Rancang Bangun dan Pengujian Balon Udara Panas Alat Penyemprot Padi Tipe Balon.

i

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN BALON UDARA PANAS

ALAT PENYEMPROT PADI TIPE BALON

NURAHMAN

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

iii

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER

INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun dan Pengujian Balon Udara Panas Alat Penyemprot Padi Tipe Balon adalah benar karya saya dengan arahan dari 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 skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

v

ABSTRAK

NURAHMAN. Rancang Bangun dan Pengujian Balon Udara Panas Alat Penyemprot Padi Tipe Balon. Dibimbing oleh RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.

Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan menguji kinerja balon udara panas berbentuk elipsoid (zeppelin) sebagai pembawa alat penyemprot padi. Perancangan balon tersebut mengacu pada The Standard Atmosphere (ISA) dan The Royal Aeronautical Society untuk penentuan dimensi balon. Dari hasil perhitungan diperoleh dimensi balon udara dengan bentuk elipsoid yaitu volume, panjang total, dan diameter terbesar berturut-turut sebesar 40 m3, 10.8 m, dan 2.7 m. Analisis kekuatan rangka diperoleh sebesar 0.13kg/mm2 < ijin dan sebesar 0.044 kg/mm2 < ijin, dan efisiensi sambungan paku rivet sebesar 50% dan rangka dinyatakan layak. Hasil uji kemampuan angkat beban oleh udara panas dengan suhu dalam dan luar rata-rata berturut-turut sebesar 93.4 o_{C dan 57.3} o_{C mampu mengangkat beban total sebesar 3.8 kg. Dari hasil} pengujian dapat dinyatakan balon udara panas tidak mampu mengangkat beban sesuai rencana yaitu 10 kg. Diperlukan balon dengan volume 105.3 m3 untuk dapat mengangkat beban 10 kg.

Kata kunci : elipsoid, balon udara panas, sprayer tipe balon

ABSTRACT

NURAHMAN. Design and Performance Test of Hot Air Balloon for Paddy Sprayer Ballon Type. Supervised by RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.

The objective of this research was to design an airship and conduct the performance test. The design was refered to The Standard Atmosphere (ISA) and The Royal Aeronautical Society for determination of airship’s dimensions. Analysis resulted the dimensional volume, lenght, and diameter were 40 m3, 10.8 m, dan 2.7 m respectively. Analysis of the frame has shown the value = 0.13 kg/mm2 < allowed dan = 0.044 kg/mm2 < allowed, and efficiency of the rivet’s joint was 50 %. The performance test shows the hot air (93.4 oC and 57.3 oC) can be lifted the load up to 3.8 kg. Based on the results it was not feasible in accordance with the plan that can be lifted 10 kg. Balloon with volume 105.3 m3 could lift the load 10 kg.

vii

RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN BALON UDARA PANAS

ALAT PENYEMPROT PADI TIPE BALON

NURAHMAN

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada

Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

vii

Judul Skripsi : Rancang Bangun dan Pengujian Balon Udara Panas Alat Penyemprot Padi Tipe Balon

Nama : Nurahman

NIM : F14100063

Disetujui oleh

Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan, MAgr Pembimbing

Diketahui oleh

Dr Ir Desrial, MEng Ketua Departemen

ix

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 Maret 2 0 1 4 sampai April 2015 ini ialah rancang bangun alat dengan judul Rancang Bangun Dan Pengujian Balon Udara Panas Alat Penyemprot Padi Tipe Balon. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan, MAgr selaku pembimbing, kedua orang tua penulis, dan rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB angkatan 2010.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

vii

Waktu dan Tempat Penelitian 3

Alat dan Bahan 3

Prosedur Penelitian 4

Perhitungan Kebutuhan Udara Panas 4

Desain Bentuk Balon 4

Perhitungan Gaya Lift dan Drag 5

Perhitungan Rangka 5

Pembuatan Alat 5

Pengujian Fungsional dan Pengujian Kinerja 6

HASIL DAN PEMBAHASAN 7

Kebutuhan Udara Panas 7

Desain Bentuk Balon 7

Gaya Lift 8

Gaya Drag 8

Data dan Spesifikasi Rangka 9

Perhitungan Rangka 9

Ditinjau Dari Tegangan Geser 10

Analisis Titik Berat 10

Sambungan Rangka 11

Pembuatan Alat 11

Uji Fungsional 13

viii

Gambar 1 Diagram Alir Proses Penelitian 3

Gambar 2 Desain Bentuk Balon 4

Gambar 3 Alur Pembuatan Alat 6

Gambar 4 Desain Bentuk Balon 2 7

Gambar 5 Grafik Hubungan Kecepatan Maju Balon dan Gaya Lift 8 Gambar 6 Grafik Hubungan Kecepatan Maju Balon dan Gaya drag 8

