LAPORAN AKHIR
MAGANG & STUDI INDEPENDEN BERSERTIFIKAT
PROSEDUR PERANCANGAN PEMBUATAN SIDEWALL PADA KERETA T1, T2 & T3 DI PT INDUSTRI KERETA API (PERSERO)
Diajukan untuk memenuhi persyaratan kelulusan Program MSIB MBKM
Oleh :
Ahmad Sulaeman/215060200111016
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2023
i
LEMBAR PENGESAHAN
PROSEDUR PERANCANGAN PEMBUATAN SIDEWALL PADA KERETA T1, T2 & T3 DI PT INDUSTRI KERETA API (PERSERO)
oleh :
Ahmad Sulaeman / 215060200111016
disetujui dan disahkan sebagai
Laporan Magang atau Studi Independen Bersertifikat Kampus Merdeka
Madiun, 30 Desember 2023
Pembimbing Magang atau Studi Independen Departemen Teknik Mesin Universitas Brawijaya
Teguh Dwi Widodo, ST., M.Eng., Ph.D NIP: 198411232022031002
ii
LEMBAR PENGESAHAN
PROSEDUR PERANCANGAN PEMBUATAN SIDEWALL PADA KERETA T1, T2 & T3 DI PT INDUSTRI KERETA API (PERSERO)
oleh :
Ahmad Sulaeman/2115060200111016
disetujui dan disahkan sebagai
Laporan Magang atau Studi Independen Bersertifikat Kampus Merdeka
Madiun, Desember 2023
Kepala Bagian II Departemen Teknologi Proses Divisi Teknologi Produksi PT. INKA (Persero)
Tarmuji, S.T NIP. 999900078
iii Abstraksi
Sidewall meerupakan salah satu komponen utama di kereta api, dalam pembuatan sidewall banyak proses yang harus dilakukan dalam pembuatannya.
Oleh karena itu di butuhkan tahapan atau Langkah-langkah yang efisien dan efektif sehingga dapat menimalisir kesalahan dan kerugian dalam pembuatannya. Oleh karena itu tujuan pembuatan laporan “Magang Study Independen Bersertifikat” ini yaitu untuk membantu pembaca mengerti cara pembuatan sidewall dari awal hingga akhir.
Kata kunci : Sidewall, MSIB, tahapan.
iv
Kata Pengantar
Puji Syukur Kehadirat Allah Subhanahu wa ta'ala atas Rahmat dan karunia- Nya penulis dapat menyusun dan menyelesaikan Laporan Akhir Magang tepat pada waktunya. Adapun laporan tersebut berjudul “Prosedur Pembuatan Dokumen PT INKA“. Laporan akhir ini sekaligus merupakan kewajiban dan syarat sebagai kelulusan peserta Magang Dan Studi Independent Bersertifikat. Laporan ini disusun atas bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Sehubung dengan itu penulis ingin mengucapkan Terima Kasih kepada :
1. Orang Tua penulis yang selalu memberi dukungan dan Doa, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan ini dengan lancar.
2. PT INKA yang telah mengijinkan kami untuk dapat belajar/Magang di PT INKA
3. Bapak
4. Bapak Teguh Dwi Widodo, ST., M.Eng., Ph.D. selaku Ketua Program Studi S1 Departemen Teknik Mesin Universitas Brawijaya
5. Bapak Tarmuji, Selaku Kepala Bagian Departemen Proses II dan mentor saya selama magang di PT INKA
6. Bapak Yudha Kartika Wijaya, Selaku Kepala Bagian Departemen Proses I dan mentor saya selama magang di PT INKA
7. Seluruh karyawan PT INKA yang telah membantu penulis selama program magang di PT INKA
Penulis menyadari akan kekurangan dalam menyelesaikan laporan akhir ini, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca. Penulis berharap semoga laporan ini, dapat bermanfaat bagi pembacanya.
Madiun, November 2023
Penulis
v Daftar Isi
Lembar Pengesahan………...……..i
Abstaraksi………..iii
Kata Pengantar………..……….iv
Daftar Isi………....v
Daftar Gambar………...………..vii
Bab I Pendahuluan………..………1
I.1 Latar Belakang………1
I.2 Lingkup……….………..2
I.3 Tujuan………...……..3
Bab II PT Industri Kereta Api………..………….………5
II.1 Profil Perusahaan………...………5
II.2 Logo Perusahaan………...……5
II.3 Visi Dan Misi Perusahaan………..……7
II.4 Struktur Organisasi………...……7
II.5 Lingkup Pekerjaan……….………9
II.6 Deskripsi Pekerjaan………...……9
II.7 Jadwal Kerja……….12
Bab III Prosedur Perancangan Pembuatan Sidewall Pada Kereta T1, T2, T3 Di PT Industri Kereta Api………..…………...13
III.1 Dasar Perancangan……….………13
III.2 Deskripsi Produk………13
III.3 Bagian-Bagian Sidewall Kereta……….….…14
III.4 Alur Pembuatan Flowchart……….…20
III.5 Pembuatan Flowchart……….21
III.6 Proses Pembuatan Sidewal……….…26
III.7 Kesalahan Umum Dalam Pembuatan Sidewall………..…30
vi
Bab IV Penutup……….………32
IV.1 Kesimpulan………...………32
IV.2 Saran……….………32
Bab V Lampiran ………...………35
vii
Daftar Gambar
Gambar 1 Struktur Organisasi Direktorat Teknologi Divisi………….………….2
Gambar 2 Kantor Pusat PT INKA………..…………5
Gambar 3 Logo PT INKA………...……5
Gambar 4 Struktur Organisasi PT INKA………7
Gambar 14 Bagian Inti Kereta………14
Gambar 15 3d End Wall……….……15
Gambar 16 3d Middle Sidewall………..………16
Gambar 17 3d Passanger Entrance……….………18
Gambar 18 3d Frame Door Support………...19
Gambar 19 Diagram Alir Pembuatan Flowchart……….……20
Gambar 20 3d Sidewall……….21
Gambar 21 2d Konversi Desain………...…………23
Gambar 22 Konversi Auutocad………24
Gambar 23 Flowchart Frame Door Support………25
Gambar 24 Laser Cutting………..…26
Gambar 25 Gap Shear………...27
Gambar 26 Jig Sidewall………28
Gambar 27 Sport Welding………29
Gambar 28 Proses Sport Welding………29
1
Bab I Pendahuluan
I.1 Latar Belakang
Kampus Merdeka adalah bagian dari kebijakan Merdeka Belajar oleh Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Riset, dan Teknologi (Kemendikbudristek). Kampus Merdeka memberikan seluruh mahasiswa di Indonesia kesempatan untuk mengasah kemampuan sesuai bakat dan minat dengan terjun langsung ke dunia kerja sebagai langkah persiapan karier.
Kampus Merdeka memiliki beberapa program seperti Kampus Mengajar, Magang dan Studi Independen bersertifikat, pertukaran Mahasiswa, dan Wirausaha. Program Kampus Merdeka yang banyak diminati untuk mencari pengalaman dalam dunia kerja adalah Magang dan Studi Independen bersertifikat (MSIB). Program ini telah dilaksakan selama 5 bacht, pada setiap bacth ini dilaksanakan selama satu semester perkuliahan serta mendapatkan konversi 20 sks mata kuliah.
Salah satu perusahaan mitra Kampus Merdeka Magang dan Studi Independen bersertifikat adalah PT. Industri Kereta Api. Badan Usaha Milik Negara yang bergerak dibidang manufaktur kereta api ini menerima pelajar yang masih dibangku di bangku sekolah menengah kejuruan ataupun perkuliahan untuk mempelajari dunia kerja.
Magang dan Studi Independen bersertifikat di PT INKA memiliki beberapa penempatan dikarenakan PT INKA sendiri mempunyai beberapa anak Perusahaan yang bergerak dibidangnya masing-masing. Beberapa anak Perusahaan PT INKA antara lain PT INKA Multi Solusi dan PT Rekaindo Global Jasa. PT INKA Multi Solusi merupakan anak perusahaan PT INKA yang menyediakan jasa di bidang konstruksi dan perdagangan komponen/suku cadang perkeretaapian dan produk transportasi darat.
Sedangkan PT Rekaindo Global Jasa adalah anak Perusahaan PT INKA di bidang jasa konsultan engineering, desain, dan maintenance perkeretaapian.
2 I.2 Lingkup
Gambar 1. Struktur Organisasi Direktorat Teknologi Divisi Sumber: Dokumentasi Pribadi (2023)
Berdasarkan gambar diatas Divisi Teknologi Produksi memiliki peran sebagai menyusun rencana opeasional, mengusulkan kebijakan dan sistem prosedur, melaksanakan tugas pokok, mengawasi, mengendalikan pekerjaan serta menyusun laporan di Divisi Teknologi Produksi meliputi:
- Desain detail, Desain Jig dan Tools, Bill of Material (BOM) Jig dan Tools, BOM Consumable Tools, Program & Template serta informasi teknologi dalam menunjang produk jasa manufaktur.
- Manufacturing Drawing, BQ Fastening, Master Part List (MPL), serta informasi teknologi dalam menunjang produk jasa manufaktur.
