PROYEK AKHIR. Diajukan untuk memenuhi persyaratan guna Memperoleh gelar Ahli Madya (A.Md) Program studi DIII Teknik Mesin

(1)

HALAMAN JUDUL

RANCANG BANGUN PIN DAN DAUN KEMUDI (RUDDER) PADA KAPAL TANPA AWAK PENEBAR PAKAN IKAN DENGAN SISTEM

AUTONOMOUS

PROYEK AKHIR

Diajukan untuk memenuhi persyaratan guna Memperoleh gelar Ahli Madya (A.Md)

Program studi DIII Teknik Mesin

Oleh :

AKNAF SAM DABIT NIM : I8617004

PROGRAM DIPLOMA III TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2020

(2)

LEMBAR PENGESAHAN

AUTONOMOUS

Disusun Oleh : AKNAF SAM DABIT

NIM : I8617004

Pembimbing Tugas Akhir 1 Pembimbing Tugas Akhir 2

Dr. Eng. Aditya Rio P, S.T., M.T. M.Eng Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T.

NIP. 199209152019031016 NIP. 197003231998021001

Telah dipertahankan dihadapan Tim Dosen 1. Fitrian Imaduddin, S.T., M.Sc., Ph.D

NIP. 198506152018101

2. Teguh Triyono, S.T., M.Eng

NIP. 199207092019031017

Kepala Program Studi Diploma III Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Dr. Budi Santoso, S.T., M.T.

NIP.197011052000031001

(3)

BERITA ACARA

(4)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan Tugas Akhir Diploma III Teknik Mesin

Dalam laporan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah membantu terselesaikannya laporan ini, yaitu kepada :

1. Bapak Dr. Budi Santoso selaku Kepala Prodi Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Bapak Dr. Eng. Aditya Rio Prabowo, S.T., M.T., M.Eng selaku pembimbing Tugas Akhir 1 Jurusan Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3. Bapak Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T selaku pembimbing Tugas Akhir 2 Jurusan Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

4. Abdillah Ebriel Lianto selaku teman kelompok Tugas Akhir Jurusan Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

5. Satrya Ady Branta selaku teman kelompok Tugas Akhir Jurusan Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

6. Kedua orang tua dan seluruh rekan-

dan motivasi dalam menyelesaikan setiap tugas perkulihaan.

7. Bengawan Unmanned Vehicle Team Universitas Sebelas Maret yang telah banyak membantu dalam proses penyelesaian pemrograman alat.

8. Teman-teman yang telah banyak membantu selama pengerjaan laporan Tugas Akhir Jurusan Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk menambah ilmu pengetahuan bagi kita semua. Akhir kata penulis ucapkan terimakasih.

ABSTRAK

Surakarta, 23 Juni 2020

Aknaf Sam Dabit

(5)

AUTONOMOUS Abstrak

Unmanned Surface Vehicle (USV) banyak digunakan di daerah maritime. Di Indonesia, ada banyak petani ikan yang masih melakukan proses pemberian pakan ikan secara manual menggunakan tenaga manusia. Untuk pembudidaya ikan yang memiliki kolam 10 m × 4 m atau lebih, hanya bisa menabur pakan ikan di pinggir kolam, sehingga pakan ikan tidak bisa merata ke tengah kolam. Kapal tanpa awak penebar pakan ikan dengan sistem autonomous ini dibuat sebagai solusi untuk masalah petani ikan yang memiliki ukuran kolam besar dalam distribusi pakan ikan lebih merata. Dengan menggunakan kapal tanpa awak penebar pakan ikan dengan sistem autonomous pemberian pakan ikan akan lebih mudah, efisien dan merata.

Kapal dirancang mampu membawa beban pakan ikan sebesar 5 kg dan mampu dioperasikan secara manual maupun otomatis. Pengoperasian otomasi kapal dibantu dengan Arduino Uno dan Arduino Due sebagai pusat pengaturan dan tiga sensor ultrasonic untuk pengendali daun kemudi kapal. Untuk mampu melakukan tugas dengan baik maka kapal harus memiliki manuver yang baik, dengan begitu dirancanglah daun kemudi yang mampu membantu kapal bermanuver dengan baik serta pin daun kemudi yang mampu menahan beban yang diterima oleh daun kemudi. Berdasarkan hasil perhitungan diketahui ukuran daun kemudi yang baik adalah 52,5 mm × 32 mm × 6,4 mm dan pin dengan diameter 4 mm.

