3. EXTERNAL FORCE ACTING ON FISHING GEAR 3.1 The nature of forces acting on fishing gear:
Gambar 1. Gaya luar yang bekerja pada jaring. 3.1.1 Gaya Gravitasi dan Hidrostatik
W = gaya gravitasi mengarah vertikal ke bawah (kgf). B = gaya apung mengarah vertikal ke atas.
Q = berat benda yang terbenam dalam air
v = volume benda(m3)
γ = specific weight = berat jenis (kgf/ m3) γw = berat jenis air = 1000 kgf/ m3
; (untuk air laut = 1025 kgf/ m3)
Bila berat benda di udara ( = W ) diketahui maka Q dapat dihitung dengan rumus: HYDROSTATIC LIFT (B) FROCE OF GRAVITY (W) Line tension Ground reaction HYDRODYNAMIC FORCES Q=W - B W = γ . v B = γw . v
Di mana W adalah berat benda di udara dan Eγ = koefisien buoyancy (gaya apung) atau sinking force
(gaya tenggelam) = ) ( W E = W 1 .
Gambar 2. Menentukan gaya apung (Qf) dari benda apung (pelampung). Q = Eγ . W Qf Q a) Q = Qf F Q F Qf Q b) Q = F c) Qf < Q Q = Qf + F
Gambar 3. Mentukan gaya apung (Q) dari benda yang tenggelam (pemberat):
3.1.2 Gaya hidrodinamika yang bekerja pada jaring (alat tangkap) : Gaya hidrodinamika:
Timbul akibat pergerakan air terhadap alat tangkap dan atau sebaliknya.
Berasal dari tekanan yang diperlukan untuk mengalihkan air disekeliling komponen padat dari alat tangkap tersebut.
Besar tekanan dan arah gaya bergantung banyak faktor (a.l. beban komponen pada alat tangkap, bentuk dan posisi alat tangkap dalam air).
Perlu dipahami baik secara kuantitatif maupiun kualitatif. Untuk memperoleh nilai numerik atau gaya hidrodinamika umumnya, gaya tekan air yang bekerja pada alat tangkap maka untuk memecahkan besar gaya ini menjadi gaya dan arah komponen vektornya, perlu membagi alat tangkap menjadi bagian-bagian berupa bentuk badan jaring, material, matajaring, hangingratio, ukuran benang dan lain-lain terhadap gerak aliran air dengan berbagai kecepatan arus dalam suatu tanki percobaan. Dengan menetapkan besar tahanan air R untuk setiap kasus pada setiap bagian alat tangkap,koefisien gaya hidrodinamika dapat dihitung.
F Q Qs a) Q = Qs Q b) Qs> Q Q = F - Qs Qs
Koefisien hidrodinamika (C):
Koefisien non dimensi ini memberikan informasi kuantitatif yang diperlukan terhadap pengaruh sifat-sifat fisik (benang, bahan, matajaring, hangingratio dll) dari jaring yang diuji besar gaya hidrodinamikanya (yang mengenai jaring tersebut sebagai alat
tangkap).
C = R / (q. At) atau R = C . q . At
R = gaya teka air yang diukur atau tahanan air (kgf) q = ρ V2/ 2 = tekanan stagnan hidrodinamika (kgf/m2)
ρ = densitas massa air = 100 kgf-sec2
/m2 (= 105 untuk air laut). V = kecepatan relatif antara benda dan gerakan air (m/sec). At = profil, keliling atau luas frontal netting yarn
= panjangbenang x diameter (dalam m2).