Divisi teknologi produksi membawahi 4 departemen yaitu diantaranya Departemen Shop Drawing, Departemen Teknologi Proses, Departemen Preparation & Support, dan Departemen Quality Engineering.
1. Departemen Shop Drawing
Bertanggungjawab dalam kegiatan pengelolaan, koordinasi dan evaluasi pada kegiatan di Departemen Shop Drawing yang meliputi Manufacturing Drawing, BQ Fastening, MPL serta informasi teknologi dalam menunjang produk jasa manufaktur.
3
2. Departemen Preparation and Support
Desain detail, desain Jig dan Tools, Bill of material (BOM) jig dan Tools, BOM Consumable Tools, Bill of Material, jig and tools, BOM Consumable Tools.
3. Departemen Qualitiy Engineering
Bertanggungjawab dalam kegiatan pengelolaan, koordinasi dan evaluasi pada kegiatan di bidang Quality Engineering yang meliputi mengelola bidang perencanaan mutu dan bekerja sama dengan Production Quality Assurance dan Final & Testing melalui pembuatan standar prosedur dan alat uji, kegiatan lingkup inspeksi serta pengujian untuk memastikan agar produk dapat diterima oleh pelanggan sesuai dengan ketentuan yang dipersyaratkan.
4. Departemen Teknologi Proses
Bertanggungjawab dalam kegiatan pengelolaan, koordinasi dan evaluasi pada kegiatan di Departemen Teknologi Proses yang meliputi Program & Template, serta informasi teknologi dalam menunjang produk jasa manufaktur. Bertanggungjawab dalam kegiatan pengelolaan, Preparation & koordinasi dan evaluasi pada kegiatan Departemen Preparation & Support.
I.3 Tujuan
Adapun tujuan dari kegiatan Magang Studi Independen Bersertifikat di departemen teknologi produksi yaitu:
1. Mengetahui cara menggunakan Software Computer Aided Design Autodesk Inventor 2 untuk memecah Design Drawing menjadi Single Part
2. Mengetahui cara menggunakan Software AutoCAD untuk pembuatan dokumen Flowchart dan Proses Instruksi
3. Memperoleh ilmu dan wawasan mengenai manufaktur kereta api sehingga dapat menjadi tenaga industri yang berkualitas.
4
4. Memperoleh pengetahuan mengenai proses pembuatan dan pemasangan dari single part, Minor assy hingga Assembly
5. Memperoleh pengetahuan dan dapat membuat proses pembuatan dokumen flowchart proses assembly pada bagian – bagian kereta.
5
Bab II
PT Industri Kereta Api (Persero)
II.1 Profil Perusahaan
Gambar 2. Kantor Pusat PT INKA Sumber: Dokumentasi Pribadi (2023)
PT Industri Kereta Api atau PT INKA (Persero) adalah perusahaan manufaktur kereta api terintegrasi pertama di Asia Tenggara. PT INKA merupakan Badan Usaha Milik Negara (BUMN) yang didirikan pada tanggal 18 Mei 1981.
Perusahaan yang memiliki kantor pusat di kawasan Jalan Yos Sudarso, Madiun, Jawa Timur ini memiliki fokus untuk menghasilkan produk dan jasa yang berkualitas tinggi bagi pelanggan.
II.2 Logo Perusahaan
Gambar 3. Logo PT INKA
Sumber: Dokumentasi Pribadi (2023)
6 Logo PT. INKA Multi memiliki makna:
1. Karakter kokoh dan kuat, digambarkan dalam pemakaian garis tebal yang membentuk perusahaan yang Tangguh menghadapi perubahan lingkungan
2. Karakter Dinamis dalam Menjalankan Aktivitas, digambarkan oleh panah yang bergerak melingkar dua arah dengan tujuan tanpat batas, memberi gambaran pencapaian pengembangan usaha secara terus menerus menggambarkan tujuan perusahaan tumbuh dan berkembang.
3. Karakter Industri Kereta Api, digambarkan oleh elemen kepingan serta garis lingkaran yang terdapat pada lingkaran panah, sehingga Gerakan dua arah dengan kepingan serta garis lingkaran sebagai porosnya, memberi kesan gerak roda industry kereta api dan transportasi yang terus menerus 4. Karakter Terbuka, dengan ditambahkan kata “INKA” memberikan
kemudahan kepada siapa saja untuk mengenali logo atau lambing maupun keberadaan PT INKA (Persero), menggambarkan bahwa PT. INKA (Persero) terbuka kepada stakeholder.
Pemilihan warna merah, hitam dan putih memberikan gambaran tentang Tri Prasetya INKA, yaitu Integritas, Mutu, dan Profesional.
1. Warna merah, melambangkan perusahaan yang selalu mengedepankan profesionalisme, siap menghadapi tantangan, ulet, dan penuh semangat untuk meraih tujuan perusahaan.
2. Warna hitam, melambangkan perusahaan yang kokoh, teguh, mengendepankan mutu dan tepat waktu didalam setiap menghasilkan produknya
3. Warna dasar putih, melambangkan profesionalisme yang berdasarkan iman dan taqwa, menjunjung tinggi integritas dan kejujuran, memiliki daya saing berkelanjutas, serta menghasilkan nilai pada lingkungan
7 II.3 Visi & Misi Perusahaan
VISI
Menjadi perusahaan manufaktur dan bisnis terkait yang memberikan solusi terpadu untuk sistem transportasi darat yang berkelanjutan
MISI
1. Membangun manufaktur sistem transportasi dan ekosistem industri dalam rangka mendukung kemajuan industri nasional.
2. Menciptakan solusi transportasi terpadu dalam sistem transportasi masal, angkutan barang & komoditas.
3. Memperluas pasar baik dalam negeri maupun luar negeri dan memperbanyak spektrum produk.
4. Sebagai pusat kompetensi dalam industri transportasi darat yang mampu menyerap, mengimplementasikan, dan membagikan ilmunya untuk peningkatan kompetensi SDM.
II.4 Struktur Organisasi
Gambar 4. Struktur Organisasi PT INKA Sumber: Dokumentasi Pribadi (2023)
PT INKA Persero (Industri Kereta Api) adalah perusahaan milik negara Indonesia yang bergerak di bidang perancangan, pembuatan, dan perbaikan kereta api serta komponennya. Berikut adalah penjelasan mengenai struktur organisasi PT INKA Persero:
8 1. Dewan Komisaris:
Dewan Komisaris bertanggung jawab atas pengawasan dan memberikan arahan strategis kepada manajemen perusahaan. Dewan Komisaris terdiri dari beberapa anggota yang dipilih dan ditunjuk oleh pemegang saham perusahaan.
2. Direksi:
Direksi bertanggung jawab atas operasional harian perusahaan dan pelaksanaan keputusan strategis. Direksi dipimpin oleh seorang Direktur Utama yang bertanggung jawab kepada Dewan Komisaris. Direktur Utama dibantu oleh beberapa direktur yang mengawasi bidang-bidang tertentu seperti produksi, keuangan, pemasaran, sumber daya manusia, dan lain-lain.
3. Divisi atau Departemen:
Struktur organisasi PT INKA Persero juga mencakup beberapa divisi ataudepartemen yang bertanggung jawab atas fungsi-fungsi khusus dalam perusahaan, seperti :
a. Divisi Riset dan Pengembangan: Bertanggung jawab untuk melakukan penelitian dan pengembangan produk kereta api baru serta inovasi teknologi terkait.
b. Divisi Pemasaran: Bertugas menjalin hubungan dengan pelanggan, menjual produk kereta api, dan mengembangkan pasar dalam dan luar negeri.
c. Divisi Sumber Daya Manusia: Mengelola kebutuhan tenaga kerja, rekrutmen, pelatihan, serta pengembangan karyawan perusahaan.
d. Divisi Keuangan dan Akuntansi: Bertanggung jawab atas pengelolaan keuangan perusahaan, pengelolaan akuntansi, dan pelaporan keuangan.
e. Divisi Teknologi: Merupakan bagian yang mengawasi aspek teknis dalam perancangan, konstruksi, dan perbaikan kereta api serta komponennya.
9 II.5 Lingkup Pekerjaan
Sebagai mitra dari Kampus Merdeka program MSIB, PT INKA Persero menyediakan divisi untuk di pilih mahasiswa yang sesuai dengan kompetesi yang diinginkan. Setiap divisi memiliki tugas dan pekerjaan yang berbeda, pada kesempatan kali ini penulis ditempatkan di departemen teknologi produksi.
II.6 Deskripsi Pekerjaan
Dalam pelaksanaan MSIB MBKM di PT. INKA (Persero) ini, penulis ditempatkan di PT INKA pada Divisi Teknologi Produksi, selama kurang lebih empat bulan, terhitung mulai dari tanggal. Banyak aktivitas pekerjaan yang penulis lakukan dan berkaitan dengan kompetensi yang diberikan yaitu:
1. Software Autodesk Vault
Menggunakan Software Autodesk Vault untuk mengakses dan mengunggah data. Perangkat lunak manajemen data produk (PDM) Vault membantu merampingkan alur kerja. Vault adalah repositori tempat dokumen dan file disimpan dan dikelola. Autodesk Vault membantu mengelola data engineering dengan lebih efisien, meningkatkan kolaborasi dalam tim, dan mengendalikan proses pengembangan produk. Vault digunakan untuk menghubungkan orang dan proses sehingga semua orang bekerja dari sumber pusat data terorganisir dan berkolaborasi, mengurangi kesalahan, serta menghemat waktu.