Kata kunci : Unmanned Surface Vehicle (USV), Ardunino Uno, Arduino Due, sensor ultrasonic, daun kemudi, pin

(6)

DESIGN OF PIN AND RUDDER ON AUTONOMOUS UNMANNED SURFACE VEHICLE FEEDER BOAT

Abstract

Unmanned Surface Vehicle (USV) has many roles in various maritime fields In Indonesia, there are many fish farmers who still do the process of feeding fish manually using human labor. For fish farmers who have a pond of 10 m × 4 m or more, can only sow fish feed on the edge of the pond, so that fish feed cannot be evenly distributed to the center of the pond. This unmanned fish feeder ship with an autonomous system was created as a solution to the problem of fish farmers who have large pond sizes in a more even distribution of fish feed. By using an unmanned ship spreading fish feed with an autonomous system, fish feeding will be more accessible, more efficient, and evenly distributed. The boat is designed to carry a fish feed load of 5 kg and can be operated manually or automatically. The operation of the ship's automation is assisted by Arduino Uno and Arduino Due as the control center and three ultrasonic sensors for controlling the rudder leaf of the boat. To be able to perform their duties properly, the boat must have a good maneuver, so that the rudder leaf is designed to help the ship maneuver properly and the rudder pin, which is able to withstand the load received by the rudder. Based on the results of calculations, it is known that the size of an edible rudder leaf is 52.5 mm × 32 mm × 6.4 mm and a pin with a diameter of 4 mm.

Keywords: Unmanned Surface Vehicle (USV), Arduino Uno, Arduino Due, ultrasonic sensor, rudder, pin

(7)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

BERITA ACARA ... iii

KATA PENGANTAR ... iv

ABSTRAK ... iv

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR NOTASI ... xiii

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan ... 2

1.4 Manfaat ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB 2 LANDASAN TEORI ... 4

2.1 Unmanned Surface Vehicle (USV) ... 4

2.2.1 Fungsi Unmanned Surface Vehicle (USV) Sebagai Kapal Tanpa Awak Penebar Pakan Ikan Dengan Sistem Autonomous ... 4

2.2 Catamaran Hull ... 4

2.3 Daya Brushless Motor ... 7

2.4 Bagian Bagian Utama Kapal ... 8

2.4.1 Panjang kapal ... 8

2.4.2 Tinggi kapal ... 10

2.5 Tahanan Kapal ... 11

(8)

2.5.1 Menghitung Volume Displacement ... 11

2.5.2 Berat Displacement ... 11

2.5.3 Luas Permukaan Basah ... 11

2.6 Pin Daun Kemudi (Pin Dowel) ... 12

2.6.1 Gaya Geser Pada Pin... 12

2.7 Daun Kemudi (Rudder) ... 12

2.7.1 Perancangan Daun Kemudi ... 15

BAB 3 PROSES PERANCANGAN ... 16

3.1 Tahapan Perancangan ... 16

3.1.1 Identifikasi Produk ... 17

3.2 Sketsa ... 17

3.2.1 Cara Kerja Kapal ... 18

3.2.2 Komponen Kapal ... 19

3.3 Perancangan Awal dan Pemilihan Penggerak Kapal ... 19

3.3.1 Perencanaan Daya Motor (Brushless Motor)... 19

3.4 Perancangan Pin dan Daun Kemudi ... 21

BAB 4 PELAKSANAAN DAN PERENCANAAN PROSES PRODUKSI ... 30

4.1 Perencanaan Pengerjaan Bagian Mesin ... 30

4.1.1 Perencanaan Proses Produksi Rudder Belakang ... 30

4.1.2 Perencanaan Proses Produksi Tuas Penggerak Rudder ... 31

4.1.3 Perencanaan Proses Produksi Dudukan Servo Rudder ... 32

4.2 Perhitungan Waktu Pemesinan ... 33

4.2.1 Rudder Belakang... 33

4.2.2 Tuas Penggerak Rudder ... 34

4.2.3 Dudukan Servo Rudder ... 35

4.3 Perhitungan Biaya Komponen ... 36

(9)

4.3.1 Estimasi Biaya Material Bodi Kapal dan Tangki Pakan... 36

4.3.2 Estimasi Biaya Sistem Propulsi ... 37

4.3.3 Estimasi Biaya Sistem Elektronis ... 38

4.3.4 Total biaya pembuatan ... 39

4.4 Pelaksanaan dan Evaluasi Proses Produksi ... 40

4.5 Perakitan, Operasi dan Perawatan ... 51

4.5.1 Perakitan ... 52

4.5.2 Pengoperasian kapal ... 54

4.5.3 Pedoman Pengoperasian Kapal ... 56

4.5.4 Perawatan Kapal ... 57

4.6 Pengujian ... 58

BAB 5 PENUTUP ... 72

5.1 Kesimpulan ... 72

5.2 Saran ... 72

DAFTAR PUSTAKA ... 73

LAMPIRAN ... 75

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. 1 Tambak Ikan Desa Doplang ... 2