Gambar 7 Rangka Sprayer 9

Gambar 8 Diagram Pembebanan 10

Gambar 9 Rangka Tampak Samping (a) dan Atas (b) 10

Gambar 10 Sketsa Balon, Rangka, dan Posisi Seling 12

Gambar 11 Sketsa Penggelembungan Balon dan Pembakaran Udara 13 Gambar 12 Sketsa Pengujian Gaya Lift dan Gaya Drag 14 Gambar 13 (a),(b) Pengujian Gaya Lift dan (c) Pengujian Gaya Drag 16 Gambar 14 (a), (b), (c) Pengujian Suhu Dalam, dan (d), (e), (f) Pengujian Suhu Luar

17

Gambar 15 Luas Penampang Rangka 22

Gambar 16 Rangka Tampak Samping dan Atas 24

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Data Beban Maksimal Sambungan Rangka 11

Tabel 2 Waktu Pengoperasian 14

Tabel 3 Gaya Lift dan Gaya Drag 15

Tabel 4 Suhu Dalam dan Suhu Luar 16

Tabel 5 Data Hasil Simulasi Gaya Drag 27

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Perhitungan Volume 19

Lampiran 2 Perhitungan Luas Area 19

Lampiran 3 Distribusi Beban Statis 19

Lampiran 4 Simulasi Stress Rangka 23

Lampiran 5 Analisis Titik Berat 24

Lampiran 6 Perhitungan Kekuatan Sambungan 25

ix

Lampiran 8 Simulasi Koefisien Drag 26

Lampiran 9 Pembuatan Alat dan Pengujian Alat 27

1

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Indonesia adalah negara yang memiliki iklim tropis dimana kegiatan sehari-harinya tidak terlepas dari pertanian. Pertanian adalah salah satu kegiatan yang sering dilakukan di Indonesia terutama pertanian padi. Padi merupakan salah satu kegiatan penting karena merupakan bahan makanan pokok masyarakat Indonesia. Beberapa faktor yang mempengaruhi dalam produksi padi adalah pemilihan bibit, pupuk, lingkungan tumbuh, dan pemeliharaan tanaman khususnya menjaga dari hama dan penyakit.

Hama dan penyakit merupakan salah satu faktor yang sangat berpengaruh pada proses budidaya padi di Indonesia. Saat ini perkembangan teknologi pertanian didukung dengan dengan inovasi-inovasi teknologi telah mempermudah mengatasi hama dan penyakit tanaman. Contohnya adalah alat atau mesin penyemprot pestisida yang dioperasikan dengan traktor untuk tanaman padi di sawah. Namun mesin-mesin konvensional tersebut tidak bisa beroperasi karena lahan sawah di Indonesia tidak memiliki lapisan keras pada dasar sawah atau tidak terkonsolidasi.

Alternatif dari permasalahan tersebut adalah dengan penyemprotan tanpa kontak dengan tanah, yaitu penyemprotan melalui udara. Penyemprotan melalui udara sudah dilakukan pada tahun 1921 oleh Departemen Pertanian US bekerja sama dengan US Army Signal Corps menggunakan pesawat Curtis JN4 yang sudah dimodifikasi, melakukan penyemprotan dari udara yang membasmi ulat sphinx di daerah pertanian Troy, Ohio. Pada era 1970-an, di Indonesia sempat mencuat penggunaan pesawat penyemprot, yaitu ketika terjadi ledakan hama belalang di Kep. Sangirtaulaud dimana pesawat satuan TNI AU melakukan penyemprotan secara berkala dengan pesawat gelatik. Seiring perkembangan dunia dirgantara, pesawat seperti ini sekarang sudah dibuat secara khusus dengan nama agricultural aircraft. Pada alternatif ini memiliki beberapa kekurangan yaitu, pesawat harus diterbangkan dari lahan yang cukup luas yang bebas dari tiang listrik dan pepohonan tinggi. Selain itu pesawat harus mampu terbang serendah mungkin.