Gambar 4. Gaya hydrodinamika terhadap tiga cara orientasi badan jaring. Netting porjected area
At = 2 Ek . (Dt / ml ) . Af = K n . A f V V V α R x R y R (a) Tekanan Innertia (b) Gesekan permukaan (c) Kedua tipe
Koefisien hidrodinamika drag force(Cx) dan sheer force (Cy) Rx= drag force (parallel to the flow)
Ry= sheering force (perpendicular to the flow)
Nilai koefisien hidrodinamika ditentukan secara empiris dengan uji dalam flume tank atau dengan perhitungan lain:
Cx = Rx / q. At dan Cy = Ry / q . At
Koefisien Cx dan Cy bergantung pula pada rasio soliditas badan jaring Es , dan pada kondisi jaring terhadap arah arus (angle of incsidence) seperti yang didefinisikan oleh Reynolds number (Re). Lihat contoh pada Gambar 5. untuk jaring dengan spesifikasi : Dt/ms = 0,022 dan hanging ratio E1 = 0,6 dan E2 = 0,8.
0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o α o 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Cx Cy Dt/ms = 0,022 dan hanging ratio
E1 = 0,6 dan E2 = 0,8. netting hydr odyn amic force coeff icien t Angle of incidence
Gambar 5. Cx dan Cy berbagai posisi panel jaring terhadap arah arus air untuk jaring dengan spesifikasi :
Solidity ratio dan filtrationcoefficient untuk panel jaring: 3.1.2.4 Rasio soliditas dan koefisien filtrasi untuk jaring.
Rasio soliditas atau Es adalah perbandingan luas proyeksi panel jaring (At) terhadap luas panel jaring (An).
Es = (At) / (An) = (At) / ( E1. E2. Af) = (At) / (Eu . Af)
Estimation of Projected ( blocked or solid ) netting area ( At ):
netting knotless ing correspond of area Solid netting knotted of area Solid Ek 2 k ) thickness twine ( netting knotted of area Solid K 3.1.2.5 Reynolds number
Reynols number (Re) adalah nilai non dimensi yang secara sederhana mengidentifikasi gerak benda dalam air. Re didefinisikan sebagai rasio gaya inertia cairan (fluid inertia force) terhadap gaya kekentalan cairan (viscous force);
L = dimensi linear karakteristik (m) dari benda yang disepakati dalam percobaan (untuk bentuk bola dan silinder adalah diameternya ).
V = kecepatan relatif antara kecepatan air terhadap benda (m/sec2 ) ν = viskositas kinetik medium cairan dalam m2
/ sec. Berdasarkan ketebalan benang (diameter), maka ReD = D .V / ν
M
M
.
N
D
.
m
K
.
D
.
M
M
.
N
.
m
.
D
t l 1
2
t l
k t 1
2 Re = L. V / ν f. n f l t k t.
A
K
.
A
m
D
.
E
.
2
A
f. n l t k l t f t K . A m D . K 1 m D . A . 2 A D adalah ketebelan atau diamter penampang benang
Metode pendekatan sederhana untuk mengestimasi tahanan gaya (drag) hidrodinamika: R = Kh . An . V2
Di mana: An = luas kerja panel jaring dalam air (m2), V = kecepatan arus air (m/sec), Kh adalah koefisien dimensi empiris (kgf-sec2/ m4). Dalam hal ini pengaruh belangan Reynolds dan hanging ratio diabaikan.
Untuk panel jaring yang tegak lurus arus air (α = 90o) dengan hanging ratio sedang (E1 = 0,7) secara empiris Kh = 360 .Dt / ml dan oleh karenanya,
R90 = 360 . ( Dt / ml ) . An . V2
Untuk panel jaring sejajar arus air (α = 0o
), secara empiris Kh = 1,8 sehingga: R0 = 1,8 . An . V2
Untuk panel jaring dengan sudut α o
terhadap arus air, pertama-tama tentukan dahulu (estimasi) R90 dan R0, kemudian dilakukan perhitungan interpolasi di antara keduanya dengan memakai rumus sebagai berikut:
Rα = R0 + ( R90 – R0 ) α / 90
Ini adalah estimasi yang sangat mendekati gaya drag, misalnya bila dikatakan bahwa kurva untuk koefisien Cx (pada Gambar 5) adalah linear tanpa ada penjelasan lain tentang gaya normal atau sheering yang sangat penting sebagai komponen gaya hidrodinamika panel jaring.
