/1999 dan KEPMEN Kesehatan No. 1405/MENKES/SK/X/2002 tentang Persyaratan Kesehatan Lingkungan Kerja dan Industri seorang pekerja hanya diperkenankan bekerja maksimal 8 jam perhari pada tingkat kebisingan 85 dB.
Berdasarkan pada hasil pengujian tingkat kebisingan tersebut di atas maka dapat dikatakan bahwa tingkat kebisingan yang dihasilkan flume tank sangat aman bagi kesehatan manusia disekitarnya.
4) Konsumsi daya listrik
Untuk menguji konsumsi listrik yang digunakan oleh motor digunakan clam meter dan juga menggunakan indikator yang ditunjukkan oleh panel pada inverter. Hubungan frekuensi pada inverter dengan dengan rpm motor, kecepatan arus air, tegangan (V), dan kuat arus (A) motor dapat dilihat pada Tabel 3. Sekilas dapat dilihat hubungan yang berbanding lurus dari semua variabel-variabel tersebut. Lebih jelasnya hubungan variabel frekuensi, tegangan, dan kuat arus disajikan pada Gambar 35.
Tabel 3 Hubungan frekuensi dengan rpm motor, kecepatan arus air, tegangan (V) dan, kuat Arus (A) motor
Gambar 35 Hubungan frekuensi dengan tegangan motor Frekuensi (Hz) RPM Tegangan (volt) Kuat arus (A) 10 292,0 33,8 0,8 15 439,3 54,9 1,1 20 585,5 75,6 1,3 25 731,3 98,0 1,4 30 870,2 118,4 1,6 35 1.011 139,2 1,7 40 1.146 161,0 1,8 45 1.278 188,0 2,0 50 1.411 196,0 2,1
Gambar grafik garis hubungan antara frekuensi motor dengan tegangan listrik (V) menunjukkan bahwa semakin tinggi frekuensi maka makin tinggi pula tegangan yang digunakan oleh motor. Hubungan kedua variabel tersebut mengikuti persamaan berikut:
y = 4,2003x -7,6878...4) dimana: y = Tegangan (volt)
x = Frequensi pada frameinverter
Kondisi yang sama juga ditunjukkan oleh kuat arus ( I ) pada motor. Makin tinggi frekuensi yang digunakan maka makin tinggi pula kuat arus yang digunakan motor. Hubungan kedua variabel tersebut mengikuti persamaan berikut:
y = 0,0307 + 0,6133...5) dimana: y = Kuat arus (Ampere)
x = Frequensi pada inverter
Demikian pula halnya, bila daya listrik (Watt) adalah V x I, maka makin tinggi frekuensi pada frameinverter, makin tinggi pula daya yang digunakan motor listrik. Pada frekuensi tertinggi yaitu 50Hz, maka konsumsi listrik mencapai 412 Watt setara dengan ½ Hp.
5) Suhu Air
Secara teoritis suhu air di dalam flume tank akan meningkat disebabkan oleh putaran baling-baling dan gesekan massa air dengan dinding dan komponen lain di dalam aliran flume tank. Peningkatan suhu air bebanding lurus dengan rpm motor dan lamanya baling-baling berputar. Transfer panas dari motor ke badan air sangat kecil kemungkinan terjadinya karena antara poros motor dengan poros baling-baling tidak terhubung langsung. Antara poros motor dan poros baling-baling dihubungkan oleh flexyble joint coupling dimana diantaranya terdapat komponen polyurethane yang sekaligus dapat berperan sebagai insulasi panas. Selain itu baik dudukan motor maupun dudukan propeler baling-baling terbuat dari akrilik yang juga bersifat seperti insulator panas.
Perubahan suhu air ini perlu dikaji karena kenaikan suhu air yang cukup signifikan akan berpengaruh terhadap metabolisme ikan, dalam hal ini terjadi peningkatan akan konsumsi oksigen. Pada akhirnya perubahan suhu air tersebut akan
menyebabkan gangguan bagi tingkah laku dan swimming endurance ikan. Oleh karenanya perubahan suhu pada flume tank diharapkan seminimal mungkin.
Pengujian terhadap perubahan suhu air pada flume tank pada tingkat kecepatan yang berbeda diukur setiap 10 menit selama periode tidak kurang dari 200 menit. Suhu awal (Tawal) dari pengukuran ini adalah sama dengan suhu ruangan saat dilakukan pengujian. Suhu awal, suhu akhir, suhu median dan perubahan suhu (∆T)
hasil pengukuran disajikan pada Tabel 4. Sebaran suhu selama pengujian di sajikan pada Gambar 36.
Tabel 4 Perubahan suhu (oC) air pada flume tank pada frekuensi berbeda setelah dihidupkan selama lebih dari 200 menit
Kecepatan putaran motor (rpm)
292 439 585 731 870 1011
Tawal 26,4 27,1 28,7 27,1 27,2 27,1
Tmedian 27,4 27,5 28,9 28,4 28,4 28,1
Takhir 27,7 27,9 28,9 28,9 28,9 28,9
∆T 1,3 0,8 0,2 1,8 1,7 1,8
Gambar 36 Grafik garis perubahan suhu air flume tank pada kecepatan putar motor berbeda setelah dihidupkan selama lebih dari 200 menit.
Seperti terlihat pada Tabel 4, perubahan suhu setelah motor dihidupkan selama lebih 200 menit pada masing-masing kecepatan putar motor ( 292 sd 1011 rpm). Masing-masing perubahan suhu (∆T) hanya terjadi pada kisaran 0,2 oC sd 1,8
o
C. Perubahan suhu (∆T) terkecil dihasilkan pada rpm 292 dan yang terbesar pada rpm 731 dan 1011. Pada Gambar 36 dapat dilihat sebaran suhu selama pengujian pada masing-masing kecepatan putar motor. Pada rpm 292 dan 585 laju perubahan suhu tampak hampir linier, sedangkan pada kecepatan lainnya tampak berfluktuasi walaupun perubahannya tidak sampai 1 oC. Kemungkinan besar fluktuasi ini disebabkan perubahan suhu ruangan. Pola sebaran suhu yang berbeda antara satu kecepatan motor dengan yang lainnya dapat terjadi karena hari dimana pengujian dilakukan juga berbeda-beda. Hal tersebut dapat diduga demikian karena bila diasumsikan perubahan suhu air disebabkan oleh putaran baling-baling dan gesekan dengan dinding flume tank, seharusnya perubahan terjadi secara linier. pula secara umum trend kenaikan suhu mempunyai slope yang semakin tinggi dengan semakin tingginya kecepatan putar motor.