Autodesk Vault terdiri dari dua komponen utama: client dan server. Client Vault memungkinkan melakukan fungsi manajemen dokumen, seperti memeriksa file masuk dan keluar atau menyalin desain. Server menyimpan salinan utama semua dokumen dan desain. Dengan menyimpan semua data di lokasi umum yang terpusat dapat mempermudah berbagi dan mengelola informasi dengan tim desain. Lokasi terpusat ini disebut brankas.
10
Di divisi Teknologi Produksi, Departemen Proses, menggunakan aplikasi untuk dapat mengakses Design Drawing yang akan dibuat dokumen flowchart tersebut. Setelah Pembuatan Flowchart, dokumen tersebut akan diupload kembali ke vault agar dapat diakses dan dilanjutkan pekerjaan oleh departemen lain.
2. Software Computer Aided Design Autodesk Inventor
Perangkat lunak CAD Inventor menyediakan desain mekanis 3D tingkat profesional, dokumentasi, dan alat simulasi produk.
Bekerja secara efisien dengan perpaduan yang kuat antara kemampuan desain parametrik, langsung, bentuk bebas, dan berbasis aturan.
Autodesk Inventor merupakan program yang dirancang khusus untuk keperluan bidang teknik seperti desain produk, desain mesin, desain mold, desain konstruksi. Inventor adalah program pemodelan solid berbasis fitur parametrik, artinya semua objek dan hubungan antar geometri dapat dimodifikasi kembali meski geometrinya sudah jadi, tanpa perlu mengulang lagi dari awal. Hal ini sangat memudahkan ketika sedang dalam proses desain suatu produk atau rancangan. Untuk membuat suatu model 3D yang solid ataupun surface, harus membuat sketch-nya terlebih dahulu atau mengimpor gambar 2D dari Autodesk AutoCAD.
Departemen Teknologi Proses menggunakan software Autodesk Inventor untuk mengetahui dan mengidentifikasikan komponen kereta api dalam bentuk 3D manufacturing drawing yang nantinya gambar 3D tersebut menjadi acuan oleh Departemen Teknologi Proses dalam pembuatan Flowchart.
3. Software AutoCAD
AutoCAD (Computer-Aided Design) adalah perangkat lunak yang digunakan dalam dunia desain dan penggambaran arsitektur, teknik sipil, mekanikal, elektrikal, dan berbagai bidang teknik
11
lainnya. AutoCAD memungkinkan para profesional untuk membuat gambar 2D dan 3D dengan presisi tinggi.
Departemen proses menggunakan software AutoCAD . Dokumen manufacturing drawing dari Autodesk Inventor di eksport ke AutoCAD (format DWG) agar dapat diproses menjadi Flowchart.
Selanjutnya dokumen final flowchart di eksport dalam format PDF untuk diserahkan ke pihak produksi sebagai acuan proses produksi.
4. Flowchart Assembly
Flowchart Assembly merupakan diagram tentang urutan proses pengolahan suatu produk yang dibuat dimulai dari sejak bahan baku, barang setengah jadi, sampai dengan barang jadi.
Flowchart yang dikeluarkan oleh divisi teknologi produksi departemen teknologi proses merupakan suatu dokumen yang menjelaskan mengenai gambaran umum bagaimana dari banyaknya single part yang ada pada suatu konstruksi, contohnya sidewall, undeframe, roof, end wall, dll. dapat menjadi suatu bagian yang utuh. Flowchart merupakan dokumen yang sangat penting dalam kelancaran proses produksi, karena selain flowchart dapat memberikan gambaran visual yang mudah dipahami oleh pihak fabrikasi.
Pada pembuatan flowchart ini, menggunakan 3 aplikasi, yaitu aplikasi Vault, yang digunakan untuk pengambilan design drawing sebagai design utama yang akan dijadikan flowchart serta digunakan untuk penguploadan hasil kerja Flowchart. Lalu, menggunakan aplikasi inventor sebagai aplikasi yang diggunakan untuk menentukan single part mana saja yang akan diplot menjadi manufacturing drawing, penentuan minor assy,
Penghitungan jumlah single part dan penentuan sub assy. Lalu, yang ketiga adalah aplikasi autocad yang berfungsi sebagai tempat proses pembuatan flowchart berlangsung.
12 II.7 Jadwal Kerja
Kegiatan magang bersertifikat kampus merdeka dilaksanakan pada PT.
INKA (Persero) yang dimulai pada tanggal 15 Agustus 2023 sampai dengan tanggal 30 Desember 2023. Kegiatan magang diawali dengan pembukaan program magang yang diselenggarakan di PT INKA. Dalam penempatan posisi magang penulis ditempatkan di Divisi Teknologi Produksi Departemen Proses dengan waktu kerja 8 jam dalam 5 hari (Senin-Jumat). Berikut merupakan jadwal MSIB divisi teknologi produksi.
13
Bab III
TINJAUAN PUSTAKA III.1 Getaran Mekanik
Getaran mekanik adalah gerakan bolak-balik atau osilasi suatu objek atau struktur terhadap posisi keseimbangan atau posisi awalnya. Semua benda yang mempunyai massa dan elastisitas mampu bergetar, jadi kebanyakan mesin dan struktur rekayasa (engineering) mengalami getaran sampai derajat tertentu dan rancangannya biasanya memerlukan pertimbangan sifat osilasinya.
Ada dua kelompok getaran yang umum yaitu : 1) Getaran Bebas.
Getaran bebas terjadi jika sistem berosilasi karena bekerjanya gaya yang ada dalam sistem itu sendiri (inherent), dan jika ada gaya luas yang bekerja. Sistem yang bergetar bebas akan bergerak pada satu atau lebih frekuensi naturalnya, yang merupakan sifat sistem dinamika yang dibentuk oleh distribusi massa dan kekuatannya. Semua sistem yang memiliki massa dan elastisitas dapat mengalami getaran bebas atau getaran yang terjadi tanpa rangsangan luar.
2) Getaran Paksa.
Getaran paksa adalah getaran yang terjadi karena rangsangan gaya luar, jika rangsangan tersebut berosilasi maka sistem dipaksa untuk bergetar pada frekuensi rangsangan. Jika frekuensi rangsangan sama dengan salah satu frekuensi natural sistem, maka akan didapat keadaan resonansi dan osilasi besar yang berbahaya mungkin terjadi.
Dalam konteks analisis getaran, jumlah koordinat bebas (independent coordinates) diperlukan untuk menetapkan susunan atau posisi sistem pada setiap saat, yang berhubungan dengan jumlah derajat kebebasan (degree of freedom). Pada umumnya, struktur yang berkesinambungan (continuous structure) mempunyai jumlah derajat kebebasan (number of degrees of fredom) tak berhingga. Namun dengan proses idealisasi atau seleksi, sebuah model matematis yang tepat dapat
14
mereduksi jumlah derajat kebebasan menjadi suatu jumlah diskrit dan untuk beberapa keadaan dapat menjadi berderajat kebebasan Tunggal (SDOF)
Konsep kunci yang terkait dengan SDOF melibatkan variabel sebagai berikut : 1. Elemen massa (m), menyatakan massa dan sifat inersia dari struktur.
2. Elemen pegas (k), menyatakan gaya balik elastis (elastic restoring force) dan kapasitas energi potensial dari struktur.
3. Elemen redaman (c), menyatakan sifat geseran dan kehilangan energi dari struktur.
4. Gaya pengaruh (F(t)), menyatakan gaya luar yang bekerja pada sistem Struktur
Sistem SDOF juga dapat dibagi menjadi getaran tak tersedam (undamped) jika tidak ada redaman dalam sistem, sehingga getaran berlangsung selamanya, atau getaran tersedam (damped) jika terdapat redaman yang menyebabkan getaran meredam seiring waktu.
1. Sistem Tak Teredam (Undamped System)
Analisis sistem dasar yang sederhana dalam pembahasan dinamika struktur adalah sistem derajat kebebasan tunggal, dimana gaya geseran atau redaman diabaikan, dan sebagai tambahan, akan ditinjau sistem yang bebas dari gaya aksi gaya luar selama bergerak atau bergetar. Pada keadaan ini, sistem tersebut hanya dikendalikan oleh pengaruh atau kondisi yang dinamakan kondisi awal (initial conditions), yaitu perpindahan yang diberikan dalam kecepatan pada saat t=0, pada saat pembahasan dimulai. Sistem derajat kebebasan tunggal tak teredam sering dihubungkan dengan osilator sederhana tak teredam (simple undamped oscillator)
2. Sistem Teredam (Damped System)
Sistem getaran teredam adalah sistem mekanis atau fisik yang menunjukkan osilasi dengan amplitudo yang menurun seiring waktu. Efek peredaman ini muncul dari adanya gaya yang melawan gerakan sistem dan menghilangkan energi getarannya. Gaya-gaya ini dapat terdiri dari berbagai jenis, seperti:
15
• Peredaman Viskos: Jenis peredaman ini sebanding dengan kecepatan sistem getar
• Peredaman Coulomb: Jenis redaman ini besarnya konstan dan tidak bergantung pada kecepatan sistem.