Alternatif lain adalah adalah menggunakan radio control, seperti pesawat, helikopter dan multikopter. Alternatif ini bisa digunakan di lahan yang relatif lebih sempit dan tidak terganggu dengan tiang listrik maupun pepohonan. Teknologi ini juga mampu melaksanakan tugas secara otomatis dengan memprogram sistem mikrokontrolernya sehingga lebih mudah penggunaannya dibandingkan dengan pesawat, namun penggunaan teknologi ini masih relatif mahal.

baling-2

baling. Daya angkat diperoleh dari gas pengisi balon dan memiliki densitas lebih kecil daripada udara seperti helium, hirogen, udara panas, dan lain-lain. Bentuk paling umum adalah bentuk menyerupai tetesan air mata ( teardrop ) atau zeppelin dan dapat diklasifikasikan ke bentuk non-rigid, semi-rigid, dan rigid (Casey Stockbridge, Alessandro Cerruti, & Pier Marzocca, 2012).

Maka dengan melihat permasalahan tersebut diperlukan teknologi terbaru yang dapat menyelesaikan masalah dalam penyemprotan padi itu sendiri dengan memanfaatkan prinsip penyemprotan dari udara. Teknologi baru tersebut memungkinkan mesin penyemprot pestisida beroperasi tanpa ada kontak dengan tanah melainkan dengan cara melayang di udara. Selain itu teknologi baru tersebut harus relatif lebih murah dari alternatif yang telah ada.

Rumusan Masalah

Diperlukan suatu alternatif mesin penyemprot yang dapat menyemprot padi dari udara agar operasinya tidak terganggu dengan kondisi lahan di Indonesia. Balon udara panas dapat menjadi alternatif karena relatif murah dan mudah diperoleh.

Tujuan

Penelitian ini dilakukan untuk beberapa tujuan. Adapun tujuan-tujuan tersebut sebagai berikut :

1) Merancang bangun bagian pengangkat alat penyemprot padi tipe balon udara. 2) Menguji kemampuan membawa beban balon udara panas.

Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan beberapa manfaat, yaitu: 1) Memberikan alternatif alat penyemprot padi yang lebih efisien.

2) Memberikan rekomendasi desain alat penyemprot padi dalam segi kelayakan di lahan.

3) Menjadi bahan pertimbangan dalam penentuan metode dan penerapan teknologi penyemprotan.

Ruang Lingkup Penelitian

Ruang lingkup penelitian ini adalah:

1) Desain balon dan bahan gas pengisi dibuat sesuai The Standard Atmosfer (ISA) dan The Royal Aeronautical Society.

2) Gas pengisi adalah udara yang dipanaskan dengan burner.

3

METODE PELAKSANAAN

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret 2014 sampai April 2015. Pembuatan rangka akan dibuat di kampus IPB Dramaga. Pengujian alat dilaksanakan di Jl. Tanjung 10 Dramaga IPB kampus IPB dan Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo di Leuwikopo Bogor. Diagram alir penelitian dapat dilihat di Gambar 1.

Gambar 1 Diagram Alir Proses Penelitian

Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah :

 Kertas karton A0

 Aluminium siku

 Paku rivet

 Selang gas kecil

 Mur dan baut

 Tabung gas (untuk burner)

 Kain nylon

 Resleting

 Seling dan pengait

4

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah :

 Laptop

 Software SolidWork 2012

 Software PepakuraDesigner

Pada penelitian ini digunakan beberapa standar perhitungan yaitu menggunakan The Standard Atmosfer (ISA) dan The Royal Aeronautical Society. Pada penelitian ini digunakan sistem penerbangan menggunakan balon udara dengan udara panas. Dari perencanaan, balon udara direncanakan dapat mengangkat beban sebesar 10 kg. Kebutuhan udara panas bisa diperoleh dengan rumus berikut (The Standard Atmosfer (ISA)) :

F = (

ρ

udara normal–

ρ

udara panas) x Vudara panas (1)