Tahanan jaring yang kompleks
Bentuk jaring yang kompleks misalnya jaring trawl, pukat pantai dan sebagainya, yang umumnya terdiri atas beberapa bagian yang lebih sederhana yang dihubungkan satu sama lain. Contoh adalah jaring berbentuk kerucut dan tabung yang dihubungkan. Untuk bentuk demikian tahanan jaring ditaksir dengan menjumlahkan gaya-gaya tahanan bagian bagian jaring yang bentuknya lebih sederhana untuk keperluan perhitungannya. Jika alat penangkapan ikan terdiri atas n bagian maka gaya tahanan R dihitung sbb:
n i i R R 13.1.3 Gaya Tahanan hidrodinamika pada benang dan tali Gaya tahanan pada benang atau tali dapat diestimasi sbb:
Rx = Cx . L. D. q.
di mana : Cx = koefisien tahanan; L = panjang; D = ketebalan (diameter) dan q = ρ. V2 / 2 atau disebut tekanan hidrodinamika tetap.
Cx bergantung pada bentuk tali (lurus atau lengkung), bahan tali , sudut antara arah arus dan tali tersebut dan bilangan Reynolds. Dalam keadaan tali melengkung dapat digunakan tabel koefisien tahanan tali berdasarkan rasio panjang dan tingkat kelenturannya).
Tali lurus Tali lengkung
α o Cx α o Cx b/L Cx b/L Cx flow α α Lc b A B
0 10 20 30 40 0,12 0,20 0,32 0,41 0,56 50 60 70 80 90 0,70 0,90 1,12 1,25 1,30 0,0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 1,30 1,10 0,80 0,70 0,71 0,73 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,77 0,80 0,83 0,86 0,90
Gaya hidrodinamika pada perlengkapan a.p.i.
Alat penangkapan ikan selalu dilengkapi dengan macam macam perlengkapan seperti pelampung, pemberat, tali ris, tickler chain bobbin dan lain sebagainya. Perlengkapan tersebut tentunya akan menerima gaya hidrodinamika akibat pergerakannya terhadap massa air. Gaya tahanan yang diberikan oleh perlengkapan a.p.i. tersebut perlu dihitung (diestimasi).
Rumus dasar yang dipakai menghitung gaya tahanan terhadap perlengkapan tetap = R = C . q. A
A = luas daerah bagian perlengkapan alat yang dikenai gaya arus dan mengakibatkan tahanan terhadap gaya tersebut. Koefisien tahanan (Cx) untuk menghitung R berganting pada bentuk dan bahan pembuat perlengkapan yang bersangkutan.
Tabel koefisien tahanan berbagai bentuk perlengkapan a.p.i.
Bentuk benda Cx Arah arus (V) A (luas permukaan) Piringan bulat / persegi 1,1 Tegak lurus ke
permukaan
Satu permukaan
Bulatan (bola) 0,5 - Bidang lingkaran
Bulat telur (lonjong) 0,06 Sejajar sumbu utama Lingkaran maksimal Bulat telur (lonjong) 0,6 Tegak lurus sumbu
utama
Lingkaran lonjong maksimal
Tabung bulat 1,2 Tegak lurus pada sumbu Panjang x diameter Tabung bersudut
(prisma)
2,0 Tegak lurus pada sumbu Bagian muka (LxB) Setengah bulatan 0,38 Axial keluar Bagian muka (π.r2) Setengah bulatan 1,35 Axial kedalam Bagian muka (π.r2)
Kerucut 60o 0,52 Axial kepuncak Dasarnya
Kerucut 30o 0,34 Axial kepuncak Dasarnya
Rx = Cx . q . Adan Ry = Cy . q . A
Pengaruh bilangan Reynolds sangat berkurang untuk kebanyakan a.p.i. karena berada antara 102 ~ 105. Lihat grafik pada gambar 3.16 (Fridman, 1986).
3.1.1
