PROTOTIPE DAN KINERJA SISTEM PENGGERAK
KENDARAAN AIR BERBASIS GETARAN STRUKTUR
ASEP ANDI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
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
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 berturut-turut 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).
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 marked difference with fourth thin cantilever beam (500 mm length, 60 mm width, and 1 mm thickness).
© 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
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains
pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
PROTOTIPE DAN KINERJA SISTEM PENGGERAK
KENDARAAN AIR BERBASIS GETARAN STRUKTUR
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2015
Judul Tesis : Prototipe dan Kinerja Sistem Penggerak Kendaraan Air Berbasis Getaran Struktur
Nama : Asep Andi
NIM : 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
Dr Ir Y Aris Purwanto, MSc
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
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
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL xii
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR LAMPIRAN xii
1 PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
Ruang Lingkup Penelitian 2
2 TINJAUAN PUSTAKA 3
Prinsip Pergerakan Ikan 3
Getaran dan Frekuensi Pribadi 5
Prinsip Dasar Sistem Penggerak Kendaraan Air 6
Mekanisme Empat Batang Hubung 9
3 METODE 10
Waktu dan Tempat Penelitian 10
Alat dan Bahan 10
Pendekatan Rancangan 12
Prosedur Pengukuran dan Pengujian 17
Prosedur Analisis Data 19
4 HASIL DAN PEMBAHASAN 22
Mekanisme Crank and Rocker 22
Karakteristik Plat dan Model Kendaraan Air 24
Kalibrasi Alat Ukur Putaran dan Daya Listrik 26
Kecepatan Maju Kendaraan Air 27
Gaya Dorong Kendaraan Air 29
Konsumsi Daya Listrik 31
Daya Mekanis Kendaraan Air 32
Stabilitas Kendaraan Air 34
Hubungan Antar Parameter 35
5 SIMPULAN DAN SARAN 39
Simpulan 39
Saran 40
DAFTAR PUSTAKA 40
LAMPIRAN 43
DAFTAR TABEL
1 Nilai koreksi k untuk menghitung sudut yang dihasilkan 14 2 Frekuensi pribadi mode ke-2 dan maximum double-displacement
masing-masing plat 25
3 Rataan nilai efisiensi hull, mekanisme, dan sistem penggerak untuk setiap
plat 36
4 Hasil uji lanjut Duncan pengaruh perlakuan plat antar parameter pada
luasan basah 0.32 m2 37
5 Hasil uji lanjut Duncan pengaruh perlakuan plat antar parameter pada
luasan basah 0.57 m2 38
6 Perhitungan konsumsi daya secara teoritis dengan acuan kapal tanker 600
TEU 39
DAFTAR GAMBAR
1 Gaya-gaya yang bekerja (a) dan pola gerakan yang mempengaruhi stabilitas hidrodinamis (b) pada pergerakan ikan (Lane 1998) 3 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) 4 3 Karakteristik setiap mode frekuensi pada struktur dan persamaannya
(Kelly 2012) 5
4 Grafik magnification factor (MF) terhadap rasio frekuensi ( o/ n) untuk
berbagai nilai faktor peredaman (c/cc) (Hibbeler 2010) 6
5 Kendaraan air dengan bantuan air statis yang memiliki lebih dari satu
lambung (multi hull) 7
6 Garis beban Plimsoll mark yang dikembangkan sesuai dengan kesepakatan international maritime organisation (MAN Diesel & Turbo
2011) 7
7 Ukuran lambung kendaraan air(MAN Diesel & Turbo 2011) 8 8 Gaya dorong kendaraan air dan resistansinya pada kecepatan tertentu
(MAN Diesel & Turbo 2011) 9
9 Mekanisme Crank and Rocker (Martin 1982) 9
10Power supply 30 V/25 A variabel 10
11Motor listrik DC Shinano Kenshi tipe DCG-5216-038 11
12Kayu bahan pembuatan model kendaraan air 11
13Digital dual display VA DC 100 V/ 10 A 12
14Mikrokontroler arduino uno dan LCD 16 x 2 (a) dan sensor opto-coupler
(b) 12
15Rangkaian power supply variable 30 V/25 A 13
16Batang hubung, garis bantu, dan sudut-sudut pada mekanisme crank and
rocker 14
17Rancangan mekanisme crank and rocker untuk sistem penggerak 15
18Rancangan rumah sistem penggerak 15
21Rancangan rangka penyangga motor dan sistem penggerak 17
22Pengukuran kecepatan maju kendaraan air 18
23Pengukuran gaya tarik kendaraan air 18
24Bagan alir penelitian 21
25Hasil simulasi mekanisme crank and rocker pada Microsoft Excel 22 26Grafik sudut input terhadap sudut output yang dipilih pada rancangan
mekanisme crank and rocker 23
27Model fisik mekanisme crank and rocker 23
28Jenis plat stainless steel dengan ukuran yang berbeda 24 29Simulasi frekuensi pribadi dan double-displacement pada plat 1 (a), plat
2 (b), plat 3 (c), dan plat 4 (d) 25
30Model fisik kendaraan air tipe multi hull 26
31Proses kalibrasi sensor opto-coupler penghitung putaran motor listrik 26 32Hasil kalibrasi putaran pada LCD dan menggunakan Tachometer 27 33Kecepatan maju kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan
basah 0.32 m2 28
34Kecepatan maju kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan
basah 0.57 m2 29
35Gaya dorong kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan
basah 0.32 m2 30
36Gaya dorong kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan
basah 0.57 m2 31
37Konsumsi daya listrik kendaraan air untuk masing-masing putaran pada
luasan basah 0.32 m2 31
38Konsumsi daya listrik kendaraan air untuk masing-masing putaran pada
luasan basah 0.57 m2 32
39Daya mekanis kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan
basah 0.32 m2 33
40Daya mekanis kendaraan air untuk masing-masing putaran pada luasan
basah 0.57 m2 33
41Simulasi karakteristik titik stabilitas kendaraan air (Sahlan et al. 2012) 34 42Kondisi kendaraan air yang stabil pada perairan yang tenang 35 43Efisiensi daya untuk masing-masing plat dengan luasan basah 0.32 m2 36 44Efisiensi daya untuk masing-masing plat dengan luasan basah 0.57 m2 37 45Daya propulsi yang dibutuhkan oleh kapal tanker 600 TEU pada
kecepatan yang berbeda (MAN Diesel & Turbo 2011) 38
DAFTAR LAMPIRAN
1 Rancangan dimensi kendaraan air dan dua jenis luasan basahnya 44
2 Rancangan sistem penggerak 45
3 Kode program alat pengukur putaran (RPM) motor listrik menggunakan
arduino uno 46
4 Simulasi mekanisme crank and rocker menggunakan menu Visual Basic
pada Microsoft Excel 48
5 Hasil analisis uji normalitas dan beda nyata menggunakan software SPSS
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.