Desain bentuk balon dibuat dengan bentuk elipsoid. Rumus untuk mendesain bentuk balon diperoleh dari bawah ini (The Royal Aeronautical Society 1986) :

5 diperoleh dari rumus berikut : (Kiran 2014)

FL = 0.5 CL

ρ

V2/3u2 (2)

Perancangan rangka ini dirancang seringkas mungkin untuk mengurangi beban yang berlebih pada rangka, tapi dalam perancangan tetap memperhitungkan segala aspek yang diperlukan dalam perancangan. Selain itu dalam pembuatan rangka ini juga mempertimbangkan proses perawatan yang sangat penting untuk suatu alat.

Pada analisis rangka ini, data dari rangka beban statis utamanya adalah : 1. Cairan pestisida

2. Rangka

3. Komponen lainnya

Beban masing-masing di atas penempatannya simetris sama, maka secara riil tiap-tiap penyangga baik samping kanan maupun kiri mendapat pembebanan yang sama pula.

Pembuatan Alat

6

Gambar 3 Alur Pembuatan Alat Pengujian Fungsional dan Pengujian Kinerja

Pengujian fungsional dilakukan pada saat prototipe sudah dibuat semua dan uji ini dilakukan dengan cara menguji kemampuan mengangkat beban. Pengujian kinerja dilakukan saat pengujian fungsional sudah berjalan sesuai dengan yang direncanakan, uji ini dilakukan dengan cara menerbangkan alat dengan membawa beban sampai maksimal.

Prosedur pengujian kinerja yang pertama adalah meyiapkan semua alat dan bahan yang dibutuhkan. Kemudian balon (masih dalam keadaan kempes) dibetangkan. Rangka dipasang pada bagian tengah balon (telah tersedia) dan seling dipasang pada rangka dan bagian atas balon sebagai pengait. Burner telah terpasang pada bagian rangka. Setelah itu, balon ditiup menggunakan blower sampai terisi penuh. Pengukuran waktu penggelembungan dimulai pada saat blower dinyalakan sampai balon terisi penuh. Pada saat balon telah terisi penuh, maka burner mulai dinyalakan. Dari burner dinyalakan sampai balon terbang, maka diperoleh waktu pembakaran udara.

Parameter yang diukur pada pengujian ini antara lain: 1) waktu penggelembungan dan pemanasan udara, 2) beban angkat, 3) suhu luar dan dalam balon, 4) gaya drag. Alat ukur yang digunakan adalah stop watch, termometer infra merah, dan timbangan pegas.

Pengukuran waktu dengan cara mengukur waktu dari awal balon kempes dan diisi udara sampai menggelembung, kemudian waktu dicatat pada saat burner mulai dinyalakan sampai balon terangkat. Pengukuran beban angkat (gaya lift) dilakukan dengan cara menambah timbangan pegas di bawah rangka, dan pada timbangan pegas diberi beban. Pada saat balon mengangkat maka timbangan pegas akan menunjukkan nilai kemampuan angkat beban. Suhu luar dan dalam dilakukan dengan cara menembakkan laser dari termometer ke dalam dan luar balon. Penembakan dilakukan pada bagian tengah dan setiap ujung balon. Gaya drag diperoleh dengan cara menambahkan seling di depan rangka dan pada ujung rangka ditambah timbangan pegas, kemudian timbangan pegas ditarik ke arah depan, maka timbangan akan menunjukkan gaya drag maksimal pada saat balon diam.

7 komponen-komponen lainnya sebesar 5 kg. Secara umum

ρ

udara = 1.293 kg/m3pada

tekanan 1 atm (interpolasi tabel ISA (Standard Atmospher) pada altitude 3 m

ρ

udara

= 1.225 kg/m3

ρ

udara panas = 0.95 kg/m3 (100 ). Diperoleh Volume sebesar 36.4 m3 ≈ 40 m3

Desain Bentuk Balon

Bentuk balon dibuat membentuk elipsoid (The Royal Aeronautical Society 1986)

8

(5)

St = 147.54 m2

Balon udara yang akan dibuat membutuhkan bahan dengan luasan area minimal 147.54 m2.