• Peredaman struktural: Jenis redaman ini disebabkan oleh gesekan internal di dalam bahan yang membentuk sistem getar.
Konsep transmisibilitas, dalam analisis getaran, adalah ukuran seberapa efektif suatu sistem mentransmisikan getaran dari satu titik ke titik lainnya. Hal ini dinyatakan sebagai rasio respons output terhadap eksitasi input, biasanya dalam hal gaya, perpindahan, atau akselerasi. Transmibilitas dapat diukur dengan berbagai cara, berdasarkan data sebagai berikut:
• Eksitasi input: Sumber getaran, seperti mesin yang berputar, mesin yang bergetar, atau gaya eksternal.
• Respons keluaran: Getaran yang disalurkan ke bagian lain dari sistem atau ke pondasi.
• Sistem isolasi getaran: Sistem yang dirancang untuk mengurangi transmisi getaran, sering kali menggunakan pegas, peredam, atau isolator.
Adapun Jenis-jenis transmisi yaitu:
• Transmisibilitas gaya: Rasio gaya yang ditransmisikan ke gaya yang diterapkan.
• Transmisibilitas perpindahan: Rasio perpindahan yang ditransmisikan ke perpindahan yang diterapkan.
• Transmisibilitas akselerasi: Rasio akselerasi yang ditransmisikan ke akselerasi yang diterapkan.
Selain itu, materi ini juga membahas getaran poros, yang terjadi pada poros atau struktur berbentuk batang dengan panjang yang lebih besar dari dimensinya yang lain. Getaran poros adalah getaran halus yang terjadi pada poros yang berputar seperti yang ditemukan pada mesin, turbin, pompa, dan mesin lainnya. Getaran ini mungkin tampak tidak signifikan, tetapi dapat menimbulkan konsekuensi serius pada kinerja dan masa pakai seluruh sistem jika dibiarkan.
16
Getaran poros dapat memiliki jenis yang berbeda, masing-masing dengan karakteristik dan dampaknya sendiri. Berikut jenis-jenis getaran poros :
• Getaran Bending: Poros yang terjadi bending ke depan dan ke belakang di bawah tekanan. Hal ini dapat memberikan tekanan yang sangat besar pada poros, yang menyebabkan kegagalan sistem.
• Getaran puntir: Saat poros diputar terdapat gaya puntiran yang dapat menyebabkan kebisingan, fluktuasi daya, dan bahkan resonansi, di mana getaran kuat yang tak terkendali.
• Getaran aksial: Gerakan bolak-balik di sepanjang poros dapat menyebabkan ketidaksejajaran, keausan bantalan, dan bahkan kegagalan sistem
Berikut beberapa factor yang dapat memicu terjadinya getaran pada poros suatu sistem:
• Ketidakseimbangan: Distribusi berat yang tidak merata pada poros menciptakan goyangan alami selama rotasi.
• Ketidaksejajaran: Keselarasan poros yang tidak tepat dengan bantalannya atau komponen lain memaksanya melakukan gerakan yang tidak wajar, menyebabkan getaran.
• Cacat bantalan (bearing): Bantalan yang aus atau rusak menyebabkan ketidakteraturan tambahan ke dalam sistem, yang menyebabkan getaran yang tidak diinginkan.
• Kekuatan eksternal: Faktor-faktor seperti beban angin, benturan roda gigi, dan bahkan gempa bumi dapat menggairahkan frekuensi alami poros, menyebabkannya bergetar sebagai respons.
Berikutnya adalah sedikit pengantar terkait getaran linear dengan Multi- Derajat Kebebasan (MDOF) membawa konsep sistem dengan lebih dari satu derajat kebebasan Sistem multi derajat kebebasan dibagi atas tiga sistem yaitu :
1. Dalam sistem massa pegas seperti terlihat dalam Gambar xa di bawah ini, bila gerakan massa ml dan m2 secara vertikal dibatasi maka paling sedikit dibutuhkan satu koordinat x(t) guna menentukan kedudukan massa pada berbagai waktu. Berarti sistem membutuhkan dua buah koordinat
17
bersama-sama untuk menentukan kedudukan massa; sistem ini adalah sistem dua-derajat-kebebasan. Bila massa m ditumpu dengan dua buah pegas yang sama seperti terlihat dalam
2. Gambar xb di bawah ini gerakannya dibatasi secara vertikal, maka dibutuhkan dua buah koordinat untuk menentukan konfigurasi sistem.
Salah satu konfigurasi ini merupakan perpindahan lurus, seperti perpindahan massa x(/). Koordinat yang lain yaitu perpin-dahan sudut, 8(t), yang mengukur rotasi massa. Ke dua koordinat ini satu sama lain bebas; oleh karena itu sistem ini adalah sistem dua derajat kebebasan.
3. Untuk pendulum ganda seperti terlihat dalam Gambar xc di bawah ini, jelas bahwa untuk menentukan posisi massa m1 dan m2 pada berbagai waktu dibutuhkan dua buah koordinat dan sistem adalah dua derajat kebebasan.
Tetapi x1 dan x2 atau y1 dan y2, atau θ1 dan θ2, mungkin merupakan kelompok koordinat sistem ini
Gambar5. Sistem Multi Derajat Kebebasan Sumber: Dokumentasi Pribadi (2023)
A B C
18 III.1.1 Getara Mekanik Kereta Api
Getaran mekanik memiliki dampak yang signifikan pada berbagai aspek kereta api. Salah satu tahap penting dalam mengatasi dampak tersebut adalah melalui analisis getaran mekanik. Dalam konteks struktural, getaran dapat mempengaruhi integritas komponen, seperti bingkai kereta dan roda, sehingga diperlukan analisis kekuatan dan ketahanan. Selain itu, kenyamanan penumpang juga dapat terpengaruh oleh getaran yang dihasilkan, sehingga manajemen getaran menjadi kunci untuk memberikan pengalaman perjalanan yang nyaman.
Sistem suspensi pada kereta dirancang khusus untuk menyerap getaran dan goncangan dari jalur rel. Desain efektif pada sistem suspensi akan membantu meredam getaran mekanik dan menjaga stabilitas kereta selama perjalanan. Dalam hal keamanan operasional, analisis getaran diperlukan untuk mencegah potensi kegagalan atau kerusakan yang dapat terjadi akibat getaran berlebihan.
Selain itu, pengelolaan getaran mekanik juga berdampak pada pemeliharaan dan umur pakai komponen kereta. Evaluasi getaran membantu menentukan interval pemeliharaan yang diperlukan dan mendukung perancangan komponen yang lebih tahan lama terhadap lingkungan getaran. Efisiensi energi kereta juga terkait dengan karakteristik getaran, sehingga analisis dapat memberikan kontribusi pada desain sistem yang mengurangi resistansi dan konsumsi energi.
Keseimbangan dan stabilitas kereta api juga dapat dipengaruhi oleh getaran yang berlebihan. Oleh karena itu, sistem kendali harus dirancang dengan cermat untuk mengatasi getaran dan memastikan kinerja keseluruhan tetap optimal.
III.2 Sistem Kendali
Sistem kendali terdiri dari dua kata yaitu system dan kendali. Sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama-sama melakukan sesuatu untuk sasaran tertentu dan kendali adalah suatu kerja untuk mengawasi, mengendalikan, mengatur dan menguasai sesuatu. Jadi, Sistem Kendali (Control System): adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel atau parameter) sehingga berada pada suatu harga atau range
19
tertentu. Contohnya yaitu: tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature), ketinggian (level), pH, kepadatan (viscosity), kecepatan (velocity), dan lain-lain.
Sistem secara umum terdiri dari 2 bagian yaitu:
1. Bagian (atau SubSistem) Kendalian atau yang dikendalikan (Plant), yang bisa merupakan peralatan, perangkat, atau proses yang menghasilkan luaran (output, hasil, produk, isyarat luaran, output signal) karena dikendalikan oleh bagian pengendali.
2. Bagian (atau SubSistem) Pengendali (Controller), yang juga bisa merupakan peralatan, perangkat, atau proses yang menghasilkan isyarat kendali (control signal) untuk mengendalikan kendalian.
Gambar6. Diagram Mekanisme Sistem Kendali Sumber: Dokumentasi Pribadi (2023)
III.2.1 Jenis Sistem
Dalam konteks kontrol, terdapat dua jenis sistem, yaitu Closed Loop (Umpan Balik) dan Open Loop (Tanpa Umpan Balik).
1. Sistem Open Loop (Tanpa Umpan Balik).
Sistem kontrol lup terbuka adalah sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan, jadi keluarannya tidak diukur atau diumpan balikan untuk dibandingkan dengan masukan. Sistem ini termasuk
20
dalam sistem kontrol manual dimana proses pengaturannya dilakukan secara manual oleh operator dengan mengamati keluaran secara visual, kemudian dilakukan koreksi variable-variabel kontrolnya untuk mempertahankan hasil keluarannya.