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
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.
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.
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.
Gambar 2 Pergerakan ikan jenis body and/or caudal fin (a) dan jenis median and/or paired fin (b) dengan gerak undulatory (bergelombang) dan
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 bolak-balik 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.
3
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).
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
Gambar 4 Grafik magnification factor (MF) terhadap rasio frekuensi ( o/ n) untuk berbagai nilai faktor
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).
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.
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.
Gambar 5 Kendaraan air dengan bantuan air statis yang memiliki lebih dari satu lambung (multi hull)
8
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 (RT) yang
dialami oleh kendaraan air bila ditarik dengan kecepatan yang sama (v), sehingga terjadi penambahan (augment) hambatan (Hadi et al. 2008).
9
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:
�2 + + �4 > �2�4; �2 + �2�4+ �4 > ;
�2 + − �4 < �2�4 ; − �2 + �4 > �2�4. Gambar 8 Gaya dorong kendaraan air dan resistansinya pada
kecepatan tertentu (MAN Diesel & Turbo 2011)
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 keringDC (12 V-5Ah/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.
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.
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 11 Motor listrik DC Shinano Kenshi tipe DCG-5216-038
12
Perlengkapan Uji Fungsional dan Uji Kinerja
Perlengkapan alat ukur yang digunakan untuk proses perancangan dan kalibrasi meliputi multimeter digital tipe UX-369dan tachometer tipe DT-2234C+. Pengukuran daya listrik yang terpakai saat pengujian menggunakan Digital Dual Display VA DC 100 V/ 10 A (Gambar 13).
Kemudian pengukuran putaran motor listrik menggunakan sensor opto-coupler 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)
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).
Gambar 13 Digital dual display VA DC 100 V/ 10 A
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.
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 10osecara 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).
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.
1.
2 1 2 2dengan nilai koreksi k mengikuti aturan seperti pada Tabel 1 berikut ini. Tabel 1 Nilai koreksi k untuk menghitung sudut yang dihasilkan
Kwadran x y Koreksi (k) Acos[tanda(y)] + acos[tanda (x*y)] pada mekanisme crank and rocker
θ4
θ2 x
15 Excel dan program simulasi dimasukkan kedalam menu dan button tersebut dengan program sebagai berikut.
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.
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 17 Rancangan mekanisme crank and rocker untuk sistem penggerak
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.
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.
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.
Gambar 19 Rancangan plat struktur yang terbuat dari
stainless steel
17
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 benar-benar 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.
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.
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.
Gambar 22 Pengukuran kecepatan maju kendaraan air
Gambar 23 Pengukuran gaya tarik kendaraan air v (m/s)
5 meter Air
v (m/s)
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.
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:
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 Kolmogorov-Smornov. 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
21 jika belum memenuhi maka dilakukan perbaikan rancangan dan dilakukan pengujian ulang.
22
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Mekanisme Crank and Rocker
Mekanisme crank and rocker mampu menghasilkan gerakan osilasi (bolak-balik) pada batang hubung output dan gerakan berputar penuh pada batang hubung input. Ukuran setiap batang hubung sangat berpengaruh terhadap double-displacement atau perpindahan ganda yang dihasilkan pada batang hubung output.
Sedangkan double-displacement pada output sangat menentukan double-displacement 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.
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
23 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.
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.
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
0 dipilih pada rancangan mekanisme crank and rocker
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).
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.
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 masing-masing plat
Jenis Plat Frekuensi pribadi mode 2 (Hz)
Putaran (RPM)
Max.double-displacement
(cm)
Plat 1 21.134 202 10.03
Plat 2 21.105 202 9.97
Plat 3 21.270 203 9.99
Plat 4 21.124 202 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) maksimumdari
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.
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.
Kalibrasi dimulai dari 63 rpm sampai 449 rpm pada tachometer. Kemudian data diolah dan didapatkan hasil regresinya seperti pada Gambar 32. Nilai koreksi
Gambar 30 Model fisik kendaraan air tipe multi hull
Gambar 31 Proses kalibrasi sensor opto-coupler
27 tersebut kemudian dimasukkan ke dalam program untuk memperbaiki program sebelumnya.
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 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.
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