Gaya Lift

Gambar 5 Grafik Hubungan Kecepatan Maju Balon dan Gaya Lift

Gaya lift memiliki nilai yang bergantung pada bentuk balon, dimana gaya lift merupakan gaya angkat dinamis pada saat balon bergerak diudara. Berdasarkan literatur (Kiran 2014) bentuk balon elipsoid memiliki nilai koefisien lift sebesar 0.030. Gaya lift disimulasikan dengan kecepatan maju balon dari 0.1 – 2 m/s. Dari simulasi tersebut diperoleh nilai gaya lift. Semakin besar kecepatan maju maka gaya lift juga semakin besar. Hubungan kecepatan maju dan gaya lift dapat dilihat pada gambar 5 dengan persamaan FL = 0.5 CL

ρ

V2/3_u2_.

Gaya Drag

9

Gaya drag memiliki nilai yang bergantung pada bentuk balon, dimana gaya drag merupakan gaya hambat udara pada saat balon bergerak diudara. Berdasarkan literatur (Kiran 2014) bentuk balon elipsoid memiliki nilai koefisien drag sebesar 0.025. Gaya drag disimulasikan dengan kecepatan maju balon dari 0.1 – 2 m/s. Dari simulasi tersebut diperoleh nilai gaya drag. Semakin besar kecepatan maju maka gaya drag juga semakin besar. Hubungan kecepatan maju dan gaya drag dapat dilihat pada gambar 6 dengan persamaan FD = 0.5 CD

ρ

V2/3u2.

Data dan Spesifikasi Rangka

Gambar 7 Rangka Sprayer

Spesifikasi rangka yang akan dibuat :

a. Panjang = 57.5 cm

b. Lebar = 60 cm

c. Tinggi = 40 cm

d. Tebal siku = 0.2 cm

Perhitungan Rangka Keterangan :

A, B = titik tumpu rangka (kait pada balon) a, b = titik tumpu penampang

10

Gambar 8 Diagram Pembebanan

Pada analisis rangka ini, data dari rangka dan beban statis utamanya adalah : a. Komponen terbang

b. Cairan c. Rangka

Penempatan pembebanan masing-masing diatas simetris sama, maka maka secara riil tiap-tiap kait kiri maupun kanan mendapat pembebanan yang sama. Dari hasil perhitungan diperoleh beban pada setiap titik kait sebesar 2 kg. Total kait sebanyak 4 kait, maka total beban yang diperoleh kait pada balon sebesar 8 kg (Lampiran 3).

Ditinjau Dari Tegangan Geser

Bahan rangka aluminium paduan 1100 dengan teganga tarik 90-170 MPa = 9.17 kg/mm2_{. Angka keamanan 8; 9.17/8 = 1.146 kg/mm}2_{. Tegangan geser ijin}

bahan g = 0.8; ijin = 0.8x1.146 = 0.92 kg/mm2. Dari hasil perhitungan diperoleh sebesar 0.13 kg/mm2 < ijin dan sebesar 0.044 kg/mm2 < ijin. Dari hasil tersebut maka rangka dinyatakan layak (Lampiran 3). Simulasi stress rangka menggunakan Solidwork dapat dilihat pada lampiran 4.

Analisis Titik Berat

(a) (b)

11

Dari hasil perhitungan diperoleh letak titik berat rangka berada pada titik (x,y,z) (30, 15, 18.3) dari titik O (Lampiran 5).

Sambungan Rangka

Sambungan yang digunakan adalah sambungan rivet (diameter 3 mm), pada rangka terdapat dua macam sambungan yaitu sambungan tunggal dan sambungan ganda, maka dilakukan dua kali perhitungan (Lampiran 5).

Spesifikasi paku rivet :

Dari hasil perhitungan diperoleh data sebagai berikut (Lampiran 5) : Tabel 1Data Beban Maksimal Sambungan Rangka

Ft (N) Fs (N) Fc (N) Fmax (N) η (%)

Sambungan tunggal 55.2 49.455 84 110.04 45

Sambungan ganda 55.2 197.8 168 110.04 50

Pembuatan Alat

Pembuatan alat dilakukan setelah semua analisis dilakukan. Ada beberapa komponen yang dibuat pada keseluruhan alat ini yaitu :

a. Balon

12

Resleting ditambah lagi di sebelah belakang dan samping resleting awal untuk tempat memasukkan udara dengan blower dan tempat penyalaaan burner. Pada bagian atas dan bawah dipasang ring sebanyak masing-masing empat ring untuk pengait seling. Setelah semua selesai maka balon siap untuk digabung dengan rangka dan seling.