2. Sistem Closed Loop (Umpan Balik)
Merupakan sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Kontrol lup tertutup termasuk dalam sistem kontrol berumpan balik dimana sinyal kesalahan penggerak merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan- balik.
Sistem Closed Loop Sistem Open Loop Kelebihan:
• Jika terdapat gangguan yg tidak diprediksi, mudah dikendalikan Kekurangan:
• Kestabilan kurang, karena cenderung terjadi kesalahan akibat koreksi yang berlebih
• Jumlah komponen lebih banyak
Kelebihan:
• Konstruksinya sederhana dan perawatannya mudah
• Lebih murah
• Tidak ada masalah kestabilan akibat menyimpangnya nilai output yang menjauh dari set poin.
Kekurangan:
• Gangguan dan perubahan kalibrasi
• Untuk menjaga kualitas yang diinginkan perlu kalibrasi ulang dari waktu ke waktu
III.2.2 Pemodelan sistem
model suatu sistem adalah sarana atau alat (tools) yang digunakan untuk menjawab pertanyaan tentang sistem tanpa melakukan eksperimen
• Model Matematis Sistem
21
Model matematis suatu sistem diartikan sebagai kumpulan persamaan matematika atau pernyataan matematis yang menggambarkan sifat atau perilaku sistem dengan cukup baik. Ada beberapa tipe model matematis yang digunakan yang bergantung kepada sifat sistem dan tools yang digunakan, yaitu :
a. Deterministik atau Stokastik
Model disebut deterministik apabila model tersebut menggambarkan hubungan yang pasti (eksak) antara variabel pengukuran dan variable turunan serta dalam persamaannya tidak muncul ketidakpastian. Sementara itu, model stokastik mencakup ketidakpastian atau mengandung konsep probabilitas.
b. Dinamis atau statis
Sistem biasanya dicirikan oleh sejumlah variabel yang berubah terhadap waktu. Jika hubungan antara variabelnya bersifat langsung maka sistemnya disebut statis. Resistor adalah contoh sistem statis, karena arus yang melaluinya dan tegangan antar kaki-kakinya memiliki hubungan langsung melalui Hukum Ohm. Arus yang mengalir hanya bergantung kepada tegangan saat itu dan tidak bergantung kepada nilainilai lainnya atau sebelumnya. Sementara itu, sistem dinamis adalah sistem yang nilai variabelnya bergantung kepada sinyal atau kondisi sebelumnya. Sebagai contoh, sistem ekonomi suatu negara adalah system dinamis, karena situasi ekonomi sekarang bergantung kepada kondisi sosioekonomi sebelumnya.
Secara lebih sederhana, sistem dinamis didefinisikan sebagai sistem yang dinyatakan dengan persamaan diferensial atau persamaan difference.
c. Kontinyu atau diskrit
Sebuah model matematis yang menggambarkan hubungan antara sinyal kontinyu disebut model kontinyu, sedangkan model diskrit menyatakan hubungan antara sinyal diskrit. Model kontiyu biasanya dinyatakan dengan persamaan diferensial, sedangkan model diskrit dituliskan dalam bentuk persamaan difference.
22
d. Tergumpal (Lumped) atau terdistribusi (distributed)
Banyak gejala fisis yang dilukiskan secara matematis dengan persamaan diferensial parsial. Proses atau kejadian dalam sistem tersebut berlangsung dalam suatu ruang tertentu, misalnya suhu kawat yang dipanaskan akan berada di seluruh titik pada kawat tersebut. Model seperti itu disebut model berparameter terdistribusi. Jika kejadian diwakili oleh sejumlah variabel atau satu titik maka modelnya disebut model berparameter tergumpal, yang dinyatakan dengan persamaan diferensial biasa.
e. Linear atau non linear
Suatu sistem dikatakan linear apabila memenuhi prinsip superposisi. Prinsip tersebut menyatakan bahwa respon sistem terhadap dua input berbeda yang diberikan secara bersamaan adalah jumlah respon dari masing-masing input tersebut. Dengan demikian, untuk sistem linier, responnya terhadap beberapa input dapat dihitung dengan cara menentukan respon masing- masing input kemudian menjumlahkannya. Dari sudut pandang eksperimental, apabila sebab dan akibat dalam sistem berlaku secara proporsional, maka sistem dapat dimodelkan secara linear. Sedangkan sistem nonlinear tidak memenuhi prinsip superposisi, sehingga dalam analisis biasanya dilakukan linierisasi untuk daerah operasi tertentu.
f. Time-invariant atau time-varying
Sistem time-invariant memiliki parameter yang konstan (tidak bergantung waktu). Responnya tidak bergantung kepada kapan input diberikan.
Sementara itu, sistem time-varying mengandung parameter yang bergantung waktu, contoh sistem kendali pesawat terbang. Salah satu parameter dalam pesawat yang time-varying adalah bobot (massa) pesawat berkurang akibat konsumsi bahan bakar.
g. Fungsi transfer atau state space (ruang keadaan)
Pemodelan melalui fungsi transfer dapat dilakukan untuk bentuk SISO (single input single output) dengan sifat sistem deterministik, kontinyu,
23
tergumpal, linier, dan time-invariant. Sementara pemodelan state space dilakukan apabila bentuknya MIMO (multi input multi output).
III.2.3 Sistem Kendali Pada Kereta Api
Sistem kendali memiliki peran yang sangat penting dalam operasi dan kinerja kereta api. Dalam konteks kereta api, sistem kendali digunakan untuk mengatur dan memantau berbagai aspek, seperti kecepatan, pergerakan, dan stabilitas. Salah satu aplikasi utama dari sistem kendali pada kereta api adalah kontrol otomatis kecepatan, di mana sistem dapat mengatur kecepatan kereta secara otomatis sesuai dengan parameter tertentu. Selain itu, sistem kendali juga digunakan untuk mengelola sistem pengereman otomatis pada kereta api, memastikan bahwa pengereman dilakukan secara efisien dan aman. Ini membantu mengurangi risiko kecelakaan dan memastikan keamanan penumpang dan kru.
Penerapan sistem kendali pada kereta api juga mencakup pengelolaan getaran mekanik. Sistem ini dapat membantu mengidentifikasi dan mengurangi getaran yang dapat mempengaruhi kenyamanan penumpang dan integritas struktural kereta.
Dengan adanya sistem kendali yang canggih, kereta api dapat beroperasi secara lebih efisien, aman, dan handal. Integrasi teknologi kendali otomatis membantu meningkatkan kinerja dan efektivitas sistem transportasi kereta api secara keseluruhan.
III.3 Perpindahan Kalor II
Perpindahan Panas Konveksi merupakan suatu proses yang melibatkan perpindahan panas melalui gerakan massa fluida, baik secara alamiah maupun paksa. Konveksi alami terjadi ketika pergerakan fluida disebabkan oleh perbedaan suhu dan densitas, tanpa bantuan perangkat luar. Fluida yang terkena pemanasan cenderung naik karena menjadi kurang padat, sedangkan fluida yang terkena pendinginan cenderung turun karena menjadi lebih padat. Sedangkan Konveksi paksa terjadi ketika pergerakan fluida dipaksakan atau diinduksi oleh perangkat luar. Pergerakan fluida dihasilkan oleh penggerak eksternal, seperti kipas, pompa,
24
atau aliran udara yang diinduksi oleh perbedaan tekanan. Beberapa faktor yang memengaruhi perpindahan panas konveksi meliputi suhu permukaan, kecepatan aliran fluida, sifat termal fluida, dan karakteristik geometris permukaan.
III.3.1 Konveksi Paksa dan Konveksi Alamiah
Konveksi paksa aliran luar melibatkan analisis pada berbagai bentuk geometris seperti pelat datar, silinder, bola, dan bundled tube, di mana perpindahan panas terjadi karena adanya aliran fluida di sekitar objek tersebut. Konveksi paksa aliran dalam membahas perpindahan panas pada silinder yang memiliki aliran fluida di dalamnya, serta konveksi pada permukaan geometris non-silinder.
Sementara itu, konveksi alamiah terjadi akibat perbedaan kepadatan fluida yang disebabkan oleh perbedaan suhu, contohnya adalah perpindahan panas di dalam ruangan yang diakibatkan oleh pemanasan di dinding atau sumber panas.
Gambar 7. Ilustrasi Konveksi Paksa & Alamiah Sumber: Dokumentasi Pribadi (2023)
III.3.2 Boiling dan Kondensasi
Boiling dan kondensasi merupakan dua fase perpindahan panas penting, di mana boiling terjadi saat cairan berubah menjadi uap pada suhu jenuh, sedangkan kondensasi terjadi saat uap berubah menjadi cairan. Sistem penukar kalor (heat exchanger) merupakan suatu desain sistem yang memungkinkan transfer panas antara dua fluida tanpa mencampurkannya, dengan pengukuran efektivitas
25
menggunakan Log Mean Temperature Difference (LMTD) dan Number of Transfer Units (NTU)
Selain itu, perpindahan massa secara difusi juga menjadi topik yang dibahas dalam konteks konveksi. Difusi merupakan proses perpindahan massa yang melibatkan gerakan partikel dari daerah berkonsentrasi tinggi ke daerah berkonsentrasi rendah, seperti difusi gas melalui membran atau permukaan. Semua konsep ini menjadi bagian integral dalam pemahaman mekanisme perpindahan panas konveksi yang berperan penting dalam berbagai aplikasi teknik dan industri.