Gambar 2. 1 Nomenklatur Katamaran ... 5

Gambar 2. 2 Susunan Lambung Katamaran ... 6

Gambar 2. 3 Penampang Body Plan Katamaran ... 7

Gambar 2. 4 Jenis Ukuran Panjang Kapal ... 9

Gambar 2. 5 Jenis Lebar Kapal ... 10

Gambar 2. 6 Jenis Tinggi Kapal ... 10

Gambar 2. 7 Pin Dowel ... 12

Gambar 2. 8 Kemudi Biasa ... 13

Gambar 2. 9 Kemudi Balansir ... 14

Gambar 2. 10 Kemudi Semi Balansir ... 14

Gambar 3. 1 Diagram Alir Tahapan Perancangan ... 16

Gambar 3. 2 Sketsa Kapal Tanpa Awak Penebar Pakan Ikan Dengan Sistem Autonomous ... 17

Gambar 3. 3 Posisi Daun Kemudi ... 23

Gambar 3. 4 Gaya Pada Pin 1 ... 27

Gambar 3. 5 Gaya Pada Pin 2 ... 28

Gambar 4. 1 Uji Kebocoran Lambung ... 59

Gambar 4. 2 Uji Bouyancy Lambung ... 60

Gambar 4. 3 Uji Bouyancy Kapal Keseluruhan ... 61

Gambar 4. 4 Uji Bouyancy Kapal Dengan Pakan 5 Kg ... 62

Gambar 4. 5 Pengujian 1 ... 64

Gambar 4. 8 Uji Berat Lambung Kapal ... 67

Gambar 4. 9 Uji Berat Tangki Pakan Ikan ... 68

Gambar 4. 10 Keluaran Pakan Ikan ... 69

Gambar 4. 11 Lama Waktu Keluaran Pakan Ikan... 69

Gambar 4. 12 Keluaran Pakan 1 ... 70

(11)

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 3. 1 Spesifikasi Motor Brushless... 20

Tabel 3. 2 Hasil Ukuran Daun Kemudi ... 22

Tabel 3. 3 Gaya Yang Bekerja Pada Pin ... 29

Tabel 4. 1 Langkah Pengerjaan Rudder Belakang ... 30

Tabel 4. 2 Langkah Pengerjaan Tuas Penggerak Rudder ... 31

Tabel 4. 3 Langkah Pengerjaan Dudukan Servo Rudder ... 32

Tabel 4. 4 Estimasi Biaya Material ... 36

Tabel 4. 5 Estimasi Biaya Sistem Propulsi ... 37

Tabel 4. 6 Estimasi Biaya Sistem Elektronis ... 38

Tabel 4. 7 Pelaksanaan dan Evaluasi Proses Produksi ... 40

Tabel 4. 8 Pedoman Pengoperasian Kapal ... 57

Tabel 4. 9 Perawatan Kapal ... 58

Tabel 4. 10 Uji Kebocoran Lambung ... 59

Tabel 4. 11 Hasil Uji Bouyancy ... 60

Tabel 4. 12 Hasil Uji Program Sensor Ultrasonic HC-SR04 ... 63

Tabel 4. 13 Uji Berat Kapal ... 67

Tabel 4. 14 Metode Pengujian Kemampuan Pemberian Pakan Ikan ... 69

(13)

DAFTAR NOTASI

Notasi Keterangan Satuan

S R

Cf Cr RT P

Volume displacement Berat displacement Massa jenis air laut

Luas permukaan Rasio Bilangan Froude

Tahanan gesek Tahanan sisa Tahanan total

Daya Torsi Kecepatan sudut Kecepatan putar Percepatan sudut

Waktu

m3 kg kg/m3

m3

Watt Nm rad/s

rpm rad/

S kg.

kg m m3

m m m m m m T

N

t

I Momen Inersia

m r

Massa

Jarak titik berat ke titik pusat V

B B1 HT HB ST SC

Volume

Lebar keseluruhan lambung kapal Lebar setiap lambung kapal

Tinggi sarat kapal Tinggi lambung deck kapal

Lebar sarat kapal

Lebar antar tengah setiap lambung kapal LOA

LDL LWL LBP

Panjang total kapal Panjang bagian deck kapal

Panjang garis air

Panjang antara garis tegak buritan dan haluan

m m m m

(14)

B BWL BDL EHP

Lebar kapal Lebar garis air Lebar garis deck kapal

Efective Horse Power

m m m HP

T Tinggi kapal m

Cb Coeffisien block

M Momen Nm

F Gaya N

L Panjang terhadap gaya M

Te Torsi equivalent kg.mm

d Diameter poros Mm

Sf vt n h A C b

c

Qr

Dt ReH

Kr

F

Tegangan geser maksimum Jumlah

Faktor keamanan Kecepatan

Jumlah bukaan pakan ikan Tinggi

Luas permukaan Koefisien Lebar kemudi

Lebar balancer Lebar kemudi

Faktor keseimbangan Momen torsi kemudi

Proporsional Diameter tongkat kemudi

Tegangan yield Faktor material Waktu pemesinan Kecepatan pemakanan

MPa

m

m m m

N.m

m N/mm² N/mm²

s mm/rev