(a)

(b)

Gambar 10 Sketsa Balon, Rangka, dan Posisi Seling Dalam (a) dan Luar (b)

a. Rangka

Pembuatan rangka pertama dilakukan dengan mendesain 3D menggunakan SolidWork 2012 dan kemudian dicetak dalam bentuk 2D. Hasil cetakan 2D ini digunakan sebagai acuan dalam pembuatan rangka. Bahan yang digunakan adalah bahan siku aluminium dan penyambungannya menggunakan paku rivet. Bahan aluminium dipotong sesuai ukuran dan dibor kemudian disambungkan dengan paku rivet.

b. Burner

Burner dibuat dari bahan bekas kaleng gas kecil dan instalasinya menggunakan peralatan kompor gas mini lapangan.

13

Uji Fungsional

Uji fungsional yang pertama dilakukan adalah mencoba mengisi balon menggunakan udara. Pengisian udara dilakukan menggunakan hand blower dan membutuhkan waktu 1 jam sampai balon penuh. Pengujian ini dilakukan untuk mengecek kemungkinan adanya kebocoran pada balon dan jahitan yang kurang sempurna.

a. Balon yang masih kempes ditiup dengan blower

b. Balon penuh udara, dibakar dengan burner

Gambar 11 Sketsa Penggelembungan Balon dan Pembakaran Udara

Pengujian selanjutnya adalah uji menerbangkan balon, pada uji terbang pertama gagal karena ada kesalahan pada tempat pemasukan udara dan tempat mengaitkan rangka utama, maka dilakukan perubahan pada balon dengan cara ditambah dua lubang pemasukan lagi yaitu sebagai pemasukan udara dan sebagai pengecek kondisi api.

Setelah balon diperbaiki maka dilakukan pengujian terbang kembali. Pengujian ini kembali gagal karena burner mengalami kerusakan pada lubang output gasnya sehingga perlu diganti. Pada pengujian ini terjadi beberapa kecelakaan yang membuat sebagian balon bagian bawah terbakar sehingga balon bolong dan harus diperbaiki.

14

Uji Kinerja

Uji kinerja dilakukan dengan cara menerbangkan balon dan ditambah beban sampai balon tidak bisa mengangkat lagi. Dari hasil pengujian diperoleh massa balon ditambah rangka dan burner sebesar 8 kg dan data pada tabel dan sketsa pengukuran dapat dilihat di bawah ini :

a. Pengujian Gaya Lift Statis

b. Pengujian Gaya Drag

Gambar 12 Sketsa Pengujian Gaya Lift dan Gaya Drag

Tabel 2 Waktu Pengoperasian

Ulangan Waktu (menit) Rata-rata Keterangan

penggelembungan pemanasan

I 55 20

17.33

Api sedang

II 40 15 Api sedang

III 43 17 Api sedang

IV 50 5.29

5.69 Api besar

15

Dari hasil pengujian diperoleh bahawa rata-rata penggelembungan balon membutuhkan waktu 48 menit dan pemanasan 17 menit pada api sedang dan 5.6 menit pada api besar. Pada pengujian ulangan I – III diperoleh waktu yang lebih lama, hal ini disebabkan karena api yang digunakan untuk memanaskan udara adalah api kecil. Sedangkna pada ulangan IV-V diperoleh waktu yang lebih cepat karena api yang digunakan adalah api besar. Dari hasil percobaan dengan gas LPG 3 kg mampu bertahan selama 40 menit. Sketsa pengujian dan hasil pengukuran dapat dilihat di bawah ini :

Tabel 3 Gaya Lift dan Gaya Drag

(a)

(b)

Ulangan Gaya Lift statis (kg) Gaya Drag (kg ) Depan Samping

I 3.5 1 4

II 4 2 3

III 3.5 1 3

IV 4 2 4

V 4 2 3

16

(c)