III.3.3 Perpindahan Panas Pada Kereta Api
Dalam ranah kereta api, perpindahan panas konveksi memainkan peran penting dalam menjaga suhu optimal pada berbagai komponen dan sistem di dalam kereta. Perpindahan panas konveksi terjadi melalui gerakan massa fluida, baik secara alamiah maupun paksa, yang mempengaruhi distribusi panas di sekitar permukaan dan komponen kereta. Salah satu contoh aplikasi perpindahan panas konveksi dalam kereta api adalah pada sistem pendingin udara atau AC. Udara dingin yang dihasilkan oleh AC perlu didistribusikan secara efektif di seluruh kereta untuk menjaga suhu interior yang nyaman bagi penumpang. Perpindahan panas konveksi membantu mentransfer panas dari ruang dalam ke permukaan perpustakaan dan dinding di sekitarnya. Selain itu, pada komponen-komponen mesin atau sistem kelistrikan di dalam kereta, perpindahan panas konveksi juga menjadi faktor kritis. Misalnya, pada sistem pengereman yang dapat menghasilkan panas berlebih selama penggunaan, perpindahan panas konveksi membantu dalam proses pendinginan untuk mencegah overheat dan menjaga kinerja optimal.
Penerapan desain yang mempertimbangkan karakteristik perpindahan panas konveksi dapat meningkatkan efisiensi termal, mencegah overheating, dan menjaga kondisi operasional yang stabil pada berbagai komponen dalam kereta api. Sebagai hasilnya, penumpang dapat menikmati perjalanan yang aman dan nyaman, sementara komponen-komponen kritis tetap beroperasi pada suhu yang sesuai.
26 III.4 Teknik Tenaga Listrik
Teknik Tenaga Listrik adalah cabang ilmu teknik yang berfokus pada penghasilan, distribusi, dan penggunaan energi listrik serta arus listrik. Arus listrik adalah salah satu konsep paling fundamental dalam ilmu fisika dan teknik, dan pemahaman tentang arus listrik sangat penting dalam merancang, mengoperasikan, dan memahami berbagai sistem dan perangkat elektrik dan elektronik.
Arus listrik dan muatan listrik memiliki hubungan erat dalam konteks aliran listrik. Muatan listrik adalah sifat dasar dari partikel subatom seperti elektron dan proton, yang dapat bermuatan positif atau negatif. Ketika partikel-partikel ini bergerak, mereka membawa muatan listrik dengan mereka, dan inilah yang menciptakan arus listrik. Berikut adalah beberapa aspek penting dari hubungan antara arus listrik dan muatan listrik:
Muatan Listrik dalam Partikel: Setiap partikel bermuatan listrik memiliki muatan listrik tertentu, yang dapat berupa positif (misalnya, proton) atau negatif (misalnya, elektron). Muatan listrik elektron adalah negatif (-e), sementara muatan proton adalah positif (+e). Di sini, "e" adalah elemen muatan dasar terkecil.
III.4.1 Hukum dan Teori
Rangkaian listrik dan sistem tenaga listrik menjadi topik yang sangat relevan dalam ilmu teknik. Salah satu fondasi utama dalam pembahasan ini adalah Hukum Kirchhoff, yang terdiri dari Hukum Arus Kirchhoff (Kirchhoff's Current Law - KCL) dan Hukum Tegangan Kirchhoff (Kirchhoff's Voltage Law - KVL). Hukum Arus Kirchhoff menyatakan bahwa jumlah total arus yang masuk ke suatu simpul (node) dalam suatu rangkaian harus sama dengan jumlah arus yang keluar dari simpul tersebut. Sejalan dengan itu, Hukum Tegangan Kirchhoff menetapkan bahwa jumlah tegangan dalam suatu loop tertutup (mesh) dalam suatu rangkaian harus setara dengan jumlah tegangan yang dihasilkan oleh sumber-sumber dalam loop tersebut.
Teori Thévenin dan Norton memberikan wawasan tambahan dalam analisis rangkaian. Teorema Thévenin memungkinkan setiap rangkaian linier untuk
27
disederhanakan menjadi suatu sirkuit ekivalen Thévenin, yang terdiri dari sumber tegangan, resistor, dan sirkuit terbuka. Sementara itu, Teorema Norton menyatakan bahwa setiap rangkaian linier dapat disederhanakan menjadi suatu sirkuit ekivalen Norton, yang terdiri dari sumber arus, resistor, dan sirkuit pendek. Selanjutnya, analisis Node-Voltage dan Mesh-Current menjadi teknik yang sangat berguna dalam memahami perilaku rangkaian. Analisis Node-Voltage memanfaatkan hukum KCL untuk menentukan tegangan pada setiap simpul dalam suatu rangkaian, sementara Analisis Mesh-Current menggunakan hukum KVL untuk menentukan arus pada setiap loop tertutup. Selain itu, Transformasi Wye-Delta menjadi alat yang efektif dalam mengubah konfigurasi rangkaian dari hubungan bintang (Wye) ke hubungan delta atau sebaliknya. Hal ini mempermudah analisis dan perancangan rangkaian, memberikan fleksibilitas yang diperlukan dalam pengaturan hubungan antar elemen-elemen rangkaian. Semua konsep ini bersatu untuk membentuk landasan yang kokoh dalam pemahaman dan penerapan sistem tenaga listrik.
III.4.2 Analisis pada Sistem Tenaga Listrik
Analisis pada sistem tenaga listrik melibatkan beberapa konsep penting yang membantu memahami dan merancang sirkuit-sirkuit kritis. Pertama, analisis transien pada kapasitor dan induktor berfokus pada respons sementara suatu sirkuit terhadap perubahan kondisi awal atau inputnya. Pada kasus kapasitor dan induktor, analisis sirkuit RC (resistor-kapasitor) dan RL (resistor-induktor) menjadi kunci dalam memahami karakteristik transien. Ketika berpindah ke kondisi steady dengan fungsi sinusoidal, analisis fasor menjadi alat yang sangat berguna. Fasor adalah konsep yang digunakan untuk menganalisis sistem dengan sinyal sinusoidal dalam kondisi steady-state. Penerapan fasor memungkinkan para insinyur untuk memvisualisasikan dan menganalisis amplitudo dan fase tegangan serta arus dalam sirkuit AC (arus bolak-balik).
Dalam melibatkan komponen semikonduktor, analisis dioda semikonduktor menjadi aspek kunci. Ini melibatkan pemahaman mendalam tentang bagaimana
28
dioda berperan sebagai elemen aktif dalam suatu sirkuit dan berkontribusi pada karakteristik sirkuit tersebut. Selanjutnya, dioda Zener, yang dioperasikan pada kondisi reverse breakdown, digunakan untuk menjaga tegangan tetap pada suatu nilai tertentu, menambah dimensi kontrol dan stabilisasi dalam berbagai aplikasi elektronik. Semua konsep ini menyumbang pada pemahaman yang holistik tentang analisis sistem tenaga listrik dan membantu dalam perancangan yang efektif dan efisien.
III.4.3 Sistem Pembangkit Tenaga Listrik:
Sistem pembangkit tenaga listrik merupakan inti dari infrastruktur penyediaan daya listrik dalam suatu masyarakat. Prinsip konversi energi mekanik- elektrik adalah fondasi dari fungsi generator listrik yang bertanggung jawab mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Generator ini berperan penting dalam menghasilkan daya listrik dari berbagai sumber energi, seperti turbin air, turbin angin, atau mesin pembakaran.
Transformator, baik satu fasa maupun tiga fasa, juga memainkan peran sentral dalam sistem tenaga listrik. Transformator digunakan untuk mengubah tegangan listrik pada suatu sirkuit tanpa mengubah daya. Ini memungkinkan penyesuaian tegangan antara berbagai tahap dalam sistem transmisi dan distribusi daya listrik.
Analisis dan perancangan transformator menjadi kunci untuk memastikan efisiensi dan kehandalan dalam mentransformasikan energi listrik.
Transmisi daya merupakan tahap kritis dalam menyampaikan daya listrik dari pembangkit ke pusat distribusi. Proses ini melibatkan jaringan transmisi yang kompleks untuk mentransfer daya listrik dengan kehilangan sekecil mungkin.
Distribusi daya, pada gilirannya, fokus pada mengalirkan listrik dari pusat distribusi ke konsumen akhir, termasuk rumah tangga, industri, dan lembaga. Pemahaman yang mendalam tentang konsep-konsep ini memberikan landasan yang kuat untuk perancangan, pengelolaan, dan pengembangan sistem pembangkit, transmisi, dan distribusi daya listrik yang efisien.
29 III.4.4 Mesin-Mesin Listrik
Mesin-mesin listrik memainkan peran krusial dalam menghasilkan dan menggunakan daya listrik. Konsep mesin rotari, termasuk generator sinkron dan motor sinkron, adalah dasar dari banyak sistem pembangkit listrik. Generator sinkron mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan memanfaatkan medan magnet tetap dan rotor yang berputar pada kecepatan sinkron. Di sisi lain, motor sinkron menggunakan prinsip yang sama tetapi sebagai penggerak, menerapkan daya listrik untuk menghasilkan putaran rotor pada kecepatan sinkron.
Mesin induksi juga merupakan komponen kunci dalam dunia listrik. Motor induksi, misalnya, memanfaatkan prinsip induksi elektromagnetik untuk menghasilkan gerakan mekanis. Generator induksi, di sisi lain, dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik melalui proses induksi. Dalam hal mesin sinkron, baik sebagai generator atau motor, kecepatan sinkron tetap menjadi karakteristik utamanya.
Mesin DC, yang menggunakan arus searah (DC), memiliki peran signifikan dalam berbagai aplikasi. Motor DC mengubah energi listrik DC menjadi gerakan mekanis, sedangkan generator DC melakukan kebalikan, mengubah gerakan mekanis menjadi energi listrik DC. Pemahaman mendalam tentang konsep dan karakteristik masing-masing mesin listrik menjadi kunci untuk perancangan, pemeliharaan, dan pengoptimalan sistem tenaga listrik yang kompleks.Top of Form
III.4.5 Teknik Tenaga Listrik Pada Kereta Api
Penerapan Teknik Tenaga Listrik pada Kereta Api melibatkan pembuatan rangkaian arus dan analisis listrik yang cermat untuk memastikan sistem kelistrikan kereta berfungsi dengan efisien dan aman. Pembuatan rangkaian arus melibatkan perancangan dan pemasangan komponen-komponen listrik, seperti generator, motor, peralatan penerangan, serta sistem kontrol. Analisis listrik kemudian dilakukan untuk memahami perilaku dan karakteristik aliran arus dalam sistem tersebut.
30
Salah satu aspek penting dari Teknik Tenaga Listrik pada Kereta Api adalah pembuatan rangkaian arus yang efisien dan dapat mengatasi berbagai tantangan operasional. Generator listrik diintegrasikan untuk mengubah energi mekanik yang dihasilkan oleh gerakan kereta menjadi energi listrik. Dalam proses ini, analisis listrik digunakan untuk memastikan bahwa arus yang dihasilkan sesuai dengan kebutuhan daya dan tegangan pada berbagai komponen.
Selain itu, analisis listrik juga diperlukan untuk memastikan distribusi listrik yang merata di seluruh kereta. Peralatan penerangan, sistem pemanas, dan berbagai perangkat listrik lainnya memerlukan desain rangkaian yang memenuhi persyaratan daya dan tegangan yang spesifik. Analisis listrik membantu menentukan dimensi kabel, pemilihan peralatan perlindungan, dan kapasitas daya yang dibutuhkan.
Teknik Tenaga Listrik pada Kereta Api juga mencakup implementasi sistem kontrol yang canggih. Analisis listrik digunakan untuk memastikan bahwa sistem kontrol dapat mengatur distribusi daya dengan optimal, mengendalikan kecepatan motor, dan memberikan keamanan terhadap gangguan listrik yang mungkin terjadi.
Berikut merupakan salah satu rangkaian listrik yang ada pada kereta yang di buat oleh PT INKA
31
Gambar 8. Skematik Diagram Aliran Listrik Kereta Sumber: Dokumentasi Pribadi (2023)
III.5 Metode Numerik
Metode Numerik adalah pendekatan matematika yang menggunakan teknik komputasi dan algoritma numerik untuk memecahkan masalah matematika yang melibatkan perhitungan atau analisis kuantitatif. Metode ini sering digunakan ketika solusi analitis tidak praktis atau tidak memungkinkan
Keakuratan, kepresisian, dan derajat kesalahan (galat) merupakan konsep- konsep kritis dalam dunia pengukuran dan perhitungan. Keakuratan merujuk pada tingkat ketepatan hasil pengukuran atau perhitungan terhadap nilai sebenarnya yang diukur atau dihitung. Semakin tinggi tingkat keakuratan, semakin mendekati hasilnya dengan nilai sebenarnya. Di sisi lain, kepresisian mengacu pada tingkat reproduktibilitas atau konsistensi hasil, menilai seberapa dekat hasil pengukuran atau perhitungan yang berulang-ulang mendekati satu sama lain.
Derajat kesalahan atau galat adalah perbedaan antara hasil pengukuran atau perhitungan dengan nilai sebenarnya yang dimaksudkan. Dalam proses perhitungan
32
atau pengukuran, adanya derajat kesalahan dapat dianggap sebagai penyimpangan dari nilai yang seharusnya.
III.5.1 Metode Representasi Fungsi
Taylor Series merupakan suatu metode matematika yang digunakan untuk merepresentasikan fungsi sebagai jumlah takhingga deret Taylor. Truncation adalah penghentian deret Taylor pada suku tertentu untuk membuat perhitungan atau representasi fungsi menjadi lebih praktis dan dapat dihitung. Selain itu, dalam konteks metode numerik, seperti transcendental root approximation, digunakan untuk mencari akar dari fungsi transcendental, sedangkan polynomial root (complex) approximation merupakan metode untuk mencari akar polinomial, termasuk akar kompleks. Pemahaman mendalam terhadap konsep-konsep ini penting dalam memastikan kehandalan dan ketepatan dalam hasil pengukuran, perhitungan, dan aproksimasi yang dilakukan dalam berbagai bidang ilmu.
III.5.2 Metode Persamaan linear dan Non-Linear Serempak
Dalam analisis numerik, terdapat beragam metode yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan linier dan non-linier serempak. Pertama, Metode Gauss Eliminasi membuktikan efektivitasnya dalam menangani sistem persamaan linier dengan mengubah matriks koefisien menjadi bentuk segitiga atas. Metode ini memberikan solusi yang sistematis dan terstruktur. Selanjutnya, Metode Gauss- Yordan terlibat dalam mereduksi matriks augmented menjadi bentuk reduksi baris tereduksi, memberikan solusi sistem linier dengan pendekatan yang lebih efisien.
LU Decomposition menjadi metode lain yang memecah matriks koefisien menjadi matriks segitiga bawah dan matriks segitiga atas, membuka peluang untuk penyelesaian sistem persamaan linier dengan pendekatan yang lebih terstruktur.
Metode Gauss-Seidel, sebagai metode iteratif, memberikan alternatif efisien dalam menangani sistem persamaan linier.
Ketika membahas persamaan non-linier serempak, metode numerik seperti Metode Integral Numerik digunakan untuk menghitung nilai integral fungsi.
33
Metode Diferensial Numerik dijelaskan sebagai pendekatan untuk menyelesaikan persamaan diferensial, sementara Finite Difference digunakan untuk mendekati turunan parsial dalam persamaan diferensial parsial. Pada sisi lain, Metode Euler muncul sebagai pendekatan numerik untuk menyelesaikan persamaan diferensial biasa, sedangkan Metode Runge-Kutta, sebagai keluarga metode iteratif, efektif menangani persamaan diferensial biasa yang lebih kompleks. Dengan pemahaman mendalam terhadap berbagai metode ini, analisis numerik dapat diterapkan secara efisien dalam pemecahan masalah matematika yang melibatkan persamaan serempak.
III.5.3 Metode Numerik Pada Kereta Api
Metode Numerik pada kereta api merujuk pada penerapan teknik komputasional dan analisis matematika dalam konteks perancangan, pengoperasian, dan pemeliharaan sistem kereta api. Beberapa aspek kunci dari Metode Numerik pada kereta api melibatkan simulasi, pemodelan matematis, serta penyelesaian permasalahan teknik menggunakan algoritma komputasional.
Salah satu penerapan Metode Numerik pada kereta api adalah dalam simulasi dinamika kereta. Pemodelan matematis dari interaksi antara roda, rel, dan elemen- elemen struktural kereta dapat dilakukan dengan menggunakan metode numerik untuk mengestimasi respons dinamis selama perjalanan atau dalam kondisi tertentu seperti pengereman atau percepatan.
Penerapan Metode Numerik juga dapat ditemukan dalam analisis termal sistem kereta api. Simulasi numerik membantu memahami distribusi suhu di berbagai komponen dan memastikan bahwa sistem pendingin yang efektif telah dirancang untuk mencegah overheating.
Dengan menggunakan Metode Numerik, kereta api dapat diuji dan dianalisis kinerjanya secara virtual sebelum diimplementasikan dalam skala penuh. Hal ini membantu meningkatkan efisiensi, keamanan, dan kehandalan sistem kereta api secara keseluruhan.
34 III.6 Manajemen Perawatan
Manajemen perawatan merupakan disiplin ilmu yang melibatkan perencanaan, pengelolaan, dan pelaksanaan kegiatan perawatan untuk memastikan keberlanjutan dan kinerja optimal aset. Dalam strategi perawatan, terdapat berbagai pendekatan seperti pencegahan (preventive maintenance) yang melibatkan perawatan terjadwal untuk mencegah kerusakan atau kegagalan, perbaikan (corrective maintenance) yang dilakukan setelah terjadi kegagalan, perawatan prediktif (predictive maintenance) berdasarkan pemantauan dan prediksi kondisi aset, serta perawatan proaktif (proactive maintenance) yang mengambil tindakan sebelum terjadinya masalah. Metode analisis RCM (reliability-centered maintenance) digunakan untuk menentukan perawatan paling efektif berdasarkan risiko dan dampaknya terhadap keberlanjutan.
III.6.1 Fungsi Departemen Perawatan
Fungsi departemen perawatan melibatkan perencanaan perawatan dengan menentukan strategi dan jadwal, manajemen pengelolaan aset fisik untuk memaksimalkan umur pakai, pengelolaan stok dan logistik suku cadang, serta implementasi kebijakan keamanan dan kesehatan kerja (K3) untuk melindungi pekerja. Organisasi perawatan mencakup struktur organisasi perawatan dengan menentukan hierarki dan hubungan antar fungsi dan departemen perawatan, keputusan outsourcing vs. in-house maintenance, serta pemanfaatan teknologi dan sistem informasi untuk mendukung manajemen perawatan.
III.6.2 Elemen Manajemen Perawatan
Elemen manajemen perawatan yang efektif mencakup perencanaan dan jadwal dengan penentuan tugas dan jadwal yang efisien, pemantauan dan pengukuran kinerja menggunakan KPI, pelatihan dan pengembangan keterampilan tim perawatan, manajemen perubahan dalam proses perawatan atau teknologi yang digunakan, dan optimalisasi biaya serta efisiensi dalam pengelolaan biaya perawatan tanpa mengorbankan kualitas layanan. Keseluruhan, manajemen
35
perawatan memainkan peran penting dalam menjaga keandalan dan kinerja optimal.
III.6.3 Manajemen Perawatan Kereta Api
Manajemen Perawatan pada kereta api merupakan disiplin yang berfokus pada perencanaan, pelaksanaan, dan pemeliharaan sistem perkeretaapian.
Tujuannya adalah untuk memastikan bahwa operasional kereta api tetap aman, handal, dan efisien. Dalam aspek perencanaan perawatan, jadwal pemeliharaan rutin seperti pemeriksaan mesin, perawatan rel, dan evaluasi sistem pengereman diatur secara terencana. Manajemen inventaris dan suku cadang menjadi bagian integral, memastikan ketersediaan komponen yang diperlukan untuk perbaikan dan penggantian. Pendekatan prediktif dan proaktif melibatkan teknologi pemantauan untuk menganalisis kondisi komponen secara real-time, memungkinkan tindakan perbaikan sebelum terjadi kerusakan serius. Pelatihan dan pengembangan sumber daya manusia juga menjadi fokus, meningkatkan keterampilan teknis personel perawatan. Sistem manajemen perawatan terkomputerisasi membantu dalam perencanaan, pelacakan, dan evaluasi kegiatan perawatan secara efisien. Keamanan dan kepatuhan terhadap standar peraturan perkeretaapian menjadi prioritas utama dalam manajemen perawatan. Dengan pendekatan holistik ini, manajemen perawatan pada kereta api dapat memastikan kinerja optimal, mengurangi risiko kegagalan sistem, dan menjaga keamanan serta keandalan perjalanan.
III.7 Proyek Perancangan
Design Requirement and Objective (DRO) merupakan pendekatan sistematis dalam proses perancangan yang bertujuan untuk memastikan bahwa suatu desain atau proyek memenuhi standar dan harapan yang telah ditetapkan. Langkah pertama dalam konsep DRO melibatkan identifikasi kebutuhan dan masalah yang mendasari desain. Analisis kebutuhan dilakukan untuk mengidentifikasi aspek-aspek krusial yang harus dipenuhi, sedangkan pemahaman masalah melibatkan evaluasi mendalam terhadap tantangan yang harus diatasi oleh desain tersebut. Kemudian,
36
konsep DRO melibatkan penetapan batasan realistik, termasuk batasan teknis dan anggaran finansial yang dapat memengaruhi jalannya proyek.
III.7.1 Konseptual & Detail Desain
Pada tahap awal pengembangan produk atau sistem, desain konseptual melibatkan eksplorasi dan evaluasi berbagai konsep alternatif untuk memilih solusi yang paling efektif. Persyaratan desain selanjutnya mencakup penentuan fungsionalitas utama, tingkat keandalan, dan identifikasi risiko keselamatan beserta integrasi fitur keselamatan yang sesuai. Proses ideation menghasilkan berbagai konsep desain sebagai alternatif, yang kemudian dievaluasi untuk menentukan kelebihan dan kekurangan masing-masing. Langkah berikutnya melibatkan detailed design, di mana ukuran dan toleransi untuk setiap komponen ditetapkan, dan proses manufaktur yang sesuai dengan masing-masing komponen dipilih.
III.7.2 Engineering Analysis
Engineering analysis menjadi tahap krusial dengan menganalisis gaya, tegangan, dan pemilihan material untuk memastikan bahwa desain tersebut tidak hanya memenuhi persyaratan fungsional, tetapi juga dapat bertahan terhadap tekanan dan beban yang mungkin terjadi. Pemilihan material yang memenuhi persyaratan desain dan keandalan juga menjadi faktor penting dalam memastikan keberhasilan proyek. Dengan mengikuti langkah-langkah sistematis ini, DRO memandu proses perancangan menuju hasil yang sesuai dengan tujuan dan memenuhi standar yang telah ditetapkan.
III.7.3 Proyek Perancangan Pada Kereta Api
Proyek perancangan pada kereta api merupakan suatu inisiatif yang melibatkan proses pengembangan dan perancangan berbagai aspek terkait dengan kereta api. Tahap awal dari proyek ini adalah identifikasi kebutuhan dan masalah yang perlu diatasi dalam rangka meningkatkan kinerja, keamanan, dan efisiensi kereta api. Selanjutnya, proyek ini melibatkan penetapan batasan teknis dan
37
anggaran finansial untuk memandu proses perancangan. Persyaratan desain menjadi elemen kunci dalam proyek ini, mencakup fungsionalitas, keandalan, dan aspek keselamatan kereta api. Pengembangan konsep alternatif dilakukan melalui ideation, di mana berbagai solusi desain dievaluasi untuk memilih yang paling efektif.
Proses detailed design mencakup penetapan ukuran dan toleransi untuk setiap komponen kereta api serta menentukan proses manufaktur yang sesuai. Analisis teknik, seperti analisis gaya, tegangan, dan pemilihan material, juga dilakukan untuk memastikan kehandalan dan ketepatan desain. Proyek perancangan kereta api juga mencakup aspek rekayasa sistem, termasuk analisis node-voltage dan mesh- current, transformasi Wye-Delta, serta analisis pada sistem tenaga listrik yang terlibat dalam operasional kereta api. Prinsip konversi energi mekanik-elektrik, penggunaan transformator satu fasa dan tiga fasa, transmisi, dan distribusi daya juga menjadi bagian dari proyek ini. Selain itu, proyek perancangan kereta api melibatkan konsep mesin-mesin listrik seperti generator sinkron, motor induksi, mesin sinkron, dan mesin DC. Aspek-aspek ini penting untuk memastikan kinerja mesin pada kereta api.
Gambar 9. Perancangan Kereta Api Sumber: Dokumentasi Pribadi (2023)
38 III.8 Metode Elemen Hingga
Metode Elemen Hingga (MEH) merupakan pendekatan numerik yang efektif digunakan dalam memecahkan masalah struktur atau fisika dengan mendekomposisi domain menjadi elemen-elemen kecil untuk kemudian dianalisis secara terpisah. Pada dasarnya, domain asli dibagi menjadi elemen-elemen diskrit, seperti segitiga, segi empat, atau bentuk lainnya, yang masing-masing dihubungkan oleh titik-titik atau node. Discretisasi ini memberikan representasi matematis yang lebih terperinci terhadap struktur atau domain fisik.
Prinsip Energi Potensial Minimum menjadi landasan teoritis dalam MEH, di mana upaya dilakukan untuk meminimalkan energi potensial dalam sistem guna mencari solusi yang stabil. Fungsi Energi Potensial Total, yang merupakan jumlah energi potensial elastis dan energi potensial potong, serta penerapan Prinsip Variasional, memastikan bahwa solusi yang dihasilkan mendekati kondisi minimum energi potensial total.
III.8.1 Problem MEH Solid Mechanic 1D & 2D
Dalam konteks MEH Solid Mechanic 1D, berbagai masalah seperti analisis deformasi dan tegangan pada struktur rangka (truss), balok (beam), rangka kompleks (frame), dan perpindahan panas (heat transfer) dapat diatasi dengan menggunakan metode ini. Sementara itu, pada MEH 2D, elemen segi tiga dan segi empat digunakan untuk menganalisis deformasi dan tegangan dalam konteks tiga dimensi. Terdapat pula elemen linier dan non-linier, di mana elemen linier mengikuti hukum elastisitas linier, sementara elemen non-linier mempertimbangkan perubahan non-linier dalam bahan atau geometri.
Secara keseluruhan, MEH memberikan pendekatan komprehensif dalam menganalisis struktur dan fenomena fisika yang kompleks, dengan memanfaatkan konsep elemen, node, dan prinsip-prinsip dasar seperti energi potensial minimum untuk mendapatkan solusi yang akurat dan efisien.