Gambar 13 (a),(b) Pengujian Gaya Lift dan (c) Pengujian Gaya Drag

Dari hasil pengujian diperoleh rata-rata gaya lift statis sebesar 3.8 kg dan gaya drag sebesar 1.6 kg. Gaya lift statis sangant jauh dari perencanaan yaitu 10 kg. hal ini disebabkan karena beban untuk mengangkat balon udara dan rangka sudah cukup besar yaitu sebesar 8 kg, sehingga hal ini sangat berpengaruh pada kemampuan angkatnya. Dibutuhkan balon dengan volume 105.3 m3 _{untuk dapat} mengangkat beban 10 kg. Volume ini merupakan volume udara panas, jika menggunakan isi gas yang berbeda maka akan memiliki volume yang berbeda seperti penggunaan gas He dan H2. Gas He dan H2 merupakan gas pengisi yang lebih ringan dari udara panas sehingga penggunaan kedua gas ini akan memiiliki volume yang lebih kecil dari udara panas. Gas He da H2 memiliki densitas berturut-turut sebesar 0.0899 dan 0.1785 kg/m3_.

Gaya drag yang diperoleh merupakan gaya untuk dapat meggerakkan balon udara. Dari hasil ini maka bisa ditentukan kecepatan maju maksimal agar balon udara tetap stabil. Maka diperoleh kecepatan maksimal dengan nilai CD = 0.14 (lampiran 8) sebesar :

FD = 0.5 CD

ρ

V2/3u2 u2 _{= FD / 0.5 CD}

ρ

_V2/3

= 1.6 / 0.5 x 0.14 x 1.225 x 402/3 u = 4.3 m/s

17

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Gambar 14 (a), (b), (c) Pengujian Suhu Dalam, dan (d), (e), (f) Pengujian Suhu Luar Dari pengujian diperoleh rata-rata suhu dalam dan luar berturut-turut sebesar 93.4 °C dan 57.3 °C. Suhu dalam dan luar sangat berbeda karena suhu diluar dipengaruhi oleh suhu lingkungan dimana relatif lebih rendah dari pada suhu dalam balon. Nilai suhu dalam memiliki perbadaan sebesar 6.6 °C dari perencanaan yaitu sebesar 100 °C. Tetapi hal ini masih cukup sesuai karena pada ulangan I suhu dalam belakang mencapai 104.3 °C yang melebihi suhu perencanaan.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

a. Rancang bangun penerbang alat penyemprot padi tipe balon dengan bentuk zeppelin (elipsoid) diperoleh dengan dimensi panjang total, diameter, dan volume berturut-turut sebesar 10.8 m, 2.7 m, dan 40 m3.

b. Pada pengujian kemampuan mengangkat beban tidak mencapai target yaitu sebesar 10 kg, namun balon tersebut hanya mampu mengangkat beban sebesar 3.8 kg. Dibutuhkan balon dengan volume 105.3 m3 untuk mengangkat beban 10 kg. c. Dari uji kinerja diperoleh rata-rata drag maksimal sebesar 1.6 kg sehingga

18

d. Sebaran suhu dalam balon (depan, tengah, dan belakang ) berturut-turut sebesar 91.4 °C, 92.6 °C, dan 96.1 °C. Sedangkan sebaran suhu dalam balon (depan, tengah, dan belakang ) berturut-turut sebesar 55.6 °C, 59.3 °C, dan 56.9 °C.

Saran

Perlu dilakukan penelitian dengan gas pengisi balon He dan H2 yang memiliki densitas lebih kecil dari udara panas agar diperoleh volume yang lebih kecil dan mampu mengangkat beban sesuai kebutuhan.

DAFTAR PUSTAKA

Aak. 1990. Agronomi Tanaman Padi I. Teori pertumbuhan dan meningkatkan hasil padi.Lembaga Pusat Penelitian Pertanian Perwakilan Padang.68 hal

Anonim. Airship Design and Operation – Present and Future. Volume I + II. London: The Royal Aeronautical Society, 1986.

Anonim.1997. Laporan Hasil Pengkajian Sistem Usahatani Padi Berbasis Padi dengan Wawasan Agribisnis (SUTPA) di Bali.Instalasi Penelitian dan Pengkajian Teknologi Pertanian (IP2TP) Denpasar.

Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian. 2002. Teknik Budidaya Padi Sawah. Bogor

Boon, N K. 2004. Mini Airship Patrol Craft. Singapore. Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore.

Irawan, AP. 2009. Diktat Elemen Mesin. Jakarta. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanegara.

Kiran, Babu K M and Subha, M. 2014. Computational Analysis of Load on Envelope of MAGLEV Propelled Transportation Airship using FSI. Coimbatore. IJETAE. 4(2):117-120.

Lutz, C and Rüegg, M. 1998. The Airship “Simon”, The Design and Construction of a Radio Controlled Blimp. _{Realgymnasium Rämibühl 8001 Zürich.}

Poernomo D, Sidopekso S, dan Susilo T. 2009. Menghitung Distribusi Tekanan Udara dan Gaya Hambat Kepala Pesawat BOEING 777-200. Jakarta; Jurnal Fisika dan Aplikasinya. 5(1):1-6.

Pradel dan Gilbert. 2007. Modelling and Development of a quadrotor UAV.Toulouse. Stockbridge C, Cerruti A, & Marzocca P. 2012. Airship Research and Development in the Areas of Design, Structures, Dynamics and Energy Systems. Int’l J. of Aeronautical & Space Sci. 13(2), 170–187 (2012)

19

O

LAMPIRAN

Lampiran 1 Perhitungan Volume

V1 = V2 Vt = V1 + V2 = 2V1

Vt = (4/3) πab2

Lampiran 2 Perhitungan Luas Area

S1 = S2 St = S1+S2 = 2S1

Lampiran 3 Distribusi Beban Statis

20

b. Beban cairan didistribusikan ke sisi kanan dan kiri rangka, dengan data sebagai berikut :

c. Reaksi tumpuan pada rangka utama pada titik tumpu A dan B (kait pada balon). Dari beban yang telah dihitung, maka dapat digunakan sebagai perhitungan.

21

22

Ditinjau dari tegangan geser Luas bahan rangka :

Gambar 15 Luas Penampang Rangka

23

Lampiran 4 Simulasi Stress Rangka

Name Type Min Max

Stress VON: von Mises Stress 2.7606e-006

N/mm^2 (MPa) Node: 17452

29.8285 N/mm^2 (MPa)

Node: 23325

RANGKASIMULASI-SimulationXpress Study-Stress-Stress

Name Type Min Max

Displacement URES: Resultant

Displacement

0 mm Node: 777

0.673493 mm Node: 1897

24

Lampiran 5 Analisis Titik Berat

Gambar 16 Rangka Tampak Samping dan Atas

Bangun I ( limas segitiga ):

Bangun II (limas segitiga) : x = 2/3 (xt)

Letak titik berat ditinjau dari titik O adalah :

25

Lampiran 6 Perhitungan Kekuatan Sambungan Ketahanan plat terhadap robekan (tearing)

Ft = (p−d)t. t

= (0.6−0.3)0.2x920 = 55.2 N

Ketahanan geser pada rivet (Shearing resistance)

Fs = (π/4)d2. Ketahanan patah pada rivet (Crushing resistance)

Fc = d.t. c

Efisiensi diambil dari ketahan yang paling kecil yaitu ketahanan geser (Fs)untuk sambungan tunggal dan ketahanan plat terhadap robekan (Ft) pada sambungan ganda.

26

27

Tabel 5 Data Hasil Simulasi Gaya Drag

Lampiran 9 Pembuatan Alat dan Pengujian Alat

Goal Name Unit Value

GG Force (X) 1 [N] 1.394121762

SG Av Static Pressure 1 [Pa] 101319.1851 SG Av Total Pressure 1 [Pa] 101319.1851

SG Av Velocity 1 [m/s] 0

SG Av Velocity (X) 1 [m/s] 0

SG Normal Force (X) 1 [N] 0.87

28

29 Lampiran 10 Gambar Teknik

30

31

32

33

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Pamekasan, Madura pada 19 Juli 1992 dari ayah Suparto dan ibu Siti Djuhairiyah. Penulis adalah putra kedua dari tiga bersaudara. Pada tahun 2007 penulis lulus dari SMPN 1 Pamekasan dan diterima di SMAN 1 Pamekasan. Penulis lulus dari SMA pada tahun 2010 dan pada tahun yang sama penulis diterima di IPB melalui jalur USMI di Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